JPS5947346A - 高合金粉末 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は話者藩鋼粉宋、この粉末を用いる粉末冶金製品
の焼結方法及び焼結晶に関するものである。 従来、粉末冶金用金属粉末は主とじで破砕法及び水噴霧
法により製造されてい４）３、（ｉ：′ｉ、砕法ＦＪＩ
、脆性金属であるマンガン、クロム、アノテモン、ビス
マス、コバルトの如き単−全身−４又（・よ人為的に脆
化された金Ｊ’Ｍでりる海綿鉄、　ＪＧ　′Ｊｒ（鉄等
、もしくは脆い合金（金ｒ間化合物を含むンであるＦｅ
　４．ｔ。 Ｆｅ−Ａｔ−Ｔｉ、　Ｎｉ−Ａｌ、　Ｎｉ−Ｔｉ、　Ｆ
ｅ−Ｃｒ、　Ｆｅ−８グ等ｆｊついて行われてい４）。 １グこ水１ｆ！χり法仁１：金屈又は合金の溶湯を水に
より（４械的に噴倉咋化する方法でりり、甚だしく酸化
性が高い金札・台金以外に広く適用される。こ）１．ら
の方法でイｕられた粉末の相は平衡相である。すなわち
、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ粉末につい１１ｒ、Ｌ、　α
−１’ｅ相、　Ｐ、１２３Ｃ，等の炭化物相、その他の
４口は平壱４状態で生成する相でおる。 ｌ記従来法Ｖヒより製コム塾れた粉末反ひこＪ’Ｌを原
料とした粉末

【１′バｌｉ−’ｊ４品について本発明；
’ｉ＆、４．以下のような観点７１Ｓらノ１．：不的４
フ・７討を行ノた。 （イ）従来の（波砕による粉末製造り釜、易性：従来法
において、人ｌ−、的婬脆い金わｉでおる海札鉄及び電
私′鉄を１１小ことにより粉末胎生）、ト品のコスト上
昇の原因と／Ｉ’ね。また、人為的に’ｃ　：ｐｉｇい
台金な作４）と、この合金中リノ危性・）；ｊがし）未
冶金表品のし人。 性を低下さぜる危しとかおり、；３°６結中１４．−こ
の脆ｔし１１１に゛消滅させるための’ｉ’ｆ　４にの
か５　Ａ’＋’ｉ　：Ｆ＋’Ｇ件ｒバ択す４、必２２か
をノる。 （ロ）　　イ分７１宕行爬ｉ製品Ｑノ成多す均貨逢イ生
：　プ寸ｔ：：ｌ’ｊ　ｊ員わ１で成分り拡散等［、Ｌ
るＩ３，４分Ｊ′Ｊ−化が起こるか、これは平衡相がど
のように鼓化する〃・の程跣に〃・かつている。ここで
平衡相とは例えばＩｉ”ｅ−ｅｒ−ｉ〜■０粉宋につい
ていえＱ」：、α−Ｆｅマトリックス中のＩＶＩ２３Ｃ
６等の炭化物１がどのように均一分散するかが成分均質
化の程度を決定するが、炭化物はマトリックス中に既に
分散されていイ）ので、」二記成分均質性はＤｌ（粗粉
末の１へｖ法に起因するというｌｊｌ界があ／−）０ 従来、超急冷合金のイｉＪｒ究において、合（ピを’／
＜？融状態から超急冷しｆこ１７１合、過自第１１固溶
体、非平衡結晶Ｒ相、あるいＶよ非晶質相とい−〕だ非
平衡相が、’Ｉ−：ｉ定の合金組成では形成されること
が知られてい／′、〕。 本発明−８は」二連の点（イ〕及び（「りの点を７行識
して、超Ω、冷合金り研究を行っていた：１１１Ｍ程で
、２０〜５０％１１７）Ｃｒ　と、３．０〜３．ｆｉ　
’％のＣと、５〜２０条のＭＯ及び１５〜４０係のＷの
少なくとも１釉と（白゛分率は特記しない限り重量係）
