JPH0629476B2 - 焼結部品の製造方法 - Google Patents
焼結部品の製造方法Info
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- JPH0629476B2 JPH0629476B2 JP61189760A JP18976086A JPH0629476B2 JP H0629476 B2 JPH0629476 B2 JP H0629476B2 JP 61189760 A JP61189760 A JP 61189760A JP 18976086 A JP18976086 A JP 18976086A JP H0629476 B2 JPH0629476 B2 JP H0629476B2
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- sintering
- sintered
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、焼結部品の製造方法に関する。
（従来の技術） 鉄系焼結材料の用途としては、大量生産によるコストメ
リットを生かした構造用部品や気孔部に含油させた無給
油軸受等が主流を占めていたが、最近では強度を必要と
する部品にも、軽量化やコスト低減を目的に採用されつ
つある。このため、鉄系焼結材料の高強度化を達成する
ために銅、ニッケル、モリブデン、クロム等の合金元素
を添加したプレアロイ（予合金）粉末を、焼結材料とし
て使用する焼結部品の製造が試みられている。
リットを生かした構造用部品や気孔部に含油させた無給
油軸受等が主流を占めていたが、最近では強度を必要と
する部品にも、軽量化やコスト低減を目的に採用されつ
つある。このため、鉄系焼結材料の高強度化を達成する
ために銅、ニッケル、モリブデン、クロム等の合金元素
を添加したプレアロイ（予合金）粉末を、焼結材料とし
て使用する焼結部品の製造が試みられている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のプレアロイ粉末を使用する方法
は、通常の焼結温度では充分に高強度を達成できないた
め、特に高い強度を必要とする部品、例えば内燃機関用
のコンロッドを製造するためには、1200℃以上の高温域
での焼結、並びにそれに伴うCr、Mn等の強化元素の酸化
を防止するための焼結雰囲気の厳密な管理が必要とされ
ていた。このため、設備の新設やランニングコストの大
幅な増加が避けられず、期待されたコスト低減が達成さ
れないため、実用化には到らず、コンロッドのような部
品は、熱間鍛造法によって製造せざるを得ないのが現状
である。また、プレアロイ合金粉末を低温で焼結するた
めに焼結活性化粉末を添加することからなる焼結方法
（特願昭60-99275号）も試みられているが、コンロッド
のような部品の製造のためには、さらに高強度化を達成
できる焼結部品の製造方法が望まれている。従って、本
発明は、現在コンロッドとして主流を占めている鋼材の
熱間鍛造によるコンロッドに比較して強度は同等又は同
等以上であり、耐久性に優れ、しかも軽量化が達成され
た焼結コンロッドを、従来の原料や工程に大幅な変更を
加えずに製造する方法を提供することを目的とする。
は、通常の焼結温度では充分に高強度を達成できないた
め、特に高い強度を必要とする部品、例えば内燃機関用
のコンロッドを製造するためには、1200℃以上の高温域
での焼結、並びにそれに伴うCr、Mn等の強化元素の酸化
を防止するための焼結雰囲気の厳密な管理が必要とされ
ていた。このため、設備の新設やランニングコストの大
幅な増加が避けられず、期待されたコスト低減が達成さ
れないため、実用化には到らず、コンロッドのような部
品は、熱間鍛造法によって製造せざるを得ないのが現状
である。また、プレアロイ合金粉末を低温で焼結するた
めに焼結活性化粉末を添加することからなる焼結方法
（特願昭60-99275号）も試みられているが、コンロッド
のような部品の製造のためには、さらに高強度化を達成
できる焼結部品の製造方法が望まれている。従って、本
発明は、現在コンロッドとして主流を占めている鋼材の
熱間鍛造によるコンロッドに比較して強度は同等又は同
等以上であり、耐久性に優れ、しかも軽量化が達成され
た焼結コンロッドを、従来の原料や工程に大幅な変更を
加えずに製造する方法を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の焼結部品の製造
方法は、鉄基合金粉末に、Ｃ： 0.5〜 6.7％及び不可避
不純物を含有し残部が実質的にＦｅからなる焼結活性化
