JPH09287002A - 粉末冶金用混合粉 - Google Patents

粉末冶金用混合粉

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JPH09287002A
JPH09287002A JP8101256A JP10125696A JPH09287002A JP H09287002 A JPH09287002 A JP H09287002A JP 8101256 A JP8101256 A JP 8101256A JP 10125696 A JP10125696 A JP 10125696A JP H09287002 A JPH09287002 A JP H09287002A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 寸法変動が小さく高い寸法精度を有する焼結
部品を製造できるFe−Cu系あるいはFe−Cu−C系の粉末
冶金用混合粉を提案する。 【解決手段】 鉄系粉と銅粉とあるいはさらに黒鉛粉と
を混合してなるFe−Cu系あるいはFe−Cu−C系の粉末冶
金用混合粉で、銅粉中のPb含有量を0.05wt%以下と制限
した銅粉を用いることにより、焼結中の寸法変動を小さ
くできる。混合粉の組成は、銅粉:0.1 〜5wt%あるい
はさらに黒鉛粉:2wt%以下および残部鉄系粉からな
り、前記鉄系粉は、前記銅粉を表面に拡散付着させたも
のが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品等の製造
に用いる粉末冶金用混合粉に関し、とくに、寸法安定性
に優れた焼結部品の製造に適した原料混合粉に関する。
【0002】
【従来の技術】機械構造用部品等の製造においては、仕
上切削量をできるだけ少なくして最終部品形状に加工
し、生産性を高めることが要求されている。そのために
は、粉体を成形した成形体から、焼結・熱処理を経た部
品素材にいたるまで寸法の安定性が重要となる。とくに
焼結時の寸法変化を零に近ずけることが、部品の寸法安
定性を良くする最も重要な点となる。
【0003】鉄系の焼結材料では、優れた機械的性質と
高い経済性の観点から、最も一般的な合金元素としてCu
が用いられている。しかし、Fe−Cu系は、焼結時に「銅
膨張現象」とよばれる著しい膨張が生じることが知られ
ている。この「銅膨張現象」は、焼結中に混合粉中に含
まれる銅粉が溶融し、周囲の鉄粒子間の隙間に浸潤し拡
散することにより生じる膨張現象である。
【0004】Fe−Cu系にCを添加すると、Cu量が少ない
範囲ではある程度の膨張抑制効果を示すため、Fe−Cu−
C系の焼結材料は多く用いられてきたが、しかし、Cu量
が多量の場合には、寸法変化を抑えることはできなかっ
た。焼結時の寸法変化を抑えるため、従来から、幾つか
の試みがなされてきた。たとえば、特開昭56-20142号公
報には、Fe−Cu系焼結合金に、Bを0.03wt%以上含有さ
せることにより、焼結時の銅の溶融による銅膨張現象を
抑えようとする鉄銅系高密度焼結合金の製造法が提案さ
れている。また、特開昭55-2791 号公報には、Fe−Cu系
あるいはFe−Cu−C系粉末にPを0.15〜1.0wt %含有さ
せることにより、焼結時の銅の溶融に伴う膨張を抑制
し、良好な寸法正確性が得られることが開示されてい
る。さらに、特開昭59-123740 号公報には、Fe−Cu−P
−C系焼結合金部材の製造法が示され、原料粉末として
Cu−P合金粉末を使用することにより、Cu−P液相の発
生がわずかづつ生じ、焼結体の寸法変化が小さくなるこ
とが開示されている。
【0005】また、特開昭53-92306号公報、特開昭53-1
28513 号公報および特開平1-290702号公報には、鉄粉の
表面に銅を拡散付着させることにより、銅の偏析を防止
し、優れた寸法正確性を有する焼結部品を製造できるこ
とが開示されている。しかしながら、上記した技術によ
っても、Fe−Cu系あるいはFe−Cu−C系の焼結機械部品
の焼結時の寸法変化を十分抑制できず、高精度機械部品
製造に際しては、サイジング等の矯正が不可欠であっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】Fe−Cu系あるいはFe−
Cu−C系の原料混合粉は、焼結中に、Fe中へのCu、Cの
固相拡散、Cuの溶融、Feの相変態等が複雑に絡んだ膨張
収縮挙動を起こし、焼結体は複雑な寸法変化を生ずる。
本発明は、上記問題を有利に解決し、寸法変動の小さい
焼結部品を製造できる粉末冶金用混合粉を提案すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、焼結時に、
Fe−Cu系あるいはFe−Cu−C系の原料混合粉に生ずる、
このような膨張収縮挙動に影響する要因を鋭意検討し
た。焼結時、Fe−Cu系あるいはFe−Cu−C系の原料混合
粉に生ずる膨張挙動は、混合粉中に含まれる銅粉が溶融
し、周囲の鉄粒子間の隙間に浸潤して急速に拡散するこ
とにより生じる膨張現象である。銅液相と鉄固相の間の
