JP2011168869A - 粉末冶金用混合粉および切削性に優れた金属粉末製焼結体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属粉末に、合金用粉末と切削性改善用粉末と潤滑剤粉末とを混合する。切削性改善用粉末は、軟質金属化合物粉末と、硬質金属化合物粉末とからなる粉末とし、配合量は、金属粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末の合計量に対する質量%で、硬質金属化合物粉末が0.01〜0.5%、軟質金属化合物粉末が0.01〜1.0%とすることが好ましい。硬質金属化合物粉末は、金属炭化物粉末とすることが、さらに金属炭化物のなかでも、TiC、ZrC、WC、SiC、NbCのうちの1種以上とすることが好ましい。一方、軟質金属化合物粉末は、タルク、エンスタタイト、カオリン、マイカ、蛍石、水砕スラグ等の粉末が例示できる。このような混合粉から製造された焼結体は、基地相中に、基地相の平均硬さより低い硬さの軟質金属化合物の粒子と、高い硬さの硬質金属化合物の粒子とが分散し、優れた旋削性と切削性とを兼備した、切削性に優れた焼結体となる。
【選択図】なし
Description
しかし、Pbは融点が330℃と低いため、焼結過程で溶融し、しかも鉄中に固溶せず基地中に均一分散させることが難しいという問題があった。また、Se、Teは、焼結体を脆化させるため、焼結体の機械的特性の劣化が著しいという問題があった。これらの粉末以外にも、切削性改善のために種々の粉末を添加することが提案されている。
このような問題に対し、例えば、特許文献1には、鉄粉に、10μm以下の非常に微細な硫化マンガン粉末を重量%で0.05〜5%混合した焼結物体製造用鉄粉混合物が記載されている。特許文献1に記載された技術によれば、大きな寸法変化及び強度劣化を伴うことなく、焼結材の被削性(切削性)を改善できるとしている。
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、焼結炉の炉内環境に悪影響を及ぼすことなく、成形体の焼結ができ、さらに、優れた切削性、詳しくは、優れた旋盤切削性(以下、旋削性ともいう)および優れたドリル切削性を兼備した焼結体を得ることが可能な、粉末冶金用混合粉を提供することを目的とする。また、本発明では、優れた旋削性および優れたドリル切削性を兼備した、切削性に優れた焼結体を提供することを目的とする。
一方、ドリル切削加工においては、上記したような機構で、工具に作用する抗力が低下するだけでは、工具の寿命改善は生じない。というのは、ドリル切削時に発生した切屑が排除されずに穿孔中に存在する場合があり、これがドリルと被削材の間に噛みこみ、結果的に工具に加わる応力が増大して、工具摩耗や工具破損の原因となる。また、ドリル貫通の際には、穿孔表面に切屑が付着し、いわゆる“バリ”が発生する。バリの発生は、部品の加工精度を低下させるうえ、バリ除去の加工工程が必要となり、部品製造のコストを高騰させる。
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち本発明の要旨は次のとおりである。
(2)(1)において、前記硬質金属化合物粉末である前記金属炭化物粉末の配合量が、前記金属粉末、前記合金用粉末および前記切削性改善用粉末の合計量に対する質量%で、0.01〜0.5%であり、前記軟質金属化合物粉末の配合量が、前記金属粉末、前記合金用粉末および前記切削性改善用粉末の合計量に対する質量%で、0.01〜1.0%であることを特徴とする粉末冶金用混合粉。
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記金属粉末が、鉄基粉末であることを特徴とする粉末冶金用混合粉。
(6)(1)ないし(5)のいずれかに記載の粉末冶金用混合粉を用いて、成形、焼結してなる焼結体であって、該焼結体の基地相中に、該基地相の平均硬さより低い硬さの軟質金属化合物粒子が質量%で、0.01〜1.0%、前記基地相の平均硬さより高い硬さの硬質金属化合物粒子として金属炭化物粒子が質量%で、0.01〜0.5%、分散してなることを特徴とする切削性に優れた金属粉末製焼結体。
