KR20080085920A - 철기 혼합 분말 그리고 철기 분말 성형체 및 철기 분말 소결체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

철기 분말에, 탈크 및 스테아타이트 중에서 선택한 적어도 1 종을 배합하고, 바람직하게는 금속 비누를 추가로 배합함으로써, 성형체의 소결시에, 노내 환경에 악영향을 미치지 않고, 또 100℃ 미만이라는 저온도역에서도 우수한 성형성이 얻어지며, 또한 바람직하게는 얻어지는 소결체의 절삭성이 우수한 분말 야금용 철기 혼합 분말을 제공한다.

Description

철기 혼합 분말 그리고 철기 분말 성형체 및 철기 분말 소결체의 제조 방법{IRON―BASE MIXED POWDERS AND PROCESSES FOR PRODUCTION OF IRON―BASE POWDER COMPACTS AND SINTERED IRON-BASE POWDER COMPACTS}

본 발명은, 철기 분말 (iron-based powder) 에 윤활제 (lubricant), 및 필요에 따라 합금용 분말 (alloying powder) 을 혼합한 철기 혼합 분말 (iron-based powder mixture) 에 관한 것이다. 본 발명의 철기 혼합 분말은, 분말 야금 (powder metallurgy) 에 적합하고, 특히 상온 내지 100℃ 미만의 온도역에서의 가압 성형 (compaction) 에 적합한 혼합 분말이기도 하다.

본 발명은 또한, 자동차용 고강도 소결 부품 (sintered parts) 의 제조에 바람직한 분말 야금용 혼합 분말에 관한 것이다.

또, 본 발명은, 상기 철기 혼합 분말을 원료로 하는 철기 분말 성형체 (compacted body) 의 제조 방법 및 그 철기 분말 성형체를 소재로 하는 철기 분말 소결체 (sintered body) 의 제조 방법에 관한 것이다.

분말 야금용 철기 혼합 분말은, 철기 분말에 윤활제, 합금용 분말, 또한 필요에 따라 절삭성 개선용 분말 (powder of free cutting additives) 을 첨가하고, 혼합하여 제조하는 것이 일반적이다.

여기에서, 철기 분말은 혼합 분말의 주성분이 되는 것으로, 주로 철분 (iron powder) (순철분 (pure iron powder) 을 포함한다) 이나 합금강분 (alloyed steel powder) 등이 사용된다. 합금강분은 합금 성분을 함유하는 강분이며, 합금강분으로서 C 를 함유하지 않는 분말도 사용되지만, 여기에서는 C 를 함유하는 합금강분과 C 를 함유하지 않는 합금철분을 총칭하여 합금강분이라고 기재한다. 또한, 상기 외에, 합금 원소를 부분 확산에 의해 순철분 등에 결합시킨 부분 확산 합금화 강분 (partly diffused alloyed steel powder) 도 사용되는데, 본원에서는 이것도 합금철분의 1 종으로 한다.

윤활제는 특히 가압 성형이나 성형 후에 금형으로부터 꺼내는 것을 용이하게 하기 위한 첨가물이다. 윤활제로는 여러 가지 물질을 적용할 수 있는데, 철기 분말과의 혼합성이나 소결시의 산일성 (散逸性) 등을 고려하여 선택된다. 윤활제의 예로는, 스테아르산아연이나 스테아르산알루미늄, 스테아르산납 등을 들 수 있다. 또 예를 들어 미국 특허 제5,256,185호 등에 여러 가지 윤활제가 예시되어 있다.

합금용 분말은 주로 철기 분말 성형체나 철기 분말 소결체의 조성이나 구조를 조정할 목적으로 첨가되는 것으로, 흑연 분말, 구리 분말, 인화 (燐化) 철분, 몰리브덴 분말, 니켈 분말 등을 들 수 있다.

절삭성 개선용 분말 (쾌삭 성분 (free cutting additives)) 은 특히 소결체의 절삭성을 개선하기 위해 첨가되는 것으로, S, MnS 등을 들 수 있다.

그런데, 최근 소결 부재에 대한 고강도화의 요구가 높아짐과 함께, 일본 공 개특허공보 평2-156002호, 일본 특허공보 평7-103404호 및 미국 특허 제5,368,630호에 개시된 바와 같이, 철기 혼합 분말을 가열하면서 성형함으로써 성형체의 고밀도화 및 고강도화를 가능하게 하는 온간 성형 기술이 개발되었다. 이 기술에 의해, 철기 분말이 가열에 의해 소성 변형 저항이 저하되는 것을 이용하여, 보다 낮은 하중에서의 성형체 밀도의 향상이 가능해졌다.

그러나, 이와 같은 철기 혼합 분말은 이하에 서술하는 모든 문제를 갖는다. 즉, 온간 성형은, 금형 및 분말을 고온으로 미리 가열한 후, 철기 혼합 분말을 가압 성형하는 기술이다. 가열 온도로는, 일본 공개특허공보 평2-156002호에는 70∼120℃ 라는 범위가 언급되어 있지만, 실질적으로는 일본 특허공보 평7-103404호 및 미국 특허 제5,368,630호 명세서에서 서술되어 있는 바와 같이, 100℃ 이상에서 실시하는 것이 바람직하다. 그런데, 열전도성이 나쁜 철기 혼합 분말을 안정적으로 100℃ 이상으로 가열·보온하는 것은 매우 어렵기 때문에, 소결 부품의 생산성 저하를 초래하는 경향이 있었다. 또, 철기 혼합 분말을 장시간 가열함으로써, 철기 혼합 분말의 산화에 의한 변질이라는 문제도 발생하였다.

또, 일본 공개특허공보 평9-104901호나 일본 공개특허공보 평10-317001호에는, MoS₂ 나 불화탄소, 흑연 등의 층상 결정을 갖는 무기 화합물을 윤활제로서 사용하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, MoS₂ 를 사용한 경우에는, 소결시에 분해되어 유해한 S 가 발생하고, 소성로 (爐) 가 오염될 위험성이 있다. 또, 불화탄소를 이용하여 수소 분위기 중에서 소결한 경우에는, 불화수소가 발생할 우려가 있다.

따라서, 온간 압연을 실시하지 않아도, 이것과 동등한 고압축성을 갖는 철기 혼합 분말의 개발이 요구되고 있다.

한편, 철기 혼합 분말은, 절삭성의 문제에 대해서도 해결이 요구되고 있다.

자동차 등의 각종 기계의 부품을 분말 야금 기술로 제조할 때에는, 분말 야금용 혼합 분말을 금형에 충전하여 압분 성형하고, 추가로 소결을 실시한다. 이렇게 하여 얻어진 각종 기계의 부품 (이하, 소결 부품이라고 한다) 은, 통상 5.0∼7.2g/㎤ 의 밀도를 갖는다. 또, 소결 부품은 치수 정밀도가 좋아 복잡한 형상을 갖는 것을 제조할 수 있다.

