JPH0598400A - 焼結鍛造鉄系合金部材 - Google Patents

焼結鍛造鉄系合金部材

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JPH0598400A
JPH0598400A JP25785491A JP25785491A JPH0598400A JP H0598400 A JPH0598400 A JP H0598400A JP 25785491 A JP25785491 A JP 25785491A JP 25785491 A JP25785491 A JP 25785491A JP H0598400 A JPH0598400 A JP H0598400A
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JP
Japan
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less
fatigue strength
sintered
strength
density
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JP25785491A
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English (en)
Inventor
Osamu Furukimi
古君  修
Hiroshi Yano
浩史 矢埜
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 C:1.1 %以下、Cr:0.6 〜1.5 %で、か
つ、析出Cr:0.12%以下、さらに必要に応じ、Mn:0.1
〜0.8 %、Ni:0.5 〜2.5 %、Mo:0.1 〜2.0 %、V:
0.02〜0.15%、Nb:0.02〜0.15%、Cu:0.5 〜2.5%の
一種あるいは二種以上を含み、密度が7.70 g/cm3 以上
の焼結鍛造鉄系合金部材。 【効果】 引張り強さ、疲労強度が向上し、溶製材と同
等の疲労強度が得られ、高疲労強度部品用に有利に適用
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高疲労強度が要求さ
れる部品に用いて好適な焼結鍛造鉄系合金部材を提供し
ようとするものである。焼結材は、溶製材に比較してコ
スト的に有利であり、自動車用部品、OA機器用部品な
どに広く用いられている。しかしながら、焼結材には空
孔が存在することなどから疲労強度が低いという欠点を
有していて、たとえば、自動車用のシンクロスリーブ部
品などに供するためは、その疲労強度を向上させること
が望まれている。したがって、焼結材の用途を拡大する
上からも疲労強度の向上をはかることが肝要である。
【0002】
【従来の技術】これまで、焼結材の疲労強度を向上する
方法としては、例えば、特開平1−132701号公報
に開示されている粉末治金用合金鋼粉のように、焼結体
密度の向上に有効な合金鋼粉の開発が行なわれてきた。
なお、合金の添加は引張強度とともに疲労強度を増加さ
せる。しかし、このような合金鋼粉を用いてさらに焼結
体密度を上げても、空孔が疲労破壊の起点にはならなく
なるものの、酸化物などの介在物が疲労破壊の起点とな
って、十分な疲労強度が得られなく、溶製材と同等のレ
ベルの疲労強度に到達させることはできなかった。
【0003】また、焼結体を熱処理して表面硬さを向上
させるにあたり、特に表面硬さの向上に有効なCrを添加
しても、疲労強度は必ずしも向上しないという弊害があ
った。これは、Crが酸化物を形成し、この酸化物が疲労
破壊の起点となるためである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記した
問題点を有利に解決し、高疲労強度部品に用いて好適な
溶製材と同等の疲労強度を有する焼結鍛造鉄系合金部材
を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の要旨は、 C:1.1 wt%以下及び Cr:0.6 wt%以上、1.5 wt%以下で、かつ、析出Crが0.
12wt%以下 を含有し、残部は鉄及び不可避不純物の成分組成にな
り、密度が7.70 g/ cm3 以上であることを特徴とする高
疲労強度部品用焼結鍛造鉄系合金部材(第1発明)であ
り、さらに、上記第1発明の残部成分の鉄の一部と置換
して、 Mn:0.1 wt%以上、0.8 wt%以下、 Ni:0.5 wt%以上、2.5 wt%以下、 Mo:0.1 wt%以上、2.0 wt%以下、 V:0.02wt%以上、0.15wt%以下、 Nb:0.02wt%以上、0.15wt%以下及び Cu:0.5 wt%以上、2.5 wt%以下 の1種又は2種以上を含有させるもの(第2発明)であ
る。
【0006】すなわち、この発明はCr含有量を0.6 〜1.
