JP6480264B2 - 鉄基粉末冶金用混合粉及び焼結体 - Google Patents

Description

本発明は、鉄基粉末冶金用混合粉及びそれを用いて作製した焼結体に関し、２元系酸化物と３元系酸化物とを特定の重量比で含む鉄基粉末冶金用混合粉及びそれを用いて作製した焼結体に関する。

粉末冶金は、様々な機械部品の工業的生産方法として広く用いられている。鉄基粉末冶金の手順は、まず、鉄基粉末と、銅（Ｃｕ）粉末、ニッケル（Ｎｉ）粉末等の合金用粉末と、黒鉛粉と、潤滑剤とを混合することにより混合粉末を準備する。次に、この混合粉末を金型に充填してプレス成形し、焼結することにより焼結体を作製する。そして、この焼結体に対してドリル加工や旋削加工等の切削加工を施すことによって所望の形状の機械部品に整える。

粉末冶金の理想は、焼結体に切削加工を施すことなく、焼結体をそのまま機械部品として使用できるように加工することである。しかし、上記焼結によって原料粉末に不均一な収縮が生じることもあるし、近年では機械部品に要求される寸法精度が高く、部品形状が複雑化していることもある。このため、焼結体に切削加工を施すことは必須になりつつある。このような背景から、焼結体を円滑に加工できるようにするために、焼結体に被削性を付与する技術が検討されている。

上記被削性を付与する手段として、硫化マンガン（ＭｎＳ）粉末を混合粉末に添加する手法がある。ＭｎＳ粉末の添加は、ドリル穿孔等の比較的低速の切削加工には有効である。しかし、硫化マンガン粉末の添加は、近年の高速切削加工には必ずしも有効ではないこと、焼結体に汚れが発生すること、機械的強度が低下すること等の課題がある。

このため、上記硫化マンガンを添加する以外の手法として、例えば特許文献１〜４に開示される添加剤が提案されている。

特許文献１には、鉄粉の所要量の炭素と銅を含有せしめた鉄系原料粉に対し、０．１〜１．０％の硫化カルシウムと、０．１〜２％の炭素（Ｃ）と、０．５〜５．０％の銅（Ｃｕ）とを含有する焼結鋼が開示されている。

特許文献２には、アルミン酸カルシウムを含む粉末を含む冶金粉末組成物が開示されている。上記アルミン酸カルシウムを含む粉末は、５１〜５７重量％のアルミナと、３１−３７重量％の酸化カルシウムと、６．０重量％未満のＳｉＯ₂と、２．５重量％未満のＦｅ₂Ｏ₃と、３．０重量％未満のＴｉＯ₂と、２．０重量％未満のＭｇＯと、０．２重量％未満のＫ₂Ｏと、０．２重量％未満の硫黄とを含む。

特許文献３には、鉄基粉末１００質量部に対して、０．０１〜１．０質量部の割合でＳｉＯ₂−ＣａＯ−ＭｇＯ系の酸化物粉末を含む鉄基混合粉末が開示されている。

特許文献４には、鉄粉を主体とし、平均粒径５０μｍ以下のＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系複合酸化物の粉末を０．０２〜０．３重量％含有する粉末冶金用鉄系混合粉末が開示されている。

特公昭５２−１６６８４号公報 特表２００８−５０２８０７号公報 特開２０１０−２３６０６１号公報 特開平０９−２７９２０４号公報

特許文献１に開示される硫化カルシウムを含有させることにより、機械部品の強度が大幅に低下すること、混合粉末が経時変化して品質が安定しないこと等の課題がある。また、特許文献１に開示の焼結鋼を切削工具によって加工したところ、切屑が細かく分断されにくかった。このことから、特許文献１の開示では良好と評価されている切屑処理性も、現在の要求を満たすレベルと言えるほど優れているとは言い難い。

特許文献２に記載された技術は、アルミン酸モノカルシウムの理論比であるＣａＯ：Ａｌ₂Ｏ₃＝３５．５：６４．５に対し、Ａｌ₂Ｏ₃が不足する一方でＣａＯを過剰に含む。 この過剰量のＣａＯが、他の酸化物又は硫黄と反応するか又は単独で存在することにより、焼結体の特性が安定しにくい。

