JPS6237709B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6237709B2 JPS6237709B2 JP2773482A JP2773482A JPS6237709B2 JP S6237709 B2 JPS6237709 B2 JP S6237709B2 JP 2773482 A JP2773482 A JP 2773482A JP 2773482 A JP2773482 A JP 2773482A JP S6237709 B2 JPS6237709 B2 JP S6237709B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- particle size
- average particle
- cast iron
- graphite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Powder Metallurgy (AREA)
Description
この発明は、粉末冶金法によつて、鋳鉄組織を
有する高強度高靭性焼結材料を製造する方法に関
するものである。 現在、耐摩耗性、被削性、振動吸収能等にすぐ
れた特性を有する普通鋳鉄が、価格も安いという
こととも相まつて、機械部品として多方面に幅広
い用途を有しているが、鋳鉄のこのすぐれた特性
は、主としてフエライト相およびパーライト相の
素地中に均一に分散する遊離黒鉛によるものであ
ることが知られている。例えば、鋳鉄製の摺動材
にあつては、遊離黒鉛が摺動面に固体潤滑材とし
て作用して減摩効果を発揮するとともに、遊離黒
鉛の残留孔が油溜りとして保油に役立つものであ
り、また切削加工時には、細かく分布した遊離黒
鉛がチツプブレーカーとなつて被削性を向上させ
るという役割を担うものである。 しかしながら、機械部品用材料として、このよ
うにすぐれた性質をもつ鋳鉄ではあるが、一方で
は、鋳物容量が小さい場合は鋳込後の冷却速度が
速いために白銑化し、小物部品については鋳鉄本
来の特性をもつたものが得られないという問題が
あつた。 また、鋳鉄部品の製造は鋳造法に頼らざるを得
なかつたために、粉末冶金法と比して量産性に劣
るという本質的な問題点をも抱えていた。 これまでも、鋳鉄の有するすぐれた諸性質を備
えるとともに、粉末冶金の量産性を兼ね備えた焼
結材料およびその製造方法に関する研究は種々試
みられてきていたが、次に示すような理由から成
功するに至らなかつたのである。すなわち、 (a) 鉄系焼結材料の製造に際して、原料粉末とし
て多量の黒鉛粉末を配合すると、焼結時に素地
にセメンタイトが析出して、これを硬化し、機
械的特性が低下するようになり、一方焼結温度
を下げればセメンタイトの析出は防止できる
が、強度が得られないこと。 (b) Siのような黒鉛化安定元素を添加してセメン
タイトの析出を防止する方法が考えられるが、
一般的にはSiをFe中に拡散固溶させるには約
1200℃以上の高温加熱を必要とし、この加熱温
度は通常の鉄系焼結材料の焼結温度に比して著
しく高い温度であり、したがつてこの加熱温度
で焼結を行なつた場合には製造コストが高くな
るばかりでなく、Siの酸化を防止するために焼
結雰囲気を厳しく制御する必要があること。 そこで、本発明者等は、上述のような鋳鉄製造
に際しての問題点をふまえた上で、通常の鉄系焼
結材料の製造条件の下で、パーライト相およびフ
エライト相からなる素地に遊離黒鉛が均一に分布
した鋳鉄組織を有する焼結材料を得べく研究を行
なつた結果、 (1) 鉄系焼結材料の製造に際して、原料粉末とし
てFe―Si合金粉末を使用し、かつこのSi源た
るFe―Si合金粉末の粒度を特定範囲に調整す
ると、同じく原料粉末として使用する鉄粉の表
面にSi成分が均一に分布するようになり、この
