JP3499370B2 - 焼結冷間鍛造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種焼結製品を製
造する焼結冷間鍛造方法に関し、特に高密度組成の焼結
製品を得ることができる焼結冷間鍛造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】焼結冷間鍛造方法は、金属粉を圧縮成形
して冷間鍛造用焼結プリフォームを形成した後、このプ
リフォームに冷間鍛造及び焼結を施すことにより、最終
の焼結製品を得るものであり、機械的強度の高い製品を
得るために、高密度組成の焼結製品を得ることが望まれ
ている。

【０００３】ところで、この焼結冷間鍛造方法において
は、プリフォームの成形及び冷間鍛造はダイス内で行わ
れるため、このプリフォームとダイスとの焼付き防止に
注意を払う必要がある。

【０００４】そこで、例えば、特開平１−１２３００５
号公報には、潤滑剤を１％添加混合した金属粉を圧縮成
形した予備プリフォームを仮焼結して、冷間鍛造用焼結
プリフォームを形成し、この焼結プリフォームに潤滑剤
を塗布した後、冷間鍛造及び焼結をする改良された技術
が開示してある。この改良された技術によれば、前記冷
間鍛造の工程を仮圧縮成形する工程と本圧縮成形する工
程とから構成し、これら仮圧縮成形工程と本圧縮成形工
程との間で、即ち本圧縮成形工程の前に焼結プリフォー
ムから潤滑剤を負圧によって吸引除去するようにしてあ
る。これによって、プリフォーム内に残留する潤滑油が
プリフォーム内部の微小空隙の圧潰消滅を妨げてポーラ
ス状となることを防止することにより、製品の密度を高
めるようにしてある。その結果、冷間鍛造後に、密度が
７．４〜７．５ｇ／ｃｍ^３の製品が得られる。

【０００５】即ち、前記従来例によれば、予備プリフォ
ームを圧縮成形する金属粉に１％の潤滑剤を添加してい
る。これは、予備プリフォームを圧縮成形する場合に、
予備プリフォームとダイスとの間の焼付きを防止するた
めに有効なものであるけれども、この潤滑剤が圧縮成形
時におけるプリフォーム内部の微小空間の圧潰消滅の妨
げとなり、高密度の予備プリフォームが得られない。こ
のため、前記予備プリフォームを冷間鍛造するときの焼
付き防止のために予備プリフォームの表面に潤滑剤を塗
布すると、この潤滑剤が予備プリフォームの内部に侵入
して、冷間鍛造時の高密度化の妨げとなる。そこで、前
記従来例によれば、この潤滑剤を冷間鍛造の本圧縮成形
工程の前に吸引除去して高密度化を図るのであり、これ
によって冷間鍛造後に得られる製品の密度は７．４〜
７．５ｇ／ｃｍ^３程度となるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来例
の製造方法によって、更に高密度組成の焼結製品を得よ
うとすると、冷間鍛造の成形圧力を高めなければなら
ず、冷間鍛造時に製品の割れ等が発生する虞がある。発
明者らの研究によれば、より高密度組成の焼結製品を得
るには、冷間鍛造前の予備プリフォームの密度を高くし
ておくことが重要であることを知見した。

【０００７】しかしながら、前記従来例にあっては、予
備プリフォームを圧縮成形する金属粉に１％添加した潤
滑剤が圧縮成形時におけるプリフォーム内部の微小空間
の圧潰消滅の妨げとなり、高密度の予備プリフォームを
得ることが困難になる。その結果、冷間鍛造後に、高密
度組成の焼結製品を得ることが困難となるのである。

【０００８】本発明は上記従来の実情に鑑みて案出され
たもので、更に高密度組成の焼結製品を得ることができ
る焼結冷間鍛造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１記載の
発明は、金属粉をダイス内で仮圧縮成形して予備プリフ
ォームを形成する仮成形工程と、その後直接、前記予備
プリフォームに潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程と、前
記潤滑剤を塗布した予備プリフォームをダイス内で本圧
縮成形する本成形工程と、前記本圧縮成形した予備プリ
フォームを仮焼結して冷間鍛造用焼結プリフォームを得
る仮焼結工程と、前記焼結プリフォームを冷間鍛造する
冷間鍛造工程と、前記冷間鍛造後の焼結プリフォームを
本焼結する本焼結工程と、から構成してある。

【００１０】また、請求項２記載の発明は、前記予備プ
リフォームを本圧縮した前記本成形工程の密度が、７．
４ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴とする。

