(57)【要約】      （修正有）【課題】金属粉末を加圧成形した後に焼結して得られる焼結部品用の原料粉末として、ＮｉやＭｏなどの高価な合金元素に代わる安価な合金元素を使用した原料粉末およびこの原料粉末を用いた焼結部品を提供する。【解決手段】鉄基粉末に、粒径が４５μｍ以下でＭｎ量が６０〜９０質量％のＦｅ−Ｍｎ粉末を添加量比率が０．５〜３質量％の範囲で、Ｃｕ粉末とグラファイト粉末を添加量比率が、それぞれ１〜３質量％と０．３〜１質量％の範囲で、金型成形用粉末潤滑剤を添加量比率が０．４〜１．２質量％の範囲で、かつＣｕ粉末に対するＦｅ−Ｍｎ粉末の添加量比率が０．１〜１の範囲で配合して、高強度組成鉄粉を製造する。この原料鉄粉を加圧成形し、Ｃｕの融点以上の温度で焼結すれば、Ｎｉ、Ｍｏなどの高価な合金元素を使用せずに、引張り強度が５８０ＭＰａ以上の高強度の焼結部品を実現できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄基粉末に、Ｆｅ−Ｍｎ粉末と、Ｃｕ粉末と、グラファイト粉末を添加した焼結部品用の高強度組成鉄粉であって、前記Ｆｅ−Ｍｎ粉末の粒径が４５μｍ以下でＭｎ含有量が６０〜９０％の範囲にあって、その添加量比率が０．５〜３．０質量％の範囲にあり、前記Ｃｕ粉末およびグラファイト粉末の添加量比率が、それぞれ１．０〜３．０質量％および０．３〜１．０質量％の範囲にあり、かつ前記Ｃｕ粉末の添加量に対する前記Ｆｅ−Ｍｎ粉末の添加量におけるＭｎ量の質量比率が０．１〜１の範囲にあることを特徴とする高強度組成鉄粉。
【請求項２】
前記高強度組成鉄粉に、金型成形用粉末潤滑剤が、添加量比率０．４〜１．２質量％で添加されたことを特徴とする請求項１に記載の高強度組成鉄粉。
【請求項３】
前記鉄基粉末が、純度９８％以上の純鉄系鉄粉であることを特徴とする請求項１または２に記載の高強度組成鉄粉。
【請求項４】
前記鉄基粉末が、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎの合金元素を一種以上含有し、その含有総量が０．３〜２．０質量％の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の高強度組成鉄粉。
【請求項５】
前記高強度組成鉄粉に、被削性改善粉末を添加し、その添加量比率が０．１〜０．８質量％の範囲にあることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の高強度組成鉄粉。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の高強度組成鉄粉を加圧成形後に焼結した高強度焼結部品であって、前記焼結が、Ｃｕの融点以上１３００℃以下の温度範囲で行なわれたことを特徴する高強度焼結部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、焼結部品の原料粉として用いられる、安価な高強度組成鉄粉およびその焼結部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属粉末を加圧成形した後に焼結して得られる焼結部品は、例えば、シンクロナイザーハブやベーンポンプロータなどの自動車部品等に使用されている。この自動車部品では、低燃費化に伴う軽量化の要求により、高強度化が望まれている。このため、前記金属粉末としては、通常、強度向上元素としてＮｉおよびＭｏを含む合金鋼粉が使用されている。
【０００３】
