JPH0213001B2

JPH0213001B2 -

Info

Publication number: JPH0213001B2
Application number: JP57127351A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Tomioka; Takeo Hisada; Shunji Shimura
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1982-07-21
Filing date: 1982-07-21
Publication date: 1990-04-03
Also published as: JPS5920401A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は粉末冶金用合金粉末に係り、特に高密
度、高強度の焼結体を与え得る粉末冶金用合金粉
末に関するものである。近年、金属粉末から粉末冶金手法によつて成形
し、焼結して得られる焼結部品（焼結体）の適用
分野の拡大には著しいものがあり、とりわけ液相
を利用した高密度焼結技術の発展により、高強度
部品の分野への進出には目覚ましいものがある。従来、かかる高強度部品への進出を目指した
Cr系ステンレス鋼粉末を用いる粉末冶金では、
Ｃ及びＰの同時添加による燐化鉄共晶（Fe−
Fe₃C−Fe₃P）の液相を利用して焼結密度を向上
させ、加えてその共晶部分が高硬度であるところ
から、その耐摩耗性を著しく向上させている。そ
して、このような手法によつて、工業的には密度
比で約93％程度のものまでの焼結体の製造が可能
となり、比較的高密度な耐摩耗部品、例えば自動
車エンジン回りの摺動部材、食肉機械部品（カツ
ター）等への適用が図られてきている。しかしながら、粉末冶金手法によつて得られる
焼結部品の適用分野の更なる拡大には、より一層
の性能向上が必要であり、このため高密度、高強
度を具備した焼結部品の開発が望まれているので
ある。ところで、周知のように、焼結部品の強度
は主に(a)基地の強度、(b)密度比の影響を受け、そ
して基地の強度が高いほど、また密度も高いほ
ど、得られる焼結体の強度は向上されるのであ
る。ここにおいて、本発明は、かかる焼結体の密度
の向上、ひいてはその強度の向上を図ることを目
的とするものであつて、このため従来からのＣ、
Ｐの添加に加えて、更にMnをも必須元素として
添加しようとするものであり、これは、本発明者
等が詳細な実験を繰り返した結果、成形圧力や焼
結温度等の製造条件が同じである同一工程で製造
した場合に、Mnの添加によつて得られる焼結体
の密度が明らかに向上される知見を得たことに基
づくものである。すなわち、本発明は、粉末冶金用合金粉末とし
ては、Cr（クロム）を7.5％を越え、30.0％以下含
むFe−Cr系合金粉末に、更に0.1〜1.5％のMn（マ
ンガン）及び、0.1〜1.0％のＰ（燐）を合金成分
として含有せしめてなることを特徴とするもので
あり、そしてこのような粉末冶金用合金粉末を用
いて焼結せしめることにより、高密度、高強度の
焼結体が効果的に得られるのである。ところで、かかる本発明において対象とされる
Fe−Cr系合金粉末は、Crを7.5％を越え、30.0％
以下含み、残部が実質的にFeからなるものであ
る。なお、かかる含有せしめられるCrは、基地
を強化し、炭化物を形成して耐摩耗性を付与し、
更に耐酸化性を向上せしめる等、高密度、高強度
部品には必須の元素であり、その有効な添加効果
を得るには7.5％よりも大なる含有量とする必要
がある。また、Crの含有量が30％を越えるよう
になると粉末冶金操作における成形操作において
圧縮性が著しく低下するようになる。このため、
Crの含有量としては7.5％を越え、30.0％以下の
範囲が採用されることとなるのである。なお、このようなFe−Cr系合金粉末には、そ
の製造工程中において必然的にＣやSiが含有せし
められるようになるのであるが、このＣとして
は、その含有量があまりにも多くなり過ぎると基
地が硬化して粉末が硬くなり、の圧縮性を著しく
損ね、以て目的とする成形品を得るのが困難とな
つて粉末冶金用としては適さなくなるため、一般
に0.1％をその上限とすることが望ましい。また、
Siは粉末製造時の粉末表面酸化を抑制するのに有
効であり、このためその含有量が0.1％以上とな
るようにされるが、その過度の含有は、また粉末
