JP2002332552A - 快削性焼結部材およびその製造方法 - Google Patents
快削性焼結部材およびその製造方法Info
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- JP2002332552A JP2002332552A JP2001143539A JP2001143539A JP2002332552A JP 2002332552 A JP2002332552 A JP 2002332552A JP 2001143539 A JP2001143539 A JP 2001143539A JP 2001143539 A JP2001143539 A JP 2001143539A JP 2002332552 A JP2002332552 A JP 2002332552A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 強度が保持されながら被削性の改善が図られ
る焼結部材およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 基地組織の全面にわたり結晶粒内に１０
μｍ以下のＭｎＳ粒子０．１５〜１０質量％が均一に分
散し、かつＭｎＳ粒子の４０％以上が５μｍ以下の焼結
部材である。この焼結部材を、Ｍｎ：０．１〜８質量％
を含有する鋼粉末にＳが０．０５〜５質量％となる量の
金属硫化物粉末を配合し混合した混合粉末を、金型内で
圧縮成形し、その成形体を９００〜１３００℃の温度範
囲で焼結することによって得る。
る焼結部材およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 基地組織の全面にわたり結晶粒内に１０
μｍ以下のＭｎＳ粒子０．１５〜１０質量％が均一に分
散し、かつＭｎＳ粒子の４０％以上が５μｍ以下の焼結
部材である。この焼結部材を、Ｍｎ：０．１〜８質量％
を含有する鋼粉末にＳが０．０５〜５質量％となる量の
金属硫化物粉末を配合し混合した混合粉末を、金型内で
圧縮成形し、その成形体を９００〜１３００℃の温度範
囲で焼結することによって得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼結部材の強度の
低下を招くことなく被削性を改善した快削性焼結部材お
よびその製造方法に関する。
低下を招くことなく被削性を改善した快削性焼結部材お
よびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】粉末冶金法は、ニアネットシェイプに製
品が製造でき、切削加工などの機械加工を省略あるいは
最小限に抑えることで、材料費や加工コストを削減でき
ることが特徴の１つである。ところが、用途と需要が拡
大するにつれて形状もますます複雑化しているので、成
形困難または成形不可能な場合や、製品によっては要求
される精度もますます厳しくなっており、このため、二
次加工が必要不可欠となってきている。一方、粉末冶金
法のもう一つの特徴としては、溶製法では製造不可能な
組織構造の合金を比較的容易に製造できることにある。
例えば、硬質相が分散する耐摩耗性焼結合金等が実際に
製造されているが、このような組織構造では被削性は悪
く、被削性の点で改良の要望が大きくなってきている。
品が製造でき、切削加工などの機械加工を省略あるいは
最小限に抑えることで、材料費や加工コストを削減でき
ることが特徴の１つである。ところが、用途と需要が拡
大するにつれて形状もますます複雑化しているので、成
形困難または成形不可能な場合や、製品によっては要求
される精度もますます厳しくなっており、このため、二
次加工が必要不可欠となってきている。一方、粉末冶金
法のもう一つの特徴としては、溶製法では製造不可能な
組織構造の合金を比較的容易に製造できることにある。
例えば、硬質相が分散する耐摩耗性焼結合金等が実際に
製造されているが、このような組織構造では被削性は悪
く、被削性の点で改良の要望が大きくなってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、粉末冶金法に
よる被削性の改善手段としては、ＭｎＳ、ＭｏＳ２、Ｃ
ａＦ２、珪酸マグネシウム系鉱物等の被削性改善物質の
粉末を与えた混合粉末を成形−焼結して焼結部材の組織
中にこれらの被削性改善物質を分散させる手法がよく用
いられている。この方法は簡便で被削性の向上が図れる
が、被削性改善物質は焼結部材の気孔中もしくは粉末粒
界に分散し、局所的にしか存在していない。また、これ
らの被削性改善物質は焼結過程における粉末どうしの拡
散結合を阻害するため、得られる焼結部材の強度は低下
する傾向にある。
よる被削性の改善手段としては、ＭｎＳ、ＭｏＳ２、Ｃ
ａＦ２、珪酸マグネシウム系鉱物等の被削性改善物質の
粉末を与えた混合粉末を成形−焼結して焼結部材の組織
中にこれらの被削性改善物質を分散させる手法がよく用
いられている。この方法は簡便で被削性の向上が図れる
が、被削性改善物質は焼結部材の気孔中もしくは粉末粒
界に分散し、局所的にしか存在していない。また、これ
らの被削性改善物質は焼結過程における粉末どうしの拡
散結合を阻害するため、得られる焼結部材の強度は低下
する傾向にある。
【０００４】また、近年では、焼結中にＭｎＳを析出さ
せて基地全体にＭｎＳを分散させて被削性を改善するこ
とを狙った、粉末中に既にＭｎとＳを固溶させて与えた
粉末が実用化されている。ただし、この種の粉末では粉
末段階で既に粉末中に固溶したＭｎとＳがＭｎＳとして
粉末表面に析出してしまうため、添加法に比べれば改善
されているものの、焼結の進行が阻害されるといった短
