JPS62256903A

JPS62256903A - 焼結部材の製造方法

Info

Publication number: JPS62256903A
Application number: JP9858586A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Takahashi; 義孝高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-04-28
Filing date: 1986-04-28
Publication date: 1987-11-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、省エネルギーを図りつつ緻密で引張り強度や
疲労強度に優れた焼結部材を製造する製造方法に関する
。

［従来技術］従来の焼結部材の製造方法は、鉄系金属粉末を圧縮成形
して圧縮成形体を得る圧縮工程と、（ｑられた圧縮成形
体を加熱焼結炉において１１００〜１３００℃で加熱し
て焼結し焼結体を形成する焼結工程と、焼結体を冷却す
る工程と、冷却された焼結体を８００〜１１００℃に再
加熱して再加熱状態で、椴造型を使用して焼結体を再圧
縮して緻密化する再圧縮工程と、焼結体を常温に冷却す
る冷却工程と、を順に実施することにしている（後述の
比較例１）。

この従来の焼結部材の製造方法において￥Ｊ造した焼結
体は、引張り強度は溶製材の引張り強度に近いが、しか
し疲労強度は溶製材に比べて著しく低い。その理由は以
下のごとく推測される。

即ら、１りられる焼結体はポーラスである。このため、
非酸化性の加熱焼結炉から大気中に焼結体を取り出し再
圧縮工程を実施する時に、焼結体の気孔を通じて、表面
からかなりの内部にまで空気が進入し、そのために表面
部が酸化される。また、焼結体の表面部は再圧縮工程で
使用する鍛造型に直接接触するため、加熱焼結で高温に
加熱されている焼結体の表面部は鍛造型で冷却される。

この冷却された表面部は冷却されない内部に比較し、再
圧縮の時に圧密化されにくく、このため表面部に残留空
孔が残存しやすい。これらの理由により、従来の焼結部
材の製造方法においては、得られた焼結部材の表面部に
欠陥、主に線状欠陥が発生しやすい。このため得られた
焼結部材は疲労強度が低い等の問題があった。

疲労強度が低い等の問題を改善するためには、鉄系金属
粉末を圧縮成形して圧縮成形体を得る圧縮工程と、得ら
れた圧縮成形体を加熱焼結炉にａ３いて１１００〜１３
００℃で加熱して焼結し焼結体を形成する焼結工程と、
焼結体を冷却する工程と、冷却された焼結体を８００〜
１１００℃に再加熱して再加熱状態で、鍛造型を使用し
て焼結体を再圧縮して緻密化する再圧縮工程と、焼結体
を常温に冷却する冷却工程とその後に、焼結体を１００
０〜１２００℃に三たび加熱して線状欠陥を解消する加
熱工程を行なえばよいが（後述する比較例２に相当する
）、これでは疲労強度を向上させうるちのの、加熱のく
りかえしにより多大のエネルギの無駄になり、コストが
アップする。また、疲労強度を向上させる方法として、
圧縮成形体にショツトブラスト処理などにより固体粒子
を衝突させる方法（特開昭６０−１６２７０１号公報）
も開発されている。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記実情によりなされたものであり、その目的
は、省エネルギを図りつつ疲労強度を向上させた緻密な
焼結部材の製造方法を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］本発明の焼結部材の製造方法は、鉄系金属粉末を圧縮成
形して圧縮成形体を得る圧縮工程と、得られた圧縮成形
体を非酸化性雰囲気において１１００〜１３００℃で加
熱して焼結し焼結体を形成する焼結工程と、加熱焼結さ
れた焼結体を常温に冷却する冷却工程と、を含む焼結部
材の製造方法において、上記圧縮工程は、鉄系金属粉末を圧縮成形して密度比８
０〜９０％の１次圧縮成形体を得る第１工程と、１次圧
縮成形体を８００〜１０００℃に加熱模再圧縮成形して
密度比９５％以上の２次圧縮成形体を形成する第２工程
と、からなることを特徴とする。

本発明の焼結部材の製造方法においては、焼結工程前の
圧縮成形体は、密度比９５％以上であり、その表面が圧
密化され、表面部の気孔が塞がれている。ここで、密度
比とは真密度に対する比率をいう。したがって、焼結工
程の際に、空気が圧縮成形体の内部にまで浸透する可能
性が少なくなる。

