JPH0297602A - 複合合金鋼粉および焼結合金鋼の製造方法 - 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ｌ この発明は、粉末冶金による焼結部品の製造に供される
合金鋼粉および焼結後に熱処理を施して使用される高強
度焼結合金鋼に関するものである。

【背景技術Ｊ 鉄系焼結材料は自動車部品などに多く利用されている。

最近これら部品の軽量化が指向され、高強度化が要望さ
れている。

焼結部品を高強度とするため、種々の合金鋼粉を用いる
ことは周知の技術である。これらの高強度焼結部品は、
高密度であることを要求されることが多い、完全に均一
な合金鋼粉は鋼粉粒子が固くなるので、鉄粉粒子表面に
合金元素の粉末を部分的に拡散付着させた、複合合金鋼
粉として、鋼粉の圧縮性を高める努力がなされている。

しかし、このような複合合金鋼粉を用いる方法において
も、その合金組成や製造方法および使用方法が適切でな
い場合には、十分な焼結体特性を期待することができな
い。

特開昭６１−２３１１０２号公報では、合金組成を高合
金化することによって、焼結材料の強度を高める試みが
なされている。しかし、Ｎｉを７％以上含む高合金組成
であるため、コストが高いことのほか、焼結した状態で
硬さが高（なり、サイジングや切削加工が不可能となる
。また焼結後、残留オーステナイトが多くなり、引張強
さを１３０ｋ　ｇ　ｆ／ｍｍ２以上の高強度とするため
には、サブゼロ処理などの特別の熱処理が必要となって
コスト上昇の要因になるなど問題が多い。

また、残留オーステナイトが時間の経過と共に分解し１
部品の変形などの経時変化をもたらすことなども問題と
なる。

特公昭４５　９６４９号公報では、成形後の熱処理に際
して寸法変化が少なく、高強度の焼結体を与える低合金
鋼粉が開示されている。この低合金鋼粉は鉄粉とＮｉ、
ＭｏおよびＣｕの化合物との混合物をｈ０熱して合金成
分を拡散付着させ、集合（ｅ　Ｌ、た粒子を粉砕し、さ
らに焼鈍することにより得られるものである。しかし、
この低合金鋼粉はＣＩ−１を０．５０〜２．　ＯＯｍ　
騎％含んでおり、Ｃｕが粒界に偏折してε−Ｃｕ脆化層
を生成し、機械的特性を劣化させるので、好ましくない
。

圭た、本発明者らの一人は、特に焼結のままで、その後
の熱処理なしに用いられる場合に好適な、複合合金鋼粉
の組成を提案している（特開昭６″ｌ−８９６０１＞。

この合金鋼粉はＮｉｇよび／またはＯＬｌと〜１０とを
含み、高い焼結体硬さと焼結の際の寸法安定性を与える
合金組成を有している。しかし、焼結体の引張強さが１
３０ｋｇｆ／　ｍ　ｍ’以−Ｌを実現しうるものではな
い。

さらに、本発明者らの一人らは、鋼粉表面に２種以上の
合ご成分が拡散付着され、かつ４４　ｇ　ｍ以下の粒度
における各合金成分の含有雀がそれぞれ鋼粉全体の平均
含有啜の０．９〜１．９倍の範囲にある複合合金鋼粉を
提案している（特開昭６１−１３０４０１号公報）。し
かし、この合金鋼粉を用いて製造した焼結体は、引張時
にオーステナイトからマルテン寸イトへの歪誘起変態が
起こらず、また圧縮性不足で密度が十分でないため、弓
張強さ１３０ｋｇ＋’／ｍゴ以上を実現することはでき
ない。

焼結部品に浸炭焼入れ処理を施したものは、部品内部の
靭性が高いと共に１表面部は硬くて耐摩耗・けに富み、
−Ｖに疲労強度も高い。従って、南東などの高強度部品
として最も実用的価値が高い３しかしなから、従来の焼
結体を単に浸炭焼入れするのみでは、引・ＩＫ強さ１３
０ｋｇｆ／ｍｍ″トス上の高強度を得ることは困難であ
る。

問題のひとつは、焼結体が空孔を有するため。

浸炭挙動が通常の鋼材と異なり、適切な炭素濃度分布が
得にくいことである。そのため強度が不−１−分となる
。１：れな解決するため、焼結体の密度を十分高めてか
ら浸炭する試みがなされた。焼結鋼ｌ聞はそのひとつで
、高強度材料が（）られている。

しかし、この方法は特殊な設備を必要とし、熱間鋼箔に
用いる金型の寿命が短いためコストが嵩む場合が多く、
適用は限定されている。

一方、焼結体を冷間調造あるいはコイニング！７、：上
回を７，６〜７．８　ｇ　／　ｃ　ｒｒ？と高めて高強
度材を得ることも試みられた（特公昭４９−１６３２５
４″；公報）、この方法は熱間調造設備が不要であると
いう利点を持つが、７．６ｇ／ｃｎ３以上の高密度とす
るｊ二めに、冷間調造またはコイニングの圧力を高圧力
とする必要があり、金”Ｊ４命が短いという問題を有す
る。

