(57)【要約】【課題】炭素含有量が高く、かつ炭素の分布が均一で、厚み方向の強度分布が均一な焼結体の製造方法及び焼結体の提供。【解決手段】本発明の焼結体の製造方法は、加炭剤粉末を懸濁させたバインダ溶液を用いて原料粉末を造粒する第１工程と、第１工程により得られた造粒粉末を成形し、焼結する第２工程と、を備える。前記原料粉末に対する前記加炭剤粉末の添加量は、原料粉末の酸素含有量及び／又は炭素含有量に基づいて調整され、さらに、得られる焼結体の炭素含有量が、０．０３０重量％を越え、２．５０重量％以下となるように調整される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
加炭剤粉末を懸濁させたバインダ溶液を用いて原料粉末を造粒する第１工程と、第１工程により得られた造粒粉末を成形し、焼結する第２工程と、を備える、焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記バインダ溶液における加炭剤粉末の濃度又は添加量は、原料粉末の酸素含有量及び／又は炭素含有量に基づいて決定される、請求項１に記載の焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記原料粉末に対する前記加炭剤粉末の添加量は、原料粉末の酸素含有量及び／又は炭素含有量に基づいて調整された量である、請求項１又は請求項２に記載の焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記原料粉末に対する前記加炭剤粉末の添加量は、原料粉末の酸素含有量及び／又は炭素含有量に基づいて調整され、さらに、得られる焼結体の炭素含有量が、０．０３０重量％を越え、２．５０重量％以下となるように調整された量である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記原料粉末が、高速度工具鋼粉末である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記加炭剤粉末が炭素質である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記第１工程、第２工程に加え、さらに、焼入れ・焼戻しをする第３工程を備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項８】
前記焼結体の厚み方向の強度分布が実質的に均一である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項９】
加炭剤粉末を懸濁させたバインダ溶液を用いて原料粉末を造粒して得た造粒粉末を、成形後、焼結してなる、焼結体。
【請求項１０】
炭素含有量が０．０３０重量％を越え、２．５０重量％以下である、請求項９記載の焼結体。
【請求項１１】
前記造粒粉末を成形・焼結し、これを焼入れ、焼戻ししてなる、請求項９又は請求項１０記載の焼結体。
【請求項１２】
焼入れ・焼戻し前の、日本工業規格ＪＩＳ　Ｚ２２４５で規定されるロックウェル硬さＣスケールの硬さ値ＨｒＣが４５以上である、請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載の焼結体。
【請求項１３】
焼入れ、焼戻し後に、日本工業規格ＪＩＳ　Ｚ２２４５で規定されるロックウェル硬さＣスケールの硬さ値ＨｒＣを、該焼結体内の複数箇所で測定した場合に、その測定値から得られるばらつきの標準偏差が１．００以内である、請求項１１に記載の焼結体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結体の製造方法、及び焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末冶金法は、圧延、鍛造、鋳造等からなる従来の製造プロセスを大きく変え、原料となる金属粉末を圧縮成形後焼結して製品とする方法である。従って粉末冶金法によれば、ＷやＭｏ等の高融点金属材料、含油軸受やフィルター等の多孔質材料、超硬合金やサーメット等の様に、従来の溶製法では製造が困難であった部材の製造が可能になる。
