(57)【要約】【課題】銅粉末と炭素粉末を含む原料粉末で形成される鉄系焼結部品の焼結法を改善して組織中の遊離銅を減少させ、それにより、各部がむらなく焼き入れされるようにして鉄系焼結部品の強度面での信頼性を高めることを課題としている。【解決手段】少なくとも鉄粉と炭素粉末と粒径６５μｍ以下の銅粉末を配合する原料粉末の調整工程と、調整した原料粉末を加圧成形して圧粉体を作製する成形工程と、得られた圧粉体を均熱炉に導入して均熱温度１１３０℃以上、均熱時間２０分以上の条件で焼結して焼結体となす焼結工程と、前記焼結体の熱処理工程を経て鉄系焼結部品を製造するようにした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも鉄粉と炭素粉末と粒径６５μｍ以下の銅粉末を配合する原料粉末の調整工程と、
調整した原料粉末を加圧成形して圧粉体を作製する成形工程と、
得られた圧粉体を均熱炉に導入して均熱温度１１３０℃以上、均熱時間２０分以上の条件で焼結して焼結体となす焼結工程と、
前記焼結体の熱処理工程を経る鉄系焼結部品の製造方法。
【請求項２】
銅粉末の配合量が１〜３ｗｔ％の原料粉末を使用する請求項１に記載の鉄系焼結部品の製造方法。
【請求項３】
前記均熱炉による均熱温度を１１３０〜１３００℃の範囲とする請求項1又は２に記載の鉄系焼結部品の製造方法。
【請求項４】
前記均熱炉による均熱時間を、２０〜３０分にする請求項1〜３のいずれかに記載の鉄系焼結部品の製造方法。
【請求項５】
銅粉末の粒径を５〜５０μｍの範囲とする請求項１〜４のいずれかに記載の鉄系焼結部品の製造方法。
【請求項６】
前記均熱炉としてベルト炉を使用して焼結を行う請求項1〜５のいずれかに記載の鉄系焼結部品の製造方法。
【請求項７】
前記ベルト炉として、耐熱ステンレス鋼でベルトを形成した炉を使用して焼結を行う請求項６に記載の鉄系焼結部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、焼結後に熱処理して強化される鉄系焼結部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の鉄系焼結部品の中に、銅粉末と炭素粉末を添加した原料粉末を用いて形成される部品がある。ギヤ、カム、スプロケットに代表される動力伝達要素などとして利用されることが多いこの種の焼結部品は、原料粉末を加圧成形して圧粉体を形成し、その圧粉体を均熱炉で焼結して作られる。均熱炉は、バッチ炉なども用いられるが、生産性の面では連続処理が可能なベルト炉（メッシュベルト炉）が有利である。そのベルト炉を使用する場合には、設備の耐熱性の観点から焼結時の均熱温度がほぼ１１００℃（上限は通常１１３０℃とされている）に設定され、この温度を１５分程度保持する方法が採られている。
【０００３】
ところで、炭素を含む鉄系焼結部品は、焼結後に焼き入れを行って必要部位の硬度を高めることができるが、銅粉末を混合した原料粉末を用いて従来の条件で製造した焼結部品は、焼き入れ状態にむらが発生して強度向上の効果が十分に引き出されないことがある。
【０００４】
その原因を調べたところ、原料粉末中に含まれる銅の拡散が不十分で、組織中に遊離銅が残留しており、その残留遊離銅が焼き入れされずに熱処理後も軟らかい状態を維持し、部品の各部の硬度をばらつかせ、特に、ギヤ、カム、スプロケットではこの遊離銅による軟質部がピッチングの起点となることがわかった。
【０００５】
ここで、下記特許文献１は、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ系多成分合金粉末を使用して高強度で寸法精度に優れた焼結体を製造する焼結方法を開示している。その方法では、窒素ガスや水素ガスを使用した焼結雰囲気下で、或いは真空中で、９００℃から銅の融点までの温度の間で３０〜８０分間圧粉体を加熱する第１の焼結を行い、その後、銅の融点から鉄の融点までの温度の間で２０分間加熱する第２の焼結を行う。
