JP2001131610A - Manufacturing method of sintered metal - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、焼結金属の製造方
法に関し、より詳細には、歯車の内部に欠陥を生じさせ
ることなく、歯面を高密度化させることができる焼結歯
車の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a sintered metal, and more particularly, to a method for manufacturing a sintered gear capable of increasing the tooth surface density without causing defects inside the gear. About the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】金属部品、特に、歯車を焼結金属として
大量安価に製造するために焼結法があるが、この方法に
よると焼結金属の内部に空孔を多数残存させることは避
けられない。そのため、切削等の加工部品に比べて機械
強度が低く、例えば、鉄系の金属粉末を焼結金属として
製造した場合、７．０〜７．４Ｍｇ／ｍ3 の高密度に圧
縮し、浸炭焼入焼戻を施しても、曲げ疲れ強さは３００
〜４００ＭＰａが限界であり、面圧疲労強度（ヘルツ応
力）も１．４〜１．８ＧＰａが限界である。焼結金属の
長所を生かし、上記欠点を補うため、金属部品の表面、
例えば歯車の歯面を転造加工することにより金属組織を
緻密化させる技術が既に提案されている。この技術によ
れば、焼結金属であっても歯車の歯面の密度を７．７〜
７．８Ｍｇ／ｍ3 まで向上させることができ、少なくと
も歯面において表面鉄系金属の真密度である７．９Ｍｇ
／ｍ3 に匹敵する程度まで密度を高め、機械的強度を向
上させることができる。2. Description of the Related Art There is a sintering method for producing metal parts, especially gears, as sintered metal in large quantities at low cost. However, according to this method, it is possible to avoid leaving a large number of holes inside the sintered metal. Absent. Therefore, the mechanical strength is lower than that of machined parts such as cutting. For example, when an iron-based metal powder is manufactured as a sintered metal, it is compressed to a high density of 7.0 to 7.4 Mg / m 3 , and carburized. Even after tempering, the bending fatigue strength is 300
４００400 MPa is a limit, and surface pressure fatigue strength (Hertz stress) is a limit of 1.4 to 1.8 GPa. Taking advantage of sintered metal, to compensate for the above disadvantages, the surface of metal parts,
For example, a technique for densifying the metal structure by rolling the tooth surface of a gear has already been proposed. According to this technique, even if it is a sintered metal, the gear tooth surface density is 7.7 to
7.8 Mg / m 3 , at least 7.9 Mg which is the true density of the surface iron-based metal on the tooth surface
/ M 3 , so that the density can be increased to a level comparable to / m 3 and the mechanical strength can be improved.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、転造加工に
より歯面の金属組織を緻密化させるには、大きな塑性変
形を伴う。焼結金属は既述した通り、内部に空孔を多数
残存させているので靭性が低く、大きな塑性変形を与え
ると破壊を生じたり、内部の金属組織にクラック等の欠
陥を生じる恐れがある。従って、焼結金属よりなる歯車
は転造加工が困難であるという問題に加えて、歯面の機
械的強度は向上しても、その歯車は結果として使用に耐
えない仕様になるという問題がある。その一方、転造加
工時における金属組織の欠陥発生を抑えるには、靭性を
維持させるために炭素濃度を例えば０．３％以下にする
ことである程度の解決は見られる。しかし、低炭素濃度
の金属粉末を用いると、転造後に浸炭焼入等の工程が必
要となり、焼結金属の長所である大量且つ安価な生産性
が失われることになる。また、転造加工後の焼入工程
は、歯車の各種寸法の製造誤差原因となり、転造加工を
最終工程として製造工程を完了させることが、寸法精度
向上のためには好ましい。However, densification of the metal structure on the tooth surface by rolling involves large plastic deformation. As described above, the sintered metal has a large number of vacancies therein, and thus has low toughness. When subjected to large plastic deformation, there is a possibility that a fracture or a defect such as a crack may occur in the internal metal structure. Therefore, in addition to the problem that the gear made of sintered metal is difficult to be rolled, there is a problem that even if the mechanical strength of the tooth surface is improved, the gear becomes a specification that cannot withstand use. . On the other hand, in order to suppress the occurrence of defects in the metal structure at the time of rolling, some solutions can be found by setting the carbon concentration to, for example, 0.3% or less to maintain toughness. However, when a metal powder having a low carbon concentration is used, a process such as carburizing and quenching is required after the rolling, and thus the advantage of a large amount of inexpensive sintered metal is lost. Further, the quenching process after the rolling process causes a manufacturing error of various dimensions of the gear, and it is preferable to complete the manufacturing process with the rolling process as a final process for improving the dimensional accuracy.