所がある。また、ＭｎＳは粉末段階で既に形成されてい
るので、焼結時にＭｎＳ粒子が成長し主として粉末粒界
に分散することとなり、このため、強度は低下する傾向
にある。
せて基地全体にＭｎＳを分散させて被削性を改善するこ
とを狙った、粉末中に既にＭｎとＳを固溶させて与えた
粉末が実用化されている。ただし、この種の粉末では粉
末段階で既に粉末中に固溶したＭｎとＳがＭｎＳとして
粉末表面に析出してしまうため、添加法に比べれば改善
されているものの、焼結の進行が阻害されるといった短
所がある。また、ＭｎＳは粉末段階で既に形成されてい
るので、焼結時にＭｎＳ粒子が成長し主として粉末粒界
に分散することとなり、このため、強度は低下する傾向
にある。
【０００５】本発明はこのような状況を背景としてなさ
れたものであって、強度を低下させることなく被削性を
改善した焼結部材およびその製造方法を提供することを
目的とする。
れたものであって、強度を低下させることなく被削性を
改善した焼結部材およびその製造方法を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、基地組織の粉
末粒界ではなく結晶粒内に微細なＭｎＳを焼結過程で析
出させたことにより強度低下を招かず被削性を改善した
ことを骨子とする。すなわち、本発明の快削性焼結部材
は、基地組織の全面にわたり結晶粒内に１０μｍ以下の
ＭｎＳ粒子が均一に分散することを特徴とする。また、
本発明の快削性焼結部材の製造方法は、Ｍｎ：０．１〜
８質量％を含有する鋼粉末にＳが０．０５〜５質量％と
なる量の金属硫化物粉末を配合し混合した混合粉末を用
い、金型内で圧縮成形した成形体を９００〜１３００℃
の温度範囲で焼結することを特徴とする。
末粒界ではなく結晶粒内に微細なＭｎＳを焼結過程で析
出させたことにより強度低下を招かず被削性を改善した
ことを骨子とする。すなわち、本発明の快削性焼結部材
は、基地組織の全面にわたり結晶粒内に１０μｍ以下の
ＭｎＳ粒子が均一に分散することを特徴とする。また、
本発明の快削性焼結部材の製造方法は、Ｍｎ：０．１〜
８質量％を含有する鋼粉末にＳが０．０５〜５質量％と
なる量の金属硫化物粉末を配合し混合した混合粉末を用
い、金型内で圧縮成形した成形体を９００〜１３００℃
の温度範囲で焼結することを特徴とする。
【０００７】本発明の快削性焼結部材は、ＭｎＳが粉末
粒界ではなく結晶粒内に分散するので、焼結時の粉末ど
うしの拡散結合が阻害されず、その結果、強度の低下が
生じない。また、大きなＭｎＳは介在物として働き破壊
の基点となり易いが、本発明の結晶粒内に析出するＭｎ
Ｓは１０μｍ以下（多くは５μｍ以下であって、４０％
以上が５μｍ以下が好ましい）と微細であるため破壊の
基点となり難く、このことも強度低下が生じない要因の
１つとなっている。これにより本発明では添加法に比べ
てより多量のＭｎＳを含有することが可能となり、しか
もＭｎＳの分散箇所が結晶粒内であることから、切削加
工時に切刃に対して連続的にＭｎＳが作用し、被削性が
向上する。
粒界ではなく結晶粒内に分散するので、焼結時の粉末ど
うしの拡散結合が阻害されず、その結果、強度の低下が
生じない。また、大きなＭｎＳは介在物として働き破壊
の基点となり易いが、本発明の結晶粒内に析出するＭｎ
Ｓは１０μｍ以下（多くは５μｍ以下であって、４０％
以上が５μｍ以下が好ましい）と微細であるため破壊の
基点となり難く、このことも強度低下が生じない要因の
１つとなっている。これにより本発明では添加法に比べ
てより多量のＭｎＳを含有することが可能となり、しか
もＭｎＳの分散箇所が結晶粒内であることから、切削加
工時に切刃に対して連続的にＭｎＳが作用し、被削性が
向上する。
【０００８】本発明の快削性焼結部材では、ＭｎＳ粒子
が０．１５質量％より少ないと被削性向上の効果が乏し
く、また、１０質量％より多かったり粒径が１０μｍよ
り大きっかたりすると、強度の低下が発生する。したが
って、ＭｎＳ粒子は粒径が１０μｍ以下で、かつ０．１
５〜１０質量％の割合で分散することが好ましい。
が０．１５質量％より少ないと被削性向上の効果が乏し
く、また、１０質量％より多かったり粒径が１０μｍよ
り大きっかたりすると、強度の低下が発生する。したが
って、ＭｎＳ粒子は粒径が１０μｍ以下で、かつ０．１
５〜１０質量％の割合で分散することが好ましい。
【０００９】上記ＭｎＳの分散方法の形態としては、Ｍ
ｎを含む鋼粉末とＳの供給源となる金属硫化物粉末とに
分けて与え、焼結時に金属硫化物粉末が分解して放出し
たＳと基地中のＭｎとを結合させて析出させる手法が挙
げられる。上記本発明の快削性焼結部材の製造方法はこ
れを具体化したものである。なお、分解した金属硫化物
の金属成分は、基地に固溶され、あるいは炭化物を生成
し、基地の強度あるいは耐摩耗性の向上に寄与する。
ｎを含む鋼粉末とＳの供給源となる金属硫化物粉末とに
分けて与え、焼結時に金属硫化物粉末が分解して放出し
たＳと基地中のＭｎとを結合させて析出させる手法が挙
げられる。上記本発明の快削性焼結部材の製造方法はこ
れを具体化したものである。なお、分解した金属硫化物
の金属成分は、基地に固溶され、あるいは炭化物を生成
し、基地の強度あるいは耐摩耗性の向上に寄与する。
【００１０】鋼粉末中のＭｎ量に関しては、０．１質量
％より少ないと形成されるＭｎＳ量が少なく被削性改善
の効果が乏しい。一方、Ｍｎ量が８質量％より多いと鋼
粉末自体が硬くなり過ぎて圧縮性が低下し、結果として
強度が低下する。また、金属硫化物粉末中のＳ量に関し
ては、０．０５質量％より少ないと形成されるＭｎＳ量
が少なく被削性改善の効果が乏しい。一方、Ｓ量が５質
