JPH06145702A - 粉末冶金用鋼粉の製造方法および焼結部品 - Google Patents

粉末冶金用鋼粉の製造方法および焼結部品

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JPH06145702A
JPH06145702A JP4296070A JP29607092A JPH06145702A JP H06145702 A JPH06145702 A JP H06145702A JP 4296070 A JP4296070 A JP 4296070A JP 29607092 A JP29607092 A JP 29607092A JP H06145702 A JPH06145702 A JP H06145702A
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phosphorus
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steel
sintering
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JP4296070A
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Nobuaki Akagi
宣明 赤城
Hitoshi Sakuma
均 佐久間
Tadashige Takai
伝栄 高井
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燐の偏析を起こさず、圧縮性に優れた粉末冶
金用鋼粉を製造し、寸法変化率が小さく、良好な軟質磁
気特性を有する焼結部品を提供すること。 【構成】 純鉄粉表面に鉄−燐合金粉末を拡散結合させ
るに当たり、燐含量が22〜28重量%である鉄−燐合
金粉末を拡散結合させることによって、0.1〜1.2
重量%の燐が含まれる鋼粉を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燐を含有する粉末冶金用
鋼粉の製造方法に関し、該粉末冶金用鋼粉を圧縮成形お
よび焼結して得られる、寸法変化率が小さく、かつ軟質
磁性材料として良好な特性を発現する焼結部品に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】粉末冶金は、物理的あるいは化学的に粉
末化された原料粉を金型に入れて圧縮成形した後に焼結
を行なって製品を得る方法であり、特に複雑形状部品の
工業的生産に優れた方法である。鉄−燐系粉末は、良好
な軟質磁気特性を発現する材料として、あるいは他種元
素を添加した上で機械構造部品用材料として多用されて
いる。
【0003】このような鉄−燐系焼結部品を製造するた
めの鉄ー燐系原料粉には、燐を溶解した溶湯をアトマイ
ズ法によって粉化したいわゆるプレアロイ粉と、純鉄粉
に、燐鉄、燐酸あるいは燐酸鉄等の燐供給源となる粉末
を配合したプレミックス粉があるが、プレアロイ粉末粒
子は燐を固溶させたものであるため非常に硬質で、金型
を用いた圧縮成形では成形品の密度が上がりにくく、激
しい金型損耗を招くという問題を有している。また、プ
レミックス粉には、圧縮性は良いものの配合した燐が偏
析を起こし、得られる製品の寸法精度や磁気特性にばら
つきを生じ易いという問題があった。
【0004】上記の問題点を解決するため、特公昭54
−21803号公報には、純鉄粉と12〜17重量%の
燐を含む鉄−燐合金粉末を微量の鉱油と共に混合し、比
較的低温で焼結した後に粉砕することによって、圧縮性
に優れ、かつ燐の偏析のない鋼粉を得る方法が開示され
ている。この方法によれば、従来のプレミックス粉に比
べて燐の偏析防止には効果がある。しかし、燐の供給源
として燐含量の少ない(12〜17重量%)鉄−燐合金
粉末を使用しているので、所望の燐含量の鋼粉を得るに
は上記鉄−燐合金粉末を多量に入れなければならず、こ
の鉄−燐合金粉末がかなり硬質であるため、やはり金型
の損耗が起きるという問題があった。さらに、図1の鉄
−燐状態図に示される様に一般的な粉末冶金の焼結温度
である1100〜1250℃では上記燐含量の鉄−燐合
金が溶融してしまうため、焼結工程で多量の液相が生じ
て寸法収縮が大きくなり、寸法精度の確保が困難になる
という問題もあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題を
解決し、燐の偏析を起こさず、圧縮性に優れた粉末冶金
用鋼粉を製造することと、寸法変化率および寸法のばら
つきが小さく、良好な軟質磁気特性を有する焼結部品を
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】上記課題を解決すること
のできた本発明の製造方法は、純鉄粉表面に鉄−燐合金
粉末を拡散結合させるに当たり、燐含量が22〜28重
量%である鉄−燐合金粉末を拡散結合させることによっ