【０００４】本発明の目的は、焼結金属の長所及び転造
加工の長所を維持した上で、高炭素濃度の金属粉末を用
いて転造加工し、しかも、内部欠陥が生じにくい焼結金
属の製造方法を提供することである。本発明の他の目的
は、転造加工時の温度管理により、別途の焼入工程を行
うことなく表面にマルテンサイトの結晶構造を生じさ
せ、表面の耐摩耗性が良好な焼結金属の製造方法を提供
することである。本発明のさらに他の目的は、転造加工
時の温度管理により、マルテンサイト変態させる際、転
造ダイスにより製造物を寸法矯正することにより、精度
の高い焼結金属の製造方法を提供することである。[0004] It is an object of the present invention to maintain the advantages of sintered metal and the advantages of rolling, and to form a sintered metal that is rolled using a metal powder having a high carbon concentration and is less likely to cause internal defects. Is to provide a method of manufacturing the same. Another object of the present invention is to produce a sintered metal having good surface wear resistance by forming a martensite crystal structure on the surface without performing a separate quenching step by controlling the temperature during rolling. Is to provide a way. Still another object of the present invention is to provide a method for producing a high-precision sintered metal by correcting the size of a product by a rolling die when transforming martensite by controlling the temperature during rolling. It is.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、鉄系粉末金属
を焼結金属として圧縮焼き固める工程と、前記焼結金属
をオーステナイト状態まで加熱する工程と、オーステナ
イト状態を維持した焼結金属にＡｒ”変態温度以下の転
造ダイスを押圧して転造加工を施すと同時に、前記転造
ダイスを押圧した状態で前記焼結金属の表面をＡｒ”変
態温度以下まで急冷させる工程よりなる焼結金属の製造
方法により前記課題を解決した。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a step of compressing and hardening an iron-based powder metal as a sintered metal, a step of heating the sintered metal to an austenite state, and a step of heating the sintered metal to an austenite state. A sintering process in which a rolling die having an Ar ″ transformation temperature or less is pressed to perform a rolling process, and at the same time, the surface of the sintered metal is rapidly cooled to an Ar ″ transformation temperature or less while the rolling die is pressed. The above problem has been solved by a metal manufacturing method.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】圧縮焼き固めた鉄系焼結金属は、
室温の状態では転造加工が困難である。さらに、炭素濃
度が高くなれば、硬度が高く転造加工は一層困難にな
る。そこで、まず、塑性変形を伴う転造加工が容易とな
るように焼結金属が加熱される。加熱温度は、組織状態
がγ鉄のオーステナイトにＡｃ３変態する温度以上とす
る。炭素濃度によって、Ａ３変態点は異なるが、少なく
とも純鉄のＡ３変態点である９１０℃以上に焼結金属が
加熱される。次いで、オーステナイト状態を維持させた
加熱焼結金属に転造加工が施される。炭素濃度に拘ら
ず、高温にしたためその素材は塑性変形しやすく、焼結
金属であってもクラック等の欠陥を生じることなく所定
の形状に転造加工することができる。特に、焼結金属を
転造加工するために、高炭素濃度の鉄系金属を用いて靭
性を高めても、転造加工を高温状態で行うので、その素
材は塑性変形しやすく、クラック等の欠陥を生じること
なく、高炭素濃度の焼結金属を所定の形状に転造加工す
ることができる。本発明では、さらに、転造ダイスを焼
結金属のＡｒ”変態温度以下に温度管理することによ
り、転造加工と同時に表面を急冷焼き入れして、金属組
織をオーステナイトからマルテンサイトに結晶構造を変
態させることを特徴としている。急冷焼き入れを短時間
のうちに完了させること、すなわち、Ａｒ”変態温度よ
りもかなり低い温度の転造ダイスを焼結金属の表面に押
圧して転造ダイスと焼結金属の接触面を更新することに
より、μ点以上（１５０℃／ｓ以上）の冷却速度とな
り、転造加工と同時に焼結金属の表面をマルテンサイト
に結晶構造を変態させることができる。そして、転造加
工による塑性変形とマルテンサイト変態による膨張が完
了するまで焼結金属に転造ダイスを押圧することが好ま
しく、これにより、表面の形状、寸法及び金属組織を所
望のものに到達させることができる。また、本発明で
は、加熱工程の前において、塗布・浸漬又はディッピン
グ等により焼結金属の表面に黒鉛皮膜を形成することが
好ましい。黒鉛皮膜は、焼結金属の加熱時に表面の脱炭
を抑え、表面において炭素濃度の低下を防止することが
できる。炭素濃度の低下防止に加えて、黒鉛皮膜は転造
加工時において転造ダイスと焼結金属の接触面を潤滑
し、素材の流動性を高めるとともに面粗度を向上させる