粉末２％〜10％、黒鉛粉末 0.5〜 1.3％並びに潤滑剤を
添加混合する混合工程、これを加圧成形して平均密度
6.8g/mm3〜7.4g/mm3の圧粉体を製造する成形工程、該圧
粉体を真空中または保護雰囲気中にて 700℃〜 900℃に
加熱保持する予熱工程、これを真空中または保護雰囲気
中にて1140℃〜1200℃に加熱保持する焼結工程、さらに
これを20℃／分〜 120℃／分の冷却速度で 200℃まで冷
却する冷却工程からなることを特徴とする。
方法は、鉄基合金粉末に、Ｃ： 0.5〜 6.7％及び不可避
不純物を含有し残部が実質的にＦｅからなる焼結活性化
粉末２％〜10％、黒鉛粉末 0.5〜 1.3％並びに潤滑剤を
添加混合する混合工程、これを加圧成形して平均密度
6.8g/mm3〜7.4g/mm3の圧粉体を製造する成形工程、該圧
粉体を真空中または保護雰囲気中にて 700℃〜 900℃に
加熱保持する予熱工程、これを真空中または保護雰囲気
中にて1140℃〜1200℃に加熱保持する焼結工程、さらに
これを20℃／分〜 120℃／分の冷却速度で 200℃まで冷
却する冷却工程からなることを特徴とする。
鉄基合金粉末としては、高強度化のための合金元素、例
えば銅、ニッケル、モリブデン、クロム等を含むものが
使用される。そのような合金粉末としては、例えばＳＡ
Ｅ４１００(Cr 0.99％、Mn 0.78％、Mo 0.29％、Ｏ
0.16％及び残部Fe)として市販されているものを使用
してもよい。
えば銅、ニッケル、モリブデン、クロム等を含むものが
使用される。そのような合金粉末としては、例えばＳＡ
Ｅ４１００(Cr 0.99％、Mn 0.78％、Mo 0.29％、Ｏ
0.16％及び残部Fe)として市販されているものを使用
してもよい。
焼結活性化粉末は、ベース粉末表面の酸化物被膜を比較
的低い温度から還元除去し、ネックの形成を促進させる
働きをするが、添加量が２％未満では強度向上への効果
が不十分であり、10％を越えると圧縮性が低下するた
め、焼結活性化粉末の添加量は２〜10％未満とする。
的低い温度から還元除去し、ネックの形成を促進させる
働きをするが、添加量が２％未満では強度向上への効果
が不十分であり、10％を越えると圧縮性が低下するた
め、焼結活性化粉末の添加量は２〜10％未満とする。
焼結活性化粉末中の炭素量は、 0.5％未満では活性化が
不十分であり、また、 6.7％を越えると活性化への効果
が飽和状態となるとともに粉末自体の生産性が低下す
る。このため、焼結活性化粉末中の炭素量は、 0.5％〜
6.7％とする。
不十分であり、また、 6.7％を越えると活性化への効果
が飽和状態となるとともに粉末自体の生産性が低下す
る。このため、焼結活性化粉末中の炭素量は、 0.5％〜
6.7％とする。
潤滑剤としては、この目的のために通常使用されるもの
のうちいずれを用いてもよく、例えばステアリン酸亜鉛
を使用することができる。
のうちいずれを用いてもよく、例えばステアリン酸亜鉛
を使用することができる。
コンロッド用焼結材料のように、特に高い強度が必要と
される部品の製造の場合には、焼結後の炭素量を増やす
必要があるが、製造コストの面から黒鉛の方が安価であ
るため、活性化効果を上回る分の炭素については、黒鉛
で供給するのが好ましい。この場合、焼結後の炭素量が
0.5％未満では必要な強度が達成されず、逆に 1.3％を
越えると炭化物を過剰に析出して強度が低下する恐れが
ある。従って、焼結後の炭素量は、 0.5％〜 1.3％の範
囲とするのが好ましく、従って黒鉛粉末を 0.5〜 1.3％
の量で添加するのが好ましい。
される部品の製造の場合には、焼結後の炭素量を増やす
必要があるが、製造コストの面から黒鉛の方が安価であ
るため、活性化効果を上回る分の炭素については、黒鉛
で供給するのが好ましい。この場合、焼結後の炭素量が
0.5％未満では必要な強度が達成されず、逆に 1.3％を
越えると炭化物を過剰に析出して強度が低下する恐れが
ある。従って、焼結後の炭素量は、 0.5％〜 1.3％の範
囲とするのが好ましく、従って黒鉛粉末を 0.5〜 1.3％
の量で添加するのが好ましい。
圧粉体の製造は、成形用金型および静圧用ラバー型等に
より、製造する焼結部品に近似した形状に成形すること
により行うことができる。製造された焼結部品の平均密
度は、6.8g/cm3未満では焼結部品として必要な強度が得
られず、7.4g/cm3を越えると軽量化の効果が小さくなる
ため、平均密度が6.8g/cm3〜7.4g/cm3となるような荷重
で成形して製造するのが好ましい。
より、製造する焼結部品に近似した形状に成形すること
により行うことができる。製造された焼結部品の平均密
