JP2006265590A - Method for producing injection-molded sintered compact and movable part supporting component for supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、難加工材であって、例えば高温下において磨耗と腐食の双方が問題となる用途に多く用いられるトリバロイ（登録商標名）等Ｃｏ基系合金粉末の射出成形焼結体の製造方法に関するものである。また、例えば自動車の過給機等の排気側に用いられる過給機用可動部支持ピンに関するものである。 The present invention is a difficult-to-process material, for example, a method for producing an injection-molded sintered body of Co-based alloy powder such as Trivalloy (registered trademark), which is often used in applications where both wear and corrosion are problematic at high temperatures. It is about. The present invention also relates to a supercharger movable part support pin used on the exhaust side of a supercharger of an automobile, for example.
従来、自動車、船舶、航空機、コンプレッサ等の例えば軸受部材、ピストン部材、シール部材、ブレーキ部材といった高温下において磨耗と腐食の双方が問題となる用途には、精密鋳造や粉末成形によって製造される例えばトリバロイ（登録商標名）等のＣｏ基系耐熱合金からなる部材が多く用いられる。 Conventionally, it is manufactured by precision casting or powder molding for applications where both wear and corrosion are problematic at high temperatures such as bearing members, piston members, seal members, brake members, such as automobiles, ships, aircraft, compressors, etc. Members made of a Co-based heat-resistant alloy such as Trivalloy (registered trademark) are often used.
精密鋳造による一例としては、例えば特許文献１が開示するＣｏ基耐熱合金製ディーゼルエンジン用副燃焼室口金がある。この口金は、内部に曲面を有する複雑形状の部材であって、ロストワックス鋳造法によって製造される。ロストワックス鋳造法は、実製品形状等の所望形状に相当する消失性模型を用いて鋳型を製作し、その鋳型キャビティ内にＣｏ基合金溶湯を注入することで所望形状を形成する方法である。そして、湯回り可能なキャビティを形成し得る限り複雑な形状であっても製造することができ、所望形状に対する近似性（以降、ニアネットシェイプと称す）も優れている。 As an example of precision casting, for example, there is a sub-combustion chamber base for a diesel engine made of a Co-base heat-resistant alloy disclosed in Patent Document 1. The base is a member having a complicated shape with a curved surface inside, and is manufactured by a lost wax casting method. The lost wax casting method is a method in which a mold is manufactured using a disappearance model corresponding to a desired shape such as an actual product shape, and a desired shape is formed by injecting molten Co-based alloy into the mold cavity. And it can manufacture even if it is a complicated shape as long as it can form the cavity which can run a hot water, and the approximation (henceforth a near net shape) with respect to a desired shape is excellent.
また、粉末成形による一例としては、例えば特許文献２が開示するトリバロイ（登録商標名）で鋼製筒体の内表面を被覆したダイカスト用シリンダがある。このシリンダは、鋼製筒体の内側にトリバロイ（登録商標名）からなる焼結体を形成した部材であって、熱間静水圧加圧法（以下、ＨＩＰ法と称す）によって製造される。ＨＩＰ法は、外部加圧により原料粉末を充填した筐体を塑性変形させて焼結体を形成する方法である。そして、ブロック状や棒状、あるいは厚肉の筒状や板状といった単純形状の焼結体を製造するには好適であるが、ニアネットシェイプは不利である。 As an example of powder molding, for example, there is a die-casting cylinder in which the inner surface of a steel cylinder is coated with Trivalloy (registered trademark) disclosed in Patent Document 2. This cylinder is a member in which a sintered body made of Tribarloy (registered trademark) is formed inside a steel cylinder, and is manufactured by a hot isostatic pressing method (hereinafter referred to as HIP method). The HIP method is a method of forming a sintered body by plastically deforming a casing filled with raw material powder by external pressure. And although it is suitable for manufacturing a sintered body having a simple shape such as a block shape, a rod shape, or a thick cylindrical shape or plate shape, a near net shape is disadvantageous.
また、例えば特許文献３は、合金粉末に対しバインダと水を混合した粉末原料を用いて押出成形法により成形体とした後にこの成形体を焼結して焼結体を得ることを開示する。押出成形法は、流動性が高い粉末原料を加圧押出することで成形体を連続的に形成する方法である。そして、同一断面形状を有する棒状や細線、あるいは筒状といった単純形状かつ長尺の焼結体を製造するには好適であり、ニアネットシェイプも優れている。
例えばトリバロイ（登録商標名）等Ｃｏ基系合金からなる３ｍｍ以下の薄肉部を有する部材をロストワックス鋳造法によって製造する場合は、鋳型キャビティ内の鋳物の薄肉部に相当する個所において湯回りが阻害されたり気泡が残存したりといったことに起因する鋳造不良を生じることがあった。また、ＨＩＰ法によって製造する場合は焼結体のニアネットシェイプが極めて悪いという問題があった。また、押出成形法によって製造する場合は、長手方向に沿う断面形状が同一でない形状を有する部材は形成できない問題があった。 For example, when a member having a thin portion of 3 mm or less made of a Co-based alloy such as Trivalloy (registered trademark) is manufactured by the lost wax casting method, the hot water is obstructed at the portion corresponding to the thin portion of the casting in the mold cavity. In some cases, casting defects may occur due to the occurrence of bubbles or bubbles remaining. Moreover, when manufacturing by HIP method, there existed a problem that the near net shape of a sintered compact was very bad. Moreover, when manufacturing by the extrusion method, there existed a problem which cannot form the member which has the shape where the cross-sectional shape along a longitudinal direction is not the same.
