KR950004681B1

KR950004681B1 - 복합합금강분 및 소결 합금강

Info

Publication number: KR950004681B1
Application number: KR1019890700958A
Authority: KR
Inventors: 시게아끼 다까죠; 오사무 후루기미; 구니아끼 오구라; 게이이찌 마루따; 데루요시 아베; 이찌오 사꾸라다
Original assignee: 가와사끼세이데쯔 가부시끼가이샤; 원본미기재
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1995-05-04
Also published as: WO1989002802A1; US4954171A; KR890701791A; DE3853000T2; DE3853000D1

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

복합합금강분 및 소결 합금강

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명자들이 얻은 열처리 소결체의 조성에 대한 밀도와 강도의 관계를 설명하는 그래프.

제2도는 제1도와 동일한 소결체의 조성에 대한 밀도와 샤르피 충격치와의 관계를 설명하는 그래프.

제3도는 Ni, Mo의 함유량이 본 발명의 범위내에 있는 열처리 소결체의 C량과 인장강도의 관계를 설명하는 그래프.

제4도는 제3도와 동일한 소결체의 C량과 샤르피 충격치와의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 분말 야금에 의한 소결 부품의 제조에 제공되는 합금강분 및 소결후에 열처리하여 사용되는 고강도 소결 합금강에 관한 것이다.

[배경기술]

철계 소결재료는 자동차 부품등에 널리 이용되고 있다.

최근 이러한 부품의 경량화기 지향되어 고강도화가 요망되고 있다. 소결부품을 고강도로 하기 위해 각종 합금강분을 사용하고 있는 것은 주지의 기술이다.

이러한 고강도 소결부품은 고밀도일 것이 요구되는 경우가 많다. 완전히 균일한 합금강분은 강분입자가 단단해지므로 철분입자 표면에 합금 원소인 분말을 부분적으로 확산 부착시킨 복합합금강분으로서, 강분의 압축성을 높이려는 노력이 경주되고 있다.

그러나, 이와 같은 복합합금강분을 이용하는 방법에서도 그 합금 조성이나 제조방법 및 사용 방법이 적절치 못한 경우에는 충분한 소결체 특성을 기대할 수 없다.

일본특개소 61-231102 공보에는 합금조성을 고합금화하므로써 소결재료의 강도를 높이려는 시험이 이루어지고 있다. 그러나, Ni를 7% 이상 포함한 고합금조성이므로, 단가가 높은 것 이외에, 소결된 상태에서 경도가 높아져서 사이징이나 절삭가공이 불가능해진다.

또한, 소결후 잔류 오오스테나이트가 많아져서 인장강도를 130kgf/mm²이상의 고강도로 하려면 서브제로 처리등의 특별한 열처리가 필요하여 단가 상승의 요인이 되는 등 문제가 많다.

또한 잔류 오오스테나이트가 시간의 경과와 함께 분해되어 부품의 변형등 경과 변화를 가져오는 것 등도 문제가 된다. 일본 특공소 45-9649호 공보에는 형성후의 열처리시에 치수변화가 적으며 고강도인 소결체를 부여하는 저합금강분이 개시되고 있다.

이 저합금강분은 철분과 Ni, Mo 및 Cu의 화합물과의 혼합물을 가열하여 합금성분을 확산부착시켜 집합화한 입자를 분쇄하고, 또한 소둔하므로서 얻어지는 것이다. 그러나, 이 저합금강분은 Cu를 0.50-2.00중량% 함유하고 있으며, Cu가 입계에 편석하여 ε-Cu 취화층을 생성하여 기계적 특성을 약화시키므로 바람직하지 못하다.

또한, 발명자중의 한 사람은 특히 소결인채로 그후의 열처리없이 사용되는 경우에 적합한 복합합금강분의 조성을 제안하고 있다. (일본특개소 63-89601)

이 합금강분은 Ni 및 Cu와 Mo를 함유하며, 높은 소결체 경도와 소결시의 치수 안정성을 부여하는 합금 조성을 가지고 있다.

그러나, 소결체의 인장강도가 130kgf/mm²이상을 실현할 수 있는 것은 없다.

또한, 본 발명자들중 한 사람은 강분표면에 2종류이상의 합금성분이 확산 부착되고, 또한 44μm 이하의 입도에서의 각 합금성분의 함유량이 각각 강분전체의 평균 함유량의 0.9-1.9배의 범위에 있는 복합합금강분을 제안하고 있다. (일본특개소 61-130401호 공보)

그러나, 이 합금강분을 사용하여 제조된 소결체는 인장시에 오오스테나이트에서 마르텐사이트로의 왜곡유기변태가 일어나지 않으며, 또한 압축성 부족으로 밀도가 충분하지 않으므로, 인장강도 130kgf/mm²이상을 실현시킬 수 없다.

