(57)【要約】【課題】高温環境下で長時間使用される部材に用いられた場合でも、部材の経時的な寸法変化を抑制可能な鉄系焼結合金を提供する。【解決手段】鉄系焼結合金は、Ｆｅ、ＣｕおよびＣを少なくとも含む化学組成と、残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織とを有している。上記焼結組織中には、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素が予め析出させてある。鉄系焼結合金の製造方法では、Ｆｅ、ＣｕおよびＣを少なくとも含む化学組成と、残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織とを有する焼結合金に対して、その使用前に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素を予め析出させるＣｕ析出処理を施し、鉄系焼結合金を得る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ、ＣｕおよびＣを少なくとも含む化学組成と、
残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織とを有しており、
上記焼結組織中に、上記マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素が予め析出させてある、鉄系焼結合金。
【請求項２】
上記Ｃｕ元素は、Ｃｕの金属間化合物として析出している、請求項１に記載の鉄系焼結合金。
【請求項３】
上記Ｃｕの金属間化合物は、Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物を含む、請求項２に記載の鉄系焼結合金。
【請求項４】
Ｘ線吸収微細構造解析によるＣｕのＫ殻におけるエネルギー吸収端に見られる上記Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物のピークの面積強度が０．１２５以上である、請求項３に記載の鉄系焼結合金。
【請求項５】
Ｘ線吸収微細構造解析によるＣｕのＫ殻におけるエネルギー吸収端に見られるＦｅ−Ｃｕ固溶体のピークの面積強度が１．６２０以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の鉄系焼結合金。
【請求項６】
透過型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型Ｘ線分析にて測定される上記マルテンサイトにおけるＣｕ含有量が０．５質量％未満である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鉄系焼結合金。
【請求項７】
自動車のエンジン周りの部材に用いられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の鉄系焼結合金。
【請求項８】
Ｆｅ、ＣｕおよびＣを少なくとも含む化学組成と、残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織とを有する焼結合金に対して、その使用前に、
上記マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素を予め析出させるＣｕ析出処理を施し、鉄系焼結合金を得る、鉄系焼結合金の製造方法。
【請求項９】
上記Ｃｕ析出処理は、上記鉄系焼結合金より構成される焼結部材の使用温度と部材寿命とから求められる熱エネルギーと同等の熱エネルギーを与える温度による熱処理である、請求項８に記載の鉄系焼結合金の製造方法。
【請求項１０】
上記Ｃｕ析出処理を施した後の焼結組織における、透過型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型Ｘ線分析にて測定される上記マルテンサイトのＣｕ含有量が０．５質量％未満である、請求項８または９に記載の鉄系焼結合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄系焼結合金およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、硬さ、靱性が求められる鉄系焼結合金製の焼結部材では、残留オーステナイトを多くするためにＮｉ元素が添加されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｍｏ系合金が用いられている。しかし、Ｎｉ元素は高価なため、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｍｏ合金系の鉄系焼結合金は、コストが高いという欠点がある。そこで、近年では、高価なＮｉ元素を低減させたＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系合金等の検討がなされている。