このため、従来、ロストワックス鋳造法やＨＩＰ法あるいは押出成形法によってトリバロイ（登録商標名）等のＣｏ基系合金からなる３ｍｍ以下の薄肉部を有する部材を形成する場合には、例えば以下のように製造することが専らである。先ずブロック状や棒状といった塊状の素材を形成し、あるいは所望形状に駄肉を付与し類似形状とした素材を形成し、次いで難加工材であるにもかかわらずこれらの素材から機械加工等により所望形状を削り出す等によるものである。しかしながら、トリバロイ（登録商標名）等のＣｏ基系合金は脆化しやすく、かつ高強度であって極めて加工し難い難加工材である。このため、所望部材に３ｍｍ以下の薄肉部を有する例えば筒状や箱状の部材、あるいは鍔状や羽根状の張り出しを有する部材においては、上述のように素材から削り出す等によると亀裂、欠け、割れといった不具合を生じやすい。特に肉厚が２ｍｍ以下ともなると生産性は極めて悪いものとなる。また、止め輪溝やキー溝といった溝幅が１ｍｍ以下、溝深さが０．３ｍｍ以上の溝部を上述の部材に形成する場合は、その狭隘な溝部を削り出すことが容易ではない。 For this reason, in the past, when forming a member having a thin portion of 3 mm or less made of a Co-based alloy such as Trivalloy (registered trademark) by the lost wax casting method, HIP method or extrusion molding method, for example, Is exclusively manufactured to. First, block-shaped or rod-shaped material is formed, or a material with a similar shape is formed by adding bark to the desired shape, and then it is difficult to process the desired material by machining, etc. This is due to cutting out the shape. However, Co-based alloys such as Trivalloy (registered trademark) are difficult-to-work materials that are easily embrittled and have high strength and are extremely difficult to process. For this reason, in the case of a member having a thin part of 3 mm or less in a desired member, for example, a tubular or box-shaped member, or a member having a hook-like or blade-like overhang, if it is cut out from the material as described above, cracks, chipping, etc. It is easy to cause defects such as cracks. In particular, when the wall thickness is 2 mm or less, the productivity is extremely poor. Further, when a groove portion having a groove width of 1 mm or less and a groove depth of 0.3 mm or more, such as a retaining ring groove or a key groove, is formed on the above-described member, it is not easy to cut out the narrow groove portion.
本発明の目的は、トリバロイ（登録商標名）等のＣｏ基系合金の焼結体において、上記課題に鑑み、従来のように素材から機械加工等によって所望形状を削り出す等によることなく形成し得る３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体の製造方法を提供することである。また、上述の製造方法によって、３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体である過給機用可動部支持ピンを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to form a sintered body of a Co-based alloy such as Trivalloy (registered trade name) without cutting a desired shape from a material by machining or the like as in the past in view of the above problems. An object of the present invention is to provide a method for producing an injection-molded sintered body having a thin portion of 3 mm or less. Moreover, it is providing the movable part support pin for superchargers which is an injection molding sintered compact which has a thin part of 3 mm or less by the above-mentioned manufacturing method.
本発明者は、難加工材であり脆化しやすいトリバロイ（登録商標名）等のＣｏ基系合金粉末を３ｍｍ以下の薄肉部を有する成形体とすることにおいて、成形体の特に薄肉部におけるニアネットシェイプを向上させること、および、成形体の焼結において薄肉部に発生し易い異常変形の問題を鋭意検討した。そして、Ｃｏ基系合金粉末を射出成形により成形体とした後に焼結させることで薄肉部のニアネットシェイプの向上および異常変形の抑制ができることを見出し本発明に到達した。 The inventor of the present invention uses a Co-based alloy powder such as Trivalloy (registered trademark), which is difficult to process and easily brittle, as a molded body having a thin portion of 3 mm or less. The inventors studied diligently to improve the shape and the problem of abnormal deformation that tends to occur in the thin-walled part during sintering of the compact. Then, the present inventors have found that the near-net shape of the thin-walled portion can be improved and abnormal deformation can be suppressed by sintering the Co-based alloy powder after forming the compact by injection molding.
すなわち本発明の製造方法は、質量％で２０≦Ｍｏ≦３５、５≦Ｃｒ≦２０、２≦Ｓｉ≦４、Ｆｅ＋Ｎｉ≦３、残部が不可避的不純物を含むＣｏであるＣｏ基系合金粉末を射出成形により３ｍｍ以下の薄肉部を有する成形体とした後に焼結する射出成形焼結体の製造方法である。本発明においては、成形体の外面に溝幅１ｍｍ以下、溝深さ０．３ｍｍ以上の溝部を形成することができる。 That is, the manufacturing method of the present invention injects Co-based alloy powder in which 20% by mass% 35 ≦ Mo ≦ 35, 5 ≦ Cr ≦ 20, 2 ≦ Si ≦ 4, Fe + Ni ≦ 3 and the balance is Co containing inevitable impurities. This is a method for producing an injection-molded sintered body that is sintered after forming a molded body having a thin wall portion of 3 mm or less by molding. In the present invention, a groove portion having a groove width of 1 mm or less and a groove depth of 0.3 mm or more can be formed on the outer surface of the molded body.
そして、上述の製造方法により、質量％で２０≦Ｍｏ≦３５、５≦Ｃｒ≦２０、２≦Ｓｉ≦４、Ｆｅ＋Ｎｉ≦３、残部が不可避的不純物を含むＣｏであるＣｏ基系合金粉末からなり３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体を得ることができ、これにより格別の機械加工等を施すことなく安価な過給機用可動部支持部品を得ることができる。 Then, by the above-described manufacturing method, it is composed of Co-based alloy powder in which 20% by weight, 20 ≦ Mo ≦ 35, 5 ≦ Cr ≦ 20, 2 ≦ Si ≦ 4, Fe + Ni ≦ 3 and the balance is Co containing inevitable impurities. An injection-molded sintered body having a thin portion of 3 mm or less can be obtained, whereby an inexpensive supercharger movable part support part can be obtained without performing special machining or the like.