소결부품에 침탄 경화 처리를 하는 것은 부품내부의 인성이 높은 동시에, 표면부는 단단하여 내마모성이 뛰어나 일반적으로 피로 강도도 높다.

따라서, 기어등의 고강도 부품으로서 가장 실용적 가치가 높다. 그러나, 종래의 소결체를 단순히 침탄 경화하는 것만으로는 인장강도 130kgf/mm²이상의 고강도를 얻는 것은 곤란하다.

문제의 하나는 소결체가 빈 구멍이 있으므로 침탄 거동이 통상의 강재와 달리 적절한 탄소 농도 분포를 얻기 어려운 것이다.

따라서, 강도가 불충분해진다.

이것을 해결하기 위해 소결체의 밀도를 충분히 높이고나서 침탄하는 시험이 행하여졌다.

소결단조는 그 하나로서 고강도 재료를 얻고 있다.

그러나, 이 방법은 특수한 설비를 필요로 하며 열간단조에 사용되는 금형의 수명이 짧으므로 단가가 높아지는 경우가 많아서 용도는 한정되어 있다.

한편, 소결체를 냉간단조 또는 코이닝하여, 밀도를 7.6-7.8g/cm³로 높여서 고강도로재를 얻는 것도 시험되었다. (일본특공소 49-16325호 공보)

이 방법은 열간단조설비가 필요없다는 잇점이 있는데, 7.6g/cm³이상의 고밀도하기위해 냉간단조 또는 코이닝의 압력을 고압력으로 할 필요가 있으며 금형 수명이 짧다는 문제가 있다.

또한, 열처리를 하는 소결부품에서 고합금화, 고밀도화에 따라 고강도를 얻는 예는 많다.

그러나, 일본특개소 62-146203호에서 개시된 열처리 소결체의 인장강도는 120kgf/mm²이하이며, 그 이상의 고강도화의 요망에 대해서는 만족할 수 없다.

또한, 일본특개소 54-50409호에서는 밀도가 7.6g/cm³인 소결열처리재를 제조하여 인장강도 160kgf/mm²을 얻는 기술이 개시되어 있는데, 충격치는 2.5kgf.m/cm²이하로써 인성은 낮다.

최근, 소결부품의 고강도화에 대한 요청은 나날이 강해져서 그 결과, 소결후에 열처리를 하는 사용방법의 중요성이 증대되고 있다.

이 경우는 열처리후 소결체가 매우 단단하므로 절삭이나 사이징에 의한 치수교정이 곤란하다.

그래서, 열처리전에 이러한 공정을 추가하게 되므로 절삭이나 사이징을 가능한 용이하게 하도록 소결체의 열처리전의 강도에 따라 강도를 낮게 억제시키고, 그 뒤의 열처리로 고강도(고경도)로 할 필요가 있다.

지금까지의 복합합금강분에서는 이와 같은 가공에 적합한 사양이 충분히 검토되어 있지 않아서, 새로운 사양을 가진 합금강분의 출현이 기대되고 있었다.

본 발명의 목적은, 고합금 조성으로 하지 않으며, 또한 특수한 설비를 필요로하지 않고 비교적 저합금 조성으로 고강도, 고인성인 소결합금강을 얻기 위한 분말 야금용 복합합금강분 및 열처리 소결강을 제공하는데 있다.

이에 따라 소결체의 열처리전의 절삭 내지 사이징을 용이하게 하는 동시에, 소결 처리후에 고강도 고인성인 소결체를 얻는다는 상반된 기술을 동시에 실현시킬 수 있다.

[발명의 개시]

본 발명자들은 소결체의 고강도화 및 고인성화에 대하여 예의 검토한 결과, 사용되는 강분의 조성 및 소결체의 밀도등 양자가 소결체의 고강도화, 고인성화에 현저하게 영향을 미친다는 것을 발견하였다.

본 발명자들의 착안점은 Ni-Mo계 복합합금강분에서, 소결에 계속하여 침탄 경화를 하는 경우의 조성을 적정화하는 것이다.

즉, 침탄 경화는 저탄소의 소결강에 탄소를 확산시키면서 경화시키는 수법이므로, 열처리전의 절삭성이나 사이징성을 부여하려면 저탄소의 합금강으로서 조성을 선택하고, 그 조성이 열처리후 탄소를 함유하는 상태로 필요로하는 강도를 부여하는 것이라면 좋다.

