JPH09194908A

JPH09194908A - 焼結鍛造品およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09194908A
Application number: JP473896A
Authority: JP
Inventors: Koji Tominaga; 浩司富永
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】鍛造後に切削加工することなく、焼結鍛造品
の表面部の脱炭層を少なくし、焼結鍛造品の強度を高め
る。【解決手段】焼結工程と鍛造工程との間に、ショット
ピーニング法により冷間で焼結体の表面部の気孔を潰す
封孔工程を加える。これにより、焼結体の表面部の密度
が高まるとともに、鍛造時の加熱による脱炭が生じにく
くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結鍛造品および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の焼結鍛造方法では、圧粉体を加熱
して焼結させた焼結体をそのまま再加熱した後、鍛造を
行うようにしている。しかし、この従来の方法では、鍛
造前の加熱において焼結体の表面部に脱炭が生じ、鍛造
後の焼結鍛造品においても深さ0.5mm 程度の脱炭層が残
る。このような脱炭が生じるのは、焼結体には多数の気
孔が存在することも一因である。この脱炭層は、焼結鍛
造品の強度、耐久性を弱める。なお、鍛造では、焼結体
の表面部は金型に接して冷えるので、密度が上がらず、
焼結体の表面部の強度を高めることは難しい。

【０００３】そこで、従来は、鍛造後の焼結鍛造品の寸
法を最終製品形状よりも若干大きめに設定しておき、焼
結鍛造品の表面部を0.7mm 程度切削して脱炭層を削り取
るようにしていた。しかし、この従来の方法では、切削
する分、原料を無駄に多く使うことになるとともに、切
削加工は加工費がかかるため、コストが高くつく。ま
た、特公平6-23403 号公報には、焼結鍛造品である焼結
鍛造コンロッドの疲労強度を高めるために、鍛造後に焼
結鍛造コンロッドにショットブラスト法を施して、焼結
鍛造コンロッドの表面部の密度を高めることが記載され
ている。しかし、この特公平6-23403 号公報に記載の方
法では、脱炭層はそのまま残るため、これが強度低下を
きたす。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
焼結鍛造方法では、焼結鍛造品の表面部に深い脱炭層が
生じ、この脱炭層を切削加工により除去するようにして
いたため、コストが高くつく問題があった。本発明は、
このような問題点を解決しようとするもので、鍛造後に
切削加工を行うことなく、焼結鍛造品の表面部の脱炭層
を少なくすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の焼結鍛
造品は、前記目的を達成するために、原料粉末を加圧し
て圧粉体を成形し、この圧粉体を加熱して焼結し、この
焼結後の焼結体の表面部を冷間で機械的に封孔処理し、
この封孔処理後の焼結体を熱間鍛造してなるものであ
る。

【０００６】こうして得られた焼結鍛造品は、鍛造後に
切削加工を行うまでもなく、表面部の脱炭層が少なくな
っている。それに加えて、機械的な封孔処理により表面
部の密度が高くなることにより、高い強度を有する。請
求項２の発明は、請求項１の発明の焼結鍛造品におい
て、前記熱間鍛造後の表面部の脱炭層深さが0.1mm 以下
であるものである。

【０００７】すなわち、鍛造前の封孔処理により、鍛造
後の脱炭層深さを0.1mm 以下にできるが、これにより、
十分な強度を得られる。請求項３の発明の焼結鍛造品の
製造方法は、前記目的を達成するために、原料粉末を加
圧して圧粉体を成形する粉末成形工程と、この粉末成形
工程により得られた圧粉体を加熱して焼結する焼結工程
と、この焼結工程により得られた焼結体の表面部を冷間
で機械的に封孔処理する封孔工程と、この封孔工程後の
焼結体を熱間鍛造する鍛造工程とを備えたものである。

【０００８】そして、冷間で行われる封孔工程では脱炭
は生じないが、鍛造に先だって焼結体の表面部の気孔を
潰しておくことにより、鍛造に際して焼結体が加熱され
るとき、この焼結体の表面部の脱炭は少なくなる。請求
項４の発明は、請求項３の発明の焼結鍛造品の製造方法
において、前記封孔工程は、ショットピーニング法また
はショットブラスト法により封孔処理するものである。

【０００９】すなわち、ショットを焼結体の表面にたた
きつけることにより、この焼結体の表面部の密度を高め
て、その気孔を潰す。かなり複雑な表面形状の焼結体で
も、ショットピーニング法またはショットブラスト法を
用いるならば適用可能である。