、　残部Ｆｅとからなる高合金が非平ｈ＋単−相を呈し
、かつ従来の粉末冶金原料及び製品の問題点を解消する
ことを見出して本発明を光成した。 すなわち、本発明は、ＸＵ　；＋１比で２０〜５０％の
Ｃｒと、３．０〜３．６％のＣと、５〜２０ｏｌ）のＭ
。 及び１５〜４０％のＷの少なくとも１種と、残部Ｆｅと
からなる組成をイｊし、かつ非平衡単−相を呈すイ）微
細結晶粒組織を有するｂ合金外粉末を提供す４・。 辷らに、本発明をよ、魚）ｌシ比で２０〜５０係のＣｒ
と、３０〜３．６条のＣと、５〜２０係のＭｏ及び１５
〜４（）係のＷの少なくとも１陣と、残部Ｆｅとからな
る組成を有し、かつ非平衡単−相を呈する微細結晶粒組
織をイＴ干る晶合金呑粉末を焼結の原料粉末として用い
、この原料粉末を圧粉し、前記非平衡単−相の一部が平
衡炭化物相に変化する温度１／Ｃ圧粉体を加熱してその
焼結を行い、前記平衡炭化物相への変化の際起こる前記
重合金粉末の原子の移’ＩＱ）により均質な焼結合金を
製造する方法を提供す４）、。 さらに、本発明ケ、［、重柘比で２０〜５０チのＣｒと
、３．０〜：３．６％のＣと、５〜２０　％のＭｏ及び
１５〜４０係のＷの少７ｔぐとも１鍾と、残部Ｆｅと〃
・らなイ）組成な；１」シ、非」・′切半−Ａ目〃・ら
析出した炭化物を微細に分散してなる重合金粒子を含ん
でなり、而［Ｉγ耗性に侵れブご焼結合金を４Ｈ４供す
る１、先ず、本発明に係る高合會、し”ｊ　ｚｉ：　Ｖ
して）い−Ｃｔ；′１′、明する。この高合金粉末にお
いて、Ｃｒ２Ｏ〜５０グン、Ｃ３，０〜３．６　％、Ｍ
ｏ５〜２０％及び／又はＷ１５〜４０％、残部Ｆｅの範
囲と１７たのし、シ、Ｃｒ。 Ｍｏ、Ｗ及びＣがこの範囲外ではＪし［′仔゛ツ単−相
が形成されないからである。この非平街−！Ｉシー１１
比１：　ｒｉｆ融合金合金しくは後述すＱようｔ方法に
よｊ）Ｎ＋’Ｉ（／（８）以上の冷却速度で超急冷Ｊ−
／、ＪことＬシＪす１（」られる。また、本発明におけ
る非平０・ス単−相と（・、１１、通常のＲＪ調製法よ
るＦｅ　−Ｃｒ　−Ｉｖｌｏ　（：ｖＶ）−Ｃ合金と比
和こして説明するならば、この合金で番；Ｌ通常マトリ
ックス相であるフェライト又＆、Ｉ：マルデンリ゛イト
Ａａ絃中＆Ｃ１Ｒ４ｚ３Ｃａ、　Ｒ４４Ｃ３，ｒ４＋ｃ
　７．＋Ｊσ、１１］等が分数した多相１１１紙が形成
−Ｃ：　ｌＬ％　この組織中、）Ｋ、ｌ、７成相は平゛
ｉν￥ｉ状態でも形成δＡ１、／ｂもＱ）である、１ど
こ、うが、不発明の高合金粉末では組絨シ」、単−相で
・りり且つこの相は平ｒ″グ状態では−ｒＬ在しえない
相である。この相は本発明者がＸｆＤＡ回折により同足
したところα−Ｍ乳型横型構造化合物ることがほぼ確実
になつた。Ｆ”ｅ　−Ｃｒ−Ｍｏ又はＷあるいはＦｅ　
−Ｃｒ　−ｒｓ’Ｉｏ　−Ｗの三元又は四元１（ｅ子、
金において従来この上うな第１°り造の非平衡相Ｃよ見
出さＩしていな７Ｊｓっだ。上述の非平衡単−相の工業
的意義は、組成の異なる位数の相がＦ　ｅ−Ｕｒ　−Ｍ
ｏ　（Ｗ）　−Ｃ合金中にａ在せず、したがって顕微録
組餓のレベルで均質性を有するＦｅ　−Ｃｒ　−Ｍｏ　
