JPS6366362B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は各種焼結部品の製造に使用される粉
末冶金用合金鋼粉およびその製造方法に関するも
のである。 従来から純鉄粉を主原料とした焼結部品が知ら
れているが、この種の焼結部品は強度レベルが低
く、その用途が限られる欠点があつた。そこで最
近では上記欠点を補うために純鉄粉に代えて合金
鋼粉を使用する技術が開発されている。しかしな
がら鉄粉中に合金成分を過度に固溶させた場合、
鋼粉の圧縮性を損うことが多く、その場合高い焼
結体密度が得られなくなつて、結果的に強度向上
が望めなくなる問題がある。 一方、純鉄粉に合金成分粉末を混合して、焼結
時に合金成分を反応固溶化させる方法も従来から
広く採用されている。しかしながらこの方法では
圧縮性はある程度確保されるものの、成形性が低
下したり、成形時の粉末偏析により組織の不均一
が生じたり、さらには焼結時の固溶拡散の不良に
より組織の不均一が生じたりする問題がある。 そこで例えば特公昭45−9649号において提案さ
れているように、純鉄粉に合金成分粉末を部分的
に拡散付着させる方法により製造された粉末を使
用することによつて上述の問題を克服することが
考えられる。上記提案において純鉄粉に合金成分
粉末を部分的に拡散させるための具体的方法とし
ては、鉄中への拡散性の低い合金成分、例えば
MoについてMo酸化物を純鉄粉と混合して還元
性雰囲気で加熱することにより純鉄粉表面に微細
にMoを析出させる方法が開示されているが、こ
の方法ではMo添加の工程が複雑となり、また
Moの添加歩留りが低下する可能性があり、さら
にMoの如くその酸化物が比較的低温で蒸発しな
い合金成分については適用が困難である等の問題
がある。また上記提案には、Mo等の合金成分の
可溶性塩類の溶液に純鉄粉を浸し、乾燥および加
熱して純鉄粉表面に微細にMo等の合金成分を析
出させるとともにその合金成分を鉄粉中へ拡散さ
せる方法も開示されているが、この場合乾燥工程
を要するため工程が複雑となり、製造コストが高
くなる等の問題がある。 この発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、上述のような諸問題を克服し、特に圧縮性に
優れた粉末冶金用合金鋼粉およびその製造方法を
提供することを目的とするものである。 すなわちこの発明の粉末冶金用合金鋼粉は、鋼
粉焼結時の鋼粉中への拡散性が劣る合金成分とし
てのMoを圧縮性に悪影響を与えない組成範囲内
で予合金化してなるアトマイズ合金鋼粉表面に、
残りの合金成分としてのNiおよび／またはCuを
粉末の形で部分的に拡散付着してなることを特徴
とするものである。またこの発明の粉末冶金用合
金鋼粉は、前述の鋼粉中への拡散性が劣る合金成
分としてのMoを0.1〜1.0重量％の範囲で予合金
化したアトマイズ合金鋼粉を用い、かつそのアト
マイズ合金鋼粉の表面に粉末の形で部分的に拡散
付着される合金成分として、2.5重量％以下のNi
および2.0重量％以下のCuのうち少なくとも１種
または２種を用いたものである。さらにこの発明
の粉末冶金用合金鋼粉製造方法は、鋼粉焼結時に
おける鋼粉中への拡散性が劣る合金成分としての
Moを粉末の圧縮性に悪影響を与えない組成範囲
内で予合金化してなる合金鋼溶湯をアトマイズ法
により粉末化してアトマイズ合金鋼粉を作成し、
次いで残りの合金成分としてのNiおよび／また
はCuを粉末の形で前記アトマイズ合金鋼粉の表
面に拡散付着させることを特徴とするものであ
る。 以下この発明の粉末冶金用合金鋼粉およびその
製造方法についてさらに詳細に説明する。 この発明の粉末冶金用合金鋼粉を製造するにあ
たつては、先ず前述のように鋼粉焼結時における
鋼粉中への拡散性の劣る合金成分としてのMoを
アトマイズ時に予合金化し、その合金成分を含有
するアトマイズ合金鋼粉を作成する。すなわち、
Moを含有する合金鋼溶湯を溶製し、その合金鋼
溶湯を水アトマイズ法あるいはガスアトマイズ法
