JPH044363B2

JPH044363B2 -

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Publication number: JPH044363B2
Application number: JP62136933A
Authority: JP
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1992-01-28
Also published as: JPS63297503A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、鉄系焼結機械部品等を製造する場合
に鉄粉に添加される焼結用ニツケル合金粉末に関
し、特に、成形時の圧縮性を向上でき、かつ焼結
体の寸法変化のばらつきを小さくできるととも
に、その後の熱処理により引張強度を改善できる
ようにした添加用ニツケル合金粉末に関する。

〔従来の技術〕

例えば鉄系の粉末を焼結して製造される焼結機
械部品は、合金化による材質強化を図るために、
鉄粉に各種元素を添加し、混合、成形、焼結等の
工程を経て製造される。このような焼結機械部品
における合金化では、鉄粉にＣ、Cu、Ni、Mo等
のうち２種類以上添加して、Fe−Cu−Ｃ、Fe−
Ni−Ｃ、Fe−Ni−Cu−Ｃ、Fe−Ni−Mo−Ｃ等
の合金系が採用され、実用化されている（Ni、
Cu、Mo；１〜10％、Ｃ；0.2〜２％）。この場
合、特にFe−Ni−Cu−Ｃ系合金は成形焼結後の
熱処理によつて強度改善が可能であることから、
近年、高強度焼結材として用いられている。

ところで、上記鉄粉に元素を添加する場合、目
的とする合金強化項目以外に、合金化の容易性、
即ち、成形性、焼結性及び焼結体の寸法変化に対
する安定性、あるいは鉄中への拡散性、並びに焼
結過程における耐酸化性等を考慮する必要があ
る。このような合金系元素の添加方法として、従
来から、Fe、Ni、Cu、Ｃ等の各単体粉末を単独
に混合するプレミツクス法、あるいは、Fe−Ni
−Cu合金粉末にＣ粉末を混合するプレアロイ法
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の添加方法によるFe
−Ni−Cu−Ｃ系合金では、以下のような問題点
がある。

上記プレミツクス法による場合は、FeへのNi、
Cuの合金化が不均質であるため、焼結体の寸法
変化のばらつきが大きく、しかも熱処理による強
度改善の効果も小さい。

また、プレアロイ法による場合は、合金化が均
質であることから寸法変化のばらつきを小さくで
きるものの、Fe−Ni−Cu合金粉末の硬度が大き
いため、成形時の圧縮性に劣り、焼結後の密度が
低く、また、合金化が均質であるにもかかわらず
熱処理による強度改善の効果が小さい。その結果
再成形、再焼結あるいは粉末鍛造などの特別な製
造工程が必要となる。

本発明の目的は、上記従来の元素添加法の問題
点に鑑み、圧縮性、焼結性を向上できるととも
に、焼結体の寸法変化のばらつきを小さくでき、
しかも焼結後の熱処理により引張強度を大きく改
善できるようにした焼結用ニツケル合金粉末を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本件発明者らは、上記目的を達成するために、
鋭意実験研究を重ねた結果、鉄粉等の母粉末に
Ni−Cu合金粉末を添加することに着目し、該Ni
−Cu合金粉末中のCuの含有量及び該合金粉末の
粒径の条件を見出せば、単独では合金化が困難な
Ni、Cu等のFeへの均質な合金化が可能となり、
しかも成形時の圧縮性も良好になり、さらには焼
結体の寸法変化のばらつきが小さくなるととも
に、焼結後の熱処理による強度改善の効果も大き
いことに想到し、本発明を成したものである。

そこで、本発明は、鉄系焼結部品用鉄粉に添加
される焼結用ニツケル合金粉末であつて、Cuの
含有量が10〜50重量％、残りNi及び不可避的不
純物からなり、かつ平均粒径が30μｍ以下である
ことを特徴とした焼結用ニツケル合金粉末であ
る。

ここで、本発明において、NiとCuとを予め合
金化した理由、Cuの含有量及び平均粒径の限定
理由について説明する。

従来のプレミツクス法による粉末では、Ni
のFe中への拡散性が不良であるために、十分
に拡散させて引張強度を向上させるには高温か
つ長時間の焼結を施す必要があることがよく知
られている。一方、Cuは焼結時に液相を生成
するため、Feへの合金化は部分的には容易で
あるが、その反面合金化が急速に行われ、その
結果、Fe中にCuが侵入することによる、いわ
ゆるCu−growthにともなう寸法変化が大きく
なり、必然的にそのばらつきも大きくなる。こ
の問題はFe粉末とCu粉末が理想的に均一混合
されれば解消できるが、実際には困難である。
また、プレアロイ粉末材については、合金化は
理想的である反面、圧粉体密度、焼結密度が低
いため、本来の合金強化の特長が充分発揮され
ない。

