JPH0277553A - 焼結材料の製造方法 - Google Patents

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、焼結材料、特に高強度且つ高靭性の焼結材料
の製造方法に関する。

（従来の技術） 鉄系焼結材料は最近では強度を必要とする部品にも採用
されつつあり、強度及び靭性の向上が望まれている。焼
結材料の高強度化の方法の一つとして合金化する方法が
あり、その方法として純鉄粉に合金元素粉末を加えて焼
結する混合法や、予じめ合金元素を予合金化した合金粉
末を焼結する方法がある。鉄系合金粉末に合金元素を添
加して焼結する方法としては、例えば特願昭６１−１６
６１６０号に、鉄基台金粉末に、該合金粉末と同一また
は近似した組成に炭素０．５〜７重量％を加えてなる組
成の焼結活性化粉末０゜５〜１０重量％、黒鉛粉末０．
２〜１．０重量％およびニッケル粉末１〜４重量％、銅
粉末１〜７重量％、錫粉末１〜６重量％からなる群から
選択される一種または二種以上の粉末とを混合した後、
圧粉成形して焼結することを特徴とする高強度焼結材料
の製造方法が提案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記方法においては、合金元素として、
ニッケル、銅または錫粉末の一種もしくはそれ以上が、
個々の金属の粉末として添加されており、このうち、銅
及び錫は拡散し易い元素であるため、周辺の鉄粉へ拡散
し、これにともなって原形が消失しくカーケンダル現象
）、新たに気孔が生じる。気孔は、内部切欠き効果とな
り強度を低下させるため、このようにして製造された焼
結材料においては、充分な強度は得られなかった。

また、上記方法により得られた焼結材料は、靭性の向上
についても充分な効果は得られていなかった。

従って、さらに強度及び靭性の高い材料を提供しうる焼
結材料の製造方法が望まれている。

（課題を解決するための手段） 本発明の高強度焼結材料の製造方法は、鉄粉または鉄系
合金粉末に、Ｓｎ５〜３０重量％、Ｎｉ】０〜５０重量
％及び残部Ｃｕからなる母合金粉末０．５〜１０重量％
、並びに黒鉛粉末を混合し、成形した後、焼結し、所望
により焼結後に熱処理を施すことを特徴とする。

黒鉛粉末は焼結材料の炭素源として加えられ、その添加
量は、焼結粉末によって異なるが好ましくは、０．３〜
１．２重量％である。

本発明の高強度焼結材の製造方法は、鉄粉のみでな（、
鉄系合金粉末全ｆｖＬ＜例えば、４６００系、４８００
系など）に適用した場合にも高い効果を奏する。

以下、各成分の限定理由について記載する。

以下、％は垂平％を表すものとする。

母合金粉末の添加量は、０．５％未満では目的とする強
度および靭性向上効果が不充分であり、１０％を超えて
も、添加した割には効果が上がらないため、０．５〜１
０％とした。

ＣｕはＦｅ基地中に拡散し、固溶して強度を向上させる
作用を有するが、Ｆｅ中への固溶限が約８％であること
から、これを超えて添加すると粒界に析出し、固溶強化
作用を失い、逆に強度を低下させる可能性があるため、
母合金中に最大で８５％含まれるようにし、焼結材料中
に８．５％以下の量で存在するようにする。

ＮｉはＦｅに拡散し、靭性を向上させる作用を存するが
、焼結材料中の存在量が５％を超えても、それ以上には
効果が上がらないため５％以下の量で添加するのが望ま
しい。そのため、母合金中に最大５０％含まれるように
した。また、母合金中でのＮｉ量は１０％以下ではＦｅ
中への拡散が不充分で靭性向上効果も得られないため、
母合金中の量を１０〜５０％とした。

Ｓｎは伸びの改善に寄与するが、焼結材料中の存在量が
３％を超えるように添加しても、添加の割には伸び向上
効果がみられない。そのため、母合金中に３０％以下の
量で含まれるようにした。なお、母合金中のＳｎ量が５
％以下では焼結材料の伸びが向上しないため、５％以上
とした。

母合金粉末を０．５〜１０％の量で添加した場合に、上
記の範囲の銅、ニッケル及び錫の添加量が得られるよう
に、母合金の組成は、Ｓｎ５〜３０％、Ｎｉ１０〜５０
％及び残部Ｃｕとする。また、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎの割合
は、強度向上と靭性向上のいずれの効果に重点をおくか
によって適宜決定される。

（作用） 本発明の高強度焼結材料の製造方法においては、鉄粉ま
たは鉄系合金粉末に、Ｓｎ、Ｎｉ及びＣｕからなる母合
金粉末を添加する。これらの金属を、個々の金属粉末と
してではなく、母合金粉末として添加した場合、Ｎｉの
拡散がＣｕおよびＳｎよりも遅いため、焼結時にＣｕお
よびＳｎが周辺に拡散することにより新たに生じた気孔
をつつみ込むようにＮｉが存在し、焼結後、気孔周辺に
はＮｉ濃度の高い層が生じる。Ｎｉはオーステナイトを
生成しやすいため、上記気孔周辺のＮｔ濃度の高い組織
はオーステナイト層となる。このオーステナイト層は靭
性が高く、気孔への応力集中を緩和する作用を有する。

