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    公开号:WO1988000505A1
    申请号:PCT/JP1987/000501
    申请日:1987-07-11
    公开日:1988-01-28
    发明作者:Masaki Kawano；Kuniaki Ogura；Teruyoshi Abe；Shigeaki Takajo
    申请人:Kawasaki Steel Corporation；
    IPC主号:C22C33-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 粉 末 冶 金 用 合 金 網 粉 技 術 分 野
    [0002] この^明は、 各種焼結部品の製造に用いられる粉末冶金 用合金鑭粉に関するものである。
    [0003] 背 景 技 術
    [0004] 従来から純鉄粉を主原料にした焼結材料が知られている が、 このような焼結材料の引張り強さは 30〜40kgf /mm 2 程 度と機械的特性レベルが低いため、 その用途が低負荷のプ 一リ一等に限られる欠点があった。
    [0005] - 上記の欠点を補うもと して、 種々の合金成分たとえば Μη, N i , Crおよび Moなどを粉未粒子中に固溶させた合金鐧粉を 利用する技術 （たとえば特公昭 49- 28827号公報） が開発さ れている。
    [0006] しかしながらかような合金綱粉は、 合金化により、 鐧粉 そのものの強度の向上を図ることは可能ではあるけれども、 強度の上昇につれて成形時の塑性変形が困難となり、 圧縮 性が阻害されて焼結密度の低下による焼結体強度の劣化を 余儀なく されていた。 そのため得られた焼結体では十分な 機械的特性は得られなかった。
    [0007] 発 明 の 開 示
    [0008] 従って、 合金化によって強度の改善を図るには、 鑭粉の 圧縮性をできる限り阻害しない合金成分および組成範囲を 選択することが肝要となる。 その他、 成形一焼結一熱処理により得られる焼結機械部 品の重要な特性として、 焼結後の熱処理による焼入歪量と 硬さが挙げられる。
    [0009] 一般に熱処理後に十分な硬さを得るためには、 焼入れ性 に優れる合金成分を選択すればよい。 一方、 熟処理歪は、 主に熱処理時の相変態量、 すなわちマルテンサイ ト変態量 や残留オーステナイ ト量のミ ク口およびマク口的なばらつ きにより生じ、 そのため一般的には、 焼入れ性の良好な組 成は焼入れ変態歪量が多くなり、 形伏 ·寸法の変化が大き くなる傾向にある。
    [0010] しかるにこれまでは、 専ら焼結体の硬さや強度、 靱性な どの機械的性質の面から鐧粉設計がなされており、 焼結後 の熱処理による歪を減少させかつ焼結体の硬さの向上を図- り得る有効な粉末冶金用鐧粉組成の観点からの検討は十分 にはなされていなかつた。
    [0011] たとえば特公昭 55-36260号公報には、 N i， W 又は N i， W, Mo を舍有する Pe基焼結体およびその製造方法が開示され ているが、 上掲公報に開示の発明は、 基本的には鉄粉末と 合金成分金属粉末とを混合する手法によって高強度、 高靱 性の焼結体を得ようとするものである。
    [0012] この発明は、 上に述べた現状に鑑みて開発されたもので、 成形時の塑性変形が容易で圧縮性に優れるだけでなく、 焼 結密度が高く、 しかも熱処理による焼入歪量が少なくかつ 焼結俅の熱処理後の硬さにも優れ、 自動車の変速機用歯車 など高強度、 高硬度が要求される焼結体の原料として有用 な粉末冶金用合金鐦粉を提案することを目的とする。 さて発明者らは、 上記の問題を解決すべく鋭意研究を重 ねた結果、 鑭粉の合金成分と して Wおよび N i、 さらには Mo や Cuを利用することにより、 所期した目的が有利に達成さ れることの知見を得た。 この発明は、 上記の知見に立脚す るものである。
    [0013] すなわちこの発明はの要旨構成は次のとおりである。
    [0014] i ) 、 W： 0. 2 〜2. 0 wt% (以下単に％で示す） および N i ： 0. 8 〜3. 0 %を含有し、 残部は不可避的不純物を除いて 実質的に Feの組成になる粉末冶金用合金鐧粉 （第 1発明） 。 ii ) 、 W： 0. 2 〜2. 0 %、 N i： 0. 8 〜3. 0 %および Mo： 0. 1 〜； 1. 0 %を含有し、 残部は不可避的不純物を除いて実質的 に Feの組成になる粉末冶金用合金鐧粉 （第 2発明） 。