さらに、熱処理を行う焼結部品において、高合金化、高
密度化により、高強度を得ている例は多い。しかし、特
開昭６２−１４６２０３で開示された熱処理焼結体の引
張強さは１２０ｋｇｆ／ｍｒｒＩ″以下であり、それ以
上の高強度化の要望に対しては満足できない。

まｊ−１特開昭５４−５０４０９では、密度が７、６　
ｇ　／　ｃ　ｒｎ’の焼結熱処理材を製造し、引張強さ
１６０ｋｇｆ／ｍｍ″を得る技術が開示されているが、
衝撃値は２．５　ｋ　ｇ　ｆ　−ｍ／ｃｍ″以下であ−
ノで、靭性は低い。最近、焼結部品の高強度化に対する
要請はますます強くなり、その結果、焼結後に熱処理を
施す使用方法が重要・ｉｔを増しでいる。この場合、熱
処理後は焼結体がきわめで硬くなるので、切削やサイジ
ングによる寸法矯正が困難となる。

そこで、熱処理前にこれらの１程を加えることになるか
ら、切削やサイジングをできる限り容易にするように、
焼結体の熱処理前の硬さ従って強度を低くおさえ、その
後の熱処理で高強度（品硬度）とする必要がある。

これまでの複合合金鋼粉では、このような如上に適した
仕様が十分に検討されておらず、新しい仕様を有する合
金鋼粉の出現が待たれていたものである。

本発明の目的は、高合金組成とすることなく、また特殊
な設備を必要とすることなく４比較的低合金組成で高強
度、高靭性の焼結合金鋼を得るための粉末冶金用複合合
金鋼粉および熱処理焼結鋼を提供することにある。この
ことによって焼結体の熱処理前の切削ないしサイジング
を容易にすると共に、焼結処理後に高強度、高靭性の焼
結体を得るという相反する技術を同時に実現することが
できる。

【発明の開示１ 本発明者らは、焼結体の高強度化ならびに高靭性化につ
いて鋭意研究した結果、用いる鋼粉の組成および焼結体
の密度の両者が焼結体の高強度化、高靭性化に著しく影
響することを見出した。

本発明者らの着眼点は、Ｎｉ−Ｍｏ系複合合金鋼粉にお
いて、焼結に引続いて浸炭焼入れを行う場合の組成を適
正化することである。すなわは。

浸炭焼入れは、低炭素の焼結鋼に炭素を拡散させなから
焼入れする手法であるから、熱処理前の切削性やサイジ
ング性を与えるには、低炭素の合金鋼として組成を選択
し、その組成が熱処理後、炭素を含む状態で所望の強度
を与えるものであればよい。

本発明者らの知見によれば、炭素が共存しない状態では
、ＭｏやＮｉに比べて焼結体を硬くしに（いため、熱処
理前の焼結体の切削やサイジングを考えた場合、Ｎｉよ
りも自由に増量することができる。一方、浸炭後の強度
上昇にはＭｏはＮｉよりも寄与が大きい、そこで、これ
までに存在するＮ　ｉ−Ｍｏ系複合合金鋼粉の組成（Ｍ
ｏをＷで置きかえた場合も含む）よりも、Ｎｉにくらべ
てＭｏをより多盪に使用することにより、きわめて良い
結果が得られると考えたのである。

本発明者らが得た焼結体の強度および靭性と組成および
密度との関係を述べる。

ＮｉとＭｏの含有量かそれぞれ、 （Ｘ）０．５８％Ｎｉ−３，２１％Ｍ。

（Ｙｌ、０７％Ｎｉ−３，４２％Ｍｏ （Ｚ）１．０９％Ｎｉ−０，６％Ｍ。

の組成の複合合金鋼粉を用い、これに黒鉛と潤滑剤（ス
テアリン酸亜鉛）を添加し、仮焼結したのち、成形圧力
を変化して再圧縮を行い密度を変化させた。

その後、本焼結（１２５０℃×３０分、アンモニア分解
ガス中）し、油焼入れ（８７０℃×６０分、不活性ガス
中加熱）、ｔＳＯ℃×６０分の焼戻しを行った。これら
の焼結体の密度と引張強さおよびシャルピー衝撃値との
関係を第１図、第２図に示す６密度７．０　ｇ　／　ｃ
　ｔｎ’以上で上記（Ｘ）。

（Ｙ）の焼結体は引張強さ１３０ｋｇｆ／ｍｍ’以上を
有すると共に高靭性であることがわかる６さらに、密度
を７．３　ｇ　／　ｃ　ｔｒｙ’以上にすると、引張強
さを１５０ｋｇｆ／ｍｍ２以上にすることができる。