現象であるため、銅液相中の微量成分や、鉄固相に存在
する微量成分が大きく影響していると考え、とくに、銅
粉に含まれる微量元素の影響を検討した結果、混合粉に
使用する銅粉に微量含まれるPbが焼結体の寸法変動に大
きな影響を及ぼしていることを突き止めた。まず、本発
明の基礎になった実験について説明する。
【0008】見掛け密度、Mn、Si含有量がわずかに相違
するアトマイズ鉄系粉A、B、Cに、Pb含有量の相違す
る銅粉2.0wt %と、黒鉛粉0.8 wt%とをステアリン酸亜
鉛0.75wt%とともに混合し、成形したのち、還元雰囲気
中で1130℃×20min 焼結した。焼結後の外径寸法を測定
し、成形金型の外径寸法に対する変化率を求め、図1に
示す。
【0009】図1から、銅粉中のPb含有量が0.05wt%を
超えると、寸法変化率が大きくなり、さらに、鉄系粉
A、B、Cの間で寸法変化率の相違が大きくなることが
わかる。すなわち、銅粉中のPb含有量を0.05wt%以下す
ることにより、寸法変化率および鉄系粉の銘柄、ロット
の相違による寸法変化のばらつきを低く抑えることがで
きる。
【0010】本発明は、上記知見に基づき構成されたも
のである。すなわち、本発明は、鉄系粉と銅粉あるいは
さらに黒鉛粉とを配合してなる焼結部品製造用原料混合
粉であって、前記銅粉が、Pb含有量が0.05wt%以下の銅
粉であることを特徴とする粉末冶金用混合粉であり、好
ましくは、前記混合粉は、銅粉: 0.1〜5wt%あるいは
さらに黒鉛粉:2wt%以下および残部鉄系粉からなり、
さらに、前記鉄系粉は、前記銅粉の一部または全部を表
面に拡散付着させたものであることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明では、焼結部品製造用原料
混合粉として、鉄系粉と銅粉あるいはさらに黒鉛粉とを
配合する。本発明では、配合する銅粉に含まれるPb含有
量を0.05wt%以下に制限する。銅粉中のPb含有量を0.05
wt%以下にすることにより、混合粉成形体の焼結中の寸
法変化を許容できる範囲以内(好ましくは0.40%以下)
にすることができる。また、混合粉に配合される鉄系粉
のばらつき、たとえば鉄系粉の銘柄、ロット等の相違に
よる微量元素のばらつき、による混合粉成形体の焼結中
の寸法変化のばらつきも少なく、許容できる範囲内とす
ることができる。銅粉中のPb含有量が0.05wt%を超える
銅粉では、融点が低下し、さらに銅液相の表面張力が低
下し鉄粒子表面への濡れ性が増大して、銅膨張が助長さ
れるため、寸法変化が大きくなると考えられる。また、
銅粉中に含まれるPbを減少させることは、銅液相の鉄粒
子への濡れ性に対する諸因子の影響を少なくしているも
のと推定される。このようなことから、銅粉中のPb含有
量は0.05wt%以下とする。
【0012】混合粉への銅粉の配合量は、0.1 〜5wt%
とすることが好ましい。混合粉へ配合された銅粉は、焼
結時に液相となり、鉄粉へ拡散し、焼結部品の強度を増
加させ焼結収縮を防止する効果を有する。混合粉への銅
粉の配合量が、0.1 wt%未満では、その効果が認められ
ず、また5wt%を超えると焼結中の寸法変化が大きくな
り、焼結部品の寸法精度が低下する。このため、銅粉の
配合量は、0.1 〜5wt%の範囲とした。
【0013】混合粉への黒鉛粉の配合量は、2wt%以下
とすることが好ましい。黒鉛粉は、焼結中に鉄粉へ容易
に拡散し、合金化して、焼結体の強度を上昇することが
できるため、必要に応じ配合する。2wt%を超える黒鉛
粉の添加は、焼結体の寸法精度が劣化するため、配合す
る場合は、2wt%以下とする。黒鉛粉は、鱗片状の天然
黒鉛粉が好適である。
【0014】本発明で使用する鉄系粉は、還元鉄粉、ア
トマイズ鉄粉、電解鉄粉等いずれも好適に適用でき、と
くに限定する必要はないが、合金元素を含有できるアト
マイズ鉄粉が好適である。また、本発明では、銅粉の一
部または全部を予め鉄粉粒子表面に拡散付着させた鉄系
粉がCuの偏析防止、寸法変化のバラツキ軽減の観点から
好適である。鉄粉粒子表面への銅粉の拡散付着は、鉄系
粉と銅粉を混合し還元雰囲気で熱処理することにより達
成できる。鉄粉粒子表面への銅粉の拡散付着量は、 0.1
〜5%の全範囲で効果的である。
【0015】そのほか、混合粉には、潤滑材、被削性改
善物質を添加してもよい。潤滑材としてはステアリン酸
亜鉛、ワックスなどが好適である。上記した組成の原料
混合粉は、圧縮成形により、所定の寸法の成形体とさ
れ、非酸化性雰囲気で焼結するのが好適である。
【0016】
【実施例】
(実施例1)粒度が#80メッシュ以下で、0.013 wt%S
i、0.17wt%Mnを含有する見掛け密度2.98の鉄系粉
(A)、0.020wt %Si、0.25wt%Mnを含有する見掛け密
度2.79の鉄系粉(B)および0.025wt %Si、0.22wt%Mn
を含有する見掛け密度2.68の鉄系粉(C)の3種のアト
マイズ鉄粉に、粒度が#200 メッシュ以下で、Pb含有量
が0.002 〜0.10wt%の銅粉と、あるいはさらに0.8 〜2.
