JPH0931590A - 焼結体の製造方法 - Google Patents

焼結体の製造方法

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JPH0931590A
JPH0931590A JP20916895A JP20916895A JPH0931590A JP H0931590 A JPH0931590 A JP H0931590A JP 20916895 A JP20916895 A JP 20916895A JP 20916895 A JP20916895 A JP 20916895A JP H0931590 A JPH0931590 A JP H0931590A
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JP
Japan
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powder
weight
thermal expansion
sintered body
raw material
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JP20916895A
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English (en)
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Akihito Otsuka
昭仁 大塚
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱膨張係数が低く、機械的特性にも優れてい
る焼結体の製造方法を提供する。 【解決手段】 Fe粉末と、Ni粉末と、Co粉末と
を、Niが30〜33重量%、Coが5〜7重量%、残
部が実質的にFeとなるよう配合して混合粉末とし、こ
の混合粉末に対してさらにC粉末を0.05〜0.4重
量%の割合で添加混合して原料粉末とし、該原料粉末を
圧縮して成形体とし、この成形体を1300〜1400
℃にて焼結する焼結体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱膨張係数の低い
焼結体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】FeにNiを添加して合金とする場合、
Niの添加量を増量して行くと、生成する合金の熱膨張
係数に変化が見られ、Niの添加量が36.5重量%と
なった時点で熱膨張係数がFeの約1/10程度を示す
ようになる。この合金は、実用的には加熱に伴う熱膨脹
が認められず、従って、Invariableの略でイ
ンバー或いは不変鋼と呼ばれている。
【0003】さらに、上記の合金にCoを添加した場
合、合金の熱膨張係数はより小さくなり、スーパーアン
バー合金と呼称されている。このようなスーパーアンバ
ー合金の一般的な組成としては、Niが30〜33重量
%、Coが5〜7重量%、残部がFeからなり、各合金
組成に調合された原材料を溶解した後、塑性加工により
得られた素材を元に機械加工して、部品を調達してい
る。しかしながら、高価な素材を用いて部品とするに
は、成形加工に際して発生する不要部分が多く、製品の
最終価格を押し挙げていた。これに対して、粉末を成形
したのち、焼結して製品とする粉末冶金方法を採用する
場合には、使用材料が製品化される割合は遥かに高くな
り、使用される原材料価格は大幅に低減されることが考
えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スーパ
ーアンバー合金の製造に際して、単に通常の粉末冶金方
法を採用する場合には、Ni粉末及びCo粉末の粒子間
における拡散反応が進行しにくく、結果として、製品と
しての充分な密度を得ることが難しく、密度を向上する
には、原料として超微粉末を選択し、焼結時間を遥かに
延長し、さらに、高価なHIP処理等を採用しなければ
ならなかった。
【0005】本発明は、熱膨張係数が低く、機械的特性
にも優れている焼結体の製造方法を提供することを目的
とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、Fe粉末と、Ni粉末と、Co粉末と
を、Niが30〜33重量%、Coが5〜7重量%、残
部が実質的にFeからなるよう配合して混合し、さらに
C粉末を0.05〜0.4重量%の割合で添加し、混合
した後、成形体とし、この成形体を1300〜1400
℃にて焼結する焼結体の製造方法を提供する。
【0007】本発明の実施に際しては、焼結体の製造に
用いる原料粉末の平均粒子径が5〜50μmであること
が好ましく、また、焼結処理を実施する雰囲気が真空、
若しくは水素ガス雰囲気であることが好ましい。
【0008】さらに、本発明の実施に際しては、成形体
の成形方法として射出成形方法を採用し、射出成形用原
料として、ワックスを主体としたバインダーを追加添加
した混合物を利用することが好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明において配合した粉末およ
び焼結後のNiおよびCo含有量は、Niが30〜33
重量%、Coが5〜7重量%であることが必要である。
NiおよびCoの含有量が上記組成範囲から外れると特
徴である熱膨張係数が高くなってしまう。また、CはC
O反応に必要な元素であるが、C量が少ないと反応が促
進されなくなり粉末中のOの除去や機械的特性を得るた
めの焼結体の緻密化が困難となるので、焼結体のC量を
0.05%以下、O量をO.20%以下、相対密度94
%以上になるように添加する。一方CO反応に必要な量
を超えるC添加は焼結体中にCが残留し、熱膨張係数が
高くなり、溶接性や耐食性に悪影響を及ぼすので、焼結
後のC量は0.05%以下にする。Cの添加量は使用す
る原料粉末のO量によって異なるが、通常は、0.05
〜0.4重量%である。さらに、使用する粉末の粒径は
粗いと緻密化が困難となり、一方細か過ぎても粉末中の
O量が多くなり価格も高くなるため、平均粒径で5〜5
0μmの粉末が望ましい。本発明における成形法はプレ
スによる圧縮成形、射出成形粉末冶金法などが適応され
るが、射出成形粉末冶金法では多量のバインダーを要す
るのでバインダー除去のときに、Cが残留しにくいバイ
ンダー、例えばワックスを主体としたバインダーを使用
することが望ましい。さらに、焼結は、真空、水素など
のCO反応が促進される雰囲気が必要である。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を比較例とともに以下に詳述
する。 [実施例1]本発明の実施例として、平均粒子径が10
μmで含有酸素量が0.27重量%であるFe粉末と、
平均粒子径が7μmで含有酸素量が0.25重量%であ
るNi粉末と、平均粒子径が5μmで含有酸素量が0.