ことに寄与する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Rolling is difficult at room temperature. Furthermore, when the carbon concentration increases, the hardness increases and the rolling process becomes more difficult. Therefore, first, the sintered metal is heated so that the rolling process involving plastic deformation is facilitated. The heating temperature is equal to or higher than the temperature at which the microstructure transforms into austenite of γ-iron with Ac3. Although the A3 transformation point varies depending on the carbon concentration, the sintered metal is heated to at least 910 ° C., which is the A3 transformation point of pure iron. Next, the hot-sintered metal maintained in the austenitic state is subjected to rolling. Regardless of the carbon concentration, the temperature is raised to a high temperature, so that the material is easily plastically deformed, and even if it is a sintered metal, it can be rolled into a predetermined shape without generating defects such as cracks. In particular, even if the toughness is increased by using an iron-based metal with a high carbon concentration in order to form a sintered metal by rolling, the material is easily deformed plastically because the rolling is performed at a high temperature, and cracks and the like are generated. The sintered metal having a high carbon concentration can be rolled into a predetermined shape without causing defects. In the present invention, further, by controlling the temperature of the rolled die to be equal to or lower than the Ar "transformation temperature of the sintered metal, the surface is rapidly quenched and quenched simultaneously with the rolling process to change the metal structure from austenite to martensite. The rapid quenching is completed within a short time, that is, a rolling die having a temperature considerably lower than the Ar "transformation temperature is pressed against the surface of the sintered metal to form a rolling die. By renewing the contact surface of the sintered metal, the cooling rate becomes the μ point or more (150 ° C./s or more), and the crystal structure of the surface of the sintered metal can be transformed into martensite simultaneously with the rolling process. Then, it is preferable to press the rolling dies on the sintered metal until the plastic deformation by the rolling process and the expansion by the martensitic transformation are completed, whereby the surface shape, dimensions and metal structure reach the desired ones. be able to. In the present invention, it is preferable to form a graphite film on the surface of the sintered metal by coating, dipping, dipping, or the like, before the heating step. The graphite coating suppresses decarburization of the surface when the sintered metal is heated, and can prevent a decrease in carbon concentration on the surface. In addition to preventing the carbon concentration from lowering, the graphite coating lubricates the contact surface between the rolling die and the sintered metal during rolling, thereby contributing to improving the fluidity of the material and improving the surface roughness.