【０００３】
現在粉末冶金法によって製造される焼結体は、大半が自動車用部品として用いられており、とりわけ鉄系焼結部材が汎用されている。このような鉄系焼結部材については様々なものが知られており、例えば硬度、強度、耐候性、耐磨耗性等の向上を図るという目的の下に、主成分となる鉄粉や鋼粉に対し黒鉛や銅等の微粉末を混合して焼結したものが知られている。
【０００４】
特に、高速度工具鋼等の分野においては、温度が相当上昇するような過酷な条件にも耐え得るような非常に高強度のものが要求されている。
【０００５】
さて、このような鉄、鋼などの鉄鋼材料を強化する機構としては、固溶による強化、結晶粒微細化による強化、第２相粒子析出による強化、転位による強化、変態による強化などが知られており、特に炭素をマトリックスに固溶させることにより強化を図る方法が一般的に行われている。
【０００６】
粉末冶金法においては、このような炭素による固溶強化法として、低炭素含有量の原料粉末に、グラファイト、すす、カーボンブラックのような炭素原料を圧縮成形前に混合することによって炭素含有量を上げる方法が一般に行われている。
【０００７】
この、低炭素含有量の原料粉末にグラファイトのような炭素原料を混合した後、圧縮成形する方法には、次のような問題がある。
【０００８】
まず、非特許文献１によれば、この方法では炭素含有量は、厳密に制御することができ、炭素は、急激に溶解し、かつ拡散性も高いため、９８０℃（１８００°Ｆ）を越える温度では、急速な均一化が可能となるとある。しかし、同時に、炭素含有量が上がると、固相線温度が下がるので、焼結温度も低下し、このため、炭素を０．１５〜０．２％より多く配合すると、炭素分布が不均一となり、焼結に対するレスポンスの複雑化、部品間の密度のバラツキ、歪の発生等の、多くの悪影響が生じるという問題が指摘されている。
【０００９】
また、一般に、原料粉末と炭素原料の混合は、ブレンダ等のような機械的な混合装置を用いて実施されるのが一般的であるが、この場合、原料粉末と炭素粉末は機械的に混合しているだけであり、原料粉末と炭素粉末との比重が異なるため、均一な混合がなされず、得られる焼結体の炭素の分布が不均一となるという問題がある。
【００１０】
このような、原料粉末に炭素原料を混合する場合に生じる問題を解決すべく、従来より様々な方法が検討されている。
【００１１】
まず、偏析の問題の防止手段として、たとえば特許文献１や特許文献２では、有機バインダーを用いて鉄・鋼粉末に黒鉛粉末を付着させる方法が提案されている。
【００１２】
具体的には、特許文献１には、偏析及びダスチングを防止するために、鉄を主体とする粉末と一種以上の合金用粉末に加え、固体又は液体状態の結合剤を含有する、鉄を主体とする粉末混合物が開示されている。また、その詳細な説明において、均一な混合物を得るために、あらかじめ、鉄系粉末と一種以上の合金用粉末を混合した後、液体状態又は固体状態の結合剤を添加し混合する方法が記載されている。しかし、特許文献１に記載の方法では、鉄系粉末と合金用粉末の均一化は必ずしも十分とはいえず、さらに均質化の工程が二段階になるため、工程が複雑になるという欠点もある。また、焼結後の機械的物性についても、十分均一化が図られているとは想起しえないものである。
【００１３】
特許文献２には、鉄を主体とする粉末と合金用粉末に、水に実質的に不溶な樹脂である液体状態の結合剤を、機械的に混合することにより得られる粉末組成物が開示されている。しかし、この方法でも、特許文献１の場合と同様の機械的混合方法をとっており、鉄系粉末と合金用粉末の均一化が十分に図られているとはいえなかった。
【００１４】