【０００６】
特許文献１が開示している方法での加熱温度の上限は、鉄の融点、即ち、１５３５℃であるが、この温度での加熱は設備の耐熱性の問題などがあって現実には行い難い。特許文献１は、理由を述べていないが、実施例では第２の焼結での加熱温度を１１２０℃に設定しており、ベルト炉を用いる場合には特に、このように焼結温度を下げざるを得ない。しかしながら、加熱温度１１２０℃、温度保持２０分間の焼結条件では、組織中に遊離銅が残留する可能性がある。また、特許文献１の方法では、焼結を２段階に分けて行うので第１の焼結工程と第２の焼結工程の合計所要時間が長くなり、生産性の向上も図り難い。
【特許文献１】特開平１−２５９１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上記の従来技術に鑑みてなされたものであって、銅粉末と炭素粉末を含む原料粉末で形成される鉄系焼結部品の焼結法を改善して組織中の遊離銅を減少させ、それにより、各部がむらなく焼き入れされるようにして鉄系焼結部品の強度面での信頼性を高めることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明においては、少なくとも鉄粉と炭素粉末と粒径６５μｍ以下の銅粉末を配合する原料粉末の調整工程と、
調整した原料粉末を加圧成形して圧粉体を形成する成形工程と、
得られた圧粉体を均熱炉に導入して均熱温度１１３０℃以上、均熱時間２０分以上の条件で焼結して焼結体となす焼結工程と、
前記焼結体の熱処理工程を経て鉄系焼結部品を製造する。
【０００９】
熱処理工程では、焼き入れを行い、状況に応じて焼き戻しも行う。焼き入れは、焼結後に一旦室温付近まで冷却した焼結体を焼き入れ温度に加熱し、これを急冷する方法や焼結直後の高温の焼結体を上記と同様の方法で急冷する方法で行える。急冷は、一般的に行われている油中投入、ガスや水による冷却などで行える。
【００１０】
原料粉末は、銅粉末を１〜３ｗｔ％程度の範囲で配合したものが通常用いられており、この発明で使用する原料粉末もそのようなものでよい。
【００１１】
この発明の方法では、焼結時の均熱温度を１１３０〜１３００℃、均熱時間を２０〜３０分、原料粉末に混ぜる銅粉末の粒径を５〜５０μｍ程度にするのが好ましい。
【００１２】
また、使用する均熱炉は、バッチ炉よりもベルト炉（メッシュベルト炉）が好ましい。そのベルト炉は、耐熱ステンレス鋼でベルトを形成したものがより好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の製造方法では、従来行われている方法よりも焼結時の均熱温度を高くする。また、均熱時間を長くし、使用する銅粉末の粒径も小さくする。
【００１４】
原料粉末中に添加した銅の拡散は、加熱温度が高いほど、また、加熱時間が長いほど促進される。銅粉末の粒径が小さいことも拡散を促進し、従って、この発明の方法によれば銅の遊離が減少し、焼結後に行われる熱処理で部品の各部がむらなく焼き入れされて焼結部品の強度面での信頼性が高まる。
【００１５】
なお、均熱温度１１３０℃以上、均熱時間２０分間以上の条件で銅粉末を残らず拡散させるために、この発明においては粒径が６５μｍ以下の銅粉末を使用する。粒径５μｍ未満の銅粉末は高価でコストを上昇させ、また、粒径５０μｍ以上の銅粉末は偏析を生じ易くなるので、銅粉末の粒径は好ましくは５μｍ〜５０μｍとするのがよい。
【００１６】
また、焼結時の均熱温度を１１３０℃以上、均熱時間を２０分以上とすることで銅の拡散を十分に進行させることができる。銅の拡散は、鉄の融点までの範囲で均熱温度を高くするほど、また、均熱時間を長くするほどよくなるが、設備の耐熱性を考える必要があるので、均熱温度は１３００℃を上限にするのが好ましい。また、均熱時間は最大で３０分程度にするのがよく、これより長くするのは生産性の低下を招くこととなる。
【００１７】