本発明は上記の知見をもとに構成されたものである。す
なわち本発明は。

（１）合金成分が粉末状に鉄粉粒子表面に部分的に拡散
付着された複合合金鋼粉であって、合金成分として、Ｎ
ｉと、ＭｏまたはＷのうちの少なくとも一方とを含み、
合金組成が、 Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍ　ｏ　＋　１　／　２　Ｗ　：　０．６５〜３．５０
重量％で、残部がＦｅおよび不可避不純物から成り、か
つ該鋼粉のうち４５μｍ以下の粒度におけるＮｉおよび
Ｍ　ｏ　＋　１　／　２　Ｗの含有量がそれぞれ該鋼粉
全体の平均含有量の２．０〜４．２倍の範囲にあること
を特徴とする粉末冶金用複合合金鋼粉６（２）最終製品
合金成分としてＮｉと、ＭｏまたはＷのうちの少なくと
も一方とを含み１合金組成が、 Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍ　ｏ　＋　１　／　２　Ｗ　：　０．６５〜３．５０
　ｉ量％で、残部がＦｅ、Ｃおよび不可避不純物から成
り、かつ密度が７．０　ｇ　／　ｃ　ｒｄ以上で、浸炭
焼入れ焼戻し後の引張強さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ２以上
を有することを特徴とする高強度焼結合金鋼。

（３）最終製品合金成分としてＣ，Ｎｉと、　Ｍ。

またはＷのうちの少なくとも一方とを含み１合金組成が
、 Ｃ：０．３　〜０．８　　重量％ Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍ　ｏ　＋　１　／　２　Ｗ　：　０．６５〜３．５０
重量％で、残部がＦｅおよび不可避不純物から成り、か
つ密度が７．０ｇ／ｃｎ３以上で、焼入れ焼戻し後の引
張強さが１３．Ｏｋ　ｇ　ｆ／ｍｒｒｉ″以上を有する
ことを特徴とする高強度高靭性焼結合金鋼。

（４）発明（１）に記載の複合合金鋼粉を用いて製造し
た焼結合金鋼であって、最終製品合金成分としてＮｉと
、ＭｏまたはＷのうちの少なくとも一方とを含み、合金
組成が Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍ　ｏ　＋　１　／　２　Ｗ　：　０．６５〜３．５０
重量％で、残部がＦｅ、ｃｇよび不可避不純物から成り
、かつ密度が７．０　ｇ　／　ｃ　ｒｒｙ’以上で、浸
炭焼入れ焼戻し後の引張強さが１３０ｋｇｆ／ｍｔｔｉ
’以上を有することを特徴とする高強度焼結合金鋼。

（５）発明（１）に記載の複合合金鋼粉を用いて製造し
た焼結合金鋼であって、最終製品合金成分としてＣ，Ｎ
ｉと、ＭｏまたはＷのうちの少なくとも一方とを含み、
合金組成が、 Ｃ：０．３　〜０．８　　重量％ Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍ　ｏ　＋　１　／　２　Ｗ　：　０．６５〜３．５０
重量％で、残部がＦｅおよび不可避不純物から成り、か
つ密度が７．０ｇ／ｃ−以上で、焼入れ焼戻し後の引張
強さが１３０ｋｇｆ／ｍｒｒｆ’以上を有することを特
徴とする高強度高靭性焼結合金鋼。

である。

なお、本発明において複合合金鋼粉とは、鉄粉粒子表面
に合金元素、例えばＮｉ、ＭｏやＷが部分的に拡散付着
された鋼粉を言う。

上記数値限定の意義について説明する。

Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ ＮｉはＦｅ基地に固溶して焼結体を強化し、また靭性を
向上させるのに役立つ。０．５０重量％未満であると固
溶強化および焼入れ性向上による高強度化とマトリック
スの靭性改善効果が得られない。一方、３．５０重量％
を超えると、過剰なオーステナイト相が生成し、強度低
下が生じる。

Ｍｏ　：　０．６５−３．５０重量％ ＭｏはＦｅ基地中に固溶し、焼結体を強化すると共に、
炭化物を形成して強度および硬さを向上させるほか、焼
入れ性の上昇にも効果が大きい。

０．６５重量％未満であると固溶強化および焼入れ性向
上による高強度化が得られない。一方、３．５０重量％
を超えると靭性が阻害される。なお、Ｍ　ｏ　’４は０
．６５ｍＭ％以上で高強度が得られるが、０．８５ｉｆ
ｆ１％以上にすると、−層の高強度化が達成でき好まし
い。

以上、基本合金成分としてＮｉとＭｏにういて述べたが
、Ｍｏの一部または全部をその２倍の重量のＷで置きか
えることができる６ごこでＷの重置を２倍とするのは、
焼結鋼の特性変化に及ぼすＷの効果は、その１７２重量
のＭｏの効果に等しいからである。