5 wt%の範囲に限定し、これらを合金化して析出Cr量を
0.12wt%以下とすることにより、Crの焼入れ性の向上効
果にともなう引張り強さ、疲労強度の向上、さらには熱
処理後の表面硬さを高めて耐摩耗性を向上させるなどCr
の効果を有効に引き出し、また、疲労破壊の起点となる
酸化物、析出状態のCrを減少させてこれらによる悪影響
を排除して疲労強度を向上させ、さらに、必要な引張、
疲労強度レベルに応じてMn, Ni, Mo,V, Nb, Cu などを
含有させるものである。
【0007】加えて、疲労強度向上に有効な部材の密度
を焼結鍛造により7.70 g/cm3 以上とするものであり、
かくすることにより、溶製材と同等レベルの疲労強度を
有する焼結鍛造鉄系合金部材を得ようとするものであ
る。なお、上記部材は、焼結鋳造後、浸炭調質処理を施
すものであることが好ましい。
【0008】
【作用】この発明の限定理由を以下に述べる。 化学成分組成 C:1.1 wt%以下 Cは鋼材の安価な強化元素であるが1.1 %を超えて含有
させるとオーステナイトが生成され、むしろ強度を低下
させる。したがって、その含有量は1.1 wt%以下とす
る。なお、Cは浸炭処理あるいは鋼粉にグラファイトを
添加する方法などにより調整できる。
【0009】 Cr:0.6 〜1.5 wt%、析出Cr:0.12wt%以下 Crは、この発明において重要な成分であり、前記したよ
うに、焼入れ性を向上させて、引張り強度及び疲労強度
を向上させ、さらに熱処理後の硬さを高め耐摩耗性を向
上させる効果がある。これらの効果を得るためには含有
量は0.6 wt%以上を必要とする。しかし、焼結材は粉末
を素材とするため1.5 wt%を超えて含有させると酸化物
の生成が多くなり、これが疲労破壊の起点となって疲労
強度を低下させる。したがって、その含有量は0.6 wt%
以上、1.5 wt%以下とする。
【0010】さらに、この発明においては、上記Cr含有
量の範囲内において、析出Cr量を限定することが重要で
ある。析出状態のCrは破壊の起点となり、引張り強さ、
疲労強度を低下させるばかりでなく、じん性にも悪影響
をおよぼす。したがって、析出Cr量の許容できる上限を
0.12wt%とする。
【0011】Mn:0.1 〜0.8 wt% Mnは、焼入性向上、固溶強化などによって鋼の強度を向
上させるが、含有量が0.1 wt%未満であるとその効果は
小さく、0.8 wt%を超えるとMn酸化物が多くなり強度、
靱性を低下させる。したがって、その含有量は0.1 wt%
以上、0.8 wt%以下とする。
【0012】Ni:0.5 〜2.5 wt% Niは、焼入性向上、固溶強化などによって鋼の強度を向
上させ、さらに靱性をも向上させるが、含有量が0.5 wt
%未満であるとその効果は小さく、2.5 wt%を超えると
過剰のオーステナイトが生成され、むしろ強度が低下す
る。したがって、その含有量は0.5 wt%以上、2.5 wt%
以下とする。
【0013】Mo:0.1 〜2.0 wt% Moは、焼入性向上、固溶強化などによって鋼の強度を向
上させるが、含有量が0.1 wt%未満であるとその効果は
小さく、2.0 wt%を超えるとオーステナイトが生成し、
強度が低下する。したがって、その含有量は0.1 wt%以
上2.0 wt%以下とする。
【0014】V,Nb:0.02〜0.15wt% V,Nbは、共に析出強化などによって鋼の強度を向上さ
せるが、それぞれ含有量が0.02wt%未満であると、その
効果は小さく、0.15wt%を超えると強度靱性を低下させ
る。したがってその含有量はV,Nb共に0.02wt%以上、
0.15wt%以下とする。
【0015】Cu:0.5 〜2.5 wt% Cuは、焼入性向上、固溶強化などによって鋼の強度を向
上させるが、含有量が0.5 wt%未満であると、その効果
は小さく、2.5 wt%を超えると強度、靱性を低下させ