【０００３】
なお、先行する特許文献１には、Ｎｉを用いることなく、焼結後の焼結体が焼入れ組織を呈するとともに、寸法精度に優れた鉄系焼結合金が開示されている。同文献には、具体的には、質量比で、Ｃｒ：２．５〜３．５％、Ｍｏ：０．４〜０．６％、Ｃｕ：０．５〜１．５％、Ｃ：０．４〜０．６％、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、焼結後の金属組織として、気孔を除く基地がマルテンサイト相、もしくは断面面積率で２〜２０％のベイナイト相と残部がマルテンサイト相の混合組織からなる焼入れ組織を呈する鉄系焼結合金が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８５３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術には、次の課題がある。Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃ系合金からなる鉄系焼結合金を、高い寸法精度が要求され、かつ、高温環境下で長時間使用されるエンジン周りの部材等に用いると、経時的に部材の寸法が変化してしまう。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、高温環境下で長時間使用される部材に用いられた場合でも、部材の経時的な寸法変化を抑制可能な鉄系焼結合金を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、Ｆｅ、ＣｕおよびＣを少なくとも含む化学組成と、
残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織とを有しており、
上記焼結組織中に、上記マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素が予め析出させてある、鉄系焼結合金にある。
【０００８】
本発明の他の態様は、Ｆｅ、ＣｕおよびＣを少なくとも含む化学組成と、残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織とを有する焼結合金に対して、その使用前に、
上記マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素を予め析出させるＣｕ析出処理を施し、鉄系焼結合金を得る、鉄系焼結合金の製造方法にある。
【発明の効果】
【０００９】
上記鉄系焼結合金は、上記構成を有している。特に、上記鉄系焼結合金では、残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織中に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素が予め析出させてある。そのため、上記鉄系焼結合金より構成される部材が高温環境下で長時間使用された場合でも、部材の経時的な寸法変化を抑制することができる。これは、高温環境下での使用前に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素を予め析出させておくことで、高温環境下での使用中に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素の析出が抑制され、圧縮応力の緩和による残留オーステナイトのマルテンサイト変態が抑制されるためであると考えられる。
【００１０】
上記鉄系焼結合金の製造方法は、上記構成を有している。そのため、上記鉄系焼結合金の製造方法によれば、高温環境下で長時間使用される部材に用いられた場合でも、部材の経時的な寸法変化を抑制可能な鉄系焼結合金を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実験例１で作製した試験体の焼結組織であり、（ａ）は、２２５℃でＣｕ析出処理した初期の試験体１の焼結組織、（ｂ）は、耐久試験後の試験体１の焼結組織である。
【図２】実験例１で作製した試験体の焼結組織であり、（ａ）は、１８０℃でＣｕ析出処理した初期の試験体２の焼結組織、（ｂ）は、耐久試験後の試験体２の焼結組織である。