Ｃ：０．３〜０．８重量％ Ｃは安価な強化元素であるが、熱処理焼結体のＣ量が０
．３重量％未満では、引張強さＩ３００ｋｇｆ／ｍｒｒ
ｒ’以上の高強度が得られない。多量含有すると炭化物
を形成して強度靭性を低下させ、またオーステナイト生
成の要因となるため、熱処理焼結体のＣｆｆｉを０．３
〜０．８重量％の範囲とした。Ｃｆｆ１の影響について
本発明者らが得た結果を、以下に述べる。

Ｎｉ、Ｍｏが上記範囲にある複合合金鋼粉について、製
品Ｃ量か０．１〜１，０重量％になるように黒鉛量を変
えて添加し、さらに潤滑剤として１重量％のステアリン
酸亜鉛を添加して混合粉を製造した。これらの鋼粉につ
いて成型焼結した後、油焼入れ（８７０℃×３０分）後
１８０℃Ｘ６０分焼戻して熱処理焼結鋼を製造し、引張
試験とシャルピー衝撃試験を行った。その結果を第３図
および第４図に示す。ＣＭが０．３〜０．８重量％の範
囲において高強度、高靭性が得られる。

Ｃの添加は、部品の使用目的により焼結時に黒鉛相を合
金鋼粉に混合して添加する場合と、焼結後に浸炭焼入れ
により添加する場合がある。

浸炭焼入れの場合には、部品断面でＣ含有量の分布が生
じるが、Ｃ含有量は必ずしも全断面で上記範囲内にある
必要はなく、浸炭部において満足すれば良い。

高い密度の焼結製品を得るには、原料となる合金鋼粉の
圧縮性が高い必要がある。

そのためには、ＮｉとＭｏおよび／またはＷと鉄粉粒子
表面に拡散付着された、いわゆる複合合金鋼粉が適して
いる。完全に均一なブリアロイ鋼粉は、一般に圧縮性が
低く、高密度とするのに不利である。

通常の鉄粉とＮｉ粉、Ｍｏ粉右よび／またはＷ扮との混
合粉末では、焼結中の合金元素の拡散が不十分で１強度
の上昇が不十分である。複合合金鋼粉であっても、拡散
合金化の程度が低ければ。

やはり焼結体の強度が不足する。拡散合金化の進行程度
を見るため１合金鋼粉のうち４５ｕｍ以下の粒度のもの
におけるＮｉまたはＭ　ｏ　＋　１　／　２　Ｗの含有
量が鋼粉全体の平均のＮｉまたはＭｏ＋１／２Ｗの含有
量のそれぞれ何倍であるかを調べ。

これを「拡散偏析度」として指標に用いる。

Ｎｉ、Ｍｏ＋１／２Ｗについてのこの拡散偏析度がそれ
ぞれ４．２を越えると、熱処理焼結体の強度および圧縮
性が低下する。また、前述のように、拡散偏析度が２．
０未満でも、圧縮性が不足し、さらにオーステナイトが
マルテンサイトに歪誘起゛変態しないため、引張強さが
不十分である。

よって、拡散偏析度の範囲を２．０〜４．２とする。

これは鉄粉や合金成分の粒度およびこれらの加熱温度を
調節することにより達成される。

複合合金鋼粉組成は、焼結体の組成に適合させて、Ｎｉ
が０．５０〜３．５０重量％、Ｍｏ＋ｌ／２Ｗが０．６
５〜３．５０重量％、残部はＦｅと不可避不純物である
。

不純物の許容範囲は。

Ｃ：０−０３重量％以内、好ましくは０．０１重量％以
内 Ｓ　ｉ　：　Ｏ，１重量％以内、好ましくは０．０５重
量％以内 Ｍｎ：０．４重量％以内、好ましくは０．１５重量％以
内 Ｃｒ：０．３重量％以内 Ｃｕ：０．３重量％以内 Ａβ：０．１重量％以内 Ｐ　　：０．０２重量％以内 Ｓ　　：０．０２重量％以内 ０：０．２５重量％以内、好ましくは０．１５重量％以
内 Ｎ：０．０１重量％以内、好ましくは ０、００２重量％以内 である、上記元素のうち、Ｍｎ、Ｃｒなどは、許容範囲
以内ならば、むしろ強度を向上させる場合があり、むや
みに低くすることばかりが得策ではない。

また焼結体の強度確保のために複合合金鋼粉の粒度は、
１８０μｍ以上の粒度の重量割合を１０％以内とするこ
とが好ましい。

次に熱処理について説明する。高強度を得るために、焼
結後、熱処理を行う。

熱処理は、表面付近で高硬度を得たい時は浸炭焼入れ焼
戻し処理を用いる。均一な強度を得たい時は焼結時に黒
鉛粉末により複合合金鋼粉にＣを添加し、通常の焼入れ
焼戻し処理を行う。