本発明の製造方法によれば、形状自由度が高く、ニアネットシェイプが良好なＣｏ基系合金粉末の３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体を得ることができる。また、前記焼結体の外面に溝部を形成することもできる。これにより、従来のように素材から機械加工等によって所望形状を削り出す等によることなくＣｏ基系合金粉末の３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体が製造できるので、生産性や製造コストを著しく改善することができる。また、例えば自動車の過給機等の排気側に用いられ、耐熱性や耐食性あるいは耐磨耗性を必要とされ高価である過給機用可動部支持部品を、上述の製造方法により安価に提供することができるので、本発明は工業上極めて有用な技術となる According to the production method of the present invention, it is possible to obtain an injection-molded sintered body having a thin portion of 3 mm or less of a Co-based alloy powder having a high degree of freedom in shape and good near net shape. Moreover, a groove part can also be formed in the outer surface of the said sintered compact. As a result, an injection-molded sintered body having a thin portion of 3 mm or less of Co-based alloy powder can be manufactured without having to cut out a desired shape from the material by machining or the like as in the prior art. Can be significantly improved. In addition, for example, the above-described manufacturing method can be used to provide a supercharger movable part support component that is used on the exhaust side of an automobile supercharger, etc., and requires high heat resistance, corrosion resistance, or wear resistance and is expensive. Therefore, the present invention is an extremely useful technology in the industry.
本発明の製造方法における重要な特徴は、難加工材であり脆化しやすいトリバロイ（登録商標名）等のＣｏ基系合金粉末を３ｍｍ以下の薄肉部を有する成形体とするにおいて、合金粉末を射出成形により３ｍｍ以下の薄肉部を有する成形体として形成させる構成を採用したことである。本発明における射出成形は、金属粉末射出成形あるいは金属射出成形とも称し（以降、ＭＩＭと称す）、金属や合金の粉末を係合させるバインダ等を添加した混合物を金型等モールド内のキャビティに射出して成形体を得る成形方法をいう。 An important feature of the production method of the present invention is that a Co-based alloy powder such as Trivalloy (registered trademark), which is difficult to process and easily brittle, is formed into a compact having a thin portion of 3 mm or less, and the alloy powder is injected. It is that the structure formed as a molded object which has a thin part of 3 mm or less by shaping | molding was employ | adopted. Injection molding in the present invention is also referred to as metal powder injection molding or metal injection molding (hereinafter referred to as MIM), and a mixture to which a binder that engages metal or alloy powder is added is injected into a cavity in a mold or the like. And a molding method for obtaining a molded body.
本発明の製造方法は、Ｃｏ基系合金粉末を用い、所望部材に３ｍｍ以下の薄肉部を有する焼結体の製造に適用することが効果的であり、さらに２ｍｍ以下の薄肉部や１ｍｍ以下の薄肉部であっても適用することができる。そして、所望部材に３ｍｍ以下の薄肉部を有する例えば筒状や箱状の形状や鍔状や羽根状の張り出しを有する形状の焼結体の製造に適用することが好ましい。その理由は、上述のＭＩＭにより形成される成形体においては３ｍｍ以下の薄肉部であっても十分な強度を有することができ、よって成形体が焼結時に異常収縮することがないからである。また、これにより焼結体の特に薄肉部に生じる歪みを小さくすることができ、３ｍｍ以下の薄肉部を有するニアネットシェイプの優れたＣｏ基系合金粉末の射出成形焼結体を製造することができる。そして、ＭＩＭにおいては、射出成形後に型開きおよび成形体の離型ができれば格別に形状制限されることなく成形体を形成することができるため、成形体の形状自由度を飛躍的に高めることができる。 The production method of the present invention is effective when applied to the production of a sintered body having a thin part of 3 mm or less on a desired member using a Co-based alloy powder, and further a thin part of 2 mm or less or 1 mm or less. Even a thin portion can be applied. And it is preferable to apply to manufacture of the sintered compact of the shape which has a thin part of 3 mm or less in a desired member, for example, the shape of a cylinder shape, a box shape, or a hook shape, or a blade shape. The reason is that the molded body formed by the above-described MIM can have a sufficient strength even with a thin portion of 3 mm or less, and thus the molded body does not shrink abnormally during sintering. In addition, this makes it possible to reduce the distortion generated particularly in the thin portion of the sintered body, and to produce an injection-molded sintered body of Co-based alloy powder with excellent near net shape having a thin portion of 3 mm or less. it can. In MIM, if the mold opening and mold release can be performed after injection molding, the molded body can be formed without any particular restriction, so the shape flexibility of the molded body can be greatly increased. it can.
さらに、上述の特徴を有する本発明の製造方法は、Ｃｏ基系合金粉末を用いて、外面に止め輪溝やキー溝といった溝幅が１ｍｍ以下、溝深さが０．３ｍｍ以上の溝部を有する３ｍｍ以下の薄肉部を有する焼結体に適用することも好ましく、特に溝部の淵（角部）に生じやすい亀裂、欠け、割れといった不具合を防止できる。 Furthermore, the manufacturing method of the present invention having the above-described features uses a Co-based alloy powder and has a groove portion having a groove width of 1 mm or less and a groove depth of 0.3 mm or more on the outer surface, such as a retaining ring groove or a key groove. It is also preferable to apply to a sintered body having a thin portion of 3 mm or less, and in particular, problems such as cracks, chips and cracks that are likely to occur in the ridges (corner portions) of the groove portions can be prevented.
