JPS6123701A - 鉄系部品製造用粉末冶金原料粉 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、圧縮性と成型性が特に優れた鉄系部品製造
用粉末冶金原料粉に係シ、特に機械部品の製造に適用す
るに好適な鉄系焼結部品製造用原料粉末に関するもので
ある。

〈従来の技術〉 近年、金属及び合金粉末の製造技術や、やこれらを使用
する粉末冶金技術の進歩・・発展には目を見張るものが
あシ、これにともなって粉末冶金製品は様々な分野に広
く進出するようになってきた。

しかしながら、粉末冶金技術によって製造される焼結部
品は、一般的に内部に空隙が多く残っていて密度が低く
、従って溶製材から作成した部品よシも機械的強度が低
いと言う問題点を有しており、特に鉄系の焼結機械部品
ではその傾向が極めて著しかった。

このようなことから５これまで、焼結材料の適用は強度
をそれほど必要としない中強度部品に限られる傾向にあ
ったが、一段と激しさを増してきた最近の粉末冶金技術
の開発競争を背景として、例ｔ　ハ自動車用トランスミ
ッション、エンジン部品及びステアリング部品等、引張
り強度が１００〜１３０　ｋｇｆ／ｍｉ程度にも達する
高強度鉄系焼結部品に対する要望が日増しに高まってき
ている。

ところで５一般に、焼結部品の高強度化には。

原料粉の粉末特性からみて次に示す４一つの要素が重要
であるとされている。即ち、 一■　優れた圧縮性（圧粉成型体の高密度化）。

■　優れた成型性（圧粉成型体の高強度化）。

■　優れた焼結性（焼結による緻密化傾向が高いこと）
、 ■　粉末素材自体の高強度性。

そして、前記０項で示した「圧縮性」を向上させるには
、粉末の見掛は密度を高くし、粉末の粒度構成を適正に
壱÷４選定することのほかに、粉末の硬さを低く抑える
ことが必要である。まだ、前記０項で示した「成型性」
を向上させるには、低見掛は密度の粉末とすることが必
要である。

即ち、「圧縮性」の向上と「成型性」の向上とでは、粉
末の゛見掛は密度”において相反する特性を要求するこ
とになるわけである。

第１図は、銅粉の見掛は密度と圧粉体密度並びにラトラ
ー値との関係（但し、圧粉体は５ｔ／ｃＩｌの加圧成型
で得た）を示すグラフであるが、第１図からも、 ○　見掛は密度が小さい程圧縮性は低下し、圧粉成型体
の密度が低くなるが、成型性は向上して強度が高い状態
になる、 Ｑ　見掛は密度が大きい程成型性は低下し、圧粉成型体
の強度が低くなるが、圧縮性は向上して密度の高い状態
になる、 ことがわかり、見掛は密度において圧縮性と成型性とは
相反していることが明らかである。

通常、見掛は密度の高い粉末は粒子形状が球状であシ１
粒度構成を適正に選定しておけば圧粉成型によって高い
密度の圧粉体が得られると考えられる。また、見掛は密
度の低い粉末は粒子形状が不規則であり、圧粉成型によ
る粉末の充填率は低いが、粉末同士の機械的絡み合いが
あるので圧粉体の強度は高くなると考えられる。

このように、粉末の見掛は密度、つまり粉末の粒子形状
は５圧縮性と成型性の両者に密接に関っているが、それ
らを同時に満足させることは粒子形状の観点からすると
互に相反する要求となる。

このため、強度の高い焼結部品の製造に際しては、原料
粉の粒度構成に工夫を凝らしたり（特開昭５８−８１９
０３号）、見掛は密度を調整しだシ（特開昭５８−５８
２０１号、特開昭、５８−８１９０１号）、或いは化学
組成に工夫を凝らしたり（特公昭’５８−１０９６２号
）、更には焼鈍による粉末の低硬度化を図ったりしてそ
の圧縮性と成型性の妥協点を見出しているのが現状であ
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述のように、製造工程における切削加工の大幅削減を
期待して粉末冶金による高強度機械部品等の製造を試み
たとしても、製品の強度に大きな影響を及ぼす原料粉末
の「圧縮性」と「成型性」とが相反する特性であるだめ
、十分に満足できる焼結製品を安定して量産することは
極めて困難だったのである。

