JPH05263200A - 耐焼付性がすぐれた焼結高速度鋼及びその製造方法 - Google Patents

耐焼付性がすぐれた焼結高速度鋼及びその製造方法

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JPH05263200A
JPH05263200A JP4091719A JP9171992A JPH05263200A JP H05263200 A JPH05263200 A JP H05263200A JP 4091719 A JP4091719 A JP 4091719A JP 9171992 A JP9171992 A JP 9171992A JP H05263200 A JPH05263200 A JP H05263200A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Cuが介在した焼結高速度鋼をCuの溶浸に
よらず作り、高速度鋼本来の耐摩耗性とCuによる優れ
た耐焼付性を同時に達成する。 【構成】 C:0.80〜1.6%,Cr:3〜6%、
W+2Mo:10〜20%、V:1〜5%を必須成分と
して含み、残部が実質的にFeからなる高速度鋼焼結合
金からなる基地に微細なCu相が均一に分散され、焼結
気孔がクローズドポア状でありかつCuの含有量が1〜
8%である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焼結高速度鋼に関するも
のであり、さらに詳しく述べるならば耐焼付性に優れた
焼結高速度鋼及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶製高速度鋼のすぐれた高温強度や耐摩
耗性を焼結材にもたせた焼結高速度鋼の用途開発が期待
されている。一方HIP処理を行った切削用焼結高速度
鋼は、HRC70クラスの硬度を有するものが工具とし
て市販されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】鉄系材料は強度がある
ために強度面では優れた摺動材料であり、したがって上
記の焼結高速度鋼は硬度が非常に高く、潤滑下では摺動
特性が良好であると考えられる。しかしながら、摺動部
材の相手材が鉄系材料であると面圧が高い摺動条件では
油膜切れにより鉄同士の摺動を起こし焼付が発生しやす
いので、上記焼結高速度鋼は焼付の面で問題がある。
【0004】一方、鉄同士が摺動する場合、摺動部材の
鉄系材料に銅を介在させると焼付を防止できることは良
く知られている。したがって焼結高速度鋼に銅を溶浸す
ることが耐焼付性向上に有効であると考えられる。しか
し焼結高速度鋼に本来の材料特性をもたせるには焼結を
1100〜1300℃で行わなければならず、すると空
孔が相互につながらい孤立した閉空孔(クローズドポ
ア)になってしまうために銅の溶浸ができない。よっ
て、焼結温度を低くして網状の連続空孔に銅を溶浸した
焼結高速度鋼が発表されているが、耐摩耗性、強度、高
温強度などが圧延・鍛造材に比べて著しく劣っていた。
【0005】よって本発明は、摺動特性が優れたCu介
在型焼結高速度鋼ならびにその製造方法を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、第一に、重量
%で、C:0.80〜1.6%,Cr:3〜6%、W+
2Mo:10〜20%、V:1〜5%を必須成分として
含み、残部が実質的にFeからなる高速度鋼焼結合金基
地に微細なCu相が均一に分散され、焼結気孔がクロー
ズドポアの状態でありかつCuの含有量が1〜8%であ
ることを特徴とする焼結高速度鋼に関し、また 第二
に、重量%で、C:0.80〜1.6%,Cr:3〜6
%、W+2Mo:10〜20%、V:1〜5%を必須成
分として含み、残部が実質的にFeからなる高速度鋼粉
末とCu粉末を、Cuの含有量が1〜8%となるように
混合し、混合物を圧粉しそしてCuの液相発生温度以上
で焼結し、Cuを基地に完全に固溶させると共に少なく
ともCuの析出温度をガス冷却以上の速度で冷却し、得
られた焼結材にCu析出熱処理を施すことを特徴とする
焼結高速度鋼の製造方法に関する。
【0007】以下、本発明の構成を説明する。高速度鋼
は、公知のものあるいはJISなどの工業規格で規定さ
れているものであればよいが、摺動特性の面から以下の
ように組成を限定した。C(炭素)が0.80%未満で
あると、焼入時にフエライトが生成することがありまた
炭化物の量が少なくなり、一方1.6%を越えると焼結
時に液相が多く発生するなどの欠点が現れるので、0.