この熱処理により１組織が焼戻しマルテンサイトとなり
、高強度、高靭性鋼が得られる。焼入れ温度は８００〜
９３０℃が好ましく、８００℃未満では加熱時に均一な
オーステナイト組織にならず、強度、靭性が低下する。

また、９３０℃を超えるとオーステナイトが粗大化し、
強度、靭性が低下する。

焼戻し温度は１００〜２５０℃が好ましく、１００℃未
満では靭性が低（，２５０℃を超えると強度が低下する
。成形および焼結は、密度向上のために、１回以上繰返
しても良い。

すなわち、成形−焼結−コイニング（サイジング）ある
いは、成形−予備焼結−コイニング（サイジング）−本
焼結といった再圧縮法が有用である。

〔発明を実施するための最良の形態１ 実施例１〜３、比較例１〜３ はじめに原料となる複合合金鋼粉の製造について、実施
例と比較例を示す。

まず、−８０メツシユのアトマイズ純鉄粉に、−３２５
メツシユの酸化ニッケル粉末、−３２５メツシュの二酸
化モリブデン粉末を所定量混合し、水素ガス中８００℃
で１２０分間加熱して、酸化ニッケルと三酸化モリブデ
ンを還元し、鉄粉粒子のまわりにＮｉとＭｏを拡散付着
させた複合合金鋼粉を得た。

「拡散偏析度」の影響を調べる目的で、上記純鉄粉に、
−３２５メツシユの金属Ｎｉ粉末および金属Ｍｏ粉末を
所定量混合し、水素ガス中の加熱温度を７００℃、７５
０℃、８００℃、８５０℃、１０５０℃と変化させて、
複合合金鋼粉を作製した。

この複合合金鋼粉の組成は、 Ｎｉ：２．１０〜２．１８重量％ Ｍｏ　：　１．１２〜１．２３重量％ であり、ほかに、 Ｃ：０．００２重量％ ５ｉｌｏ−０４重量％ Ｍｎ：０．０７重量％ Ｃｕ：０．０１重量％ Ｐ　　：０．００６重量％ Ｓ　　：０．００６重量％ ０　　：０．０７〜０．１３重ｆｉ％ Ｎ　　：０．０００７〜０．００１９重量％を含有して
いた。また、何れの鋼粉も１８０μｍ以上の粒度の含有
量は０．９〜２．５重量％であった。

これらの合金鋼粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を
０．９重量％添加し、圧カフ　ｔ　／　ｃ　ｒｎ”で成
形し、９００℃で３０分間、水素ガス中で仮焼結し、７
　ｔ　／　ｃ　ｒｎ”でコイニングの後、１２５０℃で
９０分間、水素ガス中で本焼結し、密度７．２８〜７．
５１ｇ／ｃｒｎ’の焼結体を得た。

これをカーボンポテンシャル０．８重量％、９００℃で
６．５時間浸炭し、直ちに油焼入し、１８０℃で１２０
分間焼戻しだ。強度測定は、平行部５ｍｍφの引張試験
片によった。結果をまとめて第１表に示す。

第１表に見られるように、拡散偏析度が２．０〜４．２
の範囲内であれば強度が大きい。

実施例４〜１６、比較例４〜６ アトマイズ純鉄粉に酸化ニッケルと二酸化モリブデンを
配合し、第２表に示すようなＮｉ、Ｍ。

および／またはＷ量の異なる１５種の複合合金鋼粉を作
製した。合金鋼粉作製時の加熱温度は８００℃とした。

さらに、Ｎｉ％ＭｏおよびＣｕを含む合金鋼粉を加熱温
度８５０℃で作成した（比較例６）。合金鋼粉の１８０
ｇｍよりも粗い粒度の含有量は、何れも０．５〜３．０
重量％の範囲内であった。焼結浸炭および焼入れ焼戻し
条件は実施例１〜３と同様である。試験結果をまとめて
第２表に示す。

第２表に見られるように、化学組成が Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍｏ　：　０．６５〜３．５０重量％ の範囲内でかつ拡散偏析度が適切であれば、１３０ｋｇ
ｆ／ｍｍ３以上の引張強さを示した。特にＭｏが０８５
重量％以上がさらに好ましい結果を示した。

実施例１７〜２４、比較例７ ここでは、焼結密度と引張強さの関係について、実施例
と比較例を示す。

合金鋼粉としては、実施例１で用いた、２．１５％Ｎｉ
−１，１８％Ｍｏ複合合金鋼粉を使用した。

この合金鋼粉に、黒鉛粉を添加し、または添加せず、ス
テアリン酸亜鉛を０．９重量％添加し、所定の圧力で第
１次成形（通常の成形）を行い、Ｈ２ガス中、所定の温
度で６０分、第１次焼結（仮焼結または通常の焼結）を
行い、場合によっては第２次の成形（コイニングまたは
サイジング）を所定の圧力で行い、さらに場合によって
は第２次の焼結（本焼結）を、Ｈ２ガス中、１３００℃
で６０分行い、実施例１と同じ条件で浸炭および焼入れ
焼戻しを施して、引張強さを測定した。結果をまとめて
第３表に示す。