特許文献３及び４に記載された技術は、切削時に加工面に露出したセラミックス粉末が工具表面に付着して工具保護膜を形成する。この工具保護膜が工具の材質劣化を防止し、切削性を改善する。しかしながら、特許文献３及び４に開示の鉄系混合粉末によって作製された焼結体は、切削開始直後（切削初期）の被削性のさらなる改善が求められている。

本発明は、上記の現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、切削開始初期においても長期間の切削においても被削性に優れた焼結体を作製し得る鉄基粉末冶金用混合粉を提供することである。

本発明者は上記目的を達成するため、焼結体に含まれる酸化物（２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂粉末）と、切削工具又は切削工具のコーティングに含まれる酸化チタン（ＴｉＯ₂）粉末との反応のメカニズムを確認した。具体的には、無加圧下の大気中で、２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂粉末と、ＴｉＯ₂粉末との混合粉末を加熱し、その反応生成物をＸ線回折によって分析した。

その結果、上記混合粉末を７００℃で５分間加熱した場合には、ＴｉＯ₂と２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂とは反応しないが、上記混合粉末を７００℃で１時間加熱した場合には、２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂がＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂等の多様な酸化物に分解され、さらにＣａＯ・ＴｉＯ₂も生成されることが明らかとなった。

この分析結果に基づいて、本発明者は、切削加工開始直後で切削工具の刃先温度が低い状態では、３元系酸化物と工具中のＴｉＯ_２との反応が充分に起こらず、保護皮膜を形成しがたいと仮定した。また本発明者は、切削開始から刃先温度が高くなり、一定期間が経過すると、３元系酸化物中のＣａが工具表面のＴｉＯ₂と反応して工具表面に保護皮膜を形成するとともに、種々の２元系酸化物を形成することから、２元系酸化物では、２元系酸化物中のＣａが切削工具の表面のＴｉＯ₂と反応して失われるとともに硬質のＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂が生成し、工具摩耗を引き起こすため、長期間の切削では２元系酸化物が３元系酸化物よりも工具摩耗の抑制効果が少なくなると仮定した。

本発明者は上記仮定に基づいて、２元系酸化物により切削初期の被削性を高め、硬質のＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂が生じにくい３元系酸化物により長時間の切削における被削性を高めることを見出し、以下に示す本発明を完成した。

すなわち、本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ系酸化物及びＣａ-Ｍｇ-Ｓｉ系酸化物からなる群より選択される１種以上の３元系酸化物と、Ｃａ-Ａｌ系酸化物及びＣａ-Ｓｉ系酸化物からなる群より選択される１種以上の２元系酸化物とを含み、前記３元系酸化物及び前記２元系酸化物を合計重量で０．０２５重量％以上０．３重量％以下含むことを特徴とする。

本発明によれば、鉄基粉末冶金用混合粉が２元系酸化物を含むことによって、切削初期における被削性に優れた焼結体を得ることができる。また鉄基粉末冶金用混合粉が３元系酸化物を含むことによって、長期間の切削における被削性に優れた焼結体を得ることができる。そして、２元系酸化物と３元系酸化物の合計重量が上記範囲であることにより、切削初期における被削性と、長期間の切削における被削性とを高度に両立させることができる。

上記構成において、鉄基粉末冶金用混合粉は、３元系酸化物及び２元系酸化物の重量比が９：１〜１：９の割合で含むことが好ましい。このような重量比で３元系酸化物及び２元系酸化物を含むことにより、切削初期の被削性と長期間切削の被削性のバランスが良好なものとなる。

上記構成において、鉄基粉末冶金用混合粉は、３元系酸化物及び２元系酸化物を合計重量で０．０５重量％以上０．２重量％以下含むことが好ましい。このような重量比率で含むことにより、切削初期の被削性と長期間切削の被削性のバランスに優れた焼結体を作製し得る。

２元系酸化物は、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂及び１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃からなる群より選択される１種以上であることが好ましい。３元系酸化物は、２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂及び２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂からなる群より選択される１種以上であることが好ましい。