〈問題点を解決するだめの手段〉 本発明者等は、上述のような問題点を解消して、特に高
強度が必要である機械部品の製造に適用して好適な、圧
縮性と成型性が共に優れた鉄系部品製造用粉末冶金原料
粉を提供すべく、先に述べたような粉末の見掛は密度、
即ち粉末の圧縮性及び成型性に密接な関係を有する粒子
形状に着目して研究を行ったところ、 ［鉄系焼結部品用原料粉末を５粒子の機械的絡み合い（
成形性向上）を重視する立場に立って不規則形状粉を主
体にするとともに、これに充填性（圧縮性）向上のだめ
の球状粉を混入し、かつ、上記不規則形状粉を相対的に
粗な粒子で、そして球状粉を相対的に微細な粒子で構成
して、その粒度分布を粒子形状によって変えてやれば、
圧粉成型に際して、不規則形状粗粒が機械的に絡み合っ
て形成される骨格構造が強固に維持されつつ、その骨格
構造の隙間に微細球状粒が円滑に侵入し充填されるので
、成形性及び圧縮性ともに極めて優れた圧粉成型体が得
られ、高強度の焼結体を安定して製造できるようになる
」 との知見を得だのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 粉末冶金によって鉄系焼結部品を製造するだめの原料粉
末を、 Ａ粉末：粒度が一３’５０メツシュで、かつ見掛は密度
が３．２〜６．ｏ＆／ｄの粉末５Ｂ粉末二粒度が０６０
〜■３５０メツシュで、かつ見掛は密度が２．０〜３．
２１１１ｃｒ＆の粉末５Ｃ粉末二粒度が＋６０メツシュ
の粉末、の混合粉で構成するとともに、前記Ａ粉末の重
量割合を１０〜５０％とし、しかも前記Ｃ粉末の重量割
合を１０％未満に抑えることにより、粉末の圧縮性と成
型性を安定して向上せしめた点、に特徴を有するもので
ある。

この発明で対象となる粉末は、成分組成上からすると、
鉄系焼結部品の製造が可能なものであればその種類が問
われるものではなく、プレミックス粉（焼結によって目
的の成分組成となるように各種成分の粉末を混合したも
ので、例えば鉄系機械部品用であれば、低合金鋼粉にＮ
１粉、　Ｃｕ粉或いはＦｅ粉等の金属粉を適宜混合した
ものが使用される）或いはプレアロイ粉（予め目的の成
分組成を有する粉末）のいずれもが採用され得る。

次いで、この発明において、粉末の粒度、見掛は密度、
及び配合割合を前記の如くに数値限定した理由について
説明する。

（ａ）粉末の粒度、及び見掛は密度 この発明は、前述したように、粒度並びに粒子　　　′
１形状の異なる粉末を混合することで、不規則形状の粗
粒が形成する骨格構造の橙械的絡み合いを維持させなが
ら、その隙間に微粉を効率良（充填させることを骨子と
しており、そのだめ、微粉側に充填性の良好な球状粉（
即ち見掛は密度の大きい粉末）を選定し、粗粒側に成型
性の良好な不規則形状粗粒 ている。

この場合、微粒側と粗粒側との境界をどの粒度に選んで
も相応の効果が得られるが、通常の粉末冶金原料粉末に
おいて圧縮性と成形性のバランス上好ましいとされ、か
つ粉末冶金業界の通例となっている「３５０メツシュ」
を、この発明においても粒度の境界とし、−３５０メツ
シュの側（即ち、３５０メツシュの篩を通過する側）を
微粒側とし、これに対する＋３５０メツシュの側（即ち
、３５０メツシュの篩上に残った側）を粗粒側としだ。

もちろん、上記粒度を境界として微粒側と粗粒側に粉末
を分ければ、この発明の粉末においても圧縮性と成形性
のバランスが最良となることは言うまでもない。

また、粗粒側であっても、＋６０メツシュの粒度のもの
は圧縮性、成型性、焼結性等のいずれにも悪影響を及ば
ずので、やはり粉冶金業界の通例に従って６０メツシュ
以上の粗粒を不良分とした。