본 발명자들의 지식에 따르면, 탄소가 공존하지 않는 상태에서는 Mo나 Ni에 비하여 소결체를 단단하게 하기 어려우므로, 열처리전의 소결체의 절삭이나 사이징을 고려한 경우 Ni 보다도 자유롭게 증량시킬 수 있다.

한편, 침탄후의 강도상승에서는 Mo는 Ni 보다도 기여가 크다.

그래서, 지금까지 존재하는 Ni-Mo계 복합합금분의 조성(Mo를 W로 치환한 경우도 포함)보다도 Ni에 비하여 Mo를 보다 다량으로 사용하므로써 매우 양호한 결과를 얻을 수 있는 것으로 생각한 것이다.

본 발명자들이 얻은 소결체의 강도 및 인성과 조성 및 밀도의 관계를 기술한다.

Ni와 Mo의 함유량이 각각, (X) 0.58% Ni- 3.21% Mo, (Y) 1.07% Ni-3.42% Mo, (Z) 1.09% Ni-0.6% Mo의 조성인 복합합금강재를 사용하여 이것에 흑연과 윤활제(스테아린산아연)를 첨가하여 가소결한 뒤 성형 압력을 변화시켜 재압축하여 밀도를 변화시켰다.

그뒤, 분말소결(1250℃×30분, 암모니아 분해가스중)이고, 기름경화(870℃×60분, 불활성가스중 가열), 180℃×60분의 어니일링시켰다.

이들 소결체의 밀도와 인장강도 및 샤르피(charpy)충격치와의 관계를 제1도 및 제2도에 나다낸다.

밀도 7.0g/cm³이상으로 전술한 (X), (Y)의 소결체는 인장강도 130kgf/mm²이상을 갖는 동시에 고인성인 것을 알 수 있다.

또한, 밀도를 7.3g/cm³이상으로 하면 인장강도를 150kgf/mm²이상으로 할 수 있다.

본 발명은 전술한 지식에 의거하여 구성된 것이다.

즉, 본 발명은 (1) 합금성분이 분말상으로 철분입자 표면에 부분적으로 확산 부착된 복합합금강분에 있어서 합금성분으로서 Ni와 Mo 또는 W중 적어도 하나를 포함하며, 합금 조성이, Ni : 0.50-3.50중량%, Mo+ 1/2W : 0.65-2.50중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 구성되며, 또한 그 강분중 45μm 이하의 입도에서의 Ni 및 Mo+1/2W의 함유량이 각각 그 강분전체의 평균함유량의 2.0-4.2배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 복합합금강분, (2) 최종 제품 합금 성분으로서 Ni와 Mo 또는 W중 적어도 하나를 포함하고, 합금조성이 Ni : 0.50-3.50중량%, Mo+1/2W : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe,C 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상이고 침탄 경화, 어니일링후의 인장강도가 130kgf/mm²이상을 가진 것을 특징으로 하는 고강도 소결 합금강, (3) 최종 제품 합금성분으로서 C, Ni와 Mo 또는 W중 적어도 하나를 포함하여, 합금조성이 C 0.3-0.8중량%, N : 0.50-3.50중량%, Mo+1/2W : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 경화, 어니일링후의 인장강도가 130kgf/mm²이상을 가진 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 소결 합금강, (4) 발명(1)에 기재된 복합합금강분을 사용하여 제조한 소결 합금강으로서, 최종제품 합금성분으로 Ni와 Mo 또는 W중 적어도 하나를 함유하고, 합금조성이 Ni : 0.50-3.50중랑%, Mo+1/2W : 0 .65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe,C 및 불가피 불순물로 구성되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 침탄 경화, 어니일링후의 인장강도가 130kgf/mm²이상을 가진 것을 특징으로 하는 고강도 소결 합금강, (5) 발명 (1)에 기재된 복합합금강분을 사용하여 제조된 소결 합금강으로서, 최종 제품합금 성분으로 C, Ni와, Mo 또는 W중 적어도 하나를 함유하고, 합금조성이 C : 0.3-0.8중량%, Ni : 0.50-3.50중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 경화, 어니일링후의 인장강도가 130kgf/mm²이상을 가진 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 소결 합금강이다.

또한, 본 발명에서 복합합금강분이란, 철분입자 표면에 합금원소, 예를 들면 Ni, Mo나 W가 부분적으로 확산부착된 강분을 말한다.

