(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一種の合金元素を含有し、残部を鉄及び不可避的不純物とする合金鋼粉に、０.１質量％以上の黒鉛を混合してなる金属質粉を圧粉成形して得られた、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライトまたはオーステナイトの組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有することを特徴とする合金鋼粉成形素材。
【請求項２】
モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一種の合金元素を主成分とする粉末を鉄及び不可避的不純物からなる金属粉に拡散付着してなる金属粉に、０.１質量％以上の黒鉛を混合してなる金属質粉を圧粉成形して得られた、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライト、オーステナイト、または、未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有することを特徴とする合金鋼粉成形素材。
【請求項３】
ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一種の合金元素を主成分とする粉末を鉄及び不可避的不純物からなる金属粉に混合してなる金属粉に、０.１質量％以上の黒鉛を混合してなる金属質粉を圧粉成形して得られた、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライト、オーステナイト、または、未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有することを特徴とする合金鋼粉成形素材。
【請求項４】
モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、及び、バナジウム（Ｖ）から選ばれる一種または二種以上の合金元素を、質量％で0.1≦Ｍｏ≦3.0、0.1≦Ｃｒ≦3.5、0.1≦Ｍｎ≦1.0、0.01≦Ｖ≦1.0の条件を満たす範囲で含有することを特徴とする請求項１に記載の合金鋼粉成形素材。
【請求項５】
モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、及び、バナジウム（Ｖ）から選ばれる一種または二種以上の合金元素を、質量％で0.1≦Ｍｏ≦3.0、0.1≦Ｃｒ≦3.5、0.1≦Ｍｎ≦1.0、0.01≦Ｖ≦1.0の条件を満たす範囲で含有することを特徴とする請求項２または３に記載の合金鋼粉成形素材。
【請求項６】
請求項１または４に記載の合金鋼粉成形素材を再圧縮成形してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライト、オーステナイトの組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有することを特徴とする合金鋼粉塑性加工体。
【請求項７】
請求項２、３、５のいずれかに記載の合金鋼粉成形素材を再圧縮成形してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライト、オーステナイト、または、未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有することを特徴とする合金鋼粉塑性加工体。
【請求項８】
金属質粉が充填される成形空間を有する成形ダイスと、この成形ダイスに挿入されて金属質粉を加圧する上パンチ及び下パンチを備え、かつ、前記成形ダイスの成形空間には、前記上パンチの挿入される大径部と、前記下パンチの挿入される小径部と、これら大径部と小径部を繋ぐテーパ部が形成されると共に、前記上パンチと下パンチの一方または両方の前記成形空間に臨む端面に成形空間の容積を増大させる切欠きが形成された装置によって予備成形体を形成し、これによって形成された予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結して請求項１に記載の合金鋼粉成形素材を形成し、その合金鋼粉成形素材を再圧縮成形したことを特徴とする請求項６に記載の合金鋼粉塑性加工体。
【請求項９】
金属質粉が充填される成形空間を有する成形ダイスと、この成形ダイスに挿入されて金属質粉を加圧する上パンチ及び下パンチを備え、かつ、前記成形ダイスの成形空間には、前記上パンチの挿入される大径部と、前記下パンチの挿入される小径部と、これら大径部と小径部を繋ぐテーパ部が形成されると共に、前記上パンチと下パンチの一方または両方の前記成形空間に臨む端面に成形空間の容積を増大させる切欠きが形成された装置によって予備成形体を形成し、これによって形成された予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結して請求項２または３に記載の合金鋼粉成形素材を形成し、その合金鋼粉成形素材を再圧縮成形したことを特徴とする請求項７に記載の合金鋼粉塑性加工体。
【請求項１０】
請求項６に記載の合金鋼粉塑性加工体を８００〜１３００℃で再焼結してなり、フェライト、パーライト、ベイナイト、オーステナイトの組織からなり、金属粉の内部または粒界に黒鉛が点在する組織を有することを特徴とする合金鋼粉再焼結加工体。
【請求項１１】
請求項７に記載の合金鋼粉塑性加工体を８００〜１３００℃で再焼結してなり、フェライト、パーライト、ベイナイト、オーステナイトまたは未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織からなり、金属粉の内部または粒界に黒鉛が点在する組織を有することを特徴とする合金鋼粉再焼結加工体。
【請求項１２】
請求項１０に記載の合金鋼粉再焼結加工体を熱処理してなり、硬化組織を有することを特徴とする合金鋼粉再焼結加工体。
【請求項１３】
請求項１１に記載の合金鋼粉再焼結加工体を熱処理してなり、硬化組織を有することを特徴とする合金鋼粉熱処理加工体。
【請求項１４】
モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一種の合金元素を含有し、残部を鉄及び不可避的不純物とする合金鋼粉に、０.１質量％以上の黒鉛を混合してなる金属質粉を圧粉成形して、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を得る予備成形工程と、
前記予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結して、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有する合金鋼粉成形素材を得る仮焼結工程と、
を有することを特徴とする合金鋼粉成形素材の製造方法。
【請求項１５】
モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一種の合金元素を主成分とする粉末を鉄及び不可避的不純物からなる金属粉に拡散付着してなる金属粉に、０.１質量％以上の黒鉛を混合してなる金属質粉を圧粉成形して得られた、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を得る予備成形工程と、
前記予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライト、オーステナイト、または、未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有する合金鋼粉成形素材を得る仮焼結工程と、
を有することを特徴とする合金鋼粉成形素材の製造方法。