により噴霧急冷して、Moを含有するアトマイズ
合金鋼粉を得る。ついでそのアトマイズ合金鋼粉
の表面に残りの拡散性が良好な合金成分としての
NiやCuを粉末の形で部分的に拡散付着させる。
ここで部分的に拡散付着させるとは、合金成分を
鋼粉に完全には固溶させず、合金成分粉末中から
その合金成分の一部が鋼粉中に拡散して、合金成
分粉末の一部が鋼粉に結合した状態とすることを
意味する。このように残りの合金成分を粉末の形
で鋼粉表面に部分的に拡散付着させるためには、
例えば前記アトマイズ合金鋼粉と合金成分粉末と
してのNi粉やCu粉を混合し、水素ガス雰囲気等
の還元性雰囲気にて700〜1000℃程度に加熱すれ
ば良い。斯くすれば、Ni粉やCu粉とアトマイズ
合金鋼粉との接触面においてNi成分やCu成分が
一部鋼粉中に拡散し、かつNi粉やCu粉は鋼粉と
部分的に付着した状態となる。このようにして部
分的拡散付着処理を行なつた状態では、通常は粉
末全体が固まつた状態となつているから、所望の
粒径に破砕し、必要に応じてさらに焼鈍を施し、
最終的な合金鋼粉製品とする。 上述のようにして得られたこの発明の合金鋼粉
の断面のＸ線マイクロアナライザー（EPMA）
による２次電子像写真を第１図に、対応するMo
特性Ｘ線像写真を第２図に示す。また従来法によ
つて表面にMoを付着させた粉末の断面のEPMA
による２次電子像写真を第３図に、対応するMo
特性Ｘ線像写真を第４図に示す。第３図、第４図
に示すように従来法により得られた粉末では鋼粉
１の表面にMo粉２が存在して、Moが偏在して
いることが明らかであり、これに対し第１図、第
２図に示すようにこの発明の合金鋼粉３ではMo
が偏在せず、内部にMoが均一に固溶しているこ
とが明らかである。このようにこの発明の合金鋼
粉はEPMAを適用することによつて従来法で得
られた鋼粉と明確に区別することができる。 前述のように合金成分のうち特に拡散性が劣る
合金成分であるMoをアトマイズ時に予合金化し
ておくことにより、この発明の合金鋼粉を用いて
粉末冶金を行なう際に、焼結体組織の均一性が向
上し、また拡散性の劣る合金成分Moについてア
トマイズ後の部分拡散付着処理が不要となるか
ら、その合金成分の添加歩留りが向上し、かつ合
金成分の添加工程が単純化して、合金成分添加コ
ストが低廉となる。但しアトマイズ時に予合金化
させる合金成分の組成範囲は、粉末の圧縮性に悪
影響を与えない範囲内とする。過度に合金成分を
固溶させてアトマイズ合金鋼板の圧縮性が損われ
れば、圧粉体密度が低下して焼結体密度も低下
し、その結果焼結体強度が低下するからである。 一方、拡散性の劣る合金成分であるMOのアト
マイズ時の予合金化と併せて、他の合金成分であ
るNiおよび／またはCuの部分的な拡散付着処理
を行なうことによつて、鋼粉の圧縮性を向上させ
るとともに成形時の成分偏析による焼結体の不均
一性を解消させ、かつ焼結時の拡散不良による焼
結体組織の不均一性を解消することができる。 この発明の合金鋼粉に使用される合金成分は、
アトマイズ時の予合金成分としてはMoを適用
し、その後の部分的拡散付着処理を行なう合金成
分としてはNiおよび／またはCuを適用する。そ
の理由は次の通りである。 すなわちMoは地鉄中への拡散性が劣るが、通
常１重量％以下の少量添加で焼入れ性を増大させ
かつ硬さを高めるから、Moをアトマイズ時に予
合金化することにより鋼粉の圧縮性を損うことな
く焼入れ性向上および硬さの増大を図ることがで
きる。一方Niは靭性および焼き入れ性を改善す
る効果がありしかも地鉄中への拡散性が良好であ
り、また、Cuは強度、耐食性を向上させる効果
がありかつ地鉄中への拡散が容易であるから、
Niおよび／またはCuをアトマイズ合金粉末に対
し部分的に拡散付着させることによつてこれらの
効果を発揮させることができる。 但しアトマイズ時のMoの予合金量は0.1〜1.0
重量％の範囲内とし、またその0.1〜1.0重量％の
Moを含有するアトマイズ合金鋼粉に対し部分的
に拡散付着させるNiおよび／またはCuは、それ