전술한 수치 제한의 의의에 대하여 설명한다. Ni : 0.50-3.50중량%, Ni는 Fe 기지에 고용되어 소결체를 강화시키고 또한 인성을 향상시키는데 도움이 된다.

0.50중량% 미만이면 고용 강화 및 경화성 향상에 따른 고강도화와 매트릭스의 강성 개선 효과를 얻을 수 없다. 한편, 3.50중량%를 초과하면 과잉의 오오스테나이트상이 생성되어 강도저하가 발생된다. Mo : 0.65-3.50중량%, Mo는 Fe 기지중에 고용되어 소결체를 강화하는 동시에 탄화물을 형성하여 강도 및 경도를 향상시키는 것 이외에 경화성의 상승에도 효과가 크다.

0.65중량% 미만이면 고용강화 및 경화성 향상에 따른 고강도화를 얻을 수 없다.

한편, 3.50중량%를 초과하면 인성이 저하된다.

또한, Mo량은 0.65중량% 이상으로 하면 한층 고강도화를 달성할 수 있어 바람직하다.

이상, 기본합금으로서 Ni와 Mo에 대하여 기술하였는데, Mo의 일부 또는 전부를 그 두배의 중량인 W로 치환할 수도 있다.

여기에서 W의 중량을 2배로 하는 것은 소결강의 특성변화에 미치는 W의 효과는 그 1/2 중량의 Mo 효과와 동등하기 때문이다. C : 0.3-0.8중량%, C는 싼값의 강화원소인데, 열처리 소결체의 C량이 0.3중량% 미만에서는 인장강도 130kgf/mm²이상의 고강도를 얻을 수 없기 때문이다.

다량 함유하면 탄화물을 형성하여 강도인성을 저하시키며, 또한 오오스테나이트 생성의 요인이 되므로, 열처리소결체의 C량의 0.3-0.8중량%의 범위로 하였다. C량의 영향에 대하여 본 발명자들이 얻은 결과를 아래에 기술한다.

Ni, Mo가 상기 범위에 있는 복합합금강분에 대하여 제품 C량이 0.1-1.0중량%가 되도록 흑연량을 바꾸어 첨가하고, 또한 윤활제로서 1중량%의 스테아린산 아연을 첨가하여 혼합분을 제조하였다.

이들 강분에 대하여 성형소결한 뒤, 기름경화(870℃×30분)후 180℃×60분 어니일링하여 열처리 소결강을 제조하고, 인장시험과 샤르피 충격 시험을 하였다.

그결과 제 3도 및 제 4도에 나타낸다.

C량이 0.3-0.8중량% 범위에서 고강도, 고인성을 얻을 수 있다.

C의 첨가는 부품의 사용목적에 따라 소결시에 흑연분을 합금분에 혼합하여 첨가하는 경우와 소결후에 침탄 경화에 의해 첨가하는 경우가 있다.

침탄 경화의 겅우에는 부품 단면에서 C함유량의 분포가 발생되는데, C함유량은 반드시 전단면에서 전술한 범위내에 있을 필요는 없으며 침탄부에서 만족하면 좋다.

고밀도인 소결제품을 얻으려면 원료가 되는 합금강분의 압축성을 높일 필요가 있다.

그러려면, Ni와 Mo 및 W와 철분입자 표면에 부착된 소위 복합합금강분이 적합하다.

완전히 균일한 프리알로이 강분은, 일반적으로 압축성이 낮으며 고밀도를 하는데 불리하다.

통상의 분말과 Ni 분, Mo 분 또는 W 분과의 혼합분말에서는 소결중의 합금원소의 확산이 불충분하며, 강도의 상승이 불충분하다.

복합합금강분이더라도 확산 합금화 정도가 낮으면 역시 소결체의 강도가 부족하다.

확산합금화의 진행정도를 보기위해 합금강분중 45μm 이하의 입도인 것에서의 Ni 또는 Mo+1/2W의 함유량이 강분전체의 평균 Ni 또는 Mo+1/2W의 함유량의 각각 몇배 인가를 조사하여 이것을 「확산편석도」로서 지표에 사용된다.

Ni, Mo+1/2W에 대한 상기 확산편석도가 각각 4, 2를 초과하면 열처리 소결체의 강도 및 압축성이 저하된다.

또한 전술한 것처럼 확산편석도가 2.0미만이라도 압축성이 부족하고, 또한 오오스테나이트가 마르텐사이트로의 왜곡유기변태를 일으키지 않으므로 인장강도가 불충분하다.

따라서, 확산편석도의 범위를 2.0-4.2로 한다.

