JP3224417B2 - 高強度、高疲労強度および高靱性を有する焼結体用合金鋼粉および焼結体 - Google Patents
高強度、高疲労強度および高靱性を有する焼結体用合金鋼粉および焼結体Info
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- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高強度、高疲労強度
および高靱性が要求される焼結体用合金鋼粉および焼結
体に関するものである。
および高靱性が要求される焼結体用合金鋼粉および焼結
体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】焼結材は、溶製材に比較してコスト的に
有利であり、自動車用部品、ＯＡ機器用部品などに広く
用いられている。しかしながら、焼結材には空孔が存在
することなどから強度、疲労強度および靱性が低いとい
う欠点を有している。したがって、焼結材の用途を拡大
するうえからも強度、疲労強度および靱性の向上を図る
ことが肝要である。
有利であり、自動車用部品、ＯＡ機器用部品などに広く
用いられている。しかしながら、焼結材には空孔が存在
することなどから強度、疲労強度および靱性が低いとい
う欠点を有している。したがって、焼結材の用途を拡大
するうえからも強度、疲労強度および靱性の向上を図る
ことが肝要である。
【０００３】焼結材料の強度向上をはかるため、Cr-Mn
系合金鋼粉（特公昭58-10962号公報）が用いられてき
た。Cr、Mnは焼入性が高いため、熱処理後の強度が高く
なるという長所があるが、易酸化性元素であるため、Cr
-Mn 複合酸化物を生成し、疲労強度および靱性を低下さ
せる欠点がある。本出願人はすでに、Mnを低減し、Nb、
Ｖを添加したCr系合金鋼粉（特願平２−285982号）を開
発している。しかしながら、これは、Nb、Ｖの炭窒化物
析出強化機構によって焼結体強度を高めているため、炭
窒化物が破壊の起点となり、疲労強度および靱性を低下
させる欠点があることが本発明者らの研究により明らか
になった。
系合金鋼粉（特公昭58-10962号公報）が用いられてき
た。Cr、Mnは焼入性が高いため、熱処理後の強度が高く
なるという長所があるが、易酸化性元素であるため、Cr
-Mn 複合酸化物を生成し、疲労強度および靱性を低下さ
せる欠点がある。本出願人はすでに、Mnを低減し、Nb、
Ｖを添加したCr系合金鋼粉（特願平２−285982号）を開
発している。しかしながら、これは、Nb、Ｖの炭窒化物
析出強化機構によって焼結体強度を高めているため、炭
窒化物が破壊の起点となり、疲労強度および靱性を低下
させる欠点があることが本発明者らの研究により明らか
になった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の焼結材料の問題点を解決し、高強度、高疲労強度
および高靱性を達成する焼結体用合金鋼粉および焼結体
を提供することを目的とするものである。
従来の焼結材料の問題点を解決し、高強度、高疲労強度
および高靱性を達成する焼結体用合金鋼粉および焼結体
を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、重量％にて、
Ｃ： 0.1％以下、Mn：0.08％以下、Cr： 0.5〜３％、M
o： 0.1〜２％、Ｓ：0.01％以下、Ｐ：0.01％以下、
Ｏ： 0.2％以下を含有し、残部は不可避的不純物および
Feからなることを特徴とする高強度、高疲労強度および
高靱性を有する焼結体用合金鋼粉であり、また本発明
は、重量％にて、Ｃ：0.2〜1.2 ％、Mn：0.08％以下、C
r： 0.5〜３％、Mo： 0.1〜２％、Ｓ：0.01％以下、
Ｐ：0.01％以下、Ｏ： 0.2％以下を含有し、残部は不可
避的不純物およびFeからなることを特徴とする高強度、
高疲労強度および高靱性を有する焼結体である。
Ｃ： 0.1％以下、Mn：0.08％以下、Cr： 0.5〜３％、M