    [0015] iii ) 、 W · 0. 2 〜2. 0 %、 N i： 0. 8 〜3. 0 %および Cu： 0. 2 〜2. 0 %を含有し、 残部は不可避的不純物を除いて実質的 に Feの組成になる粉末冶金用合金鐧粉 （第 3発明） 。
    [0016] iv ) 、 W ： 0. 2 〜2. 0 %および N i : 0. 8 〜3. 0 %、 Mo： 0. 1 〜： L 0 %および Cu： 0. 2 〜2. 0 %を含有し、 残部は不可避 的不純物を除いて実質的に Feの組成になる粉末冶金用合金 鐧粉 （第 4発明） 。
    [0017] 以下この発明について具体的に説明する。
    [0018] まずこの発明において合金鑭粉の成分組成を上記の範囲 に限定した理由について説明する。
    [0019] W： 0. 2 〜2. 0 %
    [0020] Wは、 その形成する酸化物が易還元性であるため、 安価 な水ァ トマイズ法で製造した場合でも酸化物が容易に還元 されるだけでなく、 通常の還元により脱炭も容易であるた めに、 圧縮性の阻害要因である鑭粉中の C, 0が低減され、 圧縮性の向上に有効に寄与する。 また Wは、 焼入性を向上 させ、 硬質炭化物を形成する元素であるから、 焼結体に良 く用いられる浸炭焼入等の熱処理により、 鐦粉中の Cと炭 化物を形成して、 焼結体の硬さを向上させる利点がある。 さらに炭化物が形成されることによって、 基地中の C含有 量が少ない、 いいかえると結晶格子の歪の少ない微細組織 たとえば低炭素マルテンサイ ト等の組織が得られるので、 熱処理後の歪の低減をもたらす効果も併せ持つ。
    [0021] しかしながら含有量が、 0.2 %に満たないと焼結体の熱 処理時における硬さ向上に対する寄与が小さ く、 一方 2 % を超えると鐧粉の圧縮性の劣化が著しいだけでなく、 焼結 体の熱処理において炭化物形成が促進され基地中の Cの低 下により、 焼結体の硬さが減少するので、 W含有量は 0.2 〜2.ひ ％好ましくは 0.2 〜1.6 %の範囲に限定した。
    [0022] Ni:0.8〜3.0 %
    [0023] Ni は、 オーステナイ ト結晶粒の粗大化を抑制し、 基地を 強化する固溶元素として有用なだけでなく、 浸炭焼入等の 熱処理時に浸炭抑制により、 焼結体の熱処理歪の低減にも 有効に寄与する。
    [0024] しかしながら含有量が 0.8 %に満たないと焼結体の有効 な基地の強化ができず、 一方 3.0 %を超え. と鑭粉の圧縮 性が低下するだけでなく、 熱処理時に焼結体の残留オース テナイ トの増加が著しくなつて熱処理歪が増大するので、 Ni含有量は 0.8 〜3.0 %好ましくは 1.0 〜2.5 %の範囲に ' 限定した。 以上基本成分について説明したが、 この発明ではさらに Moや Cuをそれぞれ単独又は複合して添加することができる c Mo: 0.1 〜； I.0 %
    [0025] Mo は、 Wと同様、 炭化物形成元素であり、 鋼中で炭化物 を形成し、 また焼入性を向上させ、 Wの効果をより一層増 大させる働きがある。 しかもかかる Moの添加によって熱処 理歪が増大する不利はない。
    [0026] しかしながら Mo含有量が 0. 1 %より少ないと、 焼入性の 向上効果に乏しく、 ひいては焼結体の熱処理による硬さの 向上に対する寄与が小さ く なり、 一方 1.0 %を超えると鐧 粉の圧縮性の劣化を招くので、 Moは、 0. 1 〜： L 0 %好ま し く は 0.2 〜0.8 %の範囲で添加するものと した。
    [0027] Cu:0.2〜2.0 %
    [0028] Cu は、 Wや Mo等の炭化物形成元素と複合して使用するこ とにより、 焼入性の向上に有効に寄与する。 しかしながら Cuの含有量が 0.2 %より少ないと、 焼入性の向上効果が乏 しく、 ひいては焼結体の熱処理による硬さ向上に対する寄 与が小さ く なり、 一方 2.0 %を超える添加は熱処理後の残 留オーステナイ ト量の増加を生じ、 強度や熱処理歪の増加 を招くので、 0.2 〜2.0 %好ま しく は 0.2 〜1.0 %の範囲 で添加するものとした。 なおこの Cuも Moと同様、 その添加 による熱処理歪の増大はない。