て、0.1〜1.2重量%の燐が含まれる鋼粉を製造す
るところに要旨を有し、上記製造方法によって得られた
粉末冶金用鋼粉を圧縮成形および焼結して得られる焼結
部品も本発明に含まれる。
【0007】
【作用】本発明において用いられる純鉄粉としては、還
元鉄粉、アトマイズ鉄粉等が挙げられ、高純度のものを
用いるのが好ましい。また、寸法変化率が少なく高密度
の焼結部品を得るためには、圧縮性のよい純鉄粉を用い
ることが好ましい。圧縮性の目安としては、例えば、純
鉄粉に粉末冶金用潤滑剤を0.8重量%配合して5ton/
cm2 の圧力で成形した時に得られる成形品の密度(純鉄
粉単味圧縮性という)が6.95g/cm3 、より好ましく
は7.00g/cm3 以上となるものである。圧縮性が良好
な純鉄粉を使用して本発明の鋼粉を製造すると、鋼粉を
圧縮成形する工程において高密度の成形品が得られ、そ
の結果焼結時の寸法収縮が小さくなり、寸法のばらつき
が少なくなるのである。圧縮性が悪い純鉄粉を使用する
と焼結品の密度が低くなり、良好な寸法安定性や磁気特
性が得られない。
【0008】本発明では、純鉄粉表面に拡散結合させる
べき鉄−燐(以下鉄をFe、燐をPと表すことがある)
合金粉末を、P含量が22〜28重量%である合金組成
とすることが必須要件である。P含量が22重量%より
少ない合金粉末は好ましくない。図2には、Pが12〜
17重量%の従来例と、本発明法の焼結現象の模式図を
示した。従来例では、図1の状態図からも明らかな様
に、一般的な粉末冶金の焼結温度である1100〜12
50℃ではFe−P合金部分が溶融してしまうため、多
量のFe−P液相が生成する方が鉄粉相互の焼結ネック
が形成されるより早くなる。このFe−P液相存在下で
の焼結は、鉄粉が液相の表面張力の影響を受けて引きつ
けあうため著しく収縮し緻密化するが、この表面張力が
焼結体内部において均一でないために収縮率がばらつ
き、寸法ばらつきの要因となるのである。一方、本発明
の範囲内のP含量の粉末の場合は、鉄粉表面に拡散結合
されたFe−P合金粉末からPが拡散して液相を形成し
得る合金組成となるよりも、鉄粉同士の焼結ネックが形
成される方が早いため、従来例のような液相による不均
一な収縮は起こらない。また、P含量が28重量%より
多くなると、成形後の焼結工程における寸法変化率は小
さくなるが、Fe−Pの偏析に起因した寸法ばらつきと
磁気特性のばらつきが大きくなるため上限を28重量%
と定めた。
【0009】上記Fe−P合金粉末の粒径は75μm以
下が好ましい。より好ましくは63μm以下である。本
発明で使用するFe−P合金粉末は、P含量が従来のも
のに比べて多いため、粉末の粒径が大き過ぎると局所的
にPの多い部分ができ易くなり、Pが偏析してしまう可
能性がある。従って例えばPが28重量%の合金粉末を
使用する時には、粒径の小さいものを使用することが好
ましい。
【0010】Fe−P合金粉末を純鉄粉粒子に拡散接合
させる方法としては、拡散接合後に後述の所定のP含量
となる様に、Fe−P合金粉末と純鉄粉粉末を混合し、
700℃前後において10〜30分程度保持すればよ
く、この時、昇温域は脱炭雰囲気下で、均熱域を水素配
合雰囲気で行なうことが好ましいので、ベルト式連続炉
の使用が推奨されるが、特に限定はされない。
【0011】Fe−P合金粉末を純鉄粉粒子に拡散接合
させた後の鋼粉におけるP含有量は0.1〜1.2重量
%とする。図3には、P添加量が生成焼結体の磁気特性
を表す磁束密度(B50)に及ぼす影響を示したが、Pが
0.1重量%より少ないと純鉄粉の場合の磁束密度と変
わらず、Pが1.2重量%を超えると磁束密度向上の効
果が飽和してしまうことがわかる。従って本発明の鋼粉
中のP含有量は0.1〜1.2重量%と定めた。
【0012】以上の様に構成される本発明法によって得
られた粉末冶金用鋼粉は、公知の方法で潤滑剤等を添加
した後圧縮成形され、焼結されて焼結部品となる。な
お、Pの他に必要に応じてC等の材質改質元素を導入す
ることによって機械構造用材料としても使用できる。
【0013】本発明の鋼粉は圧縮性が良好であるので、
鋼粉を圧縮成形する工程において高密度な成形品が得ら
れ、その結果焼結時の寸法収縮が小さくなり、寸法のば
らつきが少なくなる。寸法変化率が小さくなり、寸法の
ばらつきが少なくなることには、Fe−P合金粒子の液
相生成のタイミングが鉄粉同士の焼結ネックが生成した
後となり、かつ液相量が従来例に比べて少ないため収縮
が少なくなることも効果を及ぼしており、これら種々の
効果が重なり合って、良質な磁気特性を有する焼結部品
が得られる。
【0014】
【実施例】以下実施例によって本発明をさらに詳述する
が、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・
後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て
