(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を形成し、前記金属質粉成形素材を再圧縮成形し、全体がフェライト組織或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有してなることを特徴とする、再圧縮成形体。
【請求項２】
鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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、この予備成形工程で得られた予備成形体を８００〜１０００℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を得る仮焼結工程と、この仮焼結工程で得られた金属質粉成形素材を再圧縮成形する再圧縮工程とからなることを特徴とする、再圧縮成形体の製造方法。
【請求項３】
前記予備成形工程は、成形ダイスの成形空間内に充填した金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧して形成されてなり、前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大径部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部と小径部とをつなぐテーパ部とを備え、前記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダイスの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容積を増大させる切欠きを備えていることを特徴とする、請求項２記載の再圧縮成形体の製造方法。
【請求項４】
鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を形成し、前記金属質粉成形素材を再圧縮成形して、全体がフェライト組織又はフェライト地に黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する再圧縮成形体を形成し、更に、前記再圧縮成形体を７００〜１３００℃の温度で再焼結してなり、金属粉の粒界に存在した黒鉛がフェライト地に拡散した状態の組織と、金属粉のフェライトまたはパーライト組織に黒鉛が拡散及び残留している状態の組織を有することを特徴とする、焼結体。
【請求項５】
鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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、この予備成形工程で得られた予備成形体を８００〜１０００℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を得る仮焼結工程と、この仮焼結工程で得られた金属質粉成形素材を再圧縮成形して再圧縮成形体を得る再圧縮工程と、この再圧縮工程で得られた再圧縮成形体を再焼結する再焼結工程と、からなることを特徴とする、焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記予備成形工程は、成形ダイスの成形空間内に充填した金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧して形成されてなり、前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大径部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部と小径部とをつなぐテーパ部とを備え、前記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダイスの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容積を増大させる切欠きを備えていることを特徴とする、請求項５記載の焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記再焼結工程の再焼結温度は、７００〜１３００℃であることを特徴とする、請求項５または６記載の焼結体の製造方法。
【請求項８】
鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を形成し、前記金属質粉成形素材を再圧縮成形して、全体がフェライト組織またはフェライト地に黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する再圧縮成形体を形成し、更に、前記再圧縮成形体を７００〜１３００℃の温度で再焼結して、金属粉の粒界に存在した黒鉛がフェライト地に拡散した状態の組織と、金属粉のフェライトまたはパーライト組織に黒鉛が拡散及び残留している状態の組織を有する焼結体を形成し、前記焼結体に熱処理が施されてなることを特徴とする、焼結体。
【請求項９】
鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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、この予備成形工程で得られた予備成形体を８００〜１０００℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を得る仮焼結工程と、この仮焼結工程で得られた金属質粉成形素材を再圧縮成形して再圧縮成形体を得る再圧縮工程と、この再圧縮工程で得られた再圧縮成形体を再焼結して、焼結体を得る再焼結工程と、この再焼結工程で得られた焼結体を熱処理する熱処理工程と、からなることを特徴とする、焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記予備成形工程は、成形ダイスの成形空間内に充填した金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧して形成されてなり、前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大径部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部と小径部とをつなぐテーパ部とを備え、前記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダイスの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容積を増大させる切欠きを備えていることを特徴とする、請求項９記載の焼結体の製造方法。