【図３】実験例１における、２２５℃でＣｕ析出処理した初期の試験体１、耐久試験後の試験体１についてのＸ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）解析による吸収スペクトルである。
【図４】実験例１における、１８０℃でＣｕ析出処理した初期の試験体２、耐久試験後の試験体２についてのＸ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）解析による吸収スペクトルである。
【図５】実験例１における、Ｃｕ析出処理時の処理温度と寸法変化率との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態１）
実施形態１の鉄系焼結合金について説明する。本実施形態の鉄系焼結合金は、Ｆｅ、ＣｕおよびＣを少なくとも含む化学組成と、残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織とを有しており、焼結組織中に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素が予め析出させてある。以下、これを詳説する。
【００１３】
鉄系焼結合金は、Ｆｅ、ＣｕおよびＣを少なくとも含む化学組成を有している。化学組成は、他にも、Ｍｏ、Ｎｉ等の元素を含むことができる。したがって、鉄系焼結合金は、具体的には、Ｃｕ、Ｃを少なくとも含むＦｅ基合金、Ｃｕ、Ｃ、Ｍｏを含むＦｅ基合金、Ｃｕ、Ｃ、Ｍｏ、Ｎｉを含むＦｅ基合金などより構成されることができる。これらＦｅ基合金としては、より具体的には、Ｃｕ、Ｃを含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる化学組成を有するもの、Ｃｕ、Ｃ、Ｍｏを含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる化学組成を有するもの、Ｃｕ、Ｃ、Ｍｏ、Ｎｉを含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる化学組成を有するものなどを例示することができる。
【００１４】
上記化学組成において、Ｃｕ含有量は、具体的には、１．０質量％以上３．０質量％以下とすることができる。Ｃｕ含有量が１．０質量％以上であると、部材強度を確保しやすくなる。Ｃｕ含有量が３．０質量％以下であると、強度向上効果と原料コストとのバランスに優れる。Ｃｕ含有量は、好ましくは、１．２質量％以上２．８質量％以下、より好ましくは、１．５質量％以上２．５質量％以下とすることができる。また、Ｃ含有量は、具体的には、０．４質量％以上１．１質量％以下とすることができる。Ｃ含有量が０．４質量％以上であると、成型後の焼結による焼入れ性を確保しやすくなるので、部材強度、部材硬さを確保しやすくなる。Ｃ含有量が１．１質量％以下であると、焼結組織中にセメンタイトが形成され難く、靱性の確保に有利である。Ｃ含有量は、好ましくは、０．５質量％以上１．０質量％以下、より好ましくは、０．６質量％以上０．９質量％以下とすることができる。また、Ｍｏ含有量は、具体的には、０．２質量％以上０．７質量％以下とすることができる。Ｍｏ含有量が０．２質量％以上であると、成型後の焼結による焼入れ性を確保しやすくなるので、部材強度、部材硬さを確保しやすくなる。Ｍｏ含有量が０．７質量％以下であると、強度向上効果と原料コストとのバランスに優れる。Ｍｏ含有量は、好ましくは、０．３質量％以上０．６質量％以下、より好ましくは、０．３５質量％以上０．５５質量％以下とすることができる。Ｎｉは、高価な元素であるため、少ないほど好ましいが、残留オーステナイトの形成に寄与する元素でもある。そのため、Ｎｉは、積極的に添加させる必要性は小さいが、上記化学組成中に含まれていてもよい。Ｎｉ含有量は、好ましくは、０．２０質量％以下、より好ましくは、０．１５質量％以下、さらに好ましくは、０．１０質量％以下とすることができる。Ｎｉ低減の観点から、Ｎｉは、不可避不純物として含まれる程度がよい。
【００１５】
鉄系焼結合金は、残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織とを有している。焼結組織は、鉄系焼結合金の断面をナイタール液でエッチング後、金属顕微鏡にて組織観察することにより把握することができる。
【００１６】