소결 부품은 다양한 기기의 부품으로서 채용되고 있지만, 특히 자동차용 부품 (예를 들어 기어 등) 은 고강도, 고피로 특성이 요구된다. 그래서 고강도, 고피로 특성을 갖는 소결 부품을 제조하기 위해, 합금 성분을 첨가한 분말 야금용 혼합 분말을 사용하는 기술이 여러 가지 검토되고 있다. 예를 들어 일본 특허공보 소45-9649호에는, Ni, Cu, Mo 등의 분말을 순 Fe 분말에 확산 부착시킨, 고강도·고피로 특성을 갖는 소결 부품의 제조에 바람직하고 또한 압축성이 우수한, 분말 야금용 혼합 분말이 개시되어 있다. 또 고강도의 소결 부품의 제조에 바람직한 분말 야금용 혼합 분말로서, 일본 공개특허공보 소61-163239호에는, C 와 Mo 를 함유하고, Mn 와 Cr 을 실시적으로 함유하지 않는 저합금강분에, Cu 분말 및/또는 Ni 분말을 첨가하고, 추가로 흑연 분말을 첨가한 분말 야금용 혼합 분말이, 또 일본 공개특허공보 소63-114903호에는, Mo, Mn, C 를 함유하는 합금강분에 Cu 분말 이 융착된 분말 야금용 혼합 분말이 개시되어 있다.

그러나, 분말 야금 기술을 이용해도, 매우 엄격한 치수 정밀도가 요구되는 소결 부품을 제조하는 경우에는, 소결한 후 기계 가공 (예를 들어 절삭 가공, 드릴 가공 등) 을 실시할 필요가 있다. 그런데, 소결 부품은 절삭성이 떨어지므로, 기계 가공에서 사용하는 절삭 공구가 현저하게 손모 (損耗) 된다. 그 결과, 기계 가공비가 증대되어 소결 부품의 제조 비용의 상승을 초래한다. 이와 같은 소결 부품의 절삭성 열화는, 내부에 존재하는 기공에 의해 피삭재 내부에 단속적으로 고체 표면이 출현하여, 절삭 중인 공구에 대해 단속적으로 충격을 주는데다, 또한 소결 부품의 열전도율이 저하되어 절삭 중에 소결 부품의 온도가 상승하기 때문에 발생한다. 또한, 절삭성은 소결체가 고강도가 될수록 현저하게 열화된다.

상기 서술한 바와 같이, 분말 야금용 혼합 분말에 쾌삭 성분을 첨가함으로써 소결 부품의 절삭성이 개선되는 것은 종래부터 알려져 있다. 쾌삭 성분은, 절삭 부스러기를 용이하게 파단시키는 효과, 또는 절삭 공구 표면에 얇은 구성 날끝을 형성하여 절삭 공구 (특히 레이크면) 의 윤활성을 높이는 효과를 갖고 있다.

그러나, S 를 주성분으로서 함유하는 쾌삭 성분은 전술한 MoS₂ 와 동일하게 소성로를 오염시킨다. 또 일본 특허공보 소45-9649호, 일본 공개특허공보 소61-163239호, 일본 공개특허공보 소63-114903호 등에 개시된 기술에서는, 얻어진 소결 부품의 경도가 특히 높기 때문에, 쾌삭 성분을 분말 야금용 혼합 분말에 첨가해도 절삭성의 대폭적인 개선은 기대할 수 없다.

소성로에 대한 악영향을 배제하고 소결 부품의 절삭성을 개선하는 기술로는, MgO-SiO₂ 계 복합 산화물을 이용하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 평1-255604호에는, 소결체의 기계적 특성 (예를 들어 강도) 을 저해하지 않고 절삭성을 개선하는 수단으로서, 몰비로 MgO/SiO₂ 가 0.5 이상 1.0 미만이고 결정수를 갖지 않는 MgO-SiO₂ 계 복합 산화물 (예를 들어 무수 탈크) 을 철계 원료 분말에 배합하는 기술이, 또 일본 공개특허공보 소64-79302호에는 MgO-SiO₂ 계 복합 산화물 및/또는 유리 분말로 이루어지는 쾌삭 성분을 환원 철분의 입자 내에 존재하는 형태로 (즉 환원 전의 철분 원료에 첨가하여) 함유시키는 기술이 각각 개시되어 있다.

어느 공보에 있어서도 상기 복합 산화물을 0.1∼1.5wt% 첨가하는 것이 양호하다고 되어 있지만, 윤활제 (스테아르산아연 1wt%) 등을 함유하는 철기 분말에 있어서의 조사 결과에 의하면, 동 복합 산화물의 첨가량이 많을수록 절삭성 개선 효과가 높고, 특히 0.5∼1.0wt% 이상에서 효과가 큰 것에 대해, 기계적 특성은 첨가량이 많을수록 저하되어 있다 (일본 공개특허공보 평1-255604호 : 표 3, 일본 공개특허공보 소64-79302호 : 도 6 및 도 8). 즉, 소결체의 품질의 관점에서는, 반드시 유리한 기술은 아니다.

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은, 상기 문제를 유리하게 해결하는 것으로, 성형체의 소결시에, 소성로의 노내 환경에 악영향을 미치지 않고, 또 100℃ 미만이라는 저온도역에서 고밀도의 성형이 가능한 우수한 성형성이 얻어지는 분말 야금용 철기 혼합 분말을 제안하는 것을 목적으로 한다.

또, 제조 비용을 삭감하기 위해 소결 부품의 절삭성 개선에 대한 요구가 높아지고 있는 것을 감안하여, 우수한 절삭성을 갖는 소결 부품, 바람직하게는 특히 고강도 소결 부품의 제조에 바람직한 분말 야금용 철기 혼합 분말을 제공하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 철기 혼합 분말을 원료로 하는 철기 분말 성형체의 제조 방법, 나아가서는 그 철기 분말 성형체를 소재로 하는 철기 분말 소결체의 제조 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

그런데, 발명자들은, 상기 문제를 해결하는 방책으로서, 철기 혼합 분말의 성형시에, 노내 환경에 악영향을 미치지 않고, 또 철기 혼합 분말의 가열 온도를 보다 낮게, 바람직하게는 가열없이 성형한 경우에도 고밀도의 성형체 제조를 가능하게 하는 윤활제에 대해 예의 검토를 거듭하였다.

그 결과, 윤활제로서 탈크나 스테아타이트를 사용하고, 나아가서는 지방산 아미드를 사용한 경우, 가압 성형시에 철기 분말 입자의 재배열이 촉진되고, 실온 정도의 낮은 성형 온도에서도, 성형 밀도가 높은 철기 분말 성형체가 얻어진다는 식견을 얻었다.