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の製造方法において得られる３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体は、質量％で２０≦Ｍｏ≦３５、５≦Ｃｒ≦２０、２≦Ｓｉ≦４、Ｆｅ＋Ｎｉ≦３、残部が不可避的不純物を含むＣｏであるＣｏ基系合金粉末からなる。成分および含有範囲を上述のように規定することで、得られる焼結体は、硬く緻密な金属化合物組織と、この金属化合物組織を確実に結合するための比較的軟らかいマトリックスを形成することとなり、広範な温度域にわたって優れた耐熱性を有しつつ耐食性や耐磨耗性等を改善させることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The injection-molded sintered body having a thin portion of 3 mm or less obtained by the production method of the present invention is 20 ≦ Mo ≦ 35, 5 ≦ Cr ≦ 20, 2 ≦ Si ≦ 4, Fe + Ni ≦ 3, and the balance is inevitable in mass%. It is made of a Co-based alloy powder which is Co containing a general impurity. By defining the components and the content range as described above, the obtained sintered body forms a hard and dense metal compound structure and a relatively soft matrix for securely bonding the metal compound structure, Corrosion resistance, wear resistance, and the like can be improved while having excellent heat resistance over a wide temperature range.
上述の合金粉末におけるＣｏは、Ｃｏ基系合金粉末の射出成形焼結体においては母相を形成するものであり、焼結体の高温強度を高め広範な温度域にわたって優れた耐熱性を具備させることができる。また、極めて緻密で密着性の高い酸化被膜を形成し、これにより金属接触を防ぐことができ、耐磨耗性の高い焼結体とすることができる。 Co in the above-described alloy powder forms a parent phase in the injection-molded sintered body of the Co-based alloy powder, and increases the high-temperature strength of the sintered body and has excellent heat resistance over a wide temperature range. be able to. In addition, an extremely dense and highly adherent oxide film can be formed, whereby metal contact can be prevented and a sintered body with high wear resistance can be obtained.
Ｍｏは、高温強度に優れ軟化抵抗性を向上させるものであり、本発明においては２０≦Ｍｏ≦３５（質量％）添加することで不動態被膜を強化する効果が顕著になり、焼結体の耐食性や耐磨耗性を向上させることができる。しかし、３５％を超えて添加しても上述の効果は飽和し添加量に見合う効果が得られずコストの上昇を招くだけであり、また２０％未満の添加では上述の効果が十分に得られない。また、製造コストに対する効果を高めるためには２５≦Ｍｏ≦３０（質量％）とすることが好ましい。 Mo is excellent in high-temperature strength and improves softening resistance. In the present invention, the effect of strengthening the passive film becomes remarkable by adding 20 ≦ Mo ≦ 35 (mass%). Corrosion resistance and wear resistance can be improved. However, even if added over 35%, the above-mentioned effect is saturated and an effect commensurate with the amount added cannot be obtained, and only an increase in cost is caused, and addition of less than 20% sufficiently obtains the above-mentioned effect. Absent. In order to increase the effect on the manufacturing cost, it is preferable to satisfy 25 ≦ Mo ≦ 30 (mass%).
Ｃｒは、不動態被膜を形成させるものであり、本発明においては５≦Ｃｒ≦２０（質量％）添加することで焼結体の耐食性および耐磨耗性を向上させることができる。しかし、２０％を超えて添加しても添加量に見合う効果が得られずコストの上昇を招くだけであり、また５％未満の添加では焼結体の耐食性および耐磨耗性が不十分である。また、製造コストに対する効果を高めるためには７≦Ｃｒ≦１２（質量％）とすることが好ましい。 Cr forms a passive film. In the present invention, the corrosion resistance and wear resistance of the sintered body can be improved by adding 5 ≦ Cr ≦ 20 (mass%). However, even if added in excess of 20%, an effect commensurate with the amount added cannot be obtained, resulting in an increase in cost, and addition of less than 5% results in insufficient corrosion resistance and wear resistance of the sintered body. is there. In order to increase the effect on the manufacturing cost, it is preferable to satisfy 7 ≦ Cr ≦ 12 (mass%).
Ｓｉは、２≦Ｓｉ≦４（質量％）添加することで焼結体に適度な耐酸化性を付与することができる。しかし、４％を超えて添加しても耐酸化性のさらなる改善はなく靭性を損ねるだけであり、また２％未満の添加では焼結体の耐酸化性が不十分である。 By adding 2 ≦ Si ≦ 4 (mass%), Si can impart appropriate oxidation resistance to the sintered body. However, even if added in excess of 4%, there is no further improvement in oxidation resistance and only the toughness is impaired, and addition of less than 2% results in insufficient oxidation resistance of the sintered body.
ＦｅやＮｉは、焼結体組織（基地）の本質的な靭性を改善するものであるが、Ｆｅ＋Ｎｉ≦３（質量％）添加することで硬く緻密な金属化合物組織を確実に結合するための比較的軟らかいマトリックスの形成に寄与できる。しかし、ＦｅとＮｉを合計で３％を超えて添加すると焼結体の硬度が低下し、耐磨耗性等を損ねてしまうこととなる。また、ＦｅやＮｉはどちらか一方だけを添加しても上述の効果を得ることができるが、好ましくは比較的効果を得やすいＮｉを質量％で２．０以上添加することである。
また、不純物ではあるもののＣ（カーボン）を質量％で０．１以下含有しても上述の耐熱性、耐食性、耐磨耗性等を妨げるものではない。
Fe and Ni improve the essential toughness of the sintered body structure (base), but a comparison to reliably bond a hard and dense metal compound structure by adding Fe + Ni ≦ 3 (mass%). Can contribute to the formation of a soft matrix. However, if Fe and Ni are added in excess of 3% in total, the hardness of the sintered body is lowered and the wear resistance and the like are impaired. The above effect can be obtained even if only one of Fe and Ni is added, but it is preferable to add 2.0 or more by mass of Ni, which is relatively easy to obtain the effect.
