JPS5871302A - 高密度焼結材の製造方法 - Google Patents

高密度焼結材の製造方法

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JPS5871302A
JPS5871302A JP17009681A JP17009681A JPS5871302A JP S5871302 A JPS5871302 A JP S5871302A JP 17009681 A JP17009681 A JP 17009681A JP 17009681 A JP17009681 A JP 17009681A JP S5871302 A JPS5871302 A JP S5871302A
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JP
Japan
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powder
density
heated
raw material
sintering
Prior art date
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Pending
Application number
JP17009681A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeo Omura
大村 武雄
Takeyoshi Kajinaga
梶永 剛啓
Kunio Kurita
栗田 邦夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPS5871302A publication Critical patent/JPS5871302A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • B22F3/14Both compacting and sintering simultaneously

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高密度焼結材の製造方法に関し、とくに粉末
の流動性な害しない非酸化性雰囲気の温間での成形によ
って、高強度、高靭性化を達成するのに好適な高密度焼
結機械部品の製造方法について提案するものである。
近年、焼結機械部品の生産は、年々増加の一途を辿って
いるが、反面その伸び率はやや鈍化してきている。その
理由の一つは、焼結機械部品が多孔質体であることから
、溶製材をベースとした機械部分に較べて強度靭性に劣
り、その適用領域が自と限定されてしまうからである。
最近このような焼結機械部品の欠点を克服するため、高
密度化する種々の方法が提案されており、それら【大別
すると次の二点に要約される。
一つは、焼結体を金型中で再圧縮して密度を高める;い
わゆる再圧縮法であり、他の一つは一旦単純形状の成形
体(プレフォーム)としたのち、これ管加熱して金型中
で熱間圧縮し高密度化する;いわゆる粉末鍛造法である
。しかし、これらの方法は、いずれも金型による圧縮工
程が二面にわたるため、生産性が低くコスト高になるの
で好ましくない。
その上、とくに上記粉末鍛造法の場合にあっては、金型
寿命、寸法精度、部品表面の欠陥などの点で未解決の問
題もあり、余り実用化されていないのが実情である。
上述のような従来技術の問題点に鑑み、本発明はプロセ
スの単純化に努めて成形工程をただ一回とした。すなわ
ち、従来の焼結機械部品の製造法と同様に、成形−焼結
の単純な工程で直接高密度焼結機械部品を得るように工
夫した。
それに加え本発明は、純鉄粉、合金鋼粉を問わず310
℃付近から急激に圧縮性が改曽され向上するという新規
知見に依拠欧ものであり、それに応じて構成したもので
ある。以下に構成の詳細を説明する。
本発明は、鉄鋼粉に黒鉛粉や合金成分を必要に応じて混
合し準備した原料粉末を、高密度化し易い温開成形をす
るためにまず最初にN2やムrのような非酸化性ガス:
すなわち不活性ガスまたは/および還元性のガス雰囲気
中でJjO−610℃に加熱する。この温度範囲の加熱
は、次の成形工程で密度な高くし易くするために行うも
のであり、粉末としての流動性を害しないように行うの
が重要である。この温度が3jO″C未満では、7t/
c11以下の成形圧力で7.J9/cj以上の高いレベ
ルの密度を得ることは困難である。一方、120℃を超
えて高温に加熱した場合、原料粉末粒子間で焼結、凝着
が始まり、粉末の流動性が犠牲にされる結果、金型中へ
の粉末の充填が困難になる。従って本発明法では、粉末
の焼結化を防止して高密度化しやすくするための原料粉
末の加熱温度範囲は、310〜4!0℃でなければなら
ない。なお、原料粉末の加熱雰囲気には、低温加熱にと
もなう爆発の危険性大という理由から、還元性ガスの使
用は可能な限り避けて、N2やムrのような不活性ガス
を主体に用いることが望ましい。
次に、上述のように加熱した原料粉末を、予熱した金型
中へ装入し7t/cj以下の圧力で温間成形を施し、密
度7.3〜7.79/cdの圧粉体とする。
この処理に当って重要なことは、金型を所定の温度に予
熱しておくことである。その予熱の温度としては、/!
