JPS6075501A

JPS6075501A - 高強度焼結部品用の合金鋼粉

Info

Publication number: JPS6075501A
Application number: JP58179211A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Takagi; 高城　重彰
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1985-04-27
Also published as: US4561893A; EP0136169B1; DE3477021D1; EP0136169A3; JPS6364483B2; CA1222151A; EP0136169A2

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】この発明は、高強度焼結部品用の合金鋼粉に関し、とく
に焼結機械部品の原料鋼粉として安価でしかも高強度を
有利に実現し得る合金鋼粉を提案しようとするものであ
る。

周知のとおり、粉末冶金技術の進歩によって焼結部品の
適用分野が拡大し、それに伴って原料粉末も従来の純鉄
粉を主体としたものに加えて、合金銅粉が併用されるよ
うになってきた。この合金鋼粉は、通常水アトマイズ−
ガス還元法によって製造されるが、かような合金鋼粉が
開発されたことによってはじめて、それまでの純鉄粉に
合金元素を混合添加する方式では困ＩＡＩＭであるとさ
れた高強度の焼結部品が得られるようになった。

ところでこの種の合金鋼粉に要求される基本条件は、次
の４点に要約される。

（１）原料粉末が安価であること。

（２）部品成形時の圧縮性が優れていること。

（８）部品焼結時に特殊な雰囲気が不要であること。

（４）焼結体の機械的強度が大きいこと。

従来は上記の条件のうちとくに（８）および（４）に主
眼をおいて鋼粉の開発が進められ、２Ｎｉ−０、５ＭＯ
や１．５　Ｎｉ−０，５０ｕ−０，５ＭＯなどの合金鋼
粉が報告すしている。しかしながらこれらの合金鋼粉は
、比較的合金量が高いため、原料コストが嵩むと同時に
銅粉が硬くなる不利があり、このため止揚条件のうち（
１）と（２）については十分満足されているとは言い難
かったのである。

（２ａ）行ういわゆる焼結鍛造の実施を前提にしている場合が多
く、従って焼結体のまま熱間成形などを施すことなしに
製品とする分野では、新たな合金設計が必要と考えられ
ていたのである。

そこで発明者らは、１掲した４つの条件全てを満足する
合金鋼粉を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、試行錯誤
の末ついにこの発明を完成させるに至ったのである。

すなわち、この発明は、ＮｉおよびＱｕを、Ｎｉ量　０
．４〜１．８重量％（以下単に％で示す）、Ｏｕ　＋　
０４〜０．５％でがっＮ土＋Ｏｕ　：　０，６〜１．５
％の範囲において含有し、さらにＭＯ：　Ｏ，Ｌ−Ｑ、
３％を５み、残余は不可避混入量をそれぞれ０．０２％
以下に制限した０、０．１％以下に制限した５１１０゜
８％以下に制限したＭｎおよび０．０１％以下に制限し
たＮならびに実質的にＦｅの組成になることを特徴とす
る、高強度焼結部品用の合金鋼粉（第１発明）である。

またこの発明は、上記の成分組成になる鋼粉に（８）対し、フェロりん粉を、混合粉全体のＰ含有量が０．０
５〜０．６％となる範囲において添加配合した、高強度
焼結部品用の合金鋼粉（第２発明）である。

ここに第１発明は、焼結体にその後に熱処理を施して使
用する場合にとりわけ優れた特性が得られ、−力筒２発
明の鋼粉は、焼結体のまま使用する場合にも有利に適合
するものである。

以下この発明において、成分組成を上記のとおりに限定
した理由について説明する。

Ｎｉ　：　０，４〜１．８％、Ｏｕ　＋　０．２〜０．
５％でかツＮ土＋Ｑｕ　＋　Ｑ、６〜１．５％Ｎ１およ
びＯｕはいずれも、Ｆｅ基地に固溶して焼結体を強化す
るのに有効に寄与する。しかしながらその合計量がＯ，
ｆ１％未満ではその効果に乏しいので少くとも（）、６
％以上が必要であり、またＮ１とＯｕの合計量を１．５
％以内に制限した場合には、合金元素の添加によって銅
粉が硬化して圧縮性が劣化する程度を最小限に抑えるこ
とができるので、ｌＪｉ　＋　Ｑｕは０．６〜１．５％
の範囲に限定した。この場合、添加元素としては、Ｎ１
よりもＯｕの方が安価であるから同一のＮｉ＋Ｏｕ　ｆ
ｉｔあってはできる限りＯｕを積極的に添加し、Ｎｉ量
を低減させた方が有利である。゛ただしＯｕ量が０．２
％未満では添加の効果が極めて小さく、逆に０゜６％を
超えて添加してもそれ以上にＮｉを置き換える効果は薄
くなるがら、Ｑｕは０．２〜Ｏ０５％の範囲に限定した
。一方Ｎ土は、Ｏｕよりも高価であるが、焼結体の靭性
を向上させるのに有用な元素であり、その効果に鑑みて
ｌＪｉ量の下限は０．４％とした。またＮｉ＋Ｏｕ　＋
　１．５％以下、Ｏｕ　Ｉ　０．２％以上とした前記条
件から、Ｎｉ量の上限はｔ、ａ％と定めた。