Moreover, although it is an impurity, even if C (carbon) is contained in 0.1% by mass or less, it does not hinder the above-mentioned heat resistance, corrosion resistance, wear resistance and the like.
次いで、本発明のＣｏ基系合金粉末の３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体の製造方法について、製造工程の一例を示し、これに基づき詳細に説明する。
本発明において、３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体は、図１に示す製造工程例により製造することができる。具体的には、上述のＣｏ基系合金粉末とバインダ等からなる混合物を製造する工程（原料準備工程）、ＭＩＭにより混合物を金型内のキャビティに射出して成形体を形成する工程（ＭＩＭ工程）、成形体から脱脂する工程（脱脂工程）、脱脂後の成形体を焼結する工程（焼結工程）、からなる製造工程である。さらに得られた射出成形焼結体に対し、必要に応じて仕上げ加工等を施すこともできる。
Next, an example of a manufacturing process will be described and described in detail based on the manufacturing method of an injection-molded sintered body having a thin portion of 3 mm or less of the Co-based alloy powder of the present invention.
In the present invention, an injection-molded sintered body having a thin portion of 3 mm or less can be produced by the production process example shown in FIG. Specifically, a step of producing a mixture composed of the above Co-based alloy powder and a binder (raw material preparation step), a step of injecting the mixture into a cavity in a mold by MIM (MIM step) ), A step of degreasing from the molded body (degreasing step), and a step of sintering the degreased molded body (sintering step). Furthermore, finishing processing etc. can also be given to the obtained injection-molded sintered body if necessary.
原料準備工程では、Ｃｏ基系合金粉末として質量％で２０≦Ｍｏ≦３５、５≦Ｃｒ≦２０、２≦Ｓｉ≦４、Ｆｅ＋Ｎｉ≦３、残部が不可避的不純物を含むＣｏであるＣｏ基系合金粉末を用いる。このＣｏ基系合金粉末に対し、Ｃｏ基系合金粉末を結合させるためのバインダや、必要に応じて硬化促進剤や加速剤等の添加剤を加えて十分に混合した後、ＭＩＭに供するに好適な粒径に粉砕することで混合物（成形原料）を得ることができる。成形原料の粒径として好ましくは平均粒径１〜７ｍｍ程度とすることである。 In the raw material preparation step, as a Co-based alloy powder, the Co-based alloy is 20 ≦ Mo ≦ 35, 5 ≦ Cr ≦ 20, 2 ≦ Si ≦ 4, Fe + Ni ≦ 3, and the balance is Co containing inevitable impurities. Use powder. This Co-based alloy powder is suitable for use in MIM after adding a binder for bonding the Co-based alloy powder and, if necessary, additives such as hardening accelerators and accelerators and mixing them well. A mixture (molding raw material) can be obtained by pulverizing to a small particle size. The average particle size of the forming raw material is preferably about 1 to 7 mm.
ＭＩＭ工程では、上述の成形原料を加熱し半溶融状態として金型内のキャビティに射出することで３ｍｍ以下の薄肉部を有する成形体を形成することができる。そして、射出成形後は金型を型開きしないまま適宜放置冷却することで成形体を金型面から離型し得る程度に収縮させることができる。また、成形体を所望の強度に硬化させることができる。これにより、離型時に成形体の特に薄肉部に過大な負荷が加わることがなくなり、欠けや割れといった損傷を防止できる。そして、成形体は金型で保持されたまま硬化するので、成形体の薄肉部が変形してしまうといった不具合はなくなる。 In the MIM process, a molded body having a thin part of 3 mm or less can be formed by heating the above-described molding raw material and injecting it into a semi-molten state into a cavity in the mold. Then, after the injection molding, the molded body can be contracted to such an extent that it can be released from the mold surface by appropriately cooling the mold without opening the mold. Moreover, a molded object can be hardened to desired intensity | strength. Thereby, an excessive load is not applied to the thin part of the molded body at the time of mold release, and damage such as chipping and cracking can be prevented. And since a molded object hardens | cures while hold | maintaining with a metal mold | die, the malfunction that the thin part of a molded object will deform | transform is eliminated.
本発明においては、射出成形される成形体の寸法形状は成形体の焼結時の収縮を考慮して設定すればよく、この設定した寸法形状に相当するキャビティを金型内に確保しておけばよい。また、ＭＩＭにおける金型や成形原料の温度、あるいは射出圧力や射出速度といった条件は、成形体の形状寸法（金型内のキャビティ）や成形原料の流動性等によって適宜設定することができる。 In the present invention, the dimension and shape of the molded article to be injection-molded may be set in consideration of shrinkage during sintering of the molded article, and a cavity corresponding to the set dimension and shape is secured in the mold. That's fine. In addition, conditions such as the temperature of the mold and molding raw material or the injection pressure and the injection speed in the MIM can be appropriately set according to the shape of the molded body (cavity in the mold), the fluidity of the molding raw material, and the like.