【請求項１１】
前記再焼結工程の再焼結温度は、７００〜１３００℃であることを特徴とする、請求項９又は１０記載の焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結金属による各種構造用機械部品を得るために好適な、金属質粉成形素材の再圧縮成形体及びその再圧縮成形体から得られる焼結体並びにそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼結金属を得る工程の基本は、原料粉末の混合−圧粉成形−焼結−後処理（熱処理等）である。前記工程のみで製品が得られる場合もあるが、多くの場合、各工程の間または後に、目的に応じて追加加工や各種処理が施される。
【０００３】
例えば、特開平１−１２３００５号公報には、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために、混合した粉末を圧粉成形して予備成形体を形成し、この予備成形体を仮焼結して成形素材を形成した後、この成形素材を再圧縮成形（冷間鍛造）し、焼結（本焼結）する製造方法が開示してある。
【０００４】
詳しくは、前記成形素材の再圧縮成形（冷間鍛造）工程を仮圧縮成形工程と本圧縮成形工程とから構成してなり、成形素材の表面には液状潤滑材を塗布して仮圧縮成形した後、成形素材に負圧を作用させて潤滑材を吸引除去し、その後成形素材を本圧縮成形するようにしてある。
【０００５】
これによって、前記予備成形体の内部に残留する潤滑材が予備成形体内部の微小空隙の圧潰消滅を妨げてポーラス状となることを防止することにより、製品の密度を７．４〜７．５ｇ／ｃｍ3に高め、従来に比較して機械的強度の高い製品が得られるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来例にあっては、成形素材の再圧縮成形工程に着目して、この再圧縮成形での密度を高めることによって、比較的に機械的強度の高い製品を得るようにしてあるのであるが、これによって得られる製品の機械的強度には限界がある。
【０００７】
そこで、更に製品の機械的強度を高めるためには、製品の炭素量、即ち金属粉に添加する黒鉛の量を増加させることが効果的であると考えられるけれども、一般には、黒鉛の量を増加させると成形素材の伸びが小さくなると共に、硬さが増すから、成形素材を再圧縮成形する場合の変形能が低下し、再圧縮成形が困難となる問題が招来することになる。
【０００８】
例えば、第２回粉末冶金開発事例発表会講演テキスト（昭和６０年１１月１５日、日本粉末冶金工業会発行）９０頁の記載によれば、炭素量が０．０５〜０．５％の成形素材において、伸びは最大でも１０％であり、この場合の硬さはＨＲＢ８３となることが示されている。しかしながら、前記成形素材の伸びが１０％以下で、硬さがＨＲＢ６０を超えると、成形素材の再圧縮成形が困難となることは経験が教えるところであり、このため、更に伸びが大きく、硬さが低い性質を有し、優れた変形能を有する成形素材を得ることが望まれていた。
【０００９】
発明者等は、焼結金属による機械的強度の高い構造用各種機械部品を得るための研究を重ねており、それによれば、予備成形体を仮焼結して成形素材を形成して、この成形素材を再圧縮成形し、本焼結することによって機械部品を得る場合に、成形素材は、再圧縮成形の容易さと、得られる機械部品の機械的性質を決定する重要な因子を担っており、このためには、所定量の黒鉛を含有し、伸びが大きく、硬さが低い性質を有し、優れた変形能を有する成形素材を得ることが必要であることを認め、研究を進めた。
【００１０】
研究の結果、前記所定量の黒鉛を含有した成形素材の性質、とりわけ成形素材の再圧縮成形の容易さのために重要な性質である伸び及び硬さは、この成形素材を形成する前の予備成形体の密度と、この予備成形体を仮焼結して得られる成形素材の組織、就中成形素材中に含まれる炭素の形態によって決定されることを知見した。
【００１１】
本発明は前記従来の実情に鑑みて案出されたもので、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材の再圧縮成形体及びその再圧縮成形体から得られる焼結体並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【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、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を形成し、前記金属質粉成形素材を再圧縮成形し、全体がフェライト組織或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有してなる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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、この予備成形工程で得られた予備成形体を８００〜１０００℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を得る仮焼結工程と、この仮焼結工程で得られた金属質粉成形素材を再圧縮成形する再圧縮工程と、から再圧縮成形体を得る構成にしてある。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の構成において、前記予備成形工程は、成形ダイスの成形空間内に充填した金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧して形成されてなり、前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大径部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部と小径部とをつなぐテーパ部とを備え、前記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダイスの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容積を増大させる切欠きを備えている構成にしてある。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を形成し、前記金属質粉成形素材を再圧縮成形して、全体がフェライト組織又はフェライト地に黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する再圧縮成形体を形成し、更に、前記再圧縮成形体を７００〜１３００℃の温度で再焼結してなり、金属粉の粒界に存在した黒鉛がフェライト地に拡散した状態の組織と、金属粉のフェライトまたはパーライト組織に黒鉛が拡散及び残留している状態の組織を有する焼結体としてある。
