JPS6248747B2 - - Google Patents
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- JPS6248747B2 JPS6248747B2 JP55075447A JP7544780A JPS6248747B2 JP S6248747 B2 JPS6248747 B2 JP S6248747B2 JP 55075447 A JP55075447 A JP 55075447A JP 7544780 A JP7544780 A JP 7544780A JP S6248747 B2 JPS6248747 B2 JP S6248747B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cast iron
- sintering
- powder
- carbon content
- gas
- 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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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
本発明は産業廃棄物として大量に存在する鋳鉄
切削研削等の切粉を粉末冶金用途に適した性状に
する為の熱処理法に関する。 従来機械加工によつて発生するこの種の切粉は
再溶解する以外に有用な用途のないものでむしろ
産業廃棄物としてその処理方法に窮するものであ
つた。 近年資源の有効利用、省資源化が叫ばれる様に
なり産業廃棄物からの資源回収や再利用の気運が
高まり、切粉を再溶解スクラツプとしてではなく
粉末冶金用原料粉末に利用することが課題となつ
た。 この目的の為に鋳鉄切粉は大量に存在し、且つ
安価であることから対象資源として特に注目され
た。そして粉末冶金用に適した形態にする方法が
種々関発された。これらの方法の殆どは鋳鉄切粉
を機械的な粉砕手段で粉砕するもので、衝撃力、
剪断力、摩耗力、圧縮力、曲げ力等の力を使用す
るものであり、得られる粉末は切粉を微細化した
だけのものである。 更にこれらの方法をより効果的に行う為に鋳鉄
切粉をあらかじめ焼入硬化させる方法や液体窒素
等の極低温技術によつて脆化せしめてから粉砕す
る方法等が開発されているがいずれも粉砕処理コ
ストを大巾に高くする為実用化には問題点があつ
た。 さてこれらの問題点に加えて鋳鉄切粉あるいは
これを微細化した鋳鉄粉を粉末冶金用途に使用す
る上での最も大きな問題点はこれらの鋳鉄粉末成
形体が一般に最も多く使用されている吸熱性変成
ガス焼結炉において焼結出来ないことである。経
済性に優れた焼結体を得る為にはこの様な吸熱性
変成ガス焼結炉において焼結することは不可欠で
あるにもかかわらず鋳鉄粉末成形体は雰囲気ガス
との反応によつて膨張し粉末粒子間の物質移動が
全く生じない。この為に焼結雰囲気として高価な
アンモニア分解ガスや水素ガス等を使わざるを得
ず、この様な焼結を余儀なくされる製造法が経済
的な焼結体の製造方法でないことは言うまでもな
いことである。 鋳鉄粉のこの様な焼結性を改善する方法として
粉末粒子表面に化学的もしくは機械的に銅を被覆
せしめた複合粉末を使用し、焼結中の雰囲気ガス
と鋳鉄組織の反応を阻止する方法が開発され、こ
の方法によれば前記吸熱性変成ガス中での焼結が
可能となつたが銅を被覆せしめる工程のコストが
高く、高価な銅を使用することからやはり焼結体
製造法として経済的に問題があつた。 本発明は、従来の方法のこの様な問題に対し
て、全く違つた角度から解決を試み、強度靭性に
優れ、且つ経済性に優れた鋳鉄粉末焼結品を製造
する新規な方法を見い出した。 即ち、鋳鉄粉末の含有全炭素量を、該鋳鉄のオ
ーステナイト相における最大固溶濃度を0.2％以
上越えない範囲に脱炭調整することにより、該鋳
鉄の共晶温度以上で焼結することを可能ならし
め、真空雰囲気中で焼結することで前記雰囲気の
経済性の問題を解決し、且つ、10-2Torr以下の
真空度によつて、成形体中に含有される炭素を利
用して有害な酸化物を還元し、強固な焼結を惹起
せしめ、その上、全炭素量の低減とそれに伴う黒
鉛量の減少によつて焼結体強度を著るしく向上さ
せることを骨子とするものである。第１図にFe
−Si−Ｃ系の状態図（Fe−2.4％Si−Ｃ状態図）
の例を示すが、鋳鉄粉の含有全炭素量が、オース
テナイト相における最大固溶濃度を越えると、該
鋳鉄の共晶温度から、液相を生じ、型くずれ等を
生じる。しかし、液相の発生に伴つて元の黒鉛は
