JPH0689361B2

JPH0689361B2 - 被削性に優れた高強度鉄系粉末およびその製造方法

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Publication number: JPH0689361B2
Application number: JP62278798A
Authority: JP
Inventors: 義孝高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-11-04
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2009-11-09
Also published as: JPH01123001A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は被削性に優れた高強度鉄系粉末およびその製造
方法に関する。本発明の高強度鉄系粉末は、原動機、変
速機等を構成する機械部品を焼結する際に使用する鉄系
粉末に利用することができる。

［従来の技術］鉄系粉末を圧縮成形して形成した圧粉体を焼結して形成
した焼結部品は、焼結されているので高強度である。こ
のような高強度を得ることができる焼結部品を製造する
鉄系粉末として、近年、特開昭58−130249号公報にかか
る粉末が開発されている。

このように高強度の焼結部品で、高強度の他に被削性の
向上を達成できれば、適用部品の用途の拡大が大幅に広
がり、また生産コスト低減の可能性が大きい。

ところが、焼結部品は一般的に溶鋼材に比較して被削性
が悪いといわれている。即ち、焼結部品では、強度が高
くなると溶鋼材に比較して被削性の低下が大きい。この
ように被削性が低下すると、切削加工コストが大幅に上
昇し、焼結部品の有する価格上のメリットを損うことと
なる。

そこで近年、種々の鉄系粉末が開発されているが、良好
な被削性を兼ね備えた高強度焼結部品を提供するには未
だ不充分である。

そのため、焼結部品を形成する高強度鉄系粉末では、焼
結部品を高強度化させるとともに焼結部品の被削性を良
好ならしめ得る鉄系粉末の開発が進められている。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、第１
の発明の目的は、焼結部品を高強度化させるとともに焼
結部品の被削性を良好ならしめ得る性質をもつ高強度鉄
系粉末を提供することにある。又第２の発明の目的は、
焼結部品を高強度化させるとともに焼結部品の被削性を
良好ならしめ得る性質をもつ高強度鉄系粉末を製造し得
る製造方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］第１の発明に係る被削性に優れた高強度鉄系粉末は、重
量比でモリブデンが0.5〜1.5％、マンガン0.05〜0.8
％、不可避の不純物、残部実質的に鉄からなる高強度鉄
系粉末粒子と、鉄系粉末粒子に拡散を伴って少なくとも
部分的に溶着された硫化物系粉末粒子とで構成されてい
ることを特徴とするものである。

硫化物系粉末粒子は硫化銅（Cu₂S）を主成分とすること
が好ましい。後述するように、硫化銅の銅が基地に固溶
し、基地を強化するに有利等の理由である。

本発明に係る被削性に優れた高強度鉄系粉末の製造方法
は、重量比でモリブデンが0.5〜1.5％、マンガン0.05〜
0.8％、不可避の不純物、残部実質的に鉄からなる高強
度鉄系粉末粒子と、硫化物系粉末粒子とを混合して混合
粉末を形成する混合工程と、混合粉末を還元性雰囲気で加熱して、高強度鉄系粉末粒
子と硫化物系粉末粒子とを拡散を伴って少なくとも部分
溶着させる溶着工程と、からなることを特徴とするもの
である。

ここで硫化物系粉末粒子は硫化銅（Cu₂S）を主成分とす
ることが好ましい。

溶着処理、溶着時間は組成に応じて適宜変更されるが、
例えば、温度は750〜1000℃、時間は５〜60分間とする
ことができる。溶着前の鉄系粉末粒子の大きさ、溶着前
の硫化物系粉末粒子の大きさは適宜選択されるが、鉄系
粉末粒子の大きさは300μ以下とすることができ、硫化
物系粉末の大きさは100μ以下とすることができる。

次に組成の限定理由について説明する。

モリブデンは基地に固溶して基地を強化し、強度を向上
する作用を果すが、0.5％未満では焼結部品の所望の強
度が得られず、1.5％を超えても添加の割には焼結部品
の強度が向上しない。そのため、モリブデンは0.5〜1.5
％とした。