    [0029] また Cuを使用する場合は、 Niとの合計量が 1.0 〜2.5 % の範囲で添加することが好ま しい。 というのは Cu+ Ni量が 1.0 %に満たないと焼結体の基地の有効な強化ができず、 一方 2.5 %を超えると鐧粉の圧縮性が低下するだけでなく、 熱処理時に焼結体の残留オーステナイ トの増加が著しくな つて熱処理歪が増大するという不利が生じるからである。 なおこの究明に従う合金鐧粉を製造するに当たっては、 この発明の合金粉未が や などの難還元性元素を含有し てないことから、 安価な水アトマイズ · ガス還元法を適用 できる利点がある。 なおこの発明において合金鋼粉の製造 法は、 上記の水ァ トマイズ · ガス還元法に限られるわけで なく、 その他従来公知の製造法いずれもが使用できるのは いうまでもない。
    [0030] 図面の簡単な説明
    [0031] - Ϊ 第 1図は、 Wと Ν ίとを含有する合金鐧粉を圧粉成形した 場合における鑭粉中 W量と圧粉密度との関係を示したグラ 、
    [0032] 第 2図は、 同じく W， N i含有合金鐧粉を圧粉成形した場 合における綱粉中 i量と圧粉密度との閲係を示したグラフ、 第 3図は、 W, N iおよび Moを含有する合金鋼粉を圧粉成 形した場合における鐦粉中 Mo量と圧粉密度との関係を示し たグラフである。
    [0033] 発明を実施するための最良の形態
    [0034] 実施例 1
    [0035] W, N iを合金成分とする鐧粉を、 水ア トマイズ法により 作成し、 これを水素雰囲気中において、 lOOOtで 60分間焼 鈍して得られた合金鑭粉を一 60メ ッ シュで篩分けし、 つい でステアリ ン酸亜鉛を 0. 75%添加した後、 7 ton/cm 2 の成 形圧力で圧粉成形した。
    [0036] 成分組成は、 N i含有量については 1. 0 %と一定にし、 W 含有量を 0.2 %から 2.5 %まで変化させた。 得られた圧粉 密度を第 1図に示す。
    [0037] 第 1図から明らかなように、 鐧粉中の W量が 2 %を超え ると圧縮性が急激に低下したが、 この発明の適正範囲を満 足する場合には圧粉密度が 7. Og/cm3以上の優れた圧縮性が 得られた。
    [0038] 実施例 2
    [0039] 実施例 1 と同様の方法で、 組成と して Wは 0.5 %と一定 にし、 Ni含有量を 0.8 %から 4 %まで変化させた鐧粉を作 成し、 実施例 1 と同じ条件で圧粉成形を行ったところ第 2 図に示す圧粉密度が得られた。
    [0040] 第 2図から明らかなように、 鋼粉中の Ni量が 3 %を超え 'ると圧縮性が急激に低下したが、 この発明の適正範囲であ る 0.8 〜3.0 %の範囲では圧粉密度が 7. Og/cm3以上の優れ た圧縮性が得られた。
    [0041] 実施例 3
    [0042] 実施例 1 と同様の方法で、 組成と して Wは 0.5 %、 Niは 2 %と一定にし、 Mo含有量を 0.1 %から 1.5 %まで変化さ せた鐧粉を作成し、 実 ¾例 1 と同じ条件で圧粉成形を行つ たところ第 3図に示す圧粉密度が得られた。
    [0043] 第 3図から明らかなように、 Mo含有量が 1.0 %を超える と圧縮性が大きく低下したが、 この発明の適性範囲を満足 する 0.1 〜： 1.0 %の範囲では圧粉密度が 7.0g/cm3以上の優 れた圧縮性が得られた。
    [0044] 実施例 4
    [0045] 第 1表に示した各成分組成になる合金鐧粉を、 実施例 1 と同様の方法で作成し、 得られた圧粉体の圧粉密度、 さら にそれらの網粉を焼結し、 ついで熱処理を施して得た焼結 体の熟処理寸法変化の標準偏差および硬さについて調べた 結果を第 1表に示す。
    [0046] '寸法変化、 硬さの測定は、 これらの鐧粉にステアリ ン酸 亜鉛を 6. 75%添加してから、 6ひ X 20 mmのタブレツ ト状に 圧粉密度 7. Og/cm 3になるように成形し、 ついで 1150 :にお いて A Xガス雰囲気中で 60分間焼結したものを 900 °Cで120 分間、 カーボンポテンシャル 0. 7 %雰囲気 Φで浸炭油焼入 れを行って、 得られた熱処理後の焼結体につき、 その互い に直交する外径を測定してその差の標準偏差を求め、 熱処 理による歪めばらつきの指標とすると共に、 得られた焼結 '体の表面硬さを測定した。
