JPS5947347A - 高合金粉末 - Google Patents

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】 本発明は高クロム合金鋼粉末、この粉末を用いる粉末冶
金製品の焼結方法及び焼結晶に関するものである。

従来、粉末冶金用金属粉末は主として破砕法及び水噴霧
法により製造さｎている。破砕法は、脆性金属であるマ
ンガン、クロム、アンチモン、ビスマス、コバルトの如
き単−金属又は人為的に脆化さ扛た金属である海綿鉄、
電解鉄等、もしくは脆い合金（金属間化合物を含む）で
あるＦｅ−Ａ℃。

Ｆｅ　−Ａｌ１−　Ｔｉ　＋　Ｎｉ　−Ａｆｌ　＋　Ｎ
ｉ　−Ｔｔ　＋　Ｆｅ−０ｒ　＋Ｆｅ−８ｉ等について
行わｎている：　−また水噴霧法は金属又は合金の溶湯
を水により機械的に噴霧化する方法であり、甚々しく酸
化性が高い金属・合金以外に広く適用さｎる。こｎらの
方法で得らｎた粉末の相は平衡相である。すなわち、例
えばｒｅ　−Ｏｒ粉末については、α−Ｆｅ相、　０ｒ
２ｓ　Ｏｓ等の炭化物相、その他の相は平衡状態で生成
する相である。

上記従来法により製造さｎた粉末及びこ扛全原料とｌ〜
だ粉末冶金製品について本発明者は以下のような観点か
ら基本的検討を行った。

（イ）従来の破砕による粉末製造の容易性：従来法にお
いて１人為的に脆い金属である海綿鉄及び電解鉄を作る
ことにより粉末冶金製品のコスト上昇の原因となる。ま
た２人為的に脆い合金を作ると、この合金中の脆性相が
粉末冶金製品のしん性を低下させる危険があり、焼結中
にこの脆性相を消滅させるための特殊の焼結条件を選択
する必要がある。

（ロ）粉末冶金製品の成分均質性：焼結過程で成分の拡
散等による成分均一化が起こるが、こｎは平衡相がどの
ように変化するかの程度にかかっている。ここで平衡相
とは例えばＦｅ　−Ｏｒ粉末についていえば、α−Ｆ６
マトリツクス中のＭ２３０ｓ等の炭化物がどのように均
一分散するかが成分均質化の程度全決定するが、炭化物
はマトリックス中に既に分散さ扛ているので、上記成分
均質性は原料粉末の製法に起因するという限界がある。

従来、超急冷合金の研究において１合金を溶融状態から
超急冷した場合、過飽和固溶体、非平衡結晶質相、ある
いは非晶質相といった非平衡相が。

特定の合金組成では形成さｎることが知ら扛ている。

本発明者は上述の点（イ）及び（ロ）の点を意識して。

超急冷合金の研究を行っていた過程で、０ｒ２８〜５０
％、０３．０〜３．６％（百分率は特記しない限り重量
％）、残部ｐ６からなる高合金が非平衡単−相を呈し、
かつ従来の粉末冶金原料及び製品の問題点全解消するこ
とを見出して本発明を完成した。

すなわち２本発明は１重旬°比で　Ｏｒ　２８〜５０係
。

０．３０〜３．６　％　、残部がＦｅからなる組成を有
し。

かつ非平衡単−相を呈する微細結晶粒組織を有する高台
金揖粉末を提供する。

さらに、本発明は、重量比で０ｒ２８〜５０％。

０３．０〜３．６％、残部がＦｅからなる組成を有し、
かつ非平衡単−相を呈する微細結晶粒組織を有する高合
金構粉末全焼結の原料粉末として用い、この原料粉末を
圧粉し、前記非昂衡単−相の一部が平衡炭化物相に変化
する温度に圧粉体全加熱してその・ｆ＋’（Ｈ結ケ行い
、前記平衡炭化物相への変化の際起こる前記高合金粉末
の原子の移動により均質な焼結合金を製造する方法を提
供する。