マルテンサイトにおけるＣｕ含有量は、０．５質量％未満とすることができる。なお、マルテンサイトにおけるＣｕ含有量は、高温環境下で使用される前の試料について、透過型電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型Ｘ線分析（ＴＥＭ−ＥＤＸ分析）にて測定される値である。この構成によれば、高温環境下での使用時におけるマルテンサイトからのＣｕ元素の析出抑制を確実なものとすることができる。そのため、この構成によれば、部材の経時的な寸法変化を抑制しやすい鉄系焼結合金が得られる。マルテンサイトにおけるＣｕ含有量は、上記効果をより確実なものとするなどの観点から、好ましくは、０．４質量％以下、より好ましくは、０．３質量％以下、さらに好ましくは、０．２質量％以下、さらにより好ましくは、０．１５質量％以下、さらにより一層好ましくは、０．１質量％以下とすることができる。
【００１７】
鉄系焼結合金では、焼結組織中に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素が予め析出させてある。つまり、鉄系焼結合金の製造時に、焼入れ工程で生じたマルテンサイトに一旦固溶したＣｕ元素は、鉄系焼結合金が高温環境下で使用される前に、予め焼結組織中に析出した状態とされる。もっとも、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素の全てが焼結組織中に予め析出されていなくてもよく、高温環境下での使用中に経時的な寸法変化を抑制できる限り、マルテンサイト中にＣｕ元素が一部固溶したまま残されていてもよい。
【００１８】
鉄系焼結合金において、焼結組織中に予め析出させてあるＣｕ元素は、具体的には、Ｃｕの金属間化合物として析出している構成とすることができる。この構成によれば、析出した周囲に歪を与え、ミクロ部分の硬さを増すことができるなどの利点がある。Ｃｕの金属間化合物は、より具体的には、Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物を含むことができる。この構成によれば、酸化物等の非金属介在物としてＣｕが析出しないため、鉄系焼結合金の機械強度を低下させ難いなどの利点がある。
【００１９】
鉄系焼結合金において、Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物のピークの面積強度は、０．１２５以上とすることができる。なお、Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物のピークの面積強度は、高温環境下で使用される前の試料を用い、Ｘ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ：X-ray Absorption Fine Structure）解析によるＣｕのＫ殻におけるエネルギー吸収端（Ｃｕ  Ｋ−ｅｄｇｅ）に見られるＦｅ−Ｃｕ金属間化合物のピークについて求めた面積強度のことである。この構成によれば、部材の経時的な寸法変化を抑制可能な鉄系焼結合金を確実なものとすることができる。Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物のピークの面積強度は、上記効果をより確実なものとする観点から、好ましくは、０．１２７以上、より好ましくは、０．１３０以上、さらに好ましくは、０．１３２以上とすることができる。なお、上記において、Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物の吸収スペクトルにおけるピークは、通常、２．０Å以上２．５Å以下の範囲に現れる。
【００２０】
鉄系焼結合金において、Ｆｅ−Ｃｕ固溶体のピークの面積強度は、１．６２０以下とすることができる。なお、Ｆｅ−Ｃｕ固溶体のピークの面積強度は、高温環境下で使用される前の試料を用い、上記Ｘ線吸収微細構造解析によるＣｕのＫ殻におけるエネルギー吸収端に見られるＦｅ−Ｃｕ固溶体のピークについて求めた面積強度のことである。この構成によれば、部材の経時的な寸法変化を抑制可能な鉄系焼結合金を確実なものとすることができる。Ｆｅ−Ｃｕ固溶体のピークの面積強度は、上記効果をより確実なものとするなどの観点から、好ましくは、１．６１５以下、より好ましくは、１．６１０以下、さらに好ましくは、１．６０５以下、さらにより好ましくは、１．６００以下とすることができる。なお、上記において、Ｆｅ−Ｃｕ固溶体の吸収スペクトルにおけるピークは、通常、２．２５Å以上２．７５Å以下の範囲に現れる。
【００２１】
鉄系焼結合金は、例えば、自動車のエンジン周りの部材（エンジン部材を含む）、空調冷熱機器用の部材（エアコン・コンプレッサー用のベーン、軸受け等）など、高い寸法精度が要求され、高温環境下で使用される部材に好適に用いることができる。自動車のエンジン周りの部材は、高い寸法精度が要求され、５０℃〜１８０℃程度の高温環境下で使用されることが多い。そのため、鉄系焼結合金を自動車のエンジン周りの部材に適用した場合には、自動車の信頼性向上に寄与することができる。
