(57)【要約】【課題】鉄粉末により多くのマンガンを拡散させることにより、機械的強度を高めることができる鉄系焼結材料の製造方法を提供する。【解決手段】鉄からなる鉄粉末と、黒鉛からなる黒鉛粉末と、マンガンを主成分として含有したマンガン含有粉末と、を混合した混合粉末から成形体を成形し、前記成形体を不活性ガス雰囲気下において焼結して製造される鉄系焼結材料の製造方法であって、前記マンガン含有粉末は、Ｍｎ２Ｏ３およびＭｎＯ２から選択される少なくとも一種からなる粉末である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄からなる鉄粉末と、黒鉛からなる黒鉛粉末と、マンガンを主成分として含有したマンガン含有粉末と、を混合した混合粉末から成形体を成形し、前記成形体を不活性ガス雰囲気下において焼結して製造される鉄系焼結材料の製造方法であって、
前記マンガン含有粉末は、Ｍｎ２Ｏ３およびＭｎＯ２から選択される少なくとも一種からなる粉末であることを特徴とする鉄系焼結材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄系粉末を含む粉末から成形体を成形し、成形体を焼結して製造される鉄系焼結材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、炭素含有の鉄系焼結材料は、炭素を含有した鉄粉末を、成形金型に充填したのち、加圧成形して成形体を製造し、成形体を焼結することにより得られる。ここで、鉄系焼結材料に、より高い強度を付与するために、鉄と合金化する合金元素が添加されることが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、炭素を含有した鉄粉末と、銅からなる純銅粉末と、マンガンからなるマンガン粉末とを混合した鉄系焼結材料用の混合粉末を、成形体に成形したのち、この成形体を焼結した鉄系焼結材料の製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６７００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、後述する発明者らの実験からも明らかなように、特許文献１に示すように、マンガンからなるマンガン粉末（純マンガン粉末）を含む成形体を焼結した場合、焼結時にマンガンが酸化し、鉄粉末に拡散し難い。これにより、鉄系焼結材料の引張強さなどの機械的強度が十分でないことがある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、鉄粉末により多くのマンガンを拡散させることにより、機械的強度を高めることができる鉄系焼結材料の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を鑑みて、本発明に係る鉄系焼結材料の製造方法は、鉄からなる鉄粉末と、黒鉛からなる黒鉛粉末と、マンガンを主成分として含有したマンガン含有粉末と、を混合した混合粉末から成形体を成形し、前記成形体を不活性ガス雰囲気下において焼結して製造される鉄系焼結材料の製造方法であって、前記マンガン含有粉末は、Ｍｎ２Ｏ３およびＭｎＯ２から選択される少なくとも一種からなる粉末であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、マンガン含有粉末として、Ｍｎ２Ｏ３およびＭｎＯ２から選択される少なくとも一種からなる粉末を用いることにより、Ｍｎ２Ｏ３およびＭｎＯ２が還元されて、鉄粉末により多くのマンガンを拡散させることにより、機械的強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１〜５、実施例１５〜１７、および比較例１〜４に係る鉄系焼結材料のＭｎの含有量と、その引張強度との関係を示したグラフである。
【図２】実施例１〜３、実施例６〜８、実施例９〜１１、および実施例１２〜１４に係る鉄系焼結材料のＣの含有量と、その引張強度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】
【００１０】
以下に、本発明に係る鉄系焼結材料の製造方法の実施形態を以下に説明する。
【００１１】
本実施形態の焼結体の製造方法は、主に、混合工程、成形工程および焼結工程からなり、適宜、熱処理工程が行われる。以下、各工程について詳しく説明する。
【００１２】
１．混合工程