量％より多いと焼結性が阻害されて強度が低下すること
に加え、Ｍｎの存在しない箇所ができてしまうため被削
性の低下も生じ、さらに、焼結中にＳの飛散が増える不
具合も生じる。
％より少ないと形成されるＭｎＳ量が少なく被削性改善
の効果が乏しい。一方、Ｍｎ量が８質量％より多いと鋼
粉末自体が硬くなり過ぎて圧縮性が低下し、結果として
強度が低下する。また、金属硫化物粉末中のＳ量に関し
ては、０．０５質量％より少ないと形成されるＭｎＳ量
が少なく被削性改善の効果が乏しい。一方、Ｓ量が５質
量％より多いと焼結性が阻害されて強度が低下すること
に加え、Ｍｎの存在しない箇所ができてしまうため被削
性の低下も生じ、さらに、焼結中にＳの飛散が増える不
具合も生じる。
【００１１】本発明の快削性焼結部材の製造方法におい
て、焼結時に金属硫化物粉末を分解させ、かつ金属硫化
物より分解したＳと基地中のＭｎとを結合させてＭｎＳ
を形成するためには、９００℃以上で焼結することが必
要である。ただし、１３００℃を上回る温度で焼結する
と、ＭｎＳ粒子が成長し１０μｍ以上に粗大化して強度
を低下させること、および場合によっては液相が発生し
て焼結体の型くずれが生じたりする懸念があるため、上
限を１３００℃とする。
て、焼結時に金属硫化物粉末を分解させ、かつ金属硫化
物より分解したＳと基地中のＭｎとを結合させてＭｎＳ
を形成するためには、９００℃以上で焼結することが必
要である。ただし、１３００℃を上回る温度で焼結する
と、ＭｎＳ粒子が成長し１０μｍ以上に粗大化して強度
を低下させること、および場合によっては液相が発生し
て焼結体の型くずれが生じたりする懸念があるため、上
限を１３００℃とする。
【００１２】また、焼結雰囲気中に酸素が多量に含まれ
ると金属硫化物より分解したＳが酸素と結合してＳＯＸ
ガスとして離脱し、基地のＭｎと結合するＳ量が減少す
るため、真空雰囲気中もしくは露点が−１０℃以下の分
解アンモニアガス、窒素ガス、水素ガス、アルゴンガス
のいずれかの雰囲気中で焼結することが好ましい。
ると金属硫化物より分解したＳが酸素と結合してＳＯＸ
ガスとして離脱し、基地のＭｎと結合するＳ量が減少す
るため、真空雰囲気中もしくは露点が−１０℃以下の分
解アンモニアガス、窒素ガス、水素ガス、アルゴンガス
のいずれかの雰囲気中で焼結することが好ましい。
【００１３】上記効果を達成するための金属硫化物粉末
としては、ＭｏＳ２粉末、Ｃｒ２Ｓ ３粉末、ＣｏＳ２粉
末、ＷＳ２粉末、ＣｕＳ２粉末が好適である。これらの
粉末は、ＭｎＳよりＳとの結合力が小さいため焼結時に
Ｓを放出し易い。また、Ｓが放出された後のＭｏ、Ｃ
ｒ、Ｃｏ、ＣｕはＦｅ基地へ拡散して基地の固溶強化に
働き、Ｗ、一部のＭｏ、ＣｒはＣと反応して炭化物を形
成し、基地の耐摩耗性を強化する。ＦｅＳもＭｎＳより
Ｓの結合力が小さく、少量の添加では効果的であるが、
多量の添加はＭｎを含まない、すなわちＭｎＳが析出し
ない基地部分を形成してしまい被削性が低下するため、
使用に際しては添加量に注意が必要である。
としては、ＭｏＳ２粉末、Ｃｒ２Ｓ ３粉末、ＣｏＳ２粉
末、ＷＳ２粉末、ＣｕＳ２粉末が好適である。これらの
粉末は、ＭｎＳよりＳとの結合力が小さいため焼結時に
Ｓを放出し易い。また、Ｓが放出された後のＭｏ、Ｃ
ｒ、Ｃｏ、ＣｕはＦｅ基地へ拡散して基地の固溶強化に
働き、Ｗ、一部のＭｏ、ＣｒはＣと反応して炭化物を形
成し、基地の耐摩耗性を強化する。ＦｅＳもＭｎＳより
Ｓの結合力が小さく、少量の添加では効果的であるが、
多量の添加はＭｎを含まない、すなわちＭｎＳが析出し
ない基地部分を形成してしまい被削性が低下するため、
使用に際しては添加量に注意が必要である。
【００１４】本発明の快削性焼結部材の成分について、
上記のＭｎ、Ｓ以外の成分については特に限定するもの
ではなく、従来知られている範囲で他の元素を含有して
も差し支えない。以下に、本発明の快削性焼結部材に用
いるＭｎ、Ｓ以外の元素について推奨する組成範囲を説
明する。
上記のＭｎ、Ｓ以外の成分については特に限定するもの
ではなく、従来知られている範囲で他の元素を含有して
も差し支えない。以下に、本発明の快削性焼結部材に用
いるＭｎ、Ｓ以外の元素について推奨する組成範囲を説
明する。
【００１５】Ｃ：３質量％以下 Ｃが０質量％の場合、軟質なフェライト組織の材料とな
るが、この組織は靱性が高いため切り粉が長くなり切削
加工が困難となる。粒内に分散したＭｎＳ粒子はチップ
ブレーカー効果を発揮し、フェライト組織でも容易に加
工できる。Ｃ量が増えるにしたがい、硬いセメンタイト
組織が増してくるため被削性は悪化する。また、Ｃは焼
結助剤としての効果もあるため、添加量が増えるにした
がって焼結が進行しやすいが、これが分散ＭｎＳ粒子の
粗大化も進めてしまい、被削性が悪化する。被削性の悪
化はＣが３質量％を超えると顕著になるため、Ｃの含有
量は３質量％とした。
るが、この組織は靱性が高いため切り粉が長くなり切削
加工が困難となる。粒内に分散したＭｎＳ粒子はチップ
ブレーカー効果を発揮し、フェライト組織でも容易に加
工できる。Ｃ量が増えるにしたがい、硬いセメンタイト
組織が増してくるため被削性は悪化する。また、Ｃは焼
結助剤としての効果もあるため、添加量が増えるにした
がって焼結が進行しやすいが、これが分散ＭｎＳ粒子の
粗大化も進めてしまい、被削性が悪化する。被削性の悪
化はＣが３質量％を超えると顕著になるため、Ｃの含有
量は３質量％とした。
【００１６】Ｃｕ：５質量％以下 Ｃｕは強度向上に働くが、特にＣｕの融点以上で液相と
なりＭｎＳ粒子の粗大化を引き起こすことと、５質量％
を超えるとほとんど強度向上の効果が無いためＣの含有
量は５質量％以下とした。