溶け、そのぬけがらは球状化した空孔となり、見
掛上焼結は進行するが間もなく空孔中に含有され
るガスが膨張して発泡する。即ち、液相量の増加
に伴つて、焼結は困難となる。しかし、含有全炭
素量が該鋳鉄のオーステナイト相における最大固
溶濃度を0.2％以上越えないように調整すること
によつてこの液相の発生量は減少し、かつ冷却後
にもレーデプライトや巨大黒鉛の析出を見ないの
で著るしく優れた性能を得ることが可能となつ
た。含有全炭素量を該鋳鉄のオーステナイト相に
おける最大固溶濃度を越えること0.2％までとす
る理由は、実施例１にも示したように焼結過程で
約0.2％の炭素が脱炭されるからである。従つ
て、焼結体中に黒鉛の析出が起らないためには、
炭素の最大固溶濃度を0.2％以上越えてはならな
い。なお、含有全炭素量が炭素の最大固溶濃度以
下の場合であつても局部的に析出している粉末中
の炭素が存在するので、適当量の液相は出現す
る。又この焼結雰囲気は前記の通り、変成ガス中
で全く焼結が進行せず、高価なH2ガス中では一
応焼結は進むが、本発明の如き、母材鋳鉄の共晶
温度以上の温度で焼結する場合液相の発生に伴
い、空孔中に含有されたガスによる発泡現象が著
るしく、適当でなかつた。しかし、10-2Torr以
下の真空雰囲気中で焼結することにより、これら
の問題は解決され、更に、成形体中の酸化物が同
じく含有されている炭素によつて還元される反応
が次の機構で促進され、H2等の焼結では全く得
られない高強度を得ることが出来る。 Ｃによる還元反応は、 MO（金属酸化物）＋Ｃ→Ｍ＋CO で示され、この反応の自由エネルギー変化は、 △Ｇ＝△G0＋RTlnK で示される。 ここにＫ＝Ｐｃｐ／ａｃである。 △G0は温度の関数として与えられている。 Ｐcp＝COガスの分圧 ａc＝Ｃの活量 真空中では、このＲcpが極めて小さくなり例え
ば10-2Torrの真空雰囲気の場合 10-2Torr〓10-5atm 従つて
切削研削等の切粉を粉末冶金用途に適した性状に
する為の熱処理法に関する。 従来機械加工によつて発生するこの種の切粉は
再溶解する以外に有用な用途のないものでむしろ
産業廃棄物としてその処理方法に窮するものであ
つた。 近年資源の有効利用、省資源化が叫ばれる様に
なり産業廃棄物からの資源回収や再利用の気運が
高まり、切粉を再溶解スクラツプとしてではなく
粉末冶金用原料粉末に利用することが課題となつ
た。 この目的の為に鋳鉄切粉は大量に存在し、且つ
安価であることから対象資源として特に注目され
た。そして粉末冶金用に適した形態にする方法が
種々関発された。これらの方法の殆どは鋳鉄切粉
を機械的な粉砕手段で粉砕するもので、衝撃力、
剪断力、摩耗力、圧縮力、曲げ力等の力を使用す
るものであり、得られる粉末は切粉を微細化した
だけのものである。 更にこれらの方法をより効果的に行う為に鋳鉄
切粉をあらかじめ焼入硬化させる方法や液体窒素
等の極低温技術によつて脆化せしめてから粉砕す
る方法等が開発されているがいずれも粉砕処理コ
ストを大巾に高くする為実用化には問題点があつ
た。 さてこれらの問題点に加えて鋳鉄切粉あるいは
これを微細化した鋳鉄粉を粉末冶金用途に使用す
る上での最も大きな問題点はこれらの鋳鉄粉末成
形体が一般に最も多く使用されている吸熱性変成
ガス焼結炉において焼結出来ないことである。経
済性に優れた焼結体を得る為にはこの様な吸熱性
変成ガス焼結炉において焼結することは不可欠で
あるにもかかわらず鋳鉄粉末成形体は雰囲気ガス
との反応によつて膨張し粉末粒子間の物質移動が
全く生じない。この為に焼結雰囲気として高価な
アンモニア分解ガスや水素ガス等を使わざるを得
ず、この様な焼結を余儀なくされる製造法が経済
的な焼結体の製造方法でないことは言うまでもな
いことである。 鋳鉄粉のこの様な焼結性を改善する方法として
粉末粒子表面に化学的もしくは機械的に銅を被覆
せしめた複合粉末を使用し、焼結中の雰囲気ガス
と鋳鉄組織の反応を阻止する方法が開発され、こ
の方法によれば前記吸熱性変成ガス中での焼結が
可能となつたが銅を被覆せしめる工程のコストが
高く、高価な銅を使用することからやはり焼結体
製造法として経済的に問題があつた。 本発明は、従来の方法のこの様な問題に対し
て、全く違つた角度から解決を試み、強度靭性に
優れ、且つ経済性に優れた鋳鉄粉末焼結品を製造
する新規な方法を見い出した。 即ち、鋳鉄粉末の含有全炭素量を、該鋳鉄のオ
ーステナイト相における最大固溶濃度を0.2％以
上越えない範囲に脱炭調整することにより、該鋳
鉄の共晶温度以上で焼結することを可能ならし
め、真空雰囲気中で焼結することで前記雰囲気の
経済性の問題を解決し、且つ、10-2Torr以下の
