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JP7501713B2 - Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for manufacturing iron-based sintered member - Google Patents
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Iron-based sintered member, iron-based powder mixture, and method for manufacturing iron-based sintered member Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、鉄基焼結部材、鉄基粉末混合物、及び鉄基焼結部材の製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to an iron-based sintered member, an iron-based powder mixture, and a method for manufacturing an iron-based sintered member.

粉末冶金法により製造される鉄基焼結部材は、溶製法では得ることができない特殊な金属組織の鉄基部材を製造できることから、各種用途に適用されている。 Iron-based sintered components manufactured using powder metallurgy are used in a variety of applications because they can produce iron-based components with special metal structures that cannot be obtained using melting methods.

特殊な金属組織が必要となる用途の一つに、ベアリングキャップ用鉄基焼結部材がある。ベアリングキャップは、内燃機関のクランクシャフトを回転自在に軸支する軸受を保持する部材である。ベアリングキャップは、例えば、外観はおおよそアーチ形状をしており、アルミニウム合金製のシリンダブロックにボルトで締め付け固定されて用いられる。図1は、ベアリングキャップを自動車エンジンのシリンダブロックへ取付けた状態を示す側面模式図である。シリンダブロック2には、ベアリングキャップ1を位置決めし収納する矩形状の凹部2a、及び、軸受3を収納する半円状の凹部2bが形成されている。ベアリングキャップ1は、軸受3を収納する半円状の凹部が形成され、外形がアーチ形状である。ベアリングキャップ1は、シリンダブロック2の矩形凹部2aの嵌合部で位置決めされ、ボルト4、4で固定されて用いられる。このようなベアリングキャップ1に適用される鉄基焼結部材は、クランクシャフト5を保持する必要があることから機械的強さが求められる。また、ベアリングキャップ1とアルミニウム合金製のシリンダブロック2との各半円弧を、ボルト締めされた状態で同芯とするために、通常、各半円弧により形成された円の内周には切削加工が施される。そのため、ベアリングキャップに適用される鉄基焼結部材は、アルミニウム合金と同等の被削性が求められる。 One of the applications requiring a special metal structure is an iron-based sintered member for a bearing cap. A bearing cap is a member that holds a bearing that rotatably supports the crankshaft of an internal combustion engine. The bearing cap, for example, has an approximately arch-shaped appearance and is used by being fastened and fixed to an aluminum alloy cylinder block with bolts. FIG. 1 is a schematic side view showing a state in which a bearing cap is attached to a cylinder block of an automobile engine. A rectangular recess 2a that positions and houses the bearing cap 1, and a semicircular recess 2b that houses the bearing 3 are formed in the cylinder block 2. The bearing cap 1 has a semicircular recess that houses the bearing 3 and has an arch-shaped outer shape. The bearing cap 1 is positioned at the fitting portion of the rectangular recess 2a of the cylinder block 2 and is fixed with bolts 4, 4. The iron-based sintered member applied to such a bearing cap 1 is required to hold the crankshaft 5, and therefore mechanical strength is required. In addition, in order to make each semicircular arc of the bearing cap 1 and the aluminum alloy cylinder block 2 concentric when bolted together, the inner circumference of the circle formed by each semicircular arc is usually machined. Therefore, the iron-based sintered material used in the bearing cap is required to have the same machinability as the aluminum alloy.

鉄基焼結部材の被削性を向上させる方策として、固体潤滑効果のある硫化マンガン又は黒鉛を鉄基焼結部材の気孔に分散させる手法が一般的である。しかしながら、硫化マンガンを用いて製造した鉄基焼結部材は、原料となる鉄基粉末混合物中に添加された硫化マンガン粉末が鉄基粉末同士の拡散による接合を阻害する結果、機械的強さが低いものとなる傾向がある。また、黒鉛は鉄基地に容易に拡散して消失するため、気孔内に黒鉛を分散させた鉄基焼結部材を得ようとすると、鉄基地への黒鉛の拡散が生じ難い、例えば1,000℃未満の温度で焼結する必要がある。しかし、黒鉛の拡散が生じ難い温度では鉄基粉末同士の拡散による接合が乏しく、鉄基焼結部材は機械的強さが低いものとなる傾向がある。 As a method for improving the machinability of iron-based sintered components, a common method is to disperse manganese sulfide or graphite, which has a solid lubricating effect, into the pores of the iron-based sintered component. However, iron-based sintered components manufactured using manganese sulfide tend to have low mechanical strength because the manganese sulfide powder added to the raw iron-based powder mixture inhibits bonding between the iron-based powders due to diffusion. In addition, since graphite easily diffuses into the iron matrix and disappears, in order to obtain an iron-based sintered component with graphite dispersed in the pores, it is necessary to sinter at a temperature at which diffusion of graphite into the iron matrix is difficult, for example, less than 1,000°C. However, at a temperature at which diffusion of graphite is difficult to occur, bonding between the iron-based powders due to diffusion is poor, and the iron-based sintered component tends to have low mechanical strength.

このような状況の下、通常の鉄基焼結部材の焼結温度である1,000~1,200℃の温度範囲で焼結を行い、鉄基粉末同士の拡散による接合を促進して高い機械的強さを得つつ、黒鉛の鉄基地への拡散を抑制し、鉄基地中に黒鉛を分散させて被削性を改善する手法が開発された(特許文献1参照)。 Under these circumstances, a method was developed in which sintering is performed in the temperature range of 1,000 to 1,200°C, which is the sintering temperature for normal iron-based sintered components, promoting bonding through diffusion between iron-based powders to obtain high mechanical strength, while suppressing the diffusion of graphite into the iron matrix and dispersing graphite in the iron matrix to improve machinability (see Patent Document 1).

特許文献1は、酸化硼素粉末を0.01~1.0重量%と、黒鉛粉末を0.1~2.0重量%とを添加した被削性に優れる鉄系焼結材料用の粉末混合物、及び、酸化硼素10~40重量%を含有する窒化硼素粉末を0.1~2.5重量%と、黒鉛粉末を0.1~2.0重量%とを添加した被削性に優れる鉄系焼結材料用の粉末混合物に関する。 Patent Document 1 relates to a powder mixture for iron-based sintered materials with excellent machinability, which contains 0.01 to 1.0 weight percent boron oxide powder and 0.1 to 2.0 weight percent graphite powder, and a powder mixture for iron-based sintered materials with excellent machinability, which contains 0.1 to 2.5 weight percent boron nitride powder containing 10 to 40 weight percent boron oxide and 0.1 to 2.0 weight percent graphite powder.

特開平09-241701号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-241701

特許文献1は、黒鉛の鉄基地への拡散を抑制するために酸化硼素又は酸化硼素を含有する窒化硼素を用いるが、酸化硼素粉末は高価であり、酸化硼素を含む窒化硼素も酸化硼素粉末ほどではないにせよ高価である。このため特許文献1により得られる鉄基焼結部材は原料コストが高いものとなっており、安価な被削性向上の手法が望まれている。 Patent Document 1 uses boron oxide or boron nitride containing boron oxide to suppress the diffusion of graphite into the iron matrix, but boron oxide powder is expensive, and boron nitride containing boron oxide is also expensive, although not as expensive as boron oxide powder. For this reason, the iron-based sintered parts obtained by Patent Document 1 have high raw material costs, and an inexpensive method for improving machinability is desired.

上記のことから、本発明の実施形態は、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた安価な鉄基焼結部材を提供することを目的とする。また、本発明の別の実施形態は、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた鉄基焼結部材を製造できる安価な鉄基粉末混合物を提供することを目的とする。更に、本発明の別の実施形態は、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた鉄基焼結部材を製造できる安価な製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an embodiment of the present invention aims to provide an inexpensive iron-based sintered member that combines high mechanical strength and excellent machinability. Another embodiment of the present invention aims to provide an inexpensive iron-based powder mixture that can produce an iron-based sintered member that combines high mechanical strength and excellent machinability. Still another embodiment of the present invention aims to provide an inexpensive manufacturing method that can produce an iron-based sintered member that combines high mechanical strength and excellent machinability.

本発明には様々な実施形態が含まれる。実施形態の例を以下に列挙する。本発明は以下の実施形態に限定されない。 The present invention includes various embodiments. Examples of embodiments are listed below. The present invention is not limited to the following embodiments.

本発明の一実施形態は、鉄基地と、該鉄基地に分散する気孔とを含む金属組織を有し、鉄、0.1~3.5質量%の炭素、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を含有し、前記気孔に接する前記鉄基地の表面に、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化しており、前記気孔内に遊離炭素を含む、鉄基焼結部材に関する。
前記鉄基焼結部材は、前記0.1~3.5質量%の炭素と、0.5~6.0質量%の銅と、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄とを含有し、残部が鉄と不可避不純物とからなることが好ましい。
One embodiment of the present invention relates to an iron-based sintered member having a metal structure including an iron matrix and pores dispersed in the iron matrix, the iron matrix containing 0.1 to 3.5 mass % of carbon, aluminum, sodium, and sulfur, wherein aluminum, sodium, and sulfur are concentrated on a surface of the iron matrix in contact with the pores, and the pores contain free carbon.
The iron-based sintered component preferably contains 0.1 to 3.5 mass % of carbon, 0.5 to 6.0 mass % of copper, aluminum, sodium, and sulfur, with the remainder being iron and unavoidable impurities.