本発明は、上記鉄基粉末冶金用混合粉を焼結することによって作製された焼結体でもある。

本発明によれば、切削開始初期においても長期間切削においても被削性に優れた焼結体を作製し得る鉄基粉末冶金用混合粉を提供することができる。

以下、本発明の鉄基粉末冶金用混合粉及びその製造方法を具体的に説明する。

＜鉄基粉末冶金用混合粉＞
本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、鉄基粉末と、３元系酸化物と、２元系酸化物とを混合してなることが好ましい。この混合粉末に、合金用粉末、黒鉛粉末、潤滑剤、バインダ、被削促進剤等の各種添加剤を適宜添加してもよい。これら以外に、鉄基粉末冶金用混合粉の製造過程で微量の不可避不純物が含まれてもよい。本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、金型等に充填して成形した上で焼結することにより焼結体を得ることができる。このようにして作製された焼結体は、切削加工を施すことにより各種機械部品に使用することができる。この焼結体の用途及び製造方法は後述する。

＜鉄基粉末＞
鉄基粉末は、鉄基粉末冶金用混合粉を構成する主要構成成分であり、鉄基粉末冶金用混合粉全体に対し６０重量％以上の重量比率で含まれることが好ましい。なお、ここでの鉄基粉末の重量％は、鉄基粉末冶金用混合粉のうちの潤滑剤以外の総重量に占める割合を意味する。以下に各成分の重量％を規定する場合、その規定はいずれも潤滑剤を除く鉄基粉末冶金用混合粉の総重量に占める重量割合を意味するものとする。

上記鉄基粉末としては、アトマイズ鉄粉、還元鉄粉等の純鉄粉、部分拡散合金化鋼粉、完全合金化鋼粉、又は完全合金化鋼粉に合金成分を部分拡散させたハイブリッド鋼粉等を用いることができる。鉄基粉末の体積平均粒子径は５０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは７０μｍ以上である。鉄基粉末の体積平均粒子径が５０μｍ以上であると、ハンドリング性に優れる。また、鉄基粉末の体積平均粒子径は２００μｍ以下であるのが好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。２００μｍ以下であると、精密形状を成形しやすく、かつ十分な強度を得られる。

＜２元系酸化物及び３元系酸化物＞
本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、２元系酸化物及び３元系酸化物の両方を合計重量で０．０２５重量％以上０．３重量％以下含むことを特徴とする。２元系酸化物は、焼結体を切削加工に用いたときの切削初期の被削性を向上させることができる。３元系酸化物は、長時間切削したときの被削性を向上させることができる。このような重量割合で両酸化物を含有することにより、切削初期においても長期間切削においても被削性に優れた焼結体を作製し得る。

上記酸化物の合計重量は、０．０３重量％以上であることが好ましく、０．０４重量％以上であることがより好ましく、０．０５重量％以上であることがさらに好ましく、特に好ましくは０．１重量％以上である。コストの観点からは、２元系酸化物及び３元系酸化物の重量割合は少ないほど好ましい。また、上記酸化物の合計重量は０．２５重量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．２重量％以下である。酸化物の合計重量が０．２５重量％以下であることにより、焼結体の圧環強度を十分に確保することができる。

ここで、２元系酸化物とは２種の元素の複合酸化物を意味し、３元系酸化物とは３種の元素の複合酸化物を意味する。２元系酸化物は、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ及びＺｎからなる群より選択される２種の元素の複合酸化物を用いることが好ましく、Ｃａ-Ａｌ系酸化物、Ｃａ-Ｓｉ系酸化物等がより好ましい。Ｃａ-Ａｌ系酸化物としては、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃等が挙げられる。Ｃａ-Ｓｉ系酸化物としては、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂等が挙げられる。