8〜1.6%の範囲に限定した。
【0008】CrはFe基地を強化するとともに熱処理
性がある炭化物を適量生成するために3%以上が必要で
あり、一方6%を越えると、W,Moなどの特殊炭化物
の量が少なくなりまたフェライトが生成することがある
ので、3〜6%の範囲に限定した。
【0009】Vは硬度が高くかつ熱的に安定な特殊炭化
物を適量生成するために1%以上必要であり、一方6%
を越えると炭化物が粗大化し、かつフェライトを生成す
ることがあるので1〜6%の範囲に限定した。
【0010】MoとWはFe基地を強化するとともに二
次硬化をもたらす特殊炭化物を形成するために、Wおよ
び/またはMoがW+2Moの等量で10%以上が必要
であり、一方20%を越えると炭化物が粗大化し、かつ
フェライトが生成することがあるので、10〜20%の
範囲に限定した。
【0011】また、本発明の必須添加元素としてのCu
は1〜8%の範囲に限定される。Cuの含有量が1%未
満であると後述の効果がなく、一方8%を越えると添加
されたCuが焼結温度におけるCuの固溶限を越えるた
めに過剰な液相が網目状に分布し、高速度鋼自身の焼結
を妨げさらにCu相が粗大化する。好ましくは3〜8%
のCu範囲である。
【0012】上記組成の他に、オーステナイトにおける
W,Moの溶解度を高めるCoを30%以下含有させる
ことができる。さらに、Ti,Zr,Ni,Mn,Si
などを少量添加しても上述の各元素の作用を妨げないの
で、これらの元素も添加してもよい。ただし、NiはC
uの析出を妨げるの1%以下にする必要がある。
【0013】本発明の焼結高速度鋼の組織が特徴とする
ところは微細なCu相が均一に分散しているところにあ
る。すなわち、Cuは焼結温度において析出しないよう
にし、一旦基地に固溶したCuを室温まで過飽和の状態
で維持し、その後の熱処理により析出させることによ
り、微細かつ均一なCu析出相を得る。したがって、C
u相は高温で形成された一次炭化物及び高温からの冷却
中に形成された一次炭化物もしくは二次炭化物より平均
寸法が微細であり、高速度鋼の焼戻し炭化物と同等もし
くはそれ以下の平均寸法を有する。
【0014】本発明の製造方法は、上記組成を有する高
速度鋼粉末と銅粉末を通常の粉末冶金法で混合し圧粉し
た後、銅の液相発生温度(1083℃)以上で焼結しか
つCuを基地に完全に固溶させ、その後少なくともCu
の析出温度域を焼結材料をガス冷却以上の冷却速度で冷
却し、続いて銅の析出処理を行うことを特徴とする。高
速度鋼粉末は表面のコンタミネーションにより、比較的
低い温度で粉末表面に液相を発生するので、経済性を考
えて1200℃以下の温度で焼結するのが好ましい。焼
結温度において溶解した銅は高速度鋼粉末粒子の周囲か
らその中に固溶し、拡散する。そのために必要な焼結時
間は銅の量にもよるが一般に30分以上である。
【0015】焼結に続いて冷却を行うが、この際少なく
とも銅の析出温度域をガス冷却以上の冷却速度で冷却を
行う。銅はFe基地が一部フェライト化すると固溶度が
急激に低下するので、平衡状態図よりFe基地の変態が
起こる温度(主としてC量により大きく変化する)を基
準として急冷開始温度を定める。続いて高速度鋼の標準
的熱処理である焼入を行ってもよいが、焼結とその後の
急冷により焼入を兼ねさせることもできる。続いて銅の
析出処理を400〜700℃で行う。なお高速度鋼の標
準的な熱処理である焼き戻しは一般に500〜600℃
の温度で行われ、この温度は銅の析出熱処理温度に含ま
れるので、焼戻しと析出処理を同時に行うことができ
る。
【作用】
【0016】焼結高速度鋼と相手材の摺動面にCuを介
在させる方法として、微細かつ均一に高速度鋼基地に析
出したCu相を使用することにより、高速度鋼の特性を
十分に活用することができる。すなわち、一次、二次、
焼き戻し炭化物を十分に生成させ、焼入れ及び焼戻しに
より焼入れ及び焼戻しマルテンサイトを十分に形成さ
せ、さらに高温焼結を行うことにより焼結を促進し焼結
材の強度を高めることができる。本発明が特徴とするC
uの析出は上記いずれの作用も妨げるものではなく、逆
にこれらにより妨げられない。以下実施例により本発明
をより具体的に説明する。
【0017】