本発明の他の一実施形態は、鉄基地と、該鉄基地に分散する気孔とを含む金属組織を有し、鉄、0.1~3.5質量%の炭素、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を含有し、前記気孔に接する前記鉄基地の表面において、アルミニウム濃度が0.1質量%以上、ナトリウムの濃度が0.05質量%以上、硫黄の濃度が0.05質量%以上である、鉄基焼結部材に関する。
前記鉄基焼結部材は、前記0.1~3.5質量%の炭素と、0.5~6.0質量%の銅と、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄とを含有し、残部が鉄と不可避不純物とからなることが好ましい。
Another embodiment of the present invention relates to an iron-based sintered member having a metal structure including an iron matrix and pores dispersed in the iron matrix, the iron matrix containing 0.1 to 3.5 mass% of carbon, aluminum, sodium, and sulfur, and wherein the aluminum concentration is 0.1 mass% or more, the sodium concentration is 0.05 mass% or more, and the sulfur concentration is 0.05 mass% or more on the surface of the iron matrix in contact with the pores.
The iron-based sintered component preferably contains 0.1 to 3.5 mass % of carbon, 0.5 to 6.0 mass % of copper, aluminum, sodium, and sulfur, with the remainder being iron and unavoidable impurities.

本発明の他の一実施形態は、鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種と、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムを含む混合粉末0.05~1.5質量%とを含有し、前記硫酸ナトリウムの含有量が、前記混合粉末の質量を基準とし、0.5質量%以上である、鉄基粉末混合物に関する。
前記高級脂肪酸は、ステアリン酸、12-ヒドロキシステアリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リシノール酸、及びベヘン酸からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
また、前記鉄基粉末混合物は、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、銅粉末0~10質量%と、前記混合粉末0.05~1.5質量%と、残部である鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種並びに不可避不純物とからなることが好ましい。
Another embodiment of the present invention relates to an iron-based powder mixture that contains at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, 0.1 to 3.5 mass % of graphite powder, and 0.05 to 1.5 mass % of a mixed powder containing an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate, wherein the content of the sodium sulfate is 0.5 mass % or more based on the mass of the mixed powder.
The higher fatty acid preferably includes at least one selected from the group consisting of stearic acid, 12-hydroxystearic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, ricinoleic acid, and behenic acid.
The iron-based powder mixture preferably contains 0.1 to 3.5 mass % graphite powder, 0 to 10 mass % copper powder, 0.05 to 1.5 mass % of the mixed powder, and the remainder being at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, and unavoidable impurities.

本発明の他の一実施形態は、前記鉄基粉末混合物を、金型に充填し、圧縮成形し、圧粉体を得ること、前記圧粉体を、非酸化性ガス雰囲気中、炭素の鉄基地への拡散温度以上の温度で焼結すること、を含む、鉄基焼結部材の製造方法に関する。
前記炭素の鉄基地への拡散温度以上の温度は、1,000~1,200℃であることが好ましい。
Another embodiment of the present invention relates to a method for producing an iron-based sintered member, the method including: filling a die with the iron-based powder mixture, performing compression molding to obtain a green compact, and sintering the green compact in a non-oxidizing gas atmosphere at a temperature equal to or higher than a diffusion temperature of carbon into the iron matrix.
The temperature at which carbon diffuses into the iron matrix is preferably 1,000 to 1,200°C.

本発明の実施形態によれば、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた安価な鉄基焼結部材を提供することができる。また、本発明の別の実施形態によれば、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた鉄基焼結部材を製造できる安価な鉄基粉末混合物を提供することができる。更に、本発明の別の実施形態によれば、高い機械的強さと優れた被削性とを兼ね備えた鉄基焼結部材を製造できる安価な製造方法を提供することができる。 According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide an inexpensive iron-based sintered member that combines high mechanical strength and excellent machinability. Also, according to another embodiment of the present invention, it is possible to provide an inexpensive iron-based powder mixture that can produce an iron-based sintered member that combines high mechanical strength and excellent machinability. Furthermore, according to another embodiment of the present invention, it is possible to provide an inexpensive manufacturing method that can produce an iron-based sintered member that combines high mechanical strength and excellent machinability.

図1は、ベアリングキャップを自動車エンジンのシリンダブロックへ取付けた状態の一例を示す側面模式図である。FIG. 1 is a schematic side view showing an example of a state in which a bearing cap is attached to a cylinder block of an automobile engine. 図2は、実施例で用いた混合粉末の走査型電子顕微鏡写真(SEM)及びエネルギー分散型X線分析(EDS)による元素分布を示すマッピング画像である(倍率200倍)。FIG. 2 is a scanning electron micrograph (SEM) of the mixed powder used in the examples and a mapping image (magnification: 200 times) showing the element distribution by energy dispersive X-ray analysis (EDS). 図3は、実施例及び比較例で得た焼結体の断面の光学顕微鏡写真である(倍率200倍)。FIG. 3 is an optical microscope photograph (magnification: 200 times) of the cross section of the sintered bodies obtained in the examples and comparative examples. 図4は、実施例で得た焼結体の表面の電子線マイクロアナライザ(EPMA)による元素分布を示すマッピング画像である(倍率3,000倍)。FIG. 4 is a mapping image (magnification: 3,000 times) showing the element distribution on the surface of the sintered body obtained in the example, measured by an electron probe microanalyzer (EPMA). 図5は、実施例及び比較例において実施した旋盤加工工程を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the lathe processing steps carried out in the examples and comparative examples. 図6は、実施例及び比較例において使用した切削工具を示す斜視模式図である。FIG. 6 is a schematic perspective view showing a cutting tool used in the examples and comparative examples. 図7は、実施例及び比較例で得た焼結体の被削性の評価結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the evaluation results of the machinability of the sintered bodies obtained in the examples and comparative examples.

本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限定されない。
[鉄基焼結部材]
本発明の一実施形態である鉄基焼結部材は、鉄基地と、鉄基地に分散する気孔とを含む金属組織を有する。鉄基地は、鉄基粉末により形成され、気孔は、鉄基粉末間の隙間が残留することで形成される。鉄基地は、パーライト又はフェライトとパーライトとの混合組織であることが好ましい。鉄基焼結部材は、気孔内に、鉄基地へ拡散していない遊離炭素を含む。
An embodiment of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiment.
[Iron-based sintered material]
An iron-based sintered member according to one embodiment of the present invention has a metal structure including an iron matrix and pores dispersed in the iron matrix. The iron matrix is formed from an iron-based powder, and the pores are formed by remaining gaps between the iron-based powder. The iron matrix is preferably a pearlite structure or a mixed structure of ferrite and pearlite. The iron-based sintered member contains free carbon in the pores that has not diffused into the iron matrix.

鉄基焼結部材は、鉄、0.1~3.5質量%の炭素、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を含有する。炭素の含有量は、鉄基焼結部材の質量を基準とする含有量であり、例えば、燃焼-赤外線吸収法(JIS G 1211-3:2013)に従い測定することができる。 The iron-based sintered component contains iron, 0.1 to 3.5 mass% carbon, aluminum, sodium, and sulfur. The carbon content is based on the mass of the iron-based sintered component, and can be measured, for example, according to the combustion-infrared absorption method (JIS G 1211-3:2013).

鉄基焼結部材において、炭素の含有量が0.1質量%以上であると、鉄基焼結部材の被削性向上の優れた効果が得られる。その一方で、炭素の含有量が3.5質量%以下であると気孔が増えすぎることを防止でき、鉄基焼結部材の機械的強さを維持できる。このため、鉄基焼結部材に含まれる炭素は、0.1~3.5質量%とする。炭素の含有量は、0.3~2.5質量%であることが好ましく、0.5~1.5質量%であることがより好ましく、0.6~1.0質量%であることが更に好ましい。 In an iron-based sintered component, if the carbon content is 0.1 mass% or more, an excellent effect of improving the machinability of the iron-based sintered component can be obtained. On the other hand, if the carbon content is 3.5 mass% or less, it is possible to prevent an excessive increase in pores, and the mechanical strength of the iron-based sintered component can be maintained. For this reason, the carbon content in the iron-based sintered component is set to 0.1 to 3.5 mass%. The carbon content is preferably 0.3 to 2.5 mass%, more preferably 0.5 to 1.5 mass%, and even more preferably 0.6 to 1.0 mass%.

一般に、鉄基焼結部材の製造に使用される鉄粉末及び/又は鉄合金粉末(本明細書において、鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種を「鉄基粉末」という場合がある。)は、製鋼時に混入するアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を不純物として含有する。一例を挙げると、不純物として鉄基粉末に含有されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄は、いずれも、鉄基粉末の質量を基準として0.01質量%程度である。 In general, iron powder and/or iron alloy powder (in this specification, at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder may be referred to as "iron-based powder") used in the manufacture of iron-based sintered components contains aluminum, sodium, and sulfur as impurities that are mixed in during steelmaking. As an example, the aluminum, sodium, and sulfur contained in the iron-based powder as impurities are each about 0.01% by mass based on the mass of the iron-based powder.