脱脂工程では、ＭＩＭによって射出成形された成形体に対し脱脂処理を行うことで焼結素材とすることができる。次いで、焼結工程により上述の焼結素材を焼結することで、難加工材であり脆化しやすいトリバロイ（登録商標名）等のＣｏ基系合金粉末の３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体を得ることができる。 In the degreasing step, a sintered material can be obtained by performing a degreasing process on a molded body injection-molded by MIM. Next, by sintering the above-mentioned sintered material through a sintering process, injection molding firing having a thin portion of 3 mm or less of a Co-based alloy powder such as Trivalloy (registered trademark) that is difficult to process and easily brittle. A ligation can be obtained.
本発明におけるＣｏ基系合金粉末としては、上述の成分および含有範囲を有するものであれば構わないが、トリバロイ（登録商標名）粉末等のＣｏ基系合金粉末を購入することも好ましい。また、平均粒径１〜５０μｍ程度のＣｏ基系合金粉末とすることで混合物中に均一に分散させ易くなり、射出成形焼結体を緻密化させるためにも好ましい。 The Co-based alloy powder in the present invention is not limited as long as it has the above-described components and content ranges, but it is also preferable to purchase a Co-based alloy powder such as Trivalloy (registered trademark) powder. Moreover, it becomes easy to disperse | distribute uniformly in a mixture by making it Co base type alloy powder with an average particle diameter of about 1-50 micrometers, and it is preferable also in order to make an injection molding sintered compact.
本発明におけるバインダとしては、水や有機溶剤等を溶媒とし、ある溶媒に対し溶媒可溶性を呈する樹脂等と溶媒不溶性を呈する樹脂等を混合して用いることが好ましい。その理由は、成形体において、Ｃｏ基系合金粉末とバインダである溶媒可溶性樹脂等と溶媒不溶性樹脂等とを全体に均一に分散させることで、成形体全体を均一な多孔質構造とすることができるからである。具体的には、Ｃｏ基系合金粉末とバインダである溶媒可溶性樹脂等と溶媒不溶性樹脂等を全体に均一に分散させた成形体から溶媒可溶性樹脂等を溶出させ脱脂すると、各々のＣｏ基系合金粉末が核となって溶媒不溶性樹脂等が架橋残留することで不規則な糸状となる繊維状組織となる。これにより成形体は全体が均一な多孔質構造となる。成形体を多孔質構造とすることにより、成形体に適度な強度を確保でき、また焼結時に成形体からのガス排出が円滑になって均一に収縮し易くなり、異常な歪みやポアといった内部欠陥の発生を抑制することができる。 As the binder in the present invention, it is preferable to use water, an organic solvent, or the like as a solvent, and a mixture of a resin that exhibits solvent solubility in a certain solvent and a resin that exhibits solvent insolubility. The reason for this is that in the molded body, the entire molded body is made to have a uniform porous structure by uniformly dispersing the Co-based alloy powder, the solvent-soluble resin, which is a binder, and the solvent-insoluble resin. Because it can. Specifically, each Co-based alloy is obtained by eluting and degreasing the solvent-soluble resin from a molded body in which a Co-based alloy powder and a solvent-soluble resin as a binder and a solvent-insoluble resin are uniformly dispersed throughout. When the powder becomes a nucleus and the solvent-insoluble resin and the like remain cross-linked, a fibrous structure is formed in an irregular thread shape. As a result, the molded body has a uniform porous structure as a whole. By forming the molded body in a porous structure, it is possible to ensure an appropriate strength in the molded body, and during the sintering, gas discharge from the molded body becomes smooth and easily contracts uniformly. The occurrence of defects can be suppressed.
本発明においては、脱脂工程を焼結工程と同時に行うこともできるが、バインダ等の有機成分に含まれるＣ（カーボン）等の作用により焼結体の機械的強度等を劣化させることがある点で不利である。また、例えばバインダとして上述の溶媒可溶性樹脂等と溶媒不溶性樹脂等を混合して用いた場合には、先ず溶媒によって溶媒可溶性樹脂等を溶出させる１次脱脂を行うことが好ましい。これにより、上述したように溶媒不溶性樹脂等を残留させ成形体全体を均一な多孔質構造とすることができる。そして、乾燥させた後、溶媒不溶性樹脂等を脱脂する２次脱脂を行って焼結素材とすることができる。この２次脱脂後にそのまま焼結させることもできる。 In the present invention, the degreasing step can be performed simultaneously with the sintering step, but the mechanical strength and the like of the sintered body may be deteriorated by the action of C (carbon) contained in an organic component such as a binder. It is disadvantageous. For example, when the above-mentioned solvent-soluble resin and the like are mixed and used as a binder, for example, it is preferable to first perform primary degreasing to elute the solvent-soluble resin or the like with the solvent. As a result, as described above, the solvent-insoluble resin or the like can remain and the entire molded body can have a uniform porous structure. And after making it dry, secondary degreasing which degreases solvent-insoluble resin etc. can be performed, and it can be set as a sintering raw material. It can also be sintered as it is after this secondary degreasing.
Ｃｏ基系合金粉末の３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体につき、上述した図１に示すＭＩＭによる製造例（本発明の実施例）で製造したので、以下に説明する。
本発明の一実施例として、Ｃｏ基系合金粉末の射出成形焼結体である図２に示す３ｍｍ以下の薄肉部（肉厚Ｔ）を有する過給機用可動部品（軸用ホルダ１０）を、表２に示す設計寸法により製造した。過給機用可動部品である軸用ホルダ１０は、過給機の排気ベーン翼を開閉する可動装置において、可動装置を駆動する駆動レバーの支軸（図示せず）を支持する軸用ホルダ１０として用いられる。軸用ホルダ１０の内径部１１は、駆動レバーの支軸と嵌合して摺動面となるため焼結後に研磨仕上げを施される。
The injection molded sintered body having a thin portion of 3 mm or less of the Co-based alloy powder was manufactured in the manufacturing example (Example of the present invention) by the MIM shown in FIG. 1 described above, and will be described below.
