JP2012077348A - 焼結部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】原料粉末を混合する混合工程と、前記原料粉末を圧縮して圧粉体とする成形工程と、前記圧粉体を焼結して焼結体とする焼結工程と、前記焼結体の表面に塑性加工を加えるか表面を溶融して該表面に露出した気孔を塞ぐ封孔工程と、封孔した前記焼結体を潤滑剤を用いて鍛造する鍛造工程とを備えたことを特徴とする焼結部材の製造方法を適用する。
【選択図】なし
Description
SMS1種(オーステナイト系ステンレス鋼)、SMS2種(フェライト系ステンレス鋼)等のほか、アメリカ鉄鋼協会規格(AISI)の4100種(鉄−ニッケル−モリブデン系)や4600種(鉄−クロム−マンガン系)等が挙げられる。
本実施形態では、例えば図1に示すようなギヤGを製造する。図1に示すギヤGは、円板状をなすギヤ本体10の外周に、半径方向へ突出する複数の歯部11を等間隔に形成するとともに、ギヤ本体10の中央部に取付孔12を形成したものである。
本実施形態では、全体組成が例えば肌焼き鋼(浸炭鋼)となるように原料粉末を調整する。例えば、質量%でNi:0.5%、Mo:0.5%、Mn:0.2%、残部Feおよび不可避不純物からなる鉄系合金粉末に、全体組成で0.3%の黒鉛粉末と0.8%のステアリン酸亜鉛等の成形潤滑剤とを混合する。鉄系合金粉末の平均粒径は、70μmとする。
粉末成形は通常の金型により行われ、図1に示すギヤGよりも直径方向の寸法が小さく、かつ、厚さが厚い圧粉体を成形する。圧粉体の密度は、全体として7.0Mg/m3以上とする
焼結は通常の条件で行うことができるが、焼結工程において酸化が生じると素材となる焼結体が硬くなり塑性変形し難くなるため、焼結雰囲気は、窒素ガス、窒素水素混合ガス等の通常の非酸化性ガス雰囲気あるいは真空雰囲気とすることが好ましい。焼結温度は1000〜1250℃程度とすることができる。
本実施形態では、封孔工程をショットピーニングにより行う。図2はショットピ−ニング装置を示す側面図であり、(A)は焼結体Sの外周面へショットピ−ニングする構成、(B)は取付孔12の内周面にショットピ−ニングする構成を示す。符号20は、ショットを下方へ向けて噴射するノズルであり、符号21は焼結体Sの取付孔12を貫通して把持し、水平方向の軸線回りに回転するチャックである。ノズル20から噴射されたショットは、焼結体Sの外周に衝突して表面を塑性加工する。これにより、焼結体Sの表面に露出した気孔が塞がれる。ショットとしては平均粒径が300〜400μmの鋼球が好適である。
図3は鍛造用金型を示す断面図である。図において符号30はダイである。ダイ30の内周面には、図1に示すギヤの歯部11に対応する凹部31が形成されている。ダイ30の中央部には、円筒状のイジェクトピン32が上下方向へ移動可能に嵌合させられている。イジェクトピン32の中央部には、円柱状のコアロッド33が挿入されている。ダイ30の上方には、ダイ30の内周面と嵌合するパンチ34が上下方向へ移動可能に支持されている。
熱処理は、鍛造により閉塞した気孔を冶金的に結合したり、Cを含有する材料の場合、鍛造により破壊された金属組織を修復して調質する目的、および/または、金属組織を強度の高いマルテンサイトとして鍛造体の強度を向上させる目的で行われる。これらの熱処理は、いずれの目的の場合も焼結材料のオーステナイト化温度領域以上に加熱される。
以下、具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明する。全て質量%で、Cr:0.5%、Mo:0.2%、Mn:0.2%、残部:Feおよび不可避不純物からなる鉄系合金粉末(平均粒径:70μm)に、0.3%の黒煙粉末と0.8%のステアリン酸亜鉛粉末とを混合して原料粉末を調整した。