一実施形態によれば、鉄基焼結部材は、鉄基粉末に由来する不純物に加え、気孔に接する鉄基地の表面(本明細書において、気孔に接する鉄基地の表面を「気孔表面」又は「気孔と鉄基地の界面」という場合がある。)に、濃化したアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を有する。アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化して存在していることは、鉄基焼結部材の表面を、例えば、電子線マイクロアナライザ(EPMA)を用いて面分析することにより確認できる。「気孔に接する鉄基地の表面に、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化して存在」とは、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄のそれぞれについて、「気孔に接する鉄基地の表面」における濃度が「気孔に接していない鉄基地の表面」に検出される濃度よりも高いことをいう。具体的には、面分析による「気孔に接する鉄基地の表面」におけるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の検出量が、それぞれ、「気孔に接していない鉄基地の表面」におけるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の検出量より高いことをいい、面分析により得られるマッピング画像により確認することができる。確認には、電子線マイクロアナライザ(例えば、株式会社島津製作所製「EPMA-1600W」)を使用することができ、条件は、例えば、加速電圧15kV、試料電流100nAである。 According to one embodiment, the iron-based sintered member has concentrated aluminum, sodium, and sulfur on the surface of the iron matrix in contact with the pores (in this specification, the surface of the iron matrix in contact with the pores may be referred to as the "pore surface" or the "interface between the pores and the iron matrix"). The presence of concentrated aluminum, sodium, and sulfur can be confirmed by surface analysis of the surface of the iron-based sintered member using, for example, an electron probe microanalyzer (EPMA). "The presence of concentrated aluminum, sodium, and sulfur on the surface of the iron matrix in contact with the pores" means that the concentrations of aluminum, sodium, and sulfur are higher on the "surface of the iron matrix in contact with the pores" than on the "surface of the iron matrix not in contact with the pores". Specifically, the amounts of aluminum, sodium, and sulfur detected on the "surface of the iron matrix in contact with the pores" by surface analysis are higher than the amounts of aluminum, sodium, and sulfur detected on the "surface of the iron matrix not in contact with the pores", respectively, and can be confirmed by a mapping image obtained by surface analysis. To confirm, an electron beam microanalyzer (for example, Shimadzu Corporation's "EPMA-1600W") can be used, and the conditions are, for example, an acceleration voltage of 15 kV and a sample current of 100 nA.

また、一実施形態によれば、鉄基焼結部材は、気孔表面において、アルミニウム濃度が0.1質量%以上、ナトリウムの濃度が0.05質量%以上、硫黄の濃度が0.05質量%以上である。アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度は、鉄基焼結部材の表面における気孔表面を、例えば、電子線マイクロアナライザ(EPMA)を用いて面分析することによって測定できる。アルミニウム濃度は、0.1~1.0質量%であることが好ましく、0.12~0.5質量%であることがより好ましく、0.15~0.3質量%であることが更に好ましい。ナトリウム濃度は、0.05~1.0質量%であることが好ましく、0.15~0.6質量%であることがより好ましく、0.3~0.5質量%であることが更に好ましい。硫黄濃度は、0.05~0.5質量%であることが好ましく、0.08~0.3質量%であることがより好ましく、0.15~0.25質量%であることが更に好ましい。これらの含有量(質量%)は、気孔表面の面分析を行った範囲の鉄基焼結部材の質量を基準とする。「気孔表面の面分析を行った範囲」は、範囲内に気孔表面を含む、倍率3,000倍の視野範囲とすることができる。気孔表面の面分析は、鉄基焼結部材の表面の任意の箇所について行うことができる。含有量として、電子線マイクロアナライザ(例えば、株式会社島津製作所製「EPMA-1600W」)を使用し、加速電圧15kV、試料電流100nAの条件で測定した値を採用することができる。好ましくは、鉄基焼結部材は、EPMAを用いた前記条件による倍率3,000倍の視野範囲にて、アルミニウム濃度が0.1質量%以上、ナトリウムの濃度が0.05質量%以上、硫黄の濃度が0.05質量%以上となる箇所を、少なくとも1箇所有する。 According to one embodiment, the iron-based sintered member has an aluminum concentration of 0.1% by mass or more, a sodium concentration of 0.05% by mass or more, and a sulfur concentration of 0.05% by mass or more on the pore surface. The concentrations of aluminum, sodium, and sulfur can be measured by surface analysis of the pore surface on the surface of the iron-based sintered member, for example, using an electron probe microanalyzer (EPMA). The aluminum concentration is preferably 0.1 to 1.0% by mass, more preferably 0.12 to 0.5% by mass, and even more preferably 0.15 to 0.3% by mass. The sodium concentration is preferably 0.05 to 1.0% by mass, more preferably 0.15 to 0.6% by mass, and even more preferably 0.3 to 0.5% by mass. The sulfur concentration is preferably 0.05 to 0.5% by mass, more preferably 0.08 to 0.3% by mass, and even more preferably 0.15 to 0.25% by mass. These contents (mass%) are based on the mass of the iron-based sintered member in the area where the pore surface was analyzed. The "area where the pore surface was analyzed" can be a visual field of 3,000 times magnification that includes the pore surface. The pore surface area analysis can be performed on any part of the surface of the iron-based sintered member. The contents can be values measured using an electron beam microanalyzer (for example, "EPMA-1600W" manufactured by Shimadzu Corporation) under conditions of an acceleration voltage of 15 kV and a sample current of 100 nA. Preferably, the iron-based sintered member has at least one location where the aluminum concentration is 0.1 mass% or more, the sodium concentration is 0.05 mass% or more, and the sulfur concentration is 0.05 mass% or more in the visual field of 3,000 times magnification using EPMA under the above conditions.

好ましい一実施形態によれば、鉄基焼結部材は、気孔表面に、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化しており、かつ、気孔表面において、アルミニウム濃度が0.1質量%以上、ナトリウムの濃度が0.05質量%以上、硫黄濃度が0.05質量%以上である。 According to a preferred embodiment, the iron-based sintered member has aluminum, sodium, and sulfur concentrated on the pore surfaces, and the aluminum concentration on the pore surfaces is 0.1 mass% or more, the sodium concentration is 0.05 mass% or more, and the sulfur concentration is 0.05 mass% or more.

鉄基地に含有されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度は、特に限定されないが、通常、鉄基地の質量を基準として、いずれも0.05質量%未満であることが好ましく、0.03質量%未満であることがより好ましく、0.0質量%であることが更に好ましい。アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)観察による1,000倍の視野で、エネルギー分散型X線分析(EDS)により鉄基地の表面の気孔に接していない部分を面分析することで測定できる。気孔に接していない鉄基地の面分析は、鉄基焼結部材の表面の任意の箇所について行えばよい。 The concentrations of aluminum, sodium, and sulfur contained in the iron matrix are not particularly limited, but are preferably less than 0.05 mass%, more preferably less than 0.03 mass%, and even more preferably 0.0 mass%, based on the mass of the iron matrix. The concentrations of aluminum, sodium, and sulfur can be measured, for example, by surface analysis of the parts of the surface of the iron matrix that are not in contact with the pores using energy dispersive X-ray analysis (EDS) at a 1,000x magnification using a scanning electron microscope (SEM). Surface analysis of the iron matrix that is not in contact with the pores may be performed on any part of the surface of the iron-based sintered member.

鉄基焼結部材においては、気孔と鉄基地との界面のアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄は、酸化物及び/又は複合酸化物の形態で存在しているものと考えられる。界面に存在するアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄によって、鉄基焼結部材は、気孔内に炭素を保持することができ、その結果、優れた被削性が得られると推測される。 In iron-based sintered components, aluminum, sodium, and sulfur at the interface between the pores and the iron matrix are believed to exist in the form of oxides and/or composite oxides. It is presumed that the aluminum, sodium, and sulfur present at the interface enable the iron-based sintered components to retain carbon within the pores, resulting in excellent machinability.

鉄基焼結部材における遊離炭素の含有量は、優れた被削性を得る観点から、鉄基焼結部材の質量を基準として、0.1質量%以上であることが好ましく、0.15質量%以上であることがより好ましく、0.3質量%以上であることが更に好ましく、0.35質量%以上であることが特に好ましい。一方、遊離炭素の含有量は、十分な強度を得る観点から、鉄基焼結部材の質量を基準として、0.6質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以下であることがより好ましく、0.45質量%以下であることが更に好ましい。遊離炭素の含有量は、鉄基焼結部材の質量を基準とする含有量であり、例えば、遊離炭素定量方法(JIS G 1211-5:2011)に従い測定することができる。 From the viewpoint of obtaining excellent machinability, the free carbon content in the iron-based sintered member is preferably 0.1 mass% or more, more preferably 0.15 mass% or more, even more preferably 0.3 mass% or more, and particularly preferably 0.35 mass% or more, based on the mass of the iron-based sintered member. On the other hand, from the viewpoint of obtaining sufficient strength, the free carbon content is preferably 0.6 mass% or less, more preferably 0.5 mass% or less, and even more preferably 0.45 mass% or less, based on the mass of the iron-based sintered member. The free carbon content is the content based on the mass of the iron-based sintered member, and can be measured, for example, according to the free carbon determination method (JIS G 1211-5:2011).

鉄基焼結部材は、銅を含有してもよい。好ましい一実施形態において、鉄基焼結部材は、鉄と、0.1~3.5質量%の炭素と、0.5~6.0質量%の銅と、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄とを含有する。より好ましくは、鉄基焼結部材は、0.1~3.5質量%の炭素と、0.5~6.0質量%の銅と、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄とを含有し、残部が鉄と不可避不純物とからなる。銅の含有量は、鉄基焼結部材の質量を基準とする含有量であり、例えば、鉄及び鋼-ICP発光分光分析方法(JIS G 1258:2014)に従い測定することができる。 The iron-based sintered member may contain copper. In a preferred embodiment, the iron-based sintered member contains iron, 0.1 to 3.5 mass% carbon, 0.5 to 6.0 mass% copper, aluminum, sodium, and sulfur. More preferably, the iron-based sintered member contains 0.1 to 3.5 mass% carbon, 0.5 to 6.0 mass% copper, aluminum, sodium, and sulfur, with the remainder being iron and inevitable impurities. The copper content is based on the mass of the iron-based sintered member, and can be measured, for example, according to the Iron and Steel - ICP Atomic Emission Spectroscopic Analysis Method (JIS G 1258:2014).

