JPH03215604A - 粉末を原料とする棒管材の製造方法 - 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〕 この発明は、金属粉末または金属及び非金属の混合粉末
から棒材または管材を製造する方法にかかり、特に粉末
か微細で取扱中に酸化し易かったり粒度や比重の違いに
よって均一な混合か困難てあったりして、これを直に金
属カプセルに充填して熱間押出加工するのか困難な場合
に、この熱間押出加工を可能にする方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、金属等の原料粉末から棒材または管材を製造する
方法としては、 （イ）原料粉末をプレス型を用いてプレス成形して、こ
れを高温で焼結させる方法。

（０）原料粉末に、固形物を溶剤に溶解したバインダー
を加えて１００゜Ｃ以下の温度で押出成比し、これを加
熱してハインダー固形分を揮市させかつ仮焼結体を得て
から、高温で焼結させる方法。

（ハ）原料粉末を金属カプセルに充填し、これをビレッ
トとして熱間押出加工を行う方法。

などか知られている。

（発明か解決しようとする課題） 前記（イ）の方法は、プレス型を使用するために成形物
の・ｔ法かプレス型に依存し、そのために長尺の棒材や
管材か得られないばかりてなく、プレス型内て粉末に加
わる圧力か均一にならない。また、バインダーを使用す
る前記（０）の方法にあっては２原料粉末の５〜３０容
量％ものバインダーを用いるため、バインダーの除去に
長時間を要する。これに加え、前記（イ）及び（０）の
方法は製品１個ごとに生産を行うために生産性か低く，
直径２０〜３０ｍｍ以下の細いものは極端に生産性か悪
い等の問題かあった。

次に，前記（ハ）の方法は、製品の密度、生産性及び製
品の寸法上の制約の面て前記（イ）及び（口）の方法に
勝るか、粉末が微細な場合に、粉砕、混合、カプセル充
填などの工程中に酸化し易く、比重や粒度が異なる２種
以上の粉末の混合体の場合に、均一な混合か困難であっ
たり、また、一時的に混合状態にしてもその後の取扱中
に分離したりする問題かある。その対策として、粉末に
パラフィンなどを添加して、酸化を防ぐために粉末粒子
を空気から遮断し、或いは混合を助け分離を防ぐために
粒子同士を適度に結合させることか考えられるか、これ
をカプセルに充填すると、添加したバラフィン等を完全
に除去できず、熱間押出材中にボア（空洞）を生したり
、炭素分によって合金特性か変ったりするため、実用的
てない。従って、従来の熱間押出には上述のような問題
か起こらない粒度１００〜５００壓議の粗粒粉末か専ら
用いられていた。

この発明は、上述の諸方法（イ）（０）（ハ）かそれぞ
れ抱えている諸問題を解決しようとするものてある。

（課題を解決するための手段） この発明においては，原料として、単体金属、合金、金
属間化合物などの金属の粉末、またはこの金属粉末と金
属化合物、非金属元素、非金属元素化合物などの非金属
の粉末との混合粉末を使用する。

Ｆ述の原料粉末は、液状のハインダーと混合される。こ
の液状バインダーとしては、例えば石油類や稙物油のよ
うな常温で液体である物質、パラフィン，ステアリン酸
、レシン、樟脳などの常温Ｆて固体てある物質を揮発性
溶剤に溶解したもの、パラフィン、ステアリン酸、レシ
ンなどの熱溶融性の物質を加熱溶融したもの等を用いる
ことかできる。

このハインダーと原料粉末の混合体を，金属カプセルに
ほぼ一杯になる形状に成形した後、これからバインター
を揮散させると共にこれを仮焼結させる。これらの処理
は加熱によって達成されるか、バインダー揮散と仮焼結
の加熱を２段に分けて実施し、或いは双方を１段の加熱
によフて実施してもよい。

上述の仮焼結体は、上述の金属カプセルに封入し、必要
に応じ常法に従って内部の脱気や冷間等方圧縮を施こし
た上で、熱間押出加工を実施して製品を得る。

上述の金属カプセルの寸法か大きく、ハインダーの揮散
に多大の時間を要する場合には、上述の原料粉末とハイ
ンダーの混合体を、金属カプセルの内径にほぼ等しい外
径の短円柱形または短円筒に成形した後、上述のように
バインダー揮散及び仮焼結を行ない、これを金属カプセ
ルに複数偏積重ねて封入し、上述のように前工程及び熱
間押出加工工程を実施して製品を得る。