【請求項１６】
前記予備成形工程が、金属質粉が充填される成形空間を有する成形ダイスと、この成形ダイスに挿入されて金属質粉を加圧する上パンチ及び下パンチを備え、かつ、前記成形ダイスの成形空間には、前記上パンチの挿入される大径部と、前記下パンチの挿入される小径部と、これら大径部と小径部を繋ぐテーパ部が形成されると共に、前記上パンチと下パンチの一方または両方の前記成形空間に臨む端面に成形空間の容積を増大させる切欠きが形成された装置によって予備成形体を形成したことを特徴とする請求項１４または１５のいずれかに記載の合金鋼粉成形素材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造部品や摺動部品等の機械部品の成形素材として好適な合金鋼粉成形素材と、その素材にさらに加工を加えた合金鋼粉加工体、及び合金鋼粉成形素材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の各種構造部品や摺動部品として、鉄基焼結合金が従来より用いられており、この技術は、例えば、特公昭６０-６５８７号公報、特開平８-１４４０２６号公報、同８-１４４０２７号公報、同７-２２４３６１号公報、同７-２２４３６２号公報、同７-２２４３６３号公報等に示されている。
【０００３】
特公昭６０-６５８７号公報に記載の技術は、１５〜２５質量％のＣｒ、１〜５質量％のＣｕ、３質量％以下のＭｏ、０.３〜０.８質量％のＰ、２.０〜４.０質量％のＣと、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる組成を有する金属質粉末を所定の条件で焼結することにより、微細炭化物が均一に分散した組織を有する耐摩耗性焼結合金を得るようにしたものであり、この技術によって得られる焼結合金は、ロッカーアームパッドやバルブリフタその他の耐摩耗性材料への使用が考えられている。
【０００４】
また、特開平８-１４４０２６号公報と同８-１４４０２７号公報に記載の技術は、所定配合の金属質粉末をプレス成形した圧粉体を所定の条件で焼結することにより、Ｃを０.５〜２.０質量％、Ｎｉ，Ｍｏ，ＣｕとＢ（またはＢＮ及びＳ）を夫々所定量含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、さらに遊離黒鉛が析出した組織を有する高強度及び高靱性の鉄基焼結合金を得られるようにしたものであり、この技術によって得られる焼結合金は、自動車のオイルポンプの歯車やロータリコンプレッサの軸受等の摺動部品への使用が考えられている。
【０００５】
また、特開平７-２２４３６１号公報と同７-２２４３６２号公報、同７-２２４３６３号公報に記載の技術は、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ等の組成の異なる２種以上の合金元素成分を所定量含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物から成る合金粉末の混合粉末に、所定量のＣを配合した配合粉末をプレス成形することで圧粉体を成形し、その圧粉体を仮焼結した後に１２〜１５ｔｏｎ／ｃｍ2で再加圧し、さらにその後に熱処理することによって、組成の異なった合金粒域が拡散相を介して結合した組織を有する高強度の鉄基焼結合金を得られるようにしたものであり、この技術によって得られる焼結合金は、カムピース、カムシャフト、コンプレッサ用ロータ等の高強度を必要とする構造部材への使用が考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、自動車のエンジン部品等の構造部品や摺動部品に要求される強度、耐摩耗性等の機械的特性は高まる一方であり、上記従来の鉄基焼結合金は、これらの機械的特性の面で充分に満足できるものではなかった。
【０００７】
その理由としては、前記特公昭６０-６５８７号公報に記載のものは、Ｐを添加して焼結性を向上させることによって高密度焼結体を得ているが、ここでの焼結は液相焼結によるものであるため、寸法精度の低下が大きく、また、強度を高めるためにＣｒ等の合金量を多くする必要があった。
【０００８】
また、前記特開平８-１４４０２６号公報や同８-１４４０２７号公報に記載のものは、遊離黒鉛を析出させるためにＢまたはＢＮを添加しているが、これらも添加量を増加すると焼結体の機械的特性を低下させるため、得られる強度には限界があった。
【０００９】
さらに、前記特開平７-２２４３６１号公報や同７-２２４３６２号公報、同７-２２４３６３号公報に記載のものは、合金粒域を得るために、Ｃｒ，Ｖ等の合金元素を一定量以上添加する必要があり、その添加した合金元素によって再加圧前の成形素材の硬度が高くなって、再加圧が困難になる（変形能が低下する）という不具合を生じる。また、この技術によって得た組織は、マクロ的に均一な組織ではないため、疲労強度にも限界があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１記載の発明は、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一種の合金元素を含有し、残部を鉄及び不可避的不純物とする合金鋼粉に、０.１質量％以上の黒鉛を混合してなる金属質粉を圧粉成形して得られた、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライトまたはオーステナイトの組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有する合金鋼粉成形素材の構成にした。
【００１１】
請求項２記載の発明は、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一種の合金元素を主成分とする粉末を鉄及び不可避的不純物からなる金属粉に拡散付着してなる金属粉に、０.１質量％以上の黒鉛を混合してなる金属質粉を圧粉成形して得られた、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライト、オーステナイト、または、未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有する合金鋼粉成形素材の構成にした。
【００１２】
請求項３記載の発明は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一種の合金元素を主成分とする粉末を鉄及び不可避的不純物からなる金属粉に混合してなる金属粉に、０.１質量％以上の黒鉛を混合してなる金属質粉を圧粉成形して得られた、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライト、オーステナイト、または、未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有する合金鋼粉成形素材の構成にした。
【００１３】
ここで用いられる金属質粉は、合金鋼粉等の合金元素を含む金属粉に０.１質量％以上の黒鉛を混合したため、予備成形体を仮焼結するときや、得られた合金鋼粉成形素材（以下、「成形素材」と言う。）を後にさらに再焼結するときに、実質的に炭素がすべて脱炭してしまうことがない。したがって、成形素材を再圧縮成形や再焼結等して得られる部材の機械的強度を充分に高めることができる。
【００１４】
また、圧粉成形によって得る予備成形体の密度は７.３ｇ／ｃｍ3以上であるため、この予備成形体を仮焼結して得られる成形素材は金属粉の粒界に黒鉛が確実に残留し、その結果、硬度が低く、伸びが大きくなるうえ、金属粉の粒界の潤滑性が高まり、成形能が全体的に高まる。
【００１５】