混合工程は、以下に示す原料粉末を混合して混合粉末とする工程である。本実施形態では、以下に示す鉄からなる鉄粉末と、黒鉛からなる黒鉛粉末と、マンガンを主成分として含有したマンガン含有粉末とを準備し、これらの粉末を均一に混合し、混合粉末を製造する。この混合工程により各種の原料粉末は均一に混合され、均質な焼結体（鉄系焼結材料）を安定して得ることができる。
【００１３】
鉄粉末は、鉄および不可避不純物からなり、鉄の溶湯から、たとえば、粉砕法、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法などにより製造することができる。
【００１４】
黒鉛粉末は、焼結時に黒鉛粉末のＣが鉄系基地に固溶拡散することができるのであれば、天然黒鉛または人造黒鉛のいずれの黒鉛粒子からなる粉末であってもよく、これらを混合した粉末であってもよい。
【００１５】
黒鉛粉末は、０．２〜０．９質量％の範囲で、混合粉末に含有していることが好ましい。これにより、鉄系焼結材料の鉄基地にパーライト組織を析出させて、鉄系焼結材料の強度を向上させることができる。
【００１６】
ここで、鉄系焼結材料の炭素の含有量が０．２質量％未満である場合には、鉄系焼結材料の強度が不足する。一方、鉄系焼結材料の炭素の含有量が０．９質量％を超えた場合には、鉄系焼結材料の鉄基地にセメンタイト組織が析出するため、鉄系焼結材料の強度の上昇が飽和するとともに、鉄系焼結材料の硬さが上昇し、鉄系焼結材料の被削性が低下してしまう。
【００１７】
マンガン含有粉末は、Ｍｎ２Ｏ３およびＭｎＯ２から選択される少なくとも一種からなる粉末である。マンガンは、鉄基地に固溶し、鉄系焼結材料の強度を向上させることができる。マンガン含有粉末は、製造された鉄系焼結材料に対してＭｎが０．５〜２．５質量％の範囲で含有するように、混合粉末に含有していることが好ましい。
【００１８】
ここで、マンガンの含有量が、０．５質量％未満である場合には、鉄系焼結材料の強度が不足する。マンガンの含有量が、２．５質量％を超えたとしても、鉄系焼結材料の強度の向上をそれ以上期待することができない。
【００１９】
２．成形工程
混合工程で得られた混合粉末から、成形用の金型を用いて成形体を成形する。これらの混合粉末を金型に充填する前に、金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤を塗布してもよい。ここで使用する高級脂肪酸系潤滑剤は、高級脂肪酸自体の他、高級脂肪酸の金属塩であってもよい。塗布するにあたって、加熱された金型内に水、水溶液またはアルコール溶液等に分散させた高級脂肪酸系潤滑剤を噴霧して行う。
【００２０】
次に、高級脂肪酸系潤滑剤が内面に塗布された金型へ、混合粉末を充填し、充填された混合粉末を、常温で加圧成形する。ここでは、鉄系焼結材料の密度を高めるべく、温間金型潤滑法により成形体を成形してもよく、混合粉末を所望の形状および密度に成形することができるのであれば、特にこの方法に限定される必要はない。
【００２１】
３．焼結工程
成形工程で得られた成形体を加熱して、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下で焼結する。具体的には、成形体を加熱することにより、マンガン含有粉末のＭｎ２Ｏ３およびＭｎＯ２が、黒鉛粉末の炭素と反応して、Ｍｎに還元される。具体的には、以下の反応が生じる。
Ｍｎ２Ｏ３＋３Ｃ→２Ｍｎ＋３ＣＯ
ＭｎＯ２＋２Ｃ→Ｍｎ＋２ＣＯ
この結果、還元させたマンガンを鉄基地に固溶拡散させながら、鉄系焼結材料に焼結するので、鉄系焼結材料の強度を向上させることができる。
【００２２】
焼結温度および焼結時間は、焼結体の所望特性、生産性等を考慮して適宜選択される。焼結温度は高い程、短時間で高強度な鉄基焼結合金（焼結体）が得られる。本実施形態における焼結温度は、８７０℃〜１２５０℃の範囲にあり、焼結時間は、焼結温度、焼結体（鉄基焼結合金）の仕様、生産性、コスト等を考慮しつつ０．１〜３時間の範囲とするのがよい。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明を具体的に実施した実施例について比較例と共に説明する。
【００２４】
〔実施例１〕
以下に示す方法で、実施例１の鉄系焼結材料を製造した。純鉄からなる鉄粉末として、アトマイズ鉄粉（へガネスジャパン製：型番ＡＳＣ１００．２９）を準備した。黒鉛粉末として、黒鉛粉末（日本黒鉛工業製： ＣＰＢ−Ｓ）を準備した。マンガン含有粉末として、Ｍｎ２Ｏ３粉末（福田金属箔粉工業製）を準備した。
