JP3517505B2 - 焼結耐摩耗材用原料粉末 - Google Patents

焼結耐摩耗材用原料粉末

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JP3517505B2 JP00497996A JP497996A JP3517505B2 JP 3517505 B2 JP3517505 B2 JP 3517505B2 JP 00497996 A JP00497996 A JP 00497996A JP 497996 A JP497996 A JP 497996A JP 3517505 B2 JP3517505 B2 JP 3517505B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮成形性に優れた
焼結耐摩耗材用の原料粉末に関する。
【0002】
【従来の技術】焼結耐摩耗材を製造する原料粉末として
高速度鋼材用粉末が使用される例は多い。高速度鋼はC
r,W,Mo,V,Cr等が含まれる鉄基合金で、M
o,W,Vの析出炭化物と、Cが固溶したマルテンサイ
トの母相からなる極めて硬い材料で、耐摩耗用材料とし
て最適なものの一つである。そのため、高速度鋼のC量
はW,Mo,Vの炭化物生成に必要な量、すなわち、
{0.01(2Mo+W)+0.24V}%に加えて、
マルテンサイトを固溶硬化させるための0.2〜0.5
%のC量が必要となり、この思想で合金設計されたもの
が、日本、米国、欧州で規格化されている。
【0003】したがって、焼結耐摩耗材の原料粉末も、
焼結後、高速度鋼としての効果を表わすようCを含めて
全ての成分が予合金化されている。因に、高速度工具鋼
鋼材に関するJIS G 4403〔1983〕に示さ
れている鋼種の化学成分を下記表1に示す。
【0004】
【表1】
【0005】原料粉末の製造法としてはアトマイズ法が
よく知られているが、中でも経済的な水アトマイズ法が
最も一般的に用いられる。しかし、水アトマイズしたま
まの高速度鋼組成粉末は、硬くて冷間成形が不可能であ
るため、真空もしくは還元雰囲気下で焼鈍軟化処理が施
される。
【0006】上記従来の高速度鋼組成予合金粉末では、
焼鈍後、CはMo,W,V炭化物に加え、Cr,Feの
炭化物として析出するため、未だ硬く、冷間での金型成
形において十分な圧縮密度を得ることができない。圧粉
体密度が低いと寸法収縮が大きくなり、満足する寸法精
度が得られなかったり、低密度圧粉体からは低密度焼結
体しか得られず、焼結体の強度、耐摩耗性は著しく劣化
する問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】焼結耐摩耗材用原料粉
末には、焼結後には硬化して耐摩耗特性が要求される
が、焼結材の製造過程においては優れた圧縮成形性すな
わち高い圧縮密度が必要となる。そのためには粉末粒子
自体の変形抵抗が低いこと、言い換えれば軟らかいこと
が必要である。本発明はこれらの矛盾する要求特性を満
足する焼結耐摩耗材用原料粉末を提供し、焼結後には硬
化して優れた耐摩耗特性を発揮する耐摩耗材を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、Cr:3.0
〜6.0%、2Mo+W=10.0〜20.0%、V:
1.0〜8.0%、Co:10.0%以下、C:0.2
0%以上でかつ{0.01(2Mo+W)+0.24
V}%以下、Si:0.1〜1.0%、Mn:0.1〜
1.0%並びに残部Fe及び不可避不純物よりなるか、
あるいはさらにかかる組成にS:0.10〜0.8%を
添加したことを特徴とする焼結耐摩耗材用原料粉末であ
る。すなわち、本発明は、原料粉末のCを除く高速度鋼
組成に対し、C合金化量を適正に調整することにより、