このような合金鋼粉としては、例えば、特許文献１に、鉄粉末、潤滑剤、フェロモリブデン及びグラファイトの配合により調製した、鉄をベースにした0.6%炭素、0.5%モリブデン合金粉末（炭素モリブデン材料）が記載されている。そして、この炭素モリブデン合金粉末を、圧縮圧力約6.1×108 Paで試験リングへ圧縮した後、焼結熱処理を行ない、圧力 6.1×108 Paでの高密度二次成形操作により、7.5g/cm3よりも大きい高密度が達成され、従来工程に比べて、力学的特性が明確に改善されたことが示されている。また、特許文献２には、合金成分として、Ｎｉ：0.5%、Ｍｏ：0.5%、Ｍｎ：0.2%を含むプレアロイ型鋼粉と純鉄粉を割合を変えてそれぞれ混合し、グラファイト粉末およびＣｕ粉末を加えた混合粉、すなわち合金鋼粉が記載されている。そして、この混合粉を、圧力６ton／cm2で加圧成形して丸棒状の試験片を作製し、この試験片を焼結した後熱間鍛造を行い、引張り強度等の強度特性、および焼結部品組み合わせ時の自己整合性を評価した結果が示されている。
【特許文献１】特表２００２−５０４１８８号公報
【特許文献２】特開２００７−２３３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、近年の合金元素、とくにＮｉ、Ｍｏなどの合金元素の価格高騰により、ＮｉやＭｏを含む原料粉末を用いた焼結部品の製造コストが上昇するため、ＮｉやＭｏに代わる合金元素を添加した安価な高強度鋼粉が要望されている。
【０００５】
そこで、この発明の課題は、金属粉末を加圧成形した後に焼結して得られる焼結部品用の原料粉末として、ＮｉやＭｏなどの高価な合金元素に代わる安価な合金元素を使用した原料粉末およびこの原料粉末を用いた焼結部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【０００７】
請求項１に係る高強度組成鉄粉は、鉄基粉末に、Ｆｅ−Ｍｎ粉末と、Ｃｕ粉末と、グラファイト粉末を添加した焼結部品用の高強度組成鉄粉であって、前記Ｆｅ−Ｍｎ粉末の粒径が４５μｍ以下でＭｎ含有量が６０〜９０％の範囲にあって、その添加量比率が０．５〜３．０質量％の範囲にあり、前記Ｃｕ粉末およびグラファイト粉末の添加量比率が、それぞれ１．０〜３．０質量％および０．３〜１．０質量％の範囲にあり、かつ前記Ｃｕ粉末の添加量に対する前記Ｆｅ−Ｍｎ粉末の添加量におけるＭｎ量の質量比率が０．１〜１の範囲にあることを特徴とする。
【０００８】
一般に、焼結部品の強度を高めるために、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、グラファイトなどが、強度向上元素として添加される。本願発明は、価格の高いＮｉやＭｏの代わりに、価格の安いＦｅ−Ｍｎ、Ｃｕ、グラファイトを強化元素として用い、これらの元素を、上記のように、特定の添加量比率で添加、混合することにより、安価な高強度焼結部品の供給を可能としたものである。ここで、ＭｎをＦｅ-Ｍｎの形態で添加するのは、Ｍｎ単体で添加するよりも、焼結中や焼結後に必要に応じて実施される熱処理におけるＭｎの酸化を低減できるためである。また、上記所定量のＣｕ粉末と同時に添加するのは、次の理由による。すなわち、Ｃｕの溶融温度（融点）以上で焼結する場合、焼結中にＣｕが溶融してＦｅ−Ｍｎ中に拡散し、Ｃｕ−Ｍｎの合金が生成する。このＣｕ―Ｍｎは、Ｍｎ単体よりも融点が低く、上記組成鉄粉中へのＭｎの拡散速度が増加して焼結部品の強度を向上させるためである。さらに、Ｃｕ−Ｍｎ合金の生成は、Ｍｎが単体で存在する場合よりも、焼結中や焼結後の熱処理雰囲気におけるＭｎの酸化を防止する作用もあり、Ｍｎの酸化による強度低下を回避することができる。しかし、Ｃｕ粉末の添加量に対するＦｅ−Ｍｎ粉末の添加量におけるＭｎ量の質量比率が０．１未満では、強度向上の効果が不足し、また、この比率が１を超えると、Ｍｎ量に相応する量のＣｕ−Ｍｎ合金が生成しなくなり、焼結過程で、余剰のＭｎの酸化量が多くなり、強度が低下する。
