JPS6148565B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は焼結体の気孔率を低減し、密度を高め
る加工処理方法に係る。

粉末冶金法によつて製造される焼結金属は、溶
製した合金とは異なり、例えば所謂凝固偏析がな
いため均一な組織とすることができ、また通例の
溶製法では得られないような特殊な金属組織を持
つた金属材料を製造することができるが、通例の
圧縮、成形、焼結方法によつて得られる焼結体は
組織中に気孔が残ることを避けることができず、
気孔率が大約10〜20％となる。この気孔の存在は
保油性に寄与して耐摩耗性を改善する利点を有す
るが、他方次のような不利に作用する要因ともな
る。即ち、気孔の存在は、機械的強度を損なう、
ピツチング摩耗を起し易くする。侵炭、窒化等の
表面処理が深部に迄及んで材料を脆化させる、め
つきを困難にする、酸化や腐蝕を受け易くする、
他の金属による鋳包みを困難にする、ろう付けを
困難にする等である。

気孔率を下げれば、即ち密度を高めれば上記の
ような問題点は解消される。気孔率を下げるため
には粉末を成形する際の成形圧を高めれば良い
が、例えば高合金粉末では成形性の悪いものが多
く、或は成形機能力を大きくすることも工業的に
限度があるため所望の低気孔率迄圧縮することは
難かしい。また、例えば鉄系焼結金属にあつては
Ｂ、Sn、Ｐ等を添加して焼結に際して液相を生
ぜしめる所謂液相焼結は焼結時の収縮が大きく寸
法精度や歪の点で難点があり、更にＢ、Sn、Ｐ
は何れも材料を脆化させる作用を有する。また、
焼結体を再圧縮して気孔率を低減する方法が考え
られるが、耐摩耗性を要求される鉄系焼結金属に
あつては、炭素含有量が高く、合金元素を多量に
含み、その上硬質の合金粒子が分散した組織を呈
する場合が多く、気孔率の低下に必要な塑性変形
性が小さいので、通常の鍜造の如くに一軸方向の
力で再圧縮して塑性変形させるためには例えば10
〜20t/cm³程度の大きな加圧力を必要とし、焼結体
の気孔率を低め、密度を高める前にパンチが破損
するような技術上の困難が伴なつてくる。この再
圧縮を900〜1100℃の熱間で行う所謂焼結鍜造
は、冷間では不可能な低塑性変形能の材料でも高
密度化が可能であるが、加熱装置、雰囲気調整装
置、プレス等の設備費が嵩み、金型が高価となる
上に寿命が短かく、寸法精度が劣る。

本発明は塑性変形し難い焼結体を鍜圧して気孔
率を低減し、密度を上昇させる加工処理方法を提
供することを目的としており、ダイを貫通し、対
応する面が中心から略々等距離に位置するよう
に、かつ等間隔にダイに配置された複数個のキヤ
ビテイ及び該キヤビテイに摺接する下パンチによ
つて形成されるダイ溝に焼結体を挿入し、円柱先
端部に頂角が鈍角の直円錐状の加圧面を有する上
パンチをその中心軸をダイ溝上面に傾斜させて回
転させ、円錐加圧面をダイ上面に沿つて転がしな
がら下パンチを上パンチに対して相対的に上昇さ
せ、ダイ溝中の焼結体を上パンチ円錐状加圧面に
押しつけて上パンチのころがり円錐面によて局部
的に順次圧縮力を加えて行くことを特徴とする焼
結体の気孔率低減処理方法に係る。

次に添付図面によつて本発明の方法を説明す
る。第１図は製造しようとする高密度焼結体の一
例１を示す斜視図であつて、円弧面２を有する。

第２図は第１図に示す高密度焼結体を製造する
に使用するダイ３の平面図で、目的とする焼結体
の断面形状に対応するキヤビテイ３ａが、前記円
弧面２に対応する円弧面が同一円周上に位置する
ように、かつ等間隔に複数個（この例では４個）
ダイ３を貫通して設けられている。

第３図に本発明に使用するに好適な加圧装置の
概要を示す。

円板状のダイ３がダイホルダ４に固定され、ダ
イホルダ４とダイベース５との間には複数個の弾
性体６を（スプリング或いはウレタン樹脂等）が
嵌装されていて、ダイホルダ４をダイベース５に
対して弾発的に支持している。ダイホルダ４には
下向きに複数本の案内棒７が固設され、ダイベー
ス５に嵌装されたスリーブ７ａ中を上下してダイ
ホルダ４及びダイ３が水平にかつスムースに上下
するように案内する。ダイベース５を下方から上
方へつき抜けてダイホルダ４にねじ込まれた止め
ねじ９はねじ頭とダイホルダ４との間にスペーサ
カラー１０を挾んでおり、スペーサカラーの高さ
を調節することによりダイホルダ４とダイベース
５との間隔を規制すると共に、ダイベース５上に
おかれた第一のストツパ８とダイ３の下面との間
隔を調節し、これによつて後述するダイ溝１５の
深さを調節することができる。ダイベース５は押
えカラー１１によつて台板１２に固定され、台板
１２は図示しない第一の流体圧シリンダのピスト
ンに連結されて上下するようにしてある。台板１
２の中央孔内には後述する第二の流体圧シリンダ
のピストン１６が内装されており、ピストン１６
の頭部フランジ１６ａが台板１２の中央孔の肩部
１２ａに乗つていて、台板１２の上下移動と共に
上下できるようにしてある。