即ち、７.３ｇ／ｃｍ3以上の高密度に形成された予備成形体においては、金属粉の粒子間の空隙が連続せず、孤立した状態となっているため、仮焼結時の炉内の雰囲気ガスが予備成形体の内部に入り込みにくく、しかも、内部の黒鉛から発生したガスが周囲に拡散しにくく、このことが炭素の拡散の抑制（黒鉛の残留）に大きく寄与する。このため、得られた成形素材の組織は、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、鉄や合金元素の炭化物等の析出物がほとんど生じていない状態となっている。
【００１６】
具体的には、請求項１にかかる成形素材の場合、フェライト、オーステナイト、あるいは、黒鉛の近傍にパーライトまたはベーナイトがわずかに析出した組織となっており、請求項２，３にかかる成形素材の場合、フェライト、オーステナイト、または、ニッケル（Ｎｉ）等の未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織、あるいは、黒鉛の近傍にパーライトまたはベーナイトがわずかに析出した組織となっている。したがって、再圧縮成形の行われる前の成形素材は、炭素の拡散の影響をほとんど受けることがなくなり、その結果、硬度が低く、伸びが大きくなると共に、残留した黒鉛が金属粉の粒界を潤滑することで、変形能がさらに高まる。
【００１７】
また、仮焼結によって金属粉の粒子同士の接触面における拡散または溶融による焼結が広範囲に亘って生じるため、成形素材はこの点からも大きな伸びが得られることになる。
さらに、仮焼結温度は８００℃以上であるために、焼結による金属粉の結合が確実に進行し、また、１０００℃を超えないために、黒鉛が過剰に拡散することによる成形素材の過剰な硬度の上昇は生じなくなる。
【００１８】
また、請求項４及び５に記載の発明は、合金鋼粉成形素材において、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、及び、バナジウム（Ｖ）から選ばれる一種または二種以上の合金元素を、質量％で0.1≦Ｍｏ≦3.0、0.1≦Ｃｒ≦3.5、0.1≦Ｍｎ≦1.0、0.01≦Ｖ≦1.0の条件を満たす範囲で含有する構成にした。
【００１９】
モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、及び、バナジウム（Ｖ）の各添加濃度が質量パーセントでＭｏ＝3.0、Ｃｒ＝3.5、Ｍｎ＝1.0、Ｖ＝1.0を上回ると、仮焼結した成形素材の硬度が上昇し、それと共に鍛造性（再圧縮成形の際の変形能）が低下する。また、前記合金元素の各添加濃度が質量パーセントでＭｏ＝0.1、Ｃｒ＝0.1、Ｍｎ＝0.1、Ｖ＝0.01を下回ると、熱処理後の表面硬さが低下して機械強度向上の効果が小さくなる。したがって、これらの合金元素の添加濃度は上述の範囲に設定することが望ましい。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１または４に記載の合金鋼粉成形素材を合金鋼粉成形素材を再圧縮成形してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライト、オーステナイトの組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有する合金鋼粉塑性加工体の構成とした。
また、請求項７記載の発明は、請求項２、３、５のいずれかに記載の合金鋼粉成形素材を再圧縮成形してなり、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライト、オーステナイト、または、未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有する合金鋼粉塑性加工体の構成とした。
【００２３】
成形素材を冷間鍛造等によって再圧縮成形した合金鋼粉塑性加工体（以下、「塑性加工体」と言う。）は、金属粉の粒界に黒鉛が残留した状態で成形素材の空隙が圧潰され、ほとんど空隙のない緻密な組織となる。
【００２４】
また、ここで用いる成形素材は炭素の拡散がほとんど生じていないため、小さい成形荷重（変形抵抗）によって所定形状に容易に再圧縮成形することが可能である。つまり、成形素材に炭素の拡散が多量にある成形素材（従来の成形素材）の場合には、硬度が高く伸びも小さいうえに金属粒子間の滑りが少ないことから、再圧縮が非常に難しいが、ここで用いる成形素材の場合、炭素の拡散がほとんどないことから、硬度が低く伸びが大きくなるうえに、粒界に残留した黒鉛によって金属粒子間の滑りが確保され、その結果として再圧縮成形を容易に行うことが可能になる。そして、再圧縮成形は、常温状態で行うことができるために、スケールの発生や変態による塑性加工体の寸法精度の低下が起こらず、加工を完了した塑性加工体は極めて精度の高いものとなる。
【００２５】
さらに、金属粉に添加した合金成分は、再圧縮成形における加工硬化の程度を高めるため、塑性加工体は合金元素を加えない場合に比較して高い硬度を得ることができるが、一方残留黒鉛が金属粒界を潤滑するため、小さな変形抵抗によって再圧縮成形を行うことができる。特に、請求項２，３にかかる成形素材の場合、合金元素の拡散が金属粉の表面付近に現れ、内部にまで進行しにくいため、より低い変形抵抗によって加工硬化した塑性加工体を得ることができる。
【００２６】
よって、この塑性加工体は、高強度、高精度を必要とする摺動部品への適用が可能である。
【００２７】
請求項８及び９に記載の発明は、金属質粉が充填される成形空間を有する成形ダイスと、この成形ダイスに挿入されて金属質粉を加圧する上パンチ及び下パンチを備え、かつ、前記成形ダイスの成形空間には、前記上パンチの挿入される大径部と、前記下パンチの挿入される小径部と、これら大径部と小径部を繋ぐテーパ部が形成されると共に、前記上パンチと下パンチの一方または両方の前記成形空間に臨む端面に成形空間の容積を増大させる切欠きが形成された装置によって予備成形体を形成し、これによって形成された予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結して請求項１や請求項２，３に記載の合金鋼粉成形素材を形成し、その合金鋼粉成形素材を再圧縮成形した合金鋼粉塑性加工体の構成にした。
【００２８】
成形素材を成形するための予備成形体は全体として７.３ｇ／ｃｍ3以上の高密度にする必要があるため、予備成形体の離型時には抜き取りのための摩擦が大きくなるものと考えられるが、ここで用いられる装置は、上パンチ及び下パンチの一方または両方に設けた切欠き部分で、予備成形体の密度を局部的に低密度にして離型の摩擦を低下させることができる。このため、予備成形体は成形ダイスの成形空間に形成されたテーパ部の作用と相俟って、成形ダイスから容易に離型されることとなり、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上予備成形体が容易に得られる。
【００２９】
そして、この予備成形体を仮焼結した成形素材は、予備成形体の密度が確実に高密度になることから、金属粉の粒界に残留した黒鉛を充分に含みつつも、炭素の拡散のほとんどない状態に成形され、その後の再圧縮成形は容易に行われるようになる。したがって、再圧縮成形された塑性加工体は、空隙のほとんどない緻密な組織となり、しかも、常温での再圧縮成形が容易になることから高精度に成形される。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の合金鋼粉塑性加工体を８００〜１３００℃で再焼結してなり、フェライト、パーライト、ベイナイト、オーステナイトの組織からなり、金属粉の内部または粒界に黒鉛が点在する組織を有する合金鋼粉再焼結加工体の構成にした。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項７に記載の合金鋼粉塑性加工体を８００〜１３００℃で再焼結してなり、フェライト、パーライト、ベイナイト、オーステナイトまたは未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織からなり、金属粉の内部または粒界に黒鉛が点在する組織を有する合金鋼粉再焼結加工体の構成にした。