【０００９】
前記Ｆｅ−Ｍｎの添加量比率を０．５〜３．０質量％の範囲としたのは、０．５％未満であると強度向上の効果が不足し、また３．０質量％を超えると、Ｆｅ−Ｍｎ粉末添加による焼結部品の密度低下が大きくなって、強度向上が望めなく、さらに焼結後の寸法の膨張が大きくなって、製品の寸法精度を維持できなくなるためである。また、粒径が４５μｍを超えて大きくなると、組成鉄粉中へのＭｎの拡散が不十分となり、強度向上に支障をきたす。Ｆｅ−Ｍｎ粉末の粒径は、３０μｍ以下が望ましく、１０μｍ以下がより望ましい。さらに、Ｆｅ−Ｍｎ粉末におけるＭｎ含有量を６０〜９０質量％の範囲としたのは、Ｍｎの含有量が６０質量％未満の場合には、所要のＭｎ量を添加するためにはＦｅ―Ｍｎ粉末の添加量が増加して原料粉の硬度が上昇し、加圧成形体の密度が減少して焼結後の強度が低下するためである。また、Ｍｎ含有量が９０質量％を超えると、Ｆｅ−Ｍｎ粉末におけるＭｎ含有量が多くなり過ぎるために、焼結中に酸化するＭｎ量が多くなり、強度上昇に寄与するＭｎ量が減少し、かつ酸化したＭｎが結晶粒界に拡散して強度低下をもたらすためである。
【００１０】
一方、Ｃｕ粉末の添加量を０．５〜３．０質量％の範囲としたのは、１％未満では固溶強化による強度上昇が少なく、また、焼結中に、Ｍｎ量に相応するＣｕ−Ｍｎ合金が生成しなくなり、前述の、組成鉄粉中へのＭｎの拡散速度の増大による強度上昇効果およびＣｕ−Ｍｎ生成によるＭｎの酸化防止効果が少なくなるためである。Ｃｕ粉末の添加量が３．０質量％を超えると、前述のＦｅ−Ｍｎの場合と同様に、寸法の膨張が大きくなり、製品の寸法精度を維持できなくなるためである。このＣｕ粉末としては、成形密度を高めるため、純度が９９％以上の純Ｃｕ粉末を用いることが望ましく、また、その平均粒径は、大きすぎると焼結時に溶融して空孔を形成する粉末が多くなって強度低下の原因となるため、１５０μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下のものを用いることが望ましい。また、グラファイトは焼結部品の強度を上昇させるためには不可欠の元素鉱物であり、添加量が０．３％未満では強度上昇効果が少なく、１．０質量％を超えると、セメンタイトが析出して強度低下が引き起こされるためである。このグラファイト粉末の粒径は、小さすぎるとコスト高となり、大きすぎると焼結時に拡散し難くなるため、1〜２０μｍの範囲のもの用いることが好ましい。より好ましくは、２〜１５μｍの範囲である。なお、前記Ｆｅ−Ｍｎ粉末、Ｃｕ粉末およびグラファイト粉末の添加量比率は、これらの3種の粉末と前記鉄基粉末の合計質量に対する比率である。
【００１１】
請求項２に係る高強度組成鉄粉は、前記高強度組成鉄粉に、金型成形用粉末潤滑剤が、添加量比率０．４〜１．２質量％で添加されたことを特徴とする。
【００１２】
このように、予め上記金型成形用粉末潤滑剤を添加しておくことにより、この組成鉄粉を加圧成形する際に、成形金型に離型のための潤滑剤を塗布する必要がなく、作業性が向上する。また、粉末粒子どうし、または粉末粒子と成形金型壁との摩擦を低減させて、成形体の密度を向上させる効果も得られる。前記金型成形用粉末潤滑剤としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウムなどのステアリン酸の金属塩を用いることができる。この金型成形用粉末潤滑剤については、添加量が０．４質量％よりも少ないと、摩擦低減効果が不十分であり、１．２質量％を超えて添加しても、摩擦低減効果の向上はあまり望めなく、かえって成形体の密度に悪影響を及ぼすようになるからである。この金型成形用粉末潤滑剤の粒度は、５〜５０μｍの範囲が望ましい。なお、前記金型成形用粉末潤滑剤の添加量比率は、前記のＦｅ−Ｍｎ粉末、Ｃｕ粉末、グラファイト粉末および鉄基粉末からなる高強度組成鉄粉の合計質量に対する比率である。