また，上述の短円柱形または短円筒形の仮焼結体と、同
様な径の短円柱形または短円筒形の充実金属材料とを、
カプセル内に交互に８Ｉ重ねて封入し、熱間押出加工を
実施して製品を得ることもてきる。

〔作用〕

上述の原料粉末は、液状バインダーを加えることによっ
て、粒子か極めて微細で酸化し易い場合でも酸化か阻止
され、比重や粒度の違いによって分離し易い混合粉末の
場合でも分離が阻止され、成形も容易になる。従って、
これを可及的に金属カプセルの内面形状に近い形状に容
易に成形することかできる。そして、その成形物は、バ
インダーか存在している間はハインダーの結合力によっ
て強度を保ち、仮焼後は仮焼結によって強度を保つので
，取扱いが容易てある。このようにして、■程中に起こ
る原料粉末粒子の酸化や分離移動を効果的に防ぎながら
、仮焼結及び熱間押出を実施できるため、長尺の管材や
棒材を能率よく生産することかてきる。

ここて、ハインダーか存在していると、製品中にボアを
生したり、その炭素分か製品の合金特性を損なったりす
るのて，可及的に完全に除去しておかなければならない
。

第４図において、曲線４１は、超硬合金（ＷＣ−２５Ｇ
ｏ）を構成する平均粒度１．５　７Ｌ一の混合粉末に、
その１．５重量％のパラフィンを添加し、直径と長さと
か等しい円柱体に成形した場合、これを３５０゜Ｃに加
熱してパラフィンが完全に揮散し尽くすに要する時間を
示し、曲線４２は、高級高速度鋼（１０ｗ−：ｌＭｏ−
４Ｃｒ−１０Ｖ−１０ＴｉＮ−３Ｃ一残りＦｅ）を構成
する平均粒度１．８　ＩＬ■の混合粉末に，その３．０
重量％のパラフィンを添加し、同様な円柱体を成形した
場合、３５０℃に加熱してパラフィンが完全に揮散し尽
くすに要する時間を示す。

これによると、曲線４１（超硬合金）の場合は直径１０
０ｍｍ　．長さ１００■■で１３時間を要し、曲線４２
（高級高速度鋼）の場合は直径７０ｍｓ、長さ７０■■
で１５時間を要しており、このあたりか実用上の限界て
あり、それ以上の大きな寸法のものは実用上極めて不利
てある。そして、直径２００１■、長さ２００■曹にな
ると、曲線４ｌでは３８時間を要するために実用性か失
われる。従って、熱間押出加工における押出口径に対す
るビレット径の関係から、カプセル内径か１５０■ｌ以
上であることか必要な場合には、カプセルの長さを短縮
することにより、バインダーを除去し易くできるが、そ
の結果として、製品の長さか限定され、加工の歩留が悪
化し、生産性が低下することになる。

しかし、ハインダー及び原料粉末の成形体が短円柱形ま
たは短円筒形てあるときは，外径の如何に拘らず、短時
間内に完全にバインダーを除去することかできる。例え
ば、第４図の曲線４１て示した原料（粒度１．５戸■）
の超硬合金配合粉末に１．５重量％のパラフィンを添加
したもの）の３５０゜Ｃにおけるバラフィン揮散の所要
時間は、第５図に示す曲線５１，　５２、５３、５４の
ようになる。具体例を示せば、直径か２００１の円柱形
成形体を、３５０゜Ｃに加熱してバラフィン除去をする
際の所要時間は、長さか２００■てあれば前述のように
３８時間を要するか、長さか半分の１００１一になれば
１２時間に短縮されて実用性か得られ、長さか更にその
半分の５０ｓ■になれば４．５時間と極めて短時間にな
る．従って、短い仮焼結体を多数個積重ねてカプセルに
収容することによって、バインダー除去に必要な時間を
短縮して生産能率を高めることが出来ると同時に、押出
しビレットの寸法上の制約を取除くことができる。押出
しビレットとして大きな寸法のものを使用することは、
大径の製品の製造を可能にするばかりでなく、押出物の
長さを伸ばすことによって両端の不良部分が占める比率
を低下させ、結果として製品歩留を向上させる効果をも
たらす。

