(57)【要約】【課題】  炭素の拡散を抑制して黒鉛を分散させた被削性に優れる鉄系焼結材料を、高価な酸化硼素粉末または酸化硼素を含有する窒化硼素粉末を添加することなく、経済的に提供できるようにする。【解決手段】  焼結後にパーライト組織を呈する鉄系焼結材料用の粉末混合物より黒鉛粉末を除いた鉄系粉末混合物に対し、配合比で、高級脂肪酸のアルミニウム塩を０．０５〜１．５質量％と、黒鉛粉末を０．１〜２．０質量％とを添加した粉末を圧縮成形し、得られた圧粉体を炭素の拡散温度以上の温度で焼結する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結後にパーライト組織を呈する鉄系焼結材料用の粉末混合物より黒鉛粉末を除いた鉄系粉末混合物に対し、配合比で、高級脂肪酸のアルミニウム塩を０．０５〜１．５質量％と、黒鉛粉末を０．１〜２．０質量％とを添加した粉末を圧縮成形し、得られた圧粉体を炭素の拡散温度以上の温度で焼結する鉄系焼結材料の製造方法。
【請求項２】
前記高級脂肪酸のアルミニウム塩を構成する高級脂肪酸が、ステアリン酸、１２−ヒドロキシステアリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リシノール酸、ベヘン酸の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の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、鉄系焼結材料の製造方法に係り、特に、焼結後の金属組織中に未拡散の黒鉛を分散させることにより、被削性を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金法による焼結材料は、ニアネットシェイプに造形することができることに加え、一度押型を作製すれば同形状の製品を多量に生産可能であり、製造コストが低廉であるという利点を有していることから、種々の分野で利用されている。しかし、高い精度が要求される部品に適用する場合は、焼結後に機械加工を要することがあり、その場合には良好な被削性が要求される。
【０００３】
したがって、このような観点から、鉄系焼結材料の被削性を向上させる目的で、種々の技術が提案されている。原料粉として硫黄を含有する鉄粉を使用したり、硫化物を原料粉に添加、混合する方法や、焼結体を硫化水素ガス雰囲気で硫化処理する方法などが採用されている（特許文献１など）。
【０００４】
また、焼結合金の気孔中に樹脂などを充填する技術も提供されている（特許文献２など）。このような焼結合金では、切削加工中に気孔中の樹脂がチップブレーキングの起点となるため、切屑の分断性が良好である。
【０００５】
黒鉛粉を含有する原料粉からなる圧粉体を炭素の拡散温度以下で焼結し、黒鉛を分散させた材料が実用に供されている（特許文献３など）。黒鉛は、固体潤滑剤としての効果があり被削性の改善に有効である。
【０００６】
しかしながら、快削成分である硫黄を焼結合金の基地中に分散させる方法では、被削性の改善には限界がある。また、硫黄は、焼結合金の強度を低下させる元素であり、特に、靭性を低下させる原因になるとともに、焼結合金の腐食を促進するおそれもあるので用途に制限がある。
また、焼結合金の気孔中に樹脂などを充填する方法では、樹脂などの原料コストがかかるとともに、工程も増えるため、焼結材料のコストが上昇してしまう。
炭素の拡散温度以下で焼結を行うことで黒鉛を分散させる方法では、焼結温度が低いために強度が低くなってしまい、強度が必要とされる部材に適用することができない。
【０００７】
そこで、本出願人は、炭素の拡散温度以上で焼結しても黒鉛を基地中に分散させることができる材料として、黒鉛粉末を０．１〜２．０質量％含む鉄系混合粉末に酸化硼素を０．０１〜１．０質量％添加した混合粉末からなる圧粉体を焼結した、炭素の拡散が抑制されフェライトとパーライトからなる基地組織中に黒鉛が分散した鉄系焼結材料を提案している（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１７９４０９号公報
【特許文献２】特開２００２−２８５２９３号公報
【特許文献３】特開昭６１−２４３１５６号公報
【特許文献４】特開平９−２４１７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献４の鉄系焼結材料は、焼結温度を高くしても基地中への炭素の拡散が酸化硼素によって抑制され、鉄系焼結合金の基地硬さを低下させて被削性を向上させることができるが、原料粉末に高価な酸化硼素粉末または酸化硼素を含有する窒化硼素粉末を添加するため、原料コストが上昇してしまう。そのため、低廉な製造方法が求められている。
【００１０】
そこで、本発明は、炭素の拡散を抑制して黒鉛を分散させた被削性に優れる鉄系焼結材料を経済的に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明は、焼結後にパーライト組織を呈する鉄系焼結材料用の粉末混合物より黒鉛粉末を除いた鉄系粉末混合物に対し、配合比で、高級脂肪酸のアルミニウム塩粉末を０．０５〜１．５質量％と、黒鉛粉末を０．１〜２．０質量％とを添加した粉末混合物からなる圧粉体を炭素の拡散温度以上の温度で焼結することにより、鉄系焼結材料を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、原料粉末に高価な酸化硼素粉末または酸化硼素を含有する窒化硼素粉末を添加することなく、焼結後の金属組織中に未拡散の黒鉛が分散した組織を有して被削性に優れる鉄系焼結合金を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者は、炭素の拡散を抑制させ黒鉛を分散させた焼結材料を得るため検討を重ねた結果、高級脂肪酸のアルミニウム塩粉末と黒鉛粉末とを添加することにより、黒鉛の拡散が抑制され、フェライトとパーライトからなる基地組織中に黒鉛が分散した組織となって、被削性に優れる鉄系焼結合金を製造することができることを見出した。