３元系酸化物は、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ及びＺｎからなる群より選択される３種の元素の複合酸化物を用いることが好ましく、Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ系酸化物、Ｃａ-Ｍｇ-Ｓｉ系酸化物等がより好ましい。Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ系酸化物としては、２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂等が挙げられる。Ｃａ-Ｍｇ-Ｓｉ系酸化物としては、２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂等が挙げられる。中でも２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂を添加することが好ましい。上記２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂は、切削工具中または切削工具に施されたコーティングに含まれるＴｉＯ₂と反応して、切削工具の表面に保護皮膜を形成することにより、被削性を顕著に向上させることができる。

２元系酸化物及び３元系酸化物の形状は、特に制限されないが、球形又はそれが潰れた形状のもの、すなわち全体に丸みのある形状が好ましい。

２元系酸化物及び３元系酸化物の体積平均粒子径は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。体積平均粒子径が小さいほど少量の添加で焼結体の被削性を向上することができる傾向がある。また、体積平均粒子径は１５μｍ以下が好ましく、より好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは９μｍ以下である。体積平均粒子径が大きすぎると焼結体の被削性を向上させにくくなる。上記体積平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（日機装株式会社製マイクロトラック「ＭＯＤＥＬ９３２０−Ｘ１００」）を用いて得られた粒度分布における積算値５０％の粒度Ｄ₅₀の値である。本発明のように、２元系酸化物と３元系酸化物とを組み合わせて用いることにより、両酸化物の添加量を減少させることができ、原料コストの低減にもなる。

２元系酸化物は、０．０１重量％以上含むことが好ましく、より好ましくは０．０３重量％以上、さらに好ましくは０．０５重量％以上含むことである。また２元系酸化物は、０．２５重量％以下含むことが好ましく、より好ましくは０．２重量％以下、さらに好ましくは０．１５重量％以下である。このような重量割合で含むことにより、コストを抑制しつつ切削初期の被削性に優れた焼結体を得ることができる。

３元系酸化物は、０．０１重量％以上含むことが好ましく、より好ましくは０．０３重量％以上、さらに好ましくは０．０５重量％以上含むことである。また３元系酸化物は、０．２５重量％以下含むことが好ましく、より好ましくは０．２重量％以下、さらに好ましくは０．１５重量％以下である。このような重量割合で含むことにより、コストを抑制しつつ長期間の切削にも被削性に優れた焼結体を得ることができる。

３元系酸化物及び２元系酸化物の重量比は９：１〜１：９の割合で含まれることが好ましく、より好ましくは９：１〜３：７、さらに好ましくは７：３〜４：６である。このような重量比で両酸化物を含むことにより、切削初期においても長期間切削においても被削しやすい焼結体を作製し得る。

＜合金用粉末＞
合金用粉末は、鉄基粉末同士の結合を促し、かつ焼結後の焼結体の強度を高めるために添加される。このような合金用粉末は、鉄基粉末冶金用混合粉全体に対して０．１重量％以上１０重量％以下含まれることが好ましい。０．１重量％以上であることにより焼結体の強度を高めることができ、１０重量％以下であることにより焼結体の焼結時の寸法精度を確保することができる。

上記合金用粉末としては、銅（Ｃｕ）粉、ニッケル（Ｎｉ）粉、Ｍｏ粉、Ｃｒ粉、Ｖ粉、Ｓｉ粉、Ｍｎ粉等の非鉄金属粉末、亜酸化銅粉末等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

＜潤滑剤＞
潤滑剤は、金型内で鉄基粉末冶金用混合粉を圧縮して得た成形体を、金型から取り出しやすくするために添加される。つまり、鉄基粉末冶金用混合粉に潤滑剤を添加すると、金型から成形体を取り出すときの抜き圧を低減し、成形体の割れや金型の損傷を防止することができる。潤滑剤は、鉄基粉末冶金用混合粉に添加してもよいし、金型の表面に塗布してもよい。潤滑剤を鉄基粉末冶金用混合粉に添加する場合、潤滑剤は、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、０．０１重量％以上含まれることが好ましく、０．１重量％以上含まれることがより好ましい。潤滑剤の含有量が０．０１重量％以上であることにより、焼結体の抜き圧を低減する効果を得やすい。また潤滑剤は、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、１．５重量％以下含まれることが好ましく、より好ましくは１．２重量％以下含まれることである。潤滑剤の含有量が１．５重量％以下であることにより、高密度な焼結体を得やすく、強度の高い焼結体を得ることができる。