さて、繰り返すことになるが、この発明の鉄系焼結部品
製造用原料粉末は１粒度並びに粒子形状の異なる粉末を
混合することで高圧縮性と高成型性を両立させたもので
ある。そしてこの場合、当然のことながら、粉末構成要
素としての球状微粉は高圧縮性を有していることが必要
であり、また不規則形状粉の方は高成形性を有している
ことが要求される。

ところで、本発明者等は、高強度機械部品として十分な
特性を備えた焼結材を得るには、５ｔ／ｃ１１ｔの加圧
成型で得られる圧粉体密度が６．６１／／ｃｒ＆以上程
度となる圧縮性と、同じ＜５ｔ／ｄの加圧成型で得られ
る圧粉体のラトラー値が１．０％以以下塵となる成型性
とを兼備した原料粉末を使用する必要があることを確認
ｉ〜でいる。

従って、このような観点から、粒度が一３５０メツシュ
である微粒側の見掛は密度の下限を３，２１１／ｃｒ＆
と定めて所望の球形状粉の集まり−となるようにし、一
方、粒度が０６０〜■３５０メツシュ（０６０〜■３５
０メツシュ）である粗粒側（なお５粒度が＋６０メツシ
ュのものは不良分であり。

後述するようにその混入量を極力抑えて見掛は密度への
影響を実質的に除いたので、この分を除いた粗粒を対象
とした）の見掛は密度の上限を３．１１１／ｃｒ／Ｉと
定めて所望の不規則形状粉の集まシとなるようにした。

即ち、先に示した第１図からも、粉末の見掛は密度が３
．２．！ｉ’／ｃｆｆ１以上になると圧粉体密度が６６
ｇ／ｃｕｔ以上となり、また粉末の見掛は密度が３．１
ｇ／ｃｄ以下でラトラー値：］、０以下を達成できるこ
とが明らかである。

また１粒度が一３５０メツシュである微粒側の見掛は密
度の上限を６．ｏＥ／ｃｗｔと定めだのは、現在知られ
ている技術では見掛は密度が６．　ｏ　ｇ　ｌｃｒ＆を
越える鉄系金属粉末の製造が不可能だからであり、一方
、見掛は密度が２．０９／ｃｒ＆未満の鉄系金属粉末は
極めて流動性が悪く、金型等への充填時に円滑な流下が
なされなくなることから５０６０〜■３５０メツシュで
ある粗粒側の見掛は密度の下限をｚ、ｏｇ／ｄと定めた
。

（ｂ）　　各粒度の粉末の配合割合 鉄系焼結部品製造用原料粉末における一３５０メツシュ
の微粒粉末（見掛は密度：３．ｚｌｌ／Ｃｌｆｔ以上の
球状粉）配合割合が１０重量−未満であると所望の圧粉
体密度（即ち、６．６Ｅｌｃｒ＆程度以上）を確保でき
ず、一方、５０重量％を越えて配合した場合には目的と
する低いラトラー値（即ち。

１．０チ程度以下）を達成することができないことから
、前記微粒球状粉の配合割合を１０〜５０重量％と定め
た。

第２図は、鉄系焼結部品製造用原料粉末における一３５
０メツシュの微粒球状粉末（見掛は密度３、ａｇｌＣｒ
！以上）配合割合と、圧粉体密度並びにラトラー値との
関係（但し、圧粉体は５ｔ／ｃｆｆｌの加圧成型で得だ
）を示したグラフである。

第２図からも、微粒球状粉末の配合量が少ない場合は、
ラトラー値は向上するけれども圧粉体密度が不足して圧
縮性の低下を来たし、また、微粒球状粉末の配合量が多
過ぎる場合は、圧粉体密度は向上するけれどもラトラー
値が悪化して成型性の低下を招くことがわかる。これは
５微粒球状粉末が少な過ぎる場合は５粗粒不規則形状粉
の形成する骨格構造の絡み合いは十分であるけれども微
粉粒がその隙間を埋めるのに十分でなく、一方、微細球
状粉が多過ぎる場合は、充填性は向上するけれども粗粒
不規則形状物が形成する骨格構造の機械的絡み合いが破
壊される傾向となるだめである。