【００１０】

【発明の実施形態】以下、本発明の焼結鍛造品およびそ
の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説
明する。図２は、ワーク（圧粉体、焼結体、鍛造体）１
の形状の一例を示している。このワーク１は、円環状の
ものである。また、図３は、ワーク1Aの形状の他の例を
示している。このワーク1Aは、歯車状のものである。

【００１１】製造に際しては、図１に示すように、例え
ば鉄系の原料粉末を粉末成形プレスにより加圧して圧粉
体を成形する（粉末成形工程）。ついで、この圧粉体を
焼結炉により加熱して焼結する（焼結工程）。ついで、
この焼結後の焼結体の表面部を冷間で機械的に封孔処理
する（封孔工程）。ついで、鍛造を熱間で行うために焼
結体を再加熱し（再加熱工程）、その後、焼結体を鍛造
プレスにより加圧して鍛造する（鍛造工程）。そして、
前記封孔工程としては、例えばショットピーニング法ま
たはショットブラスト法が用いられる。

【００１２】冷間で行われる封孔工程では脱炭は生じな
いが、鍛造に先だって焼結体の表面部の気孔を潰してお
くことにより、再加熱工程において焼結体が加熱される
とき、この焼結体の表面部の脱炭は少なくなる。すなわ
ち、鍛造後の鍛造体（焼結鍛造品）の表面部の脱炭層深
さは、0.1mm 以下と浅くなる。その上、鍛造体の表面部
は、封孔工程で気孔が機械的に潰されることにより、密
度が高くなっているので、鍛造体の強度が十分に高ま
る。したがって、脱炭層を取り除くために、鍛造工程後
に切削加工を行う必要がなくなり、コストを低減でき
る。

【００１３】ショットピーニング法またはショットブラ
スト法による封孔工程においては、ショット（鋼球）を
焼結体の表面にたたきつけることにより、この焼結体の
表面部の密度を高めて、その気孔を潰す。したがって、
図２に示すような単純な形状の焼結体のみならず、図３
に示すような歯車状の焼結体、あるいは、さらに複雑な
形状の焼結体でも、表面全体の気孔を確実に潰せる。ま
た、ショットピーニング法やショットブラスト法は、切
削加工に比べ、低いコストで能率よくできる。

【００１４】なお、封孔処理の手段は、ショットを用い
たものに限るものではなく、焼結体の表面を圧延する表
面ローリングやバニシングなど各種手段を用いることが
できる。例えば、ローリングでは、ローラを焼結体の表
面で転がすことにより、この焼結体の表面を圧延して、
この表面部の気孔を潰す。これは、焼結体の端面部ある
いは外周面部など、特定の部分のみを封孔処理すればよ
い場合には効果的な手段である。さらに、鍛造後に浸炭
焼入を行うことも可能である。

【００１５】

【実施例】ここで、焼結工程および鍛造前の再加熱工程
間に加えられたショットピーニング法およびその作用効
果について、具体例を挙げながら説明する。ショットピ
ーニング法には、テーブルショットや回転（エプロン）
ショットや直進式ショットがあり、いずれも利用できる
が、ここでは、テーブルショットを用いた場合の結果を
示す。まず、本例におけるショットピーニング法の条件
を明らかにするために、アークハイト（JIS B 0130によ
る）の測定結果を図４に示す。アークハイトは、ショッ
トを当てたときの試験片の撓み量であり、その値が大き
いほどショットピーニング法のエネルギーは大きい。シ
ョットの径は1.5mm であり、ショット機の出力を変えた
２つの場合について結果を示してある。同図において、
黒丸および実線のグラフは、標準片であるアルメンスト
リップＡの試験片についての結果であり、白丸および破
線のグラフは、焼結体の試験片についての結果である。

【００１６】対象とした焼結体は、図２に示すものであ
り、その外径は約110mm 、厚さ（軸方向長さ）は約15mm
である。図５から図７には、鍛造前の気孔の分布を示す
焼結体の断面の顕微鏡写真を示してある。これらの図に
おいて、（Ａ）は図２（ロ）に示すＡ部、（Ｂ）は同Ｂ
部の写真である。また、図５はショットピーニング法を
施していないもの、図６はショットピーニング法を15分
間施したもの、図７はショットピーニング法を30分間施
したものを示している。これらの写真において、粒状に
黒く見える部分が気孔である。明らかに、ショットピー
ニング法を施したものは、施していないものよりも、表
面部（図示上側の部分）の気孔が少なくなっている。ま
た、ショットピーニング法を30分間施したものは、15分
間施したものよりも、さらに表面部の気孔が少なくなっ
ている。