【００３１】
塑性加工体は、再焼結によって金属粉の接触面における表面拡散または溶融による焼結と同時に、金属粉の粒界に存在した黒鉛がフェライト地に拡散（固溶または炭化物を形成）される。金属粉は、フェライト、パーライト、オーステナイト、または、ニッケル（Ｎｉ）等の未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織からなり、黒鉛が残留する場合には、金属粉内部に黒鉛が点在する組織となる。
【００３２】
さらに、再焼結においては、素地に固溶する合金元素は、より均質に素地に固溶し、炭化物等の析出物を生じる合金元素は、析出物を生じることにより、添加した合金元素による機械的特性の向上の効果がマクロ的な組織に反映される。
【００３３】
これらにより、再焼結加工体は塑性加工体よりも強度が高くなり、硬化層を特に必要としない鋳鍛造材と同等以上の機械的強度を得ることができる。
【００３４】
また、この再焼結加工体は、再圧縮成形の後に再焼結したため、結晶粒径がほぼ２０μｍ程度またはそれ以下の再結晶組織となり、これによって単に強度が高くなるばかりでなく、伸びや衝撃値が大きくなり、疲労強度も高まる。
【００３６】
また、再焼結温度は８００℃以上であるために、塑性加工体に対する黒鉛の拡散が確実に進行し、さらに１３００℃を超えないために、脱炭量の増大や結晶粒の粗大化が生じなくなる。
【００３７】
請求項１２、１３に記載の発明は、請求項１０または１１に記載の合金鋼粉再焼結加工体を熱処理してなり、硬化組織を有することを特徴とする合金鋼粉熱処理加工体の構成にした。
【００３８】
焼き入れ等によって熱処理された再焼結加工体は、過飽和に黒鉛を固溶し、または、微細な炭化物を析出させ、あるいは、窒化物を析出させて硬化層を形成する。このため、この合金鋼粉熱処理加工体（以下、「熱処理加工体」と言う。）は、熱処理による炭素の拡散は内部ほど少なくなり、内部は靭性を有したまま、表面近傍のみ熱処理により高硬度とされる。
請求項１４〜１６に記載の発明は、合金鋼粉成形素材の製造方法に関し、請求項１４に記載の発明は、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一種の合金元素を含有し、残部を鉄及び不可避的不純物とする合金鋼粉に、０.１質量％以上の黒鉛を混合してなる金属質粉を圧粉成形して、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を得る予備成形工程と、前記予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結して、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有する合金鋼粉成形素材を得る仮焼結工程と、を有することを特徴としている。
請求項１５に記載の発明は、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびコバルト（Ｃｏ）から選ばれる少なくとも一種の合金元素を主成分とする粉末を鉄及び不可避的不純物からなる金属粉に拡散付着してなる金属粉に、０.１質量％以上の黒鉛を混合してなる金属質粉を圧粉成形して得られた、密度が７.３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を得る予備成形工程と、前記予備成形体を８００〜１０００℃で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、フェライト、オーステナイト、または、未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織を有し、前記黒鉛の近傍にはパーライトまたはベーナイトが析出した組織を有する合金鋼粉成形素材を得る仮焼結工程と、を有することを特徴としている。
請求項１６に記載の発明は、前記予備成形工程が、金属質粉が充填される成形空間を有する成形ダイスと、この成形ダイスに挿入されて金属質粉を加圧する上パンチ及び下パンチを備え、かつ、前記成形ダイスの成形空間には、前記上パンチの挿入される大径部と、前記下パンチの挿入される小径部と、これら大径部と小径部を繋ぐテーパ部が形成されると共に、前記上パンチと下パンチの一方または両方の前記成形空間に臨む端面に成形空間の容積を増大させる切欠きが形成された装置によって予備成形体を形成したことを特徴としている。
【００３９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。
【００４０】
図１は、本発明の実施の形態を示す合金鋼粉加工体の製造工程説明図であり、図２は予備成形体の製造工程を、成形ダイスの成形空間内に金属質粉を充填した状態（ａ）、金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧した状態（ｂ）、加圧完了後予備成形体の取り出しのために成形ダイスを下降させ始めた状態（ｃ）、予備成形体を取り出す状態（ｄ）を順次示す説明図である。
【００４１】
図１において、１０１は予備成形工程、１０２は仮焼結工程、１０３は再圧縮工程、１０４は再焼結工程、１０５は熱処理工程であり、成形素材は、予備成形工程１０１と仮焼結工程１０２を経て得られる。そして、成形素材は再圧縮工程１０３を経て塑性加工体とされ、さらに塑性加工体は再焼結工程１０４を経て再焼結加工体、熱処理工程１０５を経て熱処理加工体とされる。
【００４２】
成形工程１０１では、この実施の形態において図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、後述する金属質粉３を成形ダイス４の成形空間５内に充填し、上パンチ６及び下パンチ７で加圧して、密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体８を得る。この場合、前記金属質粉３及び成形ダイス４は常温状態にある。
【００４３】
成形ダイス４の成形空間５は、上パンチ６が挿入される大径部９と、下パンチ７が挿入される小径部１０と、これら大径部９と小径部１０とを繋ぐテーパ部１１とを備えている。
【００４４】
前記成形ダイス４の成形空間５内に挿入される上パンチ６及び下パンチ７の一方または両方、この実施の形態においては上パンチ６には、成形ダイス４の成形空間５に臨む端面１２の外周端部に、成形空間５の容積を増大させる切欠き１３が形成してある。前記切欠き１３はこの実施の形態において断面が駒形で環状に形成してある。
【００４５】
１４は前記成形ダイス４の成形空間５内に挿入されるコアで、このコア１４によって、成形空間５内で成形される予備成形体８は略円筒状に造形されることになる。
【００４６】
成形工程１０１では、先ず、図２（ａ）に示すように、成形ダイス４の成形空間５内に金属質粉３を充填する。ここで充填される金属質粉３は、以下の金属粉に、０．１質量％以上の黒鉛を混合したものが用いられる。
【００４７】
即ち、ここで用いられる金属粉は、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）等の合金元素の一種若しくは二種以上を含有し、残部が鉄及び少量の不可避不純物によって構成されているもの（請求項１に対応の金属粉）、または、前記合金元素を主成分とする粉末を鉄を主成分とする金属粉に拡散付着したもの（請求項２に対応の金属粉）、若しくは、混合したもの（請求項３に対応の金属粉）が用いられる。
【００４８】