또, 추가로 금속 비누를 첨가하면, 종래 알려져 있는 것보다 낮은, 기계적 특성에 대한 악영향이 없는 첨가량의 탈크나 스테아타이트에 의해 현격히 양호한 절삭성 개선 효과가 얻어지는 것을 알아냈다.

본 발명은 상기 식견에 입각하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

(1) 철기 분말과, 첨가제로서 탈크 및 스테아타이트 중에서 선택한 적어도 1 종, 및 지방산 아미드를 함유하는 것을 특징으로 하는 철기 혼합 분말.

(2) 상기 첨가제가 추가로 금속 비누를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 철기 혼합 분말.

(3) 추가로 합금용 분말을 배합한 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 철기 혼합 분말.

(4) 상기 철기 분말이 Mo : 0.3∼0.5 질량%, Mn : 0.1∼0.25 질량% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 수 아토마이즈 합금강분이며, 상기 합금용 분말이 Cu 분말 : 1∼3 질량% 및 흑연 분말 : 0.5∼1.0 질량% 인 것을 특징으로 하는 상기 (3) 에 기재된 철기 혼합 분말.

(5) Mo : 0.3∼0.5 질량%, Mn : 0.1∼0.25 질량% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 수 아토마이즈 합금강분과, Cu 분말 : 1∼3 질량% 와, 흑연 분말 : 0.5∼1.0 질량% 와, 탈크 및 스테아타이트 중에서 선택한 적어도 1 종을 합계 0.05∼0.5 질량% 와, 지방산 아미드를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 철기 혼합 분말.

(6) 추가로 금속 비누를 함유하는 상기 (5) 에 기재된 철기 혼합 분말.

(7) 상기 (1)∼(6) 중 어느 하나에 기재된 철기 혼합 분말을 금형에 충전하고, 100℃ 미만의 온도에서 성형하는 것을 특징으로 하는 철기 분말 성형체의 제조 방법.

(8) 상기 (1)∼(6) 중 어느 하나에 기재된 철기 혼합 분말을 금형에 충전하고, 100℃ 미만의 온도에서 성형한 후, 얻어진 철기 분말 성형체를 소결하는 것을 특징으로 하는 철기 분말 소결체의 제조 방법.

또한, 철기 분말 중의 합금 (Mo, Mn 등) 함유량, 및 첨가하는 합금용 분말 (Cu 분말, 흑연 분말 등) 및 탈크, 스테아타이트 등의 첨가량은 모두 철기 혼합 분말의 질량에서 차지하는 비율을 가리킨다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

먼저, 본 발명의 철기 혼합 분말의 원료에 대해 설명한다. 또한, 철기 분말 중의 합금 성분의 함유량 및 각 원료 (합금화용 분말·윤활제 등) 의 배합량은, 이들을 혼합하여 얻어지는 철기 혼합 분말의 질량 (100 질량%) 에서 차지하는, 내수 (內數) 의 중량 비율로 나타내는 것으로 한다. 단, 철기 분말 중의 합금 함유량 (부분 확산 합금량도 포함한다) 등을 철기 분말에 대한 중량 비율로 나타낸 경우와 수치상은 큰 차이는 없다.

<철기 분말>

본 발명에 있어서, 철기 분말로는, 아토마이즈 철분 (atomized iron powder) 이나 환원 철분 (reduced iron powder) 등의 순철분, 또는 합금강분 등이 예시된다. 또한, 합금강분으로는, 부분 확산 합금화 강분 및 완전 합금화 강분 (합금 성분이 용제시부터 포함되어 있는 것), 나아가서는 완전 합금화 강분에 합금 성분을 부분 확산시킨 하이브리드 강분 등이 예시된다.

또한 철기 분말 중의 불순물은 합계 3mass% 정도 이하이면 된다. 대표적인 불순물의 함유량은, C : 0.05mass% 이하, Si : 0.10mass% 이하, Mn (합금 원소로서 첨가하지 않은 경우) : 0.50mass% 이하, P : 0.03mass% 이하, S : 0.03mass% 이하, O : 0.30mass% 이하, N : 0.1mass% 이하이다.

또 합금강분으로는 Cr, Mn, Ni, Mo, V, Ti, Cu, Nb 등을 합금화할 수 있고, 특히 Ti, Ni, Mo, Cu 등에 대해서는 확산 접합에 의해서도 첨가할 수 있다. 철기 분말인 전제 (Fe 가 50mass% 이상) 만 만족하면 다른 합금 원소의 함유량에 특별히 한정은 없다.

철기 분말의 평균 입경은, 분말 야금에 사용되는 통상의 범위, 즉 70∼100㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 분말의 입경은 특별히 언급하지 않는 한, JIS 규격 Z2510 준거의 체 분급법에 의한 측정값이다.

이하에, 고강도의 소결체 원료로서 특히 바람직한 합금강분의 구체적인 조성을 예시한다.

(철기 분말예 1)

제 1 예로서, Mo : 0.3∼0.5 질량%, Mn : 0.1∼0.25 질량%, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물인 완전 합금화 강분이 바람직하다. 또한 상기 조성의 강을 수 아토마이즈하여 제조한, 수 아토마이즈 합금강분인 것이 생산성의 관점에서 바람직하다.

각 조성의 바람직한 범위의 이유는 하기와 같다.

·Mo : 0.3∼0.5 질량%

Mo 는, 합금강분의 고용 강화, 담금질성 향상에 따라 소결 부품의 강도를 높이는 원소이다. Mo 함유량이 0.3 질량% 미만에서는, Mo 에 의해 소결 부품의 강도를 높이는 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 0.5 질량% 를 초과하면, 소결 부품의 강도 향상 효과가 포화되므로 불필요하게 절삭성이 저하된다. 따라서, Mo 는 0.3∼0.5 질량% 의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

·Mn : 0.1∼0.25 질량%

Mn 은, 수 아토마이즈 합금강분의 고용 강화, 담금질성 향상에 따라 소결 부품의 강도를 높이는 원소이다. Mn 함유량이 0.1 질량% 미만에서는, Mn 에 의해 소결 부품의 강도를 높이는 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 0.25 질량% 를 초과하면, Mn 의 산화가 진행되기 쉬워져 합금강분의 강도와 압축성이 저하된다. 따라서, Mn 은 0.1∼0.25 질량% 의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물인 것이 바람직하다. 불가피적 불순물은, 수 아토마이즈 합금강분의 소재가 되는 용강을 용제하는 단계나 용강으로부터 수 아토마이즈 합금강분을 제조하는 단계에서 불가피적으로 혼입된다.

또한, 상기 본 발명에서 바람직하게 사용할 수 있는 수 아토마이즈 합금강분의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다. 소정의 (즉 상기) 성분을 함유하는 용강을 용제하고, 그 용강을 수 아토마이즈법으로 분말로 한다. 또한, 얻어진 분말에 마무리 환원과 분쇄를 실시하여, 수 아토마이즈 합금강분으로 한다. 또한, 수 아토마이즈법에 의해 용강으로부터 분말을 얻는 장치는, 특정한 형식에 한정되지 않고, 종래부터 알려져 있는 것을 사용하면 된다.