さらに、特許文献２に記載の有機バインダは、金属粉末である原料粉末と炭素原料の結合力を高めるよりも金属粉末同士の結合力を高める作用の方が強く、黒鉛等に対する偏析防止には期待されるほどの効果が発揮されないとも言われている。
【００１５】
一方、特許文献３には、炭素量の不均一性の問題を解決し、脱脂後の炭素量を精度良く制御することを目的として、脱脂後の成形体を、炭化水素ガス、または炭化水素ガスと、窒素、アルゴンの少なくとも一種との混合ガス雰囲気中で加熱処理して、加炭することにより、焼結前の鉄系金属粉末成形体の炭素量を制御する鉄系金属粉末成形体の炭素量制御方法が開示されている。
【００１６】
しかし、炭化水素ガスまたは炭化水素ガスを含む混合ガスによる炭素量制御方法では、当該公報の［０００９］段中にも記載があるように、加炭量が多い場合には、加炭負荷が増加し、製品に含まれる炭素含有量の差（ばらつき）や処理時間の増加要因となる。したがって、当該公報記載の発明は、従来の黒鉛を添加する方法等を併用することが必要となり、上述したのと同様の問題が生じていた。また、ガスによる炭素量制御には複雑な装置を必要とするため、製造コストが高くなるなどの問題があった。
【００１７】
［特許文献１］
特開昭５６−１３６９０１号公報
［特許文献２］
特開昭６３−１０３００１号公報
［特許文献３］
特開平９−１３１０４号公報
［特許文献４］
特表平８−５０１８３２号公報
［非特許文献１］
「エーエスエム・ハンドブック（ＡＳＭ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ）」、Ｖｏｌ．７、マテリアル・インフォメーション・ソサエティ（Ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ、１９９８年
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、上記のような問題を解決し、炭素含有量が高く、かつ炭素の分布が均一で、厚み方向の強度分布が均一な焼結体の製造及び焼結体を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討したところ、加炭剤粉末を懸濁させたバインダ溶液を用いて原料粉末を造粒し、得られた造粒粉末を焼結して焼結体を製造することで、炭素含有量が高く、かつ炭素の分布が均一な焼結体を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００２０】
すなわち、本発明の焼結体の製造方法は、加炭剤粉末を懸濁させたバインダ溶液を用いて原料粉末を造粒する第１工程と、第１工程により得られた造粒粉末を成形し、焼結する第２工程と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
本発明の焼結体の製造方法によれば、加炭剤粉末を懸濁させたバインダ溶液を用いて原料粉末を造粒し、得られた造粒粉末を成形後、焼結して焼結体を製造するので、炭素含有量が高くても、炭素の分布を均一とすることができ、強度特性に優れた焼結体を提供することができる。
【００２２】
前記バインダ溶液における加炭剤粉末の濃度又は添加量は、原料粉末の酸素含有量及び／又は炭素含有量に基づいて決定されることが好ましい。
【００２３】
前記原料粉末に対する前記加炭剤粉末の添加量は、原料粉末の酸素含有量及び／又は炭素含有量に基づいて調整されることが好ましく、さらに、得られる高強度焼結体の炭素含有量が、０．０３０重量％を越え、２．５０重量％以下となるように調整された量であることが好ましい。
【００２４】
また、前記原料粉末が、高速度工具鋼粉末であることが好ましい。
【００２５】
さらに、前記加炭剤粉末が炭素質であることが好ましい。
【００２６】
本発明の焼結体の製造方法は、前記第１工程、第２工程に加え、さらに、焼入れ・焼戻しをする第３工程を備えていることが好ましい。
【００２７】
前記焼結体は、厚み方向の強度分布が実質的に均一であることが好ましい。
【００２８】