次に、前記成形ダイス４の成形空間５内に上パンチ６及び下パンチ７を挿入して金属質粉３を加圧する。詳しくは、前記上パンチ６が成形空間５の大径部９内に挿入され、下パンチ７が成形空間５の小径部１０内に挿入されて加圧される。このとき、前記切欠き１３が形成された上パンチ６は大径部９内で停止するようになっている（図２（ｂ）参照）。
【００４９】
前記金属質粉３が加圧され、圧粉成形された後、上パンチ６を後退（上昇）させると共に、成形ダイス４を下降させ（図２（ｃ）参照）、圧粉成形された予備成形体８を成形空間５内から取り出す（図２（ｄ）参照）。
【００５０】
ところで、一般に、金属質粉を圧粉成形する場合には、圧粉成形品の密度が高くなるにつれて、圧粉成形品と成形型との間の摩擦が増大することや、圧粉成形品のスプリングバック等によって、成形型内から圧粉成形品を取り出すことが困難となる。このため、高密度の圧粉成形品を得ることが困難であるとされているところ、前記成形工程１０１においてはこれが有利に解決される。
【００５１】
即ち、前記成形ダイス４の成形空間５はテーパ部１１を備えているから、このテーパ部１１が所謂抜き勾配となって、圧粉成形された予備成形体８の取り出しが容易に行える。また、前記上パンチ６には、成形ダイス４の成形空間５に臨む端面１２の外周端部に、成形空間５の容積を増大させる切欠き１３が形成してあるから、この切欠き１３の部分で局部的に予備成形体８の密度が低くなり、予備成形体８と成形ダイス４との間の摩擦や、予備成形体８のスプリングバック等が低く抑えられ、予備成形体８の取り出しが容易になる。
【００５２】
これによって、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体８を容易に得ることができる。
【００５３】
次に、前記成形工程１０１で得られた予備成形体８を仮焼結工程１０２で仮焼結する。これによって、図３に示すように、金属粉３ａの粒界に黒鉛３ｂが残留し、鉄や合金元素の炭化物等の析出物のほとんど生じない組織を持った成形素材が得られる。
【００５４】
即ち、請求項１に対応の金属粉３ａを用いた場合、金属粉３ａの粒界に黒鉛３ｂの全部が残留した（黒鉛３ｂの拡散がまったくなかった）のであれば、金属粉３ａの組織は、全体がフェライト（Ｆ）、または、オーステナイト（Ａ）の組織となり、黒鉛３ｂの一部が拡散したのであれば、金属粉３ａの組織は、黒鉛３ｂの近傍にパーライト（Ｐ）またはベイナイト（Ｂ）がわずかに析出した組織となる。また、請求項２または３に対応の金属粉３ａを用いた場合には、金属粉３ａの粒界に黒鉛３ｂの全部が残留したときには、全体がフェライト（Ｆ）、または、オーステナイト（Ａ）の組織、若しくは、ニッケル（Ｎｉ）等の未拡散の合金成分を持った組織となり、黒鉛３ｂの一部が拡散したときには黒鉛３ｂの近傍にパーライト（Ｐ）またはベイナイト（Ｂ）がわずかに析出した組織となる。つまり、少なくとも、前記金属粉３ａの全体がパーライト（Ｐ）やベイナイト（Ｂ）の組織とはなっていない。このため、前記成形素材は硬さが低く、かつ、伸びが大きい性質を有し、優れた変形能を有することになる。
【００５５】
さらに説明すると、予備成形体８は密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上であることから、金属粉３ａの粒子間の空隙が連続せず、孤立した状態となっており、このことが大きく原因して、仮焼結後に硬度が低く、伸びが大きい成形素材が得られることとなる。即ち、金属粉３ａの粒子間の空隙が連続している場合には、仮焼結時の炉内の雰囲気ガス及び黒鉛から発生するガスが空隙を介して予備成形体８の内部に深く侵入して浸炭が促進されることになるけれども、空隙が孤立していることから、これらが有利に防止され、硬度が低く抑えられると共に大きな伸びが得られることとなる。したがって、成形素材の硬度や伸びは黒鉛３ｂの量の影響をほとんど受けることがない。
【００５６】
また、前記仮焼結工程１０２によって、金属粉３ａの粒子同士の接触面における表面拡散または溶融による焼結が広範囲に亘って生じることからも、より大きな伸びが得られる。
【００５７】
仮焼結工程１０２での焼結温度は、８００℃未満では焼結による金属粉の結合が進行せず、１０００℃を超えると、黒鉛３ｂが過剰に拡散されて硬度が高くなりすぎてしまうため、８００〜１０００℃の範囲が選択される。尚、このときの雰囲気は、不活性、還元性、真空中のいずれであっても良い。
【００５８】
ここで、図４は、後述する実施例１の場合の仮焼結温度と成形素材の伸びの関係を調べた試験データとグラフであり、図５は、後述する実施例２の場合の図４と同様の試験データとグラフである。そして、図６は、実施例１の場合の仮焼結温度と成形素材の硬さの関係を調べた試験データとグラフであり、図７は、実施例２の場合の図６と同様のデータとグラフである。
【００５９】
これらのデータとグラフから明らかなように、仮焼結温度を８００〜１０００℃の範囲で選択すれば、比較的大きな成形素材の伸びが得られ、硬さはＨＲＢ６０前後に維持することができる。因みに、このＨＲＢ６０という値は、高強度の冷間鍛造鋼材に焼鈍したときの硬度と同程度のものであるが、本願発明にかかるこの成形素材においては焼鈍を行うことなく、このＨＲＢ６０の前後の値を得ることができる。
【００６０】
また、仮焼結工程１０２で得られた成形素材は、次の再圧縮工程１０３において再圧縮成形（冷間鍛造等）が行われる。ここで得られる塑性加工体は、金属粉３ａの粒界に黒鉛３ｂが残留した成形素材に対して組織の空隙を圧潰して緻密化するため、ほとんど空隙を有しない組織となっている。
【００６１】
そして、塑性加工体は、成形素材の金属粉３ａの粒界に黒鉛３ｂが残留し、炭素の拡散がほとんど生じていないため、図８，図９に示すように成形荷重（変形抵抗）を非常に小さくすることができる。つまり、成形素材は炭素の拡散がほとんどないことから、硬度が低く、かつ、伸びが大きい特性となり、さらに、金属粉粒界に存在する黒鉛が金属粉相互の滑りを促進するように機能するため、再圧縮成形時の成形荷重は小さくなり、塑性加工体は所定の形状に容易に形成される。尚、図８は実施例１の場合、図９は実施例２の場合について夫々成形荷重を調べたものである。
【００６２】
また、仮焼結時の温度については、８００〜１０００℃の範囲を選択すれば、前記塑性加工体は、図１０，図１１に示すように充分な引張り強度を確保することができ、さらに、図１２，図１３に示すように充分な硬さをも確保することができる。ただし、図１０，図１２は実施例１の場合、図１１，図１３は実施例２の場合について調べたものである。したがって、塑性加工体は、引張り強度や硬さが鋳鍛造材に匹敵するものとなり、機械的強度は充分に高くなる。
【００６３】
比較的小さな変形を伴う再圧縮成形の場合には、再変形、即ち、再度の塑性加工を容易に行うことができ、大きな変形を伴う再圧縮成形の場合には、加工硬化により、高い硬度が得られる。
【００６４】
図１４，図１５は、比較的小さな変形を伴う再圧縮成形により形成された場合と、大きな変形を伴う再圧縮成形により形成された場合の夫々の塑性加工体の組織を示すものである。いずれも、金属粉３ａの粒界に黒鉛３ｂが残留した組織であり、金属粉３ａの組織は、請求項１に対応するものであれば、フェライト（Ｆ）、オーステナイト（Ａ）、あるいは、黒鉛３ｂの近傍にパーライト（Ｐ）またはベイナイト（Ｂ）がわずかに析出した組織、請求項２，３に対応するものであれば、フェライト（Ｆ）、オーステナイト（Ａ）、または、ニッケル（Ｎｉ）等の未拡散の合金成分の、一種または二種以上が混在した組織、或いは、黒鉛３ｂの近傍にパーライト（Ｐ）またはベイナイト（Ｂ）がわずかに析出した組織となっているが、図１４に示されたものは、空隙はほとんどなく、金属粉３ａはやや変形した形状となっており、図１５に示されたものは、ほぼ完全に空隙がなくなり、金属粉３ａは大きく変形して扁平な形状となっている。