さらに１本発明は１重量比で０ｒ２８〜５０係。

ａ３．Ｏ〜３．６％、残部がＦｅからなる組成全有し、
非平衡単−相から析出した炭化物を微細に分散してなる
。高合金粒子を含んでなり、耐摩耗性に優ｎた條結合金
全提供する。

先ず、本発明に係る高合金粉末について説明する。この
話合金粉末において、Ｃｒ２８〜５０％。

０　：３．Ｏ〜３．６　％　、残部Ｆｅの範囲としたの
ＵＯｒ及びＣがこの範囲外では非平衡単−相が形成さｎ
ないからである。この非平衡単−相は溶融合金葡詳しく
は後述するような方法により１０５に／ｓｅｃ以上の冷
却速度で超、急冷することにより得らｎる。

捷だ、本発明における非平衡単−相とは、　ｉｌ＃常の
溶製法によるｌｉ’６−Ｏｒ−０合金と比較して説明す
るならば、この合金では通常マトリックス相であるフェ
ライト又はマルテンサイト組織中に、０ｒ２ｓＯｓ、　
Ｃｒｕｏｓ、　（Ｆｅ−Ｃｒ）３０又はσ相等が分散し
た多相組織が形成さ扛、このわ１織中の構成相は平衡状
態でも形成さ扛るものである。ところが１本発明の高合
金粉末では組織（は単−相であり且つこの相は平衡状態
では存在しえない相である。

この相は本発明者がＸ線回析により同定したところα−
Ｍｎ型構造化合物であることがほぼ確実になった。上述
の非平衡単−相の工業的意義は、組成の異なる複数の相
がＦ’ｅ　　Ｏ１０合金中に存在せず、したがって顕微
鏡組織のレベルで均質性全有するＦｅ−（’１ｒ−０合
金を、微細Ｖこ分割して粉末とすると粉末粒子間でも粉
末粒子内でも成分の分布が均一であるため、粉末冶金製
品の均質性が著しく高めら扛る点にある。さらに、非平
衡単−相よりなる高合金粉末は非常に脆く容易に粉末に
なることが判明した。したがって５本発明の高合金粉末
は従来のＦｅ−０ｒ−０合金では決してイｎら扛ない特
色をもっており、粉末冶金に寄与するところが大である
。

次に、鳩・、結方法について説明する。

本発明の高合金粉末は非常に熱に敏感であり。

％’ｌ！ｉ結時非平衡単−相は分解し、αＦ’６＋Ｍ７
０３又はαＦ’ｅ　１−Ｍｚ３Ｃ６といった炭化物分解
反応を生じる。

このＪソ応を従来のＦｅ−ｃｒ−Ｃ合金の焼結時の反応
と比較するならば、この合金では炭化物反応又は固溶１
史の変化あるいは変態等により、原子の移動が起こるが
、この合金の構成相は平衡相であるため１本発明の場合
よりも原子の移動は緩慢である。本発明の場合は炭化物
分解反応は７７３に以上で非常に活発であるために、こ
の反応に伴う原子の移動を焼結促進に利用すると原料粉
末間の焼結反応が促進さ′ルることに本発明者等は着目
した。

よＩＩ）　１）４体的に述べると、焼結は単体金属（合
金）と炭化物等の化合物間あるいは単体金属（合金）間
で行−１″）Ｉ′１．るが、前者では濡γしの問題があ
って原イ、・目’ｒｊ末の種類Ｖこ制限がある。−土だ
後者でも焼結性が良くない場合は液相焼結が行わ扛る。

こ汎に対して１本発明の場合は焼結反応促進による焼結
性の改良によって、焼結」二の制限が緩和さ牡るか又は
性能が優れた焼結合金が提供さ扛る。

さらに、上記炭化物分解反応に伴って、Ｍ７Ｃ３＋Ｍ２
３０　ａ等の安定炭化物全形成しない過剰ｏｒは基地へ
拡散し、基地を強化するので、　ｉ、Ｉｖ、精製品の強
度、耐摩耗性及び耐熱性が向−１−する。