これに対して、本発明では予め合金化させた
Ni−Cu合金粉末を添加するようにしたので、
上記従来のプレミツクス法、プレアロイ法にお
ける問題点を同時に解決できるものである。即
ち、Ni−Cu合金粉末は、その融点がNi単体粉
末とCu単体粉末との中間にあるために、Fe中
へのNiの拡散を促進するとともに、Fe中への
Cuの拡散を緩慢にする効果が大きく、その結
果焼結時にNi、Cu等が均質に合金化される。
また、母粉は純鉄粉であるから、母粉として硬
度の高い合金粉末を使用するプレアロイ法に比
べて圧縮性が良好であり、圧粉体密度を大きく
向上できる。

このように、鉄粉にNi−Cu合金粉末を添加
することにより、成形時の圧縮性が良好とな
り、さらには焼結時のFe粉中へのNi、Cuの合
金化が均質かつ適度に行われることから引張強
度が大きく向上する。

Ni−Cu合金粉末においてCuの含有量を10〜
50％とした理由まず、上記Cuの含有量範囲を見い出すため
に行つた実験について説明する。

(イ) Cuの含有量がそれぞれ５％、10％、20％、
50％、70％、残部NiのNi−Cu合金粉末を水
アトマイズ法により生成し、マイクロシーブ
により30μｍ以下に分級した。なお、これら
各種の合金粉末の粒度分布を沈降法により測
定した結果、平均粒径は15〜20μｍであつ
た。そして市販の鉄粉に、上記各Ni−Cu合
金粉末５％および市販のＣ粉末0.5％を添加
混合して実験試料粉を作製した。

(ロ) また、上記Ni−Cu合金粉末と性能を比較
するために、上記Ni−20％Cu粉末を使用し
た場合と組成が同様の比較例粉を、下記のプ
レミツクス法及びプレアロイ法で作製した。

プレミツクス粉末：市販の鉄粉に市販のNi、
Cu、Ｃの各粉末を、それぞれ4.0、1.0、
0.5％添加混合してプレミツクス粉末を作
製した。

プレアロイ粉末：水アトマイズ法により生成
したFe−４％Ni−１％Cu粉末にＣ粉末を
0.5％添加混合してプレアロイ粉末を作製
した。

(ハ) そして、上記各試料粉、比較例粉を下記の
条件により成形、焼鈍及び熱処理した。

上記各粉末を6ton／cm²の圧力下で各部品
に圧縮成形し、この圧粉体の密度を測定し
た。

次に、上記圧粉体をRXガス雰囲気中で
1120℃×30分間焼結し、この焼結時の寸法
変化を測定した。

そして、上記焼結部品を900℃×20分加
熱後、油焼入れし、しかる後、250℃×60
分の焼戻し処理を施し、該部品の引張強度
を測定した。

第１図ａないし第１図ｃはそれぞれ上記実験
結果における圧粉体密度、寸法変化、引張強度
を示す特性図であり、図中、○印はNi−Cu合
金粉末、□印はプレアロイ粉末、×印はプレミ
ツクス粉末を添加した場合の特性を示す。

各図からも明らかなように、Cuの含有量が
10％以下では引張強度が低く、また50％以上に
なると寸法変化のばらつきが大きく、かつ引張
り強さが低下することがわかる。この点から本
発明ではCu含有量を10〜50％としたのである
が、以下、圧粉体密度、寸法変化、引張強度に
ついて詳述する。

() まず、圧粉体密度（第１図ａ参照）につ
いてみると、Ni−Cu合金粉末○は、プレミ
ツクス粉末材×とともに比較的高い値を示
し、かつCu含有量の増加に伴つてわずかに
増大している。一方、プレアロイ粉末□は
個々の粉末粒子が硬いために圧縮時の粉末の
塑性変形が少なく、低い値を示している。こ
のように圧粉体密度は、Ni−Cu合金粉とす
ることにより向上するものの、Cuの含有量
によつてはそれほど変化しない。

() 次に、寸法変化（第１図ｂ参照）につい
てみると、Ni−Cu合金粉末○においては、
Cuの含有量が増加するに伴つて膨張する傾
向が認められる。これは、焼結時において
Fe粉中にNi−Cu粉末のCuが侵入することに
よる、いわゆるCu−growthといわれる膨張
現象に起因するものである。ところで、焼結
機械部品の寸法変化は絶対値そのものが小さ
いことも重要であるが、そのばらつきが少な
いことが実用上最も重要である。同図ｂから
明らかなように、寸法変化のばらつきはプレ
アロイ粉末□では約0.1％と少ないが、プレ
ミツクス粉末×は約0.2％と大きくなつてい
る。一方、Ni−Cu合金粉末○においては、
Cuが50％以下の場合は、0.1％前後の範囲に
あり、比較的ばらつきは少ないが、70％にな
ると、２倍程度（約0.2％）に増大する傾向
を示している。この寸法変化の面から見る
と、Cuの含有量は50％以下とするのが望ま
しい。