マンガンは基地に固溶し焼入れ性の向上と焼結部品の強
度の向上を図ることができるとともに、硫化銅（Cu₂S）
の硫黄（Ｓ）と結びついて硫化マンガン（MnS）となり
被削性を向上させるとともに、硫化物生成による強度低
下をできるだけ最小限に抑える作用を果す。

ここで、マンガンの含有量は、0.05〜0.8％である。即
ち、焼結後において硫化物を形成するに必要なマンガン
量をα％とすると、α％と、マトリックスを形成する鉄
への固溶を目的とした量0.05〜0.25％との和であること
が好ましい。即ち、鉄系粉末に含まれるマンガンは、
（0.05＋α）％〜（0.25＋α）％が望ましい。ここで、
α％は、（1.5×Ｓ）％とするこができる。

硫化銅（Cu₂S）は焼結過程において銅（Cu）と硫黄
（Ｓ）に分解し、硫黄はマンガンと結びつき硫化マンガ
ン（MnS）となり、銅は基地に固溶しマトリックスを強
化し、強度を向上させる。硫化銅（Cu₂S）は混合粉末全
体を100％としたとき、0.5〜2.0％であることが望まし
い。即ち、0.5％未満では硫化マンガン（MnS）の生成量
が少なく、一方、2.0％を超えると硫化マンガン（MnS）
が多量となり強度を低下させる傾向が見られるためであ
る。なお、炭素は0.1％以下が望ましい。

［実施例］（実施例１）まず、重量比でモリブデン0.7％、マンガン0.45％、不
可避の不純物、残部が実質的に鉄からなるFe−Mo−Mn系
の鉄系粉末を水噴霧法により製造した。水噴霧法により
製造した鉄系粉末は、60メッシュアンダー（250μ以
下）である。そしてこのように形成した鉄系粉末と硫化
物系粉末粒子としての硫化銅（Cu₂S）とを秤量して混合
し、これにより混合粉末を形成した。ここで、混合粉末
全体を重量比で100％としたとき、鉄系粉末は99％、硫
化銅（Cu₂S）粉末は１％とした。混合はＶ型混合機によ
り20分間行った。

次に上記した混合粉末を、窒素−10％水素（露点−30℃
以下）雰囲気中で900℃で20分間加熱保持することによ
り、鉄系粉末の粒子の表面に硫化銅粉末の粒子を拡散付
着し、これにより鉄系粉末の粒子の表面に硫化銅粉末の
粒子を溶着した。その後徐冷を行った。このようにして
得られた粉末は凝集体状である。このようにして得られ
た凝集体状の粉末をハンマーミルにより解砕し、−60メ
ッシュアンダーで選別した。このようにして得られた粉
末の組成は、重量比でモリブデン0.69％、マンガン0.44
％、銅0.78％、硫黄0.16％、不可避の不純物、残部鉄で
あった。

（実施例２）次に実施例２の場合を説明する。実施例２では、重量比
でモリブデン0.7％、マンガン0.33％、不可避の不純
物、残部実質的に鉄よりなるFe−Mo−Mn系の鉄系粉末と
硫化銅（Cu₂S）粉末とをＶ型ミキサーにて20分間均一に
混合し、混合粉末を形成した。ここで鉄系粉末は水噴霧
法により製造されており、−60メッシュアンダーであ
る。硫化銅（Cu₂S）粉末は−250メッシュアンダーであ
る。ここで、混合粉末全体を重量比で100％としたと
き、鉄系粉末は99.4％、硫化銅（Cu₂S）粉末は0.6％と
した。

次に、上記したように製造した混合粉末を窒素−10％水
素（露点−30℃以下）雰囲気の加熱処理炉にて15分間90
0℃にて加熱保持し、加熱保持後、徐冷した。これによ
り鉄系粉末の粒子の硫化銅を拡散付着させ、これにより
鉄系粉末の粒子の表面に硫化銅粉末の粒子を溶着した。
このように形成された粉末は凝集体状である。そして上
記した粉末を粉末粉砕機により解砕した後、実施例１の
場合と同様に−６−メッシュにて選別した。