鉄基焼結部材の製造方法は特に限定されない。後述する鉄基粉末混合物を使用して製造する方法、後述する鉄基焼結部材の製造方法を使用する方法が好ましい。 The method for producing the iron-based sintered member is not particularly limited. A method for producing the iron-based sintered member using an iron-based powder mixture described below, or a method for producing the iron-based sintered member using a method described below is preferred.

[鉄基粉末混合物]
本発明の一実施形態である鉄基粉末混合物は、鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種と、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムを合計して0.05~1.5質量%とを含有する。硫酸ナトリウムの含有量は、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムの合計の質量を基準とし、0.5質量%以上である。高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムとして、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムを含む混合粉末を用いることができる。
また、本発明の一実施形態である鉄基粉末混合物は、鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種と、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムを含む混合粉末0.05~1.5質量%とを含有する。硫酸ナトリウムの含有量は、混合粉末の質量を基準とし、0.5質量%以上である。鉄基粉末混合物は、酸化硼素粉末に替わる有効な成分として、高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含む混合粉末を含有する。
[Iron-based powder mixture]
An iron-based powder mixture according to one embodiment of the present invention contains at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, 0.1 to 3.5 mass% graphite powder, and a total of 0.05 to 1.5 mass% of an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate. The content of sodium sulfate is 0.5 mass% or more based on the total mass of the aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate. As the aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate, a mixed powder containing the aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate can be used.
An iron-based powder mixture according to one embodiment of the present invention contains at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, 0.1 to 3.5 mass % of graphite powder, and 0.05 to 1.5 mass % of a mixed powder containing an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate. The content of sodium sulfate is 0.5 mass % or more based on the mass of the mixed powder. The iron-based powder mixture contains a mixed powder containing an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate as an effective alternative to boron oxide powder.

(混合粉末)
混合粉末は、高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含む。高級脂肪酸のアルミニウム塩としては、一般に用いられる成形潤滑剤粉末を使用することができる。高級脂肪酸の炭素数は、潤滑剤としての十分な効果を得る観点から、12以上が好ましく、14以上がより好ましく、16以上が更に好ましい。また、高級脂肪酸の炭素数は、被削性を向上させ、かつ、高い圧粉体の密度を得る観点から、28以下が好ましく、26以下がより好ましく、22以下が更に好ましい。
(Mixed powder)
The mixed powder contains an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate. As the aluminum salt of a higher fatty acid, a commonly used molding lubricant powder can be used. From the viewpoint of obtaining a sufficient effect as a lubricant, the carbon number of the higher fatty acid is preferably 12 or more, more preferably 14 or more, and even more preferably 16 or more. Moreover, from the viewpoint of improving machinability and obtaining a high density of a green compact, the carbon number of the higher fatty acid is preferably 28 or less, more preferably 26 or less, and even more preferably 22 or less.

高級脂肪酸のアルミニウム塩として、例えば、ステアリン酸アルミニウム、12-ヒドロキシステアリン酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウム、ミリスチン酸アルミニウム、パルミチン酸アルミニウム、リシノール酸アルミニウム、ベヘン酸アルミニウム等の粉末が挙げられる。好ましくは、ステアリン酸アルミニウムである。高級脂肪酸のアルミニウム塩は、1種を単独で用いても、又は、複数種を組み合わせて用いてもよい。高級脂肪酸のアルミニウム塩は、酸化硼素粉末又は酸化硼素を含む窒化硼素粉末に比して極めて安価であるため、原料コストを大幅に低減することができる。 Examples of aluminum salts of higher fatty acids include powders of aluminum stearate, aluminum 12-hydroxystearate, aluminum laurate, aluminum myristate, aluminum palmitate, aluminum ricinoleate, and aluminum behenate. Aluminum stearate is preferred. The aluminum salts of higher fatty acids may be used alone or in combination. Aluminum salts of higher fatty acids are extremely inexpensive compared to boron oxide powder or boron nitride powder containing boron oxide, and therefore raw material costs can be significantly reduced.

硫酸ナトリウムの含有量は、混合粉末の質量を基準とし、0.5質量%以上であり、好ましくは0.5~10質量%である。硫酸ナトリウムの含有量が0.5質量%以上であると、鉄基焼結部材の気孔表面にアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を濃化させること、及び/又は、気孔表面に適切な量のアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を存在させることができる。その一方で、硫酸ナトリウムの含有量が10質量%以下であると、鉄基焼結部材の気孔表面に存在するアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が過多にならず、鉄基粉末同士の結合が阻害されることなく、焼結を進行させることができる。硫酸ナトリウムの含有量は、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、1.5質量%以上が更に好ましい。また、硫酸ナトリウムの含有量は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下が更に好ましい。 The content of sodium sulfate is 0.5% by mass or more, preferably 0.5 to 10% by mass, based on the mass of the mixed powder. When the content of sodium sulfate is 0.5% by mass or more, aluminum, sodium, and sulfur can be concentrated on the pore surface of the iron-based sintered member, and/or appropriate amounts of aluminum, sodium, and sulfur can be present on the pore surface. On the other hand, when the content of sodium sulfate is 10% by mass or less, the aluminum, sodium, and sulfur present on the pore surface of the iron-based sintered member is not excessive, and sintering can be progressed without inhibiting the bonding between the iron-based powders. The content of sodium sulfate is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and even more preferably 1.5% by mass or more. In addition, the content of sodium sulfate is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or less.

混合粉末は、残部として、高級脂肪酸のアルミニウム塩と不可避不純物とを含有する。高級脂肪酸のアルミニウム塩の含有量は、混合粉末の質量を基準として、好ましくは95質量%以上である。混合粉末は、高級脂肪酸のアルミニウム塩粉末と硫酸ナトリウム粉末とを混合することにより得られる。また、「高級脂肪酸のアルミニウム塩」として市販されている少量の硫酸ナトリウムを含有する高級脂肪酸のアルミニウム塩粉末を、混合粉末として用いることも可能である。 The mixed powder contains the aluminum salt of a higher fatty acid and inevitable impurities as the remainder. The content of the aluminum salt of a higher fatty acid is preferably 95% by mass or more based on the mass of the mixed powder. The mixed powder is obtained by mixing the aluminum salt powder of a higher fatty acid with sodium sulfate powder. It is also possible to use, as the mixed powder, aluminum salt powder of a higher fatty acid containing a small amount of sodium sulfate, which is commercially available as "aluminum salt of a higher fatty acid."

混合粉末の含有量は、鉄基粉末の質量を基準として、0.05~1.5質量%である。混合粉末の含有量が0.05質量%以上であると、鉄基焼結部材の気孔表面にアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を濃化させること、及び/又は、気孔表面に適切な量のアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を存在させることができる。その一方で、混合粉末の含有量が1.5質量%以下であると、鉄基焼結部材の気孔表面に存在するアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が過多にならず、鉄基粉末同士の結合が阻害されることなく、焼結を進行させることができる。混合粉末の含有量は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましい。また、混合粉末の含有量は、1.2質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましい。 The content of the mixed powder is 0.05 to 1.5 mass% based on the mass of the iron-based powder. If the content of the mixed powder is 0.05 mass% or more, aluminum, sodium, and sulfur can be concentrated on the pore surface of the iron-based sintered member, and/or appropriate amounts of aluminum, sodium, and sulfur can be present on the pore surface. On the other hand, if the content of the mixed powder is 1.5 mass% or less, the aluminum, sodium, and sulfur present on the pore surface of the iron-based sintered member is not excessive, and sintering can be progressed without inhibiting the bonding between the iron-based powders. The content of the mixed powder is preferably 0.1 mass% or more, more preferably 0.5 mass% or more. Also, the content of the mixed powder is preferably 1.2 mass% or less, more preferably 1 mass% or less.

一般に、高級脂肪酸の金属塩の粉末は、原料粉末に添加される成形潤滑剤として用いられ、安価なものである。また、高級脂肪酸の金属塩は、焼結時の昇温過程で分解して除去されるため、焼結による鉄基粉末同士の拡散接合を阻害しない。このような高級脂肪酸の金属塩として高級脂肪酸のアルミニウム塩を用いるとともに、硫酸ナトリウムを用いると、昇温過程で高級脂肪酸のアルミニウム塩が分解して生じたアルミニウムと、ナトリウム及び硫黄とが、鉄基地と気孔との界面に濃化して残留する。残留したアルミニウムとナトリウムと硫黄とが、黒鉛粉末からの炭素の拡散を防止するバリアとなって、鉄基地への炭素の拡散が抑制され、焼結後に得られる鉄基焼結部材は、気孔内に遊離炭素を含有するものになると考えられる。 Generally, powders of metal salts of higher fatty acids are used as molding lubricants added to raw powders, and are inexpensive. In addition, metal salts of higher fatty acids are decomposed and removed during the temperature rise process during sintering, so they do not hinder the diffusion bonding of iron-based powders by sintering. When aluminum salts of higher fatty acids are used as the metal salts of such higher fatty acids, and sodium sulfate is used, aluminum, sodium, and sulfur generated by the decomposition of the aluminum salts of higher fatty acids during the temperature rise process remain concentrated at the interface between the iron matrix and the pores. The remaining aluminum, sodium, and sulfur act as a barrier to prevent the diffusion of carbon from the graphite powder, suppressing the diffusion of carbon into the iron matrix, and it is believed that the iron-based sintered part obtained after sintering contains free carbon in the pores.