（Ｗ）−Ｃ合金を、微細に分割して９末とすると粉末粒
子間でも粉末粒子内でも成分の分布が均一であるため、
粉末冶金製品の均質性がｔしく高められる点にのる。さ
らに、非平衡単−相よりなる島台金粉末は非常に脆く６
易に粉末になることが判明した。したがって、本発明の
高合金粉末は従来のＦｅ−Ｃｒ−八ｉｏ　（Ｗ）　−Ｃ
＠金では決して得られｌＩ／′１特色をもっており、粉
末冶金に寄与するところが大である。 υ、に、焼結方法について説明す２）、。 本発明の高合金粉末は非常Ｖこ熱に敏感であり、焼結１
．“１非平衡単−相は分解し、αＦ’ｅ＋Ｍ７Ｃ３又は
αＦｅ　＋　Ｍ２ｓ　Ｃａといった炭化物分解反応を生
じる。 この反応を従来のｌｉ’ｅ　−Ｃｒ　−Ｍｏ　−Ｃ合金
の焼結時の反応と比較するならば、この合金で（−↓炭
化物反応又は固溶度の変化めるい杭１−変聾で、■（・
−より、原子の移動が起こるが、この合金のＡ：’ｔ　
ｂ、”、相にイ！Ｍｌ相であるため、本発明の場合より
も原子の移動は緩慢でちる。一方、本発明の場合は灰化
物分解反応ｔま８７３１（以上で非、背に活発であるた
めに、この反応に伴う原子の移ｆｉ■１１を焼結促進Ｃ
（利用すると原料粉末間の焼結反応が促進されることに
本発明者Ａ’ｊ′は着目した３、より具体的に述ベクと
、焼結は単体金属（合金）と炭化物等の化合物間おるい
は単体金属（合金）間て行われるが、１ｉｉＪ　、、ｒ
ｌ−こは（１，・１；れの問題があって原料粉末の種類
に制限があＺ）。ブ７ζ後者でも焼結性が良くない」ノ
）合は液相ハ’ｌＩ”ｌ′Ｊか行われる。これに対して
、本発明の場合はｉＢ、″、結反応促進による焼結性の
改良によって、焼結上の制限が緩和さＪしるか又は性能
が優ｊした焼結合コＪｉがＪｊｙ供さ７’Ｌる。 名ｌ−）に、上記炭化物分解反応にイト−）て、八１□
Ｃ３゜Ｍ２３Ｃ６等の安定炭化物を形成し、ｊ、　’ｘ
　旋剰Ｃｒ、〜１ｏ。 Ｗは基地へ拡散し、基地を強化するりで、焼結製品の強
度、４几・二耗性及び耐熱性が向上する。 原料粉末としては、本発明の高合金粉末単独又はＦｅ基
、　Ｃｏ基、Ｎｉ基単体金鵜又は合金、炭化物等の９１
用いずれであっても、上述のイｉＪ点が得られる。 Ｋノ“５いて、本発明の焼結合金を従来のものと対比し
て説明する。 従来の焼結合金の組織はある平衡相が別の平衡相に焼結
中に変化して形成さノｔたものでりるが、本発明り組織
は非平衡単−相から析出した安定な炭化物の分散相によ
り従来のものと区別できる。 この炭化物の分散相は極めて微細に分散しており耐摩耗
性を著しく向上させ０゜−また炭化物粒径は】ミクロン
以下である。一方、従来の焼結合金の炭化物粒径は水噴
霧、“＜％合金鋼粉末を使用した場合に最小１０ミクロ
ンまで細粒化できるに過ぎない。 このような点〃・ら、本発明の焼結合金の耐）γ磁性は
従来りものよりも格段に改良される。 以下、本発明の犬施態様を説明する。 所定組成のｒＩ曾４’ｊを超急冷して得た合金を一２５
０メツシュに机械的に又は水噴肢法により粉末化し、本
発明の高合金粉末を得々）。このｌｊ’ｊｌ　４Ｊ金粉
