JPS6333541A - 焼結合金鋼の製造方法 - Google Patents

焼結合金鋼の製造方法

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JPS6333541A
JPS6333541A JP17575586A JP17575586A JPS6333541A JP S6333541 A JPS6333541 A JP S6333541A JP 17575586 A JP17575586 A JP 17575586A JP 17575586 A JP17575586 A JP 17575586A JP S6333541 A JPS6333541 A JP S6333541A
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槇石 幸雄
Kuniaki Ogura
邦明 小倉
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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〕 本発明は、引張強さ110kgf/mrn’以」−の機
械部品用の高強度焼結合金鋼の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
高強度の焼結合金鋼を得るには特公昭58−10962
などに記載されているM n −Cr −Mo系あるい
はNi−Cu−Mo系などの低合金鋼粉を用い、黒鉛粉
および潤滑剤を混合した後、金型成形し、還元雰囲気中
で1100℃〜1200℃程度で焼結後、焼入焼戻し処
理を行い、必要な特性を得ている。
また、特開昭60−114555に記載の如く、低合金
鋼粉にCu、B、Pなどを含む低融点金属粉を添加混合
し、液相焼結を行い、強化する方法がある。
これらの方法によって得られる焼結合金鋼は、引張強さ
80 k g f / mゴ以上をI、νち、高強度を
必要とする機械部品に好適である。しかし特公昭58−
10962などに記載の方法による場合、焼結のままで
は100kgf/mm’以4二の高強度は得られない、
従ってこの程度の強度を得るには、焼入れ焼戻し処理が
必要である。このため焼入れ焼戻し処理による焼結体製
造コストの」二昇、寸/j:精度の低下は避けられない
また特開昭60−114555に記載の方法はBなどの
液相発生元素が均一に分散しにくく、組織が不均一にな
りやすく寸法精度が低Fしやすく、さらに0.1%程度
のBを添加しないと100kgf/mrn’以りの引張
強さは得られず、焼結体の製造コストのに”ylが避け
られない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、従来焼結のままでは得られなかった高強度の
機械部品用焼結合金鋼を、寸法精度良く比較的安価に焼
結のままで得られる、焼結合金鋼の製造方法を提供する
ことを本発明の目的とする。
〔問題点を解決するためのL段〕
1−足口的を達成するための技術手段は次の通りである
まず成分として、 C:0.05小、 Xl:%以下 Si:0.10屯埴%以下 P:0.020重t%以下 S:0.020屯州%以下 N:0.0015重に%以下 0:0.20重量%以下 Ni:0.5〜4重量% Cr : 1.8〜4.5’l1% M o : 0.15〜1.0重量% を含む合金鋼粉を用いる。
この圧粉成形体の密度が6.8g/cm”以J二になる
ように成形する。
次に、1100−1350℃、1分間以[二の加熱によ
り焼結する。
焼結後の冷却速度を0.15℃/ s e c以上とす
る 〔作用〕 本発明は1合金鋼粉の圧縮性と焼入れ性の両特性の優れ
た銅粉を用い、焼結条件を限定することにより、従来得
られなかった焼結体強度と寸法精度を得られるという知
見に基づき、完成されたものである。
高強度の焼結合金鋼を得るには、圧縮性、焼入性、焼結
性の優れた粉末が必要である。
高い圧縮性を得るには、不純物の低減が最も効果的であ
る。また焼入性の向上には合金元素の添加の宿賃が必要
である。さらに焼結性の向上には粒径1合金元素の調整
が必要である。これらの要求特性の全てを得ることは、
各々の特性向上の手段が他の特性の低下をもたらしやす
く、従来困難であった。
発明者らは不純物元素の低減と合金元素の選択およびそ
の隈について検討を行い、さらに焼結条件についても検
討した結果、従来不可能であった高い焼結体強度を有す
る焼結合金鋼を得た。
すなわち、従来のCr系の低合金鋼粉は焼入性が優れる
が、Oその他の不純物が多いために圧縮性が劣り、高強
度が得られなかった。しかし発明者らの検討により、十
分0?の低い圧縮性の高い銅粉を得ることがo(能とな
り、さらにNi、M。
を加えることにより、従来得られなかった圧縮性、焼入
性の両特性の優れる粉末を得ることができた。さらに同
