JPH0375621B2

JPH0375621B2 -

Info

Publication number: JPH0375621B2
Application number: JP7229189A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Tomioka; Takeo Hisada; Shunji Shimura
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1989-03-25
Filing date: 1989-03-25
Publication date: 1991-12-02
Also published as: JPH01283340A

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野）本発明は、高密度高強度焼結体の製造法に係
り、特に高密度、高強度の焼結体を与え得る粉末
冶金用合金粉末を用いて、焼結体を製造する方法
に関するものである。（背景技術）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）に関して、
近年、そ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。そして、従来から、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、その耐磨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、比較的高密度な耐磨耗部品、例え
ば自動車の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、更にはかかる焼結
部品を製造する手法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程、また密度も高い程、得ら
れる焼結体の強度は向上されることとなるのであ
る。（解決課題）ここにおいて、本発明は、得られる焼結体の密
度の向上、ひいてはその強度の向上が図られ得る
製造法を提供することを、その目的とするもので
あつて、このため、かかる焼結体を製造するため
に用いられる粉末冶金用合金粉末において、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。（解決手段）すなわち、本発明は、Cr（クロム）：7.0〜30.0
％、Mn（マンガン）：0.1〜1.5％、Ｐ（燐）：0.1〜
1.0％、残部：Fe（鉄）及び不可避的不純物からな
る粉末冶金用合金粉末を用い、これに対して0.5
〜5.0％の割合の炭素粉末を添加、配合して、焼
結せしめることを、その要旨とするものである。また、本発明にあつては、Cr：7.0〜30.0％、
Mn：0.1〜1.5％、Ｐ：0.1〜1.0％、Ｃ（炭素）：0.1
％以下、Si（珪素）：0.1〜4.0％、残部：Fu及び不
可避的不純物からなる粉末冶金用合金粉末を用
い、これに対して0.5〜5.0％の割合の炭素粉末を
添加、配合して、焼結せしめることをも、その特
徴とするものである。さらに、本発明は、Cr：7.0〜30.0％と、Mn：
0.1〜1.5％と、Ｐ：0.1〜1.0％と、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粉末冶金用合
金粉末を用い、これに対して0.5〜5.0％の割合の
炭素粉末を添加、配合して、焼結せしめること
を、その特徴とするものである。更にまた、本発明は、Cr：7.0〜30.0％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粉末冶金用合金粉末を用
い、これに対して0.5〜5.0％の割合の炭素粉末を
添加、配合して、焼結せしめることをも、その特
徴とするものである。（具体的構成）ところで、かかる本発明において用いられる粉
末冶金用合金粉末は、7.0〜30.0％のCrと、0.1〜
1.5％のMnと、0.1〜1.0％のＰとを主要合金成分
として含み、残部がFe及び不可避的不純物から
なるものであるが、ここで含有せしめられるCr
は、基地を強化し、炭化物を形成して耐磨耗性を
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％が下限である。また、
このCrの含有量が30％を越えるようになりと、
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7.0〜30.0％の範囲が採用されるこ
ととなるのである。また、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
もたらす元素であつて、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のが
含有量の好ましい範囲としては、一般に0.2〜0.7
％である。さらに、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。そして、本発明にあつては、かかる合金粉末に
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
と基地が効果して粉末が硬くなり、その圧縮性を
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になるた
め、その上限は4.0％に止められる。また、本発明において、かかる合金粉末には、
更に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１種若し
くは２種以上が含有せしめられている。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。その他、本発明に用いられる粉末冶金用合金粉
末には、上記合金成分の他、必要に応じて更にＳ
やNi、Ｂ、Cu等の高知の添加成分が含有せしめ
られることとなる。なお、Ｓの添加は、粉末を微
粉化して焼結密度を向上させるのに寄与し、また
適量のNi、Ｂ等は焼入れ性を向上せしめる利点
がある。また、このような添加されるべき各成分は、前
記粉末冶金用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
が高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。そして、本発明に従つて、かくして得られた粉
末冶金用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、本発明に伴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。そして、かかる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。（発明の効果）このように、本発明に従えば、Fe−Cr系合金
粉末に更に少なくともMn及びＰの所定量を含有
せしめた粉末冶金用合金粉末を用い、これに所定
割合の炭素粉末を添加、配合して、焼結せしめる
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。（実施例）以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明に従う幾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
れる如き種々なる合金粉末を製造し、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、その分級物重量に対して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。かくして得られた各種の試験片について、それ
ぞれ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。かかる第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を低く、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、最後まで試験を綴ること
が出来なかつた。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
るにも拘わらず、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、本発明に従つて得られる供試材
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、それぞれの顕微鏡写真
（400倍）をそれぞれ第１図及び第２図に示すが、
それらの写真の比較からも明らかなように、本発
明により得られるNo.７の供試材は、No.９のものよ
りも遥かに組織が細かく、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】

【表】実施例２Ｃの含有量が0.05％以下に調製された種々なる
化学組成を有する各種の合金溶湯から、実施例１
と同様にして水噴霧による粉末化手法にて各種の
合金粉末を製造した。各粉末の化学組成は略第２
表に示される通りである（但し、Ｃは除く）。そして、その得られた粉末のそれぞれを篩分け
して−100メツシユのものを集めた。次いで、こ
の−100メツシユの分級物に対して、第２表に示
される如き各種のＣ値を与える割合で炭素粉末を
それぞれ添加せしめ、均一に混合せしめた後、実
施例１と同様にして成形、焼結して各種の試験片
を製造した。焼結後の各供試材の化学組成を第２
表に示す。得られた各試験片の評価結果を、下記第２表に
示すが、合金粉末に対するＣの添加量の少ない供
試材No.10では、焼結密度が上がらず、抗折力が低
い。一方、Ｃを多量に添加した供試材No.14では、
共晶組織が粗大化しているために、密度が向上さ
れているにも拘わらず、抗折力は低下しているの
である。これに対して、本発明にて得られる供試材No.11
〜13のものは、何れも焼結密度、抗折力とも著し
く改善されているのが理解される。

【表】実施例３下記第３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
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４表に示すが、かかる第４表から
明らかなように、本発明に従つて得られる焼結体
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
て本発明に従つて得られ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：7.0〜30.0％、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
粉末冶金用合金粉末を用い、これに対して0.5〜
5.0％の割合の炭素粉末を添加、配合して、焼結
せしめることを特徴とする高密度高強度焼結体の
製造法。２ Cr：7.0〜30.0％、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粉末冶金用合金
粉末を用い、これに対して0.5〜5.0％の割合の炭
素粉末を添加、配合して、焼結せしめることを特
徴とする高密度高強度焼結体の製造法。３ Cr：7.0〜30.0％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と含
有量で10％以下と、残部：Fe及び不可避的不純
物とからなる粉末冶金用合金粉末を用い、これに
対して0.5〜5.0％の割合の炭素粉末を添加、配合
して、焼結せしめることを特徴とする高密度高強
度焼結体の製造法。４ Cr：7.0〜30.0％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
なる粉末冶金用合金粉末を用い、これに対して
0.5〜5.0％の割合の炭素粉末を添加、配合して、
焼結せしめることを特徴とする高密度高強度焼結
体の製造法。