JP2015157973A - 粉末冶金用混合粉およびその製造方法ならびに鉄基粉末製焼結体 - Google Patents
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Abstract
Description
ところが、Pbは融点が330℃と低いため、焼結過程で溶融するものの、鉄中には固溶しないので、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や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。
特許文献1に記載された技術によれば、大きな寸法変化および強度劣化を伴うことなく、焼結材の被削性(切削性)を改善できるとされている。
特許文献2に記載された技術によれば、珪酸アルカリを0.1〜1.0重量%添加することにより、大きな寸法変化および強度劣化を伴うことなく、快削性を改善できるとされている。
特許文献3に記載された技術によれば、切削時に加工面に露出したセラミックス粉末が工具表面に付着して工具保護膜(ベラーク層)を形成し、工具の材質劣化を防止して切削性を改善することができるとされている。
すなわち、特許文献4に記載された技術によれば、焼結体の機械的特性の劣化を伴うこともなく、切削性を向上できるとされている。
さらに、MnSは、切削速度が100m/min以下という低速域での切削性改善には優れているものの、200m/min程度の高速切削では、切削性改善効果が小さいという課題がある。
また、融点の高い酸化物または化合物のみを含む場合、焼結体の切削時の発熱が小さく融点との差が顕著な低温での切削状態になると、酸化物または化合物は溶融せずに、工具と焼結体との潤滑効果は生じない。
1.鉄基粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末および潤滑剤を混合してなる粉末冶金用混合粉であって、
上記切削性改善用粉末が、エンスタタイト粉末、タルク粉末、カオリン粉末、マイカ粉末、酸化マグネシウム(MgO)粉末、シリカ(SiO2)と酸化マグネシウム(MgO)との混合粉末、および珪酸アルカリのうちから選んだ少なくとも1種と、アルカリ金属の硫酸塩粉末およびアルカリ土類金属の硫酸塩粉末のうちから選んだ少なくとも1種とを含み、該切削性改善用粉末の配合量が、上記鉄基粉末、上記合金用粉末および該切削性改善用粉末の合計量に対する質量%で、0.01〜1.0%の範囲である粉末冶金用混合粉。
上記切削性改善用粉末が、エンスタタイト粉末、タルク粉末、カオリン粉末、マイカ粉末、酸化マグネシウム(MgO)粉末、シリカ(SiO2)と酸化マグネシウム(MgO)との混合粉末、および珪酸アルカリのうちから選んだ少なくとも1種と、アルカリ金属の硫酸塩粉末およびアルカリ土類金属の硫酸塩粉末のうちから選んだ少なくとも1種とを含むものとし、
上記切削性改善用粉末の配合量を、上記鉄基粉末、上記合金用粉末および該切削性改善用粉末の合計量に対する質量%で、0.01〜1.0%とし、
さらに、上記混合を、
鉄基粉末と合金用粉末に対し、切削性改善用粉末の一部または全部と潤滑剤の一部を添加して加熱し、該潤滑剤のうち少なくとも1種を溶融させつつ混合したのち、冷却して固化させる一次混合と、
上記切削性改善用粉末および潤滑剤の残り粉末を添加して混合する二次混合と
により行う
粉末冶金用混合粉の製造方法。
また、本発明によれば、成形時には、圧粉密度の低下や、抜出力の増大を招くことなく成形できるという効果もある。
まず、本発明の粉末冶金用混合粉について説明する。
本発明の粉末冶金用混合粉(または、単に、混合粉という)は、鉄基粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末および潤滑剤を混合してなる混合粉である。
従って、本発明に従う鉄基粉末製焼結体は、これら種々の融点を有する固溶体を備えることによって、切削時の発熱により上昇する焼結体温度に応じた融点を有する固溶体が存在するので、工具と焼結体との潤滑効果が、切削状態によらず安定して得られるのである。また、硬質のSi酸化物は、硫酸塩の化合物を作ることによって組織が軟化するため、切り屑が微細化し、特にドリル切削の場合には、切り屑の排除性が大幅に向上して、ドリル切削性改善効果に大きく貢献する。
また、珪酸アルカリは、珪酸ナトリウムや珪酸カリウムなどが例示されるが、これら粉末は、いずれも、混合粉を成形した圧粉体を焼結する際に、硫酸塩と反応して、種々の組成の固溶体が生じ、それらは組成に応じた種々の融点や硬度を有する。
なお、本発明に用いられる上記した粉末や、本発明の粉末冶金用混合粉は、いずれも、工業的に許容される種類や量の不可避的不純物の混入は問題ない。
鉄基粉末に対して、上記した種類や配合量の粉末からなる合金用粉末、および上記した種類や配合量の粉末からなる切削性改善用粉末、さらには潤滑剤を、それぞれ所定量添加(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。上記した切削性改善用粉末は、必ずしも全量を一度に混合する必要はなく、一部のみを配合して混合(一次混合)を行ったのち、残部(二次混合材)を配合して混合(二次混合)することもできる。なお、潤滑剤は、二回に分けて添加(配合)することが好ましい。
なお、鉄基粉末の一部または全部に対し、合金用粉末および/または切削性改善用粉末の一部または全部を結合材によって表面に固着させる偏析防止処理を施した鉄基粉末を用いても良い。ここで、偏析防止処理としては、特許第3004800号公報に記載の偏析防止処理を用いることができる。
まず、上記した方法で製造された本発明に従う粉末冶金用混合粉を、金型に充填して圧縮成形し、成形体とする。成形方法は、プレス等の公知の成形方法がいずれも好適に使用できる。本発明に従う粉末冶金用混合粉を用いることによって、成形圧力を294MPa以上と高圧にすることができ、さらに常温でも成形することができる。なお、安定した成形性を確保するためには、混合粉や金型を適正な温度に加熱したり、金型に潤滑剤を塗布したりすることが好ましい。