結果焼結時にSi成分が酸化されることなくFe
中に固溶してFeのα相を安定化させるととも
に、Fe粒子間の拡散を早めるようになるの
で、焼結が促進し、機械的性質が向上するこ
と。 (2) 原料粉末中のＣおよびSi含有量を適当に選択
し、かつ黒鉛粉末の粒径を特定値以下にする
と、ＣがFe粒子中に容易に拡散固溶するよう
になり、しかもFe中に固溶したこれら周辺の
Ｃは冷却過程でSiの黒鉛化促進作用によつて空
孔や未固溶の黒鉛を核として析出し、最終的に
は、遊離黒鉛のまわりにSi―フエライト相があ
り、さらにその外側にパーライト相がある、い
わゆる鋳鉄組織となり、かつこの鋳鉄組織は相
対的に遊離黒鉛の量が少ないので高強度および
高靭性をもつこと。 以上(1)および(2)に示される知見を得たのであ
る。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、15〜75％のSiを含有し、かつ平均粒
径が１〜10μｍのFe―Si合金粉末：Si量で0.8〜
2.5％、平均粒径が20μｍ以下の黒鉛粉末：１〜
２％末満、鉄粉：残りからなる配合組成（以上重
量％）を有する原料粉末を、均一に混合し、通常
の粉末成形条件にて圧粉体に成形した後、この圧
粉体を還元性雰囲気中、1050〜1180℃の温度範囲
内の所定温度で焼結することによつて、遊離黒
鉛、フエライト相、およびパーライト相からなる
鋳鉄組織を有する高強度高靭性焼結材料を製造す
る方法に特徴を有するものである。 なお、この発明の焼結材料の製造に際して、原
料粉末としての鉄粉は、粉末冶金用原料として通
常使用されているものでよく、また圧粉体の成形
圧力も通常の４〜6ton／cm2程度でよく、さらに還
元性雰囲気としては、例えばアンモニア分解ガス
の適用が好適である。 つぎに、この発明の焼結材料の製造法におい
て、製造条件を上記の通りに限定した理由を説明
する。 (a) Fe―Si合金粉末中のSi含有量 Si含有量が15％未満では、Fe―Si合金粉末が
軟かすぎて粉砕が困難になり、一方75％を越えた
Si含有量にすると、相対的にFe―Si合金粉末の
配合総量が少なくなりすぎ、鉄粉表面への均一な
まぶし被覆が困難になることから、そのSi含有量
を15〜75％と定めた。 (b) Fe―Si合金粉末の配合量 Fe―Si合金粉末は、焼結材料中へSiを含有さ
せて強度の向上と被削性の改良をはかるために配
合されるが、その配合量がSi量で0.8％未満では
所望の強度および被削性を確保することができ
ず、一方同じくSi量で2.5％を越えて配合する
と、焼結材料に強度低下が現われるようになるこ
とから、その配合量をSi量で0.8〜2.5％と定め
た。 (c) 黒鉛粉末の配合量 その配合量が１％未満では、焼結材料素地中に
所定量の遊離黒鉛が存在した鋳鉄組織を得ること
ができず、この結果被削性が低下したものとな
り、一方２％以上配合すると、強度および靭性に
劣化傾向が現われるようになることから、その配
合量を１〜２％未満と限定した。 (d) Fe―Si合金粉末の平均粒径 その平均粒径が１μｍ未満では、酸化し易くな
つて取扱いが困難となり、一方その平均粒径が10
μｍを越えると鉄粉への拡散が遅くなつてα相の
形成が遅れ、機械的特性が低下するようになるこ
とから、その平均粒径を１〜10μｍと定めた。 (e) 黒鉛粉末の平均粒径 その平均粒径が20μｍを越えると比表面積が小
さくなつて鉄粉への拡散が遅くなることから、そ
の平均粒径を20μｍ以下と定めた。なお、好まし
くは15μｍ以下の平均粒径とするのがよい。 (f) 焼結温度 焼結温度が1050℃未満では、得られた焼結材料
に十分な強度が期待できず、一方1180℃を越えた
焼結温度にすると、液相が出始めて焼結材料に変
形が起きるようになることから、その温度を1050
〜1180℃と定めた。 つぎに、この発明の方法を実施例により比較例