0−4I!10℃の範囲内が好適である。金型の予熱温
度がago″Cを超えて高くなると、金型の強度低下が
著しくなり、逆に/jjO℃未満では、熱疲労その他に
より金型寿命が短くなり易いほか、圧粉体表面の温度低
下が著しくなり、その結果表面の密度が上がり難くなる
からである。
なお、上記温開成形にあっては圧粉密度が高くなるから
、一般的粉末冶金法で採用されるような脱ろう処理が■
しくなる。従って、本発明法にあっては、原料粉末中に
潤滑剤を混合することができないので、水に黒鉛粉を懸
濁させたものや、油に二硫化モリブデンを懸濁させた液
状の潤滑剤e金溜内に予めスプレーする金型潤滑方式を
用いる。
このように金型潤滑方式を採用することにより、圧粉体
の焼結時に従来粉末冶金法のような脱ろう処理を施す必
要がないため、焼結温度まで急速昇温させることができ
、甚だ好都合である。
また、本発明法で成形圧力をft、/csl以下とする
が、その理由は、金型強度、金型寿命を考慮したもので
ある〇 次に、本発明法の上述した成形において、前記密度の範
囲を7.3〜7.7g/cjにする意義について、以下
に少し詳しく述べる。下限の密度7.J 9/ctlは
、焼結機械部品の表面から内部へかけての連通空孔が、
非連通型の融立、閉鎖空孔に変る密度であり、その結果
、ガス浸炭焼入れ、ガス窒化などの処理を行なって表面
に硬化層を形成させることが可能となる。一方、上限の
密度7.’l 9/C’dは、工業的に実施可能な低い
成形圧力で実現し得る限界の密度という意味から定めた
ものであり、鉄鋼粉をJjO〜≦jO℃に加熱して成形
する方法において、7.7り/dを超える密度を得るの
に、例えばls t/cWIやXJt/cdといった高
圧力を要するのに較べて、7、γF/cIl以下の密度
は、7t/cd以下の低圧力で実現できるため、金型の
強度、寿命上から無理がないという利点が存するのであ
る。なお、実験で確認したところでは、7,797cd
を超え真密度までの材料を得るには、成形圧力を急激に
太きくしなけばならなかった。
最後に、上述のようにして得た高密度の圧粉体を、還元
性ガスあるいは不活性ガスを実施例とする非酸化性雰囲
気中で、急速に加熱して1000〜7300℃に保持し
、合金成分の拡散合金化および焼結を進める。この焼結
温度が1ooo”c未満では、焼結強度が不十分となり
、また/300″Cを超えて高いと、焼結炉に特殊構造
のものを用いなければならず、生産性の低下とコスト高
を招いて経済性の面で不利となるばかりでなく、部品の
寸法収縮率も大となって、精度低下を来すなど不都合な
結果となる。
以上説明したような本発明法の場合、次のような利点が
ある。
(1)  脱ろう処理が不要になるから急速加熱が実現
でき、それによる生産性の向上およびコスト低減が図れ
る。
(11)  [料粉末の加熱設備を除き、従来粉末冶金
設備の総てが使用可能になること。
(3)原料粉末を予備成形することなく直接使用でき、
しかも低温加熱にも拘らずかなりの高密度部品が得られ
ること。
などであり、さらに前記−岸の工程に加えて、必要に応
じ、機械加工や熱処理を施して目的とする形状、機能、
材質を具備した部品に仕上げることも可能である。
次に本発明の実施例についてI!明する。
は97表、第2表に示す。粉末ムとBは純鉄粉、粉末0
.D、meは合金鋼粉である。これら五〜Eの3種−の
鉄鋼粉を室温で6.、tt/cIIの圧力により成形し
た結果、これらの圧粉密度は、それぞれム !  7.
00  、  B  :  7.09  、  O: 
 ≦、9コ 、  D  :  t、9J  。
z s t、vo 9/c−であった。これらの粉末各
602をムr÷J ’I H2中で110〜6jO℃の
温度範囲に加熱して、ぷ、j t/cdの圧力により、
25d(ms)タブレットに成形した。この結果得られ
た圧粉密度は、以下の実施例に示す通りである。
、実施例1 ミルスケール還元鉄粉ムをダ!O℃に加熱して前記条件
で成形した結果、密度7.!コ9/IIの圧粉体が得ら
れた。この圧粉体を分解アンモニアガス中で//JO℃
に1時間加熱して得た焼結体の密度は7、jt 9/d
であった。これら圧粉体、焼結体の密度は、室温で同一
成形圧力により得た圧粉密度7.0097−と較べて約
OJ 9/dも高く、十分な高密度を有していた。また
、この粉末ムに黒鉛粉を1、jg1以下の範囲で混合し
てから上述した同じ条件の温度に加熱し、同一の条件で
成形した場合でも、粉末ム単独のものと密度は殆んど変
らなかった。なお、同様の現象は、他の粉*B、O,D
m4おいてもI!察された。そこで、この粉末ムを用い
て、黒鉛粉1%を混合したものと、混合しないものの両
者につきJj (−) X /JO(鵬)およびlo(
−) x sr (as)の素材を、室温と村O℃で圧
力6.jt/cjcより成形したのち、分解アンモニア
ガス中で//!0″C,/時間の焼結を施して引張試験
(1s−X/JO−の素材より平行部〆x JO” (
謹)のJIS(lOwlilxjj111ml素材を、