【００１３】
請求項３に係る高強度組成鉄粉は、前記鉄基粉末が、純度９８％以上の純鉄系鉄粉であることを特徴とする。
【００１４】
上記純鉄系鉄粉は、純度９９％以上がより望ましい。また、不可避成分としては、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｎｉ：０．０５％以下、Ｃｒ：０．０５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、Ｏ：０．２５％以下がより好ましい。一般に、鉄基粉末中のＭｎ量が多くなると、加圧成形時の圧縮性が低下し、また、Ｍｎは、酸化しやすい元素であるため、焼結中に酸化されて酸化Ｍｎの量も多くなる。この酸化Ｍｎ自体に酸化作用があるため、上記高強度組成鉄粉の各組成に悪影響を及ぼす。この悪影響を抑制するため、上記純鉄系鉄粉におけるＭｎは、０．３質量％以下とすることが望ましい。また、この純鉄系鉄粉の平均粒径は、５０〜１００μｍのものを用いることが望ましい。平均粒径が５０μｍ未満では、加圧成形後の密度が上昇しにくく、空孔が多くなりやすい。より好ましくは６０μｍ以上のものがよい。一方、平均粒径が１００μｍを超えると、焼結性が低下するため、焼結部品の表面に大きな空孔が生じて強度低下をもたらす傾向にある。
【００１５】
請求項４に係る高強度組成鉄粉は、前記鉄基粉末が、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｎの合金元素を一種以上含有し、その含有総量が０．３〜２．０質量％の範囲にあることを特徴とする。
【００１６】
鉄基粉末が、上記のように合金元素を含有する合金鋼粉の場合、一般に、圧縮性が優れる高強度材として多用されている、４Ｎｉ−１．５Ｃｕ−０．５Ｍｏ拡散型鋼粉と比較して、高価なＮｉやＭｏの添加量を少なくして、同等またはそれ以上の高強度を実現することができる。上記含有総量が０．３質量％未満の場合には、鉄基粉末として純鉄系鉄粉を用いる場合に比べて強度向上の効果が少なく、また、総含有量が２．０質量％の範囲内で所要の強度向上を実現することができ、さらに、２．０質量％を超えると、鉄基粉末が硬くなり、成形時に密度が上昇しにくくなるため、強度が低下する。とくに合金量が２％を超えると、成形後の密度低下が大きい。また、鉄基粉末が硬くなることから、成形金型の寿命も低下し、コストアップにつながる。
【００１７】
請求項５に係る高強度組成鉄粉は、前記高強度組成鉄粉に、被削性改善粉末を添加し、その添加量比率が０．１〜０．８質量％の範囲にあることを特徴とする。
【００１８】
一般に、焼結部品は成形後、焼結して使用されるが、焼結ままで必要寸法精度が得られない場合や、高寸法精度が要求される部品に対しては、機械加工が施される。上記被削性改善粉末としては、ＭｎＳやＭｇＳなどの硫化物粉末、およびＣａＦなどのＣａ化合物粉末を用いることができる。また、ＭｎとＭｇを含む複合硫化物粉末を用いることもできる。この被削性改善粉末の添加量比率が０．１％未満の場合には、被削性の改善効果が小さく、上記高強度組成鉄粉の組成範囲では、０．８質量％を超える過剰な量を添加すると、加圧成形時の圧縮性が低下し、また、この被削性改善粉末は鉄基粉末よりも見かけ密度が小さいため、鉄の占有率が減少し、引張り疲労強度や靭性などの材質特性がわるくなるからである。なお、被削性改善粉末は、平均粒径が１〜２０μｍの範囲にあるものを添加することが望ましい。平均粒径が１μｍ未満では、被削性改善効果が低下する一方、２０μｍを超えると、焼結部品中に粗大な被削性改善粉末が存在することになり、この焼結部品の使用中に応力が作用すると、被削性改善粉末近傍に応力が集中して、割れ欠陥などが発生しやすくなる。