の圧縮性を損ねることとなるため、その上限は
4.0％に止められる。そして、このようなFe−Cr系合金粉末に対し
て、本発明では、更にMn及びＰの所定量が合金
成分として含有せしめられることとなるのであ
る。ところで、この含有されるMnは粉末の焼結
密度の向上に顕著な効果を示し、また焼結体の焼
入れ性にも好影響をもたらす元素である。このよ
うな効果、特に有効な密度向上効果を発揮させる
には、少なくとも0.1％以上のMnの添加が必須で
あるが、あまりにもMnを過度に添加すると粉末
の表面酸化を助長し、更に粉末を球状化させる作
用があつて、その成形性を低下せしめることとな
るため、その上限を1.5％とする必要がある。な
お、かかるMnの含有量の好ましい範囲としては
一般に0.2〜0.7％である。また、ＰはＣの共存に
より燐化鉄共晶を生成させるのに必須の成分であ
つて、そのような燐化鉄共晶の液相を利用して焼
結密度を向上させる効果を期待するには、少なく
とも0.1％含有せしめる必要があるのである。一
方、Ｐの過度の添加は粉末の圧縮性を低下させ、
多量の液相の出現による焼結温度コントロールを
困難にするところから、その上限は1.0％である。
なお、かかるＰの好ましい含有量範囲としては
0.2〜0.7％である。また、かかるFe−Cr系合金粉末には、上記の
如きMn及びＰの添加に加えて、更に必要に応じ
て5.0％以下のMo（モリブデン）、5.0％以下のＷ
（タングステン）、3.0％以下のＶ（バナジウム）、
及び5.0％以下のNb（ニオブ）のうちの少なくと
も１種が含有せしめられる。これらMo、Ｗ、
Ｖ、Nbは焼結体中における炭化物の形成に有効
であり、この目的のために添加されるのである
が、その合計の添加総量が10％を越えるようにな
ると、その添加量に見合つた効果が期待され得
ず、むしろコスト高を惹起するのみであるところ
から、その合計量は10％以下とすることが適当で
ある。そして、このような添加されるべき各成分は、
前記Fe−Cr系合金成分と共に溶融せしめられて、
所定の合金溶湯が調製され、次いでこの合金溶湯
が公知の水噴霧やガス噴霧による噴霧法等の公知
の手法によつて所定の粉末とされるのである。な
お、この公知の粉末化手法にて形成される本発明
に従う粉末冶金用合金粉末は、通常の粉末冶金用
金属粉と同様に適宜の大きさの粒子であり、そし
て適宜の粒度分布を有するものであるが、一般に
500μ（JIS32メツシユ）程度以下、好ましくは
150μ程度以下の粒径の粒子が用いられることと
なる。また、かくして得られた本発明に従うFe−Cr
系合金粉末を用いて所定の焼結体（焼結部品）を
得るには、従来から知られている各種の粉末冶金
手法が採用されるものであるが、その際かかる合
金粉末には0.5〜5.0％、好ましくは１〜４％の割
合（合金粉末重量に対するもの）の炭素粉末が添
加、配合せしめられる。この添加配合される黒鉛
粉末、カーボンブラツク等の炭素粉末は焼結時に
おいて燐化鉄共晶を生成せしめ、得られる焼結体
の密度を向上させるのに必須の成分であつて、ま
た焼結体中に炭化物を生成せしめることによつて
その耐摩耗性を著しく向上せしめる効果を奏す
る。なお、合金粉末に対する炭素粉末の配合量が
0.5％未満では、目的とする共晶の生成量が少な
く、従つて所望の性能が得られず、また５％を越
える炭素粉末の添加は、共晶の粗大化を招き、こ
のため衝撃値を低下せしめる問題を生じる。それ
故、本発明に従う合金成分に対する炭素粉末の添
加量としては0.5〜５％の範囲の値が採用される
のである。また、かかる本発明に従う合金粉末と炭素粉末
との混合物は、常法に従つて所望の形状に成形、
特に加圧成形（圧縮成形）せしめられて所望の成
形品（圧粉体）が形成され、次いでこれが高温度
に加熱されることによつて焼結せしめられ、目的
とする高密度、高強度の焼結体（焼結部品）が得
られるのである。このように、本発明に従えば、Fe−Cr系合金
粉末に更にMn及びＰの所定量を含有せしめるこ
とによつて、最終製品たる焼結体の密度並びに強
度を著しく向上せしめ得るのであり、これによつ
て焼結部品の適用分野の更なる拡大が図り得るこ
ととなつたのである。以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明に従ういくつかの実施例について説明
するが、本発明がかかる実施例の記載によつて何
等の制約をも受けるものではないことは言うまで
もないところである。なお、先に説明した各合金