この作用により、靭性が大幅に改善されるものと推定さ
れる。また、錫の拡散により伸びが改善され、銅の拡散
により強度の向上が達成される。

（実施例） 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１： 市販の純Ｆｅ粉に対して、粒径６３μｍ以下の母合金粉
末（Ｃｕ−２０％Ｎｉ−１５％５ｎ）２％及び黒鉛粉末
０．８％秤取した粉末に、潤滑剤としてのステアリン酸
亜鉛粉末０．８％（外削％、以下同じ）を秤量し、混合
機にて混粉した。次に金型成形法により密度６．８ｇ／
　ｃｆｆｌの引張試験片（ＪＩＳ焼結金属用引張試験片
）用と衝撃試験片（１０１０Ｘ１０Ｘ５５平滑）用圧粉
体を成形した後、ブタン変性ガス中にて１１２０°Ｃ×
２０分間の焼結を行って、それぞれの焼結体試験片を得
た。

実施例２： 市販の４１００系低合金粉（Ｆｅ−１％Ｃｒ−０，８％
Ｍｎ−０，２％Ｍｏ）に対し、母合金粉末（４４μｍ以
下、Ｃｕ　−３０％Ｎ＋　−２０％Ｓｎ）　　３％、黒
鉛粉末０．７％及びステアリン酸亜鉛０．８％を秤量し
、混合機にて混粉した。次に、金型成形法により、密度
６．９ｇ／　ｃ＋ｄの引張試験片用および衝撃試験片用
圧粉体を成形し、分解アンモニアガス中にて１１５０°
Ｃ×６０分間の焼結を行って各試験片を得た。

実施例３； 黒鉛量を０．５％に変更した以外は、実施例２と同様の
方法により、成形し、焼結して試験片を作成した後、焼
入れ焼き戻し処理を施した。

焼入れは８５０　’Ｃに加熱した後、油焼入れとし、１
７０°Ｃにて焼き戻しを行った。

比較例１： 純鉄粉に対し、噴霧銅粉１．３％、搗砕スズ粉０．３％
、カーボニルＮｉ粉０．４％、黒鉛粉０．８％及びステ
アリン酸亜鉛０．８％を秤量し、混合機にて３０分間混
粉を行った後、実施例１と同一の条件で成形及び焼結を
行い、引張試験片及び衝撃試験片を製作した。

比較例２： 実施例２と同一の４１００系低合金粉末に対して、Ｃｕ
粉末１．５％、Ｓｎ粉末０．６％、ニッケル粉末０．９
％、黒鉛粉末０．７％、及びステアリン酸亜鉛０．８％
を秤量し、混合した後、実施例２と同一の条件にて成形
、焼結を行い、引張試験片及び衝撃試験片を製作した。

比較例３： 黒鉛量を０．５％に変更した以外は、比較例２と同一の
条件にて、混合、成形及び焼結を行った。次いで、該試
験片に実施例３と基本的に同一の条件で０、焼入れ焼戻
し処理を施した。

上記の実施例及び比較例で得られた試験片について、引
張試験及び衝撃試験を行った。引張試験はクロスへ７ド
スピ一ド２ｍｍ／分で、常温にて行った。衝撃試験はシ
ャルピー衝撃試験機にて測定した。結果を第１図のグラ
フに示す。

第１図のグラフにおいては、配合組成が同一である実施
例１と比較例１、実施例２と比較例２、実施例３と比較
例３をそれぞれ比較している。

引張強さは、熱処理を施していない焼結材料、即ち実施
例１と比較例１、並びに実施例２と比較例２の場合、実
施例の焼結材料の方が約１０％高く、熱処理を施した焼
結材料、即ち実施例３と比較例３の場合、実施例の焼結
材料の方が約１６％高い。

衝撃値は、熱処理を施していない焼結材料については、
実施例の焼結材料の方が約１００％高く、熱処理を施し
た焼結材料については、実施例の焼結材料は約６倍高い
値を示す。

これらの結果より、合金元素を母合金粉末として添加し
た本発明の実施例による焼結材料の強度及び靭性が、合
金元素を個々の金属粉末として添加した比較例による焼
結材料に比べて、著しく向上していることが明らかであ
る。

（発明の効果） 本発明の焼結材料の製造方法によれば、合金元素を母合
金粉末として、適当な添加量で添加して焼結するため、
焼結時に生ずる気孔がＮｉで強化され、高強度化及び高
靭性化が達成された焼結材料を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例及び比較例により製造された試
験片の引張強さ及び衝撃値を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄粉または鉄系合金粉末に、Ｓｎ５〜３０重量％、Ｎｉ
   １０〜５０重量％及び残部Ｃｕからなる母合金粉末０．
   ５〜１０重量％、並びに黒鉛粉末を混合し、成形した後
   、焼結することを特徴とする焼結材料の製造方法。