下パンチ１３がダイ３のキヤビテイ３ａに接し
てダイ３の中を上下移動するように設けられてお
り、キヤビテイ３ａと下パンチ１３の上面１３ａ
によつてダイ溝１５を形成している。下パンチ１
３は図示しない第二の流体圧シリンダのピストン
１６に複数個の止めねじ１７によつて連結されて
おり、台板１２と共に上昇するほかに、台板１２
とは別個にその中心孔内を上下することもできる
ようになつている。下パンチ１３のフランジ１３
ｂの上には第二のストツパ１４が乗せられてあ
り、下パンチのみを上昇させたとき第二のストツ
パ１４の上面がダイベース５の肩部５ａに当接し
て下パンチの上昇位置を規制するようにしてあ
る。

焼結体Ｒとダイ溝１５とのクリアランスについ
て言えば、焼結体Ｒとダイキヤビテイ３ａの外側
面との間では大よそ0.05〜1.0mmとするのが良
く、これが小さ過ぎると焼結体を挿入しにくく、
また大き過ぎると鍜圧時に焼結体の外周が割れを
生じ易い。焼結体Ｒとダイキヤビテイ３ａの内側
面との間のクリアランスは最終製品形状に仕上げ
代を見込んで決定されるダイキヤビテイ３ａの内
側面に対して焼結体の変形態力の限度内で大きく
とつて、焼結体をできるだけ流動変形させるよう
にすると、気孔率低減、密度上昇に効果的であ
る。

ダイ溝１５に焼結体Ｒをセツトしたとき、焼結
体Ｒの上面はダイの上面より下になるようにダイ
ベース５とダイホルダ４との間隔を止めねじ９と
スペーサカラー１０によつて調節しておくことが
重要である。

円柱状の上パンチ１８はその端部に頂角θの円
錐形の加圧面１９を有し、図示しない球座軸受に
支承されており、図示しない駆動装置によつて中
心軸OBがダイ３の中心軸OAに対してα＝（180−
θ）×１／２の角度だけ傾斜し、かつダイの中心を支店 として軸OAのまわりに独楽が回転するように首
振り回転させると、加圧面１９はダイ３の上面に
沿つて平らにころがるようになる。頂角θは鈍角
とし、実験結果によれば170〜176゜とするのが好
ましく、これより角度が大きいと上パンチ加圧面
が平面に近づいて鍜圧効果が小さくなり、またこ
れより角度が小さくなると焼結体表面にのみ加圧
効果がきいて表面層が剥離し易くなるので好まし
くない。

このような構造になつているのでダイ溝１５の
中に予め用意した焼結体を挿入し、台板１２を上
昇させてダイ３の上面を弾発的に上パンチ１８の
加圧面に当接させ、上パンチを前記のように首振
り回転させながら台板１２を流体圧シリンダによ
つて少しづつ上昇させれば下パンチ１３はその基
部がピストン１６の頭部フランジ１６ａを介して
台板１２に係合されているので共に上昇し、焼結
体を押上げて上パンチ１８の円錐加圧面１９に押
付ける。

焼結体は下から下パンチ１３によつて押上げら
れ、上パンチ１８の加圧面１９によつて加圧され
ながら次第に圧縮されて高さを減じ、ダイベース
５上に置かれ焼結体の所要最終高さに合せた高さ
の第一のストツパ８がダイ３または／及びダイホ
ルダ４の下面に当接すると台板１２及び下パンチ
１３の上昇は停止する。このときの状態が第４図
に示してある。

暫時この状態で停止させたのち台板用の第一の
流体圧シリンダを逆に作動させて降下させると共
に、第二の流体圧シリンダを作動させ下パンチ１
３を上昇させると下パンチ１３は第二のストツパ
１４によつて規制されてダイ上面より僅か上迄上
昇してダイ溝１５内の焼結体Ｒを溝１５から押出
すので、図示しないレバーによつて焼結体を金型
外に取出して鍜圧を終了する。