度は、6.8g/cm3未満では焼結部品として必要な強度が得
られず、7.4g/cm3を越えると軽量化の効果が小さくなる
ため、平均密度が6.8g/cm3〜7.4g/cm3となるような荷重
で成形して製造するのが好ましい。
続いて、成形された圧粉体を真空中または保護雰囲気下
で加熱することにより表面の酸化物被膜の除去が行われ
る。焼結活性化粉末によるベース粉末表面の酸化物の還
元除去は 600℃付近からおこるが、 700℃以下の温度域
では充分ではなく、強度向上への効果が不十分である。
逆に、 900℃以上の温度域では黒鉛による還元作用が支
配的とるため、ネックの形成、成長が不十分となる。
で加熱することにより表面の酸化物被膜の除去が行われ
る。焼結活性化粉末によるベース粉末表面の酸化物の還
元除去は 600℃付近からおこるが、 700℃以下の温度域
では充分ではなく、強度向上への効果が不十分である。
逆に、 900℃以上の温度域では黒鉛による還元作用が支
配的とるため、ネックの形成、成長が不十分となる。
従って、焼結活性化粉末によるベース粉末表面の酸化物
を還元除去して、ネックの形成及び成長を充分行わせる
には、 700℃〜 900℃に加熱保持することが必要であ
る。加熱保持時間は、焼結部品の大きさにもよるが、予
熱の効果を得るのに充分な時間行う必要があり、例えば
内燃機関のコンロッドの場合には30分間以上である。
を還元除去して、ネックの形成及び成長を充分行わせる
には、 700℃〜 900℃に加熱保持することが必要であ
る。加熱保持時間は、焼結部品の大きさにもよるが、予
熱の効果を得るのに充分な時間行う必要があり、例えば
内燃機関のコンロッドの場合には30分間以上である。
焼結は、好ましくは1140℃〜1200℃の範囲の温度で、真
空または保護雰囲気下で行われる。
空または保護雰囲気下で行われる。
予熱及び焼結工程における真空中とは、103 orr以下の
減圧度を表し、また、保護雰囲気下とは、焼結部品を酸
化から保護するための雰囲気下であり、例えば窒素、ア
ンモニア分解ガス、ブタン変性ガス、プロパン変性ガス
雰囲気下である。
減圧度を表し、また、保護雰囲気下とは、焼結部品を酸
化から保護するための雰囲気下であり、例えば窒素、ア
ンモニア分解ガス、ブタン変性ガス、プロパン変性ガス
雰囲気下である。
焼結後の冷却は、20℃／分ないし120 ℃／分の範囲より
も遅いかまたは早い冷却速度で冷却すると、パーライト
またはマルテンサイトの組織となり、焼結部品に要求さ
れる強度が得られないため、20℃／分から120℃／分の
冷却速度で行う。
も遅いかまたは早い冷却速度で冷却すると、パーライト
またはマルテンサイトの組織となり、焼結部品に要求さ
れる強度が得られないため、20℃／分から120℃／分の
冷却速度で行う。
（作用） 本発明により製造される焼結部品は、上記で限定した条
件で予備加熱するため、焼結活性化粉末中の炭素により
プレアロイ合金粉末表面の金属酸化物被膜が効率よく還
元されるため、1200℃以下の温度で、プレアロイ合金に
よる焼結体を得ることができる。また、焼結材料の組
成、冷却工程等の条件を上記のように限定することによ
り高強度化が達成される。
件で予備加熱するため、焼結活性化粉末中の炭素により
プレアロイ合金粉末表面の金属酸化物被膜が効率よく還
元されるため、1200℃以下の温度で、プレアロイ合金に
よる焼結体を得ることができる。また、焼結材料の組
成、冷却工程等の条件を上記のように限定することによ
り高強度化が達成される。
（実施例） 実施例１： 粒径−１００メッシュのＳＡＥ４１００粉末(Cr 0.99
％、Mn 0.78％、Mo 0.29％、Ｏ 0.16％及び残部Fe)
に、該粉末に対して 8％の焼結活性化粉末(Fe及び５％
のＣからなる)、 0.5％の黒鉛粉末(ACP)及び 0.8％の潤
滑剤（ステアリン酸亜鉛）を添加し、Ｖ型混合機により
混合し、金型成形法により 4.5t/cm２〜7.2t/cm２の荷
重をかけ、平均密度6.8g/cm3のコンロッド圧粉体を製作
した。次に、アンモニア分解ガス雰囲気中にて 850℃で
30分加熱し、その後、同じくアンモニア分解ガス雰囲気
中にて1150℃×60分の焼結を行い、30℃／分の冷却速度
で 200℃まで冷却し、焼結コンロッドを製造した。得ら
れた焼結コンロッドの炭素量は0.77％、平均密度は、
6.8g/cm３であった。
％、Mn 0.78％、Mo 0.29％、Ｏ 0.16％及び残部Fe)
に、該粉末に対して 8％の焼結活性化粉末(Fe及び５％
のＣからなる)、 0.5％の黒鉛粉末(ACP)及び 0.8％の潤
滑剤（ステアリン酸亜鉛）を添加し、Ｖ型混合機により