真空度によつて、成形体中に含有される炭素を利
用して有害な酸化物を還元し、強固な焼結を惹起
せしめ、その上、全炭素量の低減とそれに伴う黒
鉛量の減少によつて焼結体強度を著るしく向上さ
せることを骨子とするものである。第１図にFe
−Si−Ｃ系の状態図（Fe−2.4％Si−Ｃ状態図）
の例を示すが、鋳鉄粉の含有全炭素量が、オース
テナイト相における最大固溶濃度を越えると、該
鋳鉄の共晶温度から、液相を生じ、型くずれ等を
生じる。しかし、液相の発生に伴つて元の黒鉛は
溶け、そのぬけがらは球状化した空孔となり、見
掛上焼結は進行するが間もなく空孔中に含有され
るガスが膨張して発泡する。即ち、液相量の増加
に伴つて、焼結は困難となる。しかし、含有全炭
素量が該鋳鉄のオーステナイト相における最大固
溶濃度を0.2％以上越えないように調整すること
によつてこの液相の発生量は減少し、かつ冷却後
にもレーデプライトや巨大黒鉛の析出を見ないの
で著るしく優れた性能を得ることが可能となつ
た。含有全炭素量を該鋳鉄のオーステナイト相に
おける最大固溶濃度を越えること0.2％までとす
る理由は、実施例１にも示したように焼結過程で
約0.2％の炭素が脱炭されるからである。従つ
て、焼結体中に黒鉛の析出が起らないためには、
炭素の最大固溶濃度を0.2％以上越えてはならな
い。なお、含有全炭素量が炭素の最大固溶濃度以
下の場合であつても局部的に析出している粉末中
の炭素が存在するので、適当量の液相は出現す
る。又この焼結雰囲気は前記の通り、変成ガス中
で全く焼結が進行せず、高価なH2ガス中では一
応焼結は進むが、本発明の如き、母材鋳鉄の共晶
温度以上の温度で焼結する場合液相の発生に伴
い、空孔中に含有されたガスによる発泡現象が著
るしく、適当でなかつた。しかし、10-2Torr以
下の真空雰囲気中で焼結することにより、これら
の問題は解決され、更に、成形体中の酸化物が同
じく含有されている炭素によつて還元される反応
が次の機構で促進され、H2等の焼結では全く得
られない高強度を得ることが出来る。 Ｃによる還元反応は、 MO（金属酸化物）＋Ｃ→Ｍ＋CO で示され、この反応の自由エネルギー変化は、 △Ｇ＝△G0＋RTlnK で示される。 ここにＫ＝Ｐｃｐ／ａｃである。 △G0は温度の関数として与えられている。 Ｐcp＝COガスの分圧 ａc＝Ｃの活量 真空中では、このＲcpが極めて小さくなり例え
ば10-2Torrの真空雰囲気の場合 10-2Torr〓10-5atm 従つて
【式】の項は負の大きな値となり、△Ｇは負
の大きな値となる為、大気中ではせいぜい10-2〜
10-3atmのＰcpに較べていちじるしくその還元性
は高められる。 この様に酸化物が還元されることにより、焼結
が単に進行するだけでなく、粒子と粒子の接着界
面における結合強さが界面の清浄度に応じて著る
しく向上し、焼結体の強度は高められた。又焼結
体の空孔はH2焼結の場合より球状化し、黒鉛溶
出空孔の球状化と合わせて、同じ気孔率において
も応力集中の小さい空孔形態の為に著るしく強度
は改善された。また、真空中で焼結することによ
つて発泡現象を抑制できる理由は、第１には真空
雰囲気下で加熱することによつて吸着ガスがとれ
るからであり、第２には前記のように真空焼結に
よつて還元力が大幅に増大し、空孔がクローズド
される前にMO（金属酸化物）の還元が進行し
て、発生する炭酸ガスが充分に抜けることができ
るので発泡が生じ難くなるためである。 この様な鋳鉄粉の真空焼結においても、成形体
の空孔率、即ち型押密度は高い程、焼結強度は高
くなる。しかし従来、鋳鉄粉の圧縮性が悪いた
め、型押密度は6.0ｇ／c.c.（６トン／cm2成形圧
力）程度が限度であつた。しかしながら、本発明
者らは、結合炭素量の調整を行つた種々の鋳鉄粉
の圧縮性を調べた結果、第２図に示した実験結果
を得た。すなわち、第２図は圧縮性に及ぼす結合
炭素量を示す。型押密度と焼結体強度との関係を
第３図に示した。これらの結果から、型押密度
6.4ｇ／c.c.以上、結合炭素量0.2％以下の条件が満
された場合、極めて優れた焼結特性が得られるこ
とが明らかである。 実施例 １ Fe−2.4Si−1.3％Ｃ及びFe−2.4Si−1.8％
Ｃ（結合炭素量はそれぞれ0.14％、0.17％）の鋳
鉄切粉の粉砕粉末（最大固溶濃度1.5％）を６ト
ン／cm2で型押し、それぞれ6.45ｇ／c.c.、6.41ｇ／
c.c.の成形体を得た。この成形体を1200℃20分間５
×10-3Torrの真空焼結を行つた結果、は71
Kg／mm2の引張り強さを示したが、は溶けて原形
をとどめなかつた。これはこの全炭素濃度が材