鉄基粉末の場合、焼結処理の温度は、1000℃以上であって、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からである。一方、焼結処理の温度が1300℃を超えて高温になると、焼結中に異常粒成長が起こって、焼結体強度が低下しやすくなるので好ましくない。
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。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。
鉄基粉末として、表1に示す鉄基粉末(いずれも平均粒径:約80μm)を使用した。なお、以下記載の平均粒径は、レーザ回折法を利用して求めたものである。
ここに、使用した鉄基粉末は、表1に示したとおり、アトマイズ純鉄粉(A)、還元純鉄粉(B)、鉄粉表面に合金元素としてCuを部分拡散させ合金化した部分拡散合金化鋼粉(C)、鉄粉表面に合金元素としてNi、Cu、Moを部分拡散させ合金化した部分拡散合金化鋼粉(D)、合金元素としてNi、Moを予合金化した予合金化鋼粉(完全合金化鋼粉)(E)、合金元素としてMoを予合金化した予合金化鋼粉(完全合金化鋼粉)(F)、および、合金元素として、Moを予合金化した完全合金化鋼粉にさらにMoを部分拡散合金化した鋼粉(ハイブリッド型合金鋼粉)(G)である。
以上の工程を経て、鉄基粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末が、偏析を生じることなく、均一に混合された混合粉が得られた。
なお、比較例として、表2に示した種類、配合量で、鉄基粉末、合金用粉末、潤滑剤を配合し、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。
得られた焼結体(リング状:外径60mm×内径20mm×長さ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、サーメット製旋盤用切削工具を用いて、切削速度:100m/minおよび200m/min、送り量:0.1mm/回、切込み深さ:0.5mm、切削距離:1000mとし、試験後、切削工具の逃げ面の摩耗幅を測定した。ここで工具寿命を概ね0.25mmの磨耗量と規定し、切削距離1000m未満でこの工具寿命に達した場合は、1000m未達と記載した。従って、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される。
得られた焼結体(円盤状:外径60mm×厚さ10mm)に、高速度鋼製ドリル(直径:2.6mm)で、回転数:5,000rpm、送り速度:750mm/minの条件で貫通穴を穿孔し、その際、切削動力計を用い、ドリル切削時の切削抵抗としてスラスト成分を測定した。スラスト成分が小さいほど、焼結体の切削性が優れていると評価される。
得られた結果を、表3にそれぞれ示す。
Claims (7)
- 鉄基粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末および潤滑剤を混合してなる粉末冶金用混合粉であって、
上記切削性改善用粉末が、エンスタタイト粉末、タルク粉末、カオリン粉末、マイカ粉末、酸化マグネシウム(MgO)粉末、シリカ(SiO2)と酸化マグネシウム(MgO)との混合粉末、および珪酸アルカリのうちから選んだ少なくとも1種と、アルカリ金属の硫酸塩粉末およびアルカリ土類金属の硫酸塩粉末のうちから選んだ少なくとも1種とを含み、該切削性改善用粉末の配合量が、上記鉄基粉末、上記合金用粉末および該切削性改善用粉末の合計量に対する質量%で、0.01〜1.0%の範囲である粉末冶金用混合粉。 - 前記切削性改善用粉末の配合量に対し、アルカリ金属の硫酸塩粉末および/またはアルカリ土類金属の硫酸塩粉末の配合量が10〜80質量%の範囲である請求項1に記載の粉末冶金用混合粉。
- 前記アルカリ金属の硫酸塩粉末の、アルカリ金属がLi、NaおよびKのうちから選んだ少なくとも1種であって、前記アルカリ土類金属の硫酸塩粉末の、アルカリ土類金属がMg、Ca、SrおよびBaのうちから選んだ少なくとも1種である請求項1または2に記載の粉末冶金用混合粉。
- 鉄基粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末および潤滑剤を配合したのち、混合して混合粉とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の粉末冶金用混合粉の製造方法であって、
上記切削性改善用粉末が、エンスタタイト粉末、タルク粉末、カオリン粉末、マイカ粉末、酸化マグネシウム(MgO)粉末、シリカ(SiO2)と酸化マグネシウム(MgO)との混合粉末、および珪酸アルカリのうちから選んだ少なくとも1種と、アルカリ金属の硫酸塩粉末およびアルカリ土類金属の硫酸塩粉末のうちから選んだ少なくとも1種とを含むものとし、
上記切削性改善用粉末の配合量を、上記鉄基粉末、上記合金用粉末および該切削性改善用粉末の合計量に対する質量%で、0.01〜1.0%とし、
さらに、上記混合を、
鉄基粉末と合金用粉末に対し、切削性改善用粉末の一部または全部と潤滑剤の一部とを添加して加熱し、該潤滑剤のうち少なくとも1種を溶融させつつ混合したのち、冷却して固化させる一次混合と、
上記切削性改善用粉末および潤滑剤の残り粉末を添加して混合する二次混合と
により行う
粉末冶金用混合粉の製造方法。 - 前記切削性改善用粉末の配合量に対し、アルカリ金属の硫酸塩粉末および/またはアルカリ土類金属の硫酸塩粉末の含有量を10〜80質量%の範囲とする請求項4に記載の粉末冶金用混合粉の製造方法。
- 前記アルカリ金属の硫酸塩粉末の、アルカリ金属をLi、NaおよびKのうちから選んだ少なくとも1種とし、前記アルカリ土類金属の硫酸塩粉末の、アルカリ土類金属をMg、Ca、SrおよびBaのうちから選んだ少なくとも1種とする請求項4または5に記載の粉末冶金用混合粉の製造方法。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の粉末冶金用混合粉を用いた鉄基粉末製焼結体。
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