JP3351844B2 - 鉄系焼結材料用の合金鋼粉及びその製造方法 - Google Patents
鉄系焼結材料用の合金鋼粉及びその製造方法Info
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Description
も、とくに高精度、高強度及び高疲労特性が要求される
部品の製造に供して好適な鉄系焼結熱処理材料用の合金
鋼粉及びその製造方法に関するものである。ここに、鉄
系焼結熱処理材料とは、焼結後、浸炭処理ついで焼入れ
焼戻し処理等の熱処理が施される鉄系焼結材料のことを
意味する。
が要求される鉄系部品を粉末冶金法で製造する場合、強
度及び疲労特性の向上のためには、合金元素を添加し、
さらに浸炭処理や浸窒処理を施すと共に、その後に焼入
れ、焼戻し処理が施される。
を製造する予合金鋼粉では、その焼結体の熱処理後の寸
法精度は高いものの、鋼粉の圧縮性が損なわれることが
多く、その場合に高い焼結密度が得られなくなり、結果
的に疲労特性の向上が望めない。この点、例えば特公昭
45−9649号公報では、純鉄粉にNi,Cu,Moなどの合金成
分粉末を拡散付着する(以下、複合合金化と称す)こと
によって上述の問題の解決を図っている。
て製造された合金鋼粉は、圧縮性には優れるものの、異
種金属粉を混粉後、加熱することにより拡散を生じさせ
て部分的に合金化するだけなので、成分的に完全に均一
なものが得られる予合金鋼粉に比べると、組織の均一性
が低く、製品の寸法精度がばらつく原因となる。このよ
うに、上記した複合合金鋼粉では、圧縮性が高く、焼結
体の強度及び疲労特性の向上は図り得るものの、寸法精
度の点では十分とは言い難かった。
高い圧縮性を有するだけでなく、焼結体の熱処理後にお
ける寸法精度にも優れた鋼粉を、その製造方法と共に提
案されたが、この鋼粉はNiを 5.0wt%(以下単に%で示
す)を超えて含有することから、経済的に不利なだけで
なく、最近の厳しい寸法精度と高疲労特性に対する要請
には充分応えられないところに問題を残していた。
題を有利に解決するもので、焼結体の熱処理後の寸法精
度が高いだけでなく、強度及び疲労特性にも優れた焼結
材料を、従来に比較して経済的に得ることができる鉄系
焼結熱処理材料用の合金鋼粉を、その有利な製造方法と
共に提案することを目的とする。
目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、焼結用の合金
鋼粉中に、熱処理中に還元・酸化反応の起こらない安定
な微粉末を少量、添加混合することが、所期した目的の
達成に関し、極めて有効であることの知見を得た。この
発明は、上記の知見に立脚するものである。
りである。 1.純鉄粉に、Ni,Cu,Mo及びCrのうちから選んだ少な
くとも一種:0.5 〜7wt%を固溶させて予合金化した合
金鋼粉:100 重量部に対し、平均粒径:1μm 以下の微
細なSiO2, Al2O3, TiO2, CaO及びMgO 粉のうちから選ん
だ一種又は二種以上:0.01〜1重量部を、該合金鋼粉の
表面を覆う形で添加配合したことを特徴とする、浸炭
後、焼入れ焼戻しを行う鉄系焼結材料用の合金鋼粉(第
1発明)。
wt%を固溶させて予合金化すると共に、Ni及び/又はC
u:0.5 〜7wt%を拡散付着させて複合合金化した合金
鋼粉:100 重量部に対し、平均粒径:1μm 以下の微細
なSiO2, Al2O3, TiO2,CaO 及びMgO 粉のうちから選んだ
一種又は二種以上:0.01〜1重量部を、該合金鋼粉の表
面を覆う形で添加配合したことを特徴とする、浸炭後、
焼入れ焼戻しを行う鉄系焼結材料用の合金鋼粉(第2発
明)。
んだ少なくとも一種:0.5 〜7wt%を拡散付着させて複
合合金化した合金鋼粉:100 重量部に対し、平均粒径:
1μm以下の微細なSiO2, Al2O3, TiO2, CaO及びMgO 粉
のうちから選んだ一種又は二種以上:0.01〜1重量部
を、該合金鋼粉の表面を覆う形で添加配合したことを特
徴とする、浸炭後、焼入れ焼戻しを行う鉄系焼結材料用
の合金鋼粉(第3発明)。
化及び/又は純鉄粉に合金成分を拡散付着させる複合合
金化を行った合金鋼粉:100 重量部に対し、平均粒径:
1μm以下の微細なSiO2, Al2O3, TiO2, CaO及びMgO 粉
のうちから選んだ一種又は二種以上:0.01〜1重量部
を、結合剤:0.5 〜1.5 重量部と共に添加した混合粉
を、結合剤の融点以上、熱分解点以下で加熱、混合する
ことを特徴とする、浸炭後、焼入れ焼戻しを行う鉄系焼
結材料用の合金鋼粉の製造方法(第4発明)。