【００１１】ここで、密度の高い焼結製品を得るために
は、前記金属粉には潤滑剤を添加しないのが好ましい
が、潤滑剤を混合添加する場合には０．６％以下とす
る。この金属粉をダイス内で仮圧縮成形して得られる予
備プリフォームの密度は、５．５ｇ／ｃｍ^３程度、好ま
しくは５．０〜６．５ｇ／ｃｍ^３とする。この仮成形工
程で予備プリフォームの密度を高くすると、潤滑剤塗布
工程で潤滑剤が予備プリフォーム内に侵入することが可
及的に防止できる反面、金属粉に添加する潤滑剤が少量
であるために、仮成形中にプリフォームとダイスとの間
で焼付きを生じ易くなるものである。

【００１２】前記予備プリフォームに塗布する潤滑剤は
ステアリン酸亜鉛等の通常の冷間鍛造に用いられる各種
潤滑剤が適用可能である。

【００１３】前記本成形工程では、潤滑剤を塗布した予
備プリフォームを本圧縮成形して、プリフォームの密度
を、好ましくは７．４ｇ／ｃｍ^３以上に高める。この本
成形工程での密度が低いと、冷間鍛造工程の前に冷間鍛
造用焼結プリフォームに塗布する潤滑剤がプリフォーム
内に侵入することになり、冷間鍛造工程で製品の密度を
高めるうえで好ましくない。

【００１４】前記仮焼結工程は、好ましくは７００〜９
００℃以下で行い、カーボンの拡散を防止し、所定の硬
さの冷間鍛造用焼結プリフォームを得る。

【００１５】前記冷間鍛造工程では、冷間鍛造用焼結プ
リフォームに所定の潤滑剤を塗布した後、この冷間鍛造
用焼結プリフォームがダイス内で加圧成形される。前記
冷間鍛造工程では、予備プリフォームの密度が７．４ｇ
／ｃｍ^３以上に高められているから、７．５ｇ／ｃｍ^３
以上の密度に鍛造することができ、高密度組成の製品が
容易に得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳述する。

【００１７】図１は本発明の実施の形態を示す焼結冷間
鍛造方法の工程説明図である。図において、１は仮成形
工程で、この仮成形工程１では、金属粉を仮成形ダイス
内に充填し、このダイス内で圧粉成形して予備プリフォ
ームを成形する。前記金属粉に潤滑剤を混合添加する場
合には０．６％以下とする。潤滑剤の量を増加させる
と、得られるプリフォームの密度を高めることが困難に
なる。前記仮成形工程では密度が５．０〜６．５ｇ／ｃ
ｍ^３の予備プリフォームを成形する。

【００１８】２は潤滑剤塗布工程である。この潤滑剤塗
布工程２では、前記仮成形工程１で得られた予備プリフ
ォームの所定箇所に、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を塗
布する。

【００１９】３は本成形工程である。この本成形工程３
では、潤滑剤を塗布した予備プリフォームを本成形ダイ
ス内に挿入して本圧縮成形し、予備プリフォームの密度
を７．４ｇ／ｃｍ^３以上に高める。

【００２０】４は、前記本成形工程３で密度が高められ
た予備プリフォームを仮焼結する仮焼結工程である。こ
の仮焼結工程４は、７００〜９００℃の還元雰囲気中で
行い、カーボンの拡散を防止し、所定の硬さの冷間鍛造
用プリフォームを得る。

【００２１】５は冷間鍛造工程である。この冷間鍛造工
程５は、前記仮焼結工程４を完了した冷間鍛造用プリフ
ォームの所定箇所に潤滑剤を塗布し、この冷間鍛造用プ
リフォームを鍛造ダイス内に挿入して行う。この場合の
成形圧力は最終製品の密度によって各種選択可能である
けれども、密度が７．５ｇ／ｃｍ^３以上の製品を得るた
めには、７ｔｏｎ／ｃｍ^２以上の圧力で加圧成形（鍛
造）される。

【００２２】前記冷間鍛造工程５での冷間鍛造に先立
ち、通常の冷間鍛造で行われているのと同様に、冷間鍛
造用プリフォームの所定箇所に潤滑剤を塗布するのであ
るが、この実施形態によれば、冷間鍛造用プリフォーム
の密度が７．４ｇ／ｃｍ^３以上に高められているので、
塗布した潤滑剤がプリフォームの内部に侵入することな
く表面に滞留する。これによって、潤滑剤が冷間鍛造時
のプリフォームとダイスとの間を潤滑して焼付きを防止
することができ、効果的な冷間鍛造作業が成就される。
また、潤滑剤がプリフォーム内に侵入することがないか
ら、プリフォーム内に侵入した潤滑剤が鍛造時の微小空
隙の圧潰消滅を妨げて製品の密度を高めることを困難と
することが、有利に回避される。