混合し、金型成形法により 4.5t/cm２〜7.2t/cm２の荷
重をかけ、平均密度6.8g/cm3のコンロッド圧粉体を製作
した。次に、アンモニア分解ガス雰囲気中にて 850℃で
30分加熱し、その後、同じくアンモニア分解ガス雰囲気
中にて1150℃×60分の焼結を行い、30℃／分の冷却速度
で 200℃まで冷却し、焼結コンロッドを製造した。得ら
れた焼結コンロッドの炭素量は0.77％、平均密度は、
6.8g/cm３であった。
実施例２ないし４： 下記の表の製造条件に基づいて、実施例１と同様の方法
により焼結コンロッドを製造した。
により焼結コンロッドを製造した。
比較例１： 市販のＪＩＳ Ｓ５５Ｌ材を用いて、熱間鍛造法により
コンロッド形状に加工し、 830℃に30分間加熱保持した
後、油焼入（油温60℃）し、550 ℃×60分の焼戻しを施
すことによりコンロッドを製作した。得られたコンロッ
ドの平均密度は、7.86g/cm３であり、均一であった。な
お、本比較例は、現在実際に行われているロッドの製造
方法の例を示すものである。
コンロッド形状に加工し、 830℃に30分間加熱保持した
後、油焼入（油温60℃）し、550 ℃×60分の焼戻しを施
すことによりコンロッドを製作した。得られたコンロッ
ドの平均密度は、7.86g/cm３であり、均一であった。な
お、本比較例は、現在実際に行われているロッドの製造
方法の例を示すものである。
比較例２ないし９： 実施例１と同様の方法により、下記の表１に示す製造条
件により焼結コンロッドを製造した。各比較例は、それ
ぞれ焼結材料の組成、予熱条件、焼結条件、冷却速度等
の製造条件のうちの少なくとも一つが本発明の製造条件
と異なっているものである。
件により焼結コンロッドを製造した。各比較例は、それ
ぞれ焼結材料の組成、予熱条件、焼結条件、冷却速度等
の製造条件のうちの少なくとも一つが本発明の製造条件
と異なっているものである。
試験例１： 疲労試験機により、上記の実施例及び比較例で製造した
コンロッドの疲労強度を測定した。結果を下記の表１及
び第１図のグラフに示す。
コンロッドの疲労強度を測定した。結果を下記の表１及
び第１図のグラフに示す。
表１及び第１図のグラフより明らかなように、実施例１
ないし４により製造された焼結コンロッドの疲労強度
は、比較例１の熱間鍛造コンロッドの疲労強度と比べ
て、同程度またはそれ以上である。一方、比較例３ない
し９は、従来より開発されているプレアロイ合金粉末
を、本発明による製造条件によらずに焼結することから
なる方法であるが、これにより製造された焼結コンロッ
ドの疲労強度は、実施例１ないし４及び比較例１のコン
ロッドに比べて低くなっている。また、比較例２は、比
較例３ないし９の方法と同様、本発明による製造条件に
よらずにプレアロイ合金粉末を焼結することからなる方
法であるが、焼結を高温（１３００℃）にしているた
め、比較例１と同程度の疲労強度を達成される。しかし
ながら、該方法は高温で焼結するため、特殊な設備及び
焼結雰囲気の厳密な管理を必要とする。
ないし４により製造された焼結コンロッドの疲労強度
は、比較例１の熱間鍛造コンロッドの疲労強度と比べ
て、同程度またはそれ以上である。一方、比較例３ない
し９は、従来より開発されているプレアロイ合金粉末
を、本発明による製造条件によらずに焼結することから
なる方法であるが、これにより製造された焼結コンロッ
ドの疲労強度は、実施例１ないし４及び比較例１のコン
ロッドに比べて低くなっている。また、比較例２は、比
較例３ないし９の方法と同様、本発明による製造条件に
よらずにプレアロイ合金粉末を焼結することからなる方
法であるが、焼結を高温（１３００℃）にしているた
め、比較例１と同程度の疲労強度を達成される。しかし
ながら、該方法は高温で焼結するため、特殊な設備及び
焼結雰囲気の厳密な管理を必要とする。
試験例２： 上記実施例１ないし４及び比較例２で製造したコンロッ
ドについて、下記に示す条件で台上耐久試験を行った。
ドについて、下記に示す条件で台上耐久試験を行った。
使用 E/G： 4気筒、1600cc、ガソリン E/G E/G 回転数：6000rpm 負荷：全負荷 時間：300hr 本試験において、実施例１ないし４及び比較例２で製造
したコンロッドにおいては、何ら問題は生じなかった。
したコンロッドにおいては、何ら問題は生じなかった。
試験例３： 上記の全実施例及び比較例について重量を測定し、比較
例１に対する軽量化の達成度（％）を調べた。結果を上
記の表及び第２図のグラフに示す。表及びグラフより明
らかなように、実施例１〜４の焼結コンロッドは、比較
例１の熱間鍛造コンロッドと比較して 9.7％ないし13.5