と対比しながら説明する。 実施例 原料粉末として、それぞれ平均粒径：２μｍ，
同10μｍ，同18μｍ，および同30μｍを有する黒
鉛粉末，それぞれ平均粒径：1.2μｍ，同2.2μ
ｍ，同9.8μｍ，および同12.4μｍを有し、かつ
Si含有量がいずれも16％のFe―Si合金粉末，平
均粒径：２μｍを有し、Si含有量が74％のFe―
Si合金粉末，平均粒径：2.2μｍを有し、Si含有
量が79％のFe―Si合金粉末，および粒度：−
100meshの還元鉄粉を用意し、これら原料粉末を
第１表に示される配合組成に配合し、混合し、
4ton／cm2の圧力で圧粉体に成形した後、アンモニ
ア分解ガス雰囲気中、それぞれ第１表に示される
温度で焼結することによつて、実質的に配合組成
と同一の最終成分組成をもち、かつ10mm×10mm×
50mmの寸法をもつた本発明焼結材料１〜７および
比較焼結材料１〜８をそれぞれ製造した。なお、
比較焼結材料１〜８は、製造条件のうちのいずれ
かの条件（第１表に※印を付したもの）がこの発
明の範囲から外れた条件で製造されたものであ
る。 ついで、この結果得られた本発明焼結材料１〜
７および比較焼結材料１〜８，並びに比較の目的
で別途用意した従来鋳鉄（溶解法により製造され
たFC25）について、引張強さおよび衝撃値を
有する高強度高靭性焼結材料を製造する方法に関
するものである。 現在、耐摩耗性、被削性、振動吸収能等にすぐ
れた特性を有する普通鋳鉄が、価格も安いという
こととも相まつて、機械部品として多方面に幅広
い用途を有しているが、鋳鉄のこのすぐれた特性
は、主としてフエライト相およびパーライト相の
素地中に均一に分散する遊離黒鉛によるものであ
ることが知られている。例えば、鋳鉄製の摺動材
にあつては、遊離黒鉛が摺動面に固体潤滑材とし
て作用して減摩効果を発揮するとともに、遊離黒
鉛の残留孔が油溜りとして保油に役立つものであ
り、また切削加工時には、細かく分布した遊離黒
鉛がチツプブレーカーとなつて被削性を向上させ
るという役割を担うものである。 しかしながら、機械部品用材料として、このよ
うにすぐれた性質をもつ鋳鉄ではあるが、一方で
は、鋳物容量が小さい場合は鋳込後の冷却速度が
速いために白銑化し、小物部品については鋳鉄本
来の特性をもつたものが得られないという問題が
あつた。 また、鋳鉄部品の製造は鋳造法に頼らざるを得
なかつたために、粉末冶金法と比して量産性に劣
るという本質的な問題点をも抱えていた。 これまでも、鋳鉄の有するすぐれた諸性質を備
えるとともに、粉末冶金の量産性を兼ね備えた焼
結材料およびその製造方法に関する研究は種々試
みられてきていたが、次に示すような理由から成
功するに至らなかつたのである。すなわち、 (a) 鉄系焼結材料の製造に際して、原料粉末とし
て多量の黒鉛粉末を配合すると、焼結時に素地
にセメンタイトが析出して、これを硬化し、機
械的特性が低下するようになり、一方焼結温度
を下げればセメンタイトの析出は防止できる
が、強度が得られないこと。 (b) Siのような黒鉛化安定元素を添加してセメン
タイトの析出を防止する方法が考えられるが、
一般的にはSiをFe中に拡散固溶させるには約
1200℃以上の高温加熱を必要とし、この加熱温
度は通常の鉄系焼結材料の焼結温度に比して著
しく高い温度であり、したがつてこの加熱温度
で焼結を行なつた場合には製造コストが高くな
るばかりでなく、Siの酸化を防止するために焼
結雰囲気を厳しく制御する必要があること。 そこで、本発明者等は、上述のような鋳鉄製造
に際しての問題点をふまえた上で、通常の鉄系焼
結材料の製造条件の下で、パーライト相およびフ
エライト相からなる素地に遊離黒鉛が均一に分布
した鋳鉄組織を有する焼結材料を得べく研究を行
なつた結果、 (1) 鉄系焼結材料の製造に際して、原料粉末とし
てFe―Si合金粉末を使用し、かつこのSi源た