本発明の焼結体は、加炭剤粉末を懸濁させたバインダ溶液を用いて原料粉末を造粒して得た造粒粉末を、成形後、焼結してなることを特徴としている。
【００２９】
炭素含有量が０．０３０重量％を越え、２．５０重量％以下であることが好ましい。
【００３０】
本発明の焼結体は、前記造粒粉末を成形・焼結し、これを焼入れ、焼戻ししてなることが好ましい。
【００３１】
焼入れ・焼戻し前の、日本工業規格ＪＩＳ　Ｚ２２４５で規定されるロックウェル硬さＣスケールの硬さ値ＨｒＣが４５以上であることが好ましい。
【００３２】
焼入れ、焼戻し後に、日本工業規格ＪＩＳ　Ｚ２２４５で規定されるロックウェル硬さＣスケールの硬さ値ＨｒＣを、該焼結体内の複数箇所で測定した場合に、その測定値から得られるばらつきの標準偏差が１．０以内であることが好ましい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の焼結体の製造方法は、加炭剤粉末を懸濁させたバインダ溶液を用いて原料粉末を造粒する第１工程と、第１工程により得られた造粒粉末を成形し、焼結する第２工程と、を備える。
【００３４】
また、本発明の製造方法は、前記第１工程、第２工程に加え、さらに、焼入れ・焼戻しする第３工程を備えていてもよい。
【００３５】
以下、各工程について、詳細に説明する。
【００３６】
第１工程においては、加炭剤粉末をあらかじめバインダ溶液に懸濁・分散せしめた状態の懸濁液を用意し、これを原料粉末に添加し、造粒することにより、原料粉末と加炭剤粉末とが均一に混合された状態の造粒粉末を製造する。
【００３７】
より詳細に説明すると、まず水、メチルアルコール、エチルアルコールのような溶媒を用意し、これにバインダを添加してバインダ溶液を調製する。ここで、バインダとしてはポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ワックス、寒天、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、エチレンビスステアロアシド、エチレンビニル共重合体等を用いることができる。なお、バインダは、原料粉末と原料粉末との結合剤として機能するものであればよく、公知のものの中から鹸化度や重合度に応じて適宜選択して用いることができる。
【００３８】
本発明の製造方法で用いられる原料粉末は、最終的に製造される焼結体の用途に応じて適宜選択され、本発明の効果を達成し得る限り特に限定されるものではない。具体的には、鋼、鉄ニッケル合金、鉄コバルト合金、鉄シリコン合金等の金属粉末等を用いることができる。また、本発明の原料粉末は、一種類単独あるいは二種類以上の混合物であってもよい。
【００３９】
また、本発明の製造方法によれば、炭素分布が均一で、さらに、強度分布が実質的に均一である、すなわち、強度ばらつきの少ない焼結体が得られる。特に、原料粉末として高速度鋼粉末等の工具鋼粉末を用いた場合には、硬度が均一で、耐磨耗性等に優れた特性を有する焼結体が得られるため、好ましい。
【００４０】
このバインダ溶液にさらに加炭剤粉末を添加・攪拌して、加炭剤粉末を懸濁させたバインダ溶液を作製する。加炭剤粉末としては、炭素質の粉末が用いられ、より具体的には、一般的な黒鉛粉末、すす、カーボンブラック、または、例えば高炭素フェロクロムのような高炭素含有量の合金鉄の粉末等を使用することができる。中でも、黒鉛粉末が、入手性、価格、粒子サイズ等の観点から好ましい。
【００４１】
ここで、加炭剤粉末が懸濁された前記バインダ溶液（以下、「加炭剤懸濁バインダ溶液」ともいう）における加炭剤粉末の濃度又は添加量は、製造目的とする造粒粉末の炭素含有量が所望の値（例えば、０．０３０重量％を越え、２．５０重量％以下）となるように、原料粉末の酸素含有量及び／又は炭素含有量に基づいて決定する。
【００４２】
