JPH0459362B2

JPH0459362B2 -

Info

Publication number: JPH0459362B2
Application number: JP23690684A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Takahashi; Akira Manabe; Shuntaro Sudo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-11-10
Filing date: 1984-11-10
Publication date: 1992-09-22
Also published as: JPS61117202A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は構造用機械部品等に適用する高密度高
強度焼結材料である焼結用低合金鉄粉末に関する
ものである。（従来の技術）一般に、機械構成材料として多用されている鉄
系焼結材料の高強度化が要望され、これに対して
合金化，高密度化及び均質化等の種々の強化方法
により強度的に優れた焼結材料の開発が行なわれ
ている。例えば合金化により材料の高強度化を達成する
方法（以下合金化強化方法という）としては、銅
（Cu），ニツケル（Ni），マンガン（Mn）及びク
ロム（Cr）等の合金元素粉末を個々に鉄粉末に
混合する混合法や、前記強化元素（Cu，Ni，
Mn，Cr等）を予め合金化したプレアロイ粉末を
用いる予備合金化法等が用いられている。また、高密度化強化方法としては、2press−
2sinter法や焼結鍛造法（Ｐ／Ｆ）等が行なわれ
ている。さらに、均質化強化方法としては焼結材料を焼
結する際に高温焼結を行なう均質化法が行なわれ
ている。上記以外のものでは構造用機械部品の空孔を球
状化する球状化法等の強化策が知られている。しかしながら上記各種の強化法はいずれも焼結
材料の強化に効果をもたらしているものの、いず
れの方法も何らかの問題点を含んでいる。すなわち、高密度化強化方法としての2press−
2sinter法や焼結鍛造法（Ｐ／Ｆ）等においては、
製造工程を変更したり追加したりして圧縮等の強
加工を施すことにより構造用機械部品等の高密度
化を達成しているので、強加工を行なう際の雰囲
気管理，温度設定等の管理的工程が増加して製造
工程が繁雑となり、このため製造コストが大幅に
上昇するという問題を有していた。また、合金化強化法のうち混合法においては、
添加した合金元素を鉄（Fe）中に充分に拡散さ
せるのに長時間を必要とするという問題があり、
また活性金属であるクロム（Cr）やマンガン
（Mn）等は焼結雰囲気を厳密にコントロールし
ないと酸化をおこし、拡散を妨げられるという問
題があつた。さらに、予備合金化法においても、合金化によ
り粉末の硬度が増して圧縮成形性が低下し、従つ
て構造用機械部品の高密度化を阻止していた。ところで、従来前記予備合金化法における圧縮
成形性の低下の問題を解消するために種々の提案
がなされており、例えば「低合金粉末鉄の製法」
（特公昭45−9649号公報）においては、合金元素
を特殊還元法によつて鉄粉末の表面に付着させて
圧縮成形性の改善を図るようにすることが提案さ
れている。（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低合金粉末鉄の製法で
は、では、圧縮成形性の向上は達成したものの粉
末自体の価格は通常市販されている低合金鋼粉に
比べて相当に割高となつており、製造コストに占
める原料コスト占有率が高く、構造用機械部品を
焼結材料によつて成形する際の大きな障害となつ
ていた。（問題点を解決するための手段）本発明は上記実情に鑑みてその問題点を克服す