成形体の圧粉密度を上昇せしめて、圧粉寸法精度並びに
密度を改善し、焼結材の強度、耐摩耗性を改善する。正
規の高速度鋼組成に対し不足したCは成形体作製時、炭
素粉末特には黒鉛粉末の添加混合で補えば、焼結温度で
炭素は十分均質に鉄基合金中に拡散し、最終焼結体では
本来の高速度鋼と同等の耐摩耗性を有する材料となる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明における成分組成の限定理
由は以下のとおりである。ただし、Cr,Mo,W,
V,Coについては既存の規格における成分限定理由と
同様である。Cr:3.0%以上の添加により母相に固
溶し、焼入性を著しく改善する。6.0%を超えるとC
r炭化物が生成し、粗大化するため材料が脆くなる。 Mo,W:両者ともM6C型の硬い炭化物を生成する。
Moの原子量は96、Wの原子量は184であるため、
Wの1重量はMoの約2重量に匹敵する。したがって、
2Mo+Wで成分を規制することができる。2Mo+W
が10.0%未満では炭化物析出量が少なくなり、十分
な耐摩耗性が得られない。20.0%を超えると、炭化
物量が多くなり過ぎて材料は脆化する。
【0010】V:炭化物の中で最も硬いMC型の炭化物
を生成し、耐摩耗性を著しく向上する。1.0%未満で
はその効果は不十分であるが、8.0%を超えると炭化
物が粗大化して脆化する。 Co:母相に固溶し、耐熱性を向上する。したがって、
使用環境が高温となるような場合に効果的な元素である
が極めて高価な元素であるため、製品の使用温度によっ
ては、必ずしも合金化する必要のない場合もある。10
%を超えて合金化しても、効果は飽和するため不経済と
なる。 Si:溶湯の脱酸剤として不可欠である。0.1%未満
では効果を発揮しないが、1.0%を超えると材料が脆
くなる。 Mn:Siと同様に脱酸剤として有効であるが、1.0
%を超えると粉末の粒子表面が酸化されやすくなる。
0.1%未満では効果がない。
【0011】C:高速度鋼では炭化物を生成するための
必須元素であるが、焼結材では成形前に原料粉末に黒鉛
粉末として添加混合し、焼結時に拡散させ、Cとして均
質に合金化できるため、本来、原料粉末に合金化する必
要はない。しかし、Cが全く合金化されていない粉末で
は、炭化物生成元素であるMo,W,Vが鉄中に固溶す
るかもしくは金属間化合物として析出するため、アトマ
イズ粉末を焼鈍してもCが適正量あるものよりも硬くな
り、圧粉密度も低くなる。少なくとも0.20%以上の
Cを粉末に合金化し、焼鈍することにより、Mo,W,
Vが微細な炭化物として析出するため、母相が軟らかく
なり、圧粉密度は向上する。しかし、Cが増量し、(M
o,W)6C、VCの生成に必要なC量すなわち、化学
量論比の{0.01(2Mo+W)+0.24V}%を
超えると、母相にCが余剰となり、極度に粉末は硬くな
って圧粉体密度は低下する。そこで成形体の圧粉密度を
向上させるため、粉末に合金化させるC量としては、
0.20%以上で{0.01(2Mo+W)+0.24
V}%以下に限定した。 S:Sは不純物として通常0.030%以下存在する
が、本発明請求項2では有意量のSを添加することによ
り、SはMnと結合してMnSを生成し、被削性を著し
く改善する。焼結体を最終仕上げに機械加工を要する場
合、0.10%以上の添加が効果的であるが、0.80
%を超えると材料が脆化する。
【0012】
【実施例】表2に示す本発明鋼粉10種と比較鋼粉8種
の合金材料の溶湯から水アトマイズ法によってそれぞれ
の粉末を作製した。水アトマイズ粉は真空雰囲気下、9
50℃で加熱後20℃/hの冷却速度で冷却して焼鈍処
理した。本発明鋼粉No.1〜5は、JIS SKH57
の成分をベースにCoの量を減ずるか、無添加とした成
分で、Cの量を本発明限定範囲内で0.22%から0.