このように密度は７．０ｇ／ｃｒｎ”以上であれば、引
張強さは１３０ｋｇｆ／ｍｒｎ”が得られ、７．３ｇ／
　ｃ　ｍ″以上らば一層高い強度が得られた。

実施例２５〜３１、比較例８〜１４ 複合合金鋼粉な次の手順で作成した。原料鉄粉として、
水アトマイズ純鉄粉を用いた。粒度は一８０メツシュ、
化学組成は Ｃ：０．００２重量％ Ｓｉ：０．０３重量％ Ｍｎ：０．０４重量％ Ｃｕ：Ｏ，０１重量％ Ｐ：０．００５重量％ Ｓ：０．００７重量％ ０：０．０８６重量％ Ｎ：０．０００８重量％ であった。合金原料としては、Ｎｉについては、カーボ
ニルニッケル粉、Ｍｏについては二酸化モリブデン（Ｍ
ｏＯａ　）　、Ｗについては三酸化タングステン（ＷＯ
３）を用いた。いずれの合金成分原料も一３２５メツシ
ュであった。

鉄粉と合金成分原料とを後に示す所定の組成になるよう
に均一に混合し、水素ガス雰囲気中、８５０℃で６０分
加熱し、鉄粉粒子に合金元素粉末を部分的に拡散付着さ
せ、その後解砕して、複合合金鋼粉とした。　これらの
合金鋼粉に、ステアリン酸亜鉛１重量％を添加し、全型
中成形圧力６ｔ／ｃｒｒｒで成形した。引続き、アンモ
ニア分解ガス雰囲気中、１２５０℃で６０分の焼結を行
って、焼結体を得た。熱処理前の加工性を知るための指
標として、これらの焼結体の引張強さを求めた。

次に焼結体の熱処理を行った。これは８８０℃において
カーボンポテンシャル０．８５％で２００分の浸炭を行
い、油中に焼入れした。その後、１８０℃で６０分の焼
戻しを行った。熱処理後の強度の指標として、引張強さ
を求めた。

作成した複合合金鋼粉の組成を第４表にまとめて示す、
実施例２５〜３１および比較例８〜１３は１本発明の組
成範囲およびその周辺の組成を選んでおり、比較例１４
は従来の標準的な複合合金鋼粉組成である。

第５表にこれらの鋼粉を試験した結果を示す。

圧縮性は６　ｔ　／　ｃ　ｒｎ”の成形圧力で７．０５
ｇ／ｃｒｎ’程度の密度が高密度焼結体用鋼粉として望
まれる０本発明の高Ｍｏ低Ｎｉ組成の熱処理後の焼結体
は、６　ｔ　／　ｃ　ｒｎ’の成形圧力で１０７〜１２
６ｋｇｆ／ｍｒｎ’の引張強さを示した。また、熱処理
前の焼結体の引張強さが４０　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｍ−程
度以内ならば、切削やサイジングを困難なく行うことが
できる。

実施例Ａ−Ｅ、比較例Ｆ−に 何れも一３２５メツシュのＮｉ扮、Ｍｏ酸化物扮（Ｍｏ
Ｏａ）を−８０メツシユのＦｅ粉と所定の割合で混合し
、水素ガス雰囲気中にて１０００℃で１時間還元焼鈍後
解砕して複合合金鋼粉を製造した。この時の化学組成お
よび拡散偏析度を第６表に比較例と共に示す。

これらの鋼粉に０．７５重量％の黒鉛粉と潤滑剤として
のステアリン酸亜鉛を１重量％添加して、７　ｔ　／　
ｃ　ｒｎ’の圧力で成形した。

次に８５０℃で３０分間アンモニア分解ガス雰囲気中で
焼結し、７ｔ／ｃｒｎ’の圧力で再圧縮成形を行った。

その後、１２５０℃で３０分間アンモニア分解ガス雰囲
気中で焼結した。さらに８７０℃で６０分間不活性ガス
中で加熱し油焼入れ、引き続き１８０℃で６０分間オイ
ルバス中で加熱し空冷する焼入れ焼戻し処理を施し、引
張試験とシャルピー衝撃試験に供した。焼結体の化学組
成、密度、引張強さおよび衝撃値の実験結果を第７表に
示す。