原料粉末には、酸化皮膜等の形態で酸素が含まれている場合が多く、この場合、加炭剤粉末を加えても、まず、最初に酸素の還元反応に、加炭剤粉末中の炭素が消費されてしまうので（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）、原料粉末中の酸素がほぼ全て還元されるまでは、焼結体中の炭素量は増加しない。したがって、添加する加炭剤の量は、原料粉末中の酸素の還元に使用される炭素量を加味した量である必要があるからである。また、一方で、原料粉末中には、あらかじめ炭素が含まれていることが多く、加炭剤として添加する炭素量は、所望の炭素含有量から、原料粉末中に含まれる炭素量を差し引いた値である必要があるからである。
【００４３】
すなわち、加炭剤粉末の添加量は、還元反応が理想的に行われると仮定した場合に、例えば、造粒粉末に含有される炭素量が、所望とする焼結体の炭素量から、原料粉末中の酸素を還元するのに必要な炭素量を差し引いた量と等しくなるように、決定される。この際、原料粉末にもともと含有されている炭素量についても考慮して、添加量を決定することが望ましい。また、バインダ溶液として添加するバインダも、原料粉末中の酸素の低減に寄与するため、バインダの量についても考慮して、添加量を決定することが望ましい。
【００４４】
以下に、加炭剤粉末の添加量について、目標の焼結体炭素含有量を０．８５重量％とし、原料粉末として、炭素含有量０．０６重量％、酸素含有量０．４重量％のものを使用し、バインダとして、ポリビニルピロリドンを使用した場合を例にとって具体的に説明する。
【００４５】
ポリビニルピロリドンは、原料粉末に対して１％を添加（原料粉末１ｋｇに対しては１０ｇ）した場合、酸素を約３００ｐｐｍ（０．０３重量％）低下させる効果がある。したがって、原料粉末中の酸素は、バインダによって、０．４−０．０３＝０．３７（重量％）に減少する。
【００４６】
この原料粉末に含まれる残りの酸素は、Ｃ＋Ｏ→ＣＯの反応により還元され、この際、炭素は、０．３７×１２／１６＝０．２７７５（重量％）消費されることになる。ところで、原料粉末には、０．０６重量％の炭素が含まれているので、酸素を還元するには、あと０．２７７５−０．０６＝０．２１７５（重量％）の炭素が必要となる。
【００４７】
ここで、目標の焼結体炭素含有量は、０．８５重量％であるから、求める加炭剤粉末の添加量は、０．８５＋０．２２＝１．０７％、すなわち、原料粉末１ｋｇに対して、１０．７ｇ添加することとなる。
【００４８】
次に、上記で定めた適切な量の炭素粉末が原料粉末の造粒に用いられるように、「加炭剤懸濁バインダ溶液」の加炭剤粉末懸濁濃度を設定する。例えば、上記例の原料粉末１ｋｇを１００ｍｌの「加炭剤懸濁バインダ溶液」で造粒する場合、１００ｍｌに対して１０．７ｇの炭素粉末を添加して、「加炭剤懸濁バインダ溶液」の炭素粉末懸濁濃度を１０７ｇ／ｌに設定する。
【００４９】
さらに、このように設定した「加炭剤懸濁バインダ溶液」を用いて原料粉末を造粒する。この結果、造粒粉末には、原料粉末の酸素含有量及び／又は炭素含有量に基づいて調整された量の炭素（上記例では、原料粉末１ｋｇあたり１０７ｇの炭素）が添加されることになる。
【００５０】
加炭剤懸濁バインダ溶液を添加し造粒する方法は、本発明の効果が得られる限り特に限定するものではない。
【００５１】
一例を挙げると、原料粉末を流動させた状態で、スプレーもしくはミスト状態の加炭剤懸濁バインダ溶液を噴霧することにより添加して、原料粉末に加炭剤粉末を付着させて造粒することができる。前記原料粉末を流動させた状態は、たとえば、混合容器の下部から気体を噴出することにより形成することができる。このような方法で造粒すると、原料粉末がたとえば、気体により噴き上げられ、粉末同士が十分に分散した状態になっているところに、スプレーまたはミスト状態の加炭剤懸濁バインダ溶液を添加するため、個々の粉末に満遍なく加炭剤懸濁バインダ溶液を付着させることができるので、従来法に比べてはるかに、加炭剤粉末を原料粉末に均一に付着させることができる。
【００５２】
次に第２工程について説明する。
【００５３】