22重量%であるCo粉末とを充分に混合し、Feが6
2重量%、Niが32重量%、Coが6重量%の割合で
構成される混合粉末とした後、上記の混合粉末に対し
て、さらに、平均粒子径が30μmのC粉末を添加し、
次いで混合して,C含有量が0.1重量%の原料粉末と
した。この原料粉末を金型に充填し、加圧力2000k
gf/cmで、外径20mm×内径10mm×高さ1
0mmの成形体を得た。
【0011】この成形体を真空中にて1350℃で2時
間焼結して得た焼結試験片について、測定した結果、C
量は0.005重量%、O量は0.007重量%、相対
密度は96.2%であり、また25〜100℃の熱膨張
係数は0.32×10−6/℃、25〜200℃の熱膨
張係数は0.75×10−6/℃、25〜300℃の熱
膨張係数は2.77×10−6/℃、25〜400℃の
熱膨張係数は5.68×10−6/℃、25〜500℃
の熱膨張係数は7.93×10−6/℃であって、原料
粉末にC粉末を添加しなかった場合の原料粉末に比較し
て相対密度、熱膨張係数ともに大幅に改善された結果を
示している。
【0012】[実施例2]原料粉末のC含有量を0.3
0重量%とし、焼結雰囲気を水素雰囲気とした以外は実
施例1と同様にして製造した焼結試験片について実施例
1同様に測定した結果、C量は0.013重量%、O量
は0.004重量%、相対密度は97.4%であり、ま
た25〜100℃の熱膨張係数は0.36×10−6
℃、25〜200℃の熱膨張係数は0.80×10−6
/℃、25〜300℃の熱膨張係数は2.95×10
−6/℃、25〜400℃の熱膨張係数は6.01×1
−6/℃、25〜500℃の熱膨張係数は8.07×
10−6/℃であって、原料粉末にC粉末を添加しなか
った場合の原料粉末に比較して相対密度、熱膨張係数と
もに大幅に改善された結果を示している。
【0013】[実施例3]実施例1の原料粉末に対し
て、ワックス系バインダーを45容量%添加して150
℃で混練してペレット状に造粒し、このペレットを射出
成形機を用いて射出成形し、さらにこの成形体を300
℃に1時間保持して脱バインダー処理し、その後、13
50℃にて2時間の焼結処理を施した。得られた焼結試
験片について測定した結果、C量は0.007重量%、
O量は0.008重量%、相対密度は96.1%であ
り、また25〜100℃の熱膨張係数は0.41×10
−6/℃、25〜200℃の熱膨張係数は0.79×1
−6/℃、25〜300℃の熱膨張係数は2.87×
10−6/℃、25〜400℃の熱膨張係数は5.96
×10−6/℃、25〜500℃の熱膨張係数は8.1
1×10−6/℃であって、原料粉末にC粉末を添加し
なかった場合の原料粉末に比較して相対密度、熱膨張係
数ともに大幅に改善された結果を示している。
【0014】[比較例1]実施例1において、Feが6
2重量%、Niが32重量%、Coが6重量%の割合で
構成される混合粉末に対してC粉末を添加すること無
く、混合粉末をそのままに原料粉末として成形した。こ
のような原料粉末を実施例1と同様にして処理し、得ら
れた焼結試験片について測定した。その結果、C量は
0.005重量%、O量は0.22重量%、相対密度は
88.6%であり、また25〜100℃の熱膨張係数は
0.67×10−6/℃、25〜200℃の熱膨張係数
は1.52×10−6/℃、25〜300℃の熱膨張係
数は3.67×10−6/℃、25〜400℃の熱膨張
係数は6.78×10−6/℃、25〜500℃の熱膨
張係数は8.97×10−6/℃であって、製品密度が
上記実施例に比べ劣るととともに、熱膨張係数値におい
ても同様に劣る値の焼結体しか得られなかった。
【0015】[比較例2]実施例1と同様に、Feが6
2重量%、Niが32重量%、Coが6重量%の割合で
構成される混合粉末に対してC粉末を0.67重量%の
割合で添加した他は、実施例1と同様にして処理して、
得られた焼結試験片について測定した結果、C量は0.