本発明範囲の化学組成および密度において１５０ｋｇｆ
／ｍｍ２以上の引張強さと４ｋｇｆ　−ｍ　／　ｃ　ｒ
ｎ’以上のシャルピー衝撃値を示すことがわかる。

実施例Ｌ−Ｐ、比較例Ｑ〜■ 第６表に示す複合合金鋼粉に、０．７５重量％の黒鉛粉
と潤滑剤としてのステアリン酸亜鉛を１重量％添加して
、７　ｔ　／　ｃ　ｒｎ’の圧力で成形し、１２５０℃
で３０分間アンモニア分解ガス雰囲気中で焼結した。さ
らに８７０℃で６０分間不活性ガ各中で加熱し油焼入れ
、引き続き１８０℃で６０分間オイルバス中で加熱し空
冷する焼入れ焼戻し処理を施し、引張試験とシャルピー
衝撃試験に供した。

実験結果を第８表に示す。本発明の化学組成範囲におい
て１３０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の引張強さと３．５　ｋ　
ｇ　ｆ　−ｍ／ｃｍ’以上のシャルピー衝撃値を示す。

複合合金鋼粉の化学組成 ［産業上の利用可能性］ 以上の説明から明らかなように、本発明の熱処理焼結鋼
は、極めて高い強度と靭性な兼ね備えるものであり、高
強度、高靭性が必要な焼結部品に有用である。本発明に
よる合金鋼粉は、今後の焼結部品の高強度化方向に合致
し、しかも高密度と加工性の両者が要求される場合に、
きわめて優れた適性を示すものである。従って、今まで
よりも高負荷で形状の複雑な機械部品を粉末冶金によっ
て製造することが容易になると考えられ、大きな効果を
期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明者らが得た熱処理焼結体の組成に対する
密度と引張強さとの関係を説明するグラフ、第２図は第
１図と同じ焼結体の組成に対する密度とシャルピー衝撃
値との関係を説明するグラフ、第３図はＮｉ、Ｍｏの含
有量が本発明の範囲内にある熱処理焼結体のＣ量と引張
強さとの関係を説明するグラフ、第４図は第３図と同じ
焼結体のＣ量とシャルピー衝撃値との関係を説明するグ
ラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、合金成分が粉末状に鉄粉粒子表面に部分的に拡散付
   着された複合合金鋼粉において、合金成分として、Ｎｉ
   とＭｏとを含み、合金組成が Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍｏ：０．６５〜３．５０重量％ で、残部がＦｅおよび不可避不純物から成り、かつ該鋼
   粉のうち４５μｍ以下の粒度におけるＮｉおよびＭｏの
   含有量がそれぞれ該鋼粉全体の平均含有量の２．０〜４
   ．２倍の範囲にあることを特徴とする粉末冶金用複合合
   金鋼粉。 ２、最終製品合金成分としてＮｉとＭｏとを含み、合金
   組成が Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍｏ：０．６５〜３．５０重量％ で、残部がＦｅ、Ｃおよび不可避不純物から成り、かつ
   密度が７．０ｇ／ｃｎ＾３以上で、焼入れ焼戻し後の引
   張強さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを特徴
   とする高強度焼結合金鋼。 ３、最終製品合金成分としてＣ、ＮｉとＭｏとを含み、
   合金組成が Ｃ：０．３〜０．８重量％ Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍｏ：０．６５〜３．５０重量％ で、残部がＦｅおよび不可避不純物から成り、かつ密度
   が７．０ｇ／ｃｍ＾３以上で、焼入れ焼戻し後の引張強
   さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾３以上であることを特徴とす
   る高強度高靭性焼結合金鋼。 ４、請求範囲１に記載の複合合金鋼粉を用いて製造した
   焼結合金鋼であって、最終製品合金成分としてＮｉとＭ
   ｏとを含み、合金組成がＮｉ：０．５０〜３．５０重量
   ％ Ｍｏ：０．６５〜３．５０重量％ で、残部がＦｅ、Ｃおよび不可避不純物から成り、かつ
   密度が７．０ｇ／ｃｍ＾３以上で浸炭焼入れ焼戻し後の
   引張強さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾３以上であることを特
   徴とする高強度焼結合金鋼。 ５、請求範囲１に記載の複合合金鋼粉を用いて製造した
   焼結合金鋼であって、最終製品合金成分としてＣ、Ｎｉ
   とＭｏとを含み、合金組成が Ｃ：０．３〜０．８重量％ Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍｏ：０．６５〜３．５０重量％ で、残部がＦｅおよび不可避不純物から成り、かつ密度
   が７．０ｇ／ｃｍ＾２以上で、焼入れ焼戻し後の引張強
   さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを特徴とす
   る高強度高靭性焼結合金鋼。 ６、合金成分が粉末状に鉄粉粒子表面に部分的に拡散付
   着された複合合金鋼粉において、合金成分としてＮｉと
   ＭｏおよびＷとを含み、合金組成が Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．６５〜３．５０重量％で、残部が
   Ｆｅおよび不可避不純物から成 り、かつ該鋼粉のうち４５μｍ以下の粒度におけるＮｉ
   およびＭｏ＋１／２Ｗの含有量がそれぞれ該鋼粉全体の