第２工程においては、上記のようにして得られた造粒粉末を焼結して焼結体を製造する。
【００５４】
まず、上記のように「加炭剤懸濁バインダ溶液」を用いて製造した造粒粉末を、最終製品とほぼ同形の内部空間を有する型の内部に充填し、粉末を例えば上パンチにより２〜６ｔｏｎ／ｃｍ２程度の圧力で加圧して圧縮成形し、圧粉体とする。
【００５５】
次に、この圧粉体を型から取りだし、たとえば、真空中又は水素ガスやアンモニア分解ガス等の雰囲気下で、所定の温度条件で焼結して焼結体を製造する。所定の温度条件としては、焼結温度を１２００〜１４００℃とするのがより好ましい。１２００℃未満であると、焼結が十分に進行しないおそれがあり、また１４００℃を超えた場合には、焼結の過程で収縮が顕著になり、製品の寸法精度の劣化を招くおそれがあるからである。
【００５６】
また焼結においては、上記焼結温度まで昇温・加熱していく途中で、Ｃ＋Ｏ→ＣＯの反応により生成したＣＯガスの焼結体からの逸出を促進するために、「還元操作域」を設定することが好ましい。「還元操作域」は、真空中又は水素ガスやアンモニア分解ガス等の雰囲気、好ましくは真空中で、８００℃〜１２００℃の温度範囲に焼結体を維持することによって行われる。
【００５７】
上記のような温度範囲としたのは、８００℃未満であると、Ｃ＋Ｏ→ＣＯ反応自体が進行せず、また１２００℃を越えた場合は、Ｃ＋Ｏ→ＣＯ反応と競争的に焼結反応が進行するため、ＣＯガスの逸出が阻害されるおそれがあるためである。
【００５８】
「還元操作域」の最適温度は、原料粉末の化学組成によって変化するので、予備的な操業の確認により決定する必要がある。
【００５９】
この操作を行うことにより、前記反応によるＣＯガスの系外の逸出が促進される。また、「還元操作域」を経た粉末は、その表面に酸化物部分がほとんど存在しない極めて清浄な状態となるため、以降の焼結反応が進行し易く、すなわち焼結温度が上昇し易くなり、高い相対密度を実現することができる。
【００６０】
なお、「還元操作域」とは、例えば、表−３では、工程４段階である。
【００６１】
次に第３工程について説明する。
【００６２】
本発明の焼結体の製造方法は、上記２工程（第１工程と第２工程）に加え、さらに、焼入れ・焼戻しする第３工程を備えていることが好ましい。
【００６３】
焼入れ・焼戻し工程を行うことで、機械的強度に優れた焼結体を得ることができる。
【００６４】
焼入れ、焼戻し処理の条件は、当該鋼材の溶製材についてＪＩＳ等で定められている標準的な条件に類似の条件でよく、高速度工具鋼で言えば１１７０〜１２５０℃の範囲で焼入し、５２０〜５６０℃の範囲で焼戻すことが望ましい。
【００６５】
焼入れ・焼戻しの条件が、上記範囲内にあると炭化物の粗大な成長がなく、細かく均一に分散した状態となり、機械的性質の均一性に優れるからである。
【００６６】
本発明の焼結体は、上記の製造方法により得られる。
【００６７】
焼結体の炭素含有量は、焼結体全体に対して、０．０３０重量％を越え、２．５０重量％以下、好ましくは、０．２０〜２．３０重量％であることが望ましい。炭素含有量が、上記範囲内にあると、炭化物の粗大な成長がなく、細かく均一に分散した状態となり、機械的性質の均一性に優れるからからである。
【００６８】
また、焼入れ・焼戻し前の、日本工業規格（ＪＩＳ　Ｚ２２４５）で規定されるロックウェル硬さＣスケールの硬さ値ＨｒＣが４５以上、好ましくは４８以上であることが望ましい。ＨｒＣが上記範囲にあると、炭化物の粗大な成長がなく、細かく均一に分散した状態となり、厚み方向の硬さ分布が均一で、さらにＪＩＳ等の規格で要求される硬さが容易に得られるため好ましい。
【００６９】
また、焼入れ、焼戻し後に、日本工業規格（ＪＩＳ　Ｚ２２４５）で規定されるロックウェル硬さＣスケールの硬さ値ＨｒＣを、該焼結体内の複数箇所、好ましくは１０箇所で測定した場合に、その測定値から得られるばらつきの標準偏差が１．０以内、好ましくは０．６以内であることが望ましい。標準偏差が上記範囲内にあると、機械的性質が均一な製品が得られるため好ましい。