るFe―Si合金粉末の粒度を特定範囲に調整す
ると、同じく原料粉末として使用する鉄粉の表
面にSi成分が均一に分布するようになり、この
結果焼結時にSi成分が酸化されることなくFe
中に固溶してFeのα相を安定化させるととも
に、Fe粒子間の拡散を早めるようになるの
で、焼結が促進し、機械的性質が向上するこ
と。 (2) 原料粉末中のＣおよびSi含有量を適当に選択
し、かつ黒鉛粉末の粒径を特定値以下にする
と、ＣがFe粒子中に容易に拡散固溶するよう
になり、しかもFe中に固溶したこれら周辺の
Ｃは冷却過程でSiの黒鉛化促進作用によつて空
孔や未固溶の黒鉛を核として析出し、最終的に
は、遊離黒鉛のまわりにSi―フエライト相があ
り、さらにその外側にパーライト相がある、い
わゆる鋳鉄組織となり、かつこの鋳鉄組織は相
対的に遊離黒鉛の量が少ないので高強度および
高靭性をもつこと。 以上(1)および(2)に示される知見を得たのであ
る。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、15〜75％のSiを含有し、かつ平均粒
径が１〜10μｍのFe―Si合金粉末：Si量で0.8〜
2.5％、平均粒径が20μｍ以下の黒鉛粉末：１〜
２％末満、鉄粉：残りからなる配合組成（以上重
量％）を有する原料粉末を、均一に混合し、通常
の粉末成形条件にて圧粉体に成形した後、この圧
粉体を還元性雰囲気中、1050〜1180℃の温度範囲
内の所定温度で焼結することによつて、遊離黒
鉛、フエライト相、およびパーライト相からなる
鋳鉄組織を有する高強度高靭性焼結材料を製造す
る方法に特徴を有するものである。 なお、この発明の焼結材料の製造に際して、原
料粉末としての鉄粉は、粉末冶金用原料として通
常使用されているものでよく、また圧粉体の成形
圧力も通常の４〜6ton／cm2程度でよく、さらに還
元性雰囲気としては、例えばアンモニア分解ガス
の適用が好適である。 つぎに、この発明の焼結材料の製造法におい
て、製造条件を上記の通りに限定した理由を説明
する。 (a) Fe―Si合金粉末中のSi含有量 Si含有量が15％未満では、Fe―Si合金粉末が
軟かすぎて粉砕が困難になり、一方75％を越えた
Si含有量にすると、相対的にFe―Si合金粉末の
配合総量が少なくなりすぎ、鉄粉表面への均一な
まぶし被覆が困難になることから、そのSi含有量
を15〜75％と定めた。 (b) Fe―Si合金粉末の配合量 Fe―Si合金粉末は、焼結材料中へSiを含有さ
せて強度の向上と被削性の改良をはかるために配
合されるが、その配合量がSi量で0.8％未満では
所望の強度および被削性を確保することができ
ず、一方同じくSi量で2.5％を越えて配合する
と、焼結材料に強度低下が現われるようになるこ
とから、その配合量をSi量で0.8〜2.5％と定め
た。 (c) 黒鉛粉末の配合量 その配合量が１％未満では、焼結材料素地中に
所定量の遊離黒鉛が存在した鋳鉄組織を得ること
ができず、この結果被削性が低下したものとな
り、一方２％以上配合すると、強度および靭性に
劣化傾向が現われるようになることから、その配
合量を１〜２％未満と限定した。 (d) Fe―Si合金粉末の平均粒径 その平均粒径が１μｍ未満では、酸化し易くな
つて取扱いが困難となり、一方その平均粒径が10
μｍを越えると鉄粉への拡散が遅くなつてα相の
形成が遅れ、機械的特性が低下するようになるこ
とから、その平均粒径を１〜10μｍと定めた。 (e) 黒鉛粉末の平均粒径 その平均粒径が20μｍを越えると比表面積が小
さくなつて鉄粉への拡散が遅くなることから、そ
の平均粒径を20μｍ以下と定めた。なお、好まし
くは15μｍ以下の平均粒径とするのがよい。 (f) 焼結温度 焼結温度が1050℃未満では、得られた焼結材料
に十分な強度が期待できず、一方1180℃を越えた