o： 0.1〜２％、Ｓ：0.01％以下、Ｐ：0.01％以下、
Ｏ： 0.2％以下を含有し、残部は不可避的不純物および
Feからなることを特徴とする高強度、高疲労強度および
高靱性を有する焼結体用合金鋼粉であり、また本発明
は、重量％にて、Ｃ：0.2〜1.2 ％、Mn：0.08％以下、C
r： 0.5〜３％、Mo： 0.1〜２％、Ｓ：0.01％以下、
Ｐ：0.01％以下、Ｏ： 0.2％以下を含有し、残部は不可
避的不純物およびFeからなることを特徴とする高強度、
高疲労強度および高靱性を有する焼結体である。
【０００６】なお、本発明の合金鋼粉は、上記組成に調
整した溶鋼を水アトマイズすることにより容易に製造す
ることができる。また本発明の焼結体は、本発明の合金
鋼粉に目標量の黒鉛粉を加え、さらにステアリン酸亜鉛
粉等の潤滑剤を添加混合したのち、圧縮成形したのち、
焼結することにより容易に製造することができる。ま
た、この焼結体にさらに浸炭処理を行い、引き続き油焼
入れしたのち焼戻し処理を施すこともできる。
整した溶鋼を水アトマイズすることにより容易に製造す
ることができる。また本発明の焼結体は、本発明の合金
鋼粉に目標量の黒鉛粉を加え、さらにステアリン酸亜鉛
粉等の潤滑剤を添加混合したのち、圧縮成形したのち、
焼結することにより容易に製造することができる。ま
た、この焼結体にさらに浸炭処理を行い、引き続き油焼
入れしたのち焼戻し処理を施すこともできる。
【０００７】
【作用】この発明の合金鋼粉ならびに焼結体の成分限定
理由を以下に述べる。 Ｃ：0.1 ％以下（合金鋼粉） Ｃは鋼中に侵入型に固溶してフェライト地を硬化させる
元素である。0.1 重量％は（以下単に％と記す）を超え
て含有させると粉末の硬化が著しくなり、圧縮性が低下
する。したがって、その含有量は0.1 ％以下とする。
理由を以下に述べる。 Ｃ：0.1 ％以下（合金鋼粉） Ｃは鋼中に侵入型に固溶してフェライト地を硬化させる
元素である。0.1 重量％は（以下単に％と記す）を超え
て含有させると粉末の硬化が著しくなり、圧縮性が低下
する。したがって、その含有量は0.1 ％以下とする。
【０００８】Ｃ： 0.2〜1.2 ％（焼結体） Ｃは、鋼の強度を向上させる元素であるが、これらの効
果を得るためには焼結体中の含有量は0.2 ％以上を必要
とする。しかし、1.2 ％を超えるとセメンタイトが析出
し、強度、靱性を低下させる。したがって、その含有量
は0.2 〜1.2 ％とする。添加方法は、黒鉛粉を混合した
り、浸炭熱処理を施したりして焼結体中に残存させる。
浸炭熱処理した場合、焼結体内にＣ量分布があるが、総
量で請求範囲内であればよい。
果を得るためには焼結体中の含有量は0.2 ％以上を必要
とする。しかし、1.2 ％を超えるとセメンタイトが析出
し、強度、靱性を低下させる。したがって、その含有量
は0.2 〜1.2 ％とする。添加方法は、黒鉛粉を混合した
り、浸炭熱処理を施したりして焼結体中に残存させる。
浸炭熱処理した場合、焼結体内にＣ量分布があるが、総
量で請求範囲内であればよい。
【０００９】次に以下に述べる成分は合金鋼粉ならびに
焼結体に共通に適用される。 Mn：0.08％以下 Mnは、焼入性向上、固溶強化などによって、鋼の強度を
向上させるが、0.08％を超えて含有させると酸化物の生
成が多くなり、これが破壊の起点となって、疲労強度お
よび靱性を低下させる。したがって、その含有量は0.08
％以下とする。
焼結体に共通に適用される。 Mn：0.08％以下 Mnは、焼入性向上、固溶強化などによって、鋼の強度を
向上させるが、0.08％を超えて含有させると酸化物の生
成が多くなり、これが破壊の起点となって、疲労強度お
よび靱性を低下させる。したがって、その含有量は0.08
％以下とする。
【００１０】Cr： 0.5〜３％ Crは、焼入性を向上させて、引張強度および疲労強度を
向上させ、さらに熱処理後の硬さを高め耐摩耗性を向上
させる効果がある。これらの効果を得るためには含有量
は 0.5％以上を必要とする。しかし、焼結体は粉末を素