As an embodiment of the present invention, a supercharger movable part (shaft holder 10) having a thin portion (thickness T) of 3 mm or less as shown in FIG. 2, which is an injection-molded sintered body of Co-based alloy powder. , Manufactured according to the design dimensions shown in Table 2. A
原料となるＣｏ基系合金粉末は表１に示すＣｏ基系合金粉末であるトリバロイ（登録商標名）を購入して用いた。また、Ｃｏ基系合金粉末と混合するバインダは、Ｃｏ基系合金粉末５０ｖｏｌ％に対しパラフィンワックス２５ｖｏｌ％（溶媒可溶性）とポリプロピレン２５ｖｏｌ％（溶媒不溶性）とした。そして、Ｃｏ基系合金粉末とバインダを混合し、加圧ニーダにより１６０℃で４０分間混練した後に粉砕して成形原料とした。 As the Co-based alloy powder used as a raw material, Trivalloy (registered trademark), which is a Co-based alloy powder shown in Table 1, was purchased and used. The binder mixed with the Co-based alloy powder was 25 vol% paraffin wax (solvent soluble) and 25 vol% polypropylene (solvent insoluble) with respect to 50 vol% Co-based alloy powder. Then, a Co-based alloy powder and a binder were mixed, kneaded at 160 ° C. for 40 minutes with a pressure kneader, and then pulverized to obtain a forming raw material.
次いで、ＭＩＭにより、図２に示す軸用ホルダ１０を形成し得る相当のキャビティを設けた金型内に上述の成形原料を加熱し半溶融状態とし成形温度１７０℃、成形圧力６００ｋｇ／ｃｍ２で射出した。射出完了後２０秒間保持冷却した後、金型を型開きして成形体を離型させ静置しておいた。成形体の離型は、欠けや割れといった欠損を生じることなく円滑に実施できた。また、静置後においても成形体は変形せず薄肉部（肉厚Ｔ相当）にも変形や歪み、あるいは欠けや割れといった不具合は認められなかった。
そして、１次脱脂として、ＭＩＭにより射出成形した成形体を、パラフィンワックスの融点よりも高い７０℃の溶媒中に１２０分間浸漬させ、成形体中のパラフィンワックス（溶媒可溶性）を溶出させた。溶出後、成形体を大気乾燥炉内に６０分静置して乾燥させた。乾燥後の成形体は、薄肉部（肉厚Ｔ相当）においても変形や歪み、あるいは欠けや割れといった不具合は認められなかった。
Next, the above-described forming raw material is heated to a semi-molten state in a mold provided with a considerable cavity capable of forming the
Then, as a primary degreasing, a molded body injection-molded by MIM was immersed in a solvent at 70 ° C. higher than the melting point of paraffin wax for 120 minutes to elute the paraffin wax (solvent soluble) in the molded body. After elution, the compact was left to dry in an air drying oven for 60 minutes. The molded body after drying did not show defects such as deformation, distortion, chipping or cracking even in the thin portion (equivalent to the thickness T).
そして１次脱脂後、２次脱脂として十分に乾燥させた成形体を不活性ガス雰囲気炉内において１００℃／ｈｒで加熱し、成形体からポリプロピレンを脱脂して焼結素材を得た。そして、この焼結素材を窒素減圧雰囲気炉内において１２８０℃で焼結することで、Ｃｏ基系合金粉末の図２に示す３ｍｍ以下の薄肉部（肉厚Ｔ）を有する射出成形焼結体である軸用ホルダ１０（過給機用可動部支持部品）を得た。製造した軸用ホルダ１０は、肉厚Ｔが１．５０ｍｍという薄肉であるにもかかわらず変形や歪み、あるいは欠けや割れ等の不具合は全く認められなかった。
図２に示す軸用ホルダ１０について、実施例として上述のようにＭＩＭにより製造したサンプルの中から無作為に５個（実施例：ａ〜ｅ）をサンプリングし、寸法形状を測定した結果を表２に示す。
Then, after the primary degreasing, the molded body sufficiently dried as the secondary degreasing was heated at 100 ° C./hr in an inert gas atmosphere furnace, and polypropylene was degreased from the molded body to obtain a sintered material. Then, by sintering this sintered material at 1280 ° C. in a nitrogen-reduced atmosphere furnace, an injection-molded sintered body having a thin portion (thickness T) of 3 mm or less shown in FIG. 2 of the Co-based alloy powder. A certain shaft holder 10 (supercharger movable part support component) was obtained. Although the manufactured
As for the
表２において、円筒を構成するＡおよびＢにおける最大値と最小値との差分はＡ：０．０２〜０．０３ｍｍ、Ｂ：０．０１〜０．０２ｍｍであり、また肉厚Ｔは１．５０〜１．５１ｍｍであった。さらに長さＬは８．０〜８．０１ｍｍであった。そして、長さＬに対する曲がりやＡ部の真円度についても良好であった。
以上より、いずれの寸法においても設計寸法を満足していることが確認でき、本発明の製造方法によれば、変形が小さく寸法が安定したニアネットシェイプに優れるＣｏ基系合金粉末の３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体が得られることが確認できた。
In Table 2, the difference between the maximum value and the minimum value in A and B constituting the cylinder is A: 0.02-0.03 mm, B: 0.01-0.02 mm, and the wall thickness T is 1. It was 50 to 1.51 mm. Further, the length L was 8.0 to 8.01 mm. The bending with respect to the length L and the roundness of the A part were also good.