이것은 철분이나 합금성분의 입도 및 이들의 가열온도를 조절하므로써 달성된다.

복합합금강분 조성은 소결체의 조성에 적합한데, Ni가 0.50-3.50중랑%, Mo+1/2W가 0.65-3.50중량, 나머지는 철과 불가피한 불순물이다.

불순물의 허용범위는 C : 0.03중량% 이내, 바람직하게는 0.01중량% 이내, Si : 0.1중량% 이내, 바람직하게는 0.05중량% 이내, Mn : 0.4중량% 이내, 바람직하게는 0.15중량% 이내, Cr : 0.3중량% 이내, Cu : 0.3중량% 이내, Al : 0.1중량% 이내, P : 0.02중량% 이내, S : 0.02중량% 이내, O : 0.25중량% 이내, 바람직하게는 0.15중량% 이내, N : 0.01중량% 이내, 바람직하게는 0.002중량% 이내이다.

전술한 원소중, Mn, Cr 등은, 허용범위이내라면 오히려 강도를 향상시키는 경우가 있어서 무조건 낮게하는 것만이 대책은 아니다.

또한, 소결체의 강도 확보를 위해 복합합금강분의 입도는 180μm 이상의 입도, 중량비율을 10% 이내로 하는 것이 바람직하다.

이어서, 열처리에 대하여 설명한다.

고강도를 얻기위해 소결후 열처리한다.

열처리는 표면 부근에서 고경도를 얻고자 할때에는 침탄 경화, 어니일링 처리를 이용한다.

균일한 강도를 얻고자 할때에는 소결시에는 흑연분말로 복합합금강분에 C를 첨가하고, 통상의 경화, 어니일링 처리를 한다.

이 열처리에 따라 조직이 어니일링 마르텐사이트가 되어 고강도, 고인성 강을 얻을 수 있다.

경화온도는 800-930℃가 바람직하며, 800℃ 미만에서는 가열시에 균일한 오오스테나이트 조직이 되지 않으며, 강도, 인성이 저하된다.

또한, 930℃를 초과하면 오오스테나이트가 크고 거칠어져서 강도, 인성이 저하된다.

어니일링 온도는 100-250℃가 바람직하며, 100℃ 미만에서는 인성이 낮고, 250℃를 초과하면 강도가 저하된다. 성형 및 소결은 밀도 향상을 위해 1회 이상 반복해도 좋다.

즉, 성형-소결-코이닝 (사이징) 또는, 성형-예비 소결-코이닝 (사이징) -본소결과 같은 재압축법이 유용하다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

[실시예 1-3, 비교예 1-3]

먼저, 원료가 되는 복합합금강분의 제조에 대하여 실시예와 비교예를 나타낸다.

우선, -80매시인 아토마디즈순철분에 -325매시인 산화니켈분말, -325매시인 3산화 몰리브덴분말을 소정량 혼합하고, 수소가스중에서 800℃로 120분간 가열하여 산화니켈과 3산화 몰리브덴을 환원하여 철분 입자 주위에 Ni와 Mo를 확산 부착시킨 복합합금강분을 얻었다.

'확산편석도'의 영향을 조사할 목적으로 전술한 순철분에 -325매시인 금속 Ni 분말 및 금속 Mo 분말을 소정량 혼합하고 수소가스속의 가열 온도를 700℃, 750℃, 800℃, 850℃, 1050℃로 변화시켜서 복합합금강을 제작하였다.

이 복합 합금강분의 조성은 Ni 2.10-2.18중량%, Mo : 1.12-1.23중량%이며, 그밖에 C : 0.002중량%, Si : 0.04중량%, Mn : 0.07중량%, Cu : 0 .01중량%, P : 0.006중량%, S : 0.006중량%, 0 : 0.07-0.13중량%, N : 0.0007-0.0019중량%를 함유하고 있었다.

또한, 어떤 강분이라도 180μm 이상인 입도의 함유량은 0.9-2.5중랑%였다.

이러한 합금강분에 윤활제로서 스테아린산 아연을 0.9중량% 첨가하여 압력 7t/cm²성형하고, 900℃에서 30분간, 수소가스중에서 가소결하여 7t/cm²로 코이닝한뒤 1250℃로 90분간, 수소가스중에서 본소결하여 밀도 7.28-7.51g/cm³의 소결체를 얻었다.

이것을 C함유량 0.8중량%, 900℃에서 6.5시간 침탄하여 즉시 기름 경화하여 180℃로 120분간 어니일링하였다.