(鉄基粉末)
鉄基粉末は、鉄(Fe)粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種を含む。鉄合金に含まれる元素として、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、炭素(C)等が挙げられる。鉄基粉末として、1種の粉末を単独で用いても、2種以上の粉末を混合して用いてもよい。
(Iron-based powder)
The iron-based powder includes at least one selected from the group consisting of iron (Fe) powder and iron alloy powder. Elements included in the iron alloy include copper (Cu), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), vanadium (V), manganese (Mn), titanium (Ti), aluminum (Al), carbon (C), etc. As the iron-based powder, one type of powder may be used alone, or two or more types of powder may be mixed and used.

(黒鉛粉末)
鉄基粉末混合物は、鉄基粉末の質量を基準として、0.1~3.5質量%の黒鉛粉末を含有する。黒鉛粉末の含有量が0.1質量%以上であると、焼結後に得られる鉄基焼結部材の気孔内に分散する遊離炭素の量が十分となり、被削性向上の効果が得られる。その一方で、黒鉛粉末の添加量が3.5質量%以下であると、焼結後に得られる鉄基焼結部材の気孔の量が過多にならず、鉄基焼結部材の機械的強さが維持される。黒鉛粉末は、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄により鉄基地への拡散が抑制されて、大部分が気孔内に遊離炭素として残留する。黒鉛粉末の一部は鉄基地に拡散して、鉄基地の組織をパーライト又はパーライトとフェライトとの混合組織として鉄基地の機械的強さの向上に寄与し、その結果、鉄基焼結部材の機械的強度が向上する。
(Graphite powder)
The iron-based powder mixture contains 0.1 to 3.5 mass% of graphite powder based on the mass of the iron-based powder. When the content of graphite powder is 0.1 mass% or more, the amount of free carbon dispersed in the pores of the iron-based sintered member obtained after sintering is sufficient, and the effect of improving machinability is obtained. On the other hand, when the amount of graphite powder added is 3.5 mass% or less, the amount of pores in the iron-based sintered member obtained after sintering is not excessive, and the mechanical strength of the iron-based sintered member is maintained. The diffusion of the graphite powder into the iron matrix is suppressed by aluminum, sodium, and sulfur, and most of the graphite powder remains in the pores as free carbon. A part of the graphite powder diffuses into the iron matrix and contributes to improving the mechanical strength of the iron matrix by making the structure of the iron matrix into pearlite or a mixed structure of pearlite and ferrite, and as a result, the mechanical strength of the iron-based sintered member is improved.

(任意の粉末)
鉄基粉末混合物は任意の粉末を含んでもよい。任意の粉末として、例えば、鉄基粉末以外の金属粉末及び/又は金属合金粉末、成形潤滑剤粉末等が挙げられる。任意の粉末により、焼結体を改質、強化等することが可能である。任意の粉末は、所望とする焼結体の特性に応じ、適宜選択して使用することができる。鉄基粉末混合物は、銅(Cu)粉末及び銅合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、銅粉末を含むことがより好ましい。銅(Cu)粉末及び銅合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種を含む場合、その含有量は、鉄基粉末の質量を基準として、0.5質量%以上であることが好ましい。また、含有量は、鉄基粉末の質量を基準として、10質量%以下であることが好ましく、6質量%以下であることがより好ましい。
(any powder)
The iron-based powder mixture may contain any powder. Examples of the optional powder include metal powder and/or metal alloy powder other than the iron-based powder, molding lubricant powder, and the like. The optional powder can be used to modify or strengthen the sintered body. The optional powder can be appropriately selected according to the desired characteristics of the sintered body. The iron-based powder mixture preferably contains at least one selected from the group consisting of copper (Cu) powder and copper alloy powder, and more preferably contains copper powder. When the iron-based powder mixture contains at least one selected from the group consisting of copper (Cu) powder and copper alloy powder, the content is preferably 0.5 mass% or more based on the mass of the iron-based powder. The content is preferably 10 mass% or less based on the mass of the iron-based powder, and more preferably 6 mass% or less.

また、成形工程において押型法に用いられる鉄基粉末混合物では、通常、成形潤滑剤粉末を含むものであるが、高級脂肪酸のアルミニウム塩の粉末のみを成形潤滑剤粉末として用いても、又は、アルミニウム塩以外の高級脂肪酸塩の粉末、ワックス等の通常用いられる成形潤滑剤粉末を併用してもよい。 In addition, the iron-based powder mixture used in the pressing method in the molding process usually contains a molding lubricant powder, but a powder of an aluminum salt of a higher fatty acid may be used alone as the molding lubricant powder, or a powder of a higher fatty acid salt other than an aluminum salt, wax, or other commonly used molding lubricant powder may be used in combination.

(組成)
一実施形態によれば、鉄基粉末混合物は、鉄粉末及び/又は鉄合金粉末を主成分として含有し、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、混合粉末0.05~1.5質量%とを含有するものであれば、どのような粉末混合物であってもよい。
(composition)
According to one embodiment, the iron-based powder mixture may be any powder mixture containing iron powder and/or iron alloy powder as a main component, 0.1-3.5% by mass of graphite powder, and 0.05-1.5% by mass of mixed powder.

例えば、鉄基粉末混合物は、鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種と、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、銅粉末0~10質量%と、前記混合粉末0.05~1.5質量%とを含む。好ましくは、鉄基粉末混合物は、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、銅粉末0~10質量%と、前記混合粉末0.05~1.5質量%と、残部である鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種並びに不可避不純物とからなる。銅粉末の含有量は、0.5~6質量であることが好ましい。 For example, the iron-based powder mixture contains at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, 0.1 to 3.5 mass% graphite powder, 0 to 10 mass% copper powder, and 0.05 to 1.5 mass% of the mixed powder. Preferably, the iron-based powder mixture contains 0.1 to 3.5 mass% graphite powder, 0 to 10 mass% copper powder, 0.05 to 1.5 mass% of the mixed powder, and the remainder is at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, and unavoidable impurities. The copper powder content is preferably 0.5 to 6 mass%.

鉄基粉末混合物は、構造用焼結部材の製造に広く用いることができる。特に、鉄-銅-炭素系の焼結部材の製造に適している。 Iron-based powder mixtures can be widely used in the manufacture of structural sintered components. They are particularly suitable for the manufacture of iron-copper-carbon sintered components.

[鉄基焼結部材の製造方法]
一実施形態によれば、鉄基焼結部材の製造方法は、上述の鉄基粉末混合物を金型に充填し、圧縮成形し、圧粉体を得ること(成形工程)、及び、圧粉体を、非酸化性ガス雰囲気中、炭素の鉄基地への拡散温度以上の温度で焼結すること(焼結工程)を有する。鉄基焼結部材の製造方法は、任意の工程を更に有してもよい。
[Method of manufacturing iron-based sintered member]
According to one embodiment, the method for producing an iron-based sintered member includes filling a die with the above-mentioned iron-based powder mixture, compressing and molding the mixture to obtain a green compact (molding step), and sintering the green compact in a non-oxidizing gas atmosphere at a temperature equal to or higher than the diffusion temperature of carbon into the iron matrix (sintering step). The method for producing an iron-based sintered member may further include any optional step.

(成形工程)
成形工程では、鉄基粉末混合物を所望の金型に充填し、圧縮成形し、圧粉体を得る。成形方法に特に制限はなく、例えば押型法を適用できる。一般的な押型法では、原料粉末を金型の型孔に充填して上下パンチにより圧縮成形し、得られた圧粉体を金型から抜き出す。鉄基粉末混合物が成形潤滑剤粉末として機能する高級脂肪酸のアルミニウム塩を含むため、圧粉体の型孔からの抜き出しの際に圧粉体と金型の型孔のカジリを防止することができる。高級脂肪酸のアルミニウム塩は、圧粉体の内部に均一に分散されることが好ましい。
(Molding process)
In the molding step, the iron-based powder mixture is filled into a desired die and compressed to obtain a green compact. There is no particular limitation on the molding method, and for example, a pressing method can be applied. In a general pressing method, the raw material powder is filled into a die cavity of a die and compressed by upper and lower punches, and the obtained green compact is removed from the die. Since the iron-based powder mixture contains an aluminum salt of a higher fatty acid that functions as a molding lubricant powder, it is possible to prevent the green compact from galling the die cavity when the green compact is removed from the die cavity. It is preferable that the aluminum salt of a higher fatty acid is uniformly dispersed inside the green compact.