溶強化などによって鋼の強度を向上させる元素である。
しかも、Niは靭性の向上にも寄与し、またCrは熱処理後
の硬さを高め耐摩耗性を向上させる効果がある。これら
の強度向上元素の合金化法としては、前述したとおり、
溶解する際に合金元素を同時に添加する予合金化法(例
えば水アトマイズ法)や、合金元素を含む粉末を純鉄粉
あるいは予合金鋼粉に熱処理あるいは結合剤を用いて付
着させる複合合金化法がある。
化法が特に制限されることはないけれども、合金化法の
如何にかかわらず、これらの元素の総含有量が 0.5%に
満たないとその効果は小さく、一方7%を超えると強
度、靭性及び疲労特性の低下を招く。従って、これらの
元素の総含有量は 0.5〜7%の範囲に限定した。
や焼入れ・焼戻しなどの熱処理時、還元反応や酸化反応
の起こらない安定な微粉末を少量添加混合することによ
り、浸炭熱処理時の寸法のばらつきを少なくすると共
に、面圧疲労強度の向上を図ったものである。すなわ
ち、安定な微粉末がベースの鋼粉表面を覆うことによ
り、浸炭時、焼結体表面からの炭素の拡散速度が抑えら
れ、炭素の拡散が均一となるため、焼入れ時のマルテン
サイト変態における膨張が焼結体内部で均一に起こり、
その結果、寸法のばらつきが少なくなり、また試料の均
一化に起因して面圧疲労強度が向上するのである。
ベースの粉末を覆うには微細なほど良い。平均粒径が1
μm を超えると、寸法ばらつきの低減効果が減少する。
そこで、微粉の平均粒径は1μm 以下とした。このよう
な微粉としては、SiO2, Al2O3, TiO2, CaO及びMgO 粉末
が有利に適合する。
量部に対し、1重量部を超えるとベース粉末の焼結によ
る結合に支障を来し、一方0.01重量部に満たないとベー
ス粉末の全面を被覆できず、熱処理時の寸法ばらつきの
低減効果が少ない。従って、微粉の配合量は0.01〜1重
量部とした。
粉を添加配合したのち、結合剤の融点以上、熱分解点以
下で加熱、混合することによって得ることができ、かく
して得られた合金鋼粉は、熱処理時において寸法のばら
つきを格段に低減することができる。
ベース粉末:100 重量部に対し、 0.5重量部に満たない
と結合効果が小さく、一方 1.5重量部を超えると粉末の
流動性が低下する。従って、結合剤の量は 0.5〜1.5 重
量部の範囲に限定した。またかかる結合剤としては、ス
テアリン酸亜鉛、ステアリン酸錫などの金属石けん、カ
プリン酸、ステアリン酸などの脂肪酸、ステアリン酸ア
ミド、オレイン酸アミドなどの脂肪酸アミド、低分子量
のポリエチレンなどが好適である。
ることにより、その焼結体の熱処理後における寸法精度
を向上させることができ、また得られた焼結・熱処理体
の疲労特性は極めて良好である。なお、ここでいう成
形、焼結とは、一般に粉末冶金部品を製造する方法を意
味し、例えば4〜8 t/cm2程度の圧力による圧縮成形
後、1100〜1300℃におけるN2, AX, RXガス中での焼
結が好適である。また必要に応じて、成形に先立ち黒鉛
を強度向上を目的として添加することもでき、その量は
0.05〜0.4 %程度が好ましい。
化又は複合合金化して得た合金鋼粉:100 重量部に対
し、黒鉛を 0.1重量部、ステアリン酸亜鉛を1重量部及
び平均粒径:0.01μm の二酸化珪素粉を 0.1重量部添加
し、 140℃で10分間加熱混合した。ついで得られた合金
鋼粉から、圧縮成形により密度:7.0g/cm3の成形体を作
製した後、これらの成形体を、窒素雰囲気中にて1150
℃、30分間の条件下で焼結し、ついで 900℃で60分間の
浸炭処理(カーボンポテンシャル0.9%)後、引続き油
焼入れしてから、 150℃, 60分間の焼戻し処理を施し
た。この実験において、複合合金鋼粉は、ベース粉末に
カーボニルNi粉、Cu粉、三酸化Mo粉を所定量混合した
後、水素中にて 700℃、60 minの拡散焼鈍後、解砕・分
級して得たものである。また加熱混合処理は、ステアリ
ン酸亜鉛を融解し付着剤とするためのものである。
及び森式面圧疲労試験による耐久疲れ強さについて調べ
た結果を表1に併記する。なお寸法精度は、外径:78m
m, 内径:35mm, 高さ:12mmのリング状試験片につい
て、図1に示す要領で求めた、焼結体と焼戻し体でのひ
ずみのばらつきの標準偏差(試験片:10個)で評価し
た。
ば、寸法精度及び疲労特性ともに優れた焼結熱処理体を
得ることができた。
化又は複合合金化して得た合金鋼粉:100 重量部に対
し、黒鉛を 0.1重量部、ステアリン酸亜鉛を1重量部及
び粒径、配合量が種々に異なるSiO2, Al2O3, TiO2, Ca
O,MgO 粉を添加し、 140℃, 10分間加熱混合した。つ
