JPH01136906A

JPH01136906A - 溶浸接合焼結機械部品の製造方法

Info

Publication number: JPH01136906A
Application number: JP29589187A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 剛小林; Kazuo Asaka; 一夫浅香; Tadashi Takagi; 高木　忠; Naohiro Suzuki; 鈴木　直弘
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1987-11-24
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1989-05-30
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: JP2521778B2

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】この発明は、複数個の圧粉体を組合せ焼結および銅溶浸
により接合して１個の焼結部品を作る、いわゆる焼結溶
浸接合法の改良に関するものであり、特に耐圧性の必要
な油圧および空圧部品に好適なものである。

押型で成形できない複雑な形状をした鉄系焼結部品は、
単純形状の部材に分けて成形し、それぞれの成形体また
はその焼結体を組合せ、各部材ごとの焼結寸法変化の差
を応用したり、ろう付けまたは銅溶浸により接合して作
られている。

このうち、銅溶浸による接合は、接合部材の空孔を通じ
て気密性を生じ、材料強度および耐摩耗性がよいという
特徴を持ち、特に耐圧性が要求される油圧部品に適用さ
れている。

また溶浸材は銅を主成分とし、溶浸中に鉄系基材を浸蝕
しないようにＣｏやＦｅ、Ｍｎ等を含んだ材料が用いら
れている。

ところで、２個の分割部材を径方向で嵌合して接合する
場合は、溶浸後の接合部の部材間隙が出来るだけ小さく
、溶浸材が隙間を満たすように、望ましくは溶浸された
後の部材間隔が０．０２ｍｍ以下になるようにすると溶
浸鋼が接合部を満たして気密性が良好になる。また、部
材間隔が大きいと溶浸鋼の吸い込みが悪くなり、気密性
が確保できないことがある。

また、部材の孔寸法と軸寸法は経験に基づいて設定する
が、押型で形成できるため量産は容易である。

さらに、２個の分割部材を端面で接合する場合は、成形
体の面が粗く平坦度も余りよくないので、部材間隔は大
きくなりやすいが、上方部材の自重でまたは別に重りを
載せることにより接合できる。

これら溶浸接合は、部材を圧粉体とし、焼結と溶浸を一
連に行なう方法が経済的に有利であり、主流になってい
る。

しかし、軸部を受は持つ圧粉体と、段付きの孔部を有す
る圧粉体の組合せのように、径方向と端面方向を同時に
接合する場合、一方だけの接合に比べて困難である。そ
れは、径方向の間隔を少なくさせようとすると、加熱中
に軸と孔面が接して冶金的な拡散結合が起こり、端面間
の隙間が充分小さくなる前に拘束されてしまう。その結
果、端面接合部の気密性が８−６れない。そのため、こ
の端面部隙間を溶浸鋼で埋めようとして溶浸鋼の量を増
やすと、必ずしも隙間内にとどまらず、部材の表面にま
で溢れ出してしまい不良品になる。

一方、軸部材を細めに設定して前述した拘束を避けよう
とすると、端面間は接合するが、径方向の接合が不十分
になってしまう。また、両部材を組合せた後、搬送して
溶浸材が溶けるまでの間に軸部材が動いてしまい、組合
せ位置精度を要求される部品には適用できない。

この発明は、径方向も端面方向も気密性のある複合組合
せ部品を安定して量産することを目的としてなされたも
ので、多くの試験研究の結果、溶浸鋼の融点以下の温度
範囲における軸部材と孔部材の熱膨張率差と、溶浸また
は冷却過程の熱膨張差とを分けて考え、昇温中は径方向
に隙間を生じ、冷却過程では隙間が小さくなる軸部材と
孔部材の組合せにより解決することができた。

すなわち、この製造方法は鉄系の軸部を有する圧粉体と
段付きの孔部を有する圧粉体をそれぞれ成形し、段付き
の孔部材に軸部材を嵌め合せる場合、溶浸材を添えて焼
結および銅溶浸する過程においては、溶浸材の融点以下
の加熱中における接合径の寸法変化は相対的に孔部材が
０．０４％以上膨張して接合部に隙間を生じること、か
つ、溶浸俊または冷却過程では孔部材が軸部材より０゜
０５％の膨張ないし相対的に収縮する関係を持つ、両部
材の組成が異なる組合せを特徴とするものである。