また、この発明の鉄系焼結部品製造用原料粉末において
は、６０メツシュの篩を通過しない粗粒の含有割合を１
０重量％未満に制限しているが５これは、−１−６０メ
ツシュの粗粒が圧縮性、成型性。

焼結性のいずれにも悪影響を及ぼすだめであり、その含
有割合を１０重量％未満とすることで前記不都合がほぼ
抑えられることが確認されだからである。

なお、鉄系焼結部品製造用粉末の製造方法によって粉末
の粒子形状や見掛は密度が影響されるのは当然であるが
、この発明の粉末はどの方法によって製造されたもので
も良く、粒度と見掛は密度との関係がこの発明の条件を
満たしてさえおれば十分である。だだ、油アトマイズ法
を使用すれば。

一定の製造条件にて、この発明の条件を満たす粒子構成
の粉末を一括して製造することができるので好ましい。

以上のように、この発明においては粉末の成分。

製造法、由来等については何ら限定されるものではない
が、更に有利な効果を得るためには粉末自身の硬さをで
きるだけ軟かくすることが好ましい。

第３図は、粉末の硬さと圧粉体密度並びにラトラー値と
の関係を示すグラフであるが、第３図からは５粉末の硬
さも圧縮性や成型性に影響し、粉末の硬さが小さい程両
者がともに良好な結果となることが明白で、また望まし
くはマイクロビッカース硬さ１５０以下とするのが理想
的であることもわかる。

もちろん、粉末の硬さは粒子毎に異なった値を示すのが
通例であシ、まだ微細粉の硬さ測定にも限界があること
を考慮すれば、特に０６０〜■３５０メツンユの粗粒粉
末を、硬さの平均値がマイクロビッカース硬さ１５０以
下となるように設定するのが現実的である。

更に、この発明の粉末は粒径と見掛は密度との条件を規
制したものであるが、先に述べた油アトマイズ法を除い
ては、単一の製造法による前記条件を満たす粉末の製造
は困難な場合が多い。例えば、還元粉や水アトマイズ粉
等は粒径全般にわたって粒子形状が不規則であり、見掛
は密度が小さく　、　＋３５０メツシュの籾粒だけでは
な（−３５０メツシュの微粒も、その見掛は密度が３．
１ｇ／ｉ以下となるのが普通である。首だ、ガスアトマ
イズ粉であれば５粒度の全般にわたって粒子形状が球状
化しており、＋３５０メツシュの粗粒及び−３５０メツ
シュの微粒ともに見掛は密度が３．２ｇ／ｃｄ以−Ｆと
なる。

このような場合は、粗粒不規則形状粉と微粒球状粉とを
混合して本発明の条件を満たすようにする必要があるが
、粗粒不規則形状粉として平均粒径が４４μ超で見掛は
密度２．０〜３、２ｇ／ｃｍ３．２１１／ｃｒｌの粉末
を、まだ微粒球状粉として平均粒径が４４μ以下で見掛
は密度３２〜６．０ｇ／ｃｎｔの金属粉末を選定するの
が良い。

以上述べたように、この発明では粒度３５０メツシュ、
即ち粒径４４μで粗粒と微粒を区別しているが、粗粒不
規則形状粉と微粒球状粉とを混合して本発明の条件を満
たすようにする場合、粗粒不規則形状粉としては、０６
０〜■３５０メツシュで見掛は密度２．０〜３．２．ｉ
？／ｃｉとするよりも。

粗粒と微粒の両方を含んで平均粒度が０６０〜■３５０
メツシュ（４４〜２４６μ）であって、かつ見掛は密度
が２０〜ｓ、２ｇ／ａｉｒの粉末を選定するのが良く、
同様に、微粒球状粉としては、平均粒径が４４μ以下（
−３！５０メツシュ）で見掛は密度が３２〜６．０ｇ１
ｃｒ！の粉末を選定するのが自　　　：然である。