材とするため３％を超えて含有させると酸化物の生成が
多くなり、これが疲労破壊の起点となって、疲労強度を
低下させる。したがって、その含有量は 0.5〜３％とす
る。
向上させ、さらに熱処理後の硬さを高め耐摩耗性を向上
させる効果がある。これらの効果を得るためには含有量
は 0.5％以上を必要とする。しかし、焼結体は粉末を素
材とするため３％を超えて含有させると酸化物の生成が
多くなり、これが疲労破壊の起点となって、疲労強度を
低下させる。したがって、その含有量は 0.5〜３％とす
る。
【００１１】Mo： 0.1〜２％ Moは、焼入性向上、固溶強化、析出強化などによって、
鋼の強度を向上させるが、含有量が 0.1％未満であると
その効果は小さく、２％を超えると靭性が低下する。し
たがって、その含有量は 0.1〜２％とする。 Ｓ：0.01％以下 Ｓの低減はこの発明の特徴の一つであるが、Mnを0.08％
以下にすることによって、MnＳが減少し固溶Ｓが増加す
る。Ｓの含有量が0.01％を超えると固溶Ｓが増え、粒界
強度が低下する。したがって、その含有量は0.01％以下
とする。
鋼の強度を向上させるが、含有量が 0.1％未満であると
その効果は小さく、２％を超えると靭性が低下する。し
たがって、その含有量は 0.1〜２％とする。 Ｓ：0.01％以下 Ｓの低減はこの発明の特徴の一つであるが、Mnを0.08％
以下にすることによって、MnＳが減少し固溶Ｓが増加す
る。Ｓの含有量が0.01％を超えると固溶Ｓが増え、粒界
強度が低下する。したがって、その含有量は0.01％以下
とする。
【００１２】Ｐ：0.01％以下 Ｐの低減はこの発明の特徴の一つであるが、Mn、Ｓの含
有量が多いときは靭性に影響を及ぼさないが、Mnが0.08
％以下、Ｓが0.01％以下のときは、Ｐを0.01％以下にす
ることによって、粒界強度が増加し、靭性が向上する。
したがって、その含有量は0.01％以下とする。 Ｏ:0.2％以下 Ｏは、焼結体の機械的特性に大きな影響を及ぼす元素
で、低ければ低いほど良く0.05％以下が好ましい。一
方、含有量が 0.2％を超えると多量の酸化物が生成され
る。したがって、その含有量は 0.2％以下とする。
有量が多いときは靭性に影響を及ぼさないが、Mnが0.08
％以下、Ｓが0.01％以下のときは、Ｐを0.01％以下にす
ることによって、粒界強度が増加し、靭性が向上する。
したがって、その含有量は0.01％以下とする。 Ｏ:0.2％以下 Ｏは、焼結体の機械的特性に大きな影響を及ぼす元素
で、低ければ低いほど良く0.05％以下が好ましい。一
方、含有量が 0.2％を超えると多量の酸化物が生成され
る。したがって、その含有量は 0.2％以下とする。
【００１３】
【００１４】本発明では、以上のように合金鋼粉ならび
に焼結体の組成を限定したので、焼結体としたとき靱性
の向上がはかれ、また、疲労破壊の起点が少ないものが
でき、その結果、疲労強度の向上がはかれた。また引張
り強度の向上はCr、Mo等を含有させていることにより十
分達成されている。
に焼結体の組成を限定したので、焼結体としたとき靱性
の向上がはかれ、また、疲労破壊の起点が少ないものが
でき、その結果、疲労強度の向上がはかれた。また引張
り強度の向上はCr、Mo等を含有させていることにより十
分達成されている。
【００１５】
実施例１ 化学成分組成を種々に変化させて、水アトマイズ法にて
製造し、仕上還元した後の表１に示す合金鋼粉に、黒鉛
粉：0.15重量％およびステアリン酸亜鉛粉：１重量％を
添加混合したのち、圧縮成形により、密度：7.10ｇ／cm
3 の成形体を作製した。これらの成形体を窒素雰囲気
中、1250℃、60分間の条件での焼結を行ったのち、 890
℃で 120分間の浸炭処理（雰囲気のカーボンポテンシャ
ル： 0.9％）に続いて油焼入れしたのち、 150℃で60分
間の焼戻し処理を施した。このようにして得られた浸炭
熱処理焼結体について、引張強さ、耐久疲れ強さならび
にシャルピー衝撃値を調べた。これらの実験結果を表２
に示す。この表から明らかなようにこの発明の適合例は