【００７０】
また、同一条件で製造した複数個、好ましくは１００個以上の金属部材について、日本工業規格（ＪＩＳ　Ｚ２２４５）で規定されるロックウェル硬さＣスケールの硬さ値ＨｒＣを測定した場合に、その測定値から得られるばらつきの標準偏差が、１．００以内、好ましくは０．６０以内であることが望ましい。標準偏差が上記範囲内にあると、機械的性質にむらのない製品が得られるため好ましい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、炭素含有量が高く、かつ炭素分布が均一な焼結体ができる。特に、高速度鋼粉末を用いた高速度鋼焼結体の場合には、「析出炭化物」の分布が均一となる。したがって、同一条件で製造した部材間においても、同一部材内においても硬さのばらつきがなく、厚み方向の強度分布が均一な、すなわち、強度のばらつきが少ない焼結体が得られる。
【００７２】
【実施例１】
１．原料粉末の用意
表―１に示す化学成分を有する高速度鋼の水アトマイズ粉末（アトミックス（株）社製、鋼種：ＳＫＨ５１）を、原料粉末として用意した。この原料粉末の粒度分布および平均粒径を、レーザー回析式粒度分布測定装置（堀場製作所株式会社製、装置名：レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−９２０型により測定したところ、表―２のような特性であった。
【００７３】
【表１】
2004115882.tif 000002
【００７４】
【表２】
2004115882.tif 000003
【００７５】
２．バインダ溶液の用意
次に市販のポリビニルピロリドンをバインダとして選択し、これを３重量パーセント、水を９７重量パーセントの割合で混合攪拌し、バインダ水溶液とした。
【００７６】
３．黒鉛粉末の用意
次に還元剤粉末として、市販の黒鉛粉末（日本黒鉛工業株式会社製、商品名：ＡＣＰ−１０００）を用意した。この黒鉛粉末は、固定炭素分：９９．３％、灰分：０．３２％、揮発分：０．３８％であった。
【００７７】
４．黒鉛粉末添加量の決定
黒鉛粉末の添加量は、表―１に示した原料粉末を焼結して得られる焼結体の炭素含量が０．８５重量％となるように調整した。この調整のためには、原料粉末の酸素が炭素と反応して、炭素を消費するので、この消費量を考慮する必要がある。
【００７８】
計算方法を以下に示す。
【００７９】
４．１　バインダによる原料粉末酸素の低減
本発明の場合、バインダとしてポリビニルピロリドンを使用し、これに含まれる炭素も酸素除去に寄与するが、後述のように原料粉末に対して１％を添加（原料粉末１ｋｇに対しては１０ｇ）した場合、酸素を約３００ｐｐｍ低下せしめる効果がある。すなわち、本実施例の場合、原料粉末中の酸素２０７６ｐｐｍはバインダにより、１７７６ｐｐｍに減少することになる。
【００８０】
４．２　原料粉末に含まれる炭素による酸素の低減
４．１により原料粉末の酸素は１７７６ｐｐｍに低減する。さらにこの酸素は、以後の工程で、０．１７７６×１２／１６＝０．１３３２（％）の炭素を消費するので、原料粉末に含まれる炭素は、０．７９−０．１３＝０．６６（％）に低下することになる。
【００８１】
４．３　黒鉛粉末添加量の決定
以上の計算から、目標の焼結体炭素含有量を０．８５％とした場合、黒鉛粉末添加量を０．８５−０．６６＝０．１９（％）、すなわち、原料粉末１ｋｇに対して１．９ｇ添加することとする。
【００８２】
５．　黒鉛粉末添加バインダ溶液の用意
原料粉末の造粒に際しては、ポリビニルピロリドンの使用量は、原料粉末に対して１．０％とした。従って、２で用意したように、バインダ溶液中のポリビニルピロリドン濃度は３％であるので、原料粉末１ｋｇに対して使用するバインダ溶液は、１０００×０．０１／０．０３＝３３３ｃｍ３とした。これに対して４で求めた黒鉛粉末１．９ｇを混合し、黒鉛粉末添加バインダ溶液とした。すなわち、黒鉛粉末添加バインダ溶液における黒鉛粉末の濃度は、１．９／（３３３＋１．９）＝約０．５６％である。