ｎであっても、上述の利点が得ら７］、る。

続いて１本発明の焼結合金を従来（１）ものと対比して
説明する。

従来の焼結合金の組織はある平衡相が別の平（・ハエ相
に焼結中に変化して形成さ扛たものであるが。

本発明の組織は非平衡単−相から析出した安定な炭化物
の分散相により従来のものと！区別できる。

この炭化物の分散層は極めて微ａｔ　ｖｃ分散しており
耐摩耗性を著しく向上させる。脣た炭化物粒仔員：１ミ
クロン以下である。一方、従来の焼結合金の炭化物粒径
は水噴霧合金鋼粉末を便Ｉｌｌした場合に最小１０ミク
ロン壕で卸１粒化できるＶ（過きない。

このような点から１本発明のｂ’ｌ！結合金の耐ＪＩ虎
ＪＬ件は従来のものよりも格段に改良される。

以下１本発明の実施態様を説明する。

所定組成の溶湯全超急冷して得た合金’ｉ　−２５０メ
ノンーＶこ機械的に父は水噴霧法により粉末化［〜。

本発明の高合金粉末を得る。この高合金粉末を。

心安により、黒鉛粉、Ｆｅ粉末＋　Ｆｅ＋　ＣＯ＋　Ｎ
ｌ　等の単体又は合金粉末とＶ型ミキサー等により約３
０分間混汀する。この場合、制滑剤として公知のステア
リン酸亜鉛０．５〜１．２重量係も同時に混合すること
が奸才しい。次に、混合粉末を４〜１２［・ン１０１の
圧力で圧縮成形し、得ら扛た圧粉体を真空中又は還元性
雰囲気中で焼結する。焼結温度は通常の温度であってよ
い。例えば非平衡単−相化合物が０ｒ４ｏ　Ｃ１４Ｆ６
４ａ　（Ｏｒ４３．１８％、０３．５％）である」烏合
Ｃ丁、　Ｏｒ＜ｏ　０１４　Ｆｅ４ａは先ずαＦｅ十Ｍ
７０３に１次にαＰ６　十Ｍ２ｓ　Ｃ６に分解する。焼
結温度１４７３　Ｋで１１Ｍ２３０ｇ炭化を吻が残存す
る。一方。

非平衡単−相化合物がＦｅ　Ｓｓ　Ｏｒ２ｓ　Ｃ＋　４
　（Ｏｒ　２９．９４係、Ｃ３，４６係）である場合ｉ
′１１２００℃における炭化物ｉｄＭ７Ｃ３である。

本発明の好−ましい実施態様（てよると１通常の焼結温
度より１０〜１００Ｋ低い温度で焼結を行いうる。こ扛
ば、非平衡相の擬平衡状態図の同相線が平衡状態図の固
相線より低温に彦るためである。

さらに１本発明の高合金粉末は原料粉末の１０体積チ以
上であることが好ましい。

以下１本発明の詳細な説明する。

実施例１ 金属クロム２９．９４９．銑鉄（４，４係０）６９．６
７　ｙ及び活性炭０．３９　ｙを内径３０　ｍｍ　＋深
さ１２０ｍｍのタンマン管へ装入し、底部から活性炭。

金属クロム及び銑鉄の順にセットし高周波溶解した。溶
落後、１７００にの溶湯を＋４不透明石英管で吸上げ、
凝固させ、放冷後、前記石英管からＦ６−　Ｏｒ−Ｃ母
合金を取り出した。その＆ｌ↓成は２９．９４％Ｏｒ、
３．４６％０．残部Ｆｅであった。

次に、第１図に示す急冷凝固装置により超急冷を行った
。第１図において、１はヒータ、２は底に直径０．４咽
の孔がある透明石英管、３はアルゴンガス吹込み装置、
４は冷却ロール、５は冷却口−ル５を回転駆動するモー
タである。母合金６を２ｙ秤楚し、１６００にの温度で
透明石英管２の底部孔より吹出して、６０００ｒｐｍで
回転する冷却ロール４に吹付は約１０５Ｋ　／　ｓｅｃ
の速度で超冷却１−だ。得ら扛た合金の組織は第２図に
示さ扛ているように琳−相組織で結晶粒１ミクロン以下
である。合金の硬度は１１００〜１２００（ＤＰＮ）で
あり非常に硬く、且つ合金は非常に脆かった。