べくなされたものであり、低価格すなわち原料コ
ストを低くすると共に焼入性及び圧縮成形性に優
れた焼結用低合金鉄粉末を提供することを目的と
している。上記目的を達成するための本発明の特徴は、低
合金鉄粉末中に重量百分率でモリブデン（Mo）
を0.2〜2.0％，炭素（Ｃ）を0.05％以下，酸素
（Ｏ）を0.2％以下夫々含有すると共に珪素（Si），
クロム（Cr），銅（Cu）及びニツケル（Ni）の
総含有量を0.2％以下に抑え、不可避不純物を含
む残部が実質的に鉄（Fe）よりなることにある。（作用）上記のように構成した本発明に係る焼結用低合
金鉄粉末において、モリブデン（Mo）を鉄
（Fe）粉末中に含有せしめたのは、モリブデン
（Mo）は予備合金化すると圧縮成形性を失わず、
また焼入性も充分に確保することができるからで
ある。但しモリブデン（Mo）は0.2％未満では熱
処理後の機械的特性が低下してしまい、また2.0
％を超えると逆に圧縮成形性が低下し、かつ熱処
理後の強度もMoを添加した割には向上しないと
いう傾向があるからである。さらに珪素（Si），クロム（Cr），銅（Cu）
及びニツケル（Ni）の金属元素を総含有量で0.2
％以下に限定したのは、前記各金属元素には夫々
圧縮成形性を低下させる作用があるからである。
不可避不純物としては他にＰ，Ｓ，Mn等があ
る。また、炭素（Ｃ）は0.05％，酸素は0.2％を
夫々超えると合金の圧縮成形性を著しく悪化させ
るため夫々上記重量百分率に抑え、圧縮成形性の
向上のために有効に作用している。以上のように鉄（Fe）粉末中に上記重量百分
率の金属元素を含有せしめたので、圧縮成形性を
高くすると共に焼入性にも優れた焼結用低合金粉
末を低コストで提供することができる。（実施例）以下、本発明の実施例を比較例と対比しつつ説
明する。実施例１溶解炉にて目標成分に調整した溶湯を作り、こ
の溶湯をタンデイツシユより流出させた後、この
流出した溶湯に高圧水を噴霧して作用させ粉末化
する（以下水噴霧法という）。前記水噴霧法によ
り形成した粉末を分解アンモニア雰囲気中で900
℃×60分の還元処理を施した後粉砕し、その後
80meshの篩で分級し、−80mesh粉を得た。この
粉末の組成については第１表の該当欄に示すよう
に、鉄（Fe）とモリブデン（Mo）0.3％，酸素
（Ｏ）0.08％，炭素（Ｃ）0.02％，珪素（Si）＋ク
ロム（Cr）＋銅（Cu）＋ニツケル（Ni）0.2％以下
の各種重量百分率となつている。上記−80mesh粉に対し圧縮成形性の数値を得
るために試験を行なうこととし、JSPM標準１−
64（金属粉の圧縮性試験法）に準拠して試験を実
施した。成形を行なう際の成形圧力を１平方セン
チメートル当り3t，5t，7tとしてこの３水準につ
いての試験を行なつた結果、第２表に示すように
夫々6.22ｇ／cm³，6.87ｇ／cm³，7.21ｇ／cm³となつ
ており、また、7t／cm²の成形圧力における成形体
密度を第１図に示している。次に、熱処理後の引張り強さを測定するために
JSPM2−64の金属焼結体の引張試験片を用い引
張試験を行なつた。この引張試験片は、第１表に
示す粉末に対し黒鉛粉0.5％及び潤滑剤0.8％を加
えて混合した後、約7.0ｇ／cm³の成形体密度とな
るよう成形した後、分解アンモニア雰囲気中で
1200℃×40分の焼結を行ない、この焼結体に対し
870℃×30分の熱処理を施し、焼割れ及び熱ひず
みを防止するため油による焼入液に浸潤させて冷
却し、170℃×90分の焼戻しを行なつたものであ
る。尚引張試験は２mm／minのクロスヘツドスピ
ードで実施した。この結果が、第２図に示してあ
り、本実施例においては97Kgｆ／mm²の強度が得ら
れた。尚、第１表は実施例２乃至４及び比較例１乃至
４の粉末の組成をも併せて示しており、第２表に