【００１６】
また、請求項５記載の発明は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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、この予備成形工程で得られた予備成形体を８００〜１０００℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を得る仮焼結工程と、この仮焼結工程で得られた金属質粉成形素材を再圧縮成形して再圧縮成形体を得る再圧縮工程と、この再圧縮工程で得られた再圧縮成形体を再焼結する再焼結工程と、から焼結体を得る構成にしてある。
【００１７】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明の構成において、前記予備成形工程は、成形ダイスの成形空間内に充填した金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧して形成されてなり、前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大径部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部と小径部とをつなぐテーパ部とを備え、前記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダイスの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容積を増大させる切欠きを備えている構成にしてある。
【００１８】
また、請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の発明の構成において、前記再焼結工程の再焼結温度は、７００〜１３００℃である構成にしてある。
【００１９】
また、請求項８記載の発明は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を形成し、前記金属質粉成形素材を再圧縮成形して、全体がフェライト組織またはフェライト地に黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する再圧縮成形体を形成し、更に、前記再圧縮成形体を７００〜１３００℃の温度で再焼結して、金属粉の粒界に存在した黒鉛がフェライト地に拡散した状態の組織と、金属粉のフェライトまたはパーライト組織に黒鉛が拡散及び残留している状態の組織を有する焼結体を形成し、前記焼結体に熱処理が施されてなる焼結体としてある。
【００２０】
また、請求項９記載の発明は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％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、この予備成形工程で得られた予備成形体を８００〜１０００℃の温度で仮焼結して、金属粉の粒界に黒鉛が残留し、全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を有する金属質粉成形素材を得る仮焼結工程と、この仮焼結工程で得られた金属質粉成形素材を再圧縮成形して再圧縮成形体を得る再圧縮工程と、この再圧縮工程で得られた再圧縮成形体を再焼結して、焼結体を得る再焼結工程と、この再焼結工程で得られた焼結体を熱処理する熱処理工程と、から焼結体を得るようにしてある。
【００２１】
また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明の構成において、前記予備成形工程は、成形ダイスの成形空間内に充填した金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧して形成されてなり、前記成形ダイスの成形空間が、上パンチが挿入される大径部と、下パンチが挿入される小径部と、これら大径部と小径部とをつなぐテーパ部とを備え、前記上パンチ及び下パンチの一方または両方が、成形ダイスの成形空間に臨む端面の外周端部に、成形空間の容積を増大させる切欠きを備えている構成にしてある。
【００２２】
また、請求項１１記載の発明は、請求項９又は１０記載の発明の構成において、前記再焼結工程の再焼結温度は、７００〜１３００℃である構成にしてある。
【００２３】
請求項１記載の発明において、本発明の再圧縮成形体は金属質粉成形素材（以下、単に成形素材と称す）を再圧縮成形して得られ、この成形素材は、金属質粉を圧粉成形して得られる予備成形体を、８００〜１０００℃の温度で仮焼結して得られる。
【００２４】
前記金属質粉は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％以上の黒鉛を混合して形成される。前記金属粉に添加する黒鉛の量を０．３重量％以上とすることによって、成形素材を再圧縮成形、再焼結して得られる焼結体の機械的強度を、鋳鍛造材と同程度に高めることができるのである。
【００２５】
前記予備成形体の密度は７．３ｇ／ｃｍ3以上とされる。前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結して得られる成形素材の伸びを大きく、かつ硬さを低くすることができる。
【００２６】
前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を仮焼結して得られる成形素材の組織は、金属粉の粒界に黒鉛が残留している組織とされる。これは、前記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておらず、少なくとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶されたり、炭化物を形成した状態にないことを示している。具体的には、前記金属粉の組織は全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を呈している。このため、前記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い性質を有し、優れた変形能を有することになる。
【００２７】