このために焼結体表面部に酸化物あるいは脱炭層ができ
にくくなる。このために疲労張度特性、引張り強度特性
の優れた焼結部材が製造できる。

圧縮工程は、鉄系金属粉末を圧縮成形用の成形型内で加
圧し、加圧力により圧密化して一定の形状を有する圧縮
成形体を得る工程である。鉄系金属粉末としては、特に
限定されるものでなく、通常の焼結部材に使用される従
来の鉄系焼結台ｆｆＩ粉末原料を使用することができる
。より具体的には鉄粉、銅粉、黒鉛粉末よりなる混合粉
末が鉄系金属粉末原料として多く使用されている。この
他、合金化あるいは予合金化又は予混合化した低合金鋼
粉末を原料として用いる事が出来る。たとえば市販のＡ
ｌ５Ｉ４１００相当やＡｌ５Ｉ４６００相当粉などがあ
る。この場合、Ｎ　ｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ１Ｃ等
の合金元素は強度の向上に有効に作用する。銅粉の配合
割合は、重量％（以下％はｆｆ！Ｍ％を意味する。）で
０．５〜１０％、黒鉛粉の配合量は同じく０．３〜１０
％、残部鉄粉とするのが一般的である。これに潤滑剤で
あるステアリン醗亜鉛が０．５〜１．０％添加、混粉さ
れる。

ここで、銅粉、黒鉛粉は、通常、焼結工程において鉄粉
中に固溶し、得られる焼結体の剛性、強度等を向上プる
役ｎｌを果たづ。

圧縮工程の第１工程では、１次圧縮成形体の密度比を８
０〜９０％に圧密化プる。第１工程は通常、常温にて行
なう。１次圧縮成形体の密度比が８０％未満の場合には
、１次圧縮成形体の強度が十分でないために表面部が剥
離したり、角、隅部が欠けたりする問題が生じやすい。

また、逆に１次圧縮成形体の密度比を９０％を越えるよ
うなものとする場合には、圧縮成形時の圧縮力が極めて
大きくなる。このために成形型の寿命の点で不利となる
。

圧縮工程の第２工程では、上記した１次圧縮成形体を８
００〜１０００℃に加熱した後に、再圧縮成形し、密度
比９５％以上の２次圧縮成形体を形成する。この場合８
００℃未満であると密度比９５％以上の２次圧縮成形体
を得る際の加圧力が過大となる。又、１０００℃を越え
ると、２次圧縮成形体が酸化しやづくなるし、省エネル
ギ化の面で不利である。

上記した圧縮工程の第２工程は、保護雰囲気、つまり不
活性ガス雰囲気や還元性雰囲気、窒素雰囲気等の非醇化
性雰囲気が好ましいが、場合によっては大気中で行なっ
てもよい。焼結工程を還元性雰囲気で行なえば、圧縮工
程の際に２次圧縮成形体が多少酸化しても還元可能だか
らである。

焼結工程は、２次圧縮成形体を非酸化性雰囲気下で加熱
し、鉄系粉末粒子どうしを焼結して一体化する工程であ
る。焼結温度、焼結雰囲気等の条件については使用され
る鉄系金属粉末の種類により任意に選択することができ
る。雰囲気ガスとしては一般に通称ＲＸガスとして知ら
れている吸熱型のガスや通称Ａｘガスとして知られてい
る分解アンモニアガス等が好ましい。焼結温度は１１０
０〜１３００℃である。ここで１１００℃未満では焼結
不足となる。具体的には、１１５０度程度がよく、但し
鋼種により異なり、Ｆ１３−ＣＩＪ−Ｃ系で１１２０〜
１１５０℃、４６００系で１１５０〜１２００℃、４１
００系で１２００〜１２５０℃程度がよい。焼結時間は
２０分程度がよい。

冷却工程は、従来と同様な条件で行なうことができる。

〔実施例１〕まず、圧縮工程の第１工程では、−８０メツシユ、市販
の噴霧鉄粉１００重最小型対し、市販の０．６粉末冶金用黒鉛粉末（日本黒鉛製ＡＣＰｉ量部、市販（
描出金属製ＧＥ−２５）の電解銅粉３重量部、さらに潤
滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末０゜７重量部を配合し
、Ｆｅ−３％Ｃｕ−０，６％Ｇｒ−０．７％Ｚｎ−５ｔ
の組成となるようにし、型混合機で２０分間混合した。

次に第１成形型により、第２図にしめすような板厚ｔ７
〜８■、平行部の巾Ｄ１が９．５Ｉ＠Ｉｌｌ、平行部の
円弧Ｒ１が１８１１℃全体の長さＤ２が９８ＩＩＩ１１
１巾Ｄ３が２２１の試験片用の１次圧縮成形体を製作し
た。なお、第１工程における１次圧縮成形体の密度比は
約８１．５％であった。

