JPS5819738B2 - コウミツドシヨウケツコウノ セイゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は従来のＦｅ−Ｃ系および低合金鋼系の機械構
造用焼結鍛造部品の製造法に代り良好な機械的性質を有
する高密度焼結鋼を経済的に製造する方法に関する。

鉄系焼結材料は現在各種の機械構造部品として使用され
ている。

その大部分はＦｅ粉とＣ粉を混合して固相焼結を行なっ
たＦｅ−Ｃ系、さらにこれにＣｕ粉を混合添加してＣｕ
の融点以上の温度で液相焼結を行なったＦｅ−Ｃ−Ｃｕ
系あるいはＦｅ−Ｃｕ系である。

しかしこれらには種々の欠点がある。

例えば、Ｃ粉とＦｅ粉を混合する場合には両者の密度の
差が非常に大きいので良好な混合状態を得ることはなか
なか困難である。

また添加されたＣ粉末は焼結中に、雰囲気ガスの如何に
よっては、これと容易に反応してしまうので正確にＣ系
を制御することが難かしい場合がある。

さらに、Ｃｕ粉を添加する場合には、液相焼結が行なわ
れるので、高密度化するが、この種の焼結体の欠点とし
て延性および靭性が乏しいことが指摘されている。

またＣｕ粉は比較的高価である。ところで、焼結合金の
高密度化については、種種の方法が考えられ、液相焼結
法による高密度化の他に、焼結したものをかなり大きな
圧縮力で圧縮し焼結体中に残留する気孔を圧着する焼結
鍛造法、あるいは圧粉体をそのまメで加熱し、これを鍛
造する粉末鍛造法がある。

しかし、粉末鍛造法あるいは焼結鍛造法で問題となるも
のに圧粉体あるいは焼結体の変形能がある。

すなわち、変形能が十分大きくなければ残留している気
孔を源として割れが発生し易くプレフォームの形状決定
が難しく複雑になる。

逆に焼結体の変形能が大きければプレフォームの形状決
定は簡単になり容易に目的とする形状の部品を成形する
ことができるので、焼結鍛造などに供するプレフォーム
については残留する気孔をできるだけ少なくし変形能を
大きくすることが望ましい。

このように、従来から鉄系焼結機械部品として用いられ
ているＦｅ−Ｃｕ系およびＦｅ７Ｃ−Ｃｕ系焼結合金で
は高密度、高強度化のためにＣｕ粉を用いる関係上コス
ト高であり、また高密度、高強度化を達成するためにＦ
ｅ−Ｃ系焼結合金をプレフォームとして焼結鍛造を行な
う場合には一般に残留する気孔が多いので変形能が充分
でなく割れが発生し易い。

本発明者等はこれら従来技術の欠点を解消するため、Ｃ
ｕを用いずに変形能の大きな高密度のＦｅ−Ｃ系焼結体
を作製し焼結鍛造することを試みた結果、高密度でかつ
高強度の焼結鋼を経済的に製造しうる方法を見出し、本
発明を完成したものである。

すなわち、本発明はＣｕを使用することなく経済的に高
密度焼結鋼を製造する方法を提供することを目的とする
。

上記の目的は０２〜５％（％は以下重量％を意味する）
の他にＭｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓのうち少なくとも１種の元素
を含有するＦｅ−Ｃ系合金粉末と、Ｆｅ粉末とをＣ０，
１〜１．’８％、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｐ。

Ｓの総量が１０％以下となるように混合し、その混合粉
末を成形したのちＦｅ粉以外の合金粉末の溶融開始温度
以上１４００°Ｃ以下で焼結し、これによって得られた
焼結体を熱間で鍛造することを特徴とする、高密度焼結
鋼の製造方法により効果的に達成することができる。

こ＼において、Ｆｅ粉に添加されるＦｅ、−Ｃ系合金中
のＣ量は２〜５％とするが、その理由は２％未満ではＦ
ｅ−Ｃ系合金を粉砕して粉末にすることが困難であり、
また融液の発生温度が高く、発生する液相量も僅かなた
め実用的でないからであり、Ｃ量が５％を越える場合も
同様に融液の発生が少なく実用的でないからである。