From the above, it can be confirmed that the design dimension is satisfied in any dimension, and according to the manufacturing method of the present invention, the Co-based alloy powder of 3 mm or less is excellent in the near net shape with small deformation and stable dimension. It was confirmed that an injection-molded sintered body having a thin part was obtained.
本発明の別の実施例として、Ｃｏ基系合金粉末の図３に示す３ｍｍ以下の薄肉部（肉厚Ｈ）を有する過給機用可動部品（連結軸２０）を、表３に示す設計寸法により製造した。過給機用可動部品である連結軸２０は、過給機の排気ベーン翼を開閉する可動装置において、可動装置（図示せず）とこれを駆動する駆動レバー（図示せず）とを連結する連結軸２０として用いられる。連結軸２０には可動装置が回転自在に軸部２３に嵌合され、肉厚Ｈの鍔部２１と溝幅Ｗ、溝深さＤの溝部２２に嵌め込んだ止め輪（図示せず）により位置決めされている。そして、連結軸２０の軸部２３および鍔部２１の摺動面２１ａは焼結後に研磨仕上げを施される。また、連結軸２０の軸部２４には駆動レバーが固定されている。
As another embodiment of the present invention, a supercharger movable part (connecting shaft 20) having a thin portion (thickness H) of 3 mm or less shown in FIG. Manufactured by. A connecting
原料となるＣｏ基系合金粉末およびＣｏ基系合金粉末と混合するバインダは実施例１と同じものを用い、実施例１と同じ成形原料を得た。次いで、ＭＩＭにより、図３に示す連結軸２０を形成し得る相当のキャビティを設けた金型内に成形原料を加熱し半溶融状態として射出し冷却した。射出完了後２０秒間保持冷却した後、金型を型開きして成形体を離型させ静置しておいた。成形体の離型は欠けや割れといった欠損を生じることなく円滑に実施でき、また、静置後においても成形体は変形せず、薄肉部（肉厚Ｈ相当）や溝部にも変形や歪み、あるいは欠けや割れといった不具合は認められなかった。
The same forming raw material as in Example 1 was obtained using the same Co-based alloy powder as the raw material and the binder mixed with the Co-based alloy powder as in Example 1. Next, the molding raw material was heated by a MIM into a mold provided with a considerable cavity capable of forming the connecting
そして、実施例１と同じく１次および２次の脱脂工程を行った。脱脂後の成形体には、薄肉部（肉厚Ｈ相当）や溝部においても変形や歪み、あるいは欠けや割れといった不具合は認められなかった。その後に焼結工程を行い、図３に示す射出成形焼結体である連結軸２０（過給機用可動部支持部品）を得た。製造した連結軸２０は、鍔部２１の肉厚Ｈが１．５０ｍｍという薄肉であるにもかかわらず変形や歪み、あるいは欠けや割れ等の不具合は全く認められなかった。また、溝幅Ｗが０．７５ｍｍ、溝深さＤが０．５０ｍｍといった狭隘な溝部２２であるにもかかわらず欠けや割れ等の不具合は認められなかった。
図３に示す連結軸２０について、実施例として上述のようにＭＩＭにより製造したサンプルの中から無作為に５個（実施例：ｆ〜ｊ）をサンプリングし、寸法形状を測定した結果を表３に示す。
Then, the same primary and secondary degreasing steps as in Example 1 were performed. In the molded body after degreasing, no defects such as deformation, distortion, chipping or cracking were observed even in the thin-walled portion (equivalent to the thickness H) and the groove portion. The sintering process was performed after that, and the connection shaft 20 (supercharger movable part support component) which is an injection-molded sintered body shown in FIG. 3 was obtained. Although the manufactured connecting
As for the connecting
表３において、軸を構成するＰ、Ｑ、Ｒ、およびＳ、また溝部を構成するＷおよびＤにおける最大値と最小値との差分はＰ：０〜０．０１ｍｍ、Ｑ：０〜０．０２ｍｍ、Ｒ：０〜０．０１ｍｍ、およびＳ：０．０１〜０．０２ｍｍ、またＷ：０．０５〜０．０７ｍｍおよびＤ：０〜０．０１ｍｍであった。そして、肉厚Ｈは１．４９〜１．５１ｍｍであった。さらに長さＫは１４．５〜１４．６ｍｍであった。
以上より、いずれの寸法においても設計寸法を満足していることが確認でき、本発明の製造方法によれば、変形が小さく寸法が安定したニアネットシェイプに優れるＣｏ基系合金粉末の３ｍｍ以下の薄肉部を有する射出成形焼結体が得られることが確認できた。
In Table 3, the difference between the maximum value and the minimum value in P, Q, R, and S constituting the shaft and W and D constituting the groove is P: 0 to 0.01 mm, Q: 0 to 0.02 mm , R: 0 to 0.01 mm, and S: 0.01 to 0.02 mm, W: 0.05 to 0.07 mm, and D: 0 to 0.01 mm. And the thickness H was 1.49 to 1.51 mm. Further, the length K was 14.5 to 14.6 mm.
From the above, it can be confirmed that the design dimension is satisfied in any dimension, and according to the manufacturing method of the present invention, the Co-based alloy powder of 3 mm or less is excellent in the near net shape with small deformation and stable dimension. It was confirmed that an injection-molded sintered body having a thin part was obtained.
１０．軸用ホルダ（過給機用可動部品）、１１．内径部、２０．連結軸（過給機用可動部品）、２１．鍔部、２１ａ．摺動面、２２．溝部、２３．軸部、２４．軸部 10. 10. Shaft holder (supercharger movable part), Inner diameter part, 20. Connecting shaft (movable part for supercharger), 21. Buttock, 21a. Sliding surface, 22. Groove, 23. Shaft part, 24. Shaft
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