また、短い仮焼結体と短い充実質金属材料とを交互に積
重ねて収容したカプセルに熱間押出加工を実施した場合
には、仮焼結体から移行した部分と充実質金属材料から
移行した部分とが、長さ方向に交互に接合された棒材ま
たは管材を得ることかできる。この場合の両部分の接合
強度は、接合界面に異物が介在したり、鋳造組織が介在
したりしていないため、摩擦圧接、溶接、ろう付け等に
較べて遥かに大きい。

（実施例） 実施例ｌ 高速度合金鋼（　１０＄Ｗ　−　３％Ｎｏ　−　４＄Ｃ
ｒ−１０＄Ｖ　−　１０％Ｇｏ　−　１０＄ＴｉＮ　−
　３Ｃ一残りＦｅ・・・・伺れも重量％）を構成するよ
うに配合された平均粒度１．８　４嘗の混合微粉に、そ
の３重量％に相当する量のパラフィンを添加して、油圧
プレスにより直径１００■■、長さＩＳＯｍｍの円柱形
の成形体を作った。これを水素雰囲気炉中て３５０゜Ｃ
て３０時間加熱してバラフィンを揮散させ、次いで８５
０゜Ｃて１時間加熱して仮焼結体を得た。この仮焼結体
を内部寸法か直径１０２１■，長さ１５２冒■、厚さ４
■の普通鋼智カプセルに収容し、十分説気して封止した
。このカプセルを誘導加熱により１１００゜Ｃに加熱し
、熱間押出機に装填して、直径２６ｍｓの棒状に押出加
工した、また他方では、回し原料粉末を、プレス成形一
説パラフィンー焼結一熱間等方圧縮の従来方法によって
加工し、比較材を得た。

これらの熱間押出材及び比較材を、何れも次の条件て熱
処理した後，それらの機械的諸特性を測定した結果を第
１表に示す。

熱処理条件 焼入れ １２２０゜ＣＸ３分間→油焼入れ 焼戻し ５６０°Ｃ×９０分間→空冷　３回 第　　　１　　　表 そして、上記熱間押出材は、全体にわたって組成か均一
て、かつ空隙か全くない緻密な組織であった。

実施例２ 平均粒径１．５　ＢｓのＷＣ粉末と、平均粒径１．２ｇ
ｍのＣＯ粉末とを７５対２５（重量％）の割合で配合し
てボールミルて混合した後、これにその１．５重量％に
相当する量のバラフィンを溶媒に溶解した液を添加して
混合し、スプレートライヤーにより平均粒径ｌ００ＩＬ
■の造粒粉を得た。これを油圧プレスにより直径１００
■腸、長さ１５０■■の円柱形に成型し、これを真空炉
中て３５０゜Ｃで１５時間加熱してバラフィンを除去し
、続いて１０００°Ｃて１時間加熱して仮焼結体を得た
。この仮焼結体を、実施例ｌと回しカプセルに収容し、
脱気して封止した後、このカプセルを１２５０℃に加熱
して直ちに熱間押出機に装填して、直径４０１層の丸棒
に熱間押出加工した。

また、他方では、同し原料粉末を、プレス成形一説バラ
フィンー焼結の従来方法で加工し、比較材を得た。

これらの熱間押出材及び比較材の機械的諸特性を測定し
た結果を第２表に示す。

第　　　２　　　表 そして、Ｆ記熱間押出材は全本にわたって組成か均−て
あり、微細粒子からなる空隙か存在しない緻密な組織で
あった。

実施例３ 実施例ｌと同じ原料粉末に、その３重量％に相当する量
のバラフィンを添加し、油圧プレスにより、径１００■
■、内径５０ｍｍ、艮さ１５０■の円筒形に成形し、こ
れを水素雰囲気炉中て３５０°Ｃて１２時間加熱してパ
ラフィンを除去し、引続き８５０°Ｃ″？ｌ’１時間加
熱して仮焼結体を得た。この仮焼結体を、外筒管寸法か
内径１０２ｍ■、長さ１５２ｍｍ　．厚さ４■で、内筒
管寸法か外径４８■■、長さ１５２■、厚さ２■■てあ
る普通鋼製の２重筒形カプセルに収容し、脱気して封止
した後、このカプセルを１１００°Ｃに加熱して熱間押
出機により加工し、外径５５ｍｍ、内径４０ｍｍのバイ
ブ状に押出した。この熱間押出材も外観上は全く問題な
く、機械的諸特性も第１表の熱間押出による丸棒と殆ど
同一てあった。