ＭＯ：　０．Ｌ〜０．８％ＭＯは、Ｆｅ基地に固溶して焼結体を強化すると共に、
硬質炭化物を形成して焼結体の強度および硬度を向上さ
せ、さらには焼入性を改善させる元素として欠くことが
できない。その添加量は効果から鑑みて０．１％以上を
必要とし、一方０．８％を超えると圧縮性および原料コ
ストの面がら好ましくないので、ＭＯ含有量の範囲は０
．１〜０．８％に限定した。

０　；　０ｉ０２％以下、Ｎ　：　０．０１％以下次に
ＣおよびＮはいずれも、銅粉の圧縮性に悪影響を与える
ので可能な限り低く抑えることが望ましいが、それぞれ
０：０１０２％以下、Ｎ　：　０．０１％以下程度なら
許容できる。

Ｓｉ　：　０．１％以下Ｓｉは、銅粉の圧縮性に悪影響を与えるとともに、安価
な炭化水素変成ガス（ＲＸガス）などで焼結を行なう場
合に選択酸化され易く、焼結体強度に悪影響を及ぼすの
で、この発明では０．１％以下に限定した。

Ｍｎ　：　０．８％以下Ｍｎは、一般に焼入性向上元素として知られているが、
粉末冶金ではとくに安価な炭化水素変成ガス（ＲＸガス
）などで焼結を行う場合に選択酸化され易く、焼結体強
度に悪影響を及ぼすので、この発明では０．８％以下に
限定した。

上述した成分組成範囲を満足させることによって、前掲
した４つの条件全てを満足する優れた合金鋼粉が得られ
るａ′すなわあ・この発明に従・う合金鋼粉体、；＋の
合金量Ｑ占める割合は従来の合金鋼粉に比べてかなり低
いので、銅粉コスト及び圧縮（６）性の面で浸れているのはいうまでもなく、さらに後述の
実施例からも明らかなように、焼鈍時に特殊な雰囲気な
必要とすることもなく、シかも熱処理後の焼結体強度、
靭性は従来の合金鋼粉を用いた場合に較べて格段に向上
するのである。

ところで焼結部品には、焼結後に熱処理などを施すこと
なくそのまま用いられるものもあるが、その場合には、
上に述べた組成になる合金鋼粉にフェロりん粉を少量添
加配合した混合粉とすることが、強度の改善にとって極
めて有効であることが明らかにされたのである。すなわ
ち上述組成の合金鋼粉に対して、フェロりん粉を、全体
のＰ含有量が０．０５〜０．６％となる範囲において添
加配合した混合粉とすることによって、従来の如き合金
量の多い合金銅粉よりも安価で、しかもそれ以上の焼結
強度が碍られることか判明したのである。

ここでＰを予め鋼粉の合金成分とせずに、フェロりん粉
の形で添加するのはつぎの理由による。

すなわち、Ｐを予合金として含有させると鋼粉が硬くな
って圧縮性が低下するからであり、またり（７）ん粉単味で混合添加するとＲＸガス中での焼結時に酸化
し易いためである。

かような添加Ｐは、１７’６基地に固溶して焼結体を強
化すると共に、焼結体の空孔を球状化させる効果があり
、靭性の向上に寄与する。ただし混合粉全体におけるＰ
の含有量が、０．０５％未満ではその添加効果に乏しく
、一方０．６％を超えて添加してもそれ以上の効果が望
めないばかりか、Ｐが粒界に析出してかえって靭性を劣
化させるぎらいにあるので、Ｐの含有量は０．０５〜０
．６％の範囲に限定した。