上記潤滑剤は、金属石鹸（ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等）、ステアリン酸モノアミド、脂肪酸アミド、アミドワックス、炭化水素系ワックス及び架橋（メタ）アクリル酸アルキルエステル樹脂からなる群より選択される１種以上を用いることができる。中でも、鉄基粉末表面に合金用粉末、黒鉛粉末等を付着させる性能が良好であり、かつ鉄基混合粉末の偏析を軽減しやすいという観点から、アミド系潤滑剤を用いることが好ましい。

＜バインダ＞
バインダは、鉄基粉末表面に合金用粉末及び黒鉛粉末を付着させるために添加される。バインダは、ブテン系重合体、メタクリル酸系重合体等が用いられる。ブテン系重合体としては、ブテンのみからなる１−ブテン単独重合体、又はブテンとアルケンの共重合体を用いることが好ましい。ここでのアルケンは低級アルケンが好ましく、好ましくはエチレン又はプロピレンである。メタクリル酸系重合体は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロへキシル、メタクリル酸エチルへキシル、メタクリル酸ラウリル、アクリル酸メチル及びアクリル酸エチルからなる群より選択される１種以上を用いることができる。

バインダの含有量は、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、０．０１重量％以上含まれることが好ましく、０．０５重量％以上含まれることがより好ましく、さらに好ましくは、０．１重量％以上含まれることである。また、バインダの含有量は、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、０．５重量％以下含まれることが好ましく、０．４重量％以下含まれることがより好ましく、さらに好ましくは０．３重量％以下である。

＜被削促進剤＞
被削促進剤は、鉄基粉末冶金用混合粉を焼結して得た焼結体の被削性を向上するために添加される。被削促進剤は、硫化カルシウムを用いることが好ましい。硫化カルシウムを被削促進剤として用いる場合、硫化カルシウムは吸湿性があるため性能の安定性を損なうことがあるので、硫化カルシウムからなる粉末の表面をコーティングするか、又は硫化カルシウムの粉末を予め３００℃〜９００℃に加熱してＩＩ型の硫酸カルシウムの形態にすることが好ましい。これにより硫化カルシウムからなる粉末の吸湿性を抑制することができ、焼結体の性能を安定化させることができる。またＩＩ型の硫酸カルシウムは吸湿性が著しく低いため、焼結体の性能を安定化させることができる。上記硫化カルシウムからなる粉末のコーティングは、アミド系高分子材料、スチレン・ブタジエンゴム等の有機材料等を用いることができる。

被削促進剤の含有量は、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、０．０１重量％以上含まれることが好ましく、０．０５重量％以上含まれることがより好ましく、さらに好ましくは、０．１重量％以上含まれることである。また被削促進剤の含有量は、鉄基粉末冶金用混合粉の重量に対し、１重量％以下含まれることが好ましく、より好ましくは０．４重量％以下であり、さらに好ましくは０．３重量％以下である。

＜鉄基粉末冶金用混合粉の製造方法＞
本発明の鉄基粉末冶金用混合粉は、例えば機械撹拌式混合機を用いて、鉄基粉末と、３元系酸化物と、２元系酸化物とを混合して作製することができる。上記各粉末に加えて、合金用粉末、黒鉛粉末、潤滑剤、バインダ等の各種添加剤を適宜添加してもよい。上記機械撹拌式混合器としては、例えば、ハイスピードミキサー、ナウターミキサー、Ｖ型混合機、ダブルコーンブレンダー等が挙げられる。上記各粉末の混合順序は特に限定されない。混合温度は、特に限定されないが、混合工程で鉄基粉末の酸化を抑制する観点から１５０℃以下が好ましい。

＜焼結体の製造方法＞
上記で作製した鉄基粉末冶金用混合粉を金型に充填した後、３００ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の圧力をかけることによって圧粉成形体を製造することができる。このときの成形温度は、２５℃以上１５０℃以下であることが好ましい。

