(57)【要約】【課題】炭化物や硼化物などの硬質粒子を含有する複合焼結鋼からなり、高剛性な中空部材を安価に提供する。【解決手段】混合粉末１を軟鋼などの被削性のよい材料でできた鍔部２ａを有する中子２を芯にして成形し、焼結した後、押出し加工を施し、その後、穴あけ加工および仕上げ加工を施したので、安定した高い疲労強度と剛性を有する複合焼結鋼の中空部材が安価に得られる。【選択図】　　　　図１
2004124243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質粒子として硼化物、炭化物、窒化物の内の少なくとも１種を含有した鉄もしくは鋼をマトリックスとする複合焼結鋼において、原料粉末を軟鋼などの被削性によい材料でできた鍔付き中子を芯にして成形し焼結した後、押出し加工を施し、その後、穴あけ加工および仕上げ加工を施したことを特徴とする硬質粒子を分散させた複合焼結鋼の中空部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は剛性を要求されるエンジン部品に関し、詳しくは、硬質粒子を分散させた複合焼結鋼の中空部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、内燃機関やモータ等においては、振動や騒音を低減するために可動部品の剛性を高めることが望まれている。特に、内燃機関に使用するピストンピンは、燃焼爆発の圧力をピストンの頂面を介して受けるため、高い剛性と疲労強度と軽量化が要求されている。その手段として、可動部品の材料を硬質粒子として硼化物や炭化物を含有し鉄もしくは鋼をマトリックスとした複合焼結鋼とすることが提案されている。しかし、この複合焼結鋼の中空形状をＨＩＰ（Ｈｏｔ　Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ：高温等方圧加圧法）で焼結すると大きく変形し、製品形状に仕上げるために多くの取代を必要とする。
【０００３】
そして、焼結の状態では微細な気孔が残存しており、疲労強度や剛性が材料組成から期待される値を発揮できないので、密度を高めるため押出し加工を行うが、中実形状では中心部は真密度になるが外周部は十分な密度にならない。そのため、その押出し材料の中心部を穴あけ加工を施して中空部材を作成しても、その疲労強度や剛性は十分なものにならない。また、複合焼結鋼は炭化物や硼化物等の硬質粒子を含有するため、切削や研削の被削性が悪く生産性が悪いことと、特殊な仕上げ加工を必要とし、加工費の増大を招く（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２０７６２２号公報（第３頁、［実施例１］参照）
【０００５】
次に、ピストンピンはピストンとの摺動面を大きく取るため、外径を極力大きく設定する。それによる質量増加を防ぐため中空構造を採用する。したがって、剛性の高い材料を採用することにより、外径を大きくし肉厚を薄くすることが望まれる。薄肉中空部材を焼結で形成すると軸方向の中央部分で中凹みに変形するため、所定の製品寸法を得ようとすると、変形量を見込んだ多大な取代が必要になり、高剛性のピストンピンの製造費用は極めて高価となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことを鑑み本発明が解決しようとする課題は、炭化物や硼化物などの硬質粒子を含有する複合焼結鋼からなり、高剛性な中空部材を安価に提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題の解決を目的としてなされた請求項１の発明は、硬質粒子として硼化物、炭化物、窒化物の内の少なくとも１種を含有した鉄もしくは鋼をマトリックスとする複合焼結鋼において、原料粉末を軟鋼などの被削性によい材料でできた鍔付き中子を芯にして成形し焼結した後、押出し加工を施し、その後、穴あけ加工および仕上げ加工を施したことを特徴とする。ここでいう硬質粒子とは金属の硼化物、炭化物、窒化物、珪化物の少なくとも何れか一種で、具体的にはＭｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ、ＳｉとＢ、Ｃ、Ｎとの組合せからなる硼化物、炭化物、窒化物である。
【０００８】
【作用】
上述のように、請求項１の発明においては、軟鋼等の被削性によい材料の鍔付きの中子を入れて焼結を行う。これは、硼化物や炭化物などの硬質粒子を含有した複合焼結鋼では、ドリル摩耗が著しく穴あけ加工が非常に困難であるため、中空加工を容易にするためである。ドリルによる穴あけだけでなく冷間鍛造機などで打ち抜いてもよい。そして、原料粉末を中空形状に成形して焼結すると軸方向の中央部で中凹みに変形するため、所定の製品寸法を得ようとすると変形量を見込んだ多大な取代が必要になるが、中子を入れることによりこの中凹みを防止する作用もある。
【０００９】
また、本発明の複合焼結鋼の疲労強度や剛性を高めるため焼結材に押出し加工を施す。その時、焼結材の中心部に中子があるため、焼結部は押出し型と中子に挟まれて押出しによる応力を受けた圧縮成形となり、密度が真密度まで高められる。この場合、押出し加工の押出し比は、経験から５以上が望ましい。５未満では微細な気孔が残存し、所定の疲労強度や剛性が得られない。なお、中子の直径は焼結体の外径の５０％以上であるのが望ましい。５０％未満では圧縮成形の効果が少なく真密度に達しない場合がある。また、押出し時に押出しきれない最終部分が押し残りとして焼結材の径で残り、この部分は切り落とされる。この押し残りの部分に中子の鍔部をあてがうことにより、切り捨てられる部分を高価な複合焼結鋼ではなく、安価な軟鋼にするためである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る中空部材を製造するための工程図である。図１（ａ）の第１工程において、ＳＵＳ４３０ステンレス鋼粉末（−＃３３０）と二硼素チタン（平均粒径４μｍ）とを、Ｆｅ−１７Ｃｒ−４．３Ｔｉ−１．９Ｂという組成になるよう混合された混合粉末１を、ダイ４と軟鋼（例えば、Ｓ１０Ｃ）でできた鍔部２ａを有する直径３６ｍｍの中子２とで形成された空間に充填し、パンチ３を用いて加圧し、中子と一体になった粉末成形体５を製作する。
【００１１】
次に、図１（ｂ）の第２工程において、粉末成形体５を、１１００℃で１時間かけて真空焼結を行い外径φ６０ｍｍの焼結体６を製作する。次に、図１（ｃ）の第３工程において、焼結体６を１１００℃に加熱し、押出し比９で押出し加工を実施する。この時に、押出しの押し残り２ｂが中子２の鍔部２ａの部分で形成するようにする。この時、外径はφ２０ｍｍ、中子の直径はφ１２ｍｍとなる。次に、図１（ｄ）の第４工程において、押出し材を所定の長さに切断し、穴あけと機械加工を施し、穴１ａを完成させる。
【００１２】
次に、本発明品の中空部材と、前記第１工程で中子を使用せず中実形状の焼結材を押出しした後穴あけで外径φ２０ｍｍ、内径φ１２ｍｍの中空部材に加工した比較例について密度を測定し、その結果を図２に示す。本発明品は真密度になっており所定の密度が得られたが、比較例の方は十分な密度になっていない。この結果から本発明品の優位性が明らかである。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。すなわち、原料粉末を軟鋼などの被削性によい材料でできた鍔付き中子を芯にして成形し、焼結した後、押出し加工を施し、その後、穴あけ加工および仕上げ加工を施したので、安定した高い疲労強度と剛性を有する複合焼結鋼の中空部材が安価に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る中空部材を製造するための第１工程図である。
図１（ｂ）はその第２工程図である。
図１（ｃ）はその第３工程図である。
図１（ｄ）はその第４工程図である。
【図２】本発明品と比較例との密度の測定結果を示す一覧表である。
【符号の説明】
１　　混合粉末
２　　中子
２ａ　鍔部
【図１】
2004124243.tif 000003
【図２】
2004124243.tif 000004