JPH04350101A - 粉末冶金用混合粉末およびその焼結体 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄粉および合金粉末を
ベースとし、高密度且つ高強度で、しかも焼結時の寸法
精度および特質のばらつきの少ない焼結体を得ることの
できる粉末冶金用混合粉末、および上記の様な焼結体に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】粉末冶金法は圧延，鍛造，鋳造等からな
る従来の生産プロセスを大きく書き換え、原料となる金
属粉末を圧縮成形後焼結して製品とする方法である。従
って粉末冶金法によれば、ＷやＭｏ等の高融点金属材料
，含油軸受やフィルター等の多孔質材料，超硬合金やサ
ーメット等の様に、従来の溶製法では製造が困難であっ
た部材の製造が可能になる。そればかりか、非切削によ
る材料歩留まりの向上，高い寸法精度等の製造面での利
点，および溶製材で発生しやすい偏析や異方性が少ない
という材料面での利点、等の様に溶製材では得られない
各種の長所があることから、従来溶製法によって製造さ
れていた各種部材を粉末冶金法におきかえて製造するこ
とも行なわれている。

【０００３】現在粉末冶金法によって製造されている焼
結体は自動車用部品として用いられるのが大半であり、
とりわけ鉄系焼結部材が汎用されている。この様な鉄系
焼結部材については様々なものが知られており、例えば
強度，耐候性，耐摩耗性等の向上を図るという目的の下
に、主成分となる鉄粉に対し黒鉛や銅等の微粉末を混合
して焼結したものが知られている。また焼結部材の適用
範囲の拡大という観点から、焼結部材にはより高い靭性
や強度が要求される様になり、それを達成する手段とし
てＮｉやＭｏ等の合金元素を添加して合金化する方法も
知られている。

【０００４】ところで粉末冶金法によって高強度の鉄系
焼結体を得る為の代表的な方法としては、プレミックス
法とプレアロイ法が知られている。

【０００５】プレミックス法とは、鉄粉と他の合金用微
粉末を均一に混合し、これを圧粉成形した後加熱焼結し
て添加元素を固溶させる方法である。この方法は成形加
工が比較的簡単であるという利点を有しているが、圧粉
成形までの段階で鉄粉と合金用微粉末が比重差によって
分離・偏析したり、あるいは焼結時に合金用微粉末の拡
散が十分に進まないという難点があり、焼結体の強度や
寸法にばらつきを生じるという品質上の問題がある。

【０００６】これに対しプレアロイ法は、Ｎｉ，Ｍｏ，
Ｃｒ等の合金元素を予め鉄中に固溶してなる合金鋼粉を
使用するものであり、プレミックス法で指摘した様な問
題は起こらない。ところがこの方法では、プレアロイ化
して得られる合金鋼粉が鉄に比べて非常に硬質であるた
め、圧粉成形時の圧密化を十分に高めることができず、
高密度の焼結体が得られにくい。従って当該合金鋼の物
性を十分に生かすことができない。

【０００７】上記各方法は夫々一長一短を有しているが
、上記の様な偏析の発生や拡散が不十分である等の点が
克服できれば、プレアロイ法よりもプレミックス法の方
が希望する焼結体を得る上で有利であると考えられる。

【０００８】ところで偏析の防止手段としては、例えば
特開昭５６−１３６９０１号や同６３−１０３００１号
に開示されている如く、有機バインダーを用いて鉄、鋼
粉末に黒鉛粉末を付着させる方法が提案されている。ま
た例えば特公昭４５−９６４９号や特開昭６３−２９７
５０２号に開示されている如く、鉄粉に他の金属粉を熱
処理で拡散付着させる、いわゆる拡散付着法も開発され
ている。特に拡散付着法は、圧縮性を殆ど下げることな
く且つ偏析による強度や寸法精度の不均一の問題もある
程度防止される。即ち拡散付着型の合金鋼粉は、鉄粉に
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｏ等の合金用微粉末を加えて均一に混合
した後、拡散処理して鉄粉表面に合金用微粉末を拡散付
着させるものであり、一旦拡散付着したものについては
偏析を生じることはない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした技術
背景のもとになされたものであって、プレミックス法に
焦点を合わせ、この方法によって高密度且つ高強度で焼
結時における寸法精度のばらつきの少ない焼結体を得る
ことのできる粉末冶金用混合粉末、およびその様な特性
を有する焼結体並びに該焼結体を熱処理した熱処理品等
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の構成は、鉄粉と合金粉末を混合してな
る粉末冶金用混合粉末であって、上記合金粉末がＮｉ，
ＣｕおよびＭｏを必須成分として含む他、Ｃｒ，Ｍｎお
よびＳｉよりなる群から選択される１種以上を含むもの
である点に要旨を有するものである。

