JPH0372002A - 高強度、高靭性、高精度部品用合金鋼粉、及びこれを用いた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１１１用分野１ 本発明は、鉄系粉末冶金技術の分野に属し、高強度、高
靭性、高精度部品用の合金鋼粉、およびこの合金鋼粉を
用いて熱処理時の寸法変化のばらつきの少ない焼結部品
を製造するための方法に関する。

〔従来の技術Ｊ 近年、粉末冶金技術は大幅に進歩し、輸送機器、産業機
器への焼結部品の適用が進んできた。

自動車用ギア等は、それらの中でも高強度、高靭性、高
精度が要求される部品である。これらの部品を粉末冶金
によって製造する場合、高強度化を図るために合金元素
を添加し、さらに熱処理を侑す必要がある。

特開昭６２−１４６２０３に述べられているように、合
金焼結体に熱処理を施すことが試みられているが引張強
さはたかだか１２０ｋｇｆ／ｍｒｎ”であり、それ以上
の高強度の要求には対処できな（／Ｘ。

また、特開昭６１−２３１１０２においてはＮｉ、Ｍｏ
を増加させ、また結合剤によってＦｅ扮に合金元素及び
Ｃを結合させ、高圧縮性を保ち高強度を狙うことが試み
られているが、この場合ち引張り強さは晟大でも１２０
ｋｇｆ／ｍｒｎ″である。また、Ｎｉ、Ｍｏなどの合金
成分の添加はマルテンサイト変態（Ｍｓ）点を低下させ
る作用があり、焼入れ、焼戻し等の熱処理を施した際に
オーステナイトを生成させ、寸法変化のばらつきを引き
起こす可能性がある。

［発明が解決しようとする課題１ 本発明者らは焼結体の高強度、高靭性を達成するための
複合合金粉末及びその製造方法をさきに提示した（特願
昭６３−１３７４００）。

この方法においては、Ｎｉｌの低減に伴い、焼結体中の
オーステナイトの生成を抑制し、高強度、高靭性を達成
している。一方、高強度化のために、浸炭焼入れを施し
た場合、過浸炭によって寸法精度がばらつく問題がある
。

本発明はこれにさらに熱処理時の寸法精度を向上させる
改善を加え、高強度、高靭性かつ熱処理時の寸法精度が
すぐれた ■　焼結体用合金鋼粉、及び ■　焼結合金鋼の製造方法 を与えるものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは焼結体の高強度化、高靭性化。

高精度化について研究した結果、以下のことを見出し本
発明を完成した。つまり、 （１）Ｎｉ：０．５〜３．５重量％、 Ｍｏ：０．７〜３．５重量％、 Ｃ：０．３〜０．８虫酸％、 残部Ｆｅに合金鋼粉の化学組成を限定し、（２）ｍ粉に
潤滑剤とバインダーとの共溶融物により黒鉛粉を付着さ
せ、焼結体中のＣ偏析を抑制し、 （３）焼入れ、焼戻し処理を施すこと で高強度、高靭性、かつ熱処理時の寸法変化のばらつき
の少ない焼結合金鋼が得られることがわかった。

化学組成を上記（１）のように限定することによって、
強度低下および熱処理時の寸法変化のばらつきの要因と
なるオーステナイトが焼結体中に多量に発生するのを防
ぐ。

また、焼結体中のＣの偏析は、焼入れ時における焼結体
中の不均一な変態を生じせしめ、寸法変化のばらつきを
増大させるので、黒鉛粉を銅粉に付着することによって
、焼結体中のＣ偏析を抑制する。

さらに焼入れ、焼戻し処理は、焼結体の強靭化に必要で
ある。

［作用］ 本発明の成分、及び熱処理条件等の限定理由は以下の通
りである。合金成分の含有量は機械的特性上の要求から
決定される。

Ｎｉｌは０．５〜３．５重量％とする。強度及び靭［生
の向上の効果を得るためには０．５重量％以上の添加が
必要である。一方、３．５ｉ量％を越えると焼結体中に
オーステナイトが過剰に生成する。

オーステナイトの過剰生成は熱処理時の寸法変化のばら
つきを増大し、また強度低下を招く。

Ｍｏ量は０．７〜３．５重量％とする。Ｎｉと同様に高
強度と高靭性を達成させるために０．７重量％以上は必
要であり、３．５重置％を越えると、逆に焼結体の靭性
を阻害する。