次に圧縮工程の第２工程では、１次圧縮成形体をＲＸガ
ス雰囲気の加熱炉に挿入し、９００℃で２０分間加熱侵
、加熱炉からとりだした１次圧縮成形体を第２成形型に
より再圧縮成形して密度比９７．５％の２次圧縮成形体
を形成した。なお、２次圧縮成形体は第３図にしめすよ
うであり、板厚７７１１、平行部の巾Ｌ１が１０１、平
行部の円弧Ｒ２が１７１１、全体の長さＬ２が１１００
ＩｌｌＩ、巾１３が２３１１１１の試験片用の２次圧縮
成形体を製作した。第２成形型のキャビティには潤滑剤
として、コロイダル黒鉛を水にて稀釈したものを塗布し
た。

上記した圧縮工程を完了したのち直ちに、ＲＸガス雰囲
気の加熱炉中に、密度比９７．５％の２次圧縮成形体を
挿入し、１１２０℃で２０分間焼結し焼結工程をおこな
い、その模加熱炉より取出し大気下におき、焼結体を常
温にまで一り０℃／ｍｉｎの速度で冷却し冷却工程をお
こなった。

し実施例２］実施例１の場合と同一の組成とし、同一の条件で圧縮工
程の第１工程および第２工程を行ない、密度比９７．５
％の２次圧縮成形体を形成し、更に、焼結工程を実施し
た。冷ｆＪＩ工程では、実施例１の場合よりも遅い冷部
速度つまり一り０℃／ｍｉｎの速度にて冷却した。冷却
工程優、真空中で９００℃で３０分間加熱保持後、焼結
体を油中に投入して焼入れし、そののら、窒素雰囲気中
で５５０℃で６０分間加熱保持し、これにより焼入れ焼
戻し処理をおこなった。

［実施例３１まず、圧縮工程の第１工程では、市販のＡＩＳ々１４６００相当噴霧合金粉（Ｆｅ−１，８Ｖｉ　−０，
５Ｍｏ）に対し、市販黒鉛粉０．６％と潤滑剤０．７％
を配合しＦｅ−１，８Ｎ　ｉ−０，５Ｍｏ−０，７％Ｇ
ｒ−０．７％Ｚｎ−５ｔの組成トなるようにした粉末を
、■型混合機で２０分間混合した。次に第１成形型によ
り、１次圧縮成形体を製作した。得られた１次圧縮成形
体の密度比は約８４％であった（実施例１よりも高い）
。

次に圧縮工程の第２工程では、１次圧縮成形体をＲＸガ
ス雰囲気の加熱炉に挿入し、９５０℃で２０分間加熱後
、第２成形型により再圧縮成形して密度比９７６５％の
２次圧縮成形体を形成した。

上記圧縮工程を完了したのら直ちに、ＩＩＸガス雰囲気
の加熱炉中に２次圧縮成形体を挿入し、１１５０℃で２
０分間焼結し焼結工程を行ない焼結体を形成した。次に
、焼結体を９００℃から３００℃まで一り０℃／ｍｉｎ
の速度で冷却し冷却工程をおこなった。

［比較例１］実施例１の場合と同一組成となるように配合した鉄系金
属粉末から、第２図にしめず圧縮成形体を形成した。１
ｑられた圧縮成形体の密度比は約８１．５％であった（
実施例１の１次圧縮成形体と同一の密度比）。

次に圧縮成形体をＲＸガス雰囲気の加熱炉に挿入し、１
１２０℃で２０分間焼結し焼結工程をおこない焼結体を
形成した。次に、焼結体を常温まで冷却し冷却工程をお
こなった。その後、焼結体をＲＸガス雰囲気の加熱炉に
挿入して再加熱し、１０００℃で１５分間加熱保持後、
Ｒ造型で焼結体を再圧縮（鍛造）し、密度比９７．５％
とした。

その優に焼結体を冷却した。

［比較例２〕比較例１で形成した密度比９７．５％の焼結体を使用し
、その焼結体をＲＸガス雰囲気の加熱炉に更に挿入し、
１１２０℃で２０分間加熱保持後、９００〜３００℃ま
でを冷却速度−４０℃／ｍｉｎにて冷却した。

［比較例３］実施例１の場合と同一組成とした麩系金ｆｆ粉末から第
２図にしめす圧縮成形体を形成した。得られた圧縮成形
体の密度比は約８１６５％であった。

次に圧縮成形体をＲＸガス雰囲気の加熱炉に挿入し、１
１２０℃で２０分局焼結し、焼結体を形成した。その後
炉冷により徐冷した。ただし、炉冷の過程に於いて、９
５０℃において鍛造型で焼結体を再圧縮し密度比９７．
５％とした。その後９００〜３００℃までを一４０℃／
ｍｉｎの冷却速度にて冷却した。