【００６５】
さらに、再圧縮成形は常温状態で行うため、スケールの発生や変態による寸法精度の低下が起こらず、しかも、成形素材を低い成形荷重で成形することができるため、鍛造材と比較してスプリングバックが小さく、再圧縮成形によって塑性加工体の全体が実質的に真密度となる。このため、従来の焼結体よりも密度のばらつきが少なく、寸法変化のばらつきも小さい。したがって、成形素材を再圧縮して得られる塑性加工体は寸法精度の高いものとなる。
【００６６】
よって、こうして得られた塑性加工体は、高強度、高精度を必要とする摺動部品への適用が可能である。
【００６７】
さらに、塑性加工体は、次の再焼結工程１０４において再焼結が行われる。ここで、得られた再焼結加工体は、金属粉の接触面における表面拡散または溶融による焼結と同時に、金属粉３ａの粒界に存在した黒鉛３ｂをフェライト地に拡散（固溶または炭化物を形成）させるものであり、図１６に示すように、金属粉３ａは、請求項１に対応するものであれば、フェライト（Ｆ）、パーライト（Ｐ）、ベイナイト（Ｂ）、オーステナイト（Ａ）等の組織からなり、請求項２，３に対応するものであれば、フェライト（Ｆ）、パーライト（Ｐ）、ベイナイト（Ｂ）、オーステナイト（Ａ）、または、ニッケル（Ｎｉ）等の未拡散の合金成分の一種または二種以上が混在した組織からなる。そして、黒鉛３ｂが残留する場合には、金属粉３ａの内部または粒界に黒鉛３ｂが点在する組織となる。
【００６８】
さらに、請求項１〜３のいずれに対応するものの場合にも、図１７に示すように、添加した黒鉛３ｂの残留率（総炭素に占める未拡散の黒鉛量の割合）は再焼結温度が高いほど小さくなっており、黒鉛３ｂが拡散した状態の組織と,黒鉛３ｂが残留した状態の組織とが再焼結温度に応じた所定の割合で形成される。尚、再焼結温度が高温の場合には黒鉛の残留率は同図に示すように０となり、黒鉛３ｂの残留した組織は無くなる。
【００６９】
また、再焼結において素地に固溶する合金元素にあっては、より均質に素地に固溶し、炭化物等の析出物を生じる合金元素にあっては、析出物を生じることにより、添加した合金元素による機械的特性の向上の効果がマクロ的な組織に反映され、再焼結加工体全体としての機械的特性が向上する。
【００７０】
このため、塑性加工体よりも強度が充分に高くなり、また、黒鉛３ｂの拡散量を変えることによって、強度、潤滑性、その他の要求される機械的特性に応じた再焼結加工体を得ることができるようになる。そして、所定温度で再焼結された再焼結加工体は、引張り強度が大きく、硬度も高くなり、硬化層を特に必要としない鋳鍛造材と同等以上の機械的強度が得られる。
【００７１】
また、再焼結加工体は,再圧縮成形後に再焼結することにより、結晶粒径がほぼ２０μｍ程度またはそれ以下の再結晶組織となり、従来の焼結体の結晶粒径である４０〜５０μｍよりも結晶粒径が微細になる。このため、強度がより高くなるうえ、伸びが大きく、疲労強度が高く、衝撃値が高いものとなり、優れた機械的特性を有するものとなる。
【００７２】
ところで、再焼結温度は、８００℃未満では黒鉛３ｂの拡散が進行せず、１３００℃を超えると、浸炭、脱炭、結晶粒の粗大化等が生じることから、８００〜１３００℃の範囲に設定する。尚、このときの雰囲気は不活性、還元性、真空中のいずれであっても良い。
【００７３】
また、図１８〜図２１に示すように、再焼結温度が８００〜１０００℃の比較的低温である場合は、一方では加工硬化の回復によって軟化するが、他方では黒鉛３ｂの拡散が進行し始めると共に、軽度の再結晶により結晶粒の微細な組織が得られるので、強度が大きくなると共に、高硬度になる。ただし、形状によって加工硬化の回復の程度が大きく、緩やかに軟化してから、１０００℃近くで再び硬化傾向に転じる場合もある。
【００７４】
さらに、１０００〜１３００℃の高温である場合は、黒鉛３ｂの残留率が小さく、即ち、黒鉛３ｂが素地に拡散するので、さらに強度は大きく、高硬度になる。しかし、１１００℃を超えると脱炭量の増加に伴う総炭素量の低下や結晶粒の再成長による強度及び硬さの低下の傾向がみられ、特に１３００℃を超えると機械的特性が大きく低下する。したがって、再焼結温度は９００〜１３００℃の温度範囲にすることが望ましい。
【００７５】
また、再焼結加工体は、最後に熱処理工程１０５において、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、窒化及びその他の組み合わせなどの熱処理が行われる。これにより、過飽和に黒鉛３ｂが固溶し、または、微細な炭化物が析出して、硬化層が形成される。
【００７６】
図２２,図２３に示すように、硬化層の形成により、再焼結加工体よりも大きな引張り強度が得られ、図２４に示す表面からの距離と硬さの関係からわかるように、本発明にかかるものの場合、実質的に真密度であるので熱処理による炭素の拡散は内部ほど少なく、このために内部は靭性を有したまま、表面近傍のみが熱処理により高硬度となる。したがって、全体として優れた機械的特性を有している。一方、従来法による熱処理加工体では,内部まで炭素の拡散が進行し、全体が高い硬度にはなっているが、空隙を有するので、脆く、靭性及び剛性も低いものとなっている。
【００７７】
即ち、空隙を有する従来法の熱処理加工体では、全体が熱処理され、高強度、高靭性を得ることは困難であったが、本発明にかかる熱処理加工体は、一般の焼結品よりも高強度、高靭性であることに加え、高剛性であり、鋳鍛造材と同様に要求される機械的特性に応じた熱処理を行うことが可能である。また、クロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等の素地に固溶して焼入れ性等の熱処理性を向上させる合金元素を添加している場合には、さらに優れた機械的特性を有するものが得られる。
【００７８】
よって、こうして得られた熱処理加工体は、カムシャフト、ロータ部品等の自動車エンジン部品、プロペラシャフトジョイント部部品、ドライブシャフト部品、クラッチ部品、ミッション部品等の駆動部品、パワーステアリングギヤ部品、アンチロックブレーキ部品等の操舵部品、懸架部品、その他各種ベアリング及びポンプ構成部品等の、高強度、高靭性、摺動性が要求される機械部品の製造に適用したときに、安価にこれらを得ることができる。
【００７９】
以上、一つの実施の形態について説明したが、本発明はこれに限るものでなく、例えば、前記予備成形体８は、金属質粉３及び成形型を所定温度に加熱して、金属質粉３の降伏点を低下させた状態で行う、所謂温間成形によって形成するようにしても良い。
【００８０】
また、前記上パンチ６に、成形空間５の容積を拡大させる切欠き１３を形成した実施の形態について述べたが、この切欠き１３は下パンチ７に設けても良く、また、上パンチ６及び下パンチ７の両方に設けても良い。
【００８１】
【実施例】
実施例１：
モリブデン（Ｍｏ）０.２質量％の成分を含有し、残部は鉄（Ｆｅ）及び少量の不可避不純物である合金鋼粉に、０.３質量％の黒鉛を混合して金属質粉を形成し、この金属質粉を圧粉成形して、密度が７.４ｇ／ｃｍ3の予備成形体を形成して、この予備成形体を窒素ガス雰囲気の炉内において８００℃で６０分間仮焼結して成形素材を作った。この成形素材の伸びは１１．２％、硬さはＨＲＢ５３．３であった（図４，図６参照）。
【００８２】
そして、この後前記成形素材を断面減少率（変形量）６０％で後方押し出しにより、カップ状に再圧縮成形（冷間鍛造）して、塑性加工体を得た。
【００８３】
その結果、前記塑性加工体を得たときの成形荷重（変形抵抗）は、２０７８ＭＰａであり（図８参照）、前記塑性加工体の引張り強度（圧環強度からの換算値）は６９２ＭＰａ、硬さはＨＲＢ７５であった（図１０，図１２参照）。尚、前記塑性加工体の密度は、７．７１ｇ／ｃｍ3であった。
【００８４】