なりＭｎＳ粒子の粗大化を引き起こすことと、５質量％
を超えるとほとんど強度向上の効果が無いためＣの含有
量は５質量％以下とした。
【００１７】Ｃｒ：１０質量％以下 Ｃｒは耐熱性向上効果があるが、１０質量％を超えると
粉末の表面に強固な酸化被膜が形成され焼結性を損ない
強度低下を招くため、１０質量％以下とした。
粉末の表面に強固な酸化被膜が形成され焼結性を損ない
強度低下を招くため、１０質量％以下とした。
【００１８】Ｎｉ：１５質量％以下 Ｎｉの添加により焼入れ性が向上して基地の強化が図ら
れるが、１５質量％を超えるとＮｉリッチのオーステナ
イト相が多くなり硬度や強度の低下を招くため、１５質
量％以下とした。
れるが、１５質量％を超えるとＮｉリッチのオーステナ
イト相が多くなり硬度や強度の低下を招くため、１５質
量％以下とした。
【００１９】Ｍｏ：１０質量％以下 Ｍｏは耐熱性向上効果があるとともに炭化物を形成して
耐摩耗性向上に寄与するが、１０質量％を超えると粉末
の圧縮性が低下して十分な圧粉体密度を得られないた
め、１０質量％以下とした。
耐摩耗性向上に寄与するが、１０質量％を超えると粉末
の圧縮性が低下して十分な圧粉体密度を得られないた
め、１０質量％以下とした。
【００２０】Ｖ：５質量％以下 Ｖは耐熱性向上効果があるとともに炭化物を形成して耐
摩耗性向上に寄与するが、５質量％を超えると粉末の圧
縮性が低下して十分な圧粉体密度を得られないため、５
質量％以下とした。
摩耗性向上に寄与するが、５質量％を超えると粉末の圧
縮性が低下して十分な圧粉体密度を得られないため、５
質量％以下とした。
【００２１】Ｃｏ：１５質量％以下 Ｃｏは耐熱性向上効果があるが、１５質量％を超えると
粉末の圧縮性が低下して十分な圧粉体密度を得られない
ため、１５質量％以下とした。
粉末の圧縮性が低下して十分な圧粉体密度を得られない
ため、１５質量％以下とした。
【００２２】Ｎｂ：５質量％以下 Ｎｂは耐熱性向上効果があるとともに炭化物を形成して
耐摩耗性向上に寄与するが、５質量％を超えると粉末の
圧縮性が低下して十分な圧粉体密度を得られないため、
５質量％以下とした。
耐摩耗性向上に寄与するが、５質量％を超えると粉末の
圧縮性が低下して十分な圧粉体密度を得られないため、
５質量％以下とした。
【００２３】本発明のＭｎＳ分散技術は、特定の金属組
織形態によるものではなく、あらゆる組織形態および混
合組織形態において有効である。例えば、本出願人が出
願した特願２０００−１３３９１５号、これは被削性と
耐摩耗性の両者を考慮した安価なバルブシートに関する
ものであるが、この金属組織に適用した場合、すなわ
ち、基地組織が、ベイナイト単相のみ、もしくはベイナ
イトとマルテンサイトの混合相のみからなる組織を呈す
るとともにベイナイトとマルテンサイトの比が１００：
０〜５０：５０であって、かつ基地硬さが２５０〜８０
０Ｈｖの範囲内であるバルブシートに適用した場合、強
度や耐摩耗性を低下させることなく被削性をさらに改善
させることが可能である。
織形態によるものではなく、あらゆる組織形態および混
合組織形態において有効である。例えば、本出願人が出
願した特願２０００−１３３９１５号、これは被削性と
耐摩耗性の両者を考慮した安価なバルブシートに関する
ものであるが、この金属組織に適用した場合、すなわ
ち、基地組織が、ベイナイト単相のみ、もしくはベイナ
イトとマルテンサイトの混合相のみからなる組織を呈す
るとともにベイナイトとマルテンサイトの比が１００：
０〜５０：５０であって、かつ基地硬さが２５０〜８０
０Ｈｖの範囲内であるバルブシートに適用した場合、強
度や耐摩耗性を低下させることなく被削性をさらに改善
させることが可能である。
【００２４】また、本発明のＭｎＳ分散技術は、従来の
耐摩耗性材料の基地に適用した場合にも効果があり、本
発明の基地中に従来知られている硬質粒子や硬質相を分
散させた焼結部材の被削性を改善できる。以下に本発明
の快削性焼結部材に推奨される硬質粒子および硬質相の
形態を説明する。
耐摩耗性材料の基地に適用した場合にも効果があり、本
発明の基地中に従来知られている硬質粒子や硬質相を分
散させた焼結部材の被削性を改善できる。以下に本発明
の快削性焼結部材に推奨される硬質粒子および硬質相の
形態を説明する。
【００２５】［Ｃｒ炭化物、Ｍｏ炭化物、Ｎｂ炭化物、
Ｖ炭化物、Ｗ炭化物、ステダイト］耐摩耗性を付与する
目的で、一般によく用いられる炭化物である。炭化物粉
末の形態で混合粉末に与えられることもあるが、混合粉
末の硬さが高くなり、圧縮性が低下するため、一般には
炭化物形成元素を含む鋼粉末と黒鉛粉末とに分けて与え
られ、焼結時に炭化物として析出させる手法が採られて
いる。これらの炭化物は、硬さが高い特性を有し、材料
の耐摩耗性を高める目的で用いられる。
Ｖ炭化物、Ｗ炭化物、ステダイト］耐摩耗性を付与する
目的で、一般によく用いられる炭化物である。炭化物粉
末の形態で混合粉末に与えられることもあるが、混合粉
末の硬さが高くなり、圧縮性が低下するため、一般には
炭化物形成元素を含む鋼粉末と黒鉛粉末とに分けて与え
られ、焼結時に炭化物として析出させる手法が採られて
いる。これらの炭化物は、硬さが高い特性を有し、材料
の耐摩耗性を高める目的で用いられる。
【００２６】［Ｃｏ基金属間化合物群およびＣｏ拡散相
よりなる硬質相］Ｃｏ基金属間化合物群およびＣｏ拡散
相よりなる硬質相は、耐摩耗性焼結合金として、特開平
２−１６３３５０号公報等で知られる硬質相である。こ
れは、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｓｉ系合金粉末を本発明の混合粉末