Ｃ看は、０．３〜０．８重量％とする。０．３重量％未
満では焼結体の強度向上に寄与しない。また０、８重量
％を越えると著しく靭性を阻害する。

Ｎｉ、Ｍｏの添加方法については溶湯段階で合金化する
予合金法、または鉄粉にＮｉ、ＭｏＦＬ子を拡散接合す
る複合合金法のどちらでち製造可能である。

次に、上記の鋼粉に黒鉛粉を付着させる方法について述
べる。潤滑剤はステアリン酸亜鉛などの金属石鹸等通常
の粉末冶金に用いられるものでよく、バインダは、例え
ば酢酸ビニル、エチルセルロース、メチルセルロース、
フェノール樹脂など熱可塑性のもので６よく、セルロー
ス誘導体系、熱硬化型などいずれでもよい、この潤滑剤
とバインダーを上記鋼粉と黒鉛粉と同時又は段階的に均
−になるまで十分に混合する。均一に混合した状態で９
０℃〜１５０℃に加熱して潤滑剤とバインダーの共溶融
物を生成し、黒鉛粉を銅粉に固着する。加熱温度は９０
℃以下では付着力が不足する。しかし、加熱温度を１５
０℃以上にしても付着力の向上はない。

粉末の成形は通常の粉末冶金と同様に成形圧力４〜Ｌｏ
ｔ／ｃｍ″で行う、成形、焼結の回数は１回以上何回で
もよいが高密度とすることにより一層の高強度、高靭性
が得られる。

本発明では、また上記焼結体に焼入れ、焼戻し処理を施
すことが必須である。焼入れ処理とは、鋼を所定温度に
加熱し、急冷する処理を示し、焼戻し処理とは、鋼を所
定温度に加熱し空冷あるいは徐冷する処理を示す、焼入
れ温度は加熱時に均一なオーステナイト組織とするため
８００℃以上が望ましく、また９５０℃を越えるとオー
ステナイトが粗大化し靭性が低下するため９５０℃を上
限温度とする。

焼戻し温度は１００℃未満では靭性が低く、２５０℃よ
り高いと、強度が低下するため。

１００〜２５０℃が好ましい。

［実施例１ 実施例１ 一８０メツシュの水アトマイズＦｅ扮に一３２５メツシ
ュのカーボニルＮｉ粉と三酸化Ｍｏ　（Ｍｏ０３）とを
所定の割合で混合し、水素ガス雰囲気中にて、８７５℃
で６０分焼鈍し、解砕して、Ｎｉ：１．７６ｉ量％、Ｍ
ｏ：１．０Ｏｆｆｉ量％の複合合金鋼粉を得た。

上記′鋼粉に黒鉛粉０．６重量％、ステアリン酸亜鉛１
．０重、量％、オレイン酸０．２重置％を混合し、温度
１２０℃で１０分撹拌して、黒鉛粉を鋼粉表面に固着し
た。

次に上記鋼粉を超硬金型を用い、７ｔ、／ｃｍ’の圧力
で成型し、７５％Ｈ２−２５％Ｎ２ガス（乾）雰囲気中
で８５０℃、３０分焼結した後、７ｔ／ｃｒｎ”の圧力
で再圧縮した。

さらに７５％Ｈ２−２５％Ｎ２ガス（乾）雰囲気中で１
２５０℃、６０分再焼結を行い、得られた焼結体に８５
０℃で６０分加熱後６０℃の油中へ焼入れ、次に１８０
℃の油中で６０分保持して焼戻しを施し、引張試験、シ
ャルピー衝撃試験を行った。

また、外径６０ｍｍ、内径２５ｍｍ、高さ５、５　ｍ　
ｍのリングを１０枚成形し、各工程毎に、各リングにつ
いて互いに直角的な２方向で外径（Ｘ、Ｙ）を測定し、
その各工程での変化の差（△Ｘ−△Ｙ）の絶対値の標準
偏差を求め１寸法精度を評価した。第１表に、引張試験
、シャルピー衝撃値、焼結体密度、熱処理前後での寸法
精度を示す。

また同表中には本実施例と同じ複合鋼粉を用い、黒鉛粉
０．６重量％、ステアリン酸亜鉛１．０重量％を混扮し
１本実施例と同じ条件で実験した結果を比較例として示
す。

双方とも引張強度、シャルピー衝撃値、焼結体密度には
明らかな差は認められないが、寸法精度がＣを偏析防正
したものは０．０１２％であるか、単純混粉すると、０
．０２５％となり、Ｃを偏析防止処理することによって
寸法変化のばらつきがほぼ２分の１になる。

実施例２ 一８０メツシュの水アトマイズＦｅ扮に一３２５メツシ
ュのカーボニルＮｉ扮の添加量を変え、ＭｏＯ３扮を一
定看混合し、実施例１と同じ方法でＮｉ：０．３１〜５
．ｌＯ重機知の複合合金鋼粉を得た。