粉末を成形後の焼結条件を限定することにより、従来得
られなかった焼結体強度が得られた。
本発明で用いる鋼粉はC,Si、P、S、N、0の含有
量を低減し、圧縮性を高くしたものである0次に各成分
の限定理由を述べる。
C: Cは浸入型の合金元素であり、Cの残留は著しく圧縮性
を低下させるため、極力低くすることが望ましい、特に
本発明の焼結鋼を得るために用いる鋼粉の圧縮性(潤滑
剤1%を加え、成形圧カフ t / c rrr’で金
型成形し得た圧粉成形体の密度が6、9 g / c 
m’以1)は、鋼粉に0.05重量%を越えるCが残留
した場合、困難である。そこで本発明の銅粉のC量は0
.05.1(琶%以下とする。
Si: 溶融鋼の脱O元素として添加する必要があるが、Siの
増加は増加はSi酸化物となりやすく銅粉中に残留した
圧縮性の低下、焼結体特性の低ドを招き易<、Si添加
による焼入性向上を考慮しても、Siの添加は最低限に
すべきである。
従って本発明で用いる銅粉のNi賃は圧縮性の低下の少
ない0−10改i%以下とする。
P、S: 鉄中に一般的に含まれる不純物元素であるが、これらの
元素はC同様圧縮性を著しく劣化させる元素であり、可
能な限り低いことが望ましい9本発明に用いる合金鋼粉
中のP、Sの量は、それぞれ工業的に低減可能であり、
かつ圧縮性低下の少ないo、o2o東1%以下とする。
これはP、Sが0、020重量%を超えた場合他の合金
元素の影響も加わり、本発明の目的を達成するに必要な
条件である高圧縮性を得ることができないことによる。
0: また0量の増加は、圧縮性の低下ばかりでなく介在物の
増加、焼入性の低下1合金元素の添加効果の減少か起こ
り、最も好ましくない。
従って本発明で用いる鋼粉中の□ jaは量産可能な合
金鋼粉製造設備で得られ、かつ■二足0による悪影響の
少ない0.20 東φ%以丁とする。なお0量は鋼粉の
合金組成の影響を強く受けるため合金元素の選択及びそ
の驕はO敬の増加を考慮した−1−で決定する必要があ
る。
N: さらにNはCなどと同様鋼粉を著しく硬化させ、銅粉の
圧縮性を損う、そこで本発明で用いる銅粉のNHは、圧
縮性の低下が極〈少なく、かつ工業的に製造可能な0.
0015重φ%以下とする。
次に本発明の重要な点の一つである焼入性向上に必須の
合金元zNi、Cr、Mo壕の限定理由を説明する。
Cr: Crは、本発明の焼結鋼の最も重要な合金元素である。
Crの焼入性向JZの効果は太きく、また他の合金元素
に比べ、安価である。Crは本発明の焼結鋼の密度、焼
入性を決定づけるため重要である。Cr量の下限はNi
、Noを添加した状態において、−膜内な焼結炉の冷却
速度においてマルテンサイト変態しうる駿としなければ
本発明の目的とする強度は得られない9本発明のCr量
の下限を1.8重要%とするが、これは1.8重縫%未
満のCr量では(NiあるいはMOを比較的多量に添加
した場合においても)本発明の目的とする焼結体強度が
得られないからである。Cr驕の上限はCrの添加によ
る圧縮性の低下すなわち焼結密度の低下により本発明の
目的とする焼結体強度が得られなくなる量すなわち4.
5重量%を上限とする。
Ni: Niは焼入性の向上および焼結体内の空孔の球状化など
焼結を促進する元素である。しかし過剰な添加は合金コ
ストの上昇圧縮性の低下をもたらし好ましくなく、他の
合金元素とのバランスも考慮し、Ni量を決定する必要
がある0本発明の焼結合金鋼のNi量は0.5〜4重量
%とする。これはo、 5 % :H”H%未満のNi
tμにおいては焼入性および焼結性向にの効果が小さく
、[1標とする焼結体強度を得ることができない。
またNiが4 屯rlX%を超えた場合、その焼入性向
りの効果に比べ、圧縮性の低ド、合金コストの−h ’
yl−の負効果が大きく、本発明の目的とする焼結合金
鋼が得られない。そこで、Ni礒の」二限は4重量%と
する。
MO: MOはNiおよびCrと並ぶ未発明の重要な添加元素の
一つである。Moの添加により焼入性が向トし、焼結後
の機械的特性の向」二が著しい、しかしMoもNi、C
rと同様鋼粉を硬化し圧縮性を低下させやすい。
従って本発明のMo量は添加効果が明らかでかつ圧縮性
低下の少ない0.15〜1.0重要%とする。
本発明の焼結合金鋼は1−記Ni、Cr、Moを含有す
ることにより基本的な焼入性が得られる。
さらに他の合金元素としてMn、V、Co、Cuを加え
ることにより機械部品側々に要求される特性に合致させ
ることが1丁能である。
、(発明の焼結合金鋼の製造方法は、焼結条件を1io
o℃〜1350℃15分間の焼結と焼結後の冷却速度を
1.5℃/ s e c以上とする。
焼結温度を1100−1350℃とする限定理由は11
00℃未満では焼結が十分に進行しないので、本発明の
目的とする焼結体の強度が得られず、また1350℃を
越える高温では焼結コストが1.シ1し好ましくない。
焼結時間は15分以上とするがこれは、15分未満の場