末を、必要により、黙鉛粉、　Ｆｅ、　ｃｏ、　Ｎｉ　
　ｌ？：の単体又は合金粉末とＶ型ミキサー等により約
３０分間混会混合。この場合、がせＦ１剤どして公知の
ステアリン酸亜鉛０．５〜１．２重基係も同時Ｑこ混合
ず４．ことが好ましい。次に、混合粉末を４〜１２トン
／ｃｒＡの圧力で圧縮成形し、得られた圧粉体？真荒中
又は還元性雰囲気中で焼結する。焼結渦１民は）１ｊ１
常の温度であってよい。 本発明り好−ましい実施Ω（（様によ２）と、ｊ！：ｉ
常の焼結温度より１０〜１００Ｋ低い温１丁で１３凱清
を行いつる。これは、非平衡相の擬平衡状層図の固相線
が平衝状態図Ｖ）同相五″メより低温になるＩＣのでお
る。 さらに、本発明の高合金粉末は原註粉末の１０体積係以
上であることが好丑しい。 以下、本発明のプを施例なｉｉｔ’ｔ、明−Ｊ−２，（
。 冥施例１ 金属クロム、金属モリブデン、銑鉄（４，４％Ｃ）及び
活性炭を内径３０配、深５１２０ｍｍリタンマン管へ装
入し、底部から活性炭、金属クロム、金属モリブデン及
び銑鉄の順にセーノトし高周波溶解した。溶落後、１７
００にの溶湯を＃４不透明石英管で吸上げ、凝固させ、
放冷後、前記石英管スハ〔っＦｅ　−Ｃｒ　−Ｍｏ−Ｃ
母台危な取り出した。そのＡ１１成は２５．８２％　Ｃ
ｒ、３．３４％　Ｃ，７，９４％△’Ｊｏ　、　ａ　？
ｆＢＦｅであった。 次に、第１図に示す急冷凝固装置により超急冷を’ｔ’
Ｊ−、：’　ｆｃ　ｎ　第１し１にＪ？いて、１はヒー
タ、２は底しこ直径Ｑ、　４　ｍｍの孔があるみ明石英
管、３はアルコン刀スｖ１込み装［′ｉ、４は冷却ロー
ル、５ｔよ冷却ロール４を回転部ΦＩＪす、ｂモータで
ある。母・Ｂ′合金を２　！　４”ｒ、ｐ＋ｊ　シ、１
６００　ｒ＜　０ｉｆｆ度テ透明石英符２の底置・、ｂ
孔より収出して、６０００ｒｐｍで回転する冷却ロール
４に吹付り、約１　（ｌ　Ｋ　／ｓ釦の速度で超冷却し
Ｉこｇｅｌ−）れた合金の組織＆、ｉ第２図に示されて
いるように単−相組織で結晶粒１ミクロン以下である。 図りコントラストは鋳造欠陥によるものである。合金は
非常に硬く、且つ非常に脆〃・った。この合金を乳鉢で
粉砕して一２５０メツシュの高合金粉末を作成し／ζ。 、 実施例２ 実力ｍ例１の１（唱合金粉末を原料り一′りとし７“Ｃ
焼結合金を調節しｌこ。原料Ｃま仄ジノと９ｊｌ　ｌ’
１．’＋合し／（−８高合金粉末（−２５（ｌメノン、
）　　　　　２３：！係水噴６鉄粉（−１（ン０ツノ／
−Ｌ）　　　　７５７・メ黒鉛粉（１μ７ｎ以Ｆ）　　
　　　０．２係ステアリン酸亜韻（市販−級試・と）　
　　　　０８形焼結員−件は仄のとつりであっΔ−０ 成形圧　　　　　　　　６１・７／ｃｎＩ焼結温涯　　
　　　　　　　　　　】、１４り８■〜雰囲気　　　　
　　　　］　（１”’Ｉ’ｏｒｒ（−＋、−空中） 得られた焼結合金の硬さｉｔ　ＩＩ　Ｒ１（９０−１（
１０であった。 焼結冶金の光学顕微鏡λ」１織馨１１１３図６・〜示す
。Ｉ゛〕１中、Ｃは本発明の重合金粉末の焼結みれたわ
ｊ子でのり、Ｄはパーライト組にもこのマトリックスで
、しり、Ｃと００間の矢印の１ｉｕｓ分にＬ＋’ｅ　−