実施例４ 第３表に示す配合及び平均粒度の混合原料微粉末に、パ
ラフィンを溶媒に溶解して添加し、同表に示す形状及び
寸法にプレス成形し、これを８５゜Ｃに加温して溶媒を
揮発させた後、３５０℃に加熱してバラフィンを揮散さ
せた．バラフィンの揮散に要した時間は、同表に示す通
りである．第　　　３　　　表 これらのバラフィンを除去した成形体は、ｉｏｏｏ゜Ｃ
て１時間加熱して仮焼結させ，これらの仮焼結体ＩＩ．
　＋２、１３、１４を，実施例１．２、３、及び５にあ
っては第１図に示す円筒形カプセル１ｏに収容し、実施
例４にあっては第２［Ｊに示す２重円筒形カプセル２０
に収容し、内部を鋭気して密封した．カプセル１０、２
０は普通鋼製て、外径１７０ｍｍ　．内径Ｉｓｌｍｓ　
，外部の長さ２４０ｍｍ　，内面の長さ２０１ｍｍ　テ
あり，カプセル２０の内筒２１は外径４９層■、内径３
ｏ■層てある． 密對したカプセルを第４表に示す温度に加熱し、これを
ビレットにして熱間押出加工し，普通鋼部分を機械加工
によって除去して，同表に示す寸法の製品を得た．各製
品の、仮焼結体１１．　１２、１３、ｌ４の内部であっ
た部分と、仮焼結体の境界に相当する部分の性状を第４
表に示す． 第４表 なお、上述の製品を顕微鏡観察したか、何れの部分にも
空孔（ボアー）は存在しなかった．また，第３図に示す
ような長大なカプセル３ｏを用い、多数の仮焼結体１１
．１２・・・一Ｎを収容して熱間押出加工を行うときは
、押出物の両端に生ずる不良部分の占める割合か小さく
なって、製品歩留か大幅に向上する。

実施例５ 実施例ｌと同じ高速度合金鋼の混合微粉原料に同様にバ
ラフィンを添加して、油圧プレスにより直径１００ｍ層
、長さ９０讃■の円柱形に成形し、３５０゜Ｃて２３時
間加熱してバラフィンを除き、かっ８５０゜Ｃて１時間
加熱して仮焼結体を得た。この仮焼結体５個と、直径１
００ｍｍ　．長さ６８ｓ■の円柱形に加工したＳ　Ｋ　
Ｄ　６１鋼材６個とを、内径１０２■■、長さ８７０■
、厚さ５■の普通鋼製カプセル内に交互に収容し、十分
脱気して封止した。このカプセルを誘導加熱によりＩｆ
（１（１℃に加熱し、熱間押出様により直径５０ｍｍの
棒状に押出し、長さ約２５０■■の高速度合金鋼部分と
長さ約２７０１のＳＫＤ６１鋼部分とか交〃に接合され
た棒材を得た。この棒材を、それぞれの材料の中央部分
て切断し、高速度合金鋼部分の長さか約１２５■■、Ｓ
κＤ６１鋼部分の長さか約１３５層膿のエンドミル用素
材を得た。

このエントミル用素材の高速度鋼合金部分、接合部分及
びＳＫＤ６１鋼材部分の３箇所からそれぞれ厚さ４■■
、幅８１１、長さ２５ｍｓの試験片を切出し、それぞれ
に実施例ｌと同条件で熱処理を施し、機械的諸特性を測
定した結果を第５表に示す。

第５表 なお、接合部の試験片は、抗折力試験においては接合界
面では破断せず、その脇の高速度合金部分て破断した。

その他は、高速度合金鋼部分及びＳＫＤ６１鋼部分は何
れも満足できる試験結果が得られた。

上述のエントミル素材を用い、第６図に示す刃部分６Ｉ
及び柄６２を加工し、実施例ｌに示されているのと同条
件て熱処理を行ってエンドミルを作製した。刃部分６１
は高速度合金鋼よりなり，刃長１２０■履てあり、刃数
は６個である。また、柄６２は大部分がＳ　Ｋ　Ｄ　６
１鋼よりなり、最大径か４２＋＊ｍ、長さが１：ｌ［ｌ
ｍｍであり、刃部分５１に接近して高速度合金鋼とＳＫ
Ｄ６１鋼の接合界面６３か存在している。