【００２２】
本実施形態の鉄系焼結合金は、上記構成を有している。特に、本実施形態の鉄系焼結合金では、残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織中に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素が予め析出させてある。そのため、本実施形態の鉄系焼結合金より構成される部材が高温環境下で長時間使用された場合でも、部材の経時的な寸法変化を抑制することができる。これは、高温環境下での使用前に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素を予め析出させておくことで、高温環境下での使用中に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素の析出が抑制され、圧縮応力の緩和による残留オーステナイトのマルテンサイト変態が抑制されるためであると考えられる。
【００２３】
（実施形態２）
実施形態２の鉄系焼結合金の製造方法について説明する。
【００２４】
本実施形態の鉄系焼結合金の製造方法は、Ｆｅ、ＣｕおよびＣを少なくとも含む化学組成と、残留オーステナイトとマルテンサイトとを含む焼結組織とを有する焼結合金に対して、その使用前に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素を予め析出させるＣｕ析出処理を施し、鉄系焼結合金を得るものである。
【００２５】
なお、本実施形態の鉄系焼結合金の製造方法は、実施形態１の鉄系焼結合金を製造しうる方法であり、本実施形態の解釈に当たり、適宜、実施形態１の記載を参照することができる。例えば、Ｃｕ析出処理を施す前の焼結合金の化学組成、焼結組織などについては、実施形態１を参照できる。また、予め析出させるＣｕ元素は、具体的には、Ｃｕの金属間化合物として析出させることができ、Ｃｕの金属間化合物は、具体的には、Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物を含む構成とすることができる。これらについても、実施形態１を参照できる。また、Ｃｕ析出処理を施す前の焼結合金は、所定の化学組成を得るための原料粉末を含む焼結合金粉末を成型後、得られた成型体を焼結、焼入れすることによって準備することができる。なお、焼結合金粉末は、金型離型性向上等の目的で、焼結時に消失する潤滑剤などを含むこともできる。焼結合金粉末の製造、成型方法、上記焼結組織を得るための焼入れ条件等については、公知の粉末製法、方法、条件を適宜採用することができる。
【００２６】
Ｃｕ析出処理を施す前の焼結合金の焼結組織において、マルテンサイトのＣｕ含有量は、具体的には、０．５質量％以上とすることができる。この構成によれば、Ｃｕの固溶により残留オーステナイトを安定化させやすいなどの利点がある。なお、上記マルテンサイトのＣｕ含有量は、Ｃｕ析出処理を施す前の焼結合金の試料について、上述したＴＥＭ−ＥＤＸ分析にて測定される値である。
【００２７】
また、Ｃｕ析出処理を施した後の焼結組織において、マルテンサイトのＣｕ含有量は、具体的には、０．５質量％未満とすることができる。なお、上記マルテンサイトのＣｕ含有量は、Ｃｕ析出処理を施した後の焼結合金（つまり、得られた高温使用前の鉄系焼結合金）の試料について、上述したＴＥＭ−ＥＤＸ分析にて測定される値である。この構成によれば、高温環境下での使用時におけるマルテンサイトからのＣｕ元素の析出抑制を確実なものとすることができるので、部材の経時的な寸法変化を抑制しやすい鉄系焼結合金が得られる。上記マルテンサイトにおけるＣｕ含有量は、上記効果をより確実なものとする観点から、好ましくは、０．４質量％以下、より好ましくは、０．３質量％以下、さらに好ましくは、０．２質量％以下、さらにより好ましくは、０．１５質量％以下、さらにより一層好ましくは、０．１質量％以下とすることができる。
【００２８】
Ｃｕ析出処理は、具体的には、熱処理により実施することができる。より具体的には、Ｃｕ析出処理は、鉄系焼結合金より構成される焼結部材の使用温度と部材寿命とから求められる熱エネルギーと同等の熱エネルギーを与える温度による熱処理とすることができる。この構成によれば、焼結部材がその使用温度で部材寿命まで使用された際に当該焼結部材に加えられる全熱エネルギーと同等の熱エネルギーを与える温度による熱処理を予め施し、これにより焼結組織中にマルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素を予め析出させることができる。そのため、この構成によれば、焼結部材の使用開始から部材寿命までの間にわたって、部材の経時的な寸法変化を抑制することが可能な鉄系焼結合金が得られる。