<합금용 분말>

또, 합금용 분말로는, 흑연 분말, Cu, Mo, Ni 등의 금속 분말, 보론 분말 및 아산화 구리 분말 등이 예시된다. 이들 합금용 분말을 철기 분말에 혼합시킴으로써 소결체의 강도를 상승시킬 수 있다.

이 합금용 분말의 배합량은, 철기 혼합 분말 중 0.1∼10mass% 정도로 하는 것이 바람직하다. 이는, 합금용 분말을 0.1mass% 이상 배합함으로써 얻어지는 소결체의 강도가 유리하게 향상되고, 한편 10mass% 를 초과하면 소결체의 치수 정밀도가 저하되기 때문이다.

또, 철기 분말예 1 의 경우, 특히 Cu 분말 : 1∼3 질량% 및 흑연 분말 : 0.5∼1.0 질량% 를 첨가하는 것이 바람직하다.

흑연 분말의 주성분인 C 는, 수 아토마이즈 합금강분의 고용 강화, 담금질성 향상에 따라 소결 부품의 강도를 높이는 원소이다. 흑연 분말의 첨가량이 0.5 질량% 미만에서는, 철기 분말예 1 에서 기대되는 정도의 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 1.0 질량% 를 초과하면, 소결 부품의 강도가 필요 이상으로 상승하여 불필요하게 절삭성이 저하된다. 따라서, 흑연 분말은 0.5∼1.0 질량% 의 범위 내로 한다.

Cu 는, 합금강분의 고용 강화, 담금질성 향상에 따라 소결 부품의 강도를 높이는 원소이다. 또 Cu 분말은, 소결시에 용융되어 액상 (液相) 이 되어서 합금강분의 입자를 서로 고착시킨다. Cu 분말의 첨가량이 1 질량% 미만에서는, 철기 분말예 1 에서 기대되는 정도의 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 3 질량% 를 초과하면, 소결 부품의 강도 향상 효과가 포화되므로 불필요하게 절삭성이 저하된다. 따라서, Cu 분말은 1∼3 질량% 의 범위 내로 한다.

또한 Cu 분말을 첨가하는 데에 있어서, 첨가량이 상기 범위 내이면, 첨가 방법은 합금강분에 Cu 분말을 첨가하여 단순히 혼합하는 방법이어도, 수 아토마이즈 합금강분의 표면에 바인더를 개재하여 Cu 분말을 부착시키는 방법이어도 된다. 또, 합금강분에 혼합하는 방법 대신에, 합금강분과 Cu 분말을 혼합하고 추가로 열처리하여 합금강분의 표면에 Cu 분말을 확산 부착시키고, 부분 확산 합금화 강분 (또는 하이브리드 합금화 강분) 으로 해도 된다.

<탈크·스테아타이트>

그런데, 본 발명에서는, 탈크 (3MgO·4SiO₂) 및 스테아타이트 중에서 선택한 적어도 1 종을 배합시키는 것이 중요하다. 또한, 스테아타이트는 소성 탈크라고도 불리며, 주성분이 엔스타타이트 (MgO·SiO₂) 이다.

탈크나 스테아타이트는 지방산 아미드와 함께 첨가함으로써 윤활제로서 각별한 효과를 발휘한다. 또, 탈크나 스테아타이트는 쾌삭 성분으로서 알려진 MgO-SiO₂ 계 복합 산화물의 일종인데, 추가로 금속 비누와 함께 첨가함으로써 쾌삭 성분으로서도 각별한 효과를 발휘한다.

윤활제로서, 상기한 탈크나 스테아타이트를 배합시킴으로써, 성형체의 압축성이 향상됨과 동시에, 성형시의 발출력이 저감되어, 성형성이 큰폭으로 개선되는 이유는, 다음과 같다고 생각된다.

즉, 탈크, 스테아타이트 및 질화 붕소는, 성형시에 철기 분말 입자 사이에서 전단 응력을 받았을 때, 상기 물질이 결정면을 따라 벽개 (劈開) 되기 쉽고, 그 때문에 성형체 내부의 입자간의 마찰 저항이 저감되어, 입자간에 서로 움직이기 쉬워지는 결과, 성형체의 밀도가 향상되는 것으로 생각된다. 이 효과는 비교적 압축 압력이 낮은 영역에서 유효하다. 한편, 고압의 영역에서는, 지방산 아미드가 입자 사이로 얇게 침입하여 마찰 저항을 저감시키는 효과를 발휘한다. 이와 같이, 압축의 전체 영역에 걸쳐 마찰 저항이 저감되기 때문에, 성형체 밀도의 향상에 상승적인 효과를 발휘하는 것으로 생각된다.

또, 성형체와 금형 사이에 탈크나 스테아타이트가 존재하면, 성형체 발출시에 금형 표면으로부터의 전단 응력을 받아 벽개되므로, 금형 표면에서 성형체가 잘 미끄러지게 되어 발출력이 저감되는 것으로 생각된다.

이들 효과는, 철기 혼합 분말의 온도에 상관없이 발현되므로, 철기 혼합 분말을 가열할 필요는 반드시 없어, 상온에서의 성형에 있어서의 철기 분말 성형체의 밀도 향상에 유효하게 기여한다. 또, 철기 분말을 가열한 경우에는, 가압 성형시에 철기 분말의 소성 변형 저항이 저하되기 때문에, 보다 높은 성형체 밀도가 얻어지는 것이 가능해진다. 따라서, 필요로 하는 성형체 밀도에 따라 철기 분말의 가열 온도를 적절히 설정할 수 있는데, 이 가열 온도는 100℃ 미만이면 충분하다. 보다 바람직하게는 80℃ 이하이다.

또, 절삭성이 현저하게 개선되는 이유는 해명되어 있지 않지만, 소결시에 금속 비누 중의 금속 성분이 탈크·스테아타이트와 반응하여, 보조적인 쾌삭 성분으로서 기능하고 있을 가능성을 생각할 수 있다. 본 발명의 분말 야금용 혼합 분말을 이용하여 제조한 소결 부품은, 종래의 고강도 소결 부품과 동등한 높은 강도를 가지며, 또한 매우 우수한 절삭성도 갖는 것이 가능하다.