［評価］第４図は、実施例１、比較例１〜３における加熱回数、
エネルギ消［ｔ、再圧縮時をそれぞれしめす。

得られた実施例および比較例の焼結部材の試験片の特性
をみるために引張り強度および疲労強度を測定した。な
お、引張り強度は万能試験様を使用し、クロスヘッドス
ピード２１１１１１１／ｍｉｎで行なった。疲労強度は
シエンク式板曲げ（平面曲げ）疲労試験機により、Ｓ−
１３Ｊ図を作成しておこなった。試験結果を第１図に示
す。

第１図より明らかな様に、引張強度は比較例１〜３の場
合が７３〜７５ｋｇｆ／１ｌＩＩｚであるのに対して、
実施例１〜３では７３〜７７ｋｃ＋ｆ／１Ｉｌｌｔであ
り、若干の上昇がみられた。一方、疲労強度は比較例１
では１５ｋＯｆ／ｍｍ２程度であり、比較例３では１８
ｋＯｆ／ａ＋ｍ２程度であす、比較例２では２５　ｋ　
ｇ　ｆ／ｎｖ２程度であるのに対して、実施例１〜３で
は２４〜２６ｋｏ　ｆ／ｍｍ２であり１、比較例１〜３
の焼結部材の組成は、実施例１の焼結部材と同じである
にもかかわらず、大幅な上昇がみられた。上記の試験結
果からあきらかのように実施例１〜３では、疲労強度が
大幅に増加している。実施例１〜３の疲労強度は、比較
例２の場合（圧縮工程−焼結工程−冷却工程−加熱工程
−再圧縮工程−冷却工程−再加熱工程−冷却工程という
加熱を何度も繰り返すためにエネルギを多大に使用し、
コストアップとなる製造方法）と同程度またはそれ以上
の疲労強度をもつ。したがって実施例１〜３では、省エ
ネルギを図りつつ疲労強度、引張り強度を確保できる。

省エネルギを図りうろことは、第４図の比較からもあき
らかである。

上記試験結束がえられる理由は、上記実施例１〜３では
、２次圧縮成形体は密度比９５％以上のため、その表面
部が圧密化され表面の気孔がっぷされている。このため
に焼結工程においても、空気が表面部の気孔を通じて内
部に浸透しにくい。

したがって、２次圧縮成形体の内部に酸化物層あるいは
脱炭層が生じにくい。また、２次圧縮後、引ぎ続き焼結
工程を保護雰囲気中でｈなう事により表面部に線状欠陥
がたとえ発生したとしても、容易に還元されるため、表
面が改質され、疲労強度の低下を防止できるからと考え
られる。このために疲労強度、引張り強度の高い焼結部
材が１ｇられると推察される。

〔発明の効果〕

本発明にかかる焼結部材の製造方法においては、疲労強
度の高い焼結部材が得られる。その理由ｔま以下のごと
くと推察される。即ち、２次圧縮成形体の密度比は９５
％以上であるため、その表面部が圧密化され表面の気孔
がつぶされている。このために焼結工程においても、空
気が表面部の気孔を通じて内部に浸透しにくい。したが
って、２次圧縮成形体の内部に酸化物層あるいは脱炭層
が生じにくいため、表面部に欠陥が生じにくいためと推
察される。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例と比較例の引張り強度と疲労強度の試験
結果をしめずグラフである。第２図は１次圧縮成形体の
平面図、第３図は２次圧縮成形体の平面図、第４図は実
施例と比較例とにおける加熱回数およびエネルギ消費量
をしめずグラフである。特許出願人　　トヨタ自助中株式会社代理人　　　弁理士　　大川　宏同　　　　弁理士　　丸山明夫第１図（ｋｇｔ／ｍｒｎ”　）　　　　　　　（ｋｃ］ｆ／　
ｍｍ２）第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鉄系金属粉末を圧縮成形して圧縮成形体を得る圧
縮工程と、得られた該圧縮成形体を非酸化性雰囲気において１１０
０〜１３００℃で加熱して焼結し焼結体を形成する焼結
工程と、加熱焼結された該焼結体を常温に冷却する冷却工程と、
を含む焼結部材の製造方法において、上記圧縮工程は、
鉄系金属粉末を圧縮成形して密度比８０〜９０％の１次
圧縮成形体を得る第１工程と、該１次圧縮成形体を８００〜１０００℃に加熱後再圧縮
成形して密度比９５％以上の２次圧縮成形体を形成する
第２工程と、からなることを特徴とする焼結部材の製造
方法。
（２）第２工程では密度比９７．５％以上の第２次圧縮
成形体を形成することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の製造方法。
（３）第２工程は、非酸化性雰囲気において行なう特許
請求の範囲第１項記載の製造方法。