강도 측정은 평행부 5mmø인 인장시험편으로 하였다.

결과를 종합하여 표 1에 나타냈다.

표 1에 나타낸 것처럼, 확산 편석도가 2.0-4.2인 범위내라면 강도가 크다.

[표 1]

[실시예 4-16, 비교예 4-6]

아토마이즈 순철분에 산화 니켈과 3산화 몰리브덴을 배합하여 표2에 나타낸 Ni, Mo 및 W량이 다른 15종류의 복합 합금강분을 제작하였다.

합금강분 제작시의 가열 온도는 800℃로 하였다 또한, Ni, Mo 및 Cu를 포함한 합금강분을 가열온도 850℃로 작성하였다. (비교예 6)

합금강분의 180μm 보다도 거친 입도의 함유량은 모두 0.5-3.0중량% 범위내였다.

소결침탄 및 경화, 어니일링 조건은 실시예 1-3과 동일하다.

시험결과를 종합하여 표 2에 나타낸다.

표2에서 볼 수 있듯이 화학조성이 Ni : 0.50-3.50중량%, Mo : 0.65-3.50중량%의 범위내이며, 또한 확산 편석도가 적절하면 130kgf/mm²이상의 인장강도를 나타냈다.

특히, Mo가 0.85중량% 이상이 더 바람직한 결과를 나타냈다.

[표 2a]

[표 2b]

[실시예 17-24, 비교예 7]

여기에서는 소멸밀도와 인장강도의 관계에 대하여 실시예와 비교예를 나타낸다.

합금강분으로서는 실시예 1에서 사용한 2.15% Ni-1.18% Mo 복합합금강분을 사용하였다.

상기 합금강분에 흑연분을 첨가하거나, 또는 첨가시키지 않고 스테아린산 아연을 0.9중량% 첨가하여 소정의 압력으로 제 1 차 성형 (통상의 성형)을 하고, H₂가스속에서 소정의 온도로 60분간 제 1차 소결(가소결 또는 통상의 소결)을 하며 경우에 따라서는 제 2차 성형(코이닝 또는 사이징)을 소정의 압력으로 하고 또한, 경우에 따라서는 제 2차의 소결(본소결)을, H₂가스속에서 1300℃로 60분간 실행하고 실시예 1과 동일한 조건으로 침탄 및 경화, 어니일링 처리하여 인장강도를 측정하였다.

결과를 종합하여 표3에 나타낸다.

이와같이 밀도는 7.0g/cm³이상이라면 인장강도는 130kgf/mm²를 얻을 수 있고, 7.3g/cm³이상이라면 한층높은 강도를 얻을 수 있었다.

[표 3]

[실시예 25-31, 비교예 8-14]

복합합금강분을 다음 순서로 작성하였다.

원료철분으로서 물아토마이즈순철분을 사용하였다.

입도는 -80 매시, 화학조성은 C : 0.002중량%, Si : 0.03중량%, Mn : 0.04중량%, CH : 0.01중량%, P : 0.005중량%, S : 0.007중량%, O : 0.086중량%, N : 0.0008중량%였다.

합금원료로서는 Ni에 대해서는 카르보닐니켈분, Mo에 대해서는 3산화몰리브덴(Mo o₃), W에 대해서는 3산화텅스텐 (WO₃)을 사용하였다.

모두 합금성분이 -325매시였다.

철분과 합금성분 원료를 나중에 나타내는 소정의 조성이 되도록 균일하게 혼합하고, 수소가스분위기 속에서 850℃로 60분간 가열하며 철분입자에 합금원소 분말을 부분적으로 확산 부착시키고, 그뒤 해체하여 복합합금강분으로 하였다.

이들 합금강분에 스테아린산아연 1중량%를 첨가하고 금형중 성형압력 6t/cm²로 성형하였다.

계속하여 암모니아 분해가스 분위기속에서 1250℃로 60분의 소결을 하여 소결세를 얻었다.

열처리전의 가공성을 알기위해 지표로서 이들 소결체의 인장강도를 구하였다.

이어서 소결제의 열처리를 하였다.

이것은 880℃에서 C함유량 0.85%로 200분의 침탄을 하여 기름속에서 경화하였다.

그뒤, 180℃로 60분의 어니일링을 하였다.

열처리후의 강도 지표로서 인장강도를 구하였다.

작성된 복합 합금강분의 조성을 표4에 종합하여 나타낸다.

실시예 25-31 및 비교예 8-13은, 본 발명의 조성 범위 및 비교예 8-13은, 본 발명의 조성 범위 및 그 주변의 조성을 선택하고 있으며, 비교예 14는 종래의 표준적인 복합 합금 강분 조성이다.