【００１７】また、図８から図１３には、金属組織を示
す鍛造体の断面の顕微鏡写真を示してある。これらの図
において、図８、図１０および図１２はＡ部、図９、図
１１および図１３は同Ｂ部の写真である。また、図８お
よび図９はショットピーニング法を施していないもの、
図１０および図１１はショットピーニング法を15分間施
したもの、図１２および図１３はショットピーニング法
を30分間施したものを示している。これらの写真におい
て、明るく見えている部分はフェライトである。いずれ
の写真においても、鍛造体の表面部（図示上側の部分）
には、脱炭によりほとんどフェライトのみとなった脱炭
層が見られる。しかし、ショットピーニング法を施した
ものは、施していないものよりも、脱炭層が大幅に浅く
なっている。また、ショットピーニング法を30分間施し
たものは、15分間施したものよりも、さらに脱炭層が浅
くなっていることがわかる。

【００１８】また、図１４には、ショットピーニング法
を施していないものと、ショットピーニング法を15分間
施したものと、ショットピーニング法を30分間施したも
のとについて、鍛造前の焼結体および鍛造後の鍛造体の
各部の密度の測定結果を示してある。同図において、破
線のグラフは焼結体の密度、実線のグラフは鍛造体の密
度を示している。また、三角形の印は図２（ロ）に示す
ａ部（一方の端面部）の密度、円形の印は同ｂ部（中間
部）の密度、四角形の印は同ｃ部（他方の端面部）の密
度を示している。なお、図２（ロ）においては、ａ部、
ｂ部およびｃ部の領域を明確にするために、ａ部および
ｃ部にはクロスハッチングを付してある。総じて、ショ
ットピーニング法を施していないものよりも、ショット
ピーニング法を施したものの方が密度は高くなってい
る。特に、中央部ｂよりも、表面部であるａ部およびｃ
部は、ショットピーニング法を施すことによる密度の上
昇が顕著である。

【００１９】また、図１５には、ショットピーニング法
を施していないものと、ショットピーニング法を10分間
施したものと、ショットピーニング法を20分間施したも
のと、ショットピーニング法を30分間施したものとにつ
いて、鍛造体のＨ_RＣ表面硬さの測定結果を示してい
る。同図において、白丸は各標本の値、黒丸は標本平均
を示している。これは、後述する図１６も同様である。
ショットピーニング法を施していないものよりも、ショ
ットピーニング法を施したものの方が表面硬さはより硬
く、かつ、ショットピーニング法の時間が長いほど、表
面硬さがより硬くなる傾向がみられる。表面硬さがより
硬いということは、密度がより高いとともに、脱炭深さ
がより浅いということを示している。

【００２０】さらに、図１６には、ショットピーニング
法を施していないものと、ショットピーニング法を10分
間施したものと、ショットピーニング法を20分間施した
ものと、ショットピーニング法を30分間施したものとに
ついて、鍛造体の圧環強度（JIS Z 2507による）の測定
結果を示している。圧環強度は、鍛造体をその軸と平行
な２面で加圧して割れが生じ始めるときの荷重から求め
られるものである。明らかに、ショットピーニング法を
施していないものよりも、ショットピーニング法を施し
たものの方が圧環強度はより強く、かつ、ショットピー
ニング法の時間が長いほど、圧環強度がより強くなって
いる。本焼結鍛造品の場合、望ましい圧環強度は3000kg
f 以上であるが、ショットピーニング法を施していない
ものでは、圧環強度が3000kgf 未満であるのに対して、
ショットピーニング法を10分以上施せば、概ね3000kgf
以上の圧環強度が得られている。

【００２１】以上の結果から、鍛造前に焼結体にショッ
トピーニング法を施すことにより、焼結体の表面部の気
孔が潰れて、焼結体、鍛造体の表面部の密度が上がると
ともに、鍛造体の表面部の脱炭層が少なくなり、この鍛
造体の強度が高まることが明らかである。

【００２２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、焼結体の表面
部を冷間で機械的に封孔処理した後、焼結体を熱間鍛造
してなる焼結鍛造品なので、表面部の密度が高いととも
に、脱炭層が少なく、強度が高い。また、鍛造後の切削
加工も不要なので、低いコストで製造できる。