この合金を乳鉢で粉砕して一２５０メ・ノシ＝の高合金
粉末を作成した。

実施例２ 実施？９１１１と同様の方法によって、、１３．１８％
Ｏｒ。

３．５０％Ｃ１残部Ｆｅの組成全有し２月一つ単−相組
織の高合金粉末全粉末した。なおこの粉末を電顕観察及
び電子線回折により粉末が単−相組織全呈すること全確
認した。

実施例３ 実施例１の高合金粉末全原料の一つとして焼結合金を調
製した。原料は次のとおりの配合した。

高合金粉末（−２５０メツシユ）　　　　１０．０φ水
噴霧鉄粉（−１００メソシユ）　　　　　８６．４係黒
鉛粉（１μｍ以下）０．８％ 銅　　　粉　　（−１００メツシー）２．０係ステアリ
ン酸亜鉛（市販−級試薬）０，８％焼結条件は次のとお
りであった。

成形圧　　　　　　６１・ｙ／ｃ７Ａ 焼結温度　　　　　　　　　１４００に雰　囲　気　　
　　　　　　　　　　アンモニア分ＩＷガス時　　間　
　　　　　　　　　　　　　　　３０分得ら扛た焼結合
金の耐摩耗性を大越式摩耗試験機で相手材全３，０係０
，２．０チＳｊ鋳鉄として試験した。この試験結果を第
５１図１／こ示す。焼結合金の硬さはｌ−］Ｒ８８８で
あった。

また、焼結合金の光学顕微鏡組織（７５０倍）を第３図
に示す。第３図においてＡけ本発明の間合金粉末が焼結
さ扛た粒子であり、Ｂは水噴霧鉄粉と黒鉛粉が反応して
形成さ２″Ｌだパーライト地のマトリックスである。Ａ
とＢの間にけＦｅ−Ｃｒ合金よりなる拡散層が形成さｎ
ている。なお、非平衡単−相から分解した炭化物は７５
０倍の倍率では明瞭Ｖ′ｃ検出できない。このような微
細な炭化物１１０００℃×１時間の熱処理で生成させ、
４００００倍で検出した結果全第４図に示す。同図にお
いてＥは炭化物を指す。

実施例４（比較例） 本発明による高合金粉末の代りに従来の破砕鉄粉末を用
い、次のような配合の原料を調製した。

鉄　扮　末　（−１００メ・ンシュ）　　　　　９５．
２係黒鉛粉末（１μｍ以下）１．０％ クロム４０末　（−２５０メ・ンシー）３．０係ステア
リン酸亜鉛　　　　　　　　　０．８　％焼結条件は次
のとうりであった。

成形圧　　　　　６トン／ｃｒ７ｉ 焼結温＋１ｆ１４７３に 雰　囲　気　　　　　　　　　　分解アンモニアガス実
施例３と同様の摩耗試験を行った結果全第５図に示す。

１ゾ１中−×−は比較例、−Δ−は実施し１ｊ３を示す
。本発明の焼結合金は比較例のものに対してあらゆる摩
耗速度域で優７’した耐摩耗性全有することが明らかで
ある。

実施例５ ２９．９％Ｏｒ、３．５％Ｃ１残部Ｆ６の組成を有し。

非平衡単−相よりなる一２５０メツシュの高合金粉末を
実施例１と同様な方法でに１４堅し、０．８φのステア
リン酸亜鉛と乳鉢で２０分間混合し、得らｆ′Ｌｆｃ、
混合物全６トン／ａｔｌの加圧力で直径１０ｒｎｍ、厚
さ７謳の円盤に成形し、真空中１０　”　’Ｐｏｒｒ　
Ｉ／１６３に、６０分間の条件で供給した。α−Ｆ６　
　マトリックスにＭ７　Ｃ’３炭化物が微細均一に分散
した。硬度ＨＶ６２０の焼結合金が得らｎｆＣｏ　この
焼結合金の摩耗試験結果全第６図に示す。