に添加して成形−焼結することで、基地中に分散させた
硬質相である。
よりなる硬質相］Ｃｏ基金属間化合物群およびＣｏ拡散
相よりなる硬質相は、耐摩耗性焼結合金として、特開平
２−１６３３５０号公報等で知られる硬質相である。こ
れは、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｓｉ系合金粉末を本発明の混合粉末
に添加して成形−焼結することで、基地中に分散させた
硬質相である。
【００２７】［Ｍｏ珪化物硬質粒子群を主体とする硬質
相］Ｍｏ珪化物硬質粒子群を主体とする硬質相は、耐摩
耗性焼結合金として、特公平６１−８１４２号公報等で
知られる硬質相で、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｓｉ系合金粉末に添加
して成形−焼結することで、基地中に分散させた硬質相
である。
相］Ｍｏ珪化物硬質粒子群を主体とする硬質相は、耐摩
耗性焼結合金として、特公平６１−８１４２号公報等で
知られる硬質相で、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｓｉ系合金粉末に添加
して成形−焼結することで、基地中に分散させた硬質相
である。
【００２８】［Ｃｒ炭化物またはＣｒ炭化物とＣｒ硫化
物を主体とする硬質粒子群およびこの硬質粒子群の周囲
のＣｒ拡散相よりなる硬質相］Ｃｒ炭化物またはＣｒ炭
化物とＣｒ硫化物を主体とする硬質粒子群およびこの硬
質粒子群の周囲のＣｒ拡散相よりなる硬質相は、耐摩耗
性焼結合金として、特開平９−１９５０１２号公報等で
知られる硬質相である。これは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金
粉末を混合粉末に添加して成形−焼結することで、基地
中に分散させた硬質相である。
物を主体とする硬質粒子群およびこの硬質粒子群の周囲
のＣｒ拡散相よりなる硬質相］Ｃｒ炭化物またはＣｒ炭
化物とＣｒ硫化物を主体とする硬質粒子群およびこの硬
質粒子群の周囲のＣｒ拡散相よりなる硬質相は、耐摩耗
性焼結合金として、特開平９−１９５０１２号公報等で
知られる硬質相である。これは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系合金
粉末を混合粉末に添加して成形−焼結することで、基地
中に分散させた硬質相である。
【００２９】［Ｆｅ−Ｍｏ硬質相］Ｆｅ−Ｍｏ硬質相
は、硬質なＦｅ−Ｍｏ金属間化合物を基地中に分散させ
て耐摩耗性を確保する上で有効であり、古くより採用さ
れている手法である。主にＦｅ−Ｍｏ合金粉末を混合粉
末に添加して成形−焼結することで、基地中に分散させ
た硬質相である。
は、硬質なＦｅ−Ｍｏ金属間化合物を基地中に分散させ
て耐摩耗性を確保する上で有効であり、古くより採用さ
れている手法である。主にＦｅ−Ｍｏ合金粉末を混合粉
末に添加して成形−焼結することで、基地中に分散させ
た硬質相である。
【００３０】以上の硬質粒子や硬質相等が分散する材料
は、材料の被削性は低いため、被削性の改善が望まれて
いる分野の１つである。これらの硬質粒子や硬質相が分
散する材料に本発明のＭｎＳ分散技術を適用すると、耐
摩耗性を劣化させることなく被削性が改善され、適用範
囲の拡大が見込まれる。
は、材料の被削性は低いため、被削性の改善が望まれて
いる分野の１つである。これらの硬質粒子や硬質相が分
散する材料に本発明のＭｎＳ分散技術を適用すると、耐
摩耗性を劣化させることなく被削性が改善され、適用範
囲の拡大が見込まれる。
【００３１】以上説明したように、本発明の快削性焼結
部材は、基地の結晶粒内に１０μｍ以下のＭｎＳ粒子を
０．１５〜１０質量％均一に分散させたものであるが、
強度の低下を許容し、さらに被削性の改善を望む場合に
は、従来の快削成分を添加手法と併用することが可能で
ある。
部材は、基地の結晶粒内に１０μｍ以下のＭｎＳ粒子を
０．１５〜１０質量％均一に分散させたものであるが、
強度の低下を許容し、さらに被削性の改善を望む場合に
は、従来の快削成分を添加手法と併用することが可能で
ある。
【００３２】すなわち、混合粉末に珪酸マグネシウム系
鉱物、ＢＮ、ＭｎＳ、ＣａＦ２、Ｐｂ等の被削性改善成
分粉末を添加して成形−焼結することで、焼結部材の気
孔中もしくは粉末粒界にこれらの被削性改善成分を分散
させる。これにより、強度の低下は生じるものの、一層
の被削性の改善がなされる。したがって、ある程度の強
度の低下は実用上問題ないが、一層の被削性が要求され
る部材に対しては有効な手段である。ただし、これらの
被削性改善成分粉末の添加量、すなわち被削性改善成分
の金属組織中への分散量が５質量％を超えると強度が著
しく低下するため、分散量は５質量％に止めるべきであ
る。
鉱物、ＢＮ、ＭｎＳ、ＣａＦ２、Ｐｂ等の被削性改善成
分粉末を添加して成形−焼結することで、焼結部材の気
孔中もしくは粉末粒界にこれらの被削性改善成分を分散
させる。これにより、強度の低下は生じるものの、一層
の被削性の改善がなされる。したがって、ある程度の強
度の低下は実用上問題ないが、一層の被削性が要求され
る部材に対しては有効な手段である。ただし、これらの
被削性改善成分粉末の添加量、すなわち被削性改善成分
の金属組織中への分散量が５質量％を超えると強度が著
しく低下するため、分散量は５質量％に止めるべきであ
る。
【００３３】また、本発明の快削性焼結部材の気孔中に
ＰｂまたはＰｂ合金、ＣｕまたはＣｕ合金、アクリル樹
脂のうちのいずれかを含浸もしくは溶浸して被削性をよ
り一層改善することも可能である。
ＰｂまたはＰｂ合金、ＣｕまたはＣｕ合金、アクリル樹