本発明の技術範囲に包含される。 実施例1 Fe−P合金粉末中のPの含量および粉末の粒径を表2
に示した様に変化させたものを用いて鋼粉中のP含量が
1.2重量%となるように純鉄粉と混合し、熱処理を行
なって鉄粉とFe−P合金粉末を拡散結合させた鋼粉を
得た。純鉄粉は圧粉体密度7.05g/cm3 の表1に示し
た特性のものを用いた。
【0015】
【表1】
【0016】熱処理はベルト式連続炉中、昇温域は脱炭
雰囲気下で、均熱域を水素配合雰囲気下で700℃×2
0分行なった。得られた鋼粉に粉末冶金用潤滑剤(ステ
アリン酸亜鉛)を0.8重量%配合して、5ton/cm2
圧力で1種類ごとに100個ずつ連続式プレスを用いて
外径64mm,内径24mmのリング状に成形した。焼結は
1150℃×30分、水素10%と窒素90%の混合雰
囲気中で行なった。
【0017】それぞれの試料について、焼結前と焼結後
の外径寸法を測定し、焼結前の外径に対する焼結後の外
径を百分率で表して寸法変化率とした。マイナスは焼結
によって収縮したこと示す。寸法ばらつきは、100個
の焼結体の外径寸法のばらつきを統計量(R)で評価し
たものである。結果を表2に示した。
【0018】
【表2】
【0019】表2から明らかな様に、本発明例のものは
寸法変化率が小さく、寸法ばらつきも小さいが、Fe−
P合金粉末中のPの量が本発明の規定範囲内からはずれ
ると寸法ばらつきが大きくなっている。すなわち合金粉
末中のP量が寸法ばらつきに大きな影響をおよぼすこと
がわかる。一方、P量が同じ時には合金粉末の粒径の小
さい方が寸法ばらつきが小さくなっているが、寸法変化
率は大差がなかった。
【0020】実施例2 純鉄粉の単味圧縮性(純鉄粉に粉末冶金用潤滑剤を0.8
重量%配合して5ton/cm2 の圧力で成形した時に得られ
る成形品の密度)とPが26重量%のFe−P合金粉末
の量を鋼粉中のP含量が表3に示す量となる様に変化さ
せた時の、成形体および焼結体の密度と、寸法ばらつ
き、最大磁束密度、最大透磁率を測定し、表3に示し
た。最大磁束密度はB50の条件(磁界の強さ5000A/
m)で測定したものである。熱処理方法、成形条件、焼
結条件は実施例1と同じである。なお比較例として、特
公昭54−21803号に示された組成(P含量15
%)のFe−P合金粉末を用いた例を示した。
【0021】
【表3】
【0022】表3から明らかな様に、本発明例はいずれ
も寸法ばらつきが比較例に比べて小さい。純鉄粉単味圧
縮性が6.95g/cm3 の本発明例は焼結体密度が低いた
め比較例より磁気特性が若干低くなっているが、寸法ば
らつきは小さく、純鉄粉単味圧縮性が7.00g/cm3
上の本発明例はいずれも比較例より寸法ばらつきが小さ
く、磁気特性が大きく向上していた。
【0023】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、P
含量の高いFe−P合金粉末を純鉄粉に拡散結合してい
る鋼粉を得ることができ、寸法精度の高い、良好な磁気
特性を有する焼結部品を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】Fe−P合金状態図である。
【図2】従来例と発明例の焼結現象の模式図である。
【図3】粉末冶金用鋼粉中のP含量と焼結部品の磁束密
度の関係を表すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 純鉄粉表面に鉄−燐合金粉末を拡散結合
    させるに当たり、燐含量が22〜28重量%である鉄−
    燐合金粉末を拡散結合させることによって、0.1〜
    1.2重量%の燐が含まれる鋼粉を製造することを特徴
    とする粉末冶金用鋼粉の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法で得られた粉末冶
    金用鋼粉を圧縮成形および焼結したものである焼結部
    品。
JP4296070A 1992-11-05 1992-11-05 粉末冶金用鋼粉の製造方法および焼結部品 Withdrawn JPH06145702A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103305743A (zh) * 2013-06-18 2013-09-18 北京科技大学 一种粉末冶金工艺制备纯铁、铁磷软磁合金产品的方法
CN120600443A (zh) * 2025-08-08 2025-09-05 湖南屹林材料技术有限公司 一种低成本高磁性能的粉末冶金软磁材料的制备方法

Cited By (3)

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CN103305743B (zh) * 2013-06-18 2015-04-15 北京科技大学 一种粉末冶金工艺制备纯铁、铁磷软磁合金产品的方法
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