【００２５】
上述した、鉄粉末９８．６８質量％、黒鉛粉末０．６質量％、Ｍｎ２Ｏ３粉末０．７２質量％の割合で、Ｖ型混合器で３０分間混合し、混合粉末を得た。成形型を用い、成形型内部に、ステアリン酸亜鉛を塗布し、上記したように配合した混合粉末を７８．４×１０７Ｐａ（８ｔｏｎｆ／ｃｍ２）の加圧力で試験片を圧縮成形し、圧粉成形体（成形体）を形成した。成形体を１１５０℃の不活性ガス雰囲気（窒素ガス雰囲気）下で３０分間加熱して焼結し、鉄系焼結材料（Ｆｅ−０．５０Ｍｎ−０．４Ｃ）を作製した。
【００２６】
〔実施例２〜１４〕
実施例１と同じように、鉄系焼結材料を作製した。実施例１と相違する点は、黒鉛粉末と、Ｍｎ２Ｏ３粉末との含有量を表１に示す量にした点である。なお、表１に示す混合成分試料名の欄のＣが、黒鉛粉末である。
【００２７】
〔実施例１５〜１７〕
実施例１と同じように、鉄系焼結材料を作製した。実施例１と相違する点は、Ｍｎ２Ｏ３粉末の代わりに、ＭｎＯ２粉末を用い、黒鉛粉末と、ＭｎＯ２粉末との含有量を表１に示す量にした点である。
【００２８】
〔比較例１〜３〕
実施例１と同じように、鉄系焼結材料を作製した。実施例１と相違する点は、Ｍｎ２Ｏ３粉末の代わりに、純マンガンからなるマンガン粉末を用い、黒鉛粉末と、Ｍｎ粉末との含有量を表１に示す量にした点である。
【００２９】
〔比較例４〕
実施例１と同じように、鉄系焼結材料を作製した。実施例１と相違する点は、Ｍｎ２Ｏ３粉末を含有させず、黒鉛粉末の含有量を表１に示す量にした点である。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
＜密度の測定＞
実施例１〜１７および比較例１〜４の鉄系焼結材料の密度の測定を行なった。この結果を、表１に示す。表１に示すように、実施例１〜１７および比較例１〜４の鉄系焼結材料の密度は同程度であった。
【００３２】
＜引張強度の測定＞
実施例１〜１７および比較例１〜４の鉄系焼結材料を加工して、中心部分での円柱の直径３．７５ｍｍ、長さ９．６５ｍｍの試験片を作製し、これらの試験片の引張強度を測定した。この結果を表１、図１および２に示す。図１は、実施例１〜５、実施例１５〜１７、および比較例１〜４に係る試験片のＭｎの含有量と、その引張強度との関係を示したグラフである。図２は、実施例１〜３、実施例６〜８、実施例９〜１１、および実施例１２〜１４に係る試験片のＣの含有量と、その引張強度との関係を示したグラフである。
【００３３】
［結果］
実施例１〜５、実施例１５〜１７の試験片の引張強度は、比較例１〜４の試験片のものに比べて、高かった。実施例１、１５の試験片のＭｎの含有量は、比較例１の試験片のＭｎの含有量と同じ（０．５質量％）であるにも拘わらず、実施例１、１５の試験片の引張強度は、比較例１のものよりも高かった。同様に、実施例１６の試験片のＭｎの含有量は、比較例２の試験片のＭｎの含有量と同じ（１．０質量％）であるにも拘わらず、実施例１６の試験片の引張強度は、比較例２のものよりも高かった。さらに、実施例３の試験片のＭｎの含有量は、比較例３の試験片のＭｎの含有量と同じ（１．５質量％）であるにも拘わらず、実施例３の試験片のＭｎの引張強度は、比較例３のものよりも高かった。
【００３４】
これは、比較例１〜３の試験片では、鉄粉末に僅かに含まれる酸素と、マンガン粉末の一部のマンガンとが反応し（Ｍｎ＋Ｏ→ＭｎＯ）、これによりＭｎＯが生成されたため、Ｍｎが鉄基地に十分に固溶拡散することができず、Ｍｎによる固溶強化ができなかったからであると考えられる。また、比較例４の試験片では、Ｍｎを含有していないので、他の試験片とは異なりＭｎによる固溶強化がなされなかったため、他の試験片に比べて、その引張強度が低かったと考えられる。
【００３５】
一方、実施例１〜１４では、焼結時において、Ｍｎ２Ｏ３＋３Ｃ→２Ｍｎ＋３ＣＯの反応が生じ、実施例１５〜１７では、焼結時において、ＭｎＯ２＋２Ｃ→Ｍｎ＋２ＣＯが生じ、還元されたＭｎが、鉄基地に固溶拡散したことにより、試験片の強度が高くなったと考えられる。なお、図２に示すように、試験片に含有する炭素量が増加するに従って、試験片の強度が上昇していることがわかる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【図１】
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【図２】
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