脂のうちのいずれかを含浸もしくは溶浸して被削性をよ
り一層改善することも可能である。
【００３４】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。まず、
表１の粉末記号Ｐ１〜Ｐ２２で示す本発明の請求範囲内
外のＦｅ−Ｍｎ合金粉末をベース粉末として用意した。
なお、粉末記号Ｐ１、Ｐ１６〜Ｐ２１にも極微量のＭｎ
が含有されているが、これは不可避不純物程度のレベル
であり、以下においてはＭｎ未含有として扱うことにす
る。次に、これらＰ１〜Ｐ２２と、ＭｏＳ２粉末、黒鉛
粉末、Ｃｕ粉末、Ｎｉ粉末およびＭｎＳ粉末を適宜用い
て、表２に示す組成の試料番号０１〜４５の混合粉末を
用意した。次いで、これら混合粉末をそれぞれ成形圧力
６５０ＭＰａで圧縮成形し、その圧粉体をアンモニア分
解ガス雰囲気中で６０分間加熱し、焼結した。なお、各
試料の焼結温度は表２に示す通りである。また、表３
に、試料番号０１〜４５のＭｎ、ＳおよびＭｎＳの質量
％と、ＭｎＳの粒子の大きさ別の割合を示す。
表１の粉末記号Ｐ１〜Ｐ２２で示す本発明の請求範囲内
外のＦｅ−Ｍｎ合金粉末をベース粉末として用意した。
なお、粉末記号Ｐ１、Ｐ１６〜Ｐ２１にも極微量のＭｎ
が含有されているが、これは不可避不純物程度のレベル
であり、以下においてはＭｎ未含有として扱うことにす
る。次に、これらＰ１〜Ｐ２２と、ＭｏＳ２粉末、黒鉛
粉末、Ｃｕ粉末、Ｎｉ粉末およびＭｎＳ粉末を適宜用い
て、表２に示す組成の試料番号０１〜４５の混合粉末を
用意した。次いで、これら混合粉末をそれぞれ成形圧力
６５０ＭＰａで圧縮成形し、その圧粉体をアンモニア分
解ガス雰囲気中で６０分間加熱し、焼結した。なお、各
試料の焼結温度は表２に示す通りである。また、表３
に、試料番号０１〜４５のＭｎ、ＳおよびＭｎＳの質量
％と、ＭｎＳの粒子の大きさ別の割合を示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】試料番号０１〜４５の試料（焼結体）につ
いて行った被削性試験および圧環強さの測定結果を、表
３に併記する。被削性試験は、５ｍｍ厚の板状に加工し
た試料に対してφ３ｍｍの超硬チップドリルで穴を空け
る試験で、チップドリル１本、５ｋＮの一定荷重の条件
下で空けることのできた穴の数を測定した。もちろん、
穴の数が多ければ多いほど被削性がよい。以下、図１〜
図５を参照して実施例を考察し、本発明の効果を明らか
にする。なお、これら図で示す番号は試料番号である。
いて行った被削性試験および圧環強さの測定結果を、表
３に併記する。被削性試験は、５ｍｍ厚の板状に加工し
た試料に対してφ３ｍｍの超硬チップドリルで穴を空け
る試験で、チップドリル１本、５ｋＮの一定荷重の条件
下で空けることのできた穴の数を測定した。もちろん、
穴の数が多ければ多いほど被削性がよい。以下、図１〜
図５を参照して実施例を考察し、本発明の効果を明らか
にする。なお、これら図で示す番号は試料番号である。
【００３９】図１は、Ｍｎ量を変えた試料番号０１〜０
９の被削性および圧環強さの変化を示している。これに
よると、Ｍｎ量が１．０質量％まではＭｎ量の増加に伴
い被削性が大きく向上するが、Ｓ量が０．４質量％と一
定のため全Ｓ量がＭｎＳとして析出するＭｎ量１．０質
量％以降においては、被削性の改善効果は認められな
い。Ｍｎ量が１．０質量％を超えると、８質量％付近ま
ではほぼ一定の被削性を示し、８質量％を超えると、Ｍ
ｎによる基地の強化と圧縮性の低下の影響が顕著に表
れ、被削性および強度の低下が認められる。
９の被削性および圧環強さの変化を示している。これに
よると、Ｍｎ量が１．０質量％まではＭｎ量の増加に伴
い被削性が大きく向上するが、Ｓ量が０．４質量％と一
定のため全Ｓ量がＭｎＳとして析出するＭｎ量１．０質
量％以降においては、被削性の改善効果は認められな
い。Ｍｎ量が１．０質量％を超えると、８質量％付近ま
ではほぼ一定の被削性を示し、８質量％を超えると、Ｍ
ｎによる基地の強化と圧縮性の低下の影響が顕著に表
れ、被削性および強度の低下が認められる。
【００４０】図２は、Ｓ量を変えた試料番号０６、１０
〜１４の被削性および圧環強さの変化を示している。こ
れによると、Ｓ量が２．０質量％まではＳ量の増加に伴
い被削性が大きく向上するが、Ｍｎ量が約１質量％と一
定のため全Ｍｎ量がＭｎＳとして析出するＳ量２．０質
量％以降においては、Ｓは添加したＭｏＳ２の形態で残
留し、ＭｏＳ２の被削性改善効果により少量ではあるが
加工穴数が増加している。強度に関しては、ＭｏＳ２が
残留するＳ量２．０質量％以降では低下しており、Ｓ量
が５質量％を超えると強度は著しく低下する。これは焼
結性の低下に起因すると想定される。
〜１４の被削性および圧環強さの変化を示している。こ
れによると、Ｓ量が２．０質量％まではＳ量の増加に伴
い被削性が大きく向上するが、Ｍｎ量が約１質量％と一
定のため全Ｍｎ量がＭｎＳとして析出するＳ量２．０質
量％以降においては、Ｓは添加したＭｏＳ２の形態で残
留し、ＭｏＳ２の被削性改善効果により少量ではあるが
加工穴数が増加している。強度に関しては、ＭｏＳ２が
残留するＳ量２．０質量％以降では低下しており、Ｓ量
が５質量％を超えると強度は著しく低下する。これは焼
結性の低下に起因すると想定される。
【００４１】図３は、与えたＭｎとＳがほぼ全てＭｎＳ
として析出するようにＭｎ量とＳ量を変えた試料番号１
５〜２３におけるＭｎＳ量の影響を調べた結果である。
これによると、ＭｎＳ量の増加に伴い被削性は向上する
一方、強度はＭｎＳ量の増加に伴い徐々に低下し、１
０．４質量％を超えると強度は著しく低下する。
として析出するようにＭｎ量とＳ量を変えた試料番号１