このようなエンドミルｌＯ本を作製し，ｓｓｓｃ鋼材の
切削試験を行ったか、折損は皆無であった。

実施例６ 実施例ｌと同し高速度合金鋼の混合微粉原料に同様にバ
ラフィンを添加して、直径１００ｍｍ　、長さ１１０１
■にプレス成形し１３５０℃で２７時間加熱してバラフ
ィンを除去し、８５０℃て１時間加熱して仮焼結体を得
た。これとは別に、直径１００ｍ＋ｓ　．　ｌさ４８−
ｓのＳＫＤ６１鋼材を用意した。内径１０２ｓｍ　、長
さ２８０■■、肉厚５ｍ一の普通鋼製カプセルに、」−
記仮焼結体２個を重ねて収容し、その−ＬにＬ記鋼材を
収容し、七分脱気して封止した。これを誘導加熱により
１１００℃に加熱し、熱間押出により直径４２一■の棒
材に加工した。この棒材は、高速度合金鋼部分の長さか
約９００−１．ＳＫＤ６１鋼部分の長さか約２７０■■
てあった。

上記押出棒材を用い、第７図に示すように、長さ８９５
■―のスクリュ一部７ｌと長さ２７０■曹の軸部７２と
を加工し、実施例ｌに示されているのと同条件で熱処理
を行って、射出成形用スクリューを製作した。なお、７
３は高速度合金鋼部分とＳＫＤ５１鋼部分の接合界面を
示す。

この射出成形用スクリューは、現在稼働試験中であるか
、全く支障なく動作している。

〔発明の効果〕

以−Ｌの実施例によって明らかなように，この発明によ
るときは、バインダーを使用することによって、酸化し
易い原料微粉末や、粒度や比重の違いによって均一な混
合か困難な原料粉末や、粒度や比重の違いによって取扱
い中に分離し易い原料粉末を用いて、均質かつ緻密て機
械的諸特性か優れた棒材や管材を能率よく熱間押出加工
により製造することかできる。しかも、熱間押出加−Ｌ
に用いるビレットの寸法か大きくなっても熱間押出加工
に先立って短時間内にバインダーを完全に除去できるの
で、残存ハインダーか製品に及ぼす悪影響を除きうるば
かつてなく、バインダー除去に要する時間を短縮して生
産能率を高めることかできる。また、大寸法の押出しビ
レットか使用てきるために、大径の製品か得られるばか
りでなく、製品歩留を向上させることも可能になる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例における熱間押出用ビレットを示
し、第１図は棒材を製造するためのビレットの縦断面図
、第２図は管材を製造するためのビレットの縦断面図、
第３図は長尺の棒材を製造するためのビレットの縦断面
図、第４図は相似形の成形物の直径とバラフィン除去所
要時間との関係を示す線図，第５図は同し直径の成形物
の長さとバラフィン除去所要時間との関係を示す線図、
第６図はこの発明の或る実施例による製品例を示す側面
図，第７［’Ｊはこの発明の他の実施例による製品例を
示す側面図である。 １０、２０及び３０・・・・金属カプセル、１１〜ＩＮ
・・・・原料粉末の仮焼結体。 第１ 図 第３ 図 表 （ｍｍ） ｛ （ｎ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉末または金属及び非金属の混合粉末にバイ
   ンダーを加え、これを金属カプセルにほぼ充満する形状
   に成形し、加熱によってこの成形物から上記バインダー
   を揮散させかつこれを仮焼結させ、この仮焼結体を上記
   金属カプセルに収容して熱間押出加工を施すことを特徴
   とする粉末を原料とする棒管材の製造方法。
2. （２）金属粉末または金属及び非金属の混合粉末にバイ
   ンダーを加え、これを金属カプセルの内径にほぼ等しい
   外径の短円柱形または短円筒形に成形し、加熱によって
   この成形物から上記バインダーを揮散させかつこれを仮
   焼結させ、この仮焼結体の複数個を上記金属カプセルに
   積重ねて収容して熱間押出加工を施すことを特徴とする
   粉末を原料とする棒管材の製造方法。
3. （３）金属粉末または金属及び非金属の混合粉末にバイ
   ンダーを加え、これを金属カプセルの内径にほぼ等しい
   外径の短円柱形または短円筒形に成形し、加熱によって
   この成形物から上記バインダーを揮散させかつこれを仮
   焼結させ、この仮焼結体と上記金属カプセルの内径にほ
   ぼ等しい外径の短円柱形または短円筒形の充実金属材料
   とを上記金属カプセルに交互に積重ねて収容して熱間押
   出加工を施すことを特徴とする粉末を原料とする棒管材
   の製造方法。