【００２９】
Ｃｕ析出処理時の処理温度は、寸法変化の抑制効果が大きくなるなどの観点から、好ましくは、２００℃以上、より好ましくは、２０５℃以上、さらに好ましくは、２１０℃以上、さらにより好ましくは、２１５℃以上、さらにより一層好ましくは、２２０℃以上とすることができる。なお、Ｃｕ析出処理時の処理温度は、寸法変化の抑制効果の飽和、省エネルギー化などの観点から、例えば、３００℃以下、好ましくは、２５０℃以下とすることができる。
【００３０】
本実施形態の鉄系焼結合金の製造方法は、上記構成を有している。そのため、本実施形態の鉄系焼結合金の製造方法によれば、高温環境下で長時間使用される部材に用いられた場合でも、部材の経時的な寸法変化を抑制可能な鉄系焼結合金を得ることができる。
【００３１】
以下、上記鉄系焼結合金およびその製造方法について、実験例を用いてより具体的に説明する。
＜実験例１＞
水アトマイズ法を用いて作製したＦｅ−Ｍｏ合金粉末に、Ｃｕ粉、黒鉛粉、金型離型用の潤滑剤を添加することにより、焼結合金粉末を準備した。準備した焼結合金粉末は、焼結時に消失する潤滑剤成分を除外すると、Ｆｅ、ＣｕおよびＣを少なくとも含む化学組成を有している。具体的には、焼結合金粉末は、Ｃｕ：２．０質量％、Ｃ：０．７５質量％、Ｍｏ：０．４５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる化学組成を有している。原料に用いた上記Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末の平均粒子径ｄ５０は、７０〜８０μｍ、上記銅粉の平均粒子径ｄ５０は、１５〜２０μｍ、上記黒鉛粉の平均粒子径ｄ５０は、１５〜２０μｍであった。上記にいう平均粒子径ｄ５０は、レーザー回折・散乱法により測定した体積基準の累積度数分布が５０％を示すときの粒子径（直径）である。
【００３２】
得られた焼結合金粉末をプレス成型機にて成型し、円板状の成形体を得た。この成形体を１１００℃以上１１５０℃以下で１５分間焼結した後、６００℃／分の速度以上で焼入れの冷却を行った。なお、Ｃｕ元素は、焼入れにより生じるマルテンサイト中に固溶される。その後、得られた焼結合金よりなる円板状部材に対して所定の条件でＣｕ析出処理を施し、試験体を得た。具体的には、焼結合金よりなる円板状部材を、室温から昇温速度３℃／分で２２５℃まで昇温し、２２５℃で１時間保持した後、降温速度３℃／分で室温まで冷却するという条件で熱処理して得られたものを、試験体１とした。また、焼結合金よりなる円板状部材を、室温から昇温速度３℃／分で１８０℃まで昇温し、１８０℃で１時間保持した後、降温速度３℃／分で室温まで冷却するという条件で熱処理して得られたものを、試験体２とした。
【００３３】
また、各試験体について、１３０℃で１００時間保持するという耐久試験を実施した。なお、この耐久試験は、高温環境下で長時間使用された場合を簡易的に模擬したものである。以上により、２２５℃でＣｕ析出処理した初期の試験体１、上記耐久試験後の試験体１、１８０℃でＣｕ析出処理した初期の試験体２、上記耐久試験後の試験体２を得た。
【００３４】
金属顕微鏡（倍率１０００倍）を用いて、各試験体の焼結組織を観察した。図１（ａ）に、２２５℃でＣｕ析出処理した初期の試験体１の焼結組織を、図１（ｂ）に耐久試験後の試験体１の焼結組織を示す。同様に、図２（ａ）に、１８０℃でＣｕ析出処理した初期の試験体２の焼結組織を、図２（ｂ）に耐久試験後の試験体２の焼結組織を示す。なお、図１（ａ）および図２（ａ）の焼結組織で示すように、符号Ａは、残留オーステナイトであり、符号Ｍは、マルテンサイトであり、符号Ｐは、成型時に生じた孔である。
【００３５】
Ｃｕ析出処理した初期の試験体１および試験体２、耐久試験後の試験体１および試験体２について、Ｘ線吸収微細構造（ＸＡＦＳ）解析によりＣｕのＫ殻におけるエネルギー吸収端の吸収スペクトルを求めた。ＸＡＦＳ測定機器には、あいちシンクロトン光センター  あいちＳＲ（ビームライン：ＢＬ１１Ｓ２、名称：硬Ｘ線ＸＡＦＳ  ＩＩ、測定手法：硬Ｘ線ＸＡＦＳ）を用いた。測定条件は、キャリブレーション条件：Ｃｕフェルミ順位、測定方法：蛍光収量法、検出器：７ｃｈＳＤＤ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｄｒｉｆｔ  Ｄｅｔｅｃｔｅｒ）、測定範囲：８６８４ｅＶ〜１００００ｅＶとした。その結果を、図３および図４に示す。