焼結温度にすると、液相が出始めて焼結材料に変
形が起きるようになることから、その温度を1050
〜1180℃と定めた。 つぎに、この発明の方法を実施例により比較例
と対比しながら説明する。 実施例 原料粉末として、それぞれ平均粒径：２μｍ，
同10μｍ，同18μｍ，および同30μｍを有する黒
鉛粉末，それぞれ平均粒径：1.2μｍ，同2.2μ
ｍ，同9.8μｍ，および同12.4μｍを有し、かつ
Si含有量がいずれも16％のFe―Si合金粉末，平
均粒径：２μｍを有し、Si含有量が74％のFe―
Si合金粉末，平均粒径：2.2μｍを有し、Si含有
量が79％のFe―Si合金粉末，および粒度：−
100meshの還元鉄粉を用意し、これら原料粉末を
第１表に示される配合組成に配合し、混合し、
4ton／cm2の圧力で圧粉体に成形した後、アンモニ
ア分解ガス雰囲気中、それぞれ第１表に示される
温度で焼結することによつて、実質的に配合組成
と同一の最終成分組成をもち、かつ10mm×10mm×
50mmの寸法をもつた本発明焼結材料１〜７および
比較焼結材料１〜８をそれぞれ製造した。なお、
比較焼結材料１〜８は、製造条件のうちのいずれ
かの条件（第１表に※印を付したもの）がこの発
明の範囲から外れた条件で製造されたものであ
る。 ついで、この結果得られた本発明焼結材料１〜
７および比較焼結材料１〜８，並びに比較の目的
で別途用意した従来鋳鉄（溶解法により製造され
たFC25）について、引張強さおよび衝撃値を
【表】
【表】
測定するとともに、摩擦摩耗試験および被削試験
を行なつた。 なお、摩擦摩耗試験は、ピンオンデイスク型試
験機を使用し、上記各種焼結材料より成形したピ
ンを使用し、かつS45CのCrメツキ材で作つたデ
イスクを用い、速度：1m／sec，荷重：４Kgｆ／
cm2の条件で行ない、摩擦係数と比摩耗量を測定し
た。 また、被削試験は、板厚：5.5mmの上記各種焼
結材料を直径：3.2mmφの高速度鋼製キリを用
い、回転数：400rpm，押付力：５Kgｆの条件で
貫通させ、その貫通時間を測定した。これらの測
定結果を第１表に合せて示した。 第１表に示される結果から、本発明焼結材料１
〜７は、いずれも従来鋳鉄と同等のすぐれた摩擦
摩耗特性および被削性を有するばかりでなく、従
来鋳鉄に比して一段と高い強度および靭性をもつ
ことが明らかである。これに対して、比較焼結材
料１〜８に見られるように、製造条件がこの発明
の範囲から外れると、強度，靭性，摩擦摩耗特
性，および被削性のうちの少なくともいずれかの
特性が劣つたものになることが明らかである。 なお、本発明焼結材料２の顕微鏡による組織写
真（倍率：500倍）を第１図に示したが、図示さ
れる通りフエライト相とパーライト相の素地中に
遊離黒鉛が分布した鋳鉄組織をもつことが明らか
である。 上述のように、この発明によれば、比較的簡単
な操作で、鋳鉄組織を有する高強度高靭性焼結材
料をコスト安く製造することができ、したがつて
鋳鉄のもつ特性が要求される機械部品は勿論のこ
と、小物で複雑な形状の機械部品の量産が可能と
なるなど工業上有用な効果がもたらされるのであ
る。
を行なつた。 なお、摩擦摩耗試験は、ピンオンデイスク型試
験機を使用し、上記各種焼結材料より成形したピ
ンを使用し、かつS45CのCrメツキ材で作つたデ
イスクを用い、速度：1m／sec，荷重：４Kgｆ／
cm2の条件で行ない、摩擦係数と比摩耗量を測定し
た。 また、被削試験は、板厚：5.5mmの上記各種焼
結材料を直径：3.2mmφの高速度鋼製キリを用
い、回転数：400rpm，押付力：５Kgｆの条件で
貫通させ、その貫通時間を測定した。これらの測
定結果を第１表に合せて示した。 第１表に示される結果から、本発明焼結材料１
〜７は、いずれも従来鋳鉄と同等のすぐれた摩擦
摩耗特性および被削性を有するばかりでなく、従
来鋳鉄に比して一段と高い強度および靭性をもつ