このように寸法変化のばらつきが異なる理
由は、Cu−growthの膨張現象と深く関連し
ている。即ち、Ni−CuあるいはFe−Ni−
Cuのような合金粉末としてCuを添加するこ
とにより、Cu−growthが基本的には抑制さ
れるが、合金粉末中のCu含有量が多過ぎる
と、その抑制効果が少なくなるためと考えら
れる。

() 最後に上記熱処理後の引張強度（第１図
ｃ参照）についてみると、Ni−Cu合金粉末
○においては、Cu含有量が増加するととも
に引張強度は著しく増大し、10％Cu以上で
プレミツクス粉末×、プレアロイ粉末□を大
きく上まわり、20％以上で飽和する傾向を示
し、50％を超えるとかなり低下する傾向が認
められる。このようにNi−Cu合金粉末のCu
含有量が10％以下では、NiのFeへの拡散性
が不充分となり強度向上効果が小さく、また
50％以上では、Niの含有量が少なくなつて
Niの添加効果そのものが小さい。従つてこ
の引張強度の面から見れば、Cu含有量は10
〜50％とするのが望ましい。

以上の、圧粉体密度、寸法変化、引張強度の
実験結果から、Cuの含有量を10〜50％に限定
するのが望ましい。

平均粒径を30μｍ以下にした理由まず、上記粒径を見い出すために行つた実験
について説明する。

(イ) 水アトマイズにより生成されたNi−20％
Cu合金粉末を、10μｍ未満、10μｍ以上20μｍ
未満、20μｍ以上44μｍ未満、44μｍ以上53μ
ｍ未満の４種類の粒度に分級し、上記にお
ける実験と同様の方法によりFe−４％Ni−
１％Cu−0.5％Ｃ組成の焼結体を作製した。
そして、該焼結体を熱処理した後、引張強度
を測定した。

第２図は上記実験結果を示す特性図である。
同図からも明らかなように、Ni−Cu合金粉末
の粒度が30μｍ以上になるとNi、CuのFeへの
合金化が不均質となるために引張強度が低下し
ていることがわかる。この結果から、上記Ni
−Cu合金粉末の平均粒径は30μｍを上限とする
のが望ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１ Cu含有量20％、残りNiのNi−Cu合金粉末を、
水アトマイズ法（条件として水圧；200Kg／cm²、
水量；200／min）により生成し、平均粒径が
15μｍになるように分級してNi−Cu合金粉末を製
造した。

そして、市販の鉄粉に、上記Ni−Cu合金粉末
５％およびＣ粉末0.5％を添加混合し、6ton／cm²
の圧力下で成形し、これをRXガス雰囲気中で
1120℃×30分間焼結した。次に、この焼結体を
900℃×20分間加熱後、油焼入れし、しかる後250
℃×60分間の焼戻し処理を施した。

こうして得られた焼結体は、密度7.08ｇ／cm³、
引張強度63Kg／mm²と機械的性質において卓越した
性能を発揮することが認められた。

実施例２市販の鉄粉に、上記水アトマイズにより生成さ
れたNi−20％Cu合金粉末を５％添加混合し、水
素ガス雰囲気中で850℃×30分間加熱後、解粒し
て部分拡散型合金鋼粉を作製した。

そして、上記合金鋼粉に、市販のＣ粉末を0.5
％添加混合し、6ton／cm²の圧力下で成形し、これ
をRXガス雰囲気中で1120℃×30分間焼結した。
次に、これを900℃×20分間加熱後、油焼入れし、
しかる後250℃×60分間の焼戻し処理を施した。

こうして得られた焼結体は、密度7.14ｇ／cm³、
引張強度72Kg／mm²と優れた機械的性質を発揮する
ことが認められた。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係る鉄系焼結部品用鉄粉
に添加される焼結用ニツケル合金粉末によれば、
Cuの含有量を10〜50重量％に、かつ平均粒径を
30μｍ以下にしたので、焼結体の寸法変化のばら
つきを小さくでき、しかも圧縮性、焼結性を向上
できるとともに、熱処理による強度を改善できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明のCuの含有量及び
平均粒径の条件を求めた実験結果を説明するため
の特性図であり、第１図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ
Ni−Cu合金粉末のCu含有量と圧粉体密度、寸法
変化、引張強度との関係を示す特性図、第２図は
Ni−Cu合金粉末の粒度と熱処理した焼結体の引
張強度との関係を示す特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１鉄系焼結部品用鉄粉に添加される焼結用ニツ
ケル合金粉末であつて、Cu10〜50重量％（以下
単に％と記す）、残部Ni及び不可避的不純物から
なり、かつ平均粒径30μｍ以下であることを特徴
とする焼結用ニツケル合金粉末。