【００３６】
図３および図４によれば、焼結、焼入れ後に実施したＣｕ析出処理によって、各焼結合金の焼結組織中に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素を予め析出させることができていることがわかる。また、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素は、具体的には、Ｃｕの金属間化合物、より具体的には、Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物として析出していることもわかる。また、初期と耐久試験後の各試験体について、図３および図４におけるＦｅ−Ｃｕ固溶体、Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物のピークの面積強度を求めた。その結果を、表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１によれば、焼結、焼入れ後のＣｕ析出処理の段階で、つまり、高温環境下に曝される前の段階で、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素を焼結組織中により多く析出させておくことにより、高温環境下に曝された後のＦｅ−Ｃｕ固溶体の変化量を少なくできることがわかる。つまり、高温環境下に曝される前に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素を予め析出させておくことで、高温環境下に曝された時に、マルテンサイト中に固溶されていたＣｕ元素の析出が抑制され、圧縮応力の緩和による残留オーステナイトのマルテンサイト変態が抑制されることがわかる。また、この結果によれば、Ｃｕ析出処理を、焼結部材の使用温度と部材寿命とから求められる熱エネルギーと同等の熱エネルギーを与える温度による熱処理にて行うことで、部材使用中における経時的な寸法変化を抑制することが可能になることがわかる。
【００３９】
次に、焼結、焼入れ後に行うＣｕ析出処理の処理温度を変化させ、上述した耐久試験前後における試験体の同じ箇所における寸法変化率を測定した。なお、寸法測定には、３次元寸法測定器（東京精密社製、「ＸＹＺＡＸ  ＳＶＡ  ｆｕｓｉｏｎ９／６／６」）を用いた。その結果を、図５に示す。
【００４０】
図５によれば、Ｃｕ析出処理の処理温度が高くなるほど、高温環境下での使用時における部材の経時的な寸法変化を抑制しやすくなることがわかる。また、Ｃｕ析出処理の処理温度を２１０℃以上とすることで、寸法変化率を低い状態で安定化させやすくなることもわかる。また、図５の結果と、上述の表１の結果とから、高温環境下で使用される前において、Ｆｅ−Ｃｕ金属間化合物のピークの面積強度を０．１２５以上、Ｆｅ−Ｃｕ固溶体のピークの面積強度を１．６２０以下としておくことで、高温環境下での使用時における部材の経時的な寸法変化を抑制可能な鉄系焼結合金を確実なものとすることが可能になることがわかる。
【００４１】
次に、上述した２２５℃でＣｕ析出処理した初期の試験体１、耐久試験後の試験体１、１８０℃でＣｕ析出処理した初期の試験体２、耐久試験後の試験体２について、ＴＥＭ−ＥＤＸ分析により、マルテンサイトのＣｕ含有量を測定した。その結果、２２５℃でＣｕ析出処理した初期の試験体１におけるマルテンサイトのＣｕ含有量は、０．１質量％であった。２２５℃でＣｕ析出処理した試験体１の耐久試験後におけるマルテンサイトのＣｕ含有量は、０．１質量％であった。１８０℃でＣｕ析出処理した初期の試験体２におけるマルテンサイトのＣｕ含有量は、０．５質量％であった。１８０℃でＣｕ析出処理した試験体２の耐久試験後におけるマルテンサイトのＣｕ含有量は、０．１質量％であった。
【００４２】
上記結果から、高温環境下で使用される前において、マルテンサイトのＣｕ含有量を０．５質量％未満としておくことで、高温環境下での使用時におけるマルテンサイトからのＣｕ元素の析出抑制を確実なものとすることが可能となり、部材の経時的な寸法変化を抑制しやすい鉄系焼結合金が得られるといえる。
【００４３】
本発明は、上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形態、各実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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