【実施例】粒度が150〜200メッシュにピークをも
つSKH9相当の高速度鋼粉末(組成を表1に示す)に
200メッシュアンダ−の銅粉を5%加え、さらに金型
成型の際の抜けを良くするために潤滑剤としてステアリ
ン酸亜鉛を0.6%加えた混合粉をプレスにて7t/c
2 の成形圧力で成形し、成形体を作成した。
【0018】この成形体を真空雰囲気下で650℃で1
時間脱蝋した後、1250℃で60分間保持し、焼結を
行った。焼結後900℃まで炉冷し、900℃より窒素
ガス冷却した。続いて550℃で1時間焼き戻し(Cu
の析出熱処理)を行った。
【0019】こうして作成した素材を所定寸法に加工
後、超高圧摩擦試験機により以下に示す試験条件で焼付
荷重を測定した。結果を表2に示す。 摺動速度:10m/sec 潤滑油:パラフィン系冷凍機油 潤滑油量:250cc/min 潤滑油温:50℃ 摺動面粗さ:1〜2s 初期荷重:20kg/cm2 荷重速度:10kg/cm2 /3min 相手材 :SUJ2 焼付の判定:摩擦力が5kgになった時点で焼付と判定
【0020】 表1 化学成分(%) 物 性 C Cr Mo V W Cu 密度 硬さ 引張強さ 空孔 比較材 0.85 4.0 5.0 2.0 6.0 − 7.24 27.3 1230 本発明材 0.81 3.8 4.75 1.9 5.7 5.0 7.41 28.8 1440 備考:密度の単位はg/cm3 ,硬さの単位はHRC、
引張強さの単位はMPa、空孔は体積%である。
【0021】 表2 焼付荷重(kgf/cm2 比較材 80、100、125:平均101.7 本発明材 145、180、230:平均185.0 本発明材はCuを添加しない焼結高速度鋼に比べて焼付
荷重が高く摺動特性に優れていることが明らかである。
【0022】
【発明の効果】以上説明した本発明の焼結高速度鋼は接
触面圧が高い条件下での摺動特性が優れているので、コ
ンプレッサ部品、軸受などの用途に適している。また本
発明の方法は、HIPなどの方法によらない通常の粉末
冶金法であるので、工業的に実施が容易である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.80〜1.6%,C
    r:3〜6%、W+2Mo:10〜20%、V:1〜5
    %を必須成分として含み、残部が実質的にFeからなる
    高速度鋼焼結合金からなる基地に微細なCu相が均一に
    分散され、焼結気孔がクローズドポア状でありかつCu
    の含有量が1〜8%であることを特徴とする耐焼付性が
    すぐれた焼結高速度鋼。
  2. 【請求項2】 重量%で、C:0.80〜1.6%,C
    r:3〜6%、W+2Mo:10〜20%、V:1〜5
    %を必須成分として含み、残部が実質的にFeからなる
    高速度鋼粉末とCu粉末を、Cuの含有量が1〜8%と
    なるように混合し、混合粉を圧粉しそしてCuの液相発
    生温度以上で焼結し、Cuを基地に完全に固溶させると
    共に少なくともCuの析出温度域をガス冷却以上の速度
    で冷却し、得られた焼結材にCu析出熱処理を施すこと
    を特徴とする耐焼付性にすぐれた焼結高速度鋼の製造方
    法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08109450A (ja) * 1994-10-12 1996-04-30 Hitachi Powdered Metals Co Ltd 含油軸受用耐摩耗性焼結合金
JP2000017369A (ja) * 1998-07-06 2000-01-18 Riken Corp 耐摩耗性焼結合金及びその製造方法
JP2005264325A (ja) * 2004-02-18 2005-09-29 Sumitomo Denko Shoketsu Gokin Kk 焼結高速度鋼とその製造方法とその焼結高速度鋼で作られた摺動部品
JP2018145462A (ja) * 2017-03-02 2018-09-20 株式会社デンソー 鉄系焼結合金およびその製造方法

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