加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体では、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おり、これによって、仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得られる。即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続している場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発生するガスが周囲に拡散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から、これが有利に防止されることによって、大きな伸びが得られることになる。このことは、前記成形素材の伸びは、密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散が殆ど生じないことになるから、黒鉛の量の影響を殆ど受けないことを示していると共に、炭素の拡散が殆ど生じないのであるから、仮焼結して得られる成形素材の硬さも低く抑えられることを示している。
【００２８】
また、前記仮焼結によって、金属粉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により、大きな伸びが得られることになるのである。
【００２９】
前記予備成形体を仮焼結して得られる成形素材の再圧縮成形は、好ましくは常温状態において行われる。この場合に、前記成形素材は優れた変形能を有するから、容易に再圧縮成形される。
【００３０】
このため、前記再圧縮成形の成形荷重が小さく、寸法精度が高い再圧縮成形体が得られる。また、前記再圧縮成形体は、再圧縮成形によって成形素材の金属粒子が大きく変形して扁平化した形状の組織になっているが、この成形素材の組織は金属粉の粒界に黒鉛が残留した状態であるから、被切削性や潤滑性に優れたものとなる。
【００３１】
したがって、請求項１記載の発明によれば、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材の再圧縮成形体が得られる。
【００３２】
請求項２記載の発明において、前記予備成形体は予備成形工程によって得られ、成形素材は予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られ、再圧縮成形体は成形素材を再圧縮工程で再圧縮成形して得られる。
【００３３】
前記予備成形工程で圧粉成形する金属質粉は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％以上の黒鉛を混合して形成される。前記金属粉に添加する黒鉛の量を０．３重量％以上とすることによって、成形素材を再圧縮成形、再焼結して得られる焼結体の機械的強度を、鋳鍛造材と同程度に高めることができる。
【００３４】
前記予備成形工程で形成される予備成形体の密度は７．３ｇ／ｃｍ3以上とされる。前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形素材の伸びを大きく、かつ硬さを低くすることができる。
【００３５】
前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形素材の組織は、金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組織とされる。これは、前記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておらず、少なくとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶されたり、炭化物を形成した状態にないことを示している。具体的には、前記金属粉の組織は全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を呈している。このため、前記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い性質を有し、優れた変形能を有することになる。
【００３６】
加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体では、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おり、これによって、仮焼結工程での仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得られる。即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続している場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発生するガスが周囲に拡散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から、これが有利に防止されることによって、大きな伸びが得られることになる。このことは、前記成形素材の伸びは、密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散が殆ど生じないことになるから、黒鉛の量の影響を殆ど受けないことを示していると共に、炭素の拡散が殆ど生じないのであるから、仮焼結して得られる成形素材の硬さも低く抑えられることを示している。
【００３７】
また、前記仮焼結工程の仮焼結によって、金属粉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により、大きな伸びが得られることになるのである。
【００３８】
前記予備成形体の予備成形工程は、請求項３記載の発明にあっては、成形ダイスの成形空間内に充填した金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧して行われる。この場合に、前記予備成形体は全体として７．３ｇ／ｃｍ3以上の高密度となり、予備成形体と成形ダイスとの摩擦が大きくなるけれども、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、予備成形体の密度が局部的に低密度となって摩擦が低下することになる。このため、前記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、密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体が得られる。
【００３９】
前記仮焼結工程の仮焼結温度は、８００〜１０００℃が選択される。これによって、前記金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組織を有し、伸びが１０％以上で、硬さがＨＲＢ６０以下の、優れた変形能を有する成形素材が得られる。
【００４０】