また合金組成中のＣ量を０．１〜１．８％とした理由は
、０．１％未満では機械的性質を向上させる効果がなく
なり、１．８％を越えて添加すると延性が低下してしま
うからである。

Ｍｎの作用は上記Ｆｅ−Ｃ系合金を白銑化する傾向があ
り、Ｍｎの添加により粉砕容易な合金が得られる。

またそれは焼結鋼中にあって強さを増す。

ＳｉはＭｎとは逆に鋳鉄の黒鉛化を促進する元素である
が、鉄中へよく同容しフェライト地を著しく強化する元
素である。

ＰおよびＳも微量の添加によって機械的性質が向上した
り、切削性が向上したりするが、多量に入った場合には
機械的性質を著しく低下させる。

ＦｅおよびＣ以外の、これら合金元素の添加量を、焼結
体において１０％以下とするのは、これらの合金元素が
１０％を越えると焼結体での合金成分の分布が不均一と
なり、それにともなって機械的性質が低下するからであ
る。

また、Ｆｅ粉以外の合金粉末とはＳｉ、Ｍｎ。

Ｐ、Ｓのうち少なくとも１種を含んでも良いＦｅ−Ｃ合
金粉末すなわち、通常の鋳鉄の粉末のことであって、そ
の各軸開始温度は約１１５０’Ｃであり、添加合金元素
の種類およびその量により約１１２０°Ｃまで下がると
思われる。

本発明において、焼結温度をＦｅ粉以外の合金粉末の容
融開始温度以上１４００℃以下とするのは、Ｆｅ粉以外
の合金粉末からの液相発生により液相焼結が行なわれる
からであり、また通常の焼結炉の常用温度は１４００°
Ｃ以下であるので１４００°Ｃを越える場合は実用的で
ないからである。

こうして得られた焼結体を熱間で鍛造することにより密
度が一段と高くなり、鍛造体はほとんど真密度、すなわ
ち、鋳鍛造材料の密度の９８％以上となる。

このことは機械的性質を著しく向上させる原因となり、
特に衝撃値を急激に向上させる。

また、鍛造は機械部品の成形も目的としており、従来の
切削加工あるいは鋳造による成形の場合のように工数が
かさむことがなく、合理化が計りやすい、さらに材料歩
留を著しく向上させる。

またこの鍛造の温度は通常７００〜１２００℃とするの
が好ましい。

上記の本発明の方法によって奏せられる効果を要約する
と次の通りである。

１）添加するＦｅ−Ｃ系合金からの融液発生によって液
相焼結が行なわれるので焼結体プレフォームは高密度の
ものが得られる。

２）焼結体プレフォームの密度が高く残留する気孔が少
ないので変形能が大きく鍛造によって割れが発生しにく
くなる。

３）焼結中における炭素の拡散は非常に速やかであるの
で、短時間の焼結で焼結鋼プレフォームが得られる。

４）炭素添加のためにＦｅ粉と同程度の比重のＦｅ−Ｃ
系合金粉末を使用するので、従来法のＦｅ粉と黒鉛粉の
混合のように不均一な混合が生じない。

５）Ｆｅ粉と黒鉛粉を混合したものでは焼結雰囲気によ
ってＣ量の変化が生じ易いが、この発明ではＣ量の調整
が容易である。

６）焼結体プレフォームの作製のため硬質のＦｅ−Ｃ系
合金粉末を使用するので、圧縮成形性かや＼悪く型の摩
耗も大きくなり易いが、液相焼結による緻密化が大きい
ので成形圧力が低くでき、その結果、型の寿命を延ばす
ことができる。

７）この発明で使用されるＦｅ−Ｃ系合金、すなわち鋳
鉄は急冷することによって硬くて脆い白鋳鉄となるので
容易に粉砕される。

以上詳述したように、本発明の方法によれば、自動車、
農機具等の歯車、連結稈およびコンプレッサ用弁、その
他機様部品用の高密度、高強度焼結鋼を経済的有利に得
ることができる。

以下本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。

実施例 １ まず、電気炉で啓解した鋳鉄（Ｃ量、６９％、Ｓｉ２．
１６％、Ｍｎ０．６５％）を厚手の鋼板上に薄く流して
急冷し、白鋳鉄としたあと、これを振動ミルで粉砕後３
２５メツシュ以下の粉末を得た。