【００１９】
請求項６に係る高強度焼結部品は、請求項１から５のいずれかに記載の高強度鋼粉を加圧成形後に焼結した焼結部品であって、前記焼結が、Ｃｕの融点以上１３００℃以下の温度範囲で行なわれたことを特徴する。
【００２０】
Ｃｕの融点（溶融温度）以上で焼結するのは、次の理由による。すなわち、前述したように、Ｃｕの融点（溶融温度）以上で焼結すると、焼結中にＣｕが溶融してＦｅ−Ｍｎ中に拡散し、Ｃｕ−Ｍｎの合金が生成する。このＣｕ―Ｍｎは、Ｍｎ単体よりも融点が低く、上記組成鉄粉中へのＭｎの拡散速度が増加して焼結部品の強度を向上させることによる。さらに、Ｃｕ−Ｍｎ合金の生成は、Ｍｎが単体で存在する場合よりも、焼結中や焼結後の熱処理雰囲気におけるＭｎの酸化を防止する作用があることにもよる。また、焼結を、１３００℃を超える高温で実施することは、焼結後の収縮による寸法精度の低下、形状保持、および消費エネルギの増大を招くことになる。したがって、焼結は１２５０℃以下で実施することがより好ましい。  
【発明の効果】
【００２１】
この発明では、価格の高いＮｉやＭｏの代わりに、価格の安いＦｅ−Ｍｎ、Ｃｕ、グラファイトを合金元素として用い、これらの元素の粉末を特定の添加量比率で純鉄系の鉄基粉末に添加、混合し、かつＦｅ−Ｍｎ粉末におけるＭｎ含有量の質量比率、およびこのＭｎ含有量のＣｕ粉末の添加量に対する質量比率を規定したので、高強度の焼結部品を実現できる安価な原料鉄粉の供給が可能となった。前記鉄基粉末がＮｉやＭｏを含有する合金鉄粉であっても、高価なＮｉやＭｏの添加量を少なくして、同等またはそれ以上の高強度を実現することができる。
【００２２】
また、前記高強度組成鉄粉に、金型成形用粉末潤滑剤を添加するようにしたので、この組成鉄粉を加圧成形する際に、金型に潤滑剤を塗布する必要がなく、作業性が向上する。さらに、前記高強度組成鉄粉に、被削性改善粉末を添加するようにしたので、焼結部品に高寸法精度が要求される場合などにおける機械加工性が向上する。そして、前記高強度組成鉄粉を用いてＣｕの融点以上の温度で焼結するようにしたので、焼結中にＣｕが溶融して、Ｍｎ単体よりも融点が低いＣｕ−Ｍｎの合金が生成し、前記鉄基粉末中へのＭｎの拡散速度が増加し、Ｍｎの酸化が防止されて、強度が向上した焼結部品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、この発明の実施形態について、実施例を交えて説明する。
【００２４】
前記高強度組成鉄粉を構成する鉄基粉末は、アトマイズ法（噴霧法）などの公知の鉄粉製造方法により製造される、Ｍｎ含有量が０．３質量％以下に制限された純鉄系鉄粉である。Ｆｅ−Ｍｎ粉末は、溶解したＦｅ−Ｍｎ合金から、例えば、鉄基粉末と同様のアトマイズ法によって製造され、分級操作により、４５μｍ以下の粒度に調整される。Ｃｕ粉末は、同様にアトマイズ法により、または電解法により製造され、分級操作により粒度が、好ましくは３００μｍ以下に調整される。グラファイト粉末については、天然の黒鉛片または人工黒鉛片を、好ましくは５０μｍ以下に粒度調整したものを用いることができる。そして、鉄基粉末に、４５μｍ以下に調整されたＦｅ−Ｍｎ粉末を添加量比率が０．５〜３．