前記再圧縮工程は、好ましくは常温状態において行われる。この場合に、前記成形素材は優れた変形能を有するから、容易に再圧縮成形される。
【００４１】
このため、前記再圧縮成形の成形荷重が小さく、寸法精度が高い再圧縮成形体が得られる。また、前記再圧縮成形体は、再圧縮成形によって成形素材の金属粒子が大きく変形して扁平化した形状の組織になっているが、この成形素材の組織は金属粉の粒界に黒鉛が残留した状態であるから、被切削性や潤滑性に優れたものとなる。
【００４２】
したがって、請求項２記載の発明によれば、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材の再圧縮成形体の製造方法が得られる。
【００４３】
また、請求項３記載の発明によれば、密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体が容易に得られる。
【００４４】
請求項４記載の発明において、本発明の焼結体は、再圧縮成形体を７００〜１３００℃の温度で再焼結して得られる。前記再圧縮成形体は金属質粉成形素材を再圧縮成形して得られ、金属質粉成形素材は、金属質粉を圧粉成形して得られる予備成形体を、８００〜１０００℃の温度で仮焼結して得られる。
【００４５】
前記金属質粉は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％以上の黒鉛を混合して形成される。前記金属粉に添加する黒鉛の量を０．３重量％以上とすることによって、成形素材を再圧縮成形、再焼結して得られる焼結体の機械的強度を、鋳鍛造材と同程度に高めることができるのである。
【００４６】
前記予備成形体の密度は７．３ｇ／ｃｍ3以上とされる。前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結して得られる成形素材の伸びを大きく、かつ硬さを低くすることができる。
【００４７】
前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を仮焼結して得られる成形素材の組織は、金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組織とされる。これは、前記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておらず、少なくとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶されたり、炭化物を形成した状態にないことを示している。具体的には、前記金属粉の組織は全体がフェライト組織か或いは黒鉛に近傍にパーライトが析出した組織を呈している。このため、前記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い性質を有し、優れた変形能を有することになる。
【００４８】
加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体では、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おり、これによって、仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得られる。即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続している場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発生するガスが周囲に拡散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から、これが有利に防止されることによって、大きな伸びが得られることになる。このことは、前記成形素材の伸びは、密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散が殆ど生じないことになるから、黒鉛の量の影響を殆ど受けないことを示していると共に、炭素の拡散が殆ど生じないのであるから、仮焼結して得られる成形素材の硬さも低く抑えられることを示している。
【００４９】
また、前記仮焼結によって、金属粉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により、大きな伸びが得られることになるのである。
【００５０】
前記予備成形体を仮焼結して得られる成形素材の再圧縮成形は、好ましくは常温状態において行われる。この場合に、前記成形素材は優れた変形能を有するから、容易に再圧縮成形され、再圧縮成形の成形荷重が小さく、寸法精度が高い再圧縮成形体が得られることになる。
【００５１】
前記再圧縮成形体を再焼結することによって焼結体が得られ、この焼結体は、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成形）した状態の組織と、金属粉のフェライトまたはパーライト組織に所定の割合で黒鉛が拡散及び残留している状態の組織とされる。この場合に、所定の割合とは、黒鉛の残留量が零の場合も含まれる。
【００５２】
前記黒鉛の残留率は再焼結温度によって変化し、再焼結温度が高いほど黒鉛の残留率が少なくなる。これによって、前記焼結体は所定の強度等の機械的性質が選択され得る。
【００５３】
したがって、請求項４記載の発明によれば、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材の再圧縮成形体を再焼結してなる焼結体が得られる。
【００５４】
請求項５記載の発明において、前記予備成形体は予備成形工程によって得られ、成形素材は予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られ、再圧縮成形体は成形素材を再圧縮工程で再圧縮成形して得られ、焼結体は再圧縮成形体を再焼結して得られる。
【００５５】
前記予備成形工程で圧粉成形する金属質粉は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％以上の黒鉛を混合して形成される。前記金属粉に添加する黒鉛の量を０．３重量％以上とすることによって、成形素材を再圧縮成形、再焼結して得られる焼結体の機械的強度を、鋳鍛造材と同程度に高めることができる。
【００５６】
前記予備成形工程で形成される予備成形体の密度は７．３ｇ／ｃｍ3以上とされる。前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形素材の伸びを大きく、かつ硬さを低くすることができる。
【００５７】