ぞれ上限を2.5重量％、2.0重量％とすることが望
ましい。これらの成分限定理由は次の通りであ
る。 Mo；Moは通常0.1重量％以上の添加量で前述
のMo添加効果が得られるが、添加量が1.0重量％
を越えれば鋼粉の圧縮性が急激に低下し、また鋼
粉のコストが高くなつて経済性が損われるから、
下限を0.1重量％、上限を1.0重量％とした。 Ni；Niはその添加量を増大させる程、前述の
Ni添加効果がより増大するが、2.5重量％を越え
て添加すれば、部分的に拡散したNiによる鋼粉
表面の硬化が無視できなくなつて圧縮性が低下
し、また鋼粉の経済性も損われるから、上限を
2.5重量％とした。 Cu；CuはNiと同様に添加量を増大させる程、
前述のCu添加効果が大きくなるが、Cuは地鉄中
への拡散、特に結晶粒界への拡散性が優れるか
ら、添加量が2.0％を越えれば部分的に拡散した
Cuのために鋼粉の圧縮性が低下し、かつまた鋼
粉の経済性が損われるから、上限を2.0重量％と
した。 次にこの発明について予備試験例および実施例
にしたがつてさらに具体的に説明する。 予備試験例 Mo含有量を３水準に変化させて水アトマイズ
法により３種のMo予合金量のアトマイズ合金鋼
粉を作成し、その鋼粉を水素ガス雰囲気中にて
1000℃で還元焼鈍した。焼鈍後の合金鋼粉に1.0
％のステアリン酸亜鉛を添加混合して、２種の成
形圧力により圧粉成形した。その合金鋼粉の化学
組成および圧粉体密度を第１表に示す。

【表】 第１表から、Mo予合金量が0.58重量％の試料
Ａでは、成型圧力7t／cm²において7.21ｇ／cm³の高
い圧粉体密度を得ることができたが、Mo予合金
量の増加とともに圧粉体密度は低下し、特に予合
金量が1.0重量％を越えればMoとの親和力の強い
Ｃの残留量も増加して鋼粉の硬さが急激に高くな
るため、圧粉体密度が急激に低下することが明ら
かとなつた。 実施例 １ 水アトマイズ法により一定量のMoを予合金化
させたアトマイズ合金鋼粉を作成し、その鋼粉に
Ni粉を３水準に変化させて混合添加後、H₂雰囲
気にて1000℃×１時間還元焼鈍して、Niを部分
的に拡散付着させた。得られた合金鋼粉に1.0％
のステアリン酸亜鉛を添加混合して２種の成形圧
力により圧粉成形した。この実施例における鋼粉
の化学成分および圧粉体密度を第２表に示す。

【表】 第２表から明らかなように、Ni添加量が2.06重
量％では7t／cm²の成形圧力で7.17ｇ／cm³の高い圧
粉体密度が得られたが、Ni添加量が2.5％を超え
れば添加Ni粉の鋼粉表面層中への部分的拡散量
の増大により圧粉体密度が急激に低下したことが
わかる。 実施例 ２ 水アトマイズ法により一定量のMoを予合金化
させたアトマイズ合金鋼粉を作成し、その鋼粉に
Cu粉を３水準に変化させて混合添加後、H₂雰囲
気にて1000℃×１時間還元焼鈍して、Cuを部分
的に拡散付着させた。得られた合金鋼粉に、1.0
％のステアリン酸亜鉛を添加混合して、２種の成
形圧力にて圧粉成形した。この実施例における鋼
粉化学成分および圧粉体密度を第３表に示す。

【表】 第３表から、Cu添加量1.51重量％では7t／cm²の
成形圧力で7.20ｇ／cm³の高い圧粉体密度が得られ
たが、Cu添加量が2.0％を越えれば鋼粉中へのCu
の部分的拡散量が増加するため圧粉体密度が急激
に低下することが明らかである。 実施例 ３ 水アトマイズ法により一定量のMoを予合金化
させたアトマイズ合金鋼粉を作成し、その鋼粉に
Ni粉およびCu粉を添加混合した後、H₂雰囲気中
にて1000℃×１時間還元焼鈍して、Ni、Cuを鋼
粉表面に部分的に拡散付着させた。得られた合金
鋼粉にステアリン酸亜鉛1.0％を添加混合して２
種の成形圧力により圧粉成形した。この実施例に
よる合金鋼粉の化学成分および圧粉体密度を第４
表に示す。

【表】 第４表に示すように、Ni1.48重量％および
Cu0.93％を添加したこの実施例の鋼粉では、7t／
cm²の成形圧力で7.18ｇ／cmの高い圧粉体密度が得