料の最大固溶限度を越えているためである。の
焼結体の炭素含有量を分析したところ、全炭素量
は1.1％、結合炭素量は0.69％であつた。全炭素
量の減少は焼結中の酸化物との反応において消費
されたものであると思われ、事実、粉末中の酸素
含有量が0.17％であつたが、焼結体中の酸素含有
量は0.04％と著るしく減少していた。 実施例 ２ 真空雰囲気における焼結の効果を確認するため
に、実施例１で用いた粉末Fe−2.4Si−1.3％Ｃ
を実施例１と同様な方法で成型した後、1200℃で
H2雰囲気、N2雰囲気、RX（CO／CO2）雰囲気に
て焼結を行つた。焼結後の結果を実施例１の場合
と比較して下表に示す。
10-3atmのＰcpに較べていちじるしくその還元性
は高められる。 この様に酸化物が還元されることにより、焼結
が単に進行するだけでなく、粒子と粒子の接着界
面における結合強さが界面の清浄度に応じて著る
しく向上し、焼結体の強度は高められた。又焼結
体の空孔はH2焼結の場合より球状化し、黒鉛溶
出空孔の球状化と合わせて、同じ気孔率において
も応力集中の小さい空孔形態の為に著るしく強度
は改善された。また、真空中で焼結することによ
つて発泡現象を抑制できる理由は、第１には真空
雰囲気下で加熱することによつて吸着ガスがとれ
るからであり、第２には前記のように真空焼結に
よつて還元力が大幅に増大し、空孔がクローズド
される前にMO（金属酸化物）の還元が進行し
て、発生する炭酸ガスが充分に抜けることができ
るので発泡が生じ難くなるためである。 この様な鋳鉄粉の真空焼結においても、成形体
の空孔率、即ち型押密度は高い程、焼結強度は高
くなる。しかし従来、鋳鉄粉の圧縮性が悪いた
め、型押密度は6.0ｇ／c.c.（６トン／cm2成形圧
力）程度が限度であつた。しかしながら、本発明
者らは、結合炭素量の調整を行つた種々の鋳鉄粉
の圧縮性を調べた結果、第２図に示した実験結果
を得た。すなわち、第２図は圧縮性に及ぼす結合
炭素量を示す。型押密度と焼結体強度との関係を
第３図に示した。これらの結果から、型押密度
6.4ｇ／c.c.以上、結合炭素量0.2％以下の条件が満
された場合、極めて優れた焼結特性が得られるこ
とが明らかである。 実施例 １ Fe−2.4Si−1.3％Ｃ及びFe−2.4Si−1.8％
Ｃ（結合炭素量はそれぞれ0.14％、0.17％）の鋳
鉄切粉の粉砕粉末（最大固溶濃度1.5％）を６ト
ン／cm2で型押し、それぞれ6.45ｇ／c.c.、6.41ｇ／
c.c.の成形体を得た。この成形体を1200℃20分間５
×10-3Torrの真空焼結を行つた結果、は71
Kg／mm2の引張り強さを示したが、は溶けて原形
をとどめなかつた。これはこの全炭素濃度が材
料の最大固溶限度を越えているためである。の
焼結体の炭素含有量を分析したところ、全炭素量
は1.1％、結合炭素量は0.69％であつた。全炭素
量の減少は焼結中の酸化物との反応において消費
されたものであると思われ、事実、粉末中の酸素
含有量が0.17％であつたが、焼結体中の酸素含有
量は0.04％と著るしく減少していた。 実施例 ２ 真空雰囲気における焼結の効果を確認するため
に、実施例１で用いた粉末Fe−2.4Si−1.3％Ｃ
を実施例１と同様な方法で成型した後、1200℃で
H2雰囲気、N2雰囲気、RX（CO／CO2）雰囲気に
て焼結を行つた。焼結後の結果を実施例１の場合
と比較して下表に示す。
【表】
以上述べた如く、本発明は、特定の粉末調整方
法により、高密度成形体を得、しかる後に所定の
温度範囲内で所定の真空雰囲気焼結を行つて、著
るしく高強度な焼結体を得られることを見い出し
た。この方法は、安価な切粉から、最高級の焼結
鋼を得る方法を提供するものであり、実用上極め
て有意義である。
法により、高密度成形体を得、しかる後に所定の
温度範囲内で所定の真空雰囲気焼結を行つて、著
るしく高強度な焼結体を得られることを見い出し
た。この方法は、安価な切粉から、最高級の焼結
鋼を得る方法を提供するものであり、実用上極め
て有意義である。
添付の第１図はFe−Si−Ｃ系の状態図、第２
図は鋳鉄粉の圧縮性と結合炭素量の関係を示すグ
ラフ、第３図は型押密度と焼結体強度との関係を
示すグラフである。
図は鋳鉄粉の圧縮性と結合炭素量の関係を示すグ
ラフ、第３図は型押密度と焼結体強度との関係を
示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 鋳鉄切粉を粉砕すると共に含有全炭素量が、
該鋳鉄のオーステナイト相における最大固溶濃度
を0.2％以上越えないように脱炭処理を施し、か
つ含有全炭素量のうち結合炭素量を0.2％以下に