【００１１】上記の成分からなる混合粉末を焼結するこ
とによって、高密度且つ高強度で、しかも焼結時におけ
る寸法精度のばらつきの少ない焼結体が得られる。また
上記焼結体を熱処理することも有効であり、焼結体をよ
り高密度・高強度にできる。

【００１２】

【作用】本発明者らは、鉄粉に対する添加粉末の拡散性
を改善するという観点に立ち、様々な角度から研究を進
めた。その結果、Ｃｒ，ＭｎおよびＳｉよりなる群から
選択される１種以上の元素を、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｍｏ系に合
金化し、該合金化した添加粉末を鉄粉に混合することに
よって、鉄粉に対する添加粉末の拡散性が助長されるこ
とを見出し、本発明を完成した。

【００１３】Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉ等の元素は強化成分とし
て知られているが、焼結中に酸化され易い元素である。 これらの元素は、焼結時に単体粉末として添加されるの
が一般的であるが、焼結中に酸化されて鉄粉表面を薄層
化し、焼結体の強度を低下することになり、強化成分と
しての十分な効果が発揮されなかった。そこでＣｒ，Ｍ
ｎ，Ｓｉ等を難酸化性のＮｉ，Ｃｕ，Ｍｏ等と共に合金
化することによって、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉ等の酸化を抑制
し、これによって添加粉末の鉄粉に対する拡散性が助長
されたのである。またＣｒ，Ｍｎ，Ｓｉ等の本来の効果
である強化効果も達成されたのである。

【００１４】本発明においては、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｏ等の
元素も単独金属粉の形態ではなく合金化された形態であ
る必要がある。即ちＮｉ，Ｃｕ，Ｍｏの如き合金用元素
は夫々単独では融点が高く、また鉄粉への拡散速度が遅
いのであるが、これらの元素を予め合金化しておくこと
によって単体粉末のときより融点を低下させることがで
き、鉄粉への拡散性を改善して焼結体の強度向上に寄与
する。

【００１５】また合金粉末を使用することは、均一な特
性を有する焼結体を得るという観点からも有効である。 即ち、本発明の混合粉末を用いて焼結体を得る手順とし
ては、■そのままの状態で他の副原料と混合して焼結す
る、■バインダーや拡散処理によって鉄粉と合金粉末を
予め付着させてから他の副原料を混合し焼結する、等の
いずれの手順も採用することができるが、いずれの手順
を採用するにしても、合金粉末を用いることによって均
一に付着させることができ粒度分布のかなり均一な焼結
用粉末が得られる。従って該粉末の特性が一定となり、
得られる焼結体の特性も均一なものとなる。

【００１６】尚本発明の混合粉末は、バインダー付着型
焼結用粉末或は拡散付着型焼結用粉末のいずれの形態を
経ても使用できるのは上述した通りであるが、拡散付着
型粉末とするのが特に好ましく、その後の焼結処理によ
って結果的に２段アニール処理を施したのと同様の効果
が得られ、強度向上という観点からも好ましい。

【００１７】ところで本出願人は鉄粉にＮｉやＣｕを拡
散付着させて焼結体製造用原料粉末を製造する際に、Ｎ
ｉやＣｕを夫々別々の金属粉末として添加する場合と、
Ｎｉ−Ｃｕ合金粉末として添加する場合とでは、Ｎｉや
Ｃｕが結果的にたとえ同じ重量割合で配合される場合で
あっても、焼結部品としての寸法変化が大きく異なるこ
とを知見している（特開平２−２１７４０１号）。即ち
、特にＣｕの添加量が増大すると、Ｃｕ−Ｇｒｏｗｔｈ
と呼ばれる異常膨張現象が発生し、それが大きな寸法変
化となって現われるのであるが、ＣｕをＣｕ−Ｎｉ合金
粉末として添加することによって寸法変化の減少するこ
とがわかった。従って、本発明において、鉄に対する添
加元素を予め合金化した形態とすることは、特にＣｕを
添加元素として含む焼結体の寸法変化を防止するという
点からも効果的である。次に、本発明で使用される合金
粉末の成分について説明する。