は各条件における成形圧力に対する上記各例の成
形体密度をも示している。また、第１図は実施例
１ばかりでなく上記各例の成形圧力7t／cm²におけ
る成形体密度の特性をグラフにより示すことと
し、第２図には熱処理後の各例の引張強さを比較
したグラフも併せて示すこととする。実施例２水噴霧法により形成した粉末を前記実施例１

【表】

【表】と同様に環元処理及び分級処理して、重量百分率
でモリブデン（Mo）を0.6％，酸素（Ｏ）を0.08
％，炭素（Ｃ）を0.02％，珪素（Si）＋クロム
（Cr）＋銅（Cu）＋ニツケル（Ni）を0.2％以下
夫々含有する低合金鉄粉末を得た。前記組成の低
合金鉄粉末に対し圧縮成形性及び引張強さの試験
を行なつた。その結果は圧縮成形性が第２表に示
すように3t／cm²，5t／cm²，7t／cm²の成形圧力にお
いて夫々6.20ｇ／cm³，6.85ｇ／cm³，7.19ｇ／cm³の
成形体密度であり、熱処理後の試験片の引張強さ
は第２図に示すように105Kgｆ／mm²であつた。実施例３上記２例と同様に水噴霧法により形成した粉末
に環元処理及び分級処理を施し、鉄（Fe）中重
量百分率でモリブデン（Mo）を1.0％，酸素
（Ｏ）を0.07％，炭素（Ｃ）を0.01％，珪素（Si）
＋クロム（Cr）＋銅（Cu）＋ニツケル（Ni）を0.2
％以下夫々含有する低合金鉄粉末を得た。この低
合金鉄粉末に対し圧縮成形性及び引張強さを調べ
るため実施例１，２と同一条件及び同一方法で試
験を行なつた。その結果7t／cm²のとき7.17ｇ／cm³
の成形体密度と110Kgｆ／mm²の引張り強さを示し
た。実施例４前記実施例１乃至３と同様に水噴霧法により形
成した粉末に還元処理及び分級処理を施し、鉄
（Fe）中に重量百分率でモリブデン（Mo）を1.5
％，酸素（Ｏ）を0.08％，炭素（Ｃ）を0.02％，
珪素（Si）＋クロム（Cr）＋銅（Cu）＋ニツケル
（Ni）を0.2％以下夫々含有する低合金鉄粉末を得
た。この低合金鉄粉末を用いて上記実施例１乃至
３と同様に圧縮成形性と引張り強さの試験を行な
い、夫々7t／cm²において7.14ｇ／cm³の成形体密度
と112Kgｆ／mm²の引張り強さの値を得た。比較例１比較例１は代表的な市販の低合金鉄粉末であ
り、油噴霧法により製造されたものである。油噴
霧法は、噴霧媒として油を用いるため、粉化時の
酸化が抑制でき、酸素（Ｏ）＋炭素（Ｃ）の低い
粉末が生成されるので圧縮性に優れるが、粉末か
らの油分の除去にコストがかかる。この粉末を化
学分析したところ、鉄（Fe）中に重量百分率で
モリブデン（Mo）を0.23％，クロム（Cr）を
0.95％，マンガン（Mn）を0.76％含有している
ことが分つた。この比較例１について前記各実施
例と同様の条件で試験を行なつた結果、圧縮成形
性では7t／cm²において7.15ｇ／cm³を示すも、熱処
理後の試験片の引張り強さでは各実施例の何れに
も及ばなかつた。比較例２比較例２は水噴霧法により形成された市販の低
合金粉末であり、その組成は第１表に示すように
重量百分率でモリブデン（Mo）を0.52％，マン
ガン（Mn）を0.16％，ニツケル（Ni）を1.79％
夫々含有している。強化元素であるニツケル
（Ni）及びマンガン（Mn）の総量が1.95％と各
例中で最も多いため圧縮成形性を示す成形体密度
ではは程高い数値を示していないが、熱処理品の
引張り強さでは103Kgｆ／mm²と比較例中最も引張
り強くなつている。比較例３本例は、モリブデン（Mo）と銅（Cu）とを予
備合金化した合金鉄粉末を用いており、鉄（Fe）
に対する割合は重量百分率でモリブデン（Mo）
を0.6％，銅（Cu）を0.4％，珪素（Si）を0.01％，
炭素（Ｃ）を0.01％，酸素（Ｏ）を0.08％夫々含
有した低合金鉄粉末である。この低合金鉄粉末を