（：ｒ−ｆ＋４ｏの４ｉ　＜ｒンＪ＃ｊが形成されてい
る。なお、非３１′−＋シＩ−ＩＩ＋−，１１Ｊ／）・
Ｉｄ上ブｑ・１′した炭化物は７００倍の倍率では明瞭
に検出できない。このような微細な炭化物を１０００℃
×１時間の熱処理で生成させ、４００００倍で検出した
結果、微＋１’ｌｌｌな炭化物が均一に分散しているこ
とが確認された。 実力（μ例３　（比Ｉ鮫例） 本発明による高合金粉末の代りに従来の破砕鉄粉末を月
１い、次のような配合のＩＪｇ、料を調製した。 鉄粉末　（−１０（＋メツシュ）　　　　　　　　　９
５２条黒鉛粉末（１μｍ以下）　　　　　　　１０≠ク
ロム粉末（−２５０メソシ、、）　　　　　　　　　　
３．（１”るステアリン酸亜鉛　　　　　　　　　　　
　　　（〕、８悌か゛昌１−条件は次のと９９であった
。 成形圧　　　　　　　　６トン／ｃｒｌ貌結温度　　　
　　　　　　　　　］４７３に雰　囲　気　　　　　　
　　　　　　　　　　分Ｊ’／Ｎ７ン七ニアガス大り式
摩耗試駁Ｉ饋で相手材を３．０％Ｃ，２，０係５ｉｄｊ
ｔ麩と（、てＸ−粍試、駒な行った結果を第４図に示す
。図中−×−れ１比軟例、−〇−は実施例３を示す。不
発明の焼結合金は比較例のものに対してあらゆる厚部速
度域で没り、た削２１γｉ’ｌ’；ｌ”Ｌへ何イするこ
とが明らかである。 実施例４ ２０．５％Ｃｒ、　　７．５％ｈｌｏ　、２８＋３１７
Ａ　＋Ｖ　、　　：２．７　・了ｂＣ。 残部１１゛ｅの１ｆ１１成を有し、非平衡単−相」す／
１−る−２５０メツシーの高合金粉末を実施イＸｌ　］
とｌ”ｌ　４．ｉｎな方法で調製し、−１００メノシエ
の１人粉末２０′糺ノ、：、目、）粉末１．０係ととモ
Ｉ／’−混合し、’４ｒ）　［ツｉ　Ｌ　ｆＣ混イｒ　
物ｋ　７　ドア／ｃｒ＆　）加Ｊ上刃で直仔、　Ｉ　Ｏ
＋ｐｘ、　ｊｊ；ｌさ７　ｍｍの円盤に成形し、真空中
１０　　’ｆ’ｏｒｒ　、　　ｌ　４Ｇ３　Ｋ。 ３０分間の条件で焼糺し／こ。パーン−１１−組織のマ
トリックスにＭ２３Ｃ６炭化物が１ｒ’ｉ’、　ｉ　ｌ
ｉｌ均−ＶＣノＪ・ｆｆｔ　ｌ−た、硬度Ｈｖｆｉ７０
の’ｇ、’ｓ　Ａ：；ｊｊ、／：、ｙるアが：：ＩらＩ
した。 ′、−Ａ箱例５ ２３．５１　”Ｉｙ　Ｃｒ、　　］　６．６７５ｂ　Ｗ
、　　’；ｉ、Ｏｉ＋％　Ｃ，残’：ｒｌｌ　Ｆｅから
なるＸ［１成を有ず／）非イト鴫（印−・相からなる１
ｔ′５合金粉末を実施例１と同罫の方法で調製し、続い
て実施例４の方法により焼＃ｔｌｉ合ｊ、’ｌＲを′１
１籾１した。 こ（つ結果、パーライト組織りマトリックスにＭ２３Ｃ
θ炭化物相が分散した、硬度１１ｖ　４旧）・７つＪシ
を結自金が得られた。 なお、比較例として、通常のＦｅ−２０φＣｒ合金の破
砕粉末（−１００メツシー）１５％、　鉄粉末（８２２
係）、その他は上述の原料と１・Ｉ］じ配合のもＱ）を
月１い、上述のが６結条件で焼結合包を製２、ムした。 実施例３と同４−゛ｐに摩耗試験を行った結果を第５図
に示す。図中−・０−け実施例５．・・・×・・・Ｖよ
比較例を意味ずゐ。第５図より、本発明の焼結合金ｒ／