(10)(7)ないし(9)のいずれかにおいて、前記金属粉末が、鉄基粉末であることを特徴とする粉末冶金用混合粉の製造方法。
(12)(7)から(11)のいずれかに記載の製造方法で製造された混合粉を、金型に装入し、所定の圧力で圧粉成形して成形体とする成形工程と、該成形体に焼結処理を施して焼結体とする焼結工程と、を順次施しことを特徴とする切削性に優れた焼結体の製造方法。
本発明の粉末冶金用混合粉は、金属粉末と、合金用粉末と、さらに切削性改善用粉末と、潤滑剤粉末と、を混合してなる混合粉である。
本発明では、金属粉末としては、アルミニウム粉、あるいは、アトマイズ鉄粉および還元鉄粉などの純鉄粉、合金元素を予め合金化した予合金鋼粉(完全合金化鋼粉)、あるいは鉄粉に合金元素が部分拡散し合金化された部分拡散合金化鋼粉、あるいは予合金化鋼粉(完全合金化鋼粉)にさらに合金元素を部分拡散させたハイブリッド鋼粉などの鉄基粉末がいずれも適用できる。また、鉄基粉末としては、上記した鉄基粉末に加えてさらに合金用粉末、および潤滑剤粉末を混合した鉄基粉末混合粉としてもよい。
なお、ここでいう「軟質金属化合物粉末(軟質材粉末)」とは、混合粉を成形、焼結して得られた焼結体の基地相の平均硬さより低い硬さを有する金属化合物(軟質材)からなる粉末をいい、また、「硬質金属化合物粉末(硬質材粉末)」とは、混合粉を成形、焼結して得られた焼結体の基地相の平均硬さより高い硬さを有する金属化合物(硬質材)からなる粉末をいうものとする。
例えば、Fe−Cu−C系鉄基粉末焼結体(金属粉末としての鉄基粉末と、合金用粉末としての黒鉛粉および銅粉とを用いた場合)では、焼結体の基地相を形成する組織は、フェライト相(α−鉄)およびパーライト相であり、通常、基地相は概ね100〜300HV程度(A.Salak, M.Selewcka and H.Danninger:Machinability of Powder Metallurgy Steels,p.369,(2005)、発行元:Elsevier社参照)の平均硬さを有する。そこで、本発明では、Fe−Cu−C系鉄基粉末(金属粉末としての鉄基粉末と、合金用粉末としての黒鉛粉および銅粉とを用いた場合)では、焼結体の基地相の平均硬さを、200 HV(モース硬度約4)と定義し、混合粉に切削性改善用粉末として添加する軟質金属化合物粉末(軟質材粉末)は、この硬さ(焼結体の基地相の平均硬さ)より軟質である、すなわち、モース硬度4以下の金属化合物粉末の中から選ばれた1種または2種以上とし、一方、硬質金属化合物粉末(硬質材粉末)は、焼結体の基地相の平均硬さより硬質である、すなわち、モース硬度4超えの硬さを有する金属化合物粉末の中から選ばれた1種または2種以上とする。
また、モース硬度4超えの金属化合物としては、例えば、各種セラミックスがそれに該当するが、なかでも金属炭化物が好適である。そして、金属炭化物のなかでも、とりわけTiC、ZrC、WC、SiC、NbCが好ましい。
鉄基粉末に、合金用粉末、および、軟質金属化合物粉末と硬質金属化合物粉末とからなる切削性改善用粉末、さらに潤滑剤を所定量配合し、通常公知の混合機を用いて、一回に、あるいは二回以上に分けて混合し、混合粉(鉄基混合粉)とすることが望ましい。上記した軟質金属化合物粉末および硬質金属化合物粉末は、必ずしも全量を一度に混合する必要はなく、一部のみを配合(一次混合)したのち、残部を二次混合材として配合し混合(二次混合)することもできる。なお、潤滑剤も、二回に分けて配合してもよい。
また、鉄基粉末に、合金用粉末、および、軟質金属化合物粉末と硬質金属化合物粉末とからなる切削性改善用粉末を、潤滑剤とともに所定量配合して、該潤滑剤の融点のうちの最低値以上に加熱し、少なくとも1種の潤滑剤を溶融させて、混合したのち、所定の温度以下に冷却して固化させる一次混合を行い、さらに、二次混合材を添加し、混合する二次混合をおこなってもよい。
つぎに、上記した製造方法で製造された本発明の粉末冶金用混合粉を用いた、焼結体の好ましい製造方法について説明する。
得られた成形体は、ついで焼結処理を施され、焼結体となる。焼結処理の温度は、金属粉末の融点の約70%程度の温度で行なう。鉄基粉末の場合、1000℃以上好ましくは1300℃以下とする。焼結処理の温度が1000℃未満では、所望の密度の焼結体とすることが難しくなる。なお、焼結処理の温度が1300℃を超えて高温となると、異常粒成長が生じ、焼結体強度が低下する。