る。したがって、その含有量は0.5 wt%以上、2.5 wt%
以下とする。
【0016】密度 焼結鍛造合金部材密度:7.70 g/cm3 以上 密度は、疲労強度に大きく影響をおよぼし、7.70 g/cm
3 未満では疲労強度が著しく低下する。したがって、そ
の密度は7.70 g/cm3 以上とする。
【0017】ここに、焼結鍛造合金部材の密度と引張り
強さ及び疲労強度との関係について行った実験結果につ
いて以下に述べる。 Cr:1.2 wt%、Mn:0.7 wt%及びMo:0.3 wt%を含む合
金鋼粉に、黒鉛粉:0.15wt%、ステアリン酸亜鉛粉:1
wt%を添加混合したのち、圧力6.5t/cm2 で密度7.0 g/
cm3 の成形体とし、その後、N2 雰囲気中で温度:1250
℃、時間:60分間の条件で焼結した。その後圧力を変え
て焼結鍛造を行ない、密度が7.60〜7.86g/cm3 の範囲の
焼結鍛造材5種類を作製し、それぞれ、温度:890 ℃、
時間:120 分間の浸炭処理(雰囲気のカーボンポテンシ
ャル:0.9 %) に続いて焼入れ後、180 ℃の温度で60分
間の焼もどしを施した。
【0018】なお、浸炭調質後の焼結鍛造材の化学成分
組成は表1のとおりである。
【表1】
【0019】上記の浸炭調質を行った焼結鍛造材につい
て、引張り強さ、小野式回転曲げ疲労試験による耐久疲
れ強さを調査した。これらの調査結果を図1(a) 、(b)
に示す。図1(a) は密度と引張強さの関係、図1(b) は
密度と耐久疲れ強さの関係を示したものである。
【0020】これらの図から明らかなように、良好な引
張り強さ及び耐久疲れ強さはともに密度が7.70 g/cm3
以上で得られることを示している。
【0021】
【実施例】実施例1 Cr:1.2 wt%, Mn:0.7 wt%及びMo:0.3 wt%を含む合
金鋼粉に、黒鉛粉:0.15wt%及びステアリン酸亜鉛粉:
1wt%(潤滑剤)を添加混合したのち、圧力6.5 t/cm
2 で、密度:7.0g/cm3 の成形体を作製した。これらの
成形体を、温度:1150, 1200, 1250℃、時間:60分間の
条件で焼結した後、温度:1050℃に加熱して、フリクシ
ョンプレスを用いて焼結鍛造を施し、密度:7.80 g/cm
3 の焼結鍛造材を作製した。さらにこれらの焼結鍛造材
を、890 ℃の温度で120 分間の浸炭処理(雰囲気のカー
ボンポテンシャル:0.9 %) につづいて焼入れしたの
ち、180 ℃の温度で60分間の焼もどし処理を施した。
【0022】このようにして得られた浸炭調質処理を施
した焼結鍛造材について、化学成分、引張り強さ及び小
野式回転曲げ疲労試験機による耐久疲れ強さを調査し
た。これらの調査結果を表2にまとめて示す。
【0023】
【表2】
【0024】表2から明らかなように、焼結温度が1150
℃の試料記号aの比較例は、析出Cr量がこの発明の上限
値以上であり、引張り強さ、耐久疲れ強さともに低い値
を示している。これに対し、焼結温度が1200℃、1250℃
の適合例の試料記号b及びcは析出Crがこの発明の上限
値以下であり、引張り強さ、耐久疲れ強さがともに高く
良好な値を示している。
【0025】実施例2 化学成分組成を種々に変化させた合金鋼粉に、黒鉛粉:
0.15wt%及びステアリン酸亜鉛粉:1wt%を添加混合し
たのち、上記実施例1と同様の方法により同様の密度の
成形体とした。これらの成形体を、温度:1250℃の条件
で、60分間の焼結を行ったのち、上記実施例1と同様の
焼結鍛造により同様の密度の焼結鍛造材とし、さらに上
記実施例1と同様の浸炭焼入れ焼もどしを施した。
【0026】このようにして得られた浸炭調質を施した
焼結鍛造材について、上記実施例1と同様の調査を行な
った。これらの調査結果を表3にまとめて示すが、この
表から明らかなようにこの発明の適合例は全て引張り強
さ耐久疲れ強さともに良好な値を示している。
【0027】
【表3】