これらの鋼粉に黒鉛粉０．６重置％を実施例１と同じ方
法で固着し、その後に実応例１と同じ方法で熱処理焼結
体を製造し、引張強さ、シャルピー衝撃値、焼結体密度
、寸法精度を１ｌ１１定した。結果を第２表に示す。

Ｎｉ：０．３１ｉ量％のものは寸法変化のばらつきは少
ないが、強度、靭性が低い。

また、Ｎｌが３．８２重量％以上のものは強度も多少低
くなり、寸法精度は顕著に低下することがわかる。

実施例３ ここでは添加するＣ量の影響を示す。

実施例１と同じ複合合金鋼粉に黒鉛粉０．３重量％、０
．６重量％、０．９重量％をそれぞれ実施例１１と同じ
方法で固着した鋼粉と、黒鉛粉０．２重徽％、０．４重
遣％、０．６重量％、０．９重置％にステアリン酸亜鉛
１．０重量％を単純混粉した鋼粉を製造した。

これらの鋼粉を用い、実施例１と同じ方法で焼結体を製
造し、熱処理を施し、引張強度、シャルピー衝撃値、焼
結体密度１寸法精度を測定した。

結果を第３表に示す。

黒鉛添加量が０．３重置％、０．６重置％の場合。

寸法変化のばらつきは単純混粉に比べて偏析防止の処理
したもののほうが顕著に小さい。

黒鉛添加量が０．９重置％の場合でも同様なことがわか
るが、強度、靭性ともに急激に低下している。また、０
．２重量％では強度が低い。

実施例４ ここでは添加するＭｏ量の影響を示す。

−８０メツシユの水アトマイズＦｅ扮に＝３２５メツシ
ュのカーボニルＮｉ扮を一定量とＭＯＯ３扮を添加量を
変えて混合し、実施例１と同じ方法でＮｉ：１．７６重
量％、Ｍｏ：０．５０重量％〜４．５０重量％の複合合
金鋼粉を得た。

これらの鋼粉に対して実施例２と同じ方法で黒鉛を添加
し、引張強度、シャルピー衝撃値、焼結体密度１寸法変
化のばらつきを測定した。結果を第４表に示す、Ｍｏが
０．５重量％のものは引張強さが１４２．２　ｋ　ｇ　
ｆ／ｍｒｗ？と本請求範囲内の６のに比べて著しく低い
、またＭＯが３．５重量％を越えるものについては、シ
ャルピー衝撃値が著しく低く、靭性の急激な低下が見ら
れる。また寸法精度も急激に低下している。

実施例５ 水アトマイズによって、Ｎｉ：１．９４重量％。

Ｍｏ：１．０５重量％の予合金鋼粉を製造し、水素ガス
雰囲気中で還元処理を行った後、−８０メツシユで分級
して上記組成の予合金鋼粉を得た。

上記鋼粉について、実施例１と同様の実験を行い、単純
混合粉と黒鉛固着粉の諸特性を測定した。第５表に結果
を示す。

予合金鋼粉においても寸法精度のばらつきが単純混粉で
は０．０２２％だが、黒鉛固着扮では０．０ＩＱ％とな
り、複合合金鋼粉と同様の効果が得られた。

［発明のく力東］ 以にの結果により、本発明は極めて高い強度と靭性を徨
成し、かつ熱処理峙の寸法変化のばらつきが少ない焼結
合金鋼を与えるものであり、高強度、Ｉ’；；靭性、高
精度が要求される自動ｉｌｉ用ａ！械部品々とにｆｆ用
である。

１１願人　　川崎製鉄株式会社 代 理 人 弁理り 小 十三 住 ｌフ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　合金成分として、 Ｎｉ：０．５重量％以上３．５重量％以下 Ｍｏ：０．７重量％以上３．５重量％以下 Ｃ：０．３重量％以上０．８重量％以下 を含み、残部は実質的にＦｅである合金鋼粉であって、
   前記Ｃが黒鉛粉の形で銅粉粒子表面に潤滑剤とバインダ
   ーとの共溶融物により固着されていることを特徴とする
   高強度、高靭性、高精度部品用合金鋼粉。 ２　第１項記載の合金鋼粉を用い、１回以上の成形及び
   １回以上の焼結を施すことにより焼結合金鋼を製造し、
   さらにこの焼結合金鋼に焼入れ、焼き戻し処理を施すこ
   とを特徴とする高強度、高靭性、高精度部品用焼結合金
   鋼の製造方法。