焼結処理後、さらに、必要に応じて、ガス浸炭熱処理や浸炭窒化処理等の熱処理を施し、所望の特性を具備された製品(焼結部品等)とすることができる。なお、切削加工等の加工を随時施し、所定寸法の製品とすることは言うまでもない。
なお、切削性改善用粉末は、軟質金属化合物粉末(軟質材粉末)および硬質金属化合物粉末(硬質材粉末)とし、一次混合時および/または二次混合時に配合した。切削性改善用粉末の配合量は、鉄基粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末の合計量に対する質量%で表示し、潤滑剤の配合量は、鉄基粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末の合計量100質量部に対する質量部で表示した。
なお、比較例として、表2に示す種類、配合量の、鉄基粉末、合金用粉末、潤滑剤、あるいはさらに本発明の範囲を外れる配合量の切削性改善用粉末を配合し、V型容器回転式混合機を用いて、常温で混合し、混合粉を得た。
得られた焼結体について、旋盤切削試験、ドリル切削試験を実施した。試験方法は次のとおりとした。
(1)旋盤切削試験
得られた焼結体(円筒状:外径60mm×内径20mm×厚さ20mm)を3個重ねて、その側面を、旋盤を利用して切削した。切削条件は、超硬の切削工具を用いて、切削速度:200m/min、送り量:0.1mm/回、切込み深さ:0.5mm,切削距離:1000mとし、切削後、切削工具の逃げ面の摩耗痕の幅(摩耗幅)を測定した。切削工具の逃げ面の摩耗幅が小さいほど、焼結体の切削性が優れていると評価した。
(2)ドリル切削試験
得られた焼結体(円盤状:外径60mm×厚さ10mm)に、TiNを被覆した高速度鋼製ドリル(直径:1.2mmのシャンクドリル)で、回転数:10,000rpm、送り速度:300mm/minの条件で貫通穴を穿孔し、ドリルが破損するまでの穿孔数を調査した。なお、穿孔部表面のバリ発生の有無を目視で調査した。
Claims (6)
- 金属粉末と、合金用粉末と、さらに切削性改善用粉末と、潤滑剤粉末とを混合してなる粉末冶金用混合粉であって、前記切削性改善用粉末が、軟質金属化合物粉末と硬質金属化合物粉末とからなる粉末で、該硬質金属化合物粉末が金属炭化物粉末であることを特徴とする粉末冶金用混合粉。
- 前記硬質金属化合物粉末である前記金属炭化物粉末の配合量が、前記金属粉末、前記合金用粉末および前記切削性改善用粉末の合計量に対する質量%で、0.01〜0.5%であり、前記軟質金属化合物粉末の配合量が、前記金属粉末、前記合金用粉末および前記切削性改善用粉末の合計量に対する質量%で、0.01〜1.0%であることを特徴とする請求項1に記載の粉末冶金用混合粉。
- 前記金属炭化物粉末が、TiC粉末、ZrC粉末、WC粉末、SiC粉末、NbC粉末のうちから選ばれた1種または2種以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の粉末冶金用混合粉。
- 前記金属粉末が、鉄基粉末であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の粉末冶金用混合粉。
- 前記軟質金属化合物粉末が、タルク粉末、エンスタタイト粉末、カオリン粉末、マイカ粉末、粘土粉末、蛍石粉末、水砕スラグ粉末のうちから選ばれた1種または2種以上からなる粉末であることを特徴とする請求項4に記載の粉末冶金用混合粉。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の粉末冶金用混合粉を用いて、成形、焼結してなる焼結体であって、該焼結体の基地相中に、該基地相の平均硬さより低い硬さの軟質金属化合物粒子が質量%で、0.01〜1.0%、前記基地相の平均硬さより高い硬さの硬質金属化合物粒子として金属炭化物粒子が質量%で、0.01〜0.5%、分散してなることを特徴とする切削性に優れた金属粉末製焼結体。
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