０質量％の範囲で、Ｃｕ粉末を添加量比率が１．０〜３．０質量％の範囲で、グラファイト粉末を０．３〜１．０質量％の範囲で、金型成形用粉末潤滑剤として、例えば、粒度が１０μｍ程度のステアリン酸亜鉛の粉末を０．４〜１．２質量％の範囲で、かつＣｕ粉末に対するＦｅ−Ｍｎ粉末の添加量比率が０．１〜１の範囲にあるように配合し、例えば、Ｖ型混合機により組成が均一になるように混合して、高強度組成鉄粉を製造することができる。なお、前記金型成形用粉末潤滑剤を添加する代わりに、この高強度組成鉄粉を加圧成形する際に、潤滑剤を金型に直接塗布することもできる。また、金型成形用粉末潤滑剤の添加比率を０．４質量％未満に抑えて、成形用金型潤滑と併用する潤滑方法を用いることもできる。
【実施例】
【００２５】
表１に組成を示す純鉄系鉄粉に、粒度が５μｍ〜１００μｍの範囲にあるＦｅ−Ｍｎ粉末（No.1〜No.28：２２％Ｆｅ−７８％Ｍｎ、No.29：５％Ｆｅ−９５％Ｍｎ、No.30：５０％Ｆｅ−５０％Ｍｎ）を、添加量比率が０．４質量％〜４．０質量％の範囲で添加し、Ｄ５０（平均粒径）が７５μｍのＣｕ粉末を０．５質量％〜４．０質量％の範囲で添加し、Ｄ５０（平均粒径）が１５μｍのグラファイト粉末を０．２質量％〜１．２質量％の範囲で添加し、粉末冶金用粉末潤滑剤ステアリン酸亜鉛を添加量比率０．８質量％で添加して、Ｖ型混合機で、表２に示すそれぞれの組成の鉄粉を３０分間均一混合して、各組成鉄粉を作製した。この均一混合した各組成鉄粉をそれぞれ成形圧５ton/cm2（490 MPa）で加圧し、図１に示すＭＰＩＦ（米国粉末冶金連盟）規格の厚さ６ｍｍのドッグボーンタイプの引張り試験片を成形した。この各引張り試験片を、温度１１２０℃の窒素雰囲気中で、２０分間の焼結処理を行なった。この焼結処理後の引張試験片を供試材として、万能試験機で引張り試験を実施した。各組成鉄粉について、表２に引張り強度を示した。また、鉄基粉末として、表１に示した純鉄系鉄粉のほかに、ＮｉおよびＭｏを、合計量が３．５質量％以下の範囲で添加したプレアロイ型鋼粉を用いた場合についても、表１に示した純鉄系鉄粉の場合と同様の条件で加圧して図１に示した引張り試験片を成形し、前記同様の条件で焼結処理を行なった。得られた引張り強度を表２に記載した。さらに、表１に示した純鉄系鉄粉に、表３に示すようにＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏをそれぞれ添加した、圧縮性に優れるため一般に多用されている４％Ｎｉ−１．５％Ｃｕ−０．５％Ｍｏ拡散型合金鋼粉についても、表２に示した各組成鉄粉と同様の条件で図１に示した引張り試験片を作製し、引張り試験を実施した。
【００２６】
【表１】
2010111937.tif 000002
【００２７】
【表２】
2010111937.tif 000003
【００２８】
【表３】
2010111937.tif 000004
【００２９】
前記４％Ｎｉ−１．５％Ｃｕ−０．５％Ｍｏ拡散型合金鋼粉の場合の引張り強度は５８０ＭＰａであり、この強度５８０ＭＰａ以上を、表２に示した各組成鉄粉の場合の目標強度とした。表２から、鉄基粉末として純鉄系鉄粉を用い、Ｆｅ−Ｍｎ粉末の粒度（粒径）および添加量、Ｃｕ粉末の添加量、グラファイト粉末の添加量、Ｃｕ粉末添加量に対するＦｅ−Ｍｎ粉末添加量におけるＭｎ量の質量比率が、いずれも本願発明で規定した０．１〜１の範囲内にあるNo.1〜No.13の各組成の原料粉末を用いた場合では、引張り強度はいずれも目標強度の５８０ＭＰａ以上となっている。すなわち、本願発明で規定した範囲内にあるNo.1〜No.13の各組成鉄粉では、高価なＮｉやＭｏを含有せずに、前記４％Ｎｉ−１．５％Ｃｕ−０．５％Ｍｏの拡散型合金鋼粉の場合と同等またはそれ以上の高強度が実現されている。