【００２３】これによって、前記冷間鍛造工程５では、
密度が７．５ｇ／ｃｍ^３以上の製品を容易に得ることが
できる。

【００２４】前記冷間鍛造工程５を終えた製品は、本焼
結工程６において１１００℃〜１３００℃で焼結され、
更に熱処理工程７において所定の熱処理が施される。

【００２５】これによって、焼結体の密度が７．５ｇ／
ｃｍ^３以上の高密度組成の製品が容易に得られる。

【００２６】

【実施例】具体的に次のような条件で実験した結果につ
いて説明する。

【００２７】０．２％の潤滑剤を混合添加した金属粉を
ダイス内に充填して圧粉成形し、密度が５．５ｇ／ｃｍ
^３の予備プリフォームを成形した。この予備プリフォー
ムにステアリン酸亜鉛を塗布した後、本成形工程３のダ
イス内で８ｔｏｎ／ｃｍ^２の圧力を以て加圧成形するこ
とにより、密度が７．４５ｇ／ｃｍ^３の予備プリフォー
ムが得られた。

【００２８】ここで、前記金属粉に混合添加する潤滑剤
の量を変化させ、潤滑剤の混合添加量が０．２％，０．
３％，０．４％，０．５％，０．７５％である金属粉を
それぞれ仮圧縮成形して各種の予備プリフォームを形成
し、この予備プリフォームを本圧縮成形した場合に、成
形圧力と密度との関係は図２に示すような結果が得られ
た。即ち、潤滑剤を０．６％混合添加した場合には成形
圧力を１０ｔｏｎ／ｃｍ^２とすることにより密度が７．
４１ｇ／ｃｍ^３のプリフォームが得られた。つまり、成
形圧力を１０ｔｏｎ／ｃｍ^２として、密度が７．４ｇ／
ｃｍ^３の予備プリフォームを得るためには、金属粉に潤
滑剤を０．６％混合添加することが可能である結果が得
られた。

【００２９】前記予備プリフォーム、即ち密度が７．４
５ｇ／ｃｍ^３の予備プリフォームを７００〜９００℃の
還元雰囲気中で仮焼結して、冷間鍛造用焼結プリフォー
ムを形成し、この冷間鍛造用焼結プリフォームに潤滑剤
を塗布した後、ダイス中で７ｔｏｎ／ｃｍ^２の圧力を以
て加圧成形（冷間鍛造）した結果、密度が７．６２ｇ／
ｃｍ^３の製品が得られた。また、成形圧力を１０ｔｏｎ
／ｃｍ^２に上昇させた場合には、密度が７．６４ｇ／ｃ
ｍ^３の製品が得られた。また、成形圧力を１４ｔｏｎ／
ｃｍ^２に上昇させた場合には、密度が７．６６ｇ／ｃｍ
^３の製品が得られた。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、高密度組成の焼結製品が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す冷間鍛造焼結方法の
工程説明図である。

【図２】金属粉に混合添加する潤滑剤の量をパラメータ
として、本成形工程において得られた、成形圧力と密度
との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１ 仮成形工程 ２ 潤滑剤塗布工程 ３ 本成形工程 ４ 仮焼結工程 ５ 冷間鍛造工程 ６ 本焼結工程

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−19403（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−231404（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−123005（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22F 3/03

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属粉をダイス内で仮圧縮成形して予備
   プリフォームを形成する仮成形工程と、 その後直接、前記予備プリフォームに潤滑剤を塗布する
   潤滑剤塗布工程と、 前記潤滑剤を塗布した予備プリフォームをダイス内で本
   圧縮成形する本成形工程と、 前記本圧縮成形した予備プリフォームを仮焼結して冷間
   鍛造用焼結プリフォームを得る仮焼結工程と、 前記焼結プリフォームを冷間鍛造する冷間鍛造工程と、 前記冷間鍛造後の焼結プリフォームを本焼結する本焼結
   工程と、から構成したことを特徴とする焼結冷間鍛造方
   法。
2. 【請求項２】 予備プリフォームを本圧縮した本成形工
   程の密度が、７．４ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴と
   する請求項１記載の焼結冷間鍛造方法。