得られた粉末を化学分析したところ、重量比でモリブデ
ン0.7％、マンガン0.31％、銅0.47％、硫黄0.10％、不
可避の不純物、残部実質的に鉄の組成であった。

（実施例３）次に実施例３について説明する。実施例３では、重量比
で、モリブデン0.7％、マンガン0.7％、不可避の不純
物、残部実質的に鉄よりなるFe−Mo−Mn系の鉄系粉末を
用いた。この鉄系粉末は水噴霧法により製造されてい
る。そしてこの鉄系粉末と硫化銅粉末とをＶ型ミキサー
にて20分間均一に混合し、混合粉末を形成した。ここで
鉄系粉末は−60メッシュアンダーであり、硫化銅粉末は
−250メッシュアンダーである。ここで、混合粉末全体
を重量比で100％としたとき、鉄系粉末は98.2％、硫化
銅（Cu₂S）粉末は1.8％とした。

次に、上記した混合粉末を、窒素−10％水素（露点−30
℃以下）雰囲気の加熱処理炉にて、15分間900℃にて加
熱保持し、その後、徐冷処理を施した。これにより鉄系
粉末の表面に微細な硫化銅粉末を拡散付着し、これによ
り鉄系粉末の粒子の表面に硫化銅粉末の粒子を溶着し、
以て凝集体状の粉末を形成した。次に凝集体状の粉末を
粉砕機により解砕し、実施例１、実施例２の場合と同様
に、−60メッシュアンダーにて選別した。このようにし
て形成した粉末を化学分析したところ、実施例３に係る
鉄系粉末の組成は、重量比で、モリブデン0.69％、マン
ガン0.68％、銅1.42％、硫黄0.30％、不可避の不純物、
残部実質的に鉄であった。

（比較例）更に、比較例１として、市販の拡散合金鋼粉末（ディス
タロイAB、ヘガネス社）を用いた。この粉末は、重量比
でニッケル1.8％、モリブデン0.5％、銅1.5％、不可避
の不純物、残部実質的に鉄の組成である。比較例１の拡
散合金鋼粉末は−60メッシュアンダーにて選別されたも
のである。

また比較例２として、市販のディスタロイAB粉末と硫黄
粉末とをＶ型ミキサーで均一に混合した混合粉末を用い
た。この比較例２の混合粉末では、硫黄粉末はディスタ
ロイAB粉末に溶着していない。比較例２では、混合粉末
全体を重量比で100％としたとき、市販のディスタロイA
B粉末を99.7％、硫黄粉末を0.3％とした。

（試験例）次に上記した本実施例１、実施例２、実施例３に係る鉄
系粉末で圧粉体を形成し、圧粉体を焼結して焼結部品と
しての試験片を形成した。比較例１、比較例２に係る粉
末でも、同様にして試験片を形成した。

試験片となる圧体体を形成するにあたっては、次のよう
にした。即ち、圧粉体全体を100％としたとき、0.55％
の黒鉛粉（人造黒鉛）と潤滑用の金属石けん0.7％とを
ボールミルにて20分間混合した後、１立方センチメート
ルあたり密度6.80gの圧粉体を成形した。焼結条件は、
分解アンモニア雰囲気（露点−30℃以下）の焼結炉によ
り、1165℃にて30分間加熱して行った。実施例１、実施
例２、実施例３、比較例１、比較例２の焼結部品として
の試験片の化学分析値を第１表に示す。

上記のように焼結して形成した試験片について、真空焼
入れ処理を行った。真空焼入れ処理は、焼結部品である
試験片を860℃に加熱保持した後、80℃のオイルに浸漬
してオイル焼入れを行った。焼入れ後の焼き戻しは、大
気中にて190℃で60分間加熱保持して行った。