【００３０】
また、No.14では、鉄基粉末として、表１に示した純鉄系鉄粉に、ＮｉおよびＭｏを、それぞれ０．５質量％ずつ、合計量で１．０質量％添加したプレアロイ型鋼粉を用いた場合であり、同様にNo.15およびNo.16では、前記純鉄系鉄粉にＭｏをそれぞれ、０．５質量％および０．８５質量％添加したプレアロイ型鋼粉を用いた場合である。No.14 〜No.16では、高価なＮｉとＭｏの合計添加量が高々１質量％と、前記４％Ｎｉ−１．５％Ｃｕ−０．５％Ｍｏよりも少ない鉄基粉末への合金元素の添加量で、前記目標強度５８０ＭＰａよりも著しく高い引張り強度が得られている。これは、Ｎｉ、Ｍｏに比べて安価なＦｅ−Ｍｎ、Ｃｕ、グラファイトの各粉末を、特定の添加量比率で鉄基粉末に添加、混合し、かつＦｅ−Ｍｎ粉末におけるＭｎ含有量の質量比率、およびこのＭｎ含有量のＣｕ粉末添加量に対する質量比率を規定した本願発明の鉄粉組成が、従来の拡散型低合金鋼粉に比べて、強度向上を安価に実現できることを実証するものである。
【００３１】
一方、No.17およびNo.18では、Ｆｅ−Ｍｎ粉末の粒度が１００μｍ、７５μｍと、いずれも４５μｍを超えて大きいため、組成鉄粉中へのＭｎの拡散が不十分となり、引張強度も５００〜５５０ＭＰａと、前記目標強度の５８０ＭＰａに到達していない。No.19では、Ｃｕ粉末の添加量が０．５質量％と少なく、Ｃｕ粉末添加量対するＦｅ−Ｍｎ粉末添加量におけるＭｎ量の比率Ｍｎ／Ｃｕも３．１と規定範囲（０．１〜１）から外れているため、引張り強度は３９０ＭＰａと、目標強度５８０ＭＰａよりもかなり低くなっている。No.20では、グラファイトの添加量が１．２質量％と多いため、焼結組織中に網状セメンタイトが発生しており、またNo.21では、Ｃｕ粉末添加量が４質量％と多いため、組成鉄粉中に未拡散のＣｕが存在し、また焼結処理後の寸法膨張による密度低下のため、引張り強度はそれぞれ、５６０ＭＰａ、５７０ＭＰａとなって、目標強度５８０ＭＰａに到達していない。No.22では、前記添加量の質量比率Ｍｎ／Ｃｕが２．３と本願発明の範囲から外れているため、引張り強度は４３０ＭＰａと低くなっている。No.23では、Ｆｅ-Ｍｎ粉末の添加量が４質量％と多いため、Ｍｎの酸化が進行し、引張り強度は５００ＭＰａと低くなっている。No.24では、グラファイトの添加量が０．２質量％と少ないため、また、No.25では、Ｆｅ−Ｍｎ粉末の添加量が０．４質量％と少ないため、引張り強度はそれぞれ５４０ＭＰａ、５６０ＭＰａと、目標強度５８０ＭＰａに到達していない。No.26では、Ｃｕ粉末添加量が５質量％と、No.21の４質量％よりもさらに多いため、組成鉄粉中に未拡散のＣｕがより多く存在し、また焼結処理後の寸法膨張による密度低下もより大きいため、引張り強度が４３０ＭＰａとさらに低くなっている。No.27では、Ｆｅ−Ｍｎ粉末の添加量が０．３質量％と。No.22の０．４％よりもさらに少ないため、また、前記質量比率Ｍｎ／Ｃｕも０．１に満たないため、引張り強度は５４０ＭＰａと、No.22の５６０ＭＰａよりも低くなっている。No.28では、Ｆｅ−Ｍｎ粉末の添加量が４質量％と多く、またＣｕ粉末添加量が０．８％と少なく、前記質量比率Ｍｎ／Ｃｕも目標範囲よりも大きくなっているため、引張り強度は４００ＭＰａと低い。No.29では、Ｆｅ−Ｍｎ粉末中のＭｎ含有量が９５％と多いために、焼結中に酸化されるＭｎ量が多くなり、強度上昇に寄与できるＭｎ量が減少し、また酸化Ｍｎ自体が酸化作用を有するため、上記組成鉄粉の各組成に悪影響を及ぼすため、引張り強度は５５０ＭＰａと、目標強度５８０ＭＰａに到達していない。No.30では、Ｆｅ−Ｍｎ粉末中のＭｎ含有量が５０％と少ないために、Ｆｅ―Ｍｎ粉末の硬度が上昇し、成形体の密度が低くなるため、引張り強度は５０５ＭＰａと目標強度５８０ＭＰａに到達していない。このように、本願発明の組成範囲から外れる組成鉄粉では、いずれも実施例における目標強度５８０ＭＰａに到達しておらず、高強度化が実現されていない。