(焼結工程)
焼結工程では、得られた圧粉体を焼結炉にて所定の雰囲気と温度により焼結する。優れた被削性及び強度が得られる機構は、明らかになっていないものの、次のように考えられる。すなわち、圧粉体を炭素の鉄基地への拡散温度以上の温度で焼結すると、高級脂肪酸のアルミニウム塩の粉末及び硫酸ナトリウムは、焼結のための昇温過程(200~600℃)において分解する。金属成分であるアルミニウムと、硫酸ナトリウムの分解により生じたナトリウム及び硫黄との少なくとも一部は、鉄基粉末の表面に吸着するとともに、鉄基粉末の表面に吸着する水分が高温(500℃程度)で脱着して発生する酸素、又は、鉄基粉末の表面に結合する酸素が高温(900~1,000℃程度)で還元されて発生する酸素と結合し、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の酸化物及び/又は複合酸化物となって、鉄基粉末が結合した後の鉄基地の表面、すなわち、鉄基地と気孔との界面に残留する。酸化物及び/又は複合酸化物が、黒鉛粉末から鉄基地への炭素の拡散に先だって、鉄基地表面を被覆する結果、被覆がバリアとして機能し、気孔内部の黒鉛粉末から鉄基地への炭素の拡散が防止されるものと推測される。
(Sintering process)
In the sintering process, the obtained green compact is sintered in a sintering furnace in a predetermined atmosphere at a predetermined temperature. The mechanism by which excellent machinability and strength are obtained is not clear, but is thought to be as follows. That is, when the green compact is sintered at a temperature equal to or higher than the diffusion temperature of carbon into the iron matrix, the powder of aluminum salt of higher fatty acid and sodium sulfate decompose during the temperature rise process (200 to 600°C) for sintering. At least a part of aluminum, which is a metal component, and sodium and sulfur generated by the decomposition of sodium sulfate are adsorbed on the surface of the iron-based powder, and are combined with oxygen generated by the desorption of moisture adsorbed on the surface of the iron-based powder at a high temperature (about 500°C) or oxygen generated by the reduction of oxygen bound to the surface of the iron-based powder at a high temperature (about 900 to 1,000°C), to become oxides and/or composite oxides of aluminum, sodium, and sulfur, which remain on the surface of the iron matrix after the iron-based powder is bound, i.e., on the interface between the iron matrix and the pores. It is presumed that the oxide and/or composite oxide coats the surface of the iron matrix prior to the diffusion of carbon from the graphite powder to the iron matrix, and as a result, the coating functions as a barrier to prevent the diffusion of carbon from the graphite powder in the pores to the iron matrix.

焼結工程の昇温過程においては、850℃程度から、黒鉛粉末から鉄基粉末及び/又は鉄基地への若干の炭素の拡散が始まり、温度が上昇するに従い、炭素の拡散量が増大し、1,000~1,200℃において、著しく炭素の拡散が進行する。高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含む圧粉体を焼結すると、炭素が拡散する温度において、鉄基粉末及び/又は鉄基地と気孔との界面にアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の酸化物又は複合酸化物が形成される。酸化物及び/又は複合酸化物が黒鉛粉末から鉄基粉末(及び鉄基地)への炭素の拡散のバリアとして機能して、鉄基粉末の拡散接合が進み、炭素が著しく拡散する1,000~1,200℃の焼結温度においても、黒鉛粉末から鉄基粉末(及び鉄基地)への炭素の拡散が抑制される。そのため、焼結後に得られる鉄基焼結部材の金属組織は、気孔内に遊離炭素が残留して分散したものとなる。また、このとき、鉄基粉末同士の拡散による接合は十分に行われて、焼結が十分に進行する。その結果、得られた焼結体は、焼結が十分に進行して機械的強さが大きく、その一方で気孔内に炭素が分散しているために被削性も高いものとなる。 During the temperature rise in the sintering process, a small amount of carbon begins to diffuse from the graphite powder to the iron-based powder and/or the iron matrix at about 850°C, and as the temperature rises, the amount of carbon diffused increases, and at 1,000 to 1,200°C, carbon diffusion progresses significantly. When a compact containing an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate is sintered, oxides or composite oxides of aluminum, sodium, and sulfur are formed at the interface between the iron-based powder and/or the iron matrix and the pores at the temperature at which carbon diffuses. The oxides and/or composite oxides function as a barrier to the diffusion of carbon from the graphite powder to the iron-based powder (and the iron matrix), and diffusion bonding of the iron-based powder progresses, and even at sintering temperatures of 1,000 to 1,200°C at which carbon diffuses significantly, the diffusion of carbon from the graphite powder to the iron-based powder (and the iron matrix) is suppressed. Therefore, the metal structure of the iron-based sintered member obtained after sintering has free carbon remaining and dispersed in the pores. In addition, at this time, the iron-based powder particles are sufficiently bonded together by diffusion, and sintering proceeds sufficiently. As a result, the resulting sintered body has high mechanical strength due to the sufficient sintering, and at the same time, it is highly machinable because carbon is dispersed in the pores.

電子線マイクロアナライザ(EPMA)により鉄基焼結部材の表面の金属組織を面分析すると、気孔に接しない鉄基地の表面に検出されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の量に比して、気孔表面に検出されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の量が多くなる。原料の一つである鉄基粉末には製鋼時の不可避不純物としてアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が含まれる。気孔に接しない鉄基地の表面に検出されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄は、鉄基粉末に含まれる不可避不純物に由来し、気孔表面に検出されるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄は、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムに由来すると考えられる。 When the surface metal structure of an iron-based sintered component is analyzed with an electron probe microanalyzer (EPMA), the amount of aluminum, sodium, and sulfur detected on the pore surface is greater than the amount of aluminum, sodium, and sulfur detected on the surface of the iron matrix that is not in contact with the pores. Iron-based powder, which is one of the raw materials, contains aluminum, sodium, and sulfur as unavoidable impurities during steelmaking. The aluminum, sodium, and sulfur detected on the surface of the iron matrix that is not in contact with the pores are thought to originate from the unavoidable impurities contained in the iron-based powder, and the aluminum, sodium, and sulfur detected on the pore surface are thought to originate from aluminum salts of higher fatty acids and sodium sulfate.

原料粉末として、硫酸ナトリウムを含まず、高級脂肪酸のアルミニウム塩の粉末を含む鉄基粉末混合物を用いた場合には、アルミニウムが鉄基地と気孔と界面に残留しない。詳細は不明であるが、本発明の実施形態では、アルミニウムとナトリウムと硫黄とが共存することで、鉄基地と気孔と界面にこれらが存在することになるものと考えられる。以上に説明した理由は推測であり、本発明を限定するものではない。 When an iron-based powder mixture that does not contain sodium sulfate and contains a powder of an aluminum salt of a higher fatty acid is used as the raw powder, aluminum does not remain at the interface between the iron matrix and the pores. Although the details are unclear, in the embodiment of the present invention, it is believed that the coexistence of aluminum, sodium, and sulfur results in these elements being present at the interface between the iron matrix and the pores. The reasons explained above are speculations and do not limit the present invention.

焼結温度は、炭素の拡散温度以上の温度であり、1,000~1,200℃であることが好ましい。一般的に、黒鉛粉末から炭素が拡散し始める850℃程度以上の温度、かつ、1,000℃未満の温度で焼結する場合、黒鉛粉末から鉄基地への炭素の拡散をより抑えることができる。しかしながら、1,000℃以上で焼結すると、鉄基粉末同士の拡散による接合が十分に進行し、得られる鉄基焼結部材の機械的強度が高くなる。その一方で、焼結温度が1,200℃以下であると、焼結炉の損耗を抑えることができる。熱処理のガス雰囲気は、窒素ガス等の非酸化性ガス雰囲気とする。 The sintering temperature is equal to or higher than the carbon diffusion temperature, and is preferably 1,000 to 1,200°C. In general, when sintering is performed at a temperature of 850°C or higher, at which carbon starts to diffuse from the graphite powder, and at a temperature less than 1,000°C, the diffusion of carbon from the graphite powder into the iron matrix can be suppressed. However, when sintering is performed at 1,000°C or higher, the bonding between the iron-based powders due to diffusion progresses sufficiently, and the mechanical strength of the resulting iron-based sintered part is increased. On the other hand, when the sintering temperature is 1,200°C or lower, wear on the sintering furnace can be suppressed. The gas atmosphere for the heat treatment is a non-oxidizing gas atmosphere such as nitrogen gas.

(任意の工程)
鉄基焼結部材の製造方法が有してもよい任意の工程として、焼結体を所望の形状に切削する切削工程、粉末を混合する混合工程、有機物等を除去する脱脂工程、焼結体を圧縮する再圧縮工程、焼結体の表面を処理する表面処理工程等が挙げられる。例えば、切削加工は、旋削加工、転削加工、又はこれらの両方であってよい。切削工具の材料として、サーメット、セラミックス、超硬合金、高速度工具鋼、ダイヤモンド焼結体、cBN焼結体等が挙げられる。
(Optional step)
Optional steps that may be included in the method for producing an iron-based sintered member include a cutting step for cutting the sintered body into a desired shape, a mixing step for mixing powders, a degreasing step for removing organic matter, a recompressing step for compressing the sintered body, and a surface treatment step for treating the surface of the sintered body. For example, the cutting process may be a turning process, a milling process, or both. Materials for cutting tools include cermets, ceramics, cemented carbide, high-speed tool steel, diamond sintered bodies, cBN sintered bodies, and the like.

本発明の実施形態について実施例により具体的に説明する。本発明の実施形態は以下の実施例に限定されない。 The embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples. The embodiments of the present invention are not limited to the following examples.

<鉄基粉末混合物の作製>
[実施例1]
鉄粉、銅粉、黒鉛粉末、及び、ステアリン酸アルミニウムと硫酸ナトリウムとを含む混合粉末(A)を、表1に示す含有比率になるように10kg用V型混合機に投入し、30分間混合し、鉄基粉末混合物を得た。
<Preparation of iron-based powder mixture>
[Example 1]
Iron powder, copper powder, graphite powder, and mixed powder (A) containing aluminum stearate and sodium sulfate were charged into a 10 kg V-type mixer so as to have the content ratio shown in Table 1, and mixed for 30 minutes to obtain an iron-based powder mixture.