ダイ溝と焼結体との間の潤滑方法としては、ス
テアリン酸亜鉛等の潤滑剤を塗布するのが良い。

なお、材料の塑性変形能が特に低い場合には、
気孔率低減処理に先立つて塑性変形能を改善する
ための熱処理、例えば球状化焼鈍を焼結体に施し
ておくことが望ましい。

上記のようにして気孔率を低減させた焼結体に
再焼結を施す。このようにして鍜圧された焼結体
は塑性変形して硬化し、或いは残存する気孔を起
点として小さなクラツクが焼結体内に発生してい
るので、これを改善するため再結晶再焼結させる
必要があり、このための焼結温度は鉄系焼結体に
あつては1000〜1150℃が好ましい。

必要に応じて焼入焼戻等の熱処理、侵炭、窒化
等の表面硬化処理、めつき等を最後に施すことが
できる。

なお、ダイベースの上昇を停止させる手段とし
て、前述の第一のストツパをダイ又は／及びダイ
ホルダの下面に当接させてダイベースの上昇を停
止させる方式に替えて、加圧力が所定の値に達し
た時にダイベースの上昇が停止するように加圧力
による制御方式を採用することによつて、より高
密度の焼結体を得ることもできる。

また、下パンチを上昇させて焼結体を加圧する
代りに、上パンチを下降させて焼結体を加圧する
こともできる。

以上は本発明の方法による円弧面を有する焼結
体の気孔率低減の方法であるが、円弧面を有しな
い焼結体については、例えば平面を有する焼結体
については対応する平面が中心から略々等距離に
位置するようなキヤビテイを有するダイを使用す
れば良い。つまり、対応する平面及びその延長に
よつて略々正多角形が形成されるようなキヤビテ
イを有するダイを使用し、その他は前記と同様の
方法によれば良い。円弧面、平面共に有しない焼
結体にもついても前記の方法に準じて行えば良
い。

以下、実施例に就いて説明する。

実施例 １ 通例の粉末冶金法によつて製造され、第１図に
示す形状に圧縮代を加えた寸法を有し、0.01％
Ｃ、２％Ni、0.5％Mo、残部が実質的にFeからな
る組成を有する密度6.5ｇ/c.c.の自動車用手動変速
機の部品であるスラストブロツクの焼結体素材Ｒ
を第２図に示すダイ及び第５図に示す加圧装置を
使用して、ダイ溝１５中へ挿入し、前述の方法に
よつて加圧した。焼結体素材Ｒとダイキヤビテイ
３ａの外側面とのクリアランスは約0.1mm、内側
面とのクリアランスは約0.3mmとし、上パンチ１
８の回転数は160rpm、θは176゜、αは２゜、台
板１２の上昇速度は0.2mm／分により、加圧後所
定高さの第一ストツパ８に押し当て、１秒間保持
後台板１２を下降させた。なお、潤滑はステアリ
ン酸亜鉛を金型に塗布して行つた。

かくして得られた焼結体の密度は7.6ｇ/c.c.であ
つた。

次にこの焼結体を真空中で1120℃に50分間加熱
の再焼結を施してスラストブロツクとした。

従来この部品は焼結体をAr等の保護雰囲気中
で高周波加熱によつて900℃に10秒間加熱し、熱
間鍜造用金型中で一軸方向の加圧によつて密閉鍜
造する焼結鍜造によつて製造されており、設備と
金型に大きな費用を要していた。

実施例 ２ 0.016％Ｃ、0.18％Mn、3.20％Cr、0.35％Mo、
残部が実質的にFeからなる−100メツシユの合金
粉を84.4％、−100メツシユの70％Moを含有する
低炭素フエロモリブデン粉を15％、黒鉛粉を0.6
％配合してなる混合粉を原料粉として通例の粉末
冶金法で製造され、パーライト基地中にＨ_MV700
〜1300の硬度を有するFe−Mo硬質合金粒子が均
一に分散した組織を有し、密度6.7ｇ/c.c.を有する
第５図に示す形状の焼結体Ｓを、第６図に示すダ
イを使用して前記実施例１に於けると同様の方法
で加圧した。第６図ａはダイの平面図、同図ｂは
同図ａに示す_b−_b切断図面である。

ダイ２１には同一円周上に等間隔に設けられた
５個の円弧状キヤビテイの２１ａがダイ２１を貫
通して設けられており、キヤビテイ２１ａの上端
部には内側へ向つて延在する均一な幅を有する溝
部２１ｂが設けられている。

焼結体は加圧に先立つて、予め750℃に60分間
加熱保持後８℃／分の冷却速度で室温に冷却する
球状化の熱処理を施してある。

前記焼結体をダイのキヤビテイと下パンチ上面
によつて形成されるダイ溝に挿入し、加圧するに
従つて焼結体が変形する過程を第７図に示す。

第７図ａは加圧開始直前の焼結体周辺の断面図
で、ダイ溝２８中に挿入された焼結体Ｓの上面は
ダイ２１の上面より僅か下に位置しており、キヤ
ビテイ２１ａの溝部２１ｂは空所となつている。