また、この発明の実Ｍ態様として、孔部材成形体の炭素
量を軸部材よりも重量比で０．０２％以上多くするとか
、Ｆｅ−Ｃ系とＦｅ−Ｃ−Ｐ系、Ｆｅ−Ｃ系とＦｅ−ｃ
−ｘ　ｒ系の組合せ等が考えられる。

第１図はこの発明の基本的な作用を説明する加熱および
冷却過程における部材の熱膨張率を模式的に示した概念
図であり、この図は軸部材２と孔部材１とを組合せ、所
要量溶浸鋼３を添えて焼結炉中で加熱し、焼結および銅
溶浸した俊、常温まで冷却する過程の両部材の膨張率を
比較したものである。

図中■のように圧粉体を組合せるとき、両部材１．２の
組合せ位相を合せて締まり嵌め、または中間底めで嵌合
する。軸寸法は孔寸法よりもプラス０．０２ｍｍ〜マイ
ナス０．０１ｍｍに設定する。

これより太いと嵌合の際に孔付き部材がυ１れることが
必り、細いと緩すぎて移動中に組合せ位相がずれてしま
うおそれがある。組合せ圧粉体に溶浸鋼３を添えて加熱
すると、軸部材２の方が熱膨張が小さく、■のように径
方向に隙間を生じ、軸部材２は自重で落下し孔部材１の
段部に接触する。

次いで■のように溶浸鋼が溶融すると、通常の溶浸が行
なわれるとともに、少なくとも端面接合部は銅で満たさ
れた状態になる。そして、溶浸が終わる頃、および冷却
過程になると、溶浸中の寸法よりも小さくなる傾向にな
り、両部材１，２の相対的な膨張率は軸部材２が大きく
なる。この結果、■のように径方向の隙間が小さくなり
、両部材１，２の組合せ条件によっては孔付き部材を押
し広げる結果となり、接触面は拡散接合される。

このように両部材１，２の組合せは組成によって行なわ
れる。例えば孔付き部材が炭素を含む鉄系材料の場合は
軸部材はそれより０．２％以上炭素量を少なくする。

実施例以下本発明の実施例について詳細に説明する。

実施例１第１表は、各種組成に調整した鉄系圧粉体を焼結および
銅溶浸する過程の熱膨張率を測定した結果を示している
。各組成の混合粉を密度６．８ｇ／Ｃｍ３に成形し、溶
浸銅は２．５％ＣＯを含有する銅合金粉末の成形体を載
せて還元性雰囲気中で加熱し、昇温途中１０００’Ｃと
、１１３０℃で保持した時、および冷却中８００°Ｃの
ときの成形体寸法を基準にした線膨張率を測定した。

例えば、試料番号１と試料番号３を比較すると、後者は
昇温時には膨張率が大きく、溶浸後および冷却中は膨張
率が小さい値を示しており、この材料組合せの場合は軸
部材に試料番号１を採用すれば所望する結果が得られる
と推定される。

実施例２実施例１で用いた各種組成の混合粉を用い、第２図に示
す形状の部品に適用した。軸部材２は外径４０ｍｍの円
筒状でＡ−Ａ方向に切込みが付いている。段付きの孔部
材１は全体が円筒状でＢ−８方向にスリットを備えてい
る。Ａ−Ａ方向は端面だけの接合、Ｂ−８方向は径方向
だけの接合、その他は両方の接合になる。両部材とも成
形密度は６．８ｇ／Ｃｍ３であり、軸部材の外径寸法と
孔部材の内径寸法は同じに設定した。

各組成の両部材成形体を準備し、各組成の全部の組合せ
都合３２４種類を、ハンドプレスで丁寧に嵌合した。

溶浸銅は実施例１と同じＣＵ−Ｃｏ材料で、溶浸率が９
０％になるよう重量を調整した。ここで溶浸率は［溶浸
後の計算密度−成形体密度］÷［成形体計算空孔率Ｘｉ
／１００Ｘ溶浸銅比重］Ｘ１００である。