そして上記で作製した圧粉成形体を通常の焼結方法によって焼結することにより焼結体を得る。焼結条件は、非酸化性雰囲気又は還元性雰囲気であればよいが、窒素雰囲気、窒素及び水素の混合雰囲気、炭化水素等の雰囲気下、１０００℃以上１３００℃以下の温度で５分以上６０分以下の焼結を行なうことが好ましい。

＜焼結体＞
上記のようにして作製した焼結体は、必要に応じて切削工具等の種々の工具で加工することによって、自動車、農機具、電動工具、家電製品等の機械部品としても使用することができる。このような切削工具としては、たとえばドリル、エンドミル、フライス加工用切削工具、旋削加工用切削工具、リーマ、タップ等を挙げることができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１〜６及び比較例１〜６）
各実施例及び各比較例では、純鉄粉（製品名：アトメル３００Ｍ（株式会社神戸製鋼所製））に対し、２重量％の銅粉末（製品名：ＣｕＡＴＷ−２５０（福田金属箔粉工業株式会社製））と、表１の「２元系酸化物」及び／又は「３元系酸化物」の欄に示す組成及び重量％の２元系酸化物及び／又は３元系酸化物と、黒鉛粉（製品名ＣＰＢ（日本黒鉛工業株式会社製））と、０．７５重量％のステアリン酸亜鉛と、を混合することにより鉄基粉末冶金用混合粉を作製した。上記黒鉛粉は、焼結後の炭素量が０．７５重量％となるような分量を添加した。上記２元系酸化物及び３元系酸化物はいずれも体積平均粒子径が２μｍのものを用いた。

上記鉄基粉末冶金用混合粉を金型に充填し、外径６４ｍｍ、内径２４ｍｍ、厚み２０ｍｍのリング形状で、成形密度が７．００ｇ／ｃｍ³となるように試験片を成形した。このリング形状の試験片を１０体積％のＨ₂-Ｎ₂雰囲気下で１１３０℃×３０分間焼結することにより焼結体を作製した。

このようにして作製した焼結体を用いて、サーメットチップ（ＩＳＯ型番：ＳＮＧＮ１２０４０８ ノンブレーカ）を使用して、周速１６０ｍ／ｍｉｎ、切込み０．５ｍｍ／ｐａｓｓ、送り０．１ｍｍ／ｒｅｖ、乾式の条件で旋削を行うことにより、切削工具の工具摩耗量を測定した。工具摩耗量は、切削開始から３３０ｍ切削した時点での切削工具の摩耗量（μｍ）と、１１５０ｍ切削した時点での切削工具の摩耗量（μｍ）とを、工具顕微鏡を用いて測定した。摩耗量の評価結果を表１の「工具摩耗量」の各欄に示している。なお、摩耗量の値が小さいほど焼結体の被削性が優れることを示している。

表１において、焼結体密度は、日本粉末冶金工業会規格（ＪＰＭＡ Ｍ ０１）に準じて測定した値を採用し、圧環強度は、ＪＩＳ Ｚ ２５０７―２０００に準じて測定した値を採用した。圧環強度が高いほど、焼結体が破壊されにくく、強度が高いことを示している。

表１に示すように、実施例１〜６は２元系酸化物と３元系酸化物とを組み合わせて含む焼結体である。比較例１は２元系酸化物及び３元系酸化物のいずれも含まない焼結体である。比較例３及び４は３元系酸化物のみを含む焼結体である。比較例２、５及び６は、２元系酸化物のみを含む焼結体である。なお、比較例２は特許文献１に開示の成分（ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）を用いている。比較例３は特許文献３に開示の成分（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂）を用いている。比較例４は特許文献４に開示の成分（２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）を用いている。

実施例１〜６の焼結体は、比較例１〜６のそれに比して、３３０ｍ切削時（初期摩耗）と１１５０ｍの切削時（長時間摩耗）のいずれにおいても工具摩耗量を顕著に低減できることが明らかとなった。この理由はおそらく、２元系酸化物が切削初期の被削性を向上するとともに３元系酸化物が長時間切削の被削性を向上し、これらの効果が相俟って切削初期及び長期間切削のいずれにおいても焼結体の被削性が高められたことによるものと考えられる。