焼結、ショットピーニング、潤滑剤塗布、および鍛造までの各工程を経た焼結体またはギヤの3カ所の歯元で表面粗さRaを測定した。その結果を表1に示す。焼結体では表面粗さがRa1.0μmでかなり平滑である。その焼結体にショットピーニングを行うと、表面粗さがRa3.9μmまで上昇することが確認された。また、ショットピ−ニングを行っても、潤滑剤塗布後に鍛造を行うことにより、平均表面粗さはRa1.3μmまで低下することが確認された。
図4は、焼結体と鍛造体においてショットピーニングを行った場合と行わなかった場合の歯元から歯先まで至る部分の断面の写真である。図4に示すように、焼結体にショットピーニングをしない状態では、焼結体の表面に多くの気孔が露出しているが、ショットピーニングを行うと、表面に露出する気孔は消失し、表面から内部に至る部分に気孔が存在しない層が存在している。そして、この焼結体に鍛造を行うと、ほぼ全体の気孔が圧壊されることが確認された。これに対して、ショットピーニングを行わずに鍛造を行った場合には、表面に気孔が露出し、内部にも多くの気孔が残存していることが確認された。
全て質量%で、Ni:0.5%、Mo:0.5%、Mn:0.2%、残部:Feおよび不可避不純物からなる鉄系合金粉末(平均粒径70μm)に、0.3%の黒煙粉末と0.8%のステアリン酸亜鉛粉末とを混合して原料粉末を調整した以外は上記実施例と同じ条件でギヤを製造した。その結果、上記実施例と同等の結果が得られた。
Claims (13)
- 原料粉末を混合する混合工程と、
前記原料粉末を圧縮して圧粉体とする成形工程と、
前記圧粉体を焼結して焼結体とする焼結工程と、
前記焼結体の表面に塑性加工を加えるか表面を溶融して該表面に露出した気孔を塞ぐ封孔工程と、
封孔した前記焼結体を潤滑剤を用いて鍛造する鍛造工程とを備えたことを特徴とする焼結部材の製造方法。 - 前記塑性加工もしくは溶融は、少なくとも鍛造後の製品として強度が必要とされる部位に行うことを特徴とする請求項1に記載の焼結部材の製造方法。
- 前記塑性加工により、焼結部材の表面から深さが25〜150μmの範囲に存在する気孔を塞ぐことを特徴とする請求項1または2に記載の焼結部材の製造方法。
- 前記塑性加工により、焼結部材の表面から深さが50〜100μmの範囲に存在する気孔を塞ぐことを特徴とする請求項1または2に記載の焼結部材の製造方法。
- 前記潤滑剤は、融点が異なる少なくとも2種類の粉末を含み、潤滑剤を前記焼結体に塗布した後、融点の低い粉末を溶融した後に固化して融点の高い粉末を前記焼結体に固着することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の焼結部材の製造方法。
- 前記鍛造は冷間鍛造であり、前記粉末のうち一方の融点は60〜140℃であり、前記粉末のうち他方の融点は200〜250℃であることを特徴とする請求項5に記載の焼結部材の製造方法。
- 前記粉末のうち高融点の粉末の平均粒径は10〜100μmであることを特徴とする請求項5または6に記載の焼結部材の製造方法。
- 前記粉末のうち高融点の粉末の平均粒径は15〜60μmであることを特徴とする請求項5または6に記載の焼結部材の製造方法。
- 前記塑性加工はショットピーニングであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の焼結部材の製造方法。
- 前記ショットピーニングにより前記焼結体の表面粗さをRa2μm〜Ra4μmとすることを特徴とする請求項9に記載の焼結部材の製造方法。
- 前記鍛造により、密度比を97.8%以上にすることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の焼結部材の製造方法。
- 前記焼結体に対して鍛造した後に浸炭焼入れを行い、その後焼戻しすることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の焼結部材の製造方法。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の焼結部材の製造方法で製造されたギヤ、スプロケット、または焼結磁心。
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