이들 탈크나 스테아타이트의 배합량은, 합계로 철기 혼합 분말 중 0.01∼0.5 질량% 정도로 하는 것이 바람직하다. 이는, 이들 윤활제를 0.01 질량% 이상 배합함으로써, 가압 성형시에 있어서의 성형체 밀도를 충분히 향상시키고, 또한 성형체 발출시에 있어서의 발출력을 충분히 저감시킬 수 있기 때문이다. 또, 절삭성 개선 효과를 얻는 경우도, 0.01 질량% 이상의 첨가가 바람직하다. 또한, 고강도 소결체용 합금강분 (예를 들어 철기 분말예 1) 을 사용하는 경우, 보다 강력한 절삭성 개선 효과를 확보하기 위해, 탈크 및/또는 스테아타이트의 첨가량을 합계로 0.05 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 배합량이 0.5 질량% 를 초과하면, 혼합 분말의 압축성이 저하되고, 성형체를 소결하여 얻은 소결재의 기계적 강도 등을 저하시킬 우려가 있다. 또한, 보다 바람직한 상한은 0.3 질량% 이며, 소결체의 기계적 특성에 대한 영향을 거의 없애기 위해서는 0.2 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 탈크는 단사정계 또는 삼사정계 결정 구조, 스테아타이트는 단사정계 결정 구조, 질화붕소는 육방정계 결정 구조를 각각 갖는 것이 바람직하다.

또, 탈크나 스테아타이트의 사이즈는 입경 : 1∼10㎛ 정도가 바람직하다.

<지방산 아미드>

본 발명에서는, 윤활제로서 지방산 아미드를 적어도 1 종 배합한다. 여기에, 지방산 아미드로는 지방산 모노아미드 (스테아르산모노아미드 등) 및 지방산 비스아미드 (에틸렌비스스테아로아미드, 메틸렌비스스테아로아미드 등) 에서 선택되는 1 종 이상이 바람직하다.

이들은, 윤활제로서 뿐만 아니라, 결합제로서도 기능하는 것이고, 이들을 사용함으로써, 당해 철기 혼합 분말의 편석, 발진 (發塵) 이 효과적으로 방지되고, 또한 유동성, 성형성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 지방산 아미드 중에 지방산이 혼재하는 경우가 있는데, 이것은 특별히 금하는 것은 아니다.

상기한 지방산 아미드의 배합량은, 철기 혼합 분말 중 0.01∼0.5 질량% 정도로 하는 것이 바람직하다. 이는, 배합량이 0.01 질량% 에 미치지 못하면 그 첨가 효과가 부족하고, 한편 0.5 질량% 를 초과하면 압분체의 강도가 저하되기 때문이다. 보다 바람직한 하한은 철기 분말이 순철분인 경우 0.03 질량%, 합금강분인 경우 0.05 질량% 이고, 보다 바람직한 상한은 0.4 질량% 이고, 철기 분말이 순철분인 경우 더욱 바람직한 상한은 0.3 질량% 이다.

<금속 비누>

본 발명에서는 추가로 금속 비누를 배합시킬 수도 있다. 또한, 종래의 통념에 맞춰, 여기에서는 금속 비누도 윤활제로서 취급한다.

금속 비누로는 스테아르산아연, 스테아르산리튬, 스테아르산칼슘 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 특히 스테아르산아연, 스테아르산리튬 등이 바람직하다.

금속 비누의 배합량은, 철기 혼합 분말 중 0.01∼0.5 질량% 정도로 하는 것이 바람직하다. 이는, 배합량이 0.01 질량% 에 미치지 못하면 그 첨가 효과가 부족하고, 한편 0.5 질량% 를 초과하면 압분체의 강도가 저하되기 때문이다. 보다 바람직한 하한량은 0.05 질량% 이상이고, 보다 바람직한 상한량은 0.3 질량% 이다.

또, 지방산 아미드와 금속 비누의 합계 첨가량은 0.1 질량% 이상, 1.0 질량% 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 하한은 0.2 질량% 이고, 보다 바람직한 상한은 0.6 질량% 이다.

또한, 탈크·스테아타이트, 지방산 아미드 및 금속 비누의 합계 배합량은 철기 혼합 분말 중 0.01∼2.0 질량% 정도로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 하한은 0.15 질량% 이고, 보다 바람직한 상한은 0.8 질량% 이다.

<그 밖의 원료>

본 발명의 철기 혼합 분말에는, 특별히 다른 첨가물은 필요없지만, 표면 개질제 (실록산류 등) 등 공지된 첨가제를 0.5 질량% 이하 정도 추가로 첨가하는 것은 자유이다.

<혼합 분말의 제조 방법>

다음으로, 본 발명의 철기 혼합 분말의 제조 방법에 대해 설명한다.

(제 1 방법)

철기 분말에, 상기 각 원료 (탈크, 스테아타이트, 지방산 아미드, 금속 비누, 합금용 분말 등) 를 첨가하여 1 차 혼합한다. 이어서, 1 차 혼합 후의 혼합물을, 지방산 아미드, 금속 비누 중 적어도 1 종의 융점 이상으로 가열하면서 교반하고, 혼합하면서 서서히 냉각시킨다. 그 결과, 상기 용융된 원료에 의해, 철기 분말의 표면에 합금용 분말이나 그 밖의 원료 분말이 고착된다.

즉, 용융되어 고착에 이용된 원료는 결합제로도 기능하고 있다.

(제 2 방법)

제 1 방법과 유사하지만, 상기한 원료의 일부만을 철기 분말에 첨가하여 1 차 혼합한 후, 잔부를 첨가하여 2 차 혼합할 수도 있다. 2 차 혼합된 원료는, 유리 상태에서 혼합 분말 중에 존재한다. 특히 바람직한 일례는, 금속 비누의 적어도 1 부를 2 차 혼합하고, 나머지 원료는 1 차 혼합에 제공하고, 또한 상기 결합제로서 지방산 아미드, 또는 이것과 금속 비누의 공용융물을 사용하는 방법이다. 이 방법에서는, 철기 분말에 배합하는 각 원료의 첨가량을 최소로 할 수 있다.

또한, 철기 분말과 각 원료의 혼합 수단으로는, 특별히 제한없이 종래부터 공지된 혼합기 모두를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 가열이 용이한, 고속 저부 교반식 혼합기 (high-speed mixer), 회전 팬형 혼합기 (counter current mixer), 회전 플라우형 혼합기 (plough share mixer) 및 원추 유성 스크루형 혼합기 (conical mixer) 등은 특히 유리하게 적합하다.

<성형체 및 소결체의 제조 방법>

다음으로, 본 발명의 철기 혼합 분말을 사용한 철기 분말 성형체의 제조 방법 및 철기 분말 소결체 (소결 부품) 의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 철기 혼합 분말은, 통상의 성형 방법으로 성형체로 할 수 있다. 구체적으로는, 철기 혼합 분말을 금형에 충전하고, 추가로 압분 성형을 실시한다. 압분 성형의 일반적으로 바람직한 조건으로는, 가압력을 400∼1000MPa 로 하는 것이 바람직하다. 또, 금형을 50∼70℃ 로 가열해도 된다. 또는, 분말 야금용 혼합 분말과 금형을 80∼130℃ 로 가열해도 된다.