    [0047] 第 1表から明らかなように、 この発明に従う合金鐧粉 (試料 Να 1〜 8 ) はいずれも、 圧縮性が良好なだけでなく、 焼結体の熱処理による導入歪量も極めて少なく、 しかも熱 処理後の硬さにも優れていた。 とくに Moや Cuを添加した Να 5〜 8は、 硬さのより一層の向上が見られた。
    [0048] 第 1 表
    [0049]
    [0050] * 1 纖 2 0個
    [0051] 産業上の利用可能性
    [0052] この発明によれば、 圧縮性の劣化を招く ことなしに、 強 度および硬度に優れ、 しかも焼鈍後の熱処理による形状 · 寸法の変化が少ない粉末冶金用合金鐦粉を得ることができ、 って自動車の変速機用歯車など髙強度、 高硬度のみなら ず高精度な寸法が要求される焼結機械部品の原料としてと りわけ有利に適合する。
    权利要求:
    Claims

    0505
    11 求 の 範 囲
    1. W： 0.2 〜2.0 t% および
    Ni： 0.8 〜3.0 t¾
    を舍有し、 残部き青は不可避的不純物を除いて実質的に の 組成になる粉末冶金用合金鐧粉。
    2. 合金成分である Wおよび の組成がそれぞれ、
    W： 0.2 〜： I.6 wt% 、
    Ni： 1.0 〜2.5 t%
    である請求の範囲第 1項記載の合金鐧粉。
    3. W： 0.2 2.0 wt% 、
    Ni： 0.8 3.0 t% および
    Mo： 0. 1 1.0 wt%
    を含有し、 残部は不可避的不純物を除いて実質的に Feの 組成になる粉末冶金用合金鋼粉。 合金成分である W，Ni および Moの組成がそれぞれ、 W： 0.2 〜1.6 wt% 、
    Ni: 1.0 〜2.5 vit% 、
    Mo： 0.2 〜0.8 t¾
    である請求の範囲第 3項記載の合金鐧粉。
    W： 0.2 〜2.0 wt% 、
    Ni： 0.8 〜3.0 t% および Cu： 0.2 〜2.0 t%
    を含有し、 残部は不可避的不純物を除いて実質的に Feの組 成になる粉末冶金用合金鑭粉。
    6. 合金成分である W，Ni および Cuの組成がそれぞれ、
    - W： 0.2 〜1.6 wt% 、
    Ni： 1.0 〜2· 5 wt%、
    Cu： 0.2 〜： L 0 wt¾
    でかつ、
    Ni + Cu： 1.0 〜2.5 t%
    .である請求の範囲第 5項記載の合金鐧粉。
    W： 0.2 2.0 t% 、
    Ni: 0.8 3.0 wt%、
    o: 0.1 1.0 wt% および
    Cu: 0.2 〜2· 0 t%
    を含有し、 残部は不可避的不純物を除いて実質的に Feの 組成になる粉末冶金用合金鐧粉。
    8. 合金成分である W， Ni, Moおよび Cuの組成がそれぞれ
    W： 0.2 〜： L.6 wt% 、
    Ni: 1.0 〜2.5 wt¾、
    o: 0.2 〜0.8 wt% 、
    Cu: 0.2 〜： I.0 wt%
    でかつ
    i + Cu :1.0 〜2.5 wt¾ である請求の範囲第 7項記載の合金鑭粉。
    类似技术:
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    引用文献:
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    1988-07-20| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987904566 Country of ref document: EP |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    KR8770848A| KR910001491B1|1986-07-11|1987-09-19|Alloy steel powder for powder metallurgy|
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