次に、この鋳鉄粉末と、還元鉄粉とを、最終的に得られ
る焼結体のＣ量が０．３％になるような割合で混合した
。

混合は■型混合機を用い、乾式で 。３０分行なった。

混合粉末の圧縮成形は４０ｍｍφの孔を有する金型を用
いて行ない、４０ｍｒ／ＬφＸ３５ｍｍの円柱状圧粉体
を作製した。

焼結は鋳鉄粉末の溶融点が約１１５０°Ｃと考えられた
ので１１８０°Ｃで３０分間、１０ Ｔｏｒｒの真
空中で行なった。

次に、このようにして得られた焼結体を１１５０°Ｃで
数分間加熱し、５５ｍ１１Ｌφの円形孔を有する金型内
で密閉鍛造を行なった。

その結果５５ｍｍφＸ１３７１１７１２の円板状の試験
片が得られ、それから引張試験片と衝撃試験片を採取し
、試験に供した。

表１は常温で行なった引張試験と衝撃試験の結果を示し
たものである。

表１から明らかなように、本発明の方法によって得られ
た高密度鉄系焼結合金は従来合金に比べ、すぐれた強度
を有している。

すなわち、この発明の前段階で作製された焼結鋼１は鋳
鉄からの融液発生による緻密化と炭素の拡散によって鋼
になったものであり、これだけで従来法による焼結鋼あ
るいはＣｕ粉を用いて液相焼結を行なったものに比べ強
度、延性ならびに衝撃値ともすぐれている。

さらに、これに熱間鍛造を加えるという本発明の方法で
は得られた焼結鍛造鋼はさらに一段とすぐれた機械的性
質を有している。

しかも、本発明の方法によって作製したプレフォームと
、従来法のＦｅ粉とＣ粉を混合して作製したプレフォー
ムの変形能を比較すると、熱間自由圧縮鍛造において、
従来法によるものは約４０％の圧縮率で割れが発生した
のに対し、本発明法によるものは約６０％の圧縮率まで
割れが発生せず、変形能が大きいことが分った。

すなわち、これは、従来法によるものが固相焼結である
ので割れの発生源となりやすい気孔が多数残留するのに
対し、本発明法の場合は液相焼結により緻密化が大きく
、気孔の残留が少ないことによるものである。

実施例 ２ 実施例１で用いた鋳鉄粉末の炭素量は３．６９％であっ
たが、本発明において使用する鋳鉄粉末の炭素量は本文
中に記載のとおり、２〜５％の範囲であれば通常の焼結
温度で液相を発生し、緻密な焼結鋼を得ることができる
。

すなわち、２〜５％Ｃの鋳鉄を添加した場合の焼結の機
構あるいは鋳鉄の作用は上記組成の範囲内でほぼ同様で
あり、同程度の特性を有する焼結鋼を得ることができる
。

表２は実施例と全く同様にして、Ｆｅ−４，２％Ｃ白鋳
鉄を用いて作製した焼結材ならびに焼結鍛造材の機械的
性質を示したものである。

これから分るように、焼結材（従来法）ならびに焼結鍛
造材（本発明の方法）はそれぞれ実施例１に示した結果
とほぼ同程度の値を示しており、本文中に記載のとおり
鋳鉄の炭素量が２〜５％であれば、その多少にかかわら
ず、すぐれた効果を有していることが容易に推測される
。

また、本発明の方法による焼結鍛造材は実施例１に示す
従来法などと比べてすぐれた機械的性質を有している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １０２〜５％の他にＭｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓのうち少なくと
   も１種の元素を含有゛するＦｅ−Ｃ系合金粉末と、Ｆｅ
   粉末とをＣ０，１〜１．８％、Ｍｎ。 Ｓｉ、Ｐ、Ｓの総量が１０％以下となるように混合し、
   その混合粉末を成形したのちＦｅ粉以外の合金粉末の容
   融開始温度以上１４００℃以下で焼結し、これによって
   得られた焼結体を熱間で鍛造することを特徴とする、高
   密度焼結鋼の製造方法っ