すべて引張強さ、耐久疲れ強さ、シャルピー衝撃値とも
それぞれ125kgf/mm2、45kgf/mm2 、1.0kgf・m/cm2 以上
と良好な値を示している。なお、耐久疲れ強さは、小野
式回転曲げ試験機を用い、応力−繰り返し数曲線より求
めた107 回の繰り返し数を示す応力とした。またシャル
ピー衝撃値はノッチなしで室温で試験した。
製造し、仕上還元した後の表１に示す合金鋼粉に、黒鉛
粉：0.15重量％およびステアリン酸亜鉛粉：１重量％を
添加混合したのち、圧縮成形により、密度：7.10ｇ／cm
3 の成形体を作製した。これらの成形体を窒素雰囲気
中、1250℃、60分間の条件での焼結を行ったのち、 890
℃で 120分間の浸炭処理（雰囲気のカーボンポテンシャ
ル： 0.9％）に続いて油焼入れしたのち、 150℃で60分
間の焼戻し処理を施した。このようにして得られた浸炭
熱処理焼結体について、引張強さ、耐久疲れ強さならび
にシャルピー衝撃値を調べた。これらの実験結果を表２
に示す。この表から明らかなようにこの発明の適合例は
すべて引張強さ、耐久疲れ強さ、シャルピー衝撃値とも
それぞれ125kgf/mm2、45kgf/mm2 、1.0kgf・m/cm2 以上
と良好な値を示している。なお、耐久疲れ強さは、小野
式回転曲げ試験機を用い、応力−繰り返し数曲線より求
めた107 回の繰り返し数を示す応力とした。またシャル
ピー衝撃値はノッチなしで室温で試験した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】実施例２ 化学成分組成を種々に変化させた表３に組成を示す合金
鋼粉に、黒鉛粉： 0.9重量％およびステアリン酸亜鉛
粉：１重量％を添加混合したのち、圧縮成形により、密
度：7.0g/cm3の成形体を作製した。これらの成形体を、
窒素雰囲気中、1250℃、60分間の条件で焼結を行った。
このようにして得られた焼結体について、引張強さ、耐
久疲れ強さならびにシャルピー衝撃値を実施例１と同様
に調べた。これらの実験結果を表４に示す。この表から
明らかなように、この発明の適合例はすべて引張強さ、
耐久疲れ強さ、シャルピー衝撃値ともにそれぞれ80kgf/
mm2、35kgf/mm2 、2.0kgf・m/cm2 以上と良好な値を示
している。
鋼粉に、黒鉛粉： 0.9重量％およびステアリン酸亜鉛
粉：１重量％を添加混合したのち、圧縮成形により、密
度：7.0g/cm3の成形体を作製した。これらの成形体を、
窒素雰囲気中、1250℃、60分間の条件で焼結を行った。
このようにして得られた焼結体について、引張強さ、耐
久疲れ強さならびにシャルピー衝撃値を実施例１と同様
に調べた。これらの実験結果を表４に示す。この表から
明らかなように、この発明の適合例はすべて引張強さ、
耐久疲れ強さ、シャルピー衝撃値ともにそれぞれ80kgf/
mm2、35kgf/mm2 、2.0kgf・m/cm2 以上と良好な値を示
している。
【００１９】
【表３】
【００２０】
【表４】
【００２１】実施例３ 化学成分組成を種々に変化させた表３に組成を示す合金
鋼粉に、ステアリン酸亜鉛粉：１重量％を添加混合した
のち、圧縮成形により密度：7.0g/cm3の成形体を作製し
た。これらの成形体を、窒素雰囲気中、1250℃、60分間
の条件で焼結を行ったのち、890 ℃で 120分間の浸炭処
理（カーボンポテンシャル0.9 ％に続いて油焼入れした
のち、150 ℃で60分間の焼戻し処理を施した。このよう
にして得られた浸炭熱処理焼結体について、実施例１と
同様に引張強さ、耐久疲れ強さならびにシャルピー衝撃
値を調べた。これらの実験結果を表５に示す。この表か
ら明らかなように、この発明の適合例はすべて引張強
さ、耐久疲れ強さ、シャルピー衝撃値ともにそれぞれ12
5kgf/mm2、45kgf/mm2 、1.0kgf・m/cm2 以上と良好な値
を示している。
鋼粉に、ステアリン酸亜鉛粉：１重量％を添加混合した
のち、圧縮成形により密度：7.0g/cm3の成形体を作製し