いで得られた合金鋼粉から、圧縮成形により密度:7.0
g/cm3 の成形体を作製した後、これらの成形体を、窒素
雰囲気中にて1150℃、30分間の条件下で焼結し、ついで
900℃で60分間の浸炭処理(カーボンポテンシャル0.9
%)後、引続き油焼入れしてから、150 ℃, 60分間の焼
戻し処理を施した。かくして得られた焼結熱処理体の寸
法精度及び森式面圧疲労試験による耐久疲れ強さについ
て調べた結果を表3に示す。
ば、寸法精度及び疲労特性ともに優れた焼結熱処理体を
得ることができた。
において、疲労特性に優れるだけでなく、極めて高い寸
法精度を維持することができ、例えば自動車のカムギア
のような高疲労特性と共に高い寸法精度が要求される焼
結部品の原料鋼粉として偉効を奏する。
Claims (4)
- 【請求項1】 純鉄粉に、Ni,Cu,Mo及びCrのうちから
選んだ少なくとも一種:0.5 〜7wt%を固溶させて予合
金化した合金鋼粉:100 重量部に対し、平均粒径:1μ
m 以下の微細なSiO2, Al2O3, TiO2, CaO及びMgO 粉のう
ちから選んだ一種又は二種以上:0.01〜1重量部を、該
合金鋼粉の表面を覆う形で添加配合したことを特徴とす
る、浸炭後、焼入れ焼戻しを行う鉄系焼結材料用の合金
鋼粉。 - 【請求項2】 純鉄粉に、Mo及び/又はCr:0.5 〜7wt
%を固溶させて予合金化すると共に、Ni及び/又はCu:
0.5 〜7wt%を拡散付着させて複合合金化した合金鋼
粉:100 重量部に対し、平均粒径:1μm 以下の微細な
SiO2, Al2O3, TiO2,CaO 及びMgO 粉のうちから選んだ一
種又は二種以上:0.01〜1重量部を、該合金鋼粉の表面
を覆う形で添加配合したことを特徴とする、浸炭後、焼
入れ焼戻しを行う鉄系焼結材料用の合金鋼粉。 - 【請求項3】 純鉄粉に、Ni,Cu及びMoのうちから選ん
だ少なくとも一種:0.5〜7wt%を拡散付着させて複合
合金化した合金鋼粉:100 重量部に対し、平均粒径:1
μm 以下の微細なSiO2, Al2O3, TiO2, CaO及びMgO 粉の
うちから選んだ一種又は二種以上:0.01〜1重量部を、
該合金鋼粉の表面を覆う形で添加配合したことを特徴と
する、浸炭後、焼入れ焼戻しを行う鉄系焼結材料用の合
金鋼粉。 - 【請求項4】 純鉄粉に合金成分を固溶させる予合金化
及び/又は純鉄粉に合金成分を拡散付着させる複合合金
化を行った合金鋼粉:100 重量部に対し、平均粒径:1
μm 以下の微細なSiO2, Al2O3, TiO2, CaO及びMgO 粉の
うちから選んだ一種又は二種以上:0.01〜1重量部を、
結合剤:0.5 〜1.5 重量部と共に添加した混合粉を、結
合剤の融点以上、熱分解点以下で加熱、混合することを
特徴とする、浸炭後、焼入れ焼戻しを行う鉄系焼結材料
用の合金鋼粉の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP04000993A JP3351844B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 鉄系焼結材料用の合金鋼粉及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP04000993A JP3351844B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 鉄系焼結材料用の合金鋼粉及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH06256801A JPH06256801A (ja) | 1994-09-13 |
JP3351844B2 true JP3351844B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP04000993A Expired - Lifetime JP3351844B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 鉄系焼結材料用の合金鋼粉及びその製造方法 |
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-
1993
- 1993-03-01 JP JP04000993A patent/JP3351844B2/ja not_active Expired - Lifetime
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