以下この発明の実施例について説明する。

表１に示した成分組成になる発明鋼粉（Ａ　ｌ　ｔ２）
および従来銅粉（届３）を溶製し、それぞれタンディツ
シュの溶湯ノズルから流出させながら、１５０　ｋｇ／
ｃｍ”の高圧水で噴霧し、ついで脱水、乾燥したのち分
解アンモニアガス中でｔｏｏｏ℃。

９０　ｍｉｎの仕上還元を施した。その後得られたケー
キをハンマーミルで解砕し、８０メツシユ以下にふるい
分けた。それぞれの粉体特性を表２に示す。

表１　粉末のｆヒ学組成（重量％）（１０）次に表２に示した各銅粉をそれぞれ原料として以下の要
領で焼結体を作成した。

それぞれの銅粉に、黒鉛粉：０．５％、ステアリン酸亜
鉛＝１．０％を加え、６　ｔ／ｃｍ”の圧力で成形して
圧粉体とした。ついで圧粉体をＲＸガス中６００″Ｃで
ａ　ｏ　ｍｉｎ加熱してステアリン酸亜鉛を揮散させた
のち、同一ガス中で１１６０°Ｃ１６０ｍ１ｎの焼結を
施した。引続き得られた焼結体を、Ａｒガス中８００°
Ｃで８０ｍ１ｎ間加熱してから、６０°Ｃの油中に焼入
し、ついで１７０°Ｃ１９Ｃ１９Ｏの焼戻し処理を施し
た。

表８に銅粉それぞれの圧粉密度と、熱処理後の焼結体の
機械的性質について鯛べた結果を示す。

表８ ※ノツチなしく１１）表８に示した成績から明らかなように、この発明に従う
合金銅粉は、従来の合金銅粉に較べて、圧縮性ならびに
熱処理後の焼結体の強度および靭性とも優れている。し
かも合金組成からみてこの発明の合金鋼粉がきわめて安
価に製造し得ることを考え併せると、この発明の有効性
は明らかである。

次に、前掲衣１．２に示したＡ２の合金銅粉に対シ、粒
度−８２５メツシユでＰ−ｉ有量２７％の７エロりん粉
を、粉全体のＰ含有量が０．４％となる量添加した合金
鋼粉Ａ４につき、上述した実験例に準じて、黒鉛粉、ス
テアリン酸亜鉛を加え、ついで成形、焼結処理を施して
焼結体を得た。

表４に、圧粉密度と焼結体の機械的性質について鯛べた
結果を示す。なお表４には、従来鋼粉塵８について同様
の処理を施して得た焼結体の特性について調べた結果も
併記した。

表４ ※ノツチなし表から明らかなように、フェロりん粉の添加により（発
明鋼粉属４）、高い圧縮性が得られるだけでなく、従来
鋼粉（Ａ６８）に比し、焼結のままでの強度および靭性
に優れた合金鋼粉を得ることができた。

以上述べたようにこの発明によれば、高強度焼結部品用
の原料鋼粉として要求される１つの基本条件の全てを兼
ね備えた合金鋼粉を得ることができ、有利である。

Claims

【特許請求の範囲】Ｌ　ＮｉおよびＱｕを、Ｎｉ　：　０．４〜１．８重量％、Ｏｕ　ｓ　Ｏ，２〜０．１５重量％でかつＮ土＋Ｏｕ　
＋　０．６〜１．５重量％の範囲において含有し、さら
にＭＯ＋　０．１〜Ｏ，ａ重量％を含み、残余は不可避混入量をそれぞれｏ、ｏ　ｇ重量
％以下に制限した０１０．１重量％以下に制限したＳｌ、０．８重量％以下に制限したＭｎおよび０．０１重量％
以下に制限したＮならびに実質的にＦｅの組成になることを特徴とする、
高強度焼結部品用の合金鋼粉。ム　ＮｉおよびＱｕを、Ｎｉ：０．４〜ｔ、ａ重量％、Ｏｕ　：　０．２〜０．５重量％　ｒ　カッｌＪｉ＋Ｏ
ｕ　ｒ　Ｏ，６〜１．５重量％の範囲において含有し、
さらにＭＯ：　Ｏ，Ｌ〜０．８重量％を含み、残金は不可避混入量をそれぞれ０．０２重量％
以下に制限した０、０．１　重量％以下に制限したＳｉ。０．８　重量％以下に制限したＭｎおよび０．０１重量
％以下に制限したＮならびに実質的にＦｅの組成になる銅粉に対し、フェロ
りん粉を、混合粉全体のＰ含有量が０．０６〜０．６重
量％となる範囲において添加配合したことを特徴とする
、高強度焼結部品用の合金鋼粉。