또한, 본 발명의 철기 혼합 분말은, 상온에서도 충분히 고밀도로 성형할 수 있고, 생산성의 관점에서는 상온 성형이 바람직하다. 그렇다고 해도, 철기 혼합 분말이나 금형을 가열하거나, 금형에 윤활제를 도포하는 것은 유리하다.

가열 분위기에서 성형하는 경우, 철기 혼합 분말이나 금형의 온도는 100℃ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 이는, 본 발명에 따른 철기 혼합 분말은 압축성이 풍부하므로 100℃ 미만의 온도에서도 우수한 성형성을 나타내고, 또 100℃ 이상이 되면 산화에 의해 열화될 우려가 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 80℃ 이하이다.

이어서 상기와 같이 하여 얻어진 고밀도 철기 분말 성형체를 금형으로부터 꺼내고, 소결 처리를 실시하여 고밀도의 소결체로 한다. 소결 처리에 대해서는, 특별히 한정되지는 않고, 종래 공지된 소결 처리 방법 모두를 바람직하게 사용할 수 있다. 소결은, 가열 온도를 1100∼1600℃ 로 하고, 가열 시간을 10∼60 분으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 소결을 실시함으로써, 우수한 강도와 절삭성을 갖는 소결 부품 (합금강분을 사용한 경우에는 특히 고강도 소결 부품) 을 얻는다.

소결을 실시한 후, 필요에 따라 침탄 담금질 (가스 침탄 열처리), 광휘 담금질, 고주파 담금질, 침탄 질화 열처리 등의 열처리를 실시하여 (고강도) 소결 부품의 강도를 한층 높일 수 있다. 또한, 뜨임 처리를 실시해도 된다.

이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

표 1 에, 실시예 1∼4 에서 철기 분말로서 사용한 각종 분말 야금용 철분 (모두 평균 입경 : 약 80㎛) 의 종류를 나타낸다. 특히 합금강분의 경우에는, 완전 합금화 강분인지, 부분 합금화 강분인지, 나아가서는 완전 합금화 강분에 합금 성분을 부분 확산시킨 하이브리드 강분인지의 구별을 나타낸다.

* ( ) 내 : 완전 합금화 강분 조성

[ ] 내 : 상기 완전 합금화 강분에 확산 접합된 조성

(실시예 1)

표 2 에 나타내는 각종 철기 분말, 천연 흑연 분말 (평균 입경 : 5㎛) 및/또는 구리 분말 (평균 입경 : 25㎛) 에, 각종 윤활제 분말 (1 차 첨가제) 을 첨가하고, 고속 저부 교반식 혼합기로 혼합하면서 140℃ 로 가열한 후, 60℃ 이하로 냉각시키고, 추가로 각종 윤활제 분말 (2 차 첨가제) 을 첨가하고, 500rpm 으로 1 분간 교반 후, 혼합기로부터 혼합 분말을 배출하였다. 1 차 및 2 차 첨가제의 종류와 배합량을 표 2 에 병기한다. 윤활제의 첨가량 (질량부) 은, 철기 분말과 천연 흑연 분말과 구리 분말의 합계 질량 100% 에 대한 비율을 외수 (外數) 로 나타낸 것인데, 내수로 나타낸 수치와 거의 동일하다. 또한, 탈크 분말, 스테아타이트 분말의 평균 입경은 각각 6㎛, 4㎛ 이었다.

또, 비교를 위해, 상기와 동일한 철기 분말, 천연 흑연 분말 및/또는 구리 분말의 조성의 분말에, 스테아르산아연을 0.8mass% 첨가하고, V 형 용기 회전식 혼합기로 혼합한 혼합 분말을 준비하였다 (표 3 참조). 이 비교재는, 상온 성형에서 통상 사용되는 조성이다.

다음으로, 얻어진 각 철기 혼합 분말을, 실온하에서 내경 : 11㎜ 의 초경제 타블렛형에 충전하고, 490MPa 및 686MPa 로 가압 성형하였다. 그 때, 성형체를 금형으로부터 발출할 때의 발출력, 및 얻어진 성형체의 압분 밀도를 측정하였다.

또한, 얻어진 철기 혼합 분말에 대해 별도 절삭 시험용 시험편 (외경 60㎜, 내경 20㎜, 길이 30㎜) 의 압분 성형을 실시하였다. 압분 성형의 가압력은 590MPa 로 하였다. 소결은 RX 가스 분위기 중에서 실시하고, 가열 온도를 1130℃ 로 하고, 가열 시간을 20 분으로 하였다. 절삭성을 평가하는 데에 있어서, 서멧의 절삭 공구를 이용하여 절삭 속도 200m/분, 이송 0.1㎜/회, 절삭 깊이 0.3㎜, 절삭 거리 1000m 의 절삭 시험을 실시하고, 절삭 공구의 플랭크면의 마모폭을 측정하였다. 절삭 공구의 플랭크면의 마모폭이 작을수록, 소결체의 절삭성이 우수한 것을 나타낸다.

얻어진 결과를 표 4 에 나타낸다.

* EBS : 에틸렌비스스테아로아미드, STZN : 스테아르산아연, STAM : 스테아르산모노아미드, STLI : 스테아르산리튬

* STZN : 스테아르산아연

표 2∼표 4 에 나타낸 발명예 1∼9 와 비교예 1∼9 를 비교하면 명확한 바와 같이, 윤활제로서 본 발명에 따른 윤활제를 사용함으로써, 실온 성형이어도, 발출력을 그다지 증가시키지 않고 고밀도의 압분체를 얻을 수 있고, 또한 절삭성도 현저하게 개선된다.

(실시예 2)

표 5 에 나타내는 각종 철기 분말, 천연 흑연 분말 및/또는 구리 분말에, 각종 윤활제 (1 차 첨가제) 를 첨가하고, 고속 저부 교반식 혼합기로 혼합하면서 140℃ 에서 가열한 후, 60℃ 이하로 냉각시키고, 추가로 각종 윤활제 (2 차 첨가제) 를 첨가하고, 500rpm 으로 1 분간 교반 후, 혼합기로부터 혼합 분말을 배출하였다. 1 차 및 2 차 첨가제의 종류와 배합량을 표 5 에 병기한다. 사용한 원료는 실시예 1 과 동일하게, 표 1 에 기재된 것이다.

또, 비교를 위해, 상기와 동일한 철기 분말, 천연 흑연 분말 및/또는 강분의 조성의 분말에, 에틸렌비스스테아로아미드를 0.6mass% 첨가하고, V 형 용기 회전식 혼합기로 혼합한 혼합 분말을 준비하였다 (비교재).

다음으로, 얻어진 실온의 각 철기 혼합 분말을, 미리 캐비티 벽면 온도가 80℃ 가 되도록 가열한 내경 : 11㎜ 의 초경제 타블렛형에 충전하고, 490MPa 및 686MPa 로 가압 성형하였다. 그 때, 성형체를 금형으로부터 발출할 때의 발출력 및 얻어진 성형체의 압분 밀도를 측정하였다.