표 5에 이들 강분을 시험한 결과를 나타낸다.

압축성은 6t/cm²의 성형 압력으로 7.05g/cm²정도의 밀도가 고밀도 소결체용 강분으로서 바람직하다.

본 발명의 고Mo 저Ni 조성의 열처리후의 소결체는 6t/cm²의 성형 압력으로 107-126kgf/mm²의 인장강도를 나타냈다.

또한, 열 처리전의 소결체의 인장강도가 40kgf/mm²정도 이내라면 절삭이나 사이징을 무리 없이 할 수 있다.

[표 4]

[표 5]

[실시예 A-E, 비교예 F-K]

모드 -325매시인 Ni분, Mo 산화물분(Mo o₃)을 -80매시인 Fe분과 소정의 비율로 혼합하고, 수소가스 분위기속에서 1000℃로 한시간 환원 소결후 해체하여 복합 합금강을 제조하였다.

이때의 화학조성 및 확산 편석도를 표 6에 비교예와 함께 나타낸다.

이들 강분에 0.75중량%의 흑연분과 윤활제로서의 스테아린산 아연을 1중량% 첨가하여 7t/cm²의 압력으로 성형하였다.

이어서 850℃로 30분간 암모니아 분해가스 분위기속에서 소결하여 7t/cm²의 압력으로 재압축 성형을 실행하였다.

그후, 1250℃로 30분간 암모니아 분해가스 분위기속에서 소결하였다.

또한, 870℃에서 60분간 불활성 가스속에서 가열하여 기름경화, 계속하여 180℃로 60분간 오일버스속에서 가열하여 공냉하는 경화, 어니얼링 처리를 하여 인장 시험과 샤르피 충격시험에 제공하였다.

소결체의 화학조성, 밀도, 인장 강도 및 충격치의 실험결과를 표 7에 나타냈다.

본 발명 범위의 화학조성 및 밀도에서 150kgf/mm²이상의 인장강도 4kf.m/cm2 이상의 샤르피 충격치를 나타냄을 알 수 있다.

실시예 L-P, 비교예 Q-V 표6에 나타낸 복합합금강분에 0.75중량%의 흑연분과 윤활제로서의 스테아린산 아연을 1중량% 첨가하여, 7t/cm²의 압력으로 성형하고, 1250℃로 30분간 암모니아 분해가스 분위기속에서 가열하여 기름경화하고, 계속해서 180℃로 60분간 오일버스속에서 가열하여 공냉하고 경화, 어니일링 처리를 하여 인장시험과 샤르피 충격 시험을 제공하였다.

시험결과를 표8에 나타낸다.

본 발명의 화학 조성 범위에서 130kgf/mm²이상의 인장 강도와 3.5kgf.m/cm²이상의 샤르피 충격치를 나타낸다.

[표 6]

[표 7]

[표 8]

[산업상의 이용가능성]

이상의 설명에서 명백한 것처럼 본 발명의 열처리 소결강은 매우 높은 강도와 인성을 아울러 구비하는 것으로서, 고강도, 고인성이 필요한 소결 부품에 유용하다.

본 발명에 따른 합금 강분은 금후의 소결 부품의 고강도화 방향에 합치하며, 또한 고밀도와 가공성이 요구되는 경우에 매우 뛰어난 특성을 나타내는 것이다.

따라서, 지금까지 보다도 고부하에서 형상이 복잡한 기계부품을 분말 야금으로 제조하는 것이 용이해질것으로 생각되어 큰 효과를 기대할 수 있다.