次に、この発明を実施例により比較例と対比しながら説
明する。

〈実施例〉 まず、焼結体が第１表に示されるような化学成分組成と
なる粉末であって、かつ第２表に示される如き粒度構成
と見掛は密度に調整した粉末Ｐ１〜Ｐ１９を用意した。

なお、粉末Ｐ１４及びＰＩ３は粒度構成が適正でない場
合の比較例であり、粉末Ｐ１６〜Ｐ１９は見掛は密度が
適正でない場合の比較例である。

これらの各粉末について、圧粉体密度と圧粉体のラトラ
ー値を測定し、得られた結果も第２表に併せて示しだ。

第２表に示される結果からも明らかなように。

本発明鋼粉Ｐ１〜Ｐ９は、粒度構成と見掛は密度が適切
に調整されており、圧粉体密度６６１！／ｄ以上、ラト
ラー値１．０以下となって５圧縮性並びに成型性ともに
良好な結果が得られていることがわかる。一方、比較鋼
粉Ｐ１４及びＰＩ３は、見掛は密度の調整はＰ１〜Ｐ３
と同一であるが、粒度構成が調整されておらず、ＰＩ３
は圧縮性不良に、Ｐ　’１５は成型性不良になっている
。

まだ、比較例Ｐ１６〜Ｐ］９については、粒度構成は調
整されているが見掛は密度は調整されておらず、Ｐ］７
及びＰ’１８は圧縮性不良、Ｐ２Ｏ及びＰＩ３け成型性
不良となっている。

本発明鋼粉ＰＬＯ−Ｐ１３については、粒度構成と見掛
は密度はほぼ同一に調整されていて、粗粒粉たる０６０
〜■３５０メツシュ粉の硬さのみが相違しているが、粉
末の硬さが大きくなると、粒度構成や見掛は密度がとも
に調整されていたとしても圧縮性及び成型性とも不利に
なる結果となっている。従って、より有利な粉末特性を
得るためには、粉末の硬さをできるだけ小さく（望まし
くはマイクロビッカース硬さ１．５０以下）するのが良
い。

〈総括的な効果〉 上述のように、この発明によれば、圧縮性と成型性が共
に優れた鉄系部品製造用粉末冶金原料粉を安定・確実に
得ることができ、鉄系高強度機械部品の工業的規模での
量産が可能に力るなど、産業上極めて有用な効果がもた
らされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、銅粉の見掛は密度と圧粉体密度並びにラトラ
ー値との関係を示すグラフ、 第２図は、−３５０メツシュの微粒球状粉末の配合割合
と圧粉体密度並びにラトラー値との関係を示すグラフ、 第３図は、粉末の硬さと圧粉体密度並びにラトラー値と
の関係を示すグラフである。 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫　ほか１名□」 一３５０メン／二廊久＃ｌＩｌ珠 粉末／ｌ、ｆ！ン（ＭＨｖ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ粉末：粒度が−３５０メッシュで、かつ見掛け
   密度が３．２〜６．０ｇ／ｃｍ＾３の粉末、Ｂ粉末：粒
   度が■６０〜■３５０メッシュ で、かつ見掛け密度が２．０〜３、２ｇ／ｃｍ＾３の粉
   末、 Ｃ粉末：粒度が＋６０メッシュの粉末、 の混合粉末から成る鉄系部品製造用粉末冶金原料粉であ
   つて、前記Ａ粉末の重量割合を１０〜５０％にするとと
   もに、前記Ｃ粉末の重量割合を１０％未満に抑えたこと
   を特徴とする鉄系焼結部品製造用原料粉末。
2. （２）前記Ｂ粉末の粒子硬さの平均値が、マイクロビッ
   カース硬さで１５０以下である、特許請求の範囲第１項
   に記載の鉄系焼結部品製造用原料粉末。
3. （３）前記Ａ粉末の平均粒子径が４４μ以下であり、か
   つ前記Ｂ粉末の平均粒子径が４４μ超である、特許請求
   の範囲第１項又は第２項に記載の鉄系焼結部品製造用原
   料粉末。