또, 비교재를 일반적인 온간 성형의 성형 조건, 즉 120℃ 로 가열한 후, 금형을 130℃ 로 가열한 내경 : 11㎜ 의 초경제 타블렛형에 충전하고, 490MPa 및 686MPa 로 가압 성형하였다. 그 때, 성형체를 금형으로부터 발출할 때의 발출력 및 얻어진 성형체의 압분 밀도를 측정하였다.

또, 실시예 1 과 동일하게 절삭 시험용 시험편을 압분 성형하고, 절삭성을 조사하였다.

얻어진 결과를 표 6 에 나타낸다.

* EBS : 에틸렌비스스테아로아미드, STZN : 스테아르산아연, STAM : 스테아르산모노아미드, STLI : 스테아르산리튬

표 5∼표 6 에 나타낸 발명예 10∼15 와 비교예 10∼15 의 비교에서 명확한 바와 같이, 윤활제로서 본 발명의 1 차 및 2 차 첨가제를 첨가함으로써, 금형을 100℃ 미만의 비교적 낮은 온도로 가열하는 것만으로, 혼합 분말을 가열하지 않고도 발출력의 증가없이 일반적인 온간 성형재와 동등한 고밀도의 압분체를 얻을 수 있었다.

또한, 각 발명예의 플랭크면 마모폭 (㎜) 은, 동일한 계통 (번호) 의 비교예의 약 20∼40% 로 저하되어 있고, 절삭성에 대해서도 현저한 개선이 보였다.

(실시예 3)

표 7 에 나타내는 각종 철기 분말, 천연 흑연 및/또는 구리 분말에, 각종 윤활제 (1 차 첨가제) 를 첨가하고, 고속 저부 교반식 혼합기로 혼합하면서 140℃ 에서 가열한 후, 60℃ 이하로 냉각시키고, 추가로 각종 윤활제 (2 차 첨가제) 를 첨가하고, 500rpm 으로 1 분간 교반 후, 혼합기로부터 혼합 분말을 배출하였다. 1 차 및 2 차 첨가제의 종류와 배합량을 표 7 에 병기한다. 사용한 원료는 실시예 1 과 동일한 것이다.

또, 비교를 위해, 각 중량의 에틸렌비스스테아로아미드를 첨가하고, V 형 용기 회전식 혼합기로 혼합한 혼합 분말을 제조하였다.

다음으로, 얻어진 각 철기 혼합 분말을 60℃ 로 가열한 후, 미리 캐비티 벽면 온도가 80℃ 가 되도록 가열하고, 추가로 스테아르산리튬 분말을 벽면에 도포한 내경 : 11㎜ 의 초경제 타블렛형에 충전하고, 490 및 686MPa 로 가압 성형하였다. 그 때, 성형체를 금형으로부터 발출할 때의 발출력과 및 얻어진 성형체의 압분 밀도를 측정하였다.

또, 비교재를 일반적인 온간 성형의 성형 조건, 즉 120℃ 로 가열한 후, 금형을 130℃ 로 가열한 내경 : 11㎜ 의 초경제 타블렛형에 충전하고, 490 및 686MPa 로 가압 성형하였다. 그 때, 성형체를 금형으로부터 발출할 때의 발출력 및 얻어진 성형체의 압분 밀도를 측정하였다.

또한, 실시예 1 과 동일하게 절삭 시험용 시험편을 압분 성형하고, 절삭성을 조사하였다.

얻어진 결과를 표 8 에 나타낸다.

* EBS : 에틸렌비스스테아로아미드, STZN : 스테아르산아연, STAM : 스테아르산모노아미드, STLI : 스테아르산리튬

표 7∼표 8 에 나타낸 발명예 16 과 비교예 16 및 발명예 17 과 비교예 17 의 비교에서 명확한 바와 같이, 윤활제로서 본 발명의 1 차 및 2 차 첨가제를 첨가함으로써, 금형 및 분말을 100℃ 미만의 비교적 낮은 온도로 가열하는 것만으로, 일반적인 온간 성형재와 동등한 고밀도의 성형체를 매우 낮은 발출력으로 성형할 수 있었다.

또, 각 발명예의 플랭크면 마모폭 (㎜) 은, 동일한 계통 (번호) 의 비교예의 약 25∼35% 로 저하되어 있고, 절삭성에 대해서도 현저한 개선이 보였다.

(실시예 4)

표 9 에 나타내는 각종 철기 분말, 천연 흑연 분말 및/또는 구리 분말에, 각종 윤활제 (1 차 첨가제) 를 첨가하고, 고속 저부 교반식 혼합기로 혼합하면서 140℃ 에서 가열한 후, 60℃ 이하로 냉각시키고, 추가로 각종 윤활제 (2 차 첨가제) 를 첨가하고, 500rpm 으로 1 분간 교반 후, 혼합기로부터 혼합 분말을 배출하였다. 1 차 및 2 차 첨가제의 종류와 배합량을 표 9 에 병기한다. 사용한 원료는 실시예 1 과 동일한 것이다. 또한, 비교예 20 은 1 차·2 차 첨가 대신에, 스테아타이트 분말을 첨가하여 고속 저부 교반식 혼합기에 의해 동 조건에서 혼합하는 처리를 실시하였다.

다음으로, 얻어진 각 철기 혼합 분말을, 실온하에서, 내경 : 11㎜ 의 초경제 타블렛형에 충전하고, 490MPa 및 686MPa 로 가압 성형하였다. 그 때, 성형체를 금형으로부터 발출할 때의 발출력, 및 얻어진 성형체의 압분 밀도를 측정하였다.

또한, 얻어진 철기 혼합 분말에 대해 별도 분말 야금 공업회 JPMA M04-1992 에 준거한 인장 시험편과 절삭 시험용 시험편 (외경 60㎜, 내경 20㎜, 길이 30㎜) 의 압분 성형을 실시하였다. 압분 성형의 가압력은 590MPa 로 하였다. 소결은 RX 가스 분위기 중에서 실시하고, 가열 온도를 1130℃ 로 하고, 가열 시간을 20 분으로 하였다. 절삭성의 평가법은 실시예 1 과 동일하다.

얻어진 결과를 표 10 에 나타낸다.

* EBS : 에틸렌비스스테아로아미드, STZN : 스테아르산아연, STAM : 스테아르산모노아미드, STLI : 스테아르산리튬

표 9 ∼표 10 에 나타낸 발명예 18∼21 과 비교예 18, 19 의 비교로부터 명확한 바와 같이, 스테아타이트 등을 본 발명의 범위 내에서 첨가한 철기 혼합 분말은, 발출력을 증가시키지 않고 고밀도의 압분체를 얻을 수 있다. 또, 스테아타이트 등이 0.5 질량% 를 초과하여 첨가된 비교예 19 는 기계적 특성의 저하가 크다. 또한, 기계적 특성의 관점에서는 발명예 18∼21 로부터 스테아타이트 등의 첨가량이 0.2 질량% 이하인 것이 보다 바람직한 것을 알 수 있다.

