JPS58722B2 - 高速度鋼粉末の還元焼結方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高速度鋼粉末の還元焼結方法に関するもので
ある。

最近、高速度鋼の噴霧粉を熱間静水圧圧縮、熱間粉末鍛
造などで高密化して工具を製造する方法が行なわれてい
る。

これは急冷された噴霧法を使用することによって従来の
インゴット・プロセスでは得られない著しく微細でかつ
均一な組織の工具を製造することができるためである。

原料粉末を噴霧法で製造する場合には、表層の酸化を極
力防止する手段をこうじなくてはならない。

酸化物が残留する場合には衝撃値等の機械的強度が低下
し、粉末製品の品質が低下する。

そこで原料粉末にも酸素量が少ないものを用いることが
必要で、水噴霧法においては不活性ガスの窒素、アルゴ
ン等の雰囲気を用いるが、ガス噴霧法においては窒素ガ
ス、更に酸素量を低下させるにはアルゴン噴霧の水中冷
却、更にはアルゴン中冷却の方法がとられる。

しかしアルゴンガス噴霧法では原料粉末のコストアップ
の原因となって好ましくなく、ガス噴霧法よりも水噴霧
法で製造されたものが最も価格的に安く製造し得るもの
である。

高速度鋼粉末の成分には比較的還元しゃすいＷ、Ｎｉ、
Ｍｏと、難還元元素のＭｎ、Ｃｒ、Ｖが含まれている。

後者の元素は酸素との親和性が強く、溶解時に少量の酸
素含有量の増加と、噴霧過程における高温と、比表面積
の増大による表層酸化物の増加は、この製造法では不可
避である。

次にこの種の粉末を粉床冶金に使用する場合には、焼結
を行なうため熱間加熱の工程を経なくてはならないが、
還元雰囲気での焼結体は表面が非常に活性化されていて
酸化されやすい。

一般にはアンモニヤ分解ガスの還元雰囲気が使用され、
露点も低く管理されなければならない。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは、安価な水噴霧法で得られた高速度鋼粉末を
使用し、表層酸化物を焼結と同時に効果的に還元する方
法を提供することにある。

以下本発明を説明する。

水噴霧法で得られた表層に多量の酸化物を有する高速度
鋼粒子の表層部分にこの粒子の重量に対して１〜７％（
重量比）のフェノール樹脂を密着した状態で均一にコー
ティングしてレジンコーテッドパウダ（Ｒ，Ｃ，Ｐ）と
する。

これを必要形状に圧粉成形後、窒素雰囲気のヒータ加熱
による還元炉内に挿入する。

これによって樹脂は熱分解し、低温域ではＣＨ４、Ｈ２
等の可燃ガスを発生し、このカスは排出塔から出て炉外
で燃焼させる。

このように高速度鋼粉末圧粉体を炉内に搬入する場合、
いきなり１０００〜１３００℃の本焼結域の高温域に入
れた場合、急激な樹脂分解によって多量の煤を発生して
炉材、発熱体の劣化を早めるため、炉入口には４００〜
６００℃の低温域を設けてこれに５〜１０分間通過させ
、この間に可燃ガスとして分解排出させるのがよい。

その後１０００〜１３００℃の還元、本焼結域に３０〜
１２０分保持させる。

上記製法により得られる焼結体鋼粉の還元は温度と時間
によりきまるが、還元速度は温度の影響を支配的に受け
る。

焼結体鋼粉の酸素含有量は焼結体の機械的強度確保のた
め１１０００ｐｐ以下にする必要がある。

一方還元温度が１０００℃以下では銅粉酸化物の分解還
元速度が遅く、また１３００℃以上では加熱炉の耐久性
に問題があり、これ以上の高温は工業上望ましくない。

そして上記範囲の還元温度で酸素量が１．０００ｐｐｍ
以下になるような還元を行なう場合、３０分より短い時
間では充分な還元がなされず、また２時間を越える必要
がなく、２時間で十分還元でき、それ以上還元時間をと
るのは不経済である。

ここでは金属粉の表面に残留した樹脂分解後の炭素は金
属粉末表面の酸化物と強力に反応して還元する。

炉内雰囲気は脱炭しやすい水素を含む雰囲気ではなく窒
素を使用する。

このときの反応は、となる。

この還元反応で発生した反応カスは窒素気流と共に排出
され、還元反応は進行する。

コーティングされたフェノール樹脂は還元作用があると
同時に還元後期に進行する加炭の効果もあり、還元焼結
完了後の残留炭素計はフェノール樹脂コーディング量と
還元時間、温度によって目標の炭素量に自由に調整する
ことができる。

このフェノール樹脂はまた圧粉成形時の金属粒子間およ
び金型との間の潤滑の効果、および金属粒子間の結合剤
としての効果もある。

フェノール樹脂を金属粒子にコーティングすることによ
って前述の還元効果が向上する。

また従来の黒鉛粉等との混合体では比重差による分離（
ラミネーション）とか、飛散があって作業性が悪く成形
体の均一性が阻害されるという欠点があったが、樹脂を
コーティングした場合には上記の欠点がなく作業性が良
くなり、さらに還元反応にムラがなく、酸化物に密着し
た状態で還元反応が進みより効果的である。

すなわち、水噴霧法では高圧高速水流によって溶湯が粉
砕され、同時に急速冷却されるため、噴霧形状は凹凸の
多い複雑な形状をなしている。

このため表層の酸化被膜の表面積が大きく、かつ奥まっ
た部分の酸化物も還元するためには、内部にまで十分樹
脂を浸透させて密着させる必要がある。

このため樹脂を溶解させ密着させるにはコーティングす
る方法が最も効果的である。

レジンコーテッドパウダ（Ｒ，Ｃ，Ｐ）の製造方法とし
ては、低温で行なうコールド法があるが、これはフェノ
ール樹脂をメタノールで溶解し混合被覆後、メタノール
を気化させる方法である。