【０００７】[0007]
【実施例】以下、図面を参照して本発明による焼結金属
の製造方法を説明する。所定配合率の粉末金属を準備し
た後、その粉末金属が所定の形状に圧縮される。粉末金
属は、例えば、Ｎｉ３．０〜７．０％、Ｍｏ０．３〜
１．０％、Ｃｕ１．０〜３．０％、Ｃ０．５〜１．０
％、Ｆｅ残余とし、約１５０度で温間成形して７．０〜
７．４Ｍｇ／ｍ3 の圧縮密度にした後、ＲＸガス（炭化
水素を不完全燃焼して精製した吸熱型ガス）中で１１５
０℃で２０分焼結加工が施される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for producing a sintered metal according to the present invention will be described with reference to the drawings. After preparing a powdered metal having a predetermined blending ratio, the powdered metal is compressed into a predetermined shape. The powder metal is, for example, Ni 3.0 to 7.0%, Mo 0.3 to
1.0%, Cu 1.0 to 3.0%, C 0.5 to 1.0
%, Fe balance, warm forming at about 150 ° C. and 7.0 to 7.0%
After having a compression density of 7.4 Mg / m 3 , it is heated in an RX gas (an endothermic gas purified by incomplete combustion of hydrocarbons).
Sintering is performed at 0 ° C. for 20 minutes.
【０００８】次に、上記焼結金属に黒鉛皮膜が形成され
る。黒鉛皮膜は、塗布・浸漬又はディッピング等によ
り、焼結金属の全面に形成される。黒鉛皮膜は、次工程
の加熱工程において、焼結金属表面の脱炭を防止する。
そのため、焼結金属の全面に黒鉛皮膜を形成することが
好ましい。また、黒鉛皮膜は、次々工程の転造工程にお
いて、転造ダイスとの滑りをよくして素材の流動性を高
める働きとともに転造される表面を保護する働きもあ
る。Next, a graphite coating is formed on the sintered metal. The graphite film is formed on the entire surface of the sintered metal by coating, dipping, dipping, or the like. The graphite coating prevents decarburization of the sintered metal surface in the subsequent heating step.
Therefore, it is preferable to form a graphite coating on the entire surface of the sintered metal. Further, the graphite film has a function of improving the fluidity of the material by improving the sliding with the rolling dies and a function of protecting the surface to be rolled in the rolling process of the next process.
【０００９】黒鉛皮膜が形成された焼結金属は、次い
で、急速加熱される。加熱工程は、焼結金属の金属組織
がγ鉄のオーステナイト状態まで加熱される。純鉄では
Ａ３変態点が約９１０℃であるので、少なくともこの温
度以上に加熱することが必要である。なお、炭素濃度が
高くなると、濃度に応じてＡ３変態点は低くなる。ま
た、加熱工程により、焼結金属は硬度が低くなる。従っ
て、オーステナイト状態と硬度低下を目的として、焼結
金属が加熱される。具体的には、焼結金属は８００〜１
１００℃以上まで加熱される。なお、加熱は高周波加熱
装置を利用して短時間のうちに焼結金属をＡ３変態点以
上に加熱することが好ましい。[0009] The sintered metal on which the graphite coating has been formed is then rapidly heated. In the heating step, the metal structure of the sintered metal is heated to the austenite state of γ-iron. Since pure iron has an A3 transformation point of about 910 ° C., it is necessary to heat it to at least this temperature. When the carbon concentration increases, the A3 transformation point decreases according to the concentration. Further, the hardness of the sintered metal is reduced by the heating step. Therefore, the sintered metal is heated for the purpose of reducing the austenite state and the hardness. Specifically, the sintered metal is 800 to 1
Heated to above 100 ° C. The heating is preferably performed by using a high-frequency heating device to heat the sintered metal to a temperature equal to or higher than the A3 transformation point in a short time.