ことが明らかである。これに対して、比較焼結材
料１〜８に見られるように、製造条件がこの発明
の範囲から外れると、強度，靭性，摩擦摩耗特
性，および被削性のうちの少なくともいずれかの
特性が劣つたものになることが明らかである。 なお、本発明焼結材料２の顕微鏡による組織写
真（倍率：500倍）を第１図に示したが、図示さ
れる通りフエライト相とパーライト相の素地中に
遊離黒鉛が分布した鋳鉄組織をもつことが明らか
である。 上述のように、この発明によれば、比較的簡単
な操作で、鋳鉄組織を有する高強度高靭性焼結材
料をコスト安く製造することができ、したがつて
鋳鉄のもつ特性が要求される機械部品は勿論のこ
と、小物で複雑な形状の機械部品の量産が可能と
なるなど工業上有用な効果がもたらされるのであ
る。
第１図は、本発明焼結材料の顕微鏡による組織
写真である。
写真である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 15〜75％のSiを含有し、かつ平均粒径が１〜
10μｍのFe―Si合金粉末：Si量で0.8〜2.5％、 平均粒径が20μｍ以下の黒鉛粉末：１〜２％未
満、 鉄粉：残り、 からなる配合組成（以上重量％）を有する原料粉
末を均一に混合し、通常の粉末成形条件にて圧粉
体に成形した後、この圧粉体を還元性雰囲気中、
1050〜1180℃の温度範囲内の所定温度で焼結する
ことを特徴とする遊離黒鉛、フエライト相、およ
びパーライト相からなる鋳鉄組織を有する高強度
高靭性焼結材料の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2773482A JPS58144450A (ja) | 1982-02-23 | 1982-02-23 | 鋳鉄組織を有する高強度高靭性焼結材料の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2773482A JPS58144450A (ja) | 1982-02-23 | 1982-02-23 | 鋳鉄組織を有する高強度高靭性焼結材料の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58144450A JPS58144450A (ja) | 1983-08-27 |
| JPS6237709B2 true JPS6237709B2 (ja) | 1987-08-13 |
Family
ID=12229249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2773482A Granted JPS58144450A (ja) | 1982-02-23 | 1982-02-23 | 鋳鉄組織を有する高強度高靭性焼結材料の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58144450A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6358298B1 (en) | 1999-07-30 | 2002-03-19 | Quebec Metal Powders Limited | Iron-graphite composite powders and sintered articles produced therefrom |
-
1982
- 1982-02-23 JP JP2773482A patent/JPS58144450A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58144450A (ja) | 1983-08-27 |
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