実施例６ 実施例５の高合金粉末全原料の一つと１７で焼結合金を
調製した。原料は次のとつり配合した。

高合金粉末　（−２５０メツシユ）　　　　　１０．０
％鉄　粉　末　（−１００メツシユ）　　　　　８６．
４％黒　　鉛（１μｍ以下）　　　　　０．８係銅　　
　　　　（−１００メソシユ）　　　　　　　２．（１
係ステアリン酸亜鉛　　　　　　　　　　　　　０．８
％焼結条件は次のとうりであった。

成形圧　　　　　　６トン／１ｙｔｌ 焼結温度　　　　　　　約１．４００に雰　囲　気　　
　　　　　　　　水素ガス時　　間　　　　　　　　　
　　　　　　３０分なお、比較例として、通常のＦｅ−
２０係Ｏｒ合金の４）ｕ砕粉末（−１００メツシー）１
５チ、鉄粉末（８２，２％）、　　その他は上述の原料
と同じ配合のものを用い、−上述の焼結条件で焼結合金
全製造した。本発明の高合金粉末を用いた焼結合金は硬
さが、　　Ｉ−］Ｒ［１８８であり、パーライトマトリ
ックス中’／ＣＭ　７０３が微細均一に分散していた。

′実施例３と同様に摩耗状！−（？行った結果を第６図
に示す。図中−〇−は実施例５．−△−は実施例６、・
　×・・・は比較例全意味する。第６図より、本発明の
焼結合金はｆψ扛た耐摩耗性ケもつことが分かる。

４　図面の簡１４ｉな１悦明 紀１図は急冷凝固装置の概念図、 第２図は２９．９４％Ｏｒ、３．４６％Ｏ１残％Ｆｅよ
りなり、非平衡型−相を有する合金の金属顕微鐘写真（
倍率３０，０００倍） 第３図は本発明の焼結合金の金い４顕微鐘写頁（倍率７
５０倍）。

第４図は非平衡型−相の一部が安定炭化物相に変化した
合金の金頃顕微鐘写真（倍率４００００１″ｔ）、第５
図及び第６図は摩耗試験の結果を示すグラフである。

１・・・ヒータ、２・・・透明石英管、４・・冷却ロー
ル、Ａ・・・高合金驕粒子、［３・・・マトリックス、
ト）・・炭化物。

！侍許出願人 帝国ピストンリング株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　　朗 弁理士　　西　　舘　　イＩＩ　　　之弁理士　村　井
　卓　雄 弁理士　　山　　口　　昭　　之 第２同 第３図 第４図　　　　　。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量比でＯｒ　２８〜５０　％　ｂ　Ｃ３，Ｏ〜３
   ．６％、残部がＦｅからなる組成を有し、かつ非平衡単
   −相を呈する微細結晶粒組織を有する高台金擲粉末。 ２、　重量比で０ｒ２８〜５０％、０３．０〜３．６係
   、残部がＦｅからなる組成を有し、かつ非平衝単−相を
   里する微細結晶粒組織を有する高合金曾粉末全焼結の原
   料粉末として用い、この原料粉末全圧粉し、前記非平衡
   単−相の一部が平衝炭化物相に変化する温度に圧粉体を
   加熱してその焼結を行い、前記平衡炭化物相への変化の
   際起こる前記高合金粉末の原子の移動により均質な焼結
   合金を製造する方法。 ３、重量比でＯｒ　２８〜５０　ｑ６ｔ　０３．０〜３
   ．６係、残部がＰｅからなる組成を有し、非平衡単−相
   から析出した炭化物全微細に分散してなる。高合金粒子
   全台んでなり、耐摩耗性に優れた焼結合金。