合温度分布が均一となりにくく、焼結体の特性がばらつ
きやすいことによる。
焼結後の冷却速度は1.5℃/ s e c以りとする
。これは1.5℃/ s e e未満の冷却速度では、
本発明で用いる焼入性の優れる鋼粉であっても冷却時に
マルテンサイト変態せず、本発明の目的とする強度が得
られないことによる。
〔実施例〕
次に実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
電気炉を用いて鉄スクラツプを溶解後Si脱酸し、合金
元素添加後木圧160kgf/cm’にて水アトマイズ
を行い、?’)られた粉末を脱水、乾燥し、更に真空熱
処理炉を用い、脱酸、脱炭、脱窒および焼鈍を行い、第
1表の銅粉を得た。
第1表に本発明で用いた合金鋼粉実施例1〜6および比
較例1〜6を示す、但し、実施例6のCuは製品鋼粉に
電解Cu粉を混粉し供試した。
同粉末に1重量%の潤滑剤(ステアリン酸亜鉛)を加え
成形圧カフ t / crn’テJ S PM標準1−
64の圧縮性試験片を成形し、さらに0.7 i量%の
黒鉛粉を加え混合成形し、JSPM標準2−64引張試
験片を得た。圧縮性試験片により得た圧粉密度を第1表
に示す、また引張試験片は水素雰囲気中にて1250℃
60分間の焼結を行い、0.1および0.2℃/ s 
e cで冷却した。同試験片を用いて引張強さを測定し
、その結果を第1表に示す。
、1:、薙倒1〜6はC1Si、P、S、O,Nの不純
物が少なく、さらにNi、Cr、Moの添加により圧縮
性、焼入性の両特性を備え、焼結冷却時にマルテンサイ
ト変態を伴う結果、高強度を得ることができた。しかし
比較例1〜6に示すように不純物が多い、あるいは合金
元素あるいは合金量が適当でない場合、圧縮性あるいは
焼入性が低下し、目標とする強度が得られなかった。
また従来から用いられている例えば比較例6の鋼粉では
焼入性が低いため、高強度が得られない、また冷却速度
0.1℃/secでは本発明で用いる成分の鋼粉であっ
ても、冷却時にマルテンサイト変通せず、本発明の目的
とする焼結体強度が得られない。
実施例中1〜3は本発明の基本となる合金鋼粉であり、
Ni、Cr、Moの必須の合金元素のみ添加した鋼粉で
ある。実施例に示した鋼粉のC1Si、P、S、O,N
iは、比較例1に代表される従来鋼粉のこれらの元素の
含有量に比べ低く6、90 g / c m’以上の高
圧圧縮性を得ている。比較例1は実施例1とほぼ同一の
Ni、Cr、M。
の合金量であるが、圧粉密度が低いため極めて低い強度
しか得られなかった。
比較例の2.3.6は合金量が低く、高圧縮性を得てい
るが、比較例2はCr量が低く、比較例3はMo量が低
く、更に比較例6はMn敬が高いが、Cr1lおよびN
 i Qが低い。このため焼入性が不足し焼結の冷却時
程度の冷却速度ではマルテンサイト変態せず高強度が得
られない。
比較例4はCr量がやや高いため脱炭が抑えられその結
果圧縮性が劣り、高強度が得られなかった。
比較例5はNi、Moが低く焼入性が劣り、高強度が得
られなかった。
実施例4〜6は実施例1〜3の基本組成に他の合金元素
を加えた場合であり、実施例1〜3に比べ圧縮性は低下
するが110kgf/mrn’以上の高強度が得られた
第1図(写真)に銅粉断面組織を示す、第1表中の実施
例5の銅粉を焼結後、0.2℃/ s e cで冷却し
た焼&(4体断面組織を第1図(写真)(a)に小す。
針状の組織が観察でき焼結冷却時にマルテンサイト変y
息としていることが確認できた。
しかし第1図(写真)(b)に示す第1表の比較例6の
鋼粉断面は第1図(a)のような針状組織はなく、焼入
性が低いためマルテンサイト変態しなかったとまえる。
〔発明の効果〕
本発明の方法を用いることにより従来、焼入焼戻しある
いは硼素など特殊な添加粉を加えなければtl)られな
かった高強度を焼結のままで安価に得ることがii7ず
侶となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は焼結体の断面の金属組織を示す倍率400倍の
写真である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.05重量%以下 Si:0.10重量%以下 P:0.020重量%以下 S:0.020重量%以下 N:0.0015重量%以下 O:0.20重量%以下 Ni:0.5〜4重量% Cr:1.8〜4.5重量% Mo:0.15〜1.0重量% を含む合金鋼粉を圧粉成形体の密度を6.8g/cm^
    3以上に成形し、1100〜1350℃、1分間以上の
    加熱により焼結し、焼結後の冷却速度を0.15℃/s
    ec以上とすることを特徴とする高強度焼結合金鋼の製
    造方 法。
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