[実施例2]
混合粉末(A)を、ステアリン酸アルミニウムと硫酸ナトリウムとを含む混合粉末(B)に変更した以外は実施例1と同様にして、鉄基粉末混合物を得た。
[Example 2]
An iron-based powder mixture was obtained in the same manner as in Example 1, except that the mixed powder (A) was changed to a mixed powder (B) containing aluminum stearate and sodium sulfate.

[比較例1]
混合粉末(A)を、ステアリン酸亜鉛粉末に変更した以外は実施例1と同様にして、鉄基粉末混合物を得た。
[Comparative Example 1]
An iron-based powder mixture was obtained in the same manner as in Example 1, except that the mixed powder (A) was changed to zinc stearate powder.

実施例1及び2並びに比較例1で使用した粉末を以下に示す。
鉄粉 :粒径180μm以下の水アトマイズ鉄粉
銅粉 :粒径150μm以下の電解銅粉
黒鉛粉末 :平均粒径20μmの天然黒鉛粉末
混合粉末(A) :下記表1に示す
混合粉末(B) :下記表1に示す
ステアリン酸亜鉛粉末:平均粒径13μm
The powders used in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 are shown below.
Iron powder: Water atomized iron powder with a particle size of 180 μm or less Copper powder: Electrolytic copper powder with a particle size of 150 μm or less Graphite powder: Natural graphite powder with an average particle size of 20 μm Mixed powder (A): See Table 1 below Mixed powder (B): See Table 1 below Zinc stearate powder: Average particle size 13 μm

Figure 0007501713000001
Figure 0007501713000001

混合粉末中の硫酸ナトリウムの含有量は、以下の手順に従い測定した。
(1)磁性るつぼに混合粉末約1.0gを精秤し、混合粉末が飛散しないように小さな炎で炭化した後、950~1,000℃の電気炉中で完全に灰化する。
(2)デシケータ中で30分間放冷後、一度灰化物を精秤した後、300mlビーカーに入れ、蒸留水200mlを加え30分間煮沸する。
No.5A定量濾紙(ADVANTECグループ製)を用いて濾過し、ビーカー中で沈殿物を流し込むようにしながら、蒸留水20mlで3回洗浄する。
(3)濾紙に残った沈殿物を、濾紙と共にるつぼに入れ、乾燥し、再び灰化する。
(4)デシケータ中で30分間放冷後、灰化物を精秤する。
(5)下記式より、硫酸ナトリウム(NaSO)の含有量(質量%)を算出する。
硫酸ナトリウム含有量(質量%)=
(1度目の灰化後の灰化物の質量(g)-2度目の灰化後の灰化物の質量(g))/混合粉末の質量(g)×100
The content of sodium sulfate in the mixed powder was measured according to the following procedure.
(1) Approximately 1.0 g of the mixed powder is precisely weighed out into a magnetic crucible, and the powder is carbonized over a small flame so as not to scatter, and then completely incinerated in an electric furnace at 950 to 1,000°C.
(2) After cooling in a desiccator for 30 minutes, accurately weigh the ashed material, place it in a 300 ml beaker, add 200 ml of distilled water, and boil for 30 minutes.
The mixture was filtered using No. 5A quantitative filter paper (manufactured by ADVANTEC Group), and the precipitate was washed three times with 20 ml of distilled water while pouring it into a beaker.
(3) The precipitate remaining on the filter paper is placed in a crucible together with the filter paper, dried, and re-ashed.
(4) After cooling in a desiccator for 30 minutes, the ashed material is weighed accurately.
(5) The content (mass%) of sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) is calculated using the following formula.
Sodium sulfate content (mass%) =
(Mass of ash material after first ashing (g)−Mass of ash material after second ashing (g))/Mass of mixed powder (g)×100

混合粉末(A)の走査型電子顕微鏡(SEM)による写真、及び、エネルギー分散型X線分析(EDS)によるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の分布の評価結果を図2に示す。図2において、上段がSEM写真であり、下段がEDSによる元素分布を示す画像である(倍率200倍)。 Figure 2 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph of the mixed powder (A) and the results of evaluating the distribution of aluminum, sodium, and sulfur by energy dispersive X-ray analysis (EDS). In Figure 2, the upper part is an SEM photograph, and the lower part is an image showing the element distribution by EDS (magnification: 200 times).

表2に、鉄粉の質量に対する各粉末の含有比率(質量%)を示す。 Table 2 shows the content ratio (mass%) of each powder relative to the mass of iron powder.

Figure 0007501713000002
Figure 0007501713000002

<焼結体の作製>
[実施例3]
以下の方法に従い、実施例1で得た鉄基粉末混合物を用い、焼結体を作製した。
<Preparation of sintered body>
[Example 3]
A sintered body was produced using the iron-based powder mixture obtained in Example 1 according to the following method.

(焼結体の作製)
成形工程
実施例1で得た鉄基粉末混合物を、金型に充填し、圧粉体の密度が6.75g/cmになるように圧力を調節して、外径40mm、全長20mmの圧粉体を得た。
成形工程では、圧粉体を良好な状態で金型から抜出すことができ、圧粉体には、かじり、欠け等の不良が生じなかった。混合粉末(A)により十分な潤滑効果が得られた。
(Preparation of sintered body)
Compaction Step The iron-based powder mixture obtained in Example 1 was filled into a die, and the pressure was adjusted so that the density of the compact was 6.75 g/cm 3 , to obtain a compact having an outer diameter of 40 mm and a total length of 20 mm.
In the compacting step, the green compact could be removed from the die in a good condition, and the green compact did not suffer from defects such as galling, chipping, etc. The mixed powder (A) provided a sufficient lubricating effect.

焼結工程
圧粉体を、焼結炉内にて、非酸化雰囲気下(N+5体積%H雰囲気下)で、1,130℃にて20分間加熱して、焼結体(鉄基焼結部材)を得た。得られた焼結体の断面の光学顕微鏡写真を図3に示す(倍率200倍)。
The green compact was heated in a sintering furnace under a non-oxidizing atmosphere ( N2 + 5% by volume H2 atmosphere) at 1,130°C for 20 minutes to obtain a sintered body (iron-based sintered member). An optical microscope photograph of the cross section of the obtained sintered body is shown in Figure 3 (magnification 200 times).

(焼結体の評価)
(1)アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度
得られた焼結体の表面を、電子線マイクロアナライザ(株式会社島津製作所製「EPMA-1600W」、測定条件:加速電圧15kV、試料電流100nA)により面分析した。気孔に接する鉄基地の表面におけるアルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度を表3に示す。
(Evaluation of sintered body)
(1) Concentrations of aluminum, sodium, and sulfur The surfaces of the obtained sintered bodies were subjected to area analysis using an electron probe microanalyzer ("EPMA-1600W" manufactured by Shimadzu Corporation, measurement conditions: acceleration voltage 15 kV, sample current 100 nA). The concentrations of aluminum, sodium, and sulfur on the surface of the iron matrix in contact with the pores are shown in Table 3.

(2)炭素含有量
焼結体に含まれる炭素の含有量を、JIS G 1211-3:2013に従い測定した。結果を表3に示す。
(3)遊離炭素量
焼結体に含まれる遊離炭素の量を、JIS G 1211-5:2011に従い測定した。結果を表3に示す。
(2) Carbon Content The carbon content of the sintered body was measured in accordance with JIS G 1211-3: 2013. The results are shown in Table 3.
(3) Amount of free carbon The amount of free carbon contained in the sintered body was measured according to JIS G 1211-5: 2011. The results are shown in Table 3.

[実施例4及び比較例2]
実施例1で得た鉄基粉末混合物を、それぞれ実施例2又は比較例1で得た鉄基粉末混合物に変更した以外は、実施例3と同様にして焼結体を作製した。得られた焼結体の断面の光学顕微鏡写真を図3に示す。
また、実施例3と同様にして、(1)アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄の濃度、(2)炭素含有量、及び(3)遊離炭素量を測定した。結果を表3に示す。また、実施例4の焼結体について、アルミニウム(Al)、ナトリウム(Na)、硫黄(S)、炭素(C)、及び酸素(O)の濃度分布を示す画像を図4に示す(倍率3,000倍)。なお、SEM画像中の暗い部分が気孔である。画像中の明るい部分が、それぞれの元素が検出された箇所である。アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化して存在している部分の厚さは約2μmであった。
[Example 4 and Comparative Example 2]
A sintered body was produced in the same manner as in Example 3, except that the iron-based powder mixture obtained in Example 1 was changed to the iron-based powder mixture obtained in Example 2 or Comparative Example 1. An optical microscope photograph of a cross section of the obtained sintered body is shown in Figure 3.
In addition, in the same manner as in Example 3, (1) the concentrations of aluminum, sodium, and sulfur, (2) the carbon content, and (3) the amount of free carbon were measured. The results are shown in Table 3. In addition, for the sintered body of Example 4, an image showing the concentration distribution of aluminum (Al), sodium (Na), sulfur (S), carbon (C), and oxygen (O) is shown in FIG. 4 (magnification: 3,000 times). Note that the dark areas in the SEM image are pores. The bright areas in the image are the locations where each element was detected. The thickness of the area where aluminum, sodium, and sulfur were concentrated was about 2 μm.