５〜２３におけるＭｎＳ量の影響を調べた結果である。
これによると、ＭｎＳ量の増加に伴い被削性は向上する
一方、強度はＭｎＳ量の増加に伴い徐々に低下し、１
０．４質量％を超えると強度は著しく低下する。
【００４２】図４は、焼結温度を変えて析出するＭｎＳ
粒子の大きさおよび割合の影響を試料番号０６、２４〜
２７、４４、４５によって明らかにした結果である。こ
れによると、１０μｍ以上のＭｎＳ粒子を含む試料番号
２７は従来のＭｎＳ析出粉末を使用したもの（試料番号
４４）と同等であるが、析出したＭｎＳ粒子の全てが１
０μｍ以下で、そのうち５μｍ以下のＭｎＳ粒子が４０
％以上の試料番号０６、２４〜２６では、被削性の改善
効果が顕著である。また、このことは焼結温度９００〜
１２００℃の範囲で目的とする粒径のＭｎＳが得られる
ことも示している。
粒子の大きさおよび割合の影響を試料番号０６、２４〜
２７、４４、４５によって明らかにした結果である。こ
れによると、１０μｍ以上のＭｎＳ粒子を含む試料番号
２７は従来のＭｎＳ析出粉末を使用したもの（試料番号
４４）と同等であるが、析出したＭｎＳ粒子の全てが１
０μｍ以下で、そのうち５μｍ以下のＭｎＳ粒子が４０
％以上の試料番号０６、２４〜２６では、被削性の改善
効果が顕著である。また、このことは焼結温度９００〜
１２００℃の範囲で目的とする粒径のＭｎＳが得られる
ことも示している。
【００４３】図５は、各種基地強化元素を含む試料番号
０６、２８〜３５と、これらと同種でＭｎ未含有の試料
番号０１、３６〜４３の被削性を示している。これによ
ると、いずれの合金もＭｎの添加によるＭｎＳ粒子の析
出によって被削性を著しく改善できることが判る。
０６、２８〜３５と、これらと同種でＭｎ未含有の試料
番号０１、３６〜４３の被削性を示している。これによ
ると、いずれの合金もＭｎの添加によるＭｎＳ粒子の析
出によって被削性を著しく改善できることが判る。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の快削性焼
結部材によれば、強度が低下することなく被削性が著し
く改善された部材としてきわめて有望であり、また、本
発明の快削性焼結部材の製造方法によれば、そのような
部材を好適かつ効率的に製造することができるといった
効果を奏する。
結部材によれば、強度が低下することなく被削性が著し
く改善された部材としてきわめて有望であり、また、本
発明の快削性焼結部材の製造方法によれば、そのような
部材を好適かつ効率的に製造することができるといった
効果を奏する。
【図１】 本発明の実施例においてＭｎ量の変化が被削
性と強度に与える影響を示す線図である。
性と強度に与える影響を示す線図である。
【図２】 本発明の実施例においてＳ量の変化が被削性
と強度に与える影響を示す線図である。
と強度に与える影響を示す線図である。
【図３】 本発明の実施例においてＭｎＳ量の変化が被
削性と強度に与える影響を示す線図である。
削性と強度に与える影響を示す線図である。
【図４】 本発明の実施例においてＭｎＳ粒子の大きさ
およびその割合が被削性に与える影響を示す線図であ
る。
およびその割合が被削性に与える影響を示す線図であ
る。
【図５】 本発明の実施例において各種硫化物形成元素
を含む鉄基合金へのＭｎの含有が被削性に与える影響を
示す線図である。
を含む鉄基合金へのＭｎの含有が被削性に与える影響を
示す線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 27/04 １０２ Ｃ２２Ｃ 27/04 １０２ 38/22 38/22 38/24 38/24 38/60 38/60 (72)発明者 林 幸一郎 千葉県柏市南増尾７−10−25−206 Ｆターム(参考） 4K018 AA24 AB02 AB03 AB04 AB05 AB10 AC01 BA04 BA16 DA33 FA36 FA37 FA46 KA01 KA51
Claims (17)
- 【請求項１】 基地組織の全面にわたり結晶粒内に１０
μｍ以下のＭｎＳ粒子が均一に分散することを特徴とす
る快削性焼結部材。 - 【請求項２】 基地組織の全面にわたり結晶粒内に１０
μｍ以下のＭｎＳ粒子０．１５〜１０質量％が均一に分
散することを特徴とする快削性焼結部材。 - 【請求項３】 基地組織の全面にわたり結晶粒内に１０
μｍ以下のＭｎＳ粒子０．１５〜１０質量％が均一に分
散し、かつＭｎＳ粒子の４０％以上は５μｍ以下である
ことを特徴とする快削性焼結部材。 - 【請求項４】 前記快削性焼結部材の基地が、質量比
で、Ｍｎ：０．１〜８％、Ｓ：０．０５〜５％であるこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の快削性
焼結部材。 - 【請求項５】 前記快削性焼結部材の基地が、さらに、
質量比で、Ｃ：３％以下、Ｃｕ：５％以下、Ｃｒ：１０
％以下、Ｎｉ：１５％以下、Ｍｏ：１０％以下、Ｗ：１
０％以下、Ｖ：５％以下、Ｃｏ：１５％以下、Ｎｂ：５
％以下のうち少なくとも１種以上を含有することを特徴
とする請求項４に記載の快削性焼結部材。 - 【請求項６】 前記基地組織が、ベイナイト単相のみ、
もしくはベイナイトとマルテンサイトの混合相のみから
なる組織を呈するとともに、ベイナイトとマルテンサイ
トの比が１００：０〜５０：５０であって、かつ基地硬
さが２５０〜８００Ｈｖであることを特徴とする請求項
１〜５のいずれかに記載の快削性焼結部材。 - 【請求項７】 前記快削性焼結部材の金属組織中に、Ｃ
ｒ炭化物、Ｍｏ炭化物、Ｎｂ炭化物、Ｖ炭化物、Ｗ炭化
物、ステダイトの少なくとも１種以上が分散することを