【００３２】
図２および図３は、鉄基粉末として、表４に組成を示したプレアロイ型鋼粉に、Ｆｅ−Ｍｎ粉末（２２％Ｆｅ−７８％Ｍｎ、粒度１５μｍ）を１．３質量％、Ｃｕ粉末（Ｄ５０：７５μｍ）を３質量％、グラファイト粉末（Ｄ５０：１５μｍ）を０．８質量％およびステアリン酸亜鉛を０．８質量％を添加して、Ｖ型混合機で３０分間混合した後、図１に示した引張り試験片に加圧力５ton/cm2（490 MPa）で成形し、１１２０℃の窒素雰囲気中にて２０分間焼結処理を行なった後、密度測定および引張り試験を実施して求めた密度と引張り強度との関係、および合金総量と引張り強度との関係を示したものである。図２（表４のNo.4〜No.7）から、加圧成形体の密度と強度とは良好な相関が認められる。また、図３（表４のNo.1〜No.7）から、引張り強度は合金総量の増加とともに上昇するが、合金総量が１．５質量％を超えると、かえって低下し、合金総量が２質量％近辺では、合金総量が０．５質量％の場合の引張り強度６９０ＭＰａを示す傾向が認められる。したがって、この合金総量２質量％を超える量の合金元素を添加しても、強度上昇の効果は得られなく、このことは、図２から、加圧成形体の密度が低下することに起因する。
【００３３】
【表４】
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【００３４】
上記実施例No.1〜No.16に加えて、No.31は、表４および図２、図３に示したように、鉄基粉末として、Ｍｏを１．５質量％添加したプレアロイ型鋼粉を用いた場合の実施例である。鉄基粉末における合金元素の添加量が２％以下のNo.31では、No.15のＭｏ添加量が０．５質量％の場合に比べて、強度も６９０ＭＰａから７２０ＭＰａに上昇し、成形体の密度も６．８ｇ／ｃｍ３と、前記４％Ｎｉ−１．５％Ｃｕ−０．５％Ｍｏ拡散型合金鋼粉を用いた場合に比べて、高い値が得られている。一方、合金元素の添加量が２％を超える比較例No.32（2%Ni-0.5%Mo；合計2.5質量％）では、実施例No.31に比べて、強度が６５０ＭＰａに、密度が６．６ｇ／ｃｍ３にそれぞれ低下し、比較例No.33（3%Ni-0.5%Mo；合計3.5質量％）では、強度が６１０ＭＰａに、密度が６．５ｇ／ｃｍ３に、それぞれさらに低下する。これは、前述したように、鉄基粉末の合金元素の添加量が増加すると、鉄基粉末が硬くなり、成形時に密度が上昇しにくくなることによるもので、とくに合金量が２％を超えると、成形後の強度および密度低下が大きくなる。また、鉄基粉末が硬くなることから、成形金型の寿命も低下し、コストアップにつながる原因となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例で使用した引張り試験片の形状を示す説明図である。
【図２】鉄基粉末にプレアロイ鋼粉を用いた場合の密度と引張り強度の関係を示す説明図である。
【図３】鉄基粉末にプレアロイ鋼粉を用いた場合の合金元素の総量と引張り強度との関係を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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