られた。 実施例 ４ 実施例３で得られた鋼粉と同一の鋼粉（試料記
号Ｊ）にステアリン酸亜鉛1.0％および黒鉛粉を
0.9％添加混合し、7t／cm²の成形圧力でJSPM標準
引張試験片に圧粉成形し、さらにAXガス雰囲気
中において1150℃で50分間焼結した。また比較の
ため、純鉄粉にMo粉、Ni粉、Cu粉を試料記号Ｊ
の鋼粉組成とほぼ同等となるように混合し、かつ
前記同様に黒鉛粉0.9％およびステアリン酸亜鉛
1.0％を添加混合して、前記と同じ条件で圧粉成
形および焼結した（比較例１）。また特公昭45−
9649号に開示されている従来の製法に従つて合金
成分を部分的に拡散付着させた鋼粉に、黒鉛0.9
％およびステアリン酸亜鉛1.0％を添加混合して、
前記と同じ条件で圧粉成形および焼結した（比較
例２）。得られた各焼結体の化学成分組成および
圧粉成形体の密度、ならびに焼結体の引張強さを
第５表に示す。

【表】 第５表から明らかなように、この発明の合金鋼
粉（試料記号Ｊ）を用いた焼結体（比較例１）の
引張強さは、従来の通常の混粉法で作成した焼結
体（比較例１）と比較して焼結体組織の均一性が
優れるため、約５Kg／mm²も高い値が得られた。ま
た特公昭45−9649号の方法により合金成分を部分
的に拡散付着させた鋼粉を用いて作成された焼結
体（比較例２）は、従来の混粉法により製造され
た焼結体（比較例１）よりは引張強さが改善され
ていたものの、この発明の実施例による鋼粉を用
いた焼結体（試料記号Ｊ）と比較すれば、合金量
が多いにもかかわらず引張強さが劣り、したがつ
てこの発明の鋼粉を用いることによつてより高強
度の焼結体が得られることが明らかである。 以上の説明で明らかなようにこの発明の粉末冶
金用合金鋼粉は、焼結体における鋼粉に対する拡
散性が劣る合金成分を圧縮性を損わない範囲内で
予合金化してなるアトマイズ合金鋼粉を用い、残
りの合金成分を前記アトマイズ合金鋼粉の表面に
粉末の形で部分的に拡散付着させてなるものであ
るから、この発明の合金鋼粉は圧縮性に優れてお
り、したがつて高密度で高強度の焼結体を得るこ
とができ、しかも成形時の粉末偏析や焼結時の拡
散不良等により焼結体の組織不均一を招くおそれ
もない等の種の利点を有する。またこの発明の合
金鋼粉製造方法は、従来から提案されている特公
昭45−9649号の方法と比較して、製造工程が簡単
でしかも合金成分の添加歩留りが格段に高く、低
コストで優れた特性の合金鋼粉を提供し得る等、
各種の利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の合金鋼粉の断面の
EPMA写真で、第１図は２次電子像写真、第２
図はMo特性Ｘ線像写真、第３図、第４図は従来
の方法により得られた合金鋼粉のEPMA写真で、
第３図は２次電子像写真、第４図はMo特性Ｘ線
像である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼粉焼結時における鋼粉中への拡散性の劣る
   合金成分としてMoが粉末の圧縮性に悪影響を与
   えない組成範囲内で予合金化されてなるアトマイ
   ズ合金鋼粉の表面に、残りの合金成分としてNi
   およびCuのうちの１種以上が粉末の形で部分的
   に拡散付着されていることを特徴とする粉末冶金
   用合金鋼粉。 ２ 前記Moの予合金量が0.1〜1.0重量％の範囲
   内とされ、かつまた前記Niおよび／またはCuの
   添加量がNiは上限を2.5重量％、Cuは上限を2.0重
   量％とされている特許請求の範囲第１項記載の粉
   末冶金用合金鋼粉。 ３ 鋼粉焼結時における鋼粉中への拡散性が劣る
   合金成分としてMoを粉末の圧縮性に悪影響を与
   えない組成範囲内で予合金化してなる合金鋼溶湯
   をアトマイズ法により粉末化してアトマイズ合金
   鋼粉を作成し、次いで残りの合金成分としてNi
   およびCuのうちの１種以上を粉末の形で前記ア
   トマイズ合金鋼粉の表面に拡散付着させることを
   特徴とする粉末冶金用合金鋼粉の製造方法。