た。これらの成形体を、窒素雰囲気中、1250℃、60分間
の条件で焼結を行ったのち、890 ℃で 120分間の浸炭処
理（カーボンポテンシャル0.9 ％に続いて油焼入れした
のち、150 ℃で60分間の焼戻し処理を施した。このよう
にして得られた浸炭熱処理焼結体について、実施例１と
同様に引張強さ、耐久疲れ強さならびにシャルピー衝撃
値を調べた。これらの実験結果を表５に示す。この表か
ら明らかなように、この発明の適合例はすべて引張強
さ、耐久疲れ強さ、シャルピー衝撃値ともにそれぞれ12
5kgf/mm2、45kgf/mm2 、1.0kgf・m/cm2 以上と良好な値
を示している。
【００２２】
【表５】
【００２３】実施例４ 表３に示す粉末記号Ａの合金鋼粉に、黒鉛粉：0.1 〜1.
3 重量％およびステアリン酸亜鉛粉：１重量％を添加混
合したのち、圧縮成形により、密度：7.0g/cm3の成形体
を作製した。これらの成形体を、窒素雰囲気中、1250
℃、60分間の条件で焼結を行った。このようにして得ら
れた焼結体について、実施例１と同様に引張強さ、耐久
疲れ強さならびにシャルピー衝撃値を調べた。これらの
実験結果を表６に示す。この表から明らかなように、こ
の発明の適合例はすべて引張強さ、耐久疲れ強さ、シャ
ルピー衝撃値ともにそれぞれ80kgf/mm2 、35kgf/mm2 、
2.0kgf・m/cm2 以上と良好な値を示している。
3 重量％およびステアリン酸亜鉛粉：１重量％を添加混
合したのち、圧縮成形により、密度：7.0g/cm3の成形体
を作製した。これらの成形体を、窒素雰囲気中、1250
℃、60分間の条件で焼結を行った。このようにして得ら
れた焼結体について、実施例１と同様に引張強さ、耐久
疲れ強さならびにシャルピー衝撃値を調べた。これらの
実験結果を表６に示す。この表から明らかなように、こ
の発明の適合例はすべて引張強さ、耐久疲れ強さ、シャ
ルピー衝撃値ともにそれぞれ80kgf/mm2 、35kgf/mm2 、
2.0kgf・m/cm2 以上と良好な値を示している。
【００２４】
【表６】
【００２５】
【発明の効果】この発明は、合金鋼粉の化学成分組成、
特にMn量、Ｓ量、Ｐ量を適正化することにより、焼結体
の引張強度、疲労強度、靱性を向上させたものであり、
高強度焼結部品の用途を拡大するものである。
特にMn量、Ｓ量、Ｐ量を適正化することにより、焼結体
の引張強度、疲労強度、靱性を向上させたものであり、
高強度焼結部品の用途を拡大するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C22C 33/02
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％にて、Ｃ： 0.1％以下、Mn：0.08
％以下、Cr： 0.5〜３％、Mo： 0.1〜２％、Ｓ：0.01％
以下、Ｐ：0.01％以下、Ｏ： 0.2％以下を含有し、残部
は不可避的不純物およびFeからなることを特徴とする高
強度、高疲労強度および高靱性を有する焼結体用合金鋼
粉。 - 【請求項２】 重量％にて、Ｃ： 0.2〜1.2 ％、Mn：0.
08％以下、Cr： 0.5〜３％、Mo： 0.1〜２％、Ｓ：0.01
％以下、Ｐ：0.01％以下、Ｏ： 0.2％以下を含有し、残
部は不可避的不純物およびFeからなることを特徴とする
高強度、高疲労強度および高靱性を有する焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12793992A JP3224417B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-04-22 | 高強度、高疲労強度および高靱性を有する焼結体用合金鋼粉および焼結体 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2763792 | 1992-02-14 | ||
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