【００１０】次いで、オーステナイト状態のまま、すな
わち、炭素濃度に応じたＡ３変態点以上の温度を維持し
て、焼結金属は転造加工装置に移動させられる。この場
合、焼結金属は高温であるためロボット等を利用して、
加熱装置から転造装置にワークである焼結金属が移動さ
せられる。転造加工工程は、図１に示されるようにワー
クを歯車として説明すれば、回転自在に支持された歯車
１０に対して径方向から一対の同歯数の転造ダイス１
２，１４が押圧され、転造ダイス１２，１４を回転させ
ることでワークを所定の輪郭に仕上げる工程である。ワ
ーク１０は高温に維持されており、転造加工において素
材の流動性が高く、内部欠陥を生じることなく転造加工
が進められる。加熱工程前に形成された黒鉛皮膜は、ワ
ーク１０と転造ダイス１２，１４との接触面において潤
滑剤として機能し、歯面における素材の流動を補助す
る。転造加工により、歯面が緻密化して密度が真密度近
くまで向上する。ここで、転造ダイス１２，１４は、Ａ
ｒ”変態点以下に温度管理されており、転造加工と同時
にワーク１０を３〜１５秒で１５０〜２５０℃まで急冷
する。この急冷において、ワーク１０の温度がＡｒ”変
態点以下となるように、転造ダイス１２，１４の初期温
度が決められており、オーステナイトはワークの表面に
おいて、すなわち、歯車１０の歯面においてマルテンサ
イトに変態する。急冷により、オーステナイトからマル
テンサイトにワークを変態させるため、転造ダイスの容
積はワークに比べて大きくなっており、転造加工時に接
触面を順次更新することにより、歯面において確実にマ
ルテンサイト組織に変態させる。オーステナイトからマ
ルテンサイトに変態するとき膨張が生じるので、本発明
では、さらに、転造ダイスをワークに押圧する時間を管
理することで、転造加工時における素材の流動に加えて
膨張による変形を防止している。これにより、転造ダイ
スの輪郭がワークに完全に転写される。その後、ワーク
は室温まで空冷され、必要に応じて、１５０℃〜２５０
℃で２時間焼き戻しされる。Next, the sintered metal is moved to a rolling machine while maintaining the austenite state, that is, maintaining the temperature equal to or higher than the A3 transformation point according to the carbon concentration. In this case, since the sintered metal is at a high temperature, use a robot or the like,
The sintered metal as a work is moved from the heating device to the rolling device. In the rolling process, if the work is described as a gear as shown in FIG. 1, a pair of the rolling dies 1 having the same number of teeth from the radial direction with respect to the gear 10 rotatably supported.
In this step, the workpiece is finished to a predetermined contour by pressing the rolling dies 12 and 14 while pressing the rolling dies 2 and 14. The workpiece 10 is maintained at a high temperature, the material has a high fluidity in the rolling process, and the rolling process proceeds without causing internal defects. The graphite film formed before the heating step functions as a lubricant on the contact surface between the work 10 and the rolling dies 12, 14, and assists the flow of the material on the tooth surface. By the rolling process, the tooth surface is densified and the density is improved to near the true density. Here, the rolling dies 12, 14 are A
The temperature is controlled to be lower than the r "transformation point, and the work 10 is rapidly cooled to 150 to 250C in 3 to 15 seconds simultaneously with the rolling process. In this rapid cooling, the temperature of the work 10 is set to be lower than the Ar" transformation point. In addition, the initial temperature of the rolling dies 12, 14 is determined, and austenite is transformed into martensite on the surface of the work, that is, on the tooth surface of the gear 10. Since the work is transformed from austenite to martensite by quenching, the volume of the rolling die is larger than that of the work. Transform into. Since expansion occurs when transforming from austenite to martensite, in the present invention, by controlling the time for pressing the rolling die against the work, in addition to the flow of the material during rolling, deformation due to expansion is prevented. are doing. Thereby, the contour of the rolling die is completely transferred to the work. Thereafter, the work is air-cooled to room temperature, and if necessary,
Tempered at 2 ° C. for 2 hours.