【００２３】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、鍛造工程後の表面部の脱炭層深さが0.
1mm 以下なので、鍛造後の切削加工を行うことなく、十
分な強度が得られる。請求項３の発明によれば、焼結鍛
造品の製造方法において、焼結工程と鍛造工程との間
に、焼結体の表面部を冷間で機械的に封孔処理する封孔
工程を加えたので、焼結体の表面部の密度が高くなると
ともに、鍛造工程時に生じる脱炭が少なくなり、焼結鍛
造品の強度が向上する。したがって、鍛造後に切削加工
を行うことも不要になり、コストを下げられる。

【００２４】請求項４の発明によれば、請求項３の発明
の効果に加えて、封孔工程は、ショットピーニング法ま
たはショットブラスト法により封孔処理する工程なの
で、かなり複雑な表面形状の焼結体でも、表面部の気孔
を確実に潰せる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焼結鍛造方法を示す工程の流れ図であ
る。

【図２】ワークの一例を示すもので、（イ）は平面図、
（ロ）は一部の断面図である。

【図３】ワークの他の例を示す平面図である。

【図４】ショットピーニング法におけるアークハイトを
示すグラフである。

【図５】ショットピーニング法を施していない焼結体の
断面の写真である。

【図６】ショットピーニング法を15分間施した焼結体の
断面の写真である。

【図７】ショットピーニング法を30分間施した焼結体の
断面の写真である。

【図８】ショットピーニング法を施していない鍛造体の
Ａ部の断面の写真である。

【図９】ショットピーニング法を施していない鍛造体の
Ｂ部の断面の写真である。

【図１０】ショットピーニング法を15分間施した鍛造体
のＡ部の断面の写真である。

【図１１】ショットピーニング法を15分間施した鍛造体
のＢ部の断面の写真である。

【図１２】ショットピーニング法を30分間施した鍛造体
のＡ部の断面の写真である。

【図１３】ショットピーニング法を30分間施した鍛造体
のＢ部の断面の写真である。

【図１４】焼結体および鍛造体の密度を示すグラフであ
る。

【図１５】鍛造体の表面硬さを示すグラフである。

【図１６】鍛造体の圧環強度を示すグラフである。

【符号の説明】

１，1A ワーク（圧粉体、焼結体、鍛造体）

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【手続補正書】

【提出日】平成８年４月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図３】ワークの他の例を示す平面図である。

【図５】ショットピーニング法を施していない焼結体の
断面の顕微鏡写真である。

【図６】ショットピーニング法を15分間施した焼結体の
断面の顕微鏡写真である。

【図７】ショットピーニング法を30分間施した焼結体の
断面の顕微鏡写真である。

【図８】ショットピーニング法を施していない鍛造体の
Ａ部の断面の金属組織を表す顕微鏡写真である。

【図９】ショットピーニング法を施していない鍛造体の
Ｂ部の断面の金属組織を表す顕微鏡写真である。

【図１０】ショットピーニング法を15分間施した鍛造体
のＡ部の断面の金属組織を表す顕微鏡写真である。

【図１１】ショットピーニング法を15分間施した鍛造体
のＢ部の断面の金属組織を表す顕微鏡写真である。

【図１２】ショットピーニング法を30分間施した鍛造体
のＡ部の断面の金属組織を表す顕微鏡写真である。

【図１３】ショットピーニング法を30分間施した鍛造体
のＢ部の断面の金属組織を表す顕微鏡写真である。

【図１５】鍛造体の表面硬さを示すグラフである。

【図１６】鍛造体の圧環強度を示すグラフである。

【符号の説明】１，1A ワーク（圧粉体、焼結体、鍛造体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、こ
の圧粉体を加熱して焼結し、この焼結後の焼結体の表面
部を冷間で機械的に封孔処理し、この封孔処理後の焼結
体を熱間鍛造してなることを特徴とする焼結鍛造品。
【請求項２】前記熱間鍛造後の表面部の脱炭層深さが
0.1mm 以下であることを特徴とする請求項１記載の焼結
鍛造品。
【請求項３】原料粉末を加圧して圧粉体を成形する粉
末成形工程と、この粉末成形工程により得られた圧粉体
を加熱して焼結する焼結工程と、この焼結工程により得
られた焼結体の表面部を冷間で機械的に封孔処理する封
孔工程と、この封孔工程後の焼結体を熱間鍛造する鍛造
工程とを備えたことを特徴とする焼結鍛造品の製造方
法。
【請求項４】前記封孔工程は、ショットピーニング法
またはショットブラスト法により封孔処理する工程であ
ることを特徴とする請求項３記載の焼結鍛造品の製造方
法。