또, 발명예 22, 23 과 비교예 20, 21 의 비교로부터 명확한 바와 같이, 지방산 아미드 등을 스테아타이트 등과 함께 첨가하는 것이, 발출력을 증가시키지 않고 고밀도의 압분체를 얻기 위해 필요하다. 또, 추가로 금속 비누를 첨가함으로써, 소결체의 절삭성을 현저하게 개선시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

(실시예 5)

표 11 에 나타내는 성분의 수 아토마이즈 합금강분을, 수 아토마이즈법으로 제조하였다. Mn, Mo 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 그 수 아토마이즈 합금강분에, Cu 분말, 흑연 분말, 탈크, 스테아타이트를 표 11 에 나타내는 비율로 첨가하였다. 또한, 수 아토마이즈 강분 중의 Mo 함유량, Mn 함유량 (질량%) 및 수 아토마이즈 강분에 첨가하는 Cu 분말, 흑연 분말, 탈크, 스테아타이트의 첨가량 (질량%) 은, 모두 분말 야금용 혼합 분말의 질량에서 차지하는 비율을 내수로 나타낸다.

또한, 윤활제를 표 11 에 나타내는 비율로 첨가하였다. 윤활제의 첨가량 (질량부) 은, 수 아토마이즈 합금강분과 첨가제를 혼합하여 얻어지는 분말 야금용 혼합 분말의 질량 (100 질량부) 에 대한 비율을 외수로 나타낸다 (단, 내수로 나타낸 수치와 거의 동일하다).

이어서 V 형 블렌더로 혼합하고, 얻어진 분말 야금용 혼합 분말을 금형에 충전하고, 분말 야금 공업회 JPMA M04-1992 에 준거한 인장 시험편과 절삭 시험용 시험편 (외경 60㎜, 내경 20㎜, 길이 30㎜) 의 압분 성형을 실시하였다. 압분 성형의 가압력은 590MPa 로 하였다. 소결은 RX 가스 분위기 중에서 실시하고, 가열 온도를 1130℃ 로 하고, 가열 시간을 20 분으로 하였다.

인장 시험에 의해 얻어진 인장 강도는 표 11 에 나타내는 바와 같다.

절삭성을 평가하는 데에 있어서, 서멧의 절삭 공구를 이용하여 절삭 속도 200m/분, 이송 0.1㎜/회, 절삭 깊이 0.3㎜, 절삭 거리 1000m 의 절삭 시험을 실시하고, 절삭 공구의 플랭크면의 마모폭을 측정하였다. 그 결과는 표 11 에 나타내는 바와 같다. 절삭 공구의 플랭크면의 마모폭이 작을수록, 소결체의 절삭성이 우수한 것을 나타낸다.

표 11 중에서 발명예는 본 발명의 범위를 만족하는 분말 야금용 혼합 분말을 사용한 예이고, 비교예는 본 발명의 범위를 벗어나는 분말 야금용 혼합 분말을 사용한 예이다. No.22 의 종래예는, 종래부터 실용화되어 있는 Fe-4Ni-1.5Cu-0.5Mo 계 수 아토마이즈 합금강분을 사용한 분말 야금용 혼합 분말에 종래의 윤활제를 배합한 예이다. No.22 의 합금 원소에 부기된 수치는 질량% 를 나타낸다.

* 1 분말 야금용 혼합 분말의 질량에서 차지하는 비율 (내수)

* 2 EBS : 에틸렌비스스테아로아미드, STZN : 스테아르산아연, STAM : 스테아르산모노아미드, STLI : 스테아르산리튬

* 3 분말 야금용 혼합 분말 100 질량부에 대한 비율 (외수)

표 11 로부터 명확한 바와 같이, 특히 발명예의 분말 야금용 혼합 분말로부터 얻은 소결체는, 모두 기계적 특성 및 절삭성이 우수하다. 특히 종래예는, 소결체의 절삭성이 현저하게 나쁘다.

또한, 수 아토마이즈 합금강분이 Mo : 0.3∼0.5 질량% 및 Mn : 0.1∼0.25 질량% 를 함유하고, 또한 Cu 분말 : 1∼3 질량% 및 흑연 분말 : 0.5∼1.0 질량% 를 함유하는 경우, 인장 강도가 500MPa 이상이고, 또한 절삭성이 우수한 소결체를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 실온 정도의 낮은 온도에서 성형했다고 해도, 성형 밀도가 높고 또한 발출력이 작은 철기 혼합 분말을 얻을 수 있다. 또, 바람직한 본 발명에 의하면, 우수한 절삭성을 갖는 소결 부품, 특히 고강도 소결 부품의 제조에 바람직한 분말 야금용 혼합 분말을 얻을 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 철기 혼합 분말을 원료로 함으로써, 성형 밀도가 높은 철기 분말 성형체, 나아가서는 소결 밀도가 높은, 또는 절삭성이 더욱 우수한 철기 분말 소결체를 얻을 수 있다.

Claims (9)

1. 철기 분말과,

   첨가제로서 탈크 및 스테아타이트 중에서 선택한 적어도 1 종, 및 지방산 아미드를 함유하는 철기 혼합 분말.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 첨가제가 추가로 금속 비누를 함유하는 철기 혼합 분말.
3. 제 1 항에 있어서,

   추가로 합금용 분말을 배합하여 이루어지는 철기 혼합 분말.
4. 제 2 항에 있어서,

   추가로 합금용 분말을 배합하여 이루어지는 철기 혼합 분말.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 철기 분말이 Mo : 0.3∼0.5 질량%, Mn : 0.1∼0.25 질량% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 수 아토마이즈 합금강분이고,

   상기 합금용 분말이 Cu 분말 : 1∼3 질량% 및 흑연 분말 : 0.5∼1.0 질량% 인 철기 혼합 분말.
6. Mo : 0.3∼0.5 질량%, Mn : 0.1∼0.25 질량% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 수 아토마이즈 합금강분과,

   Cu 분말 : 1∼3 질량% 와,

   흑연 분말 : 0.5∼1.0 질량% 와,

   탈크 및 스테아타이트 중에서 선택한 적어도 1 종을 합계 0.05∼0.5 질량% 와,

   지방산 아미드를 혼합하여 이루어지는 철기 혼합 분말.
7. 제 6 항에 있어서,

   추가로 금속 비누를 함유하는 철기 혼합 분말.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 철기 혼합 분말을 금형에 충전하고, 100℃ 미만의 온도에서 성형하는 철기 분말 성형체의 제조 방법.
9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 철기 혼합 분말을 금형에 충전하고, 100℃ 미만의 온도에서 성형한 후, 얻어진 철기 분말 성형체를 소결하는 철기 분말 소결체의 제조 방법.