【００１８】Ｎｉは靭性や焼入性を改善する効果があり
、Ｍｏは焼入性を高め、焼入，焼戻し処理時の軟化を防
止する。またＣｕは焼結体の強度若しくは硬度を向上さ
せる効果がある。

【００１９】ところでＮｉ−Ｃｕ系にあっては、全率固
溶型の合金粉末が得られ、Ｃｕ含有量が増加するに従っ
て融点を下げることができ、これにより焼結時の鉄粉中
への合金化が容易となる。しかしながらＣｕがあまり多
くなると焼結後の寸法が膨張するので、実用性の点で効
果がなくなる。一方Ｎｉ−Ｍｏ系にあっては、５０％（
重量％の意味、以下同じ）Ｍｏ近傍に共晶点があり、Ｎ
ｉ−Ｍｏ系に合金化することによってＭｏの融点を低下
させることができ、これによって鉄粉中への拡散性、つ
まり均一合金化が容易となる。しかしＭｏの割合があま
り多すぎると液相温度が急激に高くなることから、融点
低下効果はほとんどなくなる。以上の様な観点からＮｉ
−Ｃｕ−Ｍｏ３元素の組成割合は、Ｎｉ：４５〜８０％
，Ｃｕ：５〜５０％，Ｍｏ：５０〜５％程度にするのが
好ましい。

【００２０】本発明は、合金粉末の必須元素として、Ｃ
ｒ，Ｍｎ，およびＳｉよりなる群から選択される１種以
上を含むものであり、これらは強度向上という観点から
有効であるが、あまり多過ぎると上記Ｎｉ，Ｃｕおよび
Ｍｏ等の基本成分による効果を低減することになりかね
ない。こうしたことからＣｒ，Ｍｎ，Ｓｉ等の元素は、
Ｎｉ，ＣｕおよびＭｏの合計量１００重量部に対して５
〜１００重量部程度とすべきである。

【００２１】また合金粉末の鉄粉に対する割合は、１〜
１２％程度とするのが好ましく、これより多くなると相
対的に鉄粉量が少なくなり、鉄粉系焼結体としての基本
的な焼結性が得られない。

【００２２】尚本発明で使用される合金粉末の粒度につ
いては、特に限定されるものではないが、平均粒径で２
０μｍ　以下程度が望ましい。これは平均粒径があまり
大きくなると、焼結過程における合金粉末の鉄粉中への
合金化が悪化し、均一組織が得られにくくなり、強度，
硬度のばらつきが生じるからである。

【００２３】

【実施例】鉄粉−６％合金粉末−０．６　％黒鉛−０．
７５％ステアリン酸亜鉛系混合粉末を、６トン／ｃｍ２
で圧粉成形した後、水素雰囲気中１２５０℃で焼結した
。そして各種合金粉末を用いて、焼結体の引張強さを調
査した。尚合金粉末は水噴霧法で製造した平均粒径約１
２μｍ　のものを用い、６０％Ｎｉ−１５％Ｃｕ−１５
％Ｍｏ系の組成を基本とし、これにＣｒ，Ｍｎ，Ｓｉ等
を含有させたものである。

【００２４】用いた合金粉組成と引張強度との関係を図
１に示す。尚図１にはＮｉ，Ｃｕ，Ｍｏ等の基本成分を
合金化せずに各単体粉末として添加した場合の引張強さ
についても示した。

【００２５】図１から明らかな様に、基本成分を単体粉
末の形態で添加したものに比べ、本発明の混合粉末を用
いたものは強度が向上しており、またＣｒ，Ｓｉ，Ｍｎ
等の強化元素の効果も有効に発揮されていることがわか
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、鉄
粉と混合する粉末としてＮｉ，Ｃｕ，Ｍｏを基本成分と
し、これらとＣｒ，Ｍｎ，Ｓｉ等の易酸化性元素を予め
合金化した形態とすることによって、易酸化性元素の酸
化による不都合を回避しつつ添加元素の効果を有効に発
揮させることができ、高密度且つ高強度で、しかも寸法
精度や特性のばらつきの少ない焼結体を得ることができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】各種焼結体の引張強さと合金粉末組成の関係を
示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鉄粉と合金粉末を混合してなる粉末冶
   金用混合粉末であって、上記合金粉末がＮｉ，Ｃｕおよ
   びＭｏを必須成分として含む他、Ｃｒ，ＭｎおよびＳｉ
   よりなる群から選択される１種以上を含むものであるこ
   とを特徴とする粉末冶金用混合粉末。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の混合粉末を用いて焼
   結したものである焼結体。