また、この後前記塑性加工体を窒素ガス及び水素ガスの混合雰囲気の炉内において１１５０℃で再焼結して再焼結加工体を得た。その再焼結加工体の引張り強度（圧環強度からの換算値）は６７６ＭＰａ、硬さはＨＲＢ７１であった（図１８，図２０参照）。尚、前記再焼結加工体の密度は、７．７１ｇ／ｃｍ3であった。
【００８５】
さらにこの後、前記再焼結加工体をカーボンポテンシャル１．０％の雰囲気の炉内において最高８６０℃で浸炭して、９０℃で油焼入れし、１５０℃で焼戻し、熱処理加工体を得た。その結果、熱処理加工体の引張り強度（圧環強度からの換算値）は１１８５ＭＰａ（図２２参照）、表面の固さはＨＲＣ５９であり、内部（表面から２ｍｍの部分）の硬さはＨＲＣ３３（ＨＶ３３０）であった。
【００８６】
実施例２：
鉄（Ｆｅ）及び少量の不可避不純物である鉄粉表面に、ニッケル（Ｎｉ）２．０質量％、モリブデン（Ｍｏ）１．０質量％が拡散付着されている合金鋼粉に、０．３質量％の黒鉛を混合して金属質粉を形成し、この金属質粉を圧粉成形して密度が７．４ｇ／ｃｍ3の予備成形体を形成し、この予備成形体を窒素ガス雰囲気の炉内において８００℃で６０分間仮焼結して成形素材を作った。この成形素材の伸びは１１．８％、硬さはＨＲＢ５２であった（図５，図７参照）。
【００８７】
この後、前記成形素材を断面減少率（変形量）６０％で後方押し出しにより、カップ状に再圧縮成形（冷間鍛造）して、塑性加工体を得た。
【００８８】
前記塑性加工体を得たときの成形荷重（変形抵抗）は、２４２８ＭＰａであり（図９参照）、前記塑性加工体の引張り強度（圧環強度からの換算値）は７０６ＭＰａ、硬さはＨＲＢ９６であった（図１１，図１３参照）。そして、前記塑性加工体の密度は、７．７０ｇ／ｃｍ3であった。
【００８９】
この後、前記塑性加工体を窒素ガス及び水素ガスの混合雰囲気の炉内において１１５０℃で再焼結した。このとき、再焼結加工体の引張り強度（圧環強度からの換算値）は７８４ＭＰａ、硬さはＨＲＢ１００であり（図１９，図２１参照）、密度は、７．７０ｇ／ｃｍ3であった。
【００９０】
また、この後前記再焼結加工体をカーボンポテンシャル１．０％の雰囲気の炉内において最高８６０℃で浸炭して、９０℃で油焼入れし、１５０℃で焼戻し、熱処理加工体を得た。その結果、熱処理加工体の引張り強度（圧環強度からの換算値）は１６７８ＭＰａ、表面の固さはＨＲＣ６２であり、内部（表面から２ｍｍの部分）の硬さはＨＲＣ４１（ＨＶ４００）であった（図２３，図２４参照）。
【００９１】
実施例３：
鉄（Ｆｅ）及び少量の不可避不純物である鉄粉に、２．０質量％の銅（Ｃｕ）と０．３質量％の黒鉛を混合して金属質粉を形成し、この金属質粉を圧粉成形して、密度が７．４ｇ／ｃｍ3の予備成形体を形成し、この予備成形体を窒素ガス雰囲気の炉内において８００℃で６０分間仮焼結して成形素材を作った。この成形素材の伸びは１２．０％、硬さＨＲＢ４７であった。
【００９２】
次に、この成形素材を断面減少率６０％で後方押し出しにより、カップ状に再圧縮成形（冷間鍛造）して、塑性加工体を得た。
【００９３】
前記塑性加工体を得たときの成形荷重（変形抵抗）は、１９６０ＭＰａであり、前記塑性加工体の引張り強度（圧環強度からの換算値）は５１０ＭＰａ、硬さはＨＲＢ７５であった。そして、前記塑性加工体の密度は、７．７０ｇ／ｃｍ3であった。
【００９４】
この後、前記塑性加工体を窒素ガス及び水素ガスの混合雰囲気の炉内において１１５０℃で再焼結した。このとき、再焼結加工体の引張り強度（圧環強度からの換算値）は７３５ＭＰａ、硬さはＨＲＢ８０であり、密度は、７．７５ｇ／ｃｍ3であった。
【００９５】
また、この後前記再焼結加工体をカーボンポテンシャル１．０％の雰囲気の炉内において最高８６０℃で浸炭して、９０℃で油焼入れし、１５０℃で焼戻し、熱処理加工体を得た。その結果、熱処理加工体の引張り強度（圧環強度からの換算値）は９８０ＭＰａ、表面の固さはＨＲＣ５０であり、内部（表面から２ｍｍの部分）の硬さはＨＲＢ９１であった。
【００９６】
以下、つづけて実施例４〜１９について説明するが、これらの実施例は、上述実施例１に対して合金鋼粉の構成のみが異なり、合金鋼粉に混合する黒鉛の量（０．３質量％）、予備成形体の密度（７．４ｇ／ｃｍ3）、仮焼結の際の条件（窒素ガスの炉内で８００℃６０分間）、再圧縮成形の際の条件（断面減少率６０パーセント）、再焼結の際の条件（窒素ガス及び水素ガスの混合雰囲気の炉内で１１５０℃）、熱処理の際の条件（カーボンポテンシャル１．０％の雰囲気の炉内で最高８６０℃で浸炭、９０℃で油焼入れ、１５０℃で焼き戻し）等はすべて同様としている。したがって、以下の実施例については、合金の構成と、試験結果のみを記載するものとする。
【００９７】
実施例４：
合金鋼粉は、ニッケル（Ｎｉ）１．０質量％、モリブデン（Ｍｏ）０．３質量％、銅（Ｃｕ）０．３質量％の成分を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなる構成にした。
（イ）再圧縮成形の際の成形荷重    …２１９５ＭＰａ
（ロ）塑性加工体の引張り強度      …７２５ＭＰａ
（ハ）塑性加工体の硬さ            …ＨＲＢ８２
（ニ）塑性加工体の密度            …７．７４ｇ／ｃｍ3
（ホ）再焼結加工体の引張り強度    …７５５ＭＰａ
（ヘ）再焼結加工体の硬さ          …ＨＲＢ８５
（ト）再焼結加工体の密度          …７．７４ｇ／ｃｍ3
（チ）熱処理加工体の引張り強度    …１２３５ＭＰａ
（リ）熱処理加工体の表面硬さ      …ＨＲＣ６０
（ヌ）熱処理加工体の内部の硬さ    …ＨＲＣ４１（ＨＶ４００）
実施例５：
合金鋼粉は、クロム（Ｃｒ）１．０質量％、マンガン（Ｍｎ）０．７質量％、モリブデン（Ｍｏ）０．３質量％の成分を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなる構成にした。
（イ）再圧縮成形の際の成形荷重    …２３３３ＭＰａ
（ロ）塑性加工体の引張り強度      …７０６ＭＰａ
（ハ）塑性加工体の硬さ            …ＨＲＢ８０
（ニ）塑性加工体の密度            …７．６６ｇ／ｃｍ3
（ホ）再焼結加工体の引張り強度    …７９４ＭＰａ
（ヘ）再焼結加工体の硬さ          …ＨＲＢ９０
（ト）再焼結加工体の密度          …７．６６ｇ／ｃｍ3
（チ）熱処理加工体の引張り強度    …１３２３ＭＰａ
（リ）熱処理加工体の表面硬さ      …ＨＲＣ６０
（ヌ）熱処理加工体の内部の硬さ    …ＨＲＣ４２（ＨＶ４１８）
実施例６：
合金鋼粉は、クロム（Ｃｒ）１．０質量％、モリブデン（Ｍｏ）０．３質量％、バナジウム（Ｖ）０．３質量％の成分を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなる構成にした。
（イ）再圧縮成形の際の成形荷重    …２３６２ＭＰａ
（ロ）塑性加工体の引張り強度      …７２５ＭＰａ
（ハ）塑性加工体の硬さ            …８２ＨＲＢ
（ニ）塑性加工体の密度            …７．６５ｇ／ｃｍ3
（ホ）再焼結加工体の引張り強度    …８０４ＭＰａ
（ヘ）再焼結加工体の硬さ          …ＨＲＢ８８
（ト）再焼結加工体の密度          …７．６５ｇ／ｃｍ3
（チ）熱処理加工体の引張り強度    …１３３３ＭＰａ
（リ）熱処理加工体の表面硬さ      …ＨＲＣ６３
（ヌ）熱処理加工体の内部の硬さ    …ＨＲＣ４３（ＨＶ４２１）
実施例７：
合金鋼粉は、コバルト（Ｃｏ）６．５質量％、クロム（Ｃｒ）８．０質量％、タングステン（Ｗ）２．０質量％、モリブデン（Ｍｏ）０．５質量％の成分を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなる構成にした。