【0028】実施例3 Cr:1.2 wt%、Mn:0.7 wt%およびMo:0.3 wt%を含む
合金鋼粉に、黒鉛量0.6, 0.9, 1.2 wt%と変化させて添
加混合したのち、密度7.0 g/cm3 の成形体とし、その
後、N2雰囲気中で温度:1250℃、時間:60分間の条件で
焼結した。その後、密度7.86g/cm3 になるように焼結鍛
造し、温度:890 ℃、時間:120 分間の浸炭処理(雰囲
気のカーボンポテンシャル:1.2 %) に続いて焼入れ
後、180 ℃の温度で60分間の焼もどしを施した。これら
の焼結鍛造材について、前記実施例1と同様の調査を行
った。(化学分析はC及び析出Crのみ)これらの調査結
果を表4に示す。
【0029】
【表4】
【0030】表4から明らかなようにこの発明の適合例
はすぐれた特性を示しているが、C量が過剰なC試料は
引張り強さ、耐久疲れ強さともに劣っている。
【0031】
【発明の効果】この発明は、化学成分組成、特にCr及び
析出Crを適正化し、さらに密度を適正化することによ
り、焼結鍛造部材の引張り強さ、疲労強度を向上させる
もので、この発明の焼結鍛造鉄系合金部材は、溶製材と
同等の疲労強度を有し、高疲労強度部品用として有利に
用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a) は、密度と引張り強さの関係を示すグラフ
である。 (b) は、密度と耐久疲れ強さ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】C:1.1 wt%以下及び Cr:0.6 wt%以上、1.5 wt%以下で、かつ、析出Crが0.
    12wt%以下 を含有し、残部は鉄及び不可避不純物の成分組成にな
    り、密度が7.70 g/ cm3 以上であることを特徴とする高
    疲労強度部品用焼結鍛造鉄系合金部材。
  2. 【請求項2】C:1.1 wt%以下及び Cr:0.6 wt%以上、1.5 wt%以下で、かつ、析出Crが0.
    12wt%以下 を含み、かつ、 Mn:0.1 wt%以上、0.8 wt%以下、 Ni:0.5 wt%以上、2.5 wt%以下、 Mo:0.1 wt%以上、2.0 wt%以下、 V:0.02wt%以上、0.15wt%以下、 Nb:0.02wt%以上、0.15wt%以下及び Cu:0.5 wt%以上、2.5 wt%以下 の一種又は2種以上を含有し、残部は鉄及び不可避不純
    物の成分組成になり、密度が7.70 g/ cm3 以上であるこ
    とを特徴とする高疲労強度部品用焼結鍛造鉄系合金部
    材。
JP25785491A 1991-10-04 1991-10-04 焼結鍛造鉄系合金部材 Pending JPH0598400A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0677591A1 (en) * 1994-04-15 1995-10-18 Kawasaki Steel Corporation Alloy steel powders, sintered bodies and method

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0677591A1 (en) * 1994-04-15 1995-10-18 Kawasaki Steel Corporation Alloy steel powders, sintered bodies and method
EP0960953A3 (en) * 1994-04-15 2002-08-21 Kawasaki Steel Corporation Alloy steel powders, sintered bodies and method

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