92%まで調整したものである。因に、JIS SKH
57の標準組成は、1.20%C−4%Cr−3.2%
Mo−10%W−3.3%V−10%Coであり、この
組成では{0.01(2Mo+W)+0.24V}は
0.95%となる。比較鋼粉No.1,2は上記と同様の
成分にC量を本発明限定範囲の下限未満としたものであ
り、又、No.3,4はC量を本発明限定を超える量とし
たものである。
【0013】本発明鋼粉No.6〜10は、JIS SK
H10の成分をベースに、被削性改善の目的でSを添加
した成分に、C量を本発明限定範囲内で0.23%から
1.24%まで調整したものである。因にJIS SK
H10の標準組成は1.50%C−4%Cr−12%W
−5%V−5%Coで、この組成では{0.01(2M
o+W)+0.24V}は1.32%となる。比較鋼粉
No.5,6は上記と同様の成分にC量を本発明限定範囲
の下限未満としたものであり、又、No.7,8はC量を
本発明限定を超える量としたものである。
【0014】焼鈍処理した粉末に、焼結後、C値が本来
の規格値となるように黒鉛粉末を添加、調整した。すな
わち、本発明鋼粉No.1〜5並びに比較鋼粉No.1〜4
は1.20%Cに、本発明鋼粉No.6〜10並びに比較
鋼粉No.5〜8は1.50%Cになるように調整した。
さらに潤滑剤として、ステアリン酸亜鉛を1%添加し混
合した。これら各粉末を36mm外径×24mm内径×
3mm厚のリング形状に6T/cm2圧で金型成形し、
圧粉密度を測定した。この圧粉成形体を真空下にて12
00℃×1時間焼結し、各々を密度測定、硬さ試験、圧
環テストに供した。結果を表2に併記した。
【0015】
【表2】
【0016】
【表3】
【0017】表2に示すとおり、本発明鋼粉No.1〜5
は圧粉密度6.48g/cm3以上が確保されているの
に対し、C以外の成分が対応する比較鋼粉No.1〜4
は、圧粉密度が6.31g/cm3以下と低い。図1は
これら9種の圧粉密度を横軸のC量に対応するように示
したもので、C成分の本発明限定範囲が圧粉密度向上に
有効であることが判る。この圧粉密度がそのまま焼結密
度に反映され、かつ、焼結密度がHRC硬さ、圧環強度
にも影響していることが表2の結果より明白である。す
なわち、本発明鋼粉No.1〜5ではHRC硬さで52以
上、圧環強さで850MPa以上が確保されているが、
比較鋼粉では、HRC硬さで49.1以下、圧環強度で
720MPa以下である。本発明鋼粉No.6〜10とこ
れらに対応する比較鋼粉No.5〜8との比較でも、表2
およびこの結果をグラフ化した図2から判るとおり、上
記と全く同様に本発明限定成分内のC量において、圧粉
密度、焼結体の密度、硬さ、圧環強度で優れた特性を得
ている。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、圧縮成形性に優れた焼
結耐摩耗用原料粉末が得られる。従って、一定の圧力成
形で高い圧粉密度の成形体が得られ、その結果として、
これを焼結することにより、高い焼結密度で、高硬度、
高強度の焼結耐摩耗材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における本発明鋼粉No.1〜5と比較鋼
粉No.1〜4の圧粉密度を示すグラフである。
【図2】実施例における本発明鋼粉No.6〜10と比較
鋼粉No.5〜8の圧粉密度を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽田 裕二 栃木県宇都宮市平出工業団地1番地 三 菱製鋼株式会社宇都宮製作所内 (56)参考文献 特開 昭61−243155(JP,A) 特開 昭58−73750(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 B22F 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cr:3.0〜6.0%(重量基準、以
    下同じ)、2Mo+W:10.0〜20.0%、V:
    1.0〜8.0%、Co:10.0%以下、C:0.2
    0%以上でかつ{0.01(2Mo+W)+0.24
    V}%以下、Si:0.1〜1.0%、Mn:0.1〜
    1.0%並びに残部Feおよび不可避不純物よりなるこ
    とを特徴とする焼結耐摩耗材用原料粉末。
  2. 【請求項2】 請求項1の組成にさらにS:0.10〜
    0.80%を添加してなることを特徴とする焼結耐摩耗
    材用原料粉末。
JP00497996A 1996-01-16 1996-01-16 焼結耐摩耗材用原料粉末 Expired - Lifetime JP3517505B2 (ja)

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