しかしこの方法では刺激性のガスが発生して公害上おも
わしくなく、またメタノール気化に時間を要し、さらに
ブロック状になりやすい欠点がある。

これをドライホット法で行なう場合には、銅粉を約１５
０℃に加熱し、これを混線機内にて必要量のフレーク状
または針状のフェノール樹脂と共に混合し、約１分径１
００℃程度で排粉し、複合化しないよう強制分散させろ
ためにコンベア上にて送風冷却しながら分散する。

この方法はコールド法より費用は安く、公害上の問題も
なく、さらに保存安定性が良い。

フェノール樹脂の種類としてはノボラック型（熱可塑性
樹脂）を使用する。

これはレゾール型（熱硬化性樹脂）では燃焼後の残留炭
素量を低減することが困難なことと、成形体粒子間の結
合力が弱い銅粉にコーテングする際の硬化速度が速いた
め処理がしに（い欠点をもっているからである。

ノボラック型では残留炭素量を重合度を変えることによ
って２０％にまで変えることができ、硬化速度もおそ（
コーテングしやすい。

この場合硬化剤としてのへキサメチレンテトラミンはア
ンモニアガスを発生し、また残留炭素量を増加し、さら
に硬化速度をはやめることから使用しない。

またノボラック型を使用する大きい特徴としては、圧粉
成形体の強度（焼結前）をきめるラトラー値が高い場合
には、成形体を２００〜３００℃で１０分程度の低温ベ
ーキングを行なえる理由もある。

上記の分子式での重合度ｎは１０以下で、重合度を変え
ることによって残留炭素量を２０．３０４０％に変えて
添加量を調整することができる。

銅粉にコーティングするフェノール樹脂量は、１％より
少ないと圧粉成形体の強度が弱く、ベーキングするとき
のとりあつがいで欠肉等のカケを起こしてしまい、また
７％より多いとベーキング時にフェノール樹脂の分解ガ
スで成形体の崩壊が生じてしまい、その結果上記フェノ
ール樹脂量は１〜７％、好ましくは２．５〜３．５％が
適当である。

次に銅粉の成分としては、原料の溶解中に脱酸材、炉材
等から混入する恐れのある難還元性の酸化アルミニュー
ム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、シリカ等はで
きるだけ少なくなければならないことはいうまでもない
。

実施例 水噴霧法で得られた第１表で示される成分の高速度鋼粉
末（ＳＫＨ９，５ＫＨ５７）に残留炭素量２０％のフェ
ノール樹脂を重量比で２．５％ホット法にてコーテング
してＲ，Ｃ，Ｐとした。

試料寸法１２．２５φＸ２．７ｍｍの大きさに、成形圧
力５ｔ／ｃｍ２で圧粉成形後、５１／ｍｉｎの窒素気流
中で、１２００℃で６０分、１２０分還丸焼結した。

第２表には還元焼結前後の酸素量を示し、２時間後には
初期酸素量は約１／８に低減されている。

銅粉の成分には１２００℃では還元の困難なＳｉ、Ｖが
かなり含まれる状態での還元結果である。

第３表には同じく上記条件での還元焼結前後の窒素含有
量を示し、１２０分後には０．６〜０．８％の高窒素含
有結果が得られた。

１２００℃、１時間還元焼結炉内で常温に冷却後、１０
４０℃１０分、Ｎ２気流中で再加熱後据込み鍛造を行な
った。

鍛造品は１２３０℃：５分アルミナ中に保持後、油中冷
却で焼入し、５５０℃９５分保持後空冷焼もどしを行な
った。

第４表には鍛造熱処理後の０１Ｎ量およびＨｖ硬度を示
す。

本発明は以上のようになるから、安価な水噴霧法で得ら
れた高速度鋼粉末を使用１〜でその表層酸化物を焼結と
同時に効果的に還元することができる。

また上記焼結還元を窒素カス気流中にて行なうことによ
り、焼結体の窒素含有量を増加せしめ熱間鍛造後の性能
が向上し、結晶粒の倣細化、焼もどしかたさの増大な図
ることができる。

さらにらトラ−値が向上して圧粉成彩体の強度な得ろこ
とができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １水噴霧法で得られた高速度鋼粉末に、フェノール樹脂
   を１〜７％（重量比）の範囲で上記鋼粉の表面に均一に
   被覆配合してレジンコーテッドパウダとした後、これを
   圧粉成形し、ついで窒素カス気流中で１０００〜１３０
   ０℃の還元温度に０．５〜２時間加熱することによって
   、フェノール樹脂の熱分解後に残留する表層に密着した
   炭素によって表層酸化物を還元すると共に、残留炭素量
   をも自由に調整し、なおかつ窒素含有量を増加せしめる
   ことを特徴とする高速度鋼粉末の還元焼結方法。 ２水噴霧法で得られた高速度鋼粉末を約１５０℃に加熱
   してこれを混練機内にて必要量のフェノール樹脂と共に
   混練し、ついでこれをコンベア上にて送風冷却しながら
   分散させてレジンコーテッドパウダとしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項の高速度鋼粉末の還元焼結方
   法。 ３高速度鋼粉末の表面に被覆配合するフェノール樹脂に
   低温ベーキングによってラトラー値を向上し得るノボラ
   ック型を用いてなる特許請求の範囲第１項の高速度鋼粉
   末の還元焼結方法。 ４圧粉成形体の強度をきめるラトラー値を向上させるた
   め圧粉成形体を空気中で２００〜３００℃の加熱温度で
   約１０分程度ベーキングを行なう特許請求の範囲第１項
   の高速度鋼粉末の還元焼結方法。