3 wt%の天然黒鉛粉を、0.75wt%のステアリン酸亜鉛と
ともに、表1に示す割合で混合して混合粉としたのち、
プレスによりφ35×φ14×10mmのリング形状に成形し
た。成形体の成形密度は6.85g/cm3 であった。これら成
形体を、CO2 濃度が0.3vol%のRXガス雰囲気中で焼結
した。焼結後、焼結体外径寸法を測定し、成形金型の外
径寸法に対する変化率および外径寸法変化率の標準偏差
を計算した。外径寸法の変化率の測定結果を表1に示
す。
【0017】
【表1】
【0018】本発明例の試片No.1〜6 では、外径寸法の
変化率は低く、また、Mn、Si等の含有量が異なる鉄系粉
をもちいても外径寸法変化率の変動は少ない。また、同
一配合試片間の寸法変化率の標準偏差も小さい。これに
対し、銅粉中のPb含有量が高い試片No.10 、12、12、15
の比較例では、外径寸法変化率は大きく、かつ標準偏差
も大きい。さらに、鉄系粉の種類の相違により、外径寸
法変化率にばらつきが生じている。また、銅粉の配合量
または黒鉛粉の配合量が本発明の範囲外である試片No.1
1 、13の比較例でも、外径寸法変化率は大きく、外径寸
法変化率の標準偏差の偏差も大きい。
【0019】(実施例2)粒度が#80メッシュ以下の、
0.013wt%Si、0.17wt%Mnを含有するアトマイズ鉄粉
と、粒度が# 250メッシュ以下の0.03wt%Pbを含有する
銅粉(2wt%)とを混合し、還元雰囲気中で熱処理し、
鉄粉表面に銅粉を拡散付着させた。この銅粉を表面に拡
散付着させた鉄系粉に、粒度が# 250メッシュ以下の0.
03wt%Pbを含有する銅粉を 1.0wt%、さらに、黒鉛粉を
1.0wt%混合し、原料混合粉とした。この原料混合粉
を、プレスによりφ35×φ14×10mmのリング形状に成形
した。成形体の成形密度は6.85g/cm3 であった。これら
成形体を、CO2 濃度が0.3vol%のRXガス雰囲気中で焼
結した。焼結後、焼結体外径寸法を測定し、成形金型の
外径寸法に対する変化率を計算した。その結果、外径寸
法の変化率は0.25%と非常に低かった。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、焼結中の寸法変動を有
効に抑制でき、サイジング等の矯正をすることなく、高
度な寸法精度を有する焼結機械部品の製造が可能とな
り、生産性・経済性が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】寸法変化率と銅粉中のPb含有量との関係を示す
グラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄系粉と銅粉あるいはさらに黒鉛粉とを
    配合してなる焼結部品製造用原料混合粉であって、前記
    銅粉が、Pb含有量が0.05wt%以下の銅粉であることを特
    徴とする粉末冶金用混合粉。
  2. 【請求項2】 前記混合粉が銅粉:0.1 〜5wt%あるい
    はさらに黒鉛粉2wt%以下および残部鉄系粉からなる請
    求項1記載の粉末冶金用混合粉。
  3. 【請求項3】 前記鉄系粉が、前記銅粉の一部または全
    部を表面に拡散付着させたものであることを特徴とする
    請求項1または2記載の粉末冶金用混合粉。
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WO2010137735A1 (ja) * 2009-05-28 2010-12-02 Jfeスチール株式会社 粉末冶金用鉄基混合粉末
JP2015004099A (ja) * 2013-06-20 2015-01-08 住友電工焼結合金株式会社 Fe−Cu−C系焼結材料の製造方法

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