【００１１】[0011]
【発明の効果】本発明は、焼き固めた後の焼結金属を加
熱し、高温において転造加工を行うので、素材の流動性
が高くなり転造加工による塑性変形が容易となり、クラ
ック等の内部欠陥を生じることなく内部空孔が残存しや
すい焼結金属に転造加工を施すことができる。特に、高
炭素濃度の鉄系粉末金属を用いて焼結金属を製造する場
合、靭性がなく転造加工による塑性変形時に内部欠陥が
生じやすいが、焼結金属を加熱して高温にすることによ
り、高炭素濃度の焼結金属に転造加工を施すことができ
る。そして、Ａｒ”変態温度以下の転造ダイスを加熱後
の焼結金属に押圧することにより、転造加工と同時にオ
ーステナイトの金属組織を表面においてマルテンサイト
変態させるので、転造加工工程を利用して焼結金属に焼
き入れを行うことができ、通常は必要な別途の焼き入れ
工程を略して工数削減による製造コストを図ることがで
きる。さらに、オーステナイトからマルテンサイトへの
変態による膨張が完了するまで転造ダイスを焼結金属に
押圧することにより、転造ダイスの輪郭を完全に焼結金
属に転写することができ、歯車を焼結金属から製造する
場合には歯面を高精度に製造することができる。According to the present invention, the sintered metal after sintering is heated and rolled at a high temperature, so that the fluidity of the material is increased, plastic deformation by rolling is facilitated, and cracks and the like are reduced. The rolling process can be performed on a sintered metal in which internal voids are likely to remain without causing internal defects. In particular, when producing a sintered metal using an iron-based powder metal with a high carbon concentration, internal defects are likely to occur during plastic deformation by rolling without toughness, but by heating the sintered metal to a high temperature In addition, a rolling process can be performed on a sintered metal having a high carbon concentration. By pressing a rolling die having an Ar "transformation temperature or less against the sintered metal after heating, the austenite metal structure is transformed into martensite on the surface simultaneously with the rolling process. Quenching can be performed on the sintered metal, which can reduce the number of man-hours by omitting the separate quenching step that is normally required, and further reduce the man-hour, and further, until the expansion from the transformation from austenite to martensite is completed. By pressing the rolling dies against the sintered metal, the contour of the rolling dies can be completely transferred to the sintered metal, and when manufacturing the gear from the sintered metal, the tooth surface is manufactured with high precision be able to.
【図１】 本発明による焼結金属の製造方法を実施する
装置を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing an apparatus for implementing a method for producing a sintered metal according to the present invention.
１０ 焼結金属としてのワーク １２ 転造ダイス 10 Work as sintered metal 12 Rolling die
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K018 AA28 BA14 CA02 FA04 FA05 HA05 KA63 4K042 AA18 BA02 BA04 DA01 DB01 DC02 DD01 DE02 DF02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K018 AA28 BA14 CA02 FA04 FA05 HA05 KA63 4K042 AA18 BA02 BA04 DA01 DB01 DC02 DD01 DE02 DF02
Claims (1)
固める工程と、 前記焼結金属をオーステナイト状態まで加熱する工程
と、 オーステナイト状態を維持した焼結金属にＡｒ”変態温
度以下の転造ダイスを押圧して転造加工を施すと同時
に、前記転造ダイスを押圧した状態で前記焼結金属の表
面をＡｒ”変態温度以下まで急冷させる工程よりなる、 焼結金属の製造方法。1. A step of compressing and hardening an iron-based powder metal as a sintered metal, a step of heating the sintered metal to an austenitic state, and rolling the sintered metal maintaining the austenitic state at a temperature lower than the Ar ″ transformation temperature. A method for producing a sintered metal, comprising a step of pressing a die to perform a rolling process and, simultaneously, rapidly cooling a surface of the sintered metal to an Ar ″ transformation temperature or less while the rolling die is pressed.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31033299A JP2001131610A (en) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | Manufacturing method of sintered metal |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP31033299A JP2001131610A (en) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | Manufacturing method of sintered metal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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