成分の百分率並びに以下の実施例における百分率
は、何れも特に断わりのない限り重量基準で示さ
れるものである。実施例１各種の化学組成を有する合金溶湯から、公知の
水噴霧による粉末化手法によつて第１表に示され
る如き種々の合金粉末を製造し、次いでこれを篩
分けして−100メツシユの分級物を取り出した後、
その分級重量に対して３％の割合の黒鉛粉末を添
加せしめ、均一に配合せしめた。次いで、その配
合物を５ton/cm²の圧力で加圧成形せしめ、５mm×
３mm×30mmの寸法の成形品（圧粉体）を得て、こ
れを1130℃×30分の真空焼結を施すことによつ
て、焼結ステンレス鋼の各種の試験片を製造し
た。かくして得られた試験片について、その焼結密
度を水浸法（JIS−Ｚ−2505）で測定した後、支
点間距離20mmの３点曲げ試験を実施し、それらの
結果をまとめて第１表に示した。第１表の結果から明らかなように、供試材No.１
のものでは粉末中のMn含有量が少ないために、
得られた焼結体の焼結密度が低く、抗折力が低
い。また、Mnを多量に含有せしめた供試材No.５
のものでは、粉末の成形時にクラツクが発生して
しまつたために、最後まで試験を続けることがで
きなかつた。更に、供試材No.６のものでは、Ｐの含有量が少
ないため焼結密度が低く、抗折力も著しく低い値
となつており、一方Ｐを過剰に添加したNo.９では
共晶組織が粗大化したために、密度が上昇してい
るにもかかわらず、逆に抗折力が低下しているの
が認められた。これに対して、本発明に従う供試材No.２〜４及
び７、８のものにあつては、焼結密度が高く、ま
た抗折力も著しく優れているのである。なお、供試材No.７及び９の焼結体のミクロ組織
を明らかにするために、それぞれの著微鏡写真
（400倍）をそれぞれ第１図及び第２図に示すが、
それら写真の比較からも明らかなように、本発明
に従うNo.７の供試材はNo.９のものよりもはるかに
組織が細かく、それ故密度と共に、抗折力も向上
されていることが理解されるのである。

【表】実施例２下記第２表に示される化学組成を有する合金溶
湯を用いて公知の水噴霧による粉末化手法によつ
て、種々なる合金粉末を製造した後、実施例１と
同様にして分級し、更にその分級物に対して炭素
粉末を２％添加して均一にブレンドせしめ、更に
その後実施例１と同様にして試験片を製造し、特
性を調査した。その結果を第３表に示すが、かかる第３表から
明らかなように、本発明に従う合金粉末から得ら
れた焼結体No.16〜21は、その焼結密度が著しく向
上せしめられており、またその抗折力も著しく向
上されている。一方、Mo、Ｗ、Ｖ、Nbを過剰に
添加したNo.22、23のものでは成形が不可能であつ
た。なお、かかる効果は、水噴霧による粉末化手法
に代えて、他の手法であるガス噴霧による粉末化
手法によつて得られた合金粉末であつても同様に
達成されることが確認された。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ実施例１におい
て得られた本発明に従う粉末を用いた焼結体と比
較例の焼結体の金属組織を示す顕微鏡写真であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１ Cr：7.5％を越え、30.0％以下、Mn：0.1〜
1.5％、Ｐ：0.1〜1.0％、残部：Fe及び不可避的不
純物からなることを特徴とする粉末冶金用合金粉
末。２ Cr：7.5％を越え、30.0％以下、Mn：0.1〜
1.5％、Ｐ：0.1〜1.0％、Ｃ：0.1％以下、Si：0.1
〜4.0％、残部：Fe及び不可避的不純物からなる
ことを特徴とする粉末冶金用合金粉末。３ Cr：7.5％を越え、30.0％以下と、Mn：0.1〜
1.5％と、Ｐ：0.1〜1.0％と、5.0％以下のMo、5.0
％以下のＷ、3.0％以下のＶ及び5.0％以下のNbの
うちから選ばれた１種若しくは２種以上の元素の
合計の含有量で10％以下と、残部：Fe及び不可
避的不純物とからなることを特徴とする粉末冶金
用合金粉末。４ Cr：7.5％を越え、30.0％以下と、Mn：0.1〜
1.5％と、Ｐ：0.1〜1.0％と、Ｃ：0.1％以下と、
Si：0.1〜4.0％と、5.0％以下のMo、5.0％以下の
Ｗ、3.0％以下のＶ及び5.0％以下のNbのうちから
選ばれた１種若しくは２種以上の元素の合計の含
有量で10％以下と、残部：Fe及び不可避的不純
物とからなることを特徴とする粉末冶金用合金粉
末。