（イ）再圧縮成形の際の成形荷重    …２５５０ＭＰａ
（ロ）塑性加工体の引張り強度      …６９６ＭＰａ
（ハ）塑性加工体の硬さ            …ＨＲＢ９５
（ニ）塑性加工体の密度            …７．６０ｇ／ｃｍ3
（ホ）再焼結加工体の引張り強度    …７８４ＭＰａ
（ヘ）再焼結加工体の硬さ          …ＨＲＢ１００
（ト）再焼結加工体の密度          …７．６０ｇ／ｃｍ3
（チ）熱処理加工体の引張り強度    …１１７６ＭＰａ
（リ）熱処理加工体の表面硬さ      …ＨＲＣ６６
（ヌ）熱処理加工体の内部の硬さ    …ＨＲＣ４５（ＨＶ４５０）
実施例８〜１９：
実施例８〜１９で採用した合金鋼粉は、図２５に示す組成の合金元素を夫々含有し、残部が鉄（Ｆｅ）と不可避不純物からなる構成とした。尚、図２５は、前述した実施例１〜７も含めた各実施例における再圧縮成形荷重と熱処理加工体の表面硬さを示してある。
【００９８】
図２５のデータから明らかなように、組成の異なるいずれの実施例においても良好な冷間鍛造性（再圧縮の際の成形能）を得られた。
【００９９】
しかしながら、モリブデン（Ｍｏ）が３．０質量％を越える実施例１９、クロム（Ｃｒ）が３．０質量％を越える実施例７及び１４、マンガン（Ｍｎ）が１．０質量％を越える実施例１６、バナジウム（Ｖ）が１．０質量％を超える実施例１２では、冷間鍛造時の荷重（再圧縮成形荷重）が２５００ＭＰａを越える高い値を示し、変形抵抗が他の例に比較して若干高くな。また、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、及び、マンガン（Ｍｎ）が０．１質量％未満、バナジウム（Ｖ）が０．０１質量％未満の実施例１７では、熱処理後の表面硬度が他の例に比較して若干低くなる。
【０１００】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる合金鋼粉成形素材は、機械的強度の高い部材を得るのに好適な所定量の黒鉛を含み、しかも、再圧縮成形に有利な硬度が低く、伸びの大きい性質（変形能）を有する。
【０１０１】
また、本発明にかかる合金鋼粉加工体は、硬度や疲労強度その他の機械的特性を確実に高めることができるうえ、寸法精度をも高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の合金鋼粉成形素材と合金鋼粉加工体の製造工程説明図である。
【図２】予備成形体の製造工程を、成形ダイスの成形空間内に金属質粉を充填した状態（ａ）、金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧した状態（ｂ）、加圧完了後予備成形体の取り出しのために成形ダイスを下降させ始めた状態（ｃ）、予備成形体を取り出す状態（ｄ）を示す説明図である。
【図３】実施例１または２に対応する予備成形体を仮焼結して形成した成形素材の組織を示す図面である。
【図４】実施例１に対応する成形素材について、仮焼結温度と黒鉛量を変化させた場合の伸びの変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図５】実施例２に対応する成形素材について、仮焼結温度と黒鉛量を変化させた場合の伸びの変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図６】実施例１に対応する成形素材について、仮焼結温度と黒鉛量を変化させた場合の硬さの変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図７】実施例２に対応する成形素材について、仮焼結温度と黒鉛量を変化させた場合の硬さの変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図８】実施例１に対応する成形素材を再圧縮成形（冷間鍛造）したときの、単位時間当たりの成形荷重（変形抵抗）をデータ及びグラフで示す図面である。
【図９】実施例２に対応する成形素材を再圧縮成形（冷間鍛造）したときの、単位時間当たりの成形荷重（変形抵抗）をデータ及びグラフで示す図面である。
【図１０】実施例１に対応する塑性加工体について、仮焼結温度と黒鉛量を変化させた場合の引張り強度の変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図１１】実施例２に対応する塑性加工体について、仮焼結温度と黒鉛量を変化させた場合の引張り強度の変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図１２】実施例１に対応する塑性加工体について、仮焼結温度と黒鉛量を変化させた場合の硬さの変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図１３】実施例２に対応する塑性加工体について、仮焼結温度と黒鉛量を変化させた場合の硬さの変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図１４】実施例１または２に対応する成形素材を、比較的小さい断面減少率（変形量）でもって再圧縮成形（冷間鍛造）した組成加工体の組織を示す図面である。
【図１５】実施例１または２に対応する成形素材を、比較的大きい断面減少率でもって再圧縮成形（冷間鍛造）した組成加工体の組織を示す図面である。
【図１６】実施例１または２に対応する再焼結加工体の組織を示す図面である。
【図１７】実施例１に対応する再焼結加工体について、再焼結温度と再焼結時間とを変化させた場合の黒鉛残留率の変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図１８】実施例１に対応する再焼結加工体について、再焼結温度を変化させた場合の引張り強度の変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図１９】実施例２に対応する再焼結加工体について、再焼結温度を変化させた場合の引張り強度の変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図２０】実施例１に対応する再焼結加工体について、再焼結温度を変化させた場合の硬さの変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図２１】実施例２に対応する再焼結加工体について、再焼結温度を変化させた場合の硬さの変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図２２】実施例１に対応する熱処理加工体について、再焼結温度を変化させた場合の引張り強度の変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図２３】実施例２に対応する熱処理加工体について、再焼結温度を変化させた場合の引張り強度の変化をデータ及びグラフで示す図面である。
【図２４】実施例２に対応する熱処理加工体の内部硬さ分布と、同じ金属質粉を密度７．０ｇ／ｃｍ3に仮圧縮成形してその後に実施例２と同様の条件下で加工を施して得た熱処理加工体（従来法）の内部硬さ分布と、をデータ及びグラフで示す図面である。
【図２５】実施例１〜１９の各塑性加工体の含有する合金元素と、各実施例における再圧縮成形荷重と熱処理加工体表面硬さのデータを示す図面である。
【符号の説明】
３ａ…金属粉
３ｂ…黒鉛
４…成形ダイス
５…成形空間
６…上パンチ
７…下パンチ
９…大径部
１０…小径部
１１…テーパ部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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