【００８３】
６．　造粒
上記のように用意した原料粉末および黒鉛粉末添加バインダ溶液を使用して、造粒を行った。装置としては転動流動造粒装置（（株）パウレック製）を用い、原料粉末をこの装置に供給し、回転ディスク部を回転させながら黒鉛粉末添加バインダ溶液を連続的に供給して造粒を行った。
【００８４】
この間、黒鉛粉末添加バインダ溶液の貯蔵タンクは連続撹拌して黒鉛粉末の沈降分離がおこらないようにした。
【００８５】
７．　成形・脱脂
６で得た造粒粉末をプレスにより成形し、直径３７ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状の成形体を得た。この成形体を管状炉に装入し、水素雰囲気中で６００℃に維持することにより、脱脂を行った。この脱脂後の成形体（脱脂体）について炭素と酸素を分析したところ、Ｃ：０．９５％、Ｏ：２０００ｐｐｍであった。すなわち、脱脂体にはもともと原料粉末にふくまれていた炭素、加炭剤として添加した黒鉛粉末に起因する炭素がそのまま残っており、さらにバインダとして添加したポリビニルドンに起因する炭素も完全には除去されずに残っていることが推測される。
【００８６】
８．　焼結
７で得た脱脂体を、表−３に示す条件で焼結した。なお、表―３のうち工程２はバインダの除去、工程４は「Ｃ＋Ｏ→ＣＯ」の反応促進、工程７は焼結促進を目的として、それぞれの温度で保持したものである。
【００８７】
【表３】
2004115882.tif 000004
【００８８】
この結果、炭素含有量０．８５１％、酸素含有量９ｐｐｍ、相対密度９９．６％の焼結体を得た。また、この焼結体の直径方向の中心部、厚さ方向中心部の硬さを測定したところ日本工業規格（ＪＩＳ　Ｚ　２２４５）で規定されたＨｒＣ（ロックウェル硬さＣスケール）で５０．０であった。
【００８９】
この焼結体の析出炭化物の分布を調べるために、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、倍率１００倍で観察した。この電子顕微鏡写真を図１に示す。図中、白色部が炭化物である。図１に見られるように、炭化物は均一に分布していた。
【００９０】
また、焼結体を、化学腐食液（ナイタール液）を用いて処理した後、金属顕微鏡を用いて、倍率３５０倍で観察した。腐食液処理後の金属組織写真を図２に示す。図中、白色部が炭化物である。図２においても同様に、炭化物が均一に分布していることが観察された。
【００９１】
９．　焼入・焼戻し
次に、８で得られた焼結体を１２００℃×２５分＋５４０℃×１２０分の条件で焼入・焼戻し処理し、８と同一条件でその硬さを測定したところ、以下のとおりであった。
（１）焼入・焼戻し材間の硬さの分布
同一条件で処理した焼入・焼戻し材１０個について、直径方向の中心部、厚さ方向中心部に相当する位置の硬さを測定したところ、
平均値　ＨｒＣ　６３．５、最大値　ＨｒＣ　６４．０、最小値ＨｒＣ　６３．０
であった。
【００９２】
（２）焼入・焼戻し材内の硬さ分布
上記条件で処理した焼入れ・焼戻し材１個について、厚さ方向の中心部まで研磨し、その研磨面について、直径方向の中心点を通る直線を引き、この直線上で３ｍｍ間隔に１０点の硬さを測定したところ、
平均値　ＨｒＣ　６３．３、最大値　ＨｒＣ　６３．８、最小値ＨｒＣ　６３．１
であった。
【００９３】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、焼結体の析出炭化物の分布を示したＳＥＭ写真を示す。
【図２】図２は、焼結体を化学腐食液で処理した場合の組織写真を示す。
【図１】
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【図２】
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