上記した実施例１、実施例２、実施例３の焼入れ処理し
た試験片について、また、比較例１、比較例２の試験片
について、万能引張り試験機により引張り試験を行っ
た。そして、引張り最大荷重を破断面の面積で除した値
を引張り強さとした。

また被削性を調べるために、穴開け加工テストを実施し
た。穴開け加工テストで用いたドリルは、SKH−９、径7
mmを用い、回転数220rpm、送り速度0.4mm/rev、切削油
使用の条件にて、試験片（厚み10mm）の穴開けを行っ
た。そして、１本のドリルにて穴開けした穴の数により
被削性を比較した。

上記した実施例１、実施例２、実施例３の試験片、ま
た、比較例１、比較例２の試験片について、引張り強さ
および被削性の試験結果を第１図に示す。第１図に示す
ように、引張り強さでは、実施例１、実施例２、実施例
３は市販されている高強度焼結材料（比較例１）とほぼ
同等の強度を示した。また実施例１、実施例２、実施例
３は、比較例２に比べて引張り強度が格段に優れてい
る。ここで比較例２では強度が低下している理由は、硫
黄を添加しているからである。

一方、被削性試験では、実施例１、実施例２、実施例３
の穴開け数は、比較例１に比べて４倍以上の数である。

即ち、実施例１、実施例２、実施例３では、比較例１に
対して引張り強度は同程度であるものの被削性が格段に
優れている。ここで、硫黄含有量が同程度の実施例２と
比較例２とを比較する。実施例２では穴開け数が比較例
２の２倍となっており、実施例２の方が比較例２に比べ
て被削性が格段に優れている。その理由は以下のようで
あると推察される。即ち、実施例１、実施例２、実施例
３では硫黄が多量に含有されているにもかかわらず、強
度が高いのは、実施例１〜実施例３では硫化マンガン
（MnS）が拡散付着に起因して微細化しているのに対し
て、比較例２では鉄系粉末に単に硫黄粉末を添加しただ
けなので、硫黄が凝集し、そのため硫黄が粗大化してい
る。故に、比較例２では、鉄を含有する銅硫化物が凝集
し粗大化し、そのため、粗大化した硫化物と、粗大化し
た硫化物が昇準した跡で形成された粗大気孔の発生と、
硫化物の偏析の発生が大きいためであると推察される。

比較例１の被削性が悪いのは硫化物がないことをそのま
ま反映している。

［発明の効果］以上説明したように本発明に係る高強度鉄系粉末を用い
て焼結部品を形成すれば、第１図の試験結果から明らか
なように、焼結部品の強度を確保できるとともに、焼結
部品の被削性を向上させることができる。

また、本発明に係る製造方法によれば、被削性に優れた
高強度鉄系粉末を簡便に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例および比較例の引張り強さと被削性を
示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比でモリブデンが0.5〜1.5％、マンガ
ン0.05〜0.8％、不可避の不純物、残部実質的に鉄から
なる高強度鉄系粉末粒子と、該鉄系粉末粒子に拡散を伴
って少なくとも部分的に溶着された硫化物系粉末粒子と
で構成されていることを特徴とする被削性に優れた高強
度鉄系粉末。
【請求項２】硫化物系粉末粒子は、硫化銅を主成分とす
る特許請求の範囲第１項記載の被削性に優れた高強度鉄
系粉末。
【請求項３】重量比でモリブデン0.5〜1.5％、マンガン
が0.05〜0.8％、不可避の不純物、残部実質的に鉄から
なる高強度鉄系粉末粒子と、硫化物系粉末粒子とを混合
して混合粉末を形成する混合工程と、該混合粉末を還元性雰囲気で加熱して、該高強度鉄系粉
末粒子と該硫化物系粉末粒子とを拡散を伴って少なくと
も部分溶着させる溶着工程と、からなることを特徴とす
る被削性に優れた高強度鉄系粉末の製造方法。
【請求項４】硫化物系粉末粒子は、硫化銅を主成分とす
る特許請求の範囲第３項記載の被削性に優れた高強度鉄
系粉末の製造方法。