Figure 0007501713000003
Figure 0007501713000003

<被削性及び強度の評価>
実施例3及び4並びに比較例2の焼結体を切削し、切削工具の摩耗量を確認することによって、焼結体の被削性を評価した。また、実施例3及び4並びに比較例2の焼結体の表面の硬さを測定することによって、焼結体の強度を評価した。
<Evaluation of machinability and strength>
The sintered bodies of Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 were cut and the wear amount of the cutting tool was confirmed to evaluate the machinability of the sintered bodies. In addition, the surface hardness of the sintered bodies of Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 was measured to evaluate the strength of the sintered bodies.

(焼結体の被削性)
焼結体の端面を、旋盤加工により切削した。旋盤加工は以下の条件に従って実施した。図5は、旋盤加工工程を示す模式図である。図5中、11は切削工具を、14はホルダを、15は焼結体を示し、図5(a)は側面模式図であり、図5(b)は正面模式図である。図6は、切削に使用した後の切削工具を示す斜視模式図である。図6中、11は切削工具を、12はすくい面を、13は逃げ面を、13aは逃げ面の摩耗部を、13bは摩耗部の幅を示す。
(Machinability of sintered body)
The end face of the sintered body was cut by lathe processing. The lathe processing was carried out under the following conditions. Fig. 5 is a schematic diagram showing the lathe processing process. In Fig. 5, 11 indicates a cutting tool, 14 indicates a holder, 15 indicates a sintered body, Fig. 5(a) is a schematic side view, and Fig. 5(b) is a schematic front view. Fig. 6 is a schematic perspective view showing the cutting tool after use in cutting. In Fig. 6, 11 indicates the cutting tool, 12 indicates the rake face, 13 indicates the flank face, 13a indicates the worn portion of the flank face, and 13b indicates the width of the worn portion.

切削機械:NC旋盤(Numerical Control旋盤)
切削工具:サーメット製スローアウェイチップ(材質:NX2525、三菱マテリアル株式会社製「TNMG160404」)
切削速度:350m/min
送り :0.03mm/rev
取り代 :0.10mm
Cutting machine: NC lathe (Numerical Control lathe)
Cutting tool: Cermet throw-away tip (material: NX2525, Mitsubishi Materials Corporation "TNMG160404")
Cutting speed: 350 m/min
Feed: 0.03 mm/rev
Removal allowance: 0.10 mm

図7は、切削距離と逃げ面の摩耗量との関係を示すグラフである。図7に示されるように、高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含有する混合粉末を使用して作製した焼結体は、切削工具の摩耗を大幅に抑えることができ、被削性が優れていた。高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含有する混合粉末を用いれば、切削工具の劣化を防止できるために、鉄基焼結部材の製造コストを抑えることができる。 Figure 7 is a graph showing the relationship between cutting distance and wear amount on the flank. As shown in Figure 7, the sintered body produced using a mixed powder containing an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate was able to significantly reduce wear on the cutting tool and had excellent machinability. By using a mixed powder containing an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate, deterioration of the cutting tool can be prevented, and the manufacturing cost of the iron-based sintered member can be reduced.

(焼結体の強度)
焼結体の表面のビッカース硬さを、JIS Z 2244:2009に従い測定した。
測定結果を表4に示す。
(Strength of sintered body)
The Vickers hardness of the surface of the sintered body was measured in accordance with JIS Z 2244:2009.
The measurement results are shown in Table 4.

Figure 0007501713000004
Figure 0007501713000004

表4に示されるように、高級脂肪酸のアルミニウム塩と硫酸ナトリウムとを含有する混合粉末を使用して作製した焼結体は、十分な強度を有していた。 As shown in Table 4, the sintered body produced using a mixed powder containing an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate had sufficient strength.

本発明の実施形態である鉄基焼結部材は、焼結が進行して高い機械的強さを有し、気孔内に遊離炭素が分散して優れた被削性を有するとともに、安価なものである。本発明の実施形態である鉄基焼結部材は、例えば、アルミニウム合金製のシリンダヘッドに組み付けられてアルミニウム合金とともに切削加工されるベアリングキャップに好適なものである。 The iron-based sintered member according to the embodiment of the present invention has high mechanical strength as the sintering progresses, has excellent machinability due to free carbon being dispersed in the pores, and is inexpensive. The iron-based sintered member according to the embodiment of the present invention is suitable, for example, for a bearing cap that is assembled into an aluminum alloy cylinder head and machined together with the aluminum alloy.

本願の開示は、2018年7月5日に出願された特願2018-128224号に記載の主題と関連しており、その全ての開示内容は引用によりここに援用される。 The disclosure of this application is related to the subject matter described in Japanese Patent Application No. 2018-128224, filed on July 5, 2018, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

1 ベアリングキャップ
2 シリンダブロック
2a 矩形状の凹部
2b 半円状の凹部
3 軸受
4 ボルト
5 クランクシャフト
11 切削工具
12 すくい面
13 逃げ面
13a 摩耗部
13b 摩耗部の幅
14 ホルダ
15 焼結体
Reference Signs List 1 Bearing cap 2 Cylinder block 2a Rectangular recess 2b Semicircular recess 3 Bearing 4 Bolt 5 Crankshaft 11 Cutting tool 12 Rake face 13 Flank face 13a Wear portion 13b Width of wear portion 14 Holder 15 Sintered body

Claims (7)

鉄基地と、該鉄基地に分散する気孔とを含む金属組織を有し、
鉄、0.1~3.5質量%の炭素、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を含有し、
前記気孔に接する前記鉄基地の表面に、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄が濃化しており、
前記気孔内に遊離炭素を含む、鉄基焼結部材。
The alloy has a metal structure including an iron matrix and pores dispersed in the iron matrix,
Contains iron, 0.1 to 3.5 mass % carbon, aluminum, sodium, and sulfur;
aluminum, sodium, and sulfur are concentrated on the surface of the iron matrix in contact with the pores;
The iron-based sintered member contains free carbon within the pores.
鉄基地と、該鉄基地に分散する気孔とを含む金属組織を有し、
鉄、0.1~3.5質量%の炭素、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄を含有し、
前記気孔に接する前記鉄基地の表面において、アルミニウム濃度が0.1質量%以上、ナトリウムの濃度が0.05質量%以上、硫黄の濃度が0.05質量%以上である、鉄基焼結部材。
The alloy has a metal structure including an iron matrix and pores dispersed in the iron matrix,
Contains iron, 0.1 to 3.5 mass % carbon, aluminum, sodium, and sulfur;
An iron-based sintered member, wherein the surface of the iron-based material in contact with the pores has an aluminum concentration of 0.1 mass % or more, a sodium concentration of 0.05 mass % or more, and a sulfur concentration of 0.05 mass % or more.
0.1~3.5質量%の炭素と、0.5~6.0質量%の銅と、アルミニウム、ナトリウム、及び硫黄とを含有し、残部が鉄と不可避不純物とからなる、請求項1又は2に記載の鉄基焼結部材。 The iron-based sintered member according to claim 1 or 2, containing 0.1 to 3.5 mass% carbon, 0.5 to 6.0 mass% copper, aluminum, sodium, and sulfur, with the remainder being iron and inevitable impurities. 鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種と、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、高級脂肪酸のアルミニウム塩及び硫酸ナトリウムを含む混合粉末0.05~1.5質量%とを含有し、前記硫酸ナトリウムの含有量が、前記混合粉末の質量を基準とし、0.5質量%以上である鉄基粉末混合物を、金型に充填し、圧縮成形し、圧粉体を得ること、
前記圧粉体を、非酸化性ガス雰囲気中、炭素の鉄基地への拡散温度以上の温度で焼結すること、
を含む、鉄基焼結部材の製造方法
a powder mixture containing at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, 0.1 to 3.5 mass % of graphite powder, and 0.05 to 1.5 mass % of a mixed powder containing an aluminum salt of a higher fatty acid and sodium sulfate, the content of the sodium sulfate being 0.5 mass % or more based on the mass of the mixed powder , is filled into a die, and compression-molded to obtain a green compact;
sintering the green compact in a non-oxidizing gas atmosphere at a temperature equal to or higher than the diffusion temperature of carbon into the iron matrix;
The method for producing an iron-based sintered member includes the steps of :
前記高級脂肪酸が、ステアリン酸、12-ヒドロキシステアリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リシノール酸、及びベヘン酸からなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項4に記載の鉄基焼結部材の製造方法 The method for producing an iron-based sintered member according to claim 4, wherein the higher fatty acid includes at least one selected from the group consisting of stearic acid, 12-hydroxystearic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, ricinoleic acid, and behenic acid . 前記鉄基粉末混合物が、黒鉛粉末0.1~3.5質量%と、銅粉末0~10質量%と、前記混合粉末0.05~1.5質量%と、残部である鉄粉末及び鉄合金粉末からなる群から選択される少なくとも1種並びに不可避不純物とからなる、請求項4又は5に記載の鉄基焼結部材の製造方法。 The method for producing an iron-based sintered member according to claim 4 or 5, wherein the iron-based powder mixture is composed of 0.1 to 3.5 mass% graphite powder, 0 to 10 mass% copper powder, 0.05 to 1.5 mass% of the mixed powder, and the remainder being at least one selected from the group consisting of iron powder and iron alloy powder, and inevitable impurities . 前記炭素の鉄基地への拡散温度以上の温度が、1,000~1,200℃である、請求項4~6のいずれかに記載の鉄基焼結部材の製造方法。The method for producing an iron-based sintered member according to any one of claims 4 to 6, wherein the temperature equal to or higher than the diffusion temperature of carbon into the iron matrix is 1,000 to 1,200°C.
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