調製した粉末を型押成型後、該鋳鉄の共晶温度以
上、1300℃以下の温度範囲において10-2Torr以
下の真空雰囲気中で焼結することを特徴とする鋳
鉄粉末焼結品の製造方法。 ２ 型押成形密度を6.4ｇ／c.c.以上にすることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鋳鉄粉末
焼結品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7544780A JPS572861A (en) | 1980-06-06 | 1980-06-06 | Manufacture of sintered product of cast iron powder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7544780A JPS572861A (en) | 1980-06-06 | 1980-06-06 | Manufacture of sintered product of cast iron powder |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS572861A JPS572861A (en) | 1982-01-08 |
| JPS6248747B2 true JPS6248747B2 (ja) | 1987-10-15 |
Family
ID=13576513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7544780A Granted JPS572861A (en) | 1980-06-06 | 1980-06-06 | Manufacture of sintered product of cast iron powder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS572861A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60174108A (ja) * | 1984-02-21 | 1985-09-07 | クラリオン株式会社 | システム・キツチンに用いる天板の切断面の防水加工法 |
| JPS6110454A (ja) * | 1984-06-26 | 1986-01-17 | 住友ベークライト株式会社 | 化粧天板の製造方法 |
| JPS6110449A (ja) * | 1984-06-26 | 1986-01-17 | 住友ベークライト株式会社 | 水槽付化粧天板の製造方法 |
| JPS6111007A (ja) * | 1984-06-26 | 1986-01-18 | 住友ベークライト株式会社 | 水槽取付方法 |
| JPS6148310A (ja) * | 1984-08-14 | 1986-03-10 | 住友ベークライト株式会社 | 化粧天板の製造方法 |
| JPS6160935A (ja) * | 1984-09-03 | 1986-03-28 | 松下電器産業株式会社 | 水槽付天板 |
| FR2888141B1 (fr) * | 2005-07-07 | 2008-08-29 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Procede de frittage sans pression d'alliages metalliques ; application a la fabrication de spheres creuses |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5292807A (en) * | 1976-02-02 | 1977-08-04 | Komatsu Mfg Co Ltd | Process for carbonization and sintering |
| JPS613864A (ja) * | 1984-06-15 | 1986-01-09 | Toyota Motor Corp | 炭素繊維強化マグネシウム合金 |
-
1980
- 1980-06-06 JP JP7544780A patent/JPS572861A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS572861A (en) | 1982-01-08 |
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