用い、上記各例と同様、圧縮成形性及び引張り強
度の試験を行なつたところ、銅（Cu）の添加に
より圧縮成形性の著しい低下を示した。また、引
張り強さでも何れの実施例にも及ばないことが分
つた。比較例４比較例４は低合金鉄粉末の組成を鉄（Fe）に
対し重量百分率で、モリブデン（Mo）を0.6％，
クロム（Cr）を0.5％，マンガン（Mn）を0.13
％，酸素（Ｏ）を0.12％，炭素（Ｃ）を0.01％含
有したものを用いている。この低合金鉄粉末を圧
縮成形性及び引張り強度試験に供したところ、モ
リブデン（Mo）とクロム（Cr）を加えたので比
較例３と同様に引張り強さでは第２図に示すよう
に比較例２及び各実施例に近い数値を示したが、
圧縮成形性を示す成形体密度においては第２表及
び第１図に示すように余り高い数値を示さず、圧
縮成形性が著しく低いことが分つた。比較例５〜８比較例５〜８は、第１表に示すように、上記実
施例３と類似の基本組成に対して、それぞれ低モ
リブデン（比較例５）、高モリブデン（比較例
６）、高酸素（比較例７）、高炭素（比較例８）と
したもので、前記各実施例と同様に水噴霧法によ
り形成した粉末に還元処理及び分級処理を施して
製造し、それぞれを上記各実施例と同様にJSPM
標準１−64及びJSPM標準２−64に従う圧縮成形
性及び引張り強度試験に供した。第２表に示す圧
縮成形性試験の結果及び第２図に示す引張り試験
の結果より、各実施例に比して、低モリブデン
（Mo）の比較例５は圧縮成形性は良好であるも
のの、引張り強さが小さく、高モリブデン
（Mo）の比較例６は引張り強さが大きいものの、
圧縮成形性に劣り、高酸素（Ｏ）の比較例７は圧
縮成形性、引張り強さ共に劣り、高炭素（Ｃ）の
比較例８は圧縮成形性、引張り強さ共に著しく劣
り、何れも満足する性能が得られないことが分つ
た。以上の結果より、本発明に係る焼結用低合金鉄
粉末を用いて構造的機械部品を形成しても圧縮成
形性に優れ、また、機械的特性としての引張り強
さも備えているので、市販の高価な焼結用低合金
鉄粉末を原料として用いたものと比べても遜色が
ないばかりか含有量を好適なものとすることによ
り、市販のものより好結果を挙げることができる
ことが判明した。（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明に係る焼結
用低合金鉄粉末によれば、以下のような効果を奏
する。実質的に鉄（Fe）よりなる粉末中に重量百分
率でモリブデン（Mo）を0.2〜2.0％，炭素（Ｃ）
0.05％以下，酸素（Ｏ）0.2％以下夫々含有する
と共に珪素（Si），クロム（Cr），銅（Cu）及び
ニツケル（Ni）の総含有量を0.2％以下に抑えた
ので、機械構成部品の原材料として用いた場合、
同一成形圧力での圧縮性に極めて優れると共に成
形部品化した場合の強度についても優れた特性を
示し、しかも水噴霧法という低廉な製造方法によ
り製造することができるので製造コストにおける
原料占有率を少なくするような安価な焼結用低合
金鉄粉末を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る焼結用低合金
鉄粉末を説明するためのもので、第１図は成形圧
力7t／cm²における成形体密度，第２図は引張試験
片による引張強さを夫々実施例１乃至４，比較例
１乃至４について測定した特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量百分率で、モリブデン（Mo）を0.2〜
2.0％，炭素（Ｃ）を0.05％以下，酸素（Ｏ）を
0.2％以下夫々含有すると共に珪素（Si），クロム
（Cr），銅（Cu）及びニツケル（Ni）の総含有量
を0.2％以下に抑え、不可避不純分を含む残部が
実質的に鉄（Fe）よりなることを特徴とする焼
結用低合金鉄粉末。