％の軽量化が達成されている。
例１に対する軽量化の達成度（％）を調べた。結果を上
記の表及び第２図のグラフに示す。表及びグラフより明
らかなように、実施例１〜４の焼結コンロッドは、比較
例１の熱間鍛造コンロッドと比較して 9.7％ないし13.5
％の軽量化が達成されている。
（発明の効果） 本発明の方法により、プレアロイ合金粉末、焼結活性化
粉末及び黒鉛を焼結し、適当な速度で冷却して製造され
た焼結部品は、従来の熱間鍛造法により製造される焼結
部品に比べて高い強度を有し、しかも軽量である。さら
に、従来開発されているプレアロイ合金粉末を使用する
焼結方法のように1200℃以上の高温での焼結及び製造条
件の厳密な管理を行なう必要がないため、特別な設備を
必要とすることもなく、また量産化が容易であり、低コ
スト化を達成することができる。
粉末及び黒鉛を焼結し、適当な速度で冷却して製造され
た焼結部品は、従来の熱間鍛造法により製造される焼結
部品に比べて高い強度を有し、しかも軽量である。さら
に、従来開発されているプレアロイ合金粉末を使用する
焼結方法のように1200℃以上の高温での焼結及び製造条
件の厳密な管理を行なう必要がないため、特別な設備を
必要とすることもなく、また量産化が容易であり、低コ
スト化を達成することができる。
第１図は、本発明の実施例及び比較例により製造したコ
ンロッドの疲れ強さを示すグラフ、第２図は上記のコン
ロッドの重量を示すグラフである。
ンロッドの疲れ強さを示すグラフ、第２図は上記のコン
ロッドの重量を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】鉄基合金粉末に、Ｃ： 0.5〜 6.7％及び不
可避不純物を含有し残部が実質的にＦｅからなる焼結活
性化粉末２％〜10％、黒鉛粉末 0.5〜 1.3％並びに潤滑
剤を添加混合する混合工程、これを加圧成形して平均密
度 6.8g/mm3〜7.4g/mm3の圧粉体を製造する成形工程、
該圧粉体を真空中または保護雰囲気中にて 700℃〜 900
℃に加熱保持する予熱工程、これを真空中または保護雰
囲気中にて1140℃〜1200℃に加熱保持する焼結工程、さ
らにこれを20℃／分〜 120℃／分の冷却速度で 200℃ま
で冷却する冷却工程からなる焼結部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61189760A JPH0629476B2 (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 焼結部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61189760A JPH0629476B2 (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 焼結部品の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6345348A JPS6345348A (ja) | 1988-02-26 |
| JPH0629476B2 true JPH0629476B2 (ja) | 1994-04-20 |
Family
ID=16246717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61189760A Expired - Lifetime JPH0629476B2 (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 焼結部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0629476B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3258765B2 (ja) * | 1993-06-02 | 2002-02-18 | 川崎製鉄株式会社 | 高強度鉄系焼結体の製造方法 |
| JP6728530B2 (ja) * | 2016-11-24 | 2020-07-22 | 住友電工焼結合金株式会社 | 焼結体の製造方法 |
-
1986
- 1986-08-13 JP JP61189760A patent/JPH0629476B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6345348A (ja) | 1988-02-26 |
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