17重量%、O量は0.003重量%、相対密度は9
8.3%であるが、25〜100℃の熱膨張係数が0.
75×10−6/℃、25〜200℃の熱膨張係数が
1.67×10−6/℃、25〜300℃の熱膨張係数
が4.75×10−6/℃、25〜400℃の熱膨張係
数が7.22×10−6/℃、25〜500℃の熱膨張
係数が9.55×10−6/℃であって、相対密度にお
いては良好な値を示したものの、熱膨張係数においては
上記実施例に劣る値の焼結体しか得られなかった。ま
た、製品に残存して含有されるC量が高く、耐食性が悪
化するとともに、溶接性も上記実施例に劣るものであっ
た。
【0016】[比較例3]比較例1と同様な組成の合金
を溶解して後、塑性加工により製造して得た素材より切
り出した試験片について測定した結果、相対密度は10
0.0%であるが、25〜100℃の熱膨張係数が0.
68×10−6/℃、25〜200℃の熱膨張係数が
1.57×10−6/℃、25〜300℃の熱膨張係数
が4.09×10−6/℃、25〜400℃の熱膨張係
数が6.93×10−6/℃、25〜500℃の熱膨張
係数が8.91×10−6/℃であって、相対密度にお
いては良好な値を示したものの、熱膨張係数においては
上記実施例に劣る値の焼結体しか得られなかった。
【0017】[比較例4]原料粉末の平均粒径が55μ
mであって、規定された平均粒径の50μmを超える原
料粉末を用いた他は、実施例1と同様にして処理した焼
結試験片について測定した結果は、充分な強度を持つ試
験片を得ることができなかった。
【0018】なお、上記の結果を表1、表2としてまと
めて列記する。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば94%
以上の相対密度を有し、熱膨脹係数の極めて低い良好な
製品を容易に製造することができ、工業的に有用な効果
が認められるものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fe粉末と、Ni粉末と、Co粉末と
    を、Niが30〜33重量%、Coが5〜7重量%、残
    部が実質的にFeとなるよう配合して混合粉末とし、こ
    の混合粉末に対してさらにC粉末を0.05〜0.4重
    量%の割合で添加混合して原料粉末とし、該原料粉末を
    圧縮して成形体とし、この成形体を1300〜1400
    ℃にて焼結することを特徴とする焼結体の製造方法。
  2. 【請求項2】 焼結体の製造に用いる原料粉末の平均粒
    子径が5〜50μmであることを特徴とする請求項1記
    載の焼結体の製造方法。
  3. 【請求項3】 成形体に焼結処理を実施する雰囲気が真
    空、若しくは水素ガス雰囲気であることを特徴とする請
    求項1又は2記載の焼結体の製造方法。
  4. 【請求項4】 成形体の成形方法は射出成形方法であっ
    て、射出成形用原料として、ワックスを主体としたバイ
    ンダーを追加添加した混合物を利用することを特徴とす
    る請求項1乃至3のいずれか1項に記載の焼結体の製造
    方法。
JP20916895A 1995-07-25 1995-07-25 焼結体の製造方法 Pending JPH0931590A (ja)

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