組合せた試料は軸部材２を上側にして、その上に溶浸銅
をのせ、温度１１３０’Ｃ１分解アンモニアガス中で焼
結および溶浸した。

そして、溶浸した各試料について気密試験を行なった。

その結果を第２表に示す。Ｑ印は漏れがないもの、＊は
漏れがあったものを表わしている。

なお、試験方法は第２図の断面図のように、下端面と上
部の内孔を塞ぎ、内孔空間に圧カフｋｇ／Ｃｍ２の圧縮
空気を導入し、試料を水中に沈めた。

第２表において、漏れを生じた試料は、第１表の熱膨張
率と照合すると、昇温中に軸部材２は孔部材１より膨張
するか、溶浸後に軸部材の膨張量が少なすぎるかの材料
組合せであることがわかる。

漏れのない組合せのうち、傾向が明確な例は組成番号１
〜６の組合せである。軸部材より孔部材の炭素量が０．
２％以上多い関係がある。このような炭素口の関係は組
成番号７〜１０．１１〜１４．１５〜１８でも同様な傾
向を示している。

これは、従来の焼結接合方法で行なわれている軸部材の
方の炭素量を多くするという考え方と全く反対である。

リンを含む材料の組合せにおいて、リン量の傾向は明確
に現われていないが、炭素含有量が同じ組合せのとき、
軸部材のリン量が多いと良い結果を示している。

ニッケルを含む材料の組合せは、炭素の作用が出ていて
、ニッケルの１頃向は明確でない。

また、異なる成分中の組合せであっても所定の要件を満
たしていれば、良好な接合が得られることがわかる。

以上、第１表および第２表より、良好な接合が得られた
条件は次の通りである。

まず、昇温中の熱膨張率は軸部材２より孔部材１が０．
０４〜０．６６％大きい組合せである。

隙間が大きければ端部の接触がよくなる傾向にあるから
、０．０４％以上大きい組合せであればよい。

次に、溶浸後の冷却過程の熱膨張率は、軸部材２より孔
部材１が０．０５％大きい組合せないし軸部材の方が１
．３６％大きい組合せの範囲内である。孔部材の方が０
．０５％大きいことは、本試料の場合には部材間隔が０
．０２ｍｍあることになる。また軸部材の方が大きいこ
とは、隙間がほとんど無くよい接合が得られる反面、孔
部材を外側に押し広げていることになり、薄肉の部材を
用いなければならない形状の場合は、膨張率の差が小さ
い組成組合せにした方がよい。

なお、本実施例で示した成分系以外であっても、本発明
の要件に合致した部材組合せであれば同じ効果が得られ
ることはいうまでもない。

また、第３図（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）に示すも
のは、本願製造方法により得られる各種機械部品の適用
例を示す断面図であるが、その他種々な形態が考えられ
る。

以上のように、本発明方法によれば、溶浸材の融点に達
するまでの加熱過程において、相対的に孔部材が軸部材
より０．０４％以上膨張して接合部に隙間を生じ、かつ
冷却過程で孔部材が軸部材より０．０５％の膨張ないし
相対的に収縮する関係を持つように両部材を接合したも
のであるから、本発明によれば、気密性の優れた接合焼
結部品を安定して量産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は成形体の熱膨張率を説明するための概念図、第
２図は本発明に用いられる試料の形状および気密性試験
方法を説明する説明図、第３図は本発明により得られる
部材の組合せ形態を示す断面図である。１・・・孔部材２・・・軸部材３・・・溶浸材特許出願人　　日立粉末冶金株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１、鉄系金属粉末を圧縮して軸部を有する圧粉体と、段
付きの孔部を有する圧粉体をそれぞれ成形し、段付きの
孔部材に軸部材を嵌め合せた状態で溶浸材とともに加熱
し焼結および銅溶浸することにより複雑形状の機械部品
を得る方法において、上記溶浸材の融点に達するまでの
加熱過程における両部材接合径の寸法変化は相対的に孔
部材が軸部材より０．０４％以上膨張して接合部に隙間
を生じ、かつ、溶浸後または冷却過程で孔部材が軸部材
より０．０５％の膨張ないし相対的に収縮する関係を持
つ、組成が異なる両部材の組合せを特徴とする溶浸接合
焼結機械部品の製造方法。２、孔部材成形体の炭素量を軸部材よりも重量比で０．
０２％以上多くしたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の溶浸接合焼結機械部品の製造方法。