Claims

합금 성분이 분말상으로 철분입자표면에 부분적으로 확산 부착된 복합 합금강분에 있어서, 합금 성분으로서 Ni와 Mo를 포함하며 합금조성이 Ni : 0.50-3.50중량%, Mo : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 구성되며 또한 그 강분 중 45μm 이하의 입도에서의 Ni 및 Mo의 함유량이 각각 그 강분전체의 평균 함유량의 2.0-4.2배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 복합 합금강분.
최종 제품 합금 성분으로서 Ni와 Mo를 포함하고, 합금조성이 Ni : 0.50-3.50중량%, Mo : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe, C 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상이고, 경화, 어니일링후의 인장 강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 소결 합금강.
최종 제품 합금성분으로서 C, Ni와 Mo를 포함하여, 합금조성이 C : 0.3-0.8중량%, N : 0.50-3.50중량%, Mo : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 경화, 어니일링후의 인장강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 소결 합금강.
제 1항에 기재된 복합 합금강분을 사용하여 제조한 소결합금강으로서, 최종 제품 합금성분으로 Ni와 Mo를 함유하고, 합금조성이 Ni : 0.50-3.50중량%, Mo : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe, C 및 불가피 불순물로 구성되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 침탄 경화, 어니일링후의 인장강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 소결 합금강.
제 1항에 개지된 복합 합금강분을 사용하여 제조된 소결 합금강으로서, 최종 제품 합금 성분으로 C, Ni와 Mo를 함유하고, 합금조성이 C : 0.3-0.8중량%, Ni : 0.50-3.50중량%, Mo : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 경화, 어니일링 후의 인장강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 소결 합금강.
합금성분이 분말상으로 철분입자표면에 부분적으로 확산 부착된 복합 합금강분에 있어서, 합금성분으로서 Ni와 Mo 또는 W 중 적어도 하나를 포함하며, 합금조성이, Ni : 0.50-3.50중량%, Mo+1/2W : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 구성되며 또한 그 강분중 45μm 이하의 입도에서의 Ni 및 Mo+1/2W의 함유량이 각각 그 강분 전체의 평균 함유량의 2.0-4.2배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 복합 합금 강분.
최종 제품 합금 성분으로서 Ni와 Mo 또는 W를 포함하고, 합금조성이 Ni : 0.50-3.50중량%, Mo+1/2W : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe, C 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상이고 침탄 경화, 어니일링 후의 인장강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 소결 합금강.
최종 제품 합금성분으로서 C, Ni와 Mo 또는 W를 포함하여, 합금조성이 C : 0.3-0.8중랑%. Ni: 0.50-3.50중량%, Mo+1/2W : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 경화 어니일링 후의 인장강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 소결 합금강.
제 6항에 기재된 복합 합금강분을 사용하여 제조한 소결합금강으로서, 최종 제품 합금성분으로 Ni와 Mo 또는 W를 함유하고, 합금조성이 Ni : 0.50-3.50중량% Mo+1/2 : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe, C 및 불가피 불순물로 구성되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로 침탄 경화, 어니일링후의 인장강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 소결 합금강.
제 6항에 기재된 복합 합금강분을 사용하여 제조된 고결합금강으로서, 최종 제품 합금 성분으로 C, Ni와, Mo 또는 W를 함유하고, 합금조성이 C : 0.3-0.8중량%, Ni : 0.50-3.50중량% Mo+1/2W : 0.65-3.50중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 경화, 어니일링 후의 인장강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 소결 합금강.
함금성분이 분말상으로 철분입자 표면에 부분적으로 확산부착된 복합 합금강분에서 합금성분으로서 Ni와 W를 포함하며, 합금 조성이, Ni : 0.50-3.50중량%, W : 1.30-7.00중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 구성되며, 또한 그 강분중 45μm 이하의 입도에서의 Ni 및 W의 함유량이 각각 그 강분전체의 평균 함유량의 2.0-4.2배의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 분말야금용 복합 함금강분.
최종제품 함금성분으로서 Ni와 W를 포함하고, 합금조성이, Ni : 0.50-3.50중량%, W : 1.30-7.00중량%이고, 나머지가 Fe, C 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상이고 침탄 경화, 어니일링 후의 인장 강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 소결 합금강.
최종 제품 합금성분으로서 C, Ni와 W를 포함하며, 합금조성이, C : 0.30-0.8중량%, Ni : 0.50-3.50중량%, W : 1.30-7.00중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 경화, 어니일링 후의 인장강도가 139kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 소결 합금강.
제11항에 기재된 복합 합금강분을 사용하여 제조한 고결합금강으로서, 최종 제품 합금성분으로 Ni와 W를 함유하고, 합금조성이, Ni : 0.50-3.50중량%, W : 1.30-7.00중량%이고, 나머지가 Fe, C 및 불가피 불순물로 구성되며 또한, 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 침탄 경화, 어니일링 후의 인장강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 소결 합금강.
제11항에 기재된 복합 합금강분을 사용하여 제조된 소결 합금강으로서, 최종 제품 합금 성분으로 Ni와, W를 함유하고, 합금조성이, C : 0.3-0.8중량%, Ni : 0.50-3.50중량%, W 1.30-7.00중량%이고, 나머지가 Fe 및 불가피 불순물로 되며, 또한 밀도가 7.0g/cm³이상으로서 경화, 어니일링 후의 인장강도가 130kgf/mm²이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고인성 소결 합금강.