特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の快削性焼結
部材。 - 【請求項８】 前記快削性焼結部材の金属組織中に、Ｃ
ｏ基金属間化合物群およびＣｏ拡散相よりなる硬質相、
Ｍｏ珪化物硬質粒子群を主体とする硬質相、Ｃｒ炭化物
またはＣｒ炭化物とＣｒ硫化物を主体とする硬質粒子群
およびこの硬質粒子群の周囲のＣｒ拡散相よりなる硬質
相、Ｆｅ−Ｍｏ硬質相の少なくとも１種以上が分散する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の快削
性焼結部材。 - 【請求項９】 前記快削性焼結部材の気孔中または粉末
粒界に、珪酸マグネシウム系鉱物、ＢＮ、ＭｎＳ、Ｃａ
Ｆ２、Ｐｂのうち少なくとも１種以上が分散することを
特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の快削性焼結
部材。 - 【請求項１０】 前記快削性焼結部材の気孔がＰｂまた
はＰｂ合金、ＣｕまたはＣｕ合金、アクリル樹脂のうち
のいずれかで満たされていることを特徴とする請求項１
〜９のいずれかに記載の快削性焼結部材。 - 【請求項１１】 Ｍｎ：０．１〜８質量％を含有する鋼
粉末にＳが０．０５〜５質量％となる量の金属硫化物粉
末を配合し混合した混合粉末を、金型内で圧縮成形し、
その成形体を９００〜１３００℃の温度範囲で焼結する
ことを特徴とする快削性焼結部材の製造方法。 - 【請求項１２】 前記金属硫化物粉末が、ＭｏＳ２粉
末、Ｃｒ２Ｓ３粉末、ＣｏＳ２粉末、ＷＳ２粉末、Ｃｕ
２Ｓ粉末のいずれかであることを特徴とする請求項１１
に記載の快削性焼結部材の製造方法。 - 【請求項１３】 前記鋼粉末もしくは前記混合粉末が、
さらに、質量比で、Ｃ：３％以下、Ｃｕ：５％以下、Ｃ
ｒ：１０％以下、Ｎｉ：１５％以下、Ｍｏ：１０％以
下、Ｗ：１０％以下、Ｖ：５％以下、Ｃｏ：１５％以
下、Ｎｂ：５％以下のうち少なくとも１種以上を含有す
ることを特徴とする請求項１１または１２に記載の快削
性焼結部材の製造方法。 - 【請求項１４】 前記焼結を、真空雰囲気中もしくは露
点が−１０℃以下の分解アンモニアガス、窒素ガス、水
素ガス、アルゴンガスのいずれかの雰囲気中で行うこと
を特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の快削
性焼結部材の製造方法。 - 【請求項１５】 前記混合粉末に、 Ｍｏ：２０〜４０質量％、Ｃｒ：５〜１５質量％、Ｓ
ｉ：１〜５質量％、およびＣｏ：残部のＣｏ基合金粉
末、 Ｍｏ：２０〜５０質量％、Ｃｒ：１５質量％以下、Ｓ
ｉ：１〜１２質量％、およびＦｅ：残部のＦｅ基合金粉
末、 Ｃｒ：４〜２５質量％、Ｃ：０．２５〜２．４質量％を
含有し、所望によりＭｏ：０．３〜３質量％、Ｖ：０．
２〜２．２質量％、Ｗ：１〜５質量％のうちの１種もし
くは２種以上、およびＦｅ：残部のＦｅ−Ｃｒ系合金粉
末、 Ｍｏ：５５〜６５およびＦｅ：残部のＦｅ−Ｍｏ粉末、
のうち少なくとも１種以上を添加することを特徴とする
請求項１１〜１４のいずれかに記載の快削性焼結部材の
製造方法。 - 【請求項１６】 前記混合粉末に、珪酸マグネシウム系
鉱物粉末、ＢＮ粉末、ＭｎＳ粉末、ＣａＦ２粉末、Ｐｂ
粉末のうち少なくとも１種以上の粉末を添加することを
特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載の快削性
焼結部材の製造方法。 - 【請求項１７】 前記焼結の後に、ＰｂまたはＰｂ合
金、ＣｕまたはＣｕ合金、アクリル樹脂のうちのいずれ
かを溶浸もしくは含浸することを特徴とする請求項１１
〜１６のいずれかに記載の快削性焼結部材の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001143539A JP3784276B2 (ja) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | 快削性焼結部材およびその製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2001143539A JP3784276B2 (ja) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | 快削性焼結部材およびその製造方法 |
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|---|---|
| JP2002332552A true JP2002332552A (ja) | 2002-11-22 |
| JP3784276B2 JP3784276B2 (ja) | 2006-06-07 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001143539A Expired - Lifetime JP3784276B2 (ja) | 2001-05-14 | 2001-05-14 | 快削性焼結部材およびその製造方法 |
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|---|---|
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- 2001-05-14 JP JP2001143539A patent/JP3784276B2/ja not_active Expired - Lifetime
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