   平均含有量の２．０〜４．２倍の範囲にあることを特徴
   とする粉末冶金用複合合金鋼粉。 ７、最終製品合金成分がＮｉとＭｏおよびＷとを含み、
   合金組成が Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．６５〜３．５０重量％で、残部が
   Ｆｅ、Ｃおよび不可避不純物から成り、かつ密度が７．
   ０ｇ／ｃｍ＾３以上で、浸炭焼入れ焼戻し後の引張強さ
   が１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを特徴とする
   高強度焼結合金鋼。 ８、最終製品合金成分がＣ、ＮｉとＭｏおよびＷとを含
   み、合金組成が Ｃ：０．３〜０．８重量％ Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．６５〜３．５０重量％で、残部が
   Ｆｅおよび不可避不純物から成 り、かつ密度が７．０ｇ／ｃｍ＾３以上で、焼入れ焼戻
   し後の引張強さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であるこ
   とを特徴とする高強度高靭性焼結合金鋼。 ９、請求範囲６に記載の複合合金鋼粉を用いて製造した
   焼結合金鋼であって、最終製品合金成分としてＮｉとＭ
   ｏおよびＷとを含み、残部がＦｅおよび不可避不純物か
   ら成り、合金組成が Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．６５〜３．５０重量％で、残部が
   Ｆｅ、Ｃおよび不可避不純物から成り、かつ密度が７．
   ０ｇ／ｃｍ＾３以上で、浸炭焼入れ焼戻し後の引張強さ
   が１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを特徴とする
   高強度焼結合金鋼。 １０、請求範囲６に記載の複合合金鋼粉を用いて製造し
   た焼結合金鋼であって、最終製品合金成分としてＣ、Ｎ
   ｉとＭｏおよびＷとを含み、合金組成が Ｃ：０．３〜０．８重量％ Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．６５〜３．５０重量％で、残部が
   Ｆｅおよび不可避不純物から成 り、かつ密度が７．０ｇ／ｃｍ＾３以上で、焼入れ焼戻
   し後の引張強さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であるこ
   とを特徴とする高強度高靭性焼結合金鋼。 １１、合金成分が粉末状に鉄粉粒子表面に部分的に拡散
   付着された複合合金鋼粉において、合金成分として、Ｎ
   ｉとＷとを含み、合金組成が Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｗ：１．３０〜７．００重量％ で、残部がＦｅおよび不可避不純物から成り、かつ該鋼
   粉のうち４５μｍ以下の粒度におけるＮｉおよびＷの含
   有量がそれぞれ該鋼粉全体の平均含有量の２．０〜４．
   ２倍の範囲にあることを特徴とする粉末冶金用複合合金
   鋼粉。 １２、最終製品合金成分としてＮｉとＷとを含み、合金
   組成が Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｗ：１．３０〜７．００重量％ で、残部がＦｅ、Ｃおよび不可避不純物から成り、かつ
   密度が７．０ｇ／ｃｍ＾３以上で、浸炭焼入れ焼戻し後
   の引張強さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを
   特徴とする高強度焼結合金鋼。 １３、最終製品合金成分としてＣ、ＮｉとＷとを含み、
   合金組成が Ｃ：０．３〜０．８重量％ Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｗ：１．３０〜７．００重量％ で、残部がＦｅおよび不可避不純物から成り、かつ密度
   が７．０ｇ／ｃｍ＾３以上で、焼入れ焼戻し後の引張強
   さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを特徴とす
   る高強度高靭性焼結合金鋼。 １４、請求範囲１１に記載の複合合金鋼粉を用いて製造
   した焼結合金鋼であって、最終製品合金成分としてＮｉ
   とＷとを含み、合金組成が Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｗ：１．３０〜７．００重量％ で、残部がＦｅ、Ｃおよび不可避不純物から成り、かつ
   密度が７．０ｇ／ｃｍ＾３以上で、浸炭焼入れ焼戻し後
   の引張強さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを
   特徴とする高強度焼結合金鋼。 １５、請求範囲１１に記載の複合合金鋼粉を用いて製造
   した焼結合金鋼であって、最終製品合金成分としてＮｉ
   とＷとを含み、合金組成が Ｃ：０．３〜０．８重量％ Ｎｉ：０．５０〜３．５０重量％ Ｗ：１．３０〜７．００重量％ で、残部がＦｅおよび不可避不純物から成り、かつ密度
   が７．０ｇ／ｃｍ＾３以上で、焼入れ焼戻し後の引張強
   さが１３０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上であることを特徴とす
   る高強度高靭性焼結合金鋼。