911 欠ヲ付t) f ニ+ ノを重使用)に供した
。その結果は第8表に示す通りであり、本発明法の適用
により高強度、高靭性の焼結機械部品を製造し得ること
がわかったO第8表  焼結体の機械的性質 11旦1 アトマイズ鉄粉BをりOO″Cに加熱して、実施例1と
同一の条件で成形した結果、密度7.≦/(17f*”
の圧粉体が得られた。(粉末Bを600″Cに加熱して
参、jt4−で成形してもほぼ同一の密度が得られた。
)この圧粉体を分解アンモニアガス中で7720℃に1
時間加熱して得た焼結体の密度は、7.ぶJ 9/bs
”であ・つた。この例かられかるように、アトマイズ鉄
粉は還元鉄粉に較べて粉*粒子形状が球形に近いため、
粉末の加熱温度が実施例1より低いにも拘らず、より高
密度になり易い。なお、この粉末Bを、本発明法の範囲
外である300℃に加熱して4.5t/ciで成形した
場合の密度は7./4 flolであった。従って、こ
の例からも7.7g/ci以上に高密度化するには、J
j)℃以上の加熱が必要なことがわかる。
実施例8 粉*0をj00℃に加熱して、実施例1と同一の条件で
成形したところ、密度y、#99/−の圧粉体が得られ
、1iIlKでの圧粉密度t、9,1 f /csf 
GC較ぺて約o、t 9/d高かった。この圧粉体を分
解アンモニアガス中で/lコ0℃に7時間焼結して得た
焼結体の密度は?、!/ 9101であった。
実施例4 粉末りを110℃に加熱して、実施例1と同一の条件で
成形した結果、密度7.4I49/dの圧粉体が得られ
、室温での圧粉密度4.fJ g/−に較べて約・Q、
jfl/ba3高かった。分解アンモニアガス中で1i
zo・°Cに1時間加熱して得た焼結体の密度は、7.
7tt(774g”であり寸法収縮率が比較的大きかっ
た。
!11) 粉末鳶を350℃に加熱して、実施例1と同一の条件で
成形したところ、密度7.319々3の圧粉体が得られ
た。この圧粉体を分解アンモニアガス中で1110℃に
1時間保持焼結したものの密度は、フ、参J 9/C−
であった。
以上Sつの実施例において、純鉄粉と合金鋼粉を比較す
ると後者の密度は上がり難く、かつ同じ合金鋼粉でも0
からEへとQr合金量が増すにつれてその傾向が強くな
ることがわかった。
以上の説明から明らかなように本発明法は、従来公知の
粉末鍛造法が目標としてきた真密度付近と、従来の焼結
機械部品が対象としてきた7、79々3未満の範囲を除
く、7.3〜7.79/Is3の範囲に当る高密度の焼
結材を簡便な方法で製造できるところに特色がある。し
かも、従来の焼結機械部品に較べて高強度、高靭性の機
械部品を製造し得るところに大きな意義がある。また、
本発明法の適用により従来の焼結機械部品に較べて、よ
り低摩な原料粉末を用いるにも拘らず、より高強度、高
靭性化することが可能であり、品質および経済性の面か
らも有利となる。さらに、前述したように、本発明法と
熱処理の組合せにより部品の強靭性を一段と向上させ得
るので、この意味では焼入性に優れる合金鋼粉(Nえば
粉末Q、D、Eなどンを使用することが好ましいが、原
料粉末に混合粉を用いるか合金鋼粉を用いるかの選択は
、目的に応じて遺宣行なえばよい。
特許出願人 川崎製鉄株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 L 鉄鋼粉等原料粉末を、その粉末としての流動性【害
    しない非酸化性雰囲気の35O〜tjO℃の温度範囲に
    加熱し、これを/!0−00℃に予熱した潤滑剤を塗布
    せる金型中に充填して7t/cj以下の圧力で温間成形
    することにより7.1〜7.797cdの高密度圧粉体
    とし、引きつづいて非酸化性雰囲気中で上記高密度圧粉
    体を急速昇温によって1ooo〜/300℃に加熱焼結
    することを特徴とする高−炭焼結材の製造方法。
JP17009681A 1981-10-26 1981-10-26 高密度焼結材の製造方法 Pending JPS5871302A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6039102A (ja) * 1983-08-10 1985-02-28 Tohoku Metal Ind Ltd 鉄−珪素−アルミ系磁性合金圧粉磁心の製造方法
US8795586B2 (en) 2004-12-21 2014-08-05 Diamet Corporation Method of producing powder sintered product

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6039102A (ja) * 1983-08-10 1985-02-28 Tohoku Metal Ind Ltd 鉄−珪素−アルミ系磁性合金圧粉磁心の製造方法
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