比較例１と比較例２、５及び６とを対比すると、２元系酸化物の添加が切削工具の初期摩耗を抑制する効果があることがわかる。また比較例１と比較例３及び４とを対比すると、３元系酸化物の添加が長時間の切削における切削工具の摩耗を抑制する効果があることがわかる。

表１に示す各実施例及び各比較例の結果から、２元系酸化物と３元系酸化物とをその合計重量で０．１重量％含むことにより、切削初期及び長時間切削のいずれにおいても被削性しやすい焼結体が得られることが明らかとなり、本発明の効果が示された。

（実施例７〜１８）
２元系酸化物及び３元系酸化物の合計重量を０．１重量％に固定し、それらの重量比率及び組成を表２の「２元系酸化物」及び「３元系酸化物」の欄に示す組成及び重量％に変更したことが異なる他は実施例１と同様にして鉄基粉末冶金用混合粉及び焼結体を作製した。このようにして作製した焼結体に対して、実施例１と同様の方法で工具摩耗量を評価した。これらの結果を以下の表２に示す。

表２に示す結果から、３元系酸化物と２元系酸化物とを重量比率で９：１〜１：９で含むことにより、切削初期における被削性と長時間切削における被削性とを両立できることが明らかとなった。特に、上記重量比が９：１〜３：７であることにより、切削初期における被削性と長時間切削における被削性とを高度に両立できることが明らかとなった。

（実施例１９〜２１及び比較例７〜９）
２元系酸化物及び３元系酸化物の重量を、表３の「２元系酸化物」及び「３元系酸化物」の欄に示す組成及び重量％に変更したことが異なる他は実施例１と同様にして鉄基粉末冶金用混合粉及び焼結体を作製した。このようにして作製した焼結体に対して、実施例１と同様の方法で摩耗量を評価した。これらの結果を以下の表３に示す。

表３に示す結果から、２元系酸化物と３元系酸化物の合計含有量が０．０２５重量％以上０．３重量％以下であることにより、切削初期における被削性と長時間切削における被削性とを両立できることが明らかとなり、本発明の効果が示された。一方、２元系酸化物と３元系酸化物の合計重量％が０．０２５重量％未満であると（比較例７、８）、被削性の向上効果を十分に得られず、また２元系酸化物と３元系酸化物の合計重量が０．３重量％を超えると（比較例９）、圧環強度が８００ＭＰａ未満となり、焼結体の強度不足になることが明らかとなった。

Claims (6)

1. Ｃａ-Ａｌ-Ｓｉ系酸化物及びＣａ-Ｍｇ-Ｓｉ系酸化物からなる群より選択される１種以上の３元系酸化物と、Ｃａ-Ａｌ系酸化物及びＣａ-Ｓｉ系酸化物からなる群より選択される１種以上の２元系酸化物とを含み、
   前記３元系酸化物及び前記２元系酸化物を、それぞれ０．０１質量％以上含有し、合計質量で０．０２５質量％以上０．３質量％以下含む、鉄基粉末冶金用混合粉。
2. 前記３元系酸化物及び前記２元系酸化物の質量比が９：１〜１：９の割合で含まれる請求項１に記載の鉄基粉末冶金用混合粉。
3. 前記３元系酸化物及び前記２元系酸化物を合計質量で０．０５質量％以上０．２質量％以下含む、請求項１又は２に記載の鉄基粉末冶金用混合粉。
4. 前記２元系酸化物は、ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂及び１２ＣａＯ・７Ａｌ₂Ｏ₃からなる群より選択される１種以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の鉄基粉末冶金用混合粉。
5. 前記３元系酸化物は、２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂及び２ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂からなる群より選択される１種以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の鉄基粉末冶金用混合粉。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の鉄基粉末冶金用混合粉を用いて、３００ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の圧力で２５℃以上１５０℃以下の成形温度で圧粉成形体とした後、当該圧粉成形体を、非酸化性雰囲気又は還元性雰囲気下、１０００℃以上１３００℃以下の温度で５分以上６０分以下の焼結を行うことによって作製された焼結体。