２２はダイホルダ、２３はダイベース、２４は
弾性体、２５は第一のストツパ、２６は下パンチ
である。加圧を開始すると焼結体Ｓはその上面が
ダイ２１の上面と同一平面上に位置し、やがて同
図ｂに示すように首振り回転する上パンチ２９の
加圧面に押付けられて上端部内側がキヤビテイの
溝部２１ｂにせり出し、遂に同図Ｃに示すように
焼結体はダイ溝を充満するようになると共に、気
孔率が低減して密度が上昇する。最後に同図ｄに
示すよに、上パンチ２９の回転を止め、ダイベー
ス２３を下降させると共に下パンチ２６を上昇さ
せて加工を終了した焼結体S′をダイ２１の上へ押
出し、焼結体を取出す、このとき、下パンチ２６
の上面の位置はダイベース２３の肩部２３ａと第
二のストツパ２７とによつて規制される。

かくして第８図に示すような内側へ向つて延在
する突部S′aを有する断面逆Ｌ字形の円弧状焼結
体S′を得た。この焼結体の密度は7.6ｇ/c.c.であつ
た。

最後にこれを1150℃に30分間加熱の再焼結を施
した。

本発明の応用として、上パンチの加圧面、下パ
ンチの上面或いはダイキヤビテイに段や凹凸を設
けて焼結体の上面、下面或いは側面をこれら金型
の形状に沿つて変形させることも可能である。ま
たこのようにすることによつて、焼結体に部分的
に所望の密度を与えることも可能である。

以上説明したように、本発明の方法によるとき
は、従来熱間での再圧縮によつて高密度化を図ら
ねばならなかつた焼結体をも冷間で容易に而も一
回の圧縮によつて複数個の焼結体の高密度化が可
能となり、併せて局部的に成形を行うことも可能
となる。特に高炭素、高合金の焼結合金のような
塑性変形能の低い材料の焼結体でも容易に高密度
化が可能となり、焼結合金の適用範囲を拡大する
ことが期待でき、工業上の利用価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法で製造される高密度焼結
体の一例であるスラストブロツクの斜視図、第２
図は第１図に示すスラストブロツクの気孔率低減
処理に使用されるダイの平面図である。第３図は
本発明の実施に好適な回転鍜造機の一例を示す要
部断面図、第４図は同じく鍛造末期の状態を示す
断面図である。第８図は本発明の方法で製造され
る高密度焼結体の他の例を示す斜視図、第５図は
第８図に示す高密度焼結体の気孔率低減処理前の
焼結体素材の斜視図、第６図は第８図に示す高密
度焼結体を得るための気孔率低減処理に使用され
るダイで、同図ａは平面図、同図ｂは同図ａに示
すｂ−ｂ切断面図である。第７図は第５図に
示す焼結体素材から第８図に示す高密度焼結体を
得る回転鍜造の過程を示す要部断面図で、ａは加
圧直前の状態を、ｂは加圧途中の状態を、ｃは加
圧終了時の状態を、ｄは加圧完了した焼結体をダ
イから抜型した状態を示す。 １及びS′は気孔率を低減した焼結体、Ｒ及びＳ
は焼結体素材、３及び２１はダイ、５及び２３は
ダイベース、６及び２４は弾性体、７は案内棒、
８，１４，２５及び２７はストツパ、９は止めね
じ、１０はスペーサカラー、１２は台板、１３及
び２６は下パンチ、１５及び２８はダイ溝、１６
はピストン、１８及び２９は上パンチ、１９は円
錐面（加圧面）、OAはダイ溝の中心軸、OBは上
パンチ中心軸である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダイを貫通し、対応する面が中心から略々等
   距離に位置するように、かつ等間隔にダイに配置
   された複数個のキヤビテイ及び該キヤビテイに摺
   接する下パンチによつて形成されるダイ溝に焼結
   体を挿入し、円柱先端部に頂角が鈍角の直円錐状
   の加圧面を有する上パンチをその中心軸をダイ溝
   上面に傾斜させて回転させ、円錐加圧面をダイ上
   面に沿つて転がしながら下パンチを上パンチに対
   して相対的に上昇させ、ダイ溝中の焼結体を上パ
   ンチ円錐状加圧面に押しつけて上パンチのころが
   り円錐面によつて局部的に順次圧縮力を加えて行
   くことを特徴とする焼結体の気孔率低減処理方
   法。 ２ キヤビテイが、ダイを貫通し、対応する円弧
   面が略々同一円周上に位置するように、かつ等間
   隔にダイに配置された複数個のキヤビテイである
   特許請求の範囲第１項記載の少なくとも一つの円
   弧面を有する焼結体の気孔率低減処理方法。