【００１４】
次に、本発明の成分組成について説明する。高級脂肪酸のアルミニウム塩粉末の量は、０．０５質量％未満では黒鉛の拡散を抑制させずに鉄系焼結合金はパーライト組織となる。また、１．５質量％を超えて添加してもこれ以上の炭素の拡散抑制効果は見られないばかりでなく、混合粉末の理論密度を低下させて圧粉体の密度が高くできないため、材料強度を低下させるとともに、混合粉末の流動性を低下させるため、金型への充填性を悪化させる。このため、高級脂肪酸のアルミニウム塩粉末の最適添加量の範囲を、０．０５〜１．５質量％とした。なお、この粉末は通常用いられる平均粒径１〜３０μｍ程度のものであればよい。平均粒径が１μｍ未満であると、凝集しやすくなり、３０μｍを超えると混合粉末中での均一分散が困難になる。
【００１５】
また、高級脂肪酸のアルミニウム塩を構成する高級脂肪酸は、ステアリン酸、１２−ヒドロキシステアリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、リシノール酸、ベヘン酸の少なくとも１種であると、混合粉末の圧粉成形時に潤滑剤としても作用するため、成形潤滑剤を別途添加する必要も無く、原料コストおよび混合粉末の理論密度の両面で好ましい。なお、圧粉成形金型から圧粉体を抜き出す際の潤滑性が不足する場合には、他の潤滑剤を併せて添加してもよいが、混合粉末の理論密度が低下するため、添加量は、高級脂肪酸のアルミニウム塩との合計で１．５質量％以下であることが好ましい。
【００１６】
また、黒鉛粉末の添加量は、０．１質量％未満では基地中に拡散する炭素の量が少なく所望の強度が得られないばかりでなく、未拡散の黒鉛量も少なく被削性改善の効果が少ない。また、２．０質量％を超えて添加した場合は、パーライト組織となり被削性を低下させるため、高級脂肪酸のアルミニウム塩粉末の添加量を多くする必要があるが、その被削性改善におよぼす効果は少ないため、黒鉛の最適添加量の範囲を０．１〜２．０質量％とした。
【実施例】
【００１７】
表１に示す配合比で原料粉末を用意し、これをＶ型ミキサーで３０分間混合した後に、混合粉末を密度６．８Ｍｇ／ｍ３に圧粉成形し、外径５０ｍｍ、内径３０ｍｍ、高さ２５ｍｍの圧粉体を各５個づつ作製した。次いで、それぞれの圧粉体を１１３０℃の還元性ガス（分解アンモニアガス）雰囲気で３０分間加熱して焼結した。ここでは、高級脂肪酸のアルミニウム塩としてステアリン酸アルミニウム（Ａｌ−Ｓｔ）を用いた。また、ステアリン酸アルミニウムを含まない試料１および試料８については、圧粉成形用の潤滑剤としてステアリン酸亜鉛（Ｚｎ−Ｓｔ）を添加した。
【００１８】
各焼結体に対して切削試験を行い、工具刃先の逃げ面摩耗幅を工具摩耗量として評価した。切削試験は、ダイヤモンド製のスローアウエイチップを用いてＮＣ旋盤で行い、切削速度を３００ｍｍ／分、送りを０．０３ｍｍ／ｒｅｖ、切込量を０．１０ｍｍとし、水溶性切削油を用いて４０００ｍの距離を切削した。工具逃げ面を、切削距離８００ｍ、１６００ｍ、２４００ｍ、３２００ｍおよび４０００ｍにおいて走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して、工具摩耗量を測定した。測定結果を表１に併せて示した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
試料１〜８の結果から、ステアリン酸アルミニウムを０．０５質量％以上添加することで、ステアリン酸亜鉛を添加した試料１よりも工具摩耗量が著しく少なくなることが判った。また、本発明によれば、特許文献４に記載の被削性改善材である試料８と同等以上の被削性が得られることが確認された。ただし、ステアリン酸アルミニウムの添加量が１．５質量％を上回る試料７では、被削性は良好であるが混合粉末の理論密度が低下し、圧粉体の高密度化による強度向上ができないとともに、混合粉末の流動性が低下して金型への充填性が悪化することが確認された。このことから、高級脂肪酸のアルミニウム塩の添加量は、０．０５〜１．５質量％が好ましいことが判った。
【００２１】
ステアリン酸アルミニウムとステアリン酸亜鉛は、ともにステアリン酸の金属塩であるが、ステアリン酸亜鉛には鉄系焼結合金基地への黒鉛の拡散を抑制する効果がない。従って、そのメカニズムは未解明であるが、アルミニウムが何らかの作用により鉄系焼結合金基地への黒鉛の拡散を抑制しているものと推定される。
【００２２】
試料９〜１４の結果から、黒鉛を０．１質量％以上添加することで、黒鉛を添加しない試料９よりも工具摩耗量が著しく少なくなることが判った。また、黒鉛添加量が２．０質量％を上回る試料１４では、パーライトが生成されたために工具摩耗量が増加した。このことから、黒鉛の添加量は、０．１〜２．０質量％が好ましいことが判った。