ｉ侵れた耐摩耗性をもりことが分力・る。 実施例６ 実施例１と同様の方法によって、２５．８２φＣｒ。 ３、３４　％　Ｃ、７，９４％　Ｍｏ、残部Ｆｅの組成
を有し、且つ単−相組織の１．６合金粉末を製造した。 この高合金粉末を原料の一つとして焼結台金を調製した
。 原料は次のとソリ配合した。 ｉ？？ｉ会金粉末（−２５０メツシユ）　　　　　　　
２３．３’矛鉄　粉　末（−１００メソシ幻　　　　　
７５．７％Ｌ、！−＋＋鉛粉末＜３ｔｔｍ以Ｆ）　　　
　　　　０．２％ステアリン酸亜鉛　　　　　　　　　
　　　　　　０．８チ焼結条件は次のとうりであった。 成形圧　　　　　　　　６トノ／ｃ４ 焼結温度　　　　　　　　　　　　］４３８に雰囲気　
　　　　　　　　　　水譜／カス時　　　間　　　　　
　　　　　　　　　　　　３０分この結果、マルテンサ
イト相、（−ｒ、　Ｍｏを固溶したα−Ｆｅ相及びＭ２
３Ｃ６炭化物１１］が分散しており、また硬度■■ＨＢ
　９３．　（ｌ　）、”）’ｂＭ−”Ｂ金カｌＪう！＋
だ。

【図面の簡単な説明】

Ｊ　Ｉ　Ｗ　Ｖ−Ｊ’、　急Ｍｒ　Ａ’Ｅ　ＧｉＪ装ｐ
’ｆ（１）イ１（゛Ｌ念図、第２図は２５．８２％Ｃｒ
、　　３、：（４％Ｃ，７，９４ＡＭｏ　、残部ｌ；”
ｅ、！、りなり、非−１’衡ｔｐ、　−Ｊ１］ｋ　有ｊ
−る合金の金属顕彼鏡写真（倍率３０．　（１（１０倍
）、第３図ｔユ本光明りす〕１１、結台金の金！Ｉ’ｉ
　３７＋ｉ微鈴二Ｉｆ真（倍率７００倍）、 第４図及び第５図ｔよ摩Ａし試験（１）　ｉｉ、ｉ果を
７Ｊ’＜すグラフである。 １−ヒータ、　　２−透明イ」英ゞ目、　　４−ｔ’＋
５ノ；１ｊロール。　Ｃ−高合金鋼ねｒ−１Ｄ−マトリ
ックス。 亭１１．“・“１ Ｂｔｑ、　２℃４ 第３回 第４回 １！ｌ　　擦　速　ｊす

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １０重量比で、２０〜５０％のＣｒと、３０〜３６φの
   Ｃと、５〜２０％のＭｏ及び１５〜４０φのＷの少なく
   とも１種と、残部Ｆｅとからなる組成を有し、かつ非平
   衡単−相を呈する微細結晶粒組織をイ１する高合金栴粉
   末。 ２、重量比で２０〜５０％のＣｒと、３．０〜３．６係
   のＣと、５〜２０チのＭｏ及び１５〜４０％のＷの少な
   くとも１種と、残部Ｆｅとからなる組成を有し、〃・つ
   非平衡単−相？呈する微細結晶粒組織を有する高合金輯
   粉末を焼結の原料粉末として用い、この方；τ料粉末を
   圧粉し、前記非平衡単−相の一部が平衡炭化物相に変化
   する温度に圧粉体を加熱してその焼結ケ行い、前記平衡
   炭化物相への変化の１：Ｊ起ころ前記重合金粉末のＱ士
   の移動（ｆこ上り均ｆ′１なす１、□−７結合金を製遺
   すω方法。 ３、　　ｊｆｉ　量比で２０〜５０　％のＣｒと、３．
   ０〜３．６俤のＣと、５〜２０チの八１ｏ及び１５〜４
   （）ぜ、ものＷの少なくとも１種と、残部［・′ｅど力
   ・（、なる組成を有し、非平衡単−相から析出した＋、
   ’、Ｈ化！１３〕ｌをｖｌすＩｌｌに分散してなる高合
   金粒子を含んでなり、耐摩耗性に優れた焼結合金。。