使用する均熱炉は、ベルト炉が連続処理を行えて生産性が高まる。このベルト炉は、通常、１１３０℃以下の温度で使用されているが、耐熱ステンレス鋼でベルトを形成した炉は１１３０℃を越える温度にも耐える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の焼結部品の製造方法の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１９】
鉄粉、粒径４５μｍ以下の銅粉末、カーボン粉末、及び潤滑剤（アミド系ワックス）を、Ｆｅ−２ｗｔ％Ｃｕ−０．８ｗｔ％Ｃの割合で混合し、これにさらに潤滑剤を０．８ｗｔ％混合して（潤滑剤の割合は外％）原料粉末の調整を行った。
次に、粉末成形装置で上記の各原料粉末を加圧成形して圧粉体を得た。
その後、その圧粉体を、メッシュベルト炉を使用してエンドサーミックガス雰囲気下で焼結した。メッシュベルト炉はメッシュベルトを耐熱ステンレス鋼で形成したものを用いた。
メッシュベルト炉による均熱温度（加熱温度）は１１５０℃、均熱時間（加熱温度の保持時間）は２５分間とした。以上の条件で圧粉体の焼結を行って評価用の焼結体を得た（表１の試料１）。
【００２０】
また、粒径１００μｍ以下の銅粉末を原料粉末に添加し、その原料粉末で形成された圧粉体を、従来採用されている均熱温度１１３０℃、均熱時間１５分間の条件で焼結して比較用の焼結体を得た（表１の試料２）。このほかに、粉末の粒径、均熱時間、均熱温度の組み合わせを表１の通りに変化させて試料３〜試料５の焼結体を作製した。試料１、３はこの発明の条件を満たす。その他の試料は、この発明の条件から外れた比較品である。これらの試料（焼結体）について遊離銅の有無を調べた。その結果を添付図面の図１〜図５に示す。各図の（ａ）は得られた焼結体の表面の１０００倍走査型顕微鏡写真、（ｂ）は組織中の銅分布の１０００倍走査型顕微鏡写真である。
【００２１】
【表１】
2007092160.tif 000002
【００２２】
この実験の結果、比較用の焼結体には金属組織中に遊離銅が点在していた〔図２（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）参照、図中白点が塊になっている部分が遊離銅〕のに対し、この発明の方法で製造した焼結体、特に試料１には遊離銅がほとんど見られなかった〔図１（ｂ）参照、微細な白点が良好に拡散した銅〕。なお、銅粉末の粒径６５μｍ以下、均熱温度１１３０℃、均熱時間２０分の条件で焼結した試料３には、図３（ｂ）からわかるように僅かではあるが遊離銅が認められた。このため、銅粉末の粒径の上限は６５μｍ、均熱温度と均熱時間の下限はそれぞれ１１３０℃、２０分とした。
【００２３】
この発明の方法で製造する鉄系焼結部品は、焼結後に熱処理を施して焼き入れし、必要があればさらに焼き戻しを行う。焼き入れする金属焼結体の金属組織中に焼き入れがなされない遊離銅が残留していると金属組織の各部の焼き入れ状態にむらが生じ、製造した焼結部品の信頼性が低下する。そのことは、データが無くてもわかるので、焼結後の熱処理は行わなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の方法で製造した焼結体（試料１）の金属組織の１０００倍走査型顕微鏡写真
【図２】従来の方法で製造した焼結体（試料２）の金属組織の１０００倍走査型顕微鏡写真
【図３】この発明の方法で製造した焼結体（試料３）の金属組織の１０００倍走査型顕微鏡写真
【図４】従来の方法で製造した焼結体（試料４）の金属組織の１０００倍走査型顕微鏡写真
【図５】従来の方法で製造した焼結体（試料５）の金属組織の１０００倍走査型顕微鏡写真
【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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