前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形素材の組織は、金属粉の粒界に黒鉛が残留している組織とされる。これは、前記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておらず、少なくとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶されたり、炭化物を形成した状態にないことを示している。具体的には、前記金属粉の組織は全体がフェライト組織か或いは黒鉛の近傍にパーライトが析出した組織を呈している。このため、前記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い性質を有し、優れた変形能を有することになる。
【００５８】
加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体では、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おり、これによって、仮焼結工程での仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得られる。即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続している場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発生するガスが周囲に拡散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から、これが有利に防止されることによって、大きな伸びが得られることになる。このことは、前記成形素材の伸びは、密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散が殆ど生じないことになるから、黒鉛の量の影響を殆ど受けないことを示していると共に、炭素の拡散が殆ど生じないのであるから、仮焼結して得られる成形素材の硬さも低く抑えられることを示している。
【００５９】
また、前記仮焼結工程の仮焼結によって、金属粉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により、大きな伸びが得られることになるのである。
【００６０】
前記予備成形体の予備成形工程は、請求項６記載の発明にあっては、成形ダイスの成形空間内に充填した金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧して行われる。この場合に、前記予備成形体は全体として７．３ｇ／ｃｍ3以上の高密度となり、予備成形体と成形ダイスとの摩擦が大きくなるけれども、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、予備成形体の密度が局部的に低密度となって摩擦が低下することになる。このため、前記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、密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体が得られる。
【００６１】
前記再焼結工程で再圧縮成形体を再焼結することによって焼結体が得られ、この焼結体は、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成形）した状態の組織と、金属粉のフェライトまたはパーライト組織に所定の割合で黒鉛が拡散及び残留している状態の組織とされる。この場合に、所定の割合とは、黒鉛の残留量が零の場合も含まれる。
【００６２】
前記焼結体における黒鉛の残留率は再焼結温度によって変化し、再焼結温度が高いほど黒鉛の残留率が少なくなる。これによって、前記焼結体は所定の強度等の機械的性質が選択され得る。
【００６３】
前記再焼結工程の再焼結温度は、請求項７記載の発明によれば７００〜１３００℃が選択される。これによって、前記再焼結温度の低温域では黒鉛の拡散が少なく黒鉛の残存率が多い状態の焼結体が得られ、再焼結温度の高温域では多くの黒鉛が拡散して残存率が少なく、かつ結晶の再成長が小さく最も強度の大きい状態の焼結体が得られる。
【００６４】
したがって、請求項７記載の発明によれば、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材の再圧縮成形体を再焼結してなる焼結体の製造方法が得られる。
【００６５】
また、請求項８記載の発明によれば、密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体が容易に得られる。
【００６６】
また、請求項８記載の発明によれば、前記再焼結温度に応じて、黒鉛の拡散が少なく黒鉛の残存率が多い状態の焼結体及び、多くの黒鉛が拡散して残存率が少なく、かつ結晶の再成長が小さく最も強度の大きい状態の焼結体が得られる。
【００６７】
請求項８記載の発明において、本発明の焼結体は、再圧縮成形体を７００〜１３００℃の温度で再焼結してなる焼結体に熱処理を施して得られる。前記再圧縮成形体は金属質粉成形素材を再圧縮成形して得られ、金属質粉成形素材は、金属質粉を圧粉成形して得られる予備成形体を、８００〜１０００℃の温度で仮焼結して得られる。
【００６８】
前記金属質粉は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％以上の黒鉛を混合して形成される。前記金属粉に添加する黒鉛の量を０．３重量％以上とすることによって、成形素材を再圧縮成形、再焼結して得られる焼結体の機械的強度を、鋳鍛造材と同程度に高めることができるのである。
【００６９】
前記予備成形体の密度は７．３ｇ／ｃｍ3以上とされる。前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結して得られる成形素材の伸びを大きく、かつ硬さを低くすることができる。
【００７０】
前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を仮焼結して得られる成形素材の組織は、金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組織とされる。これは、前記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておらず、少なくとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶されたり、炭化物を形成した状態にないことを示している。具体的には、前記金属粉の組織は全体がフェライト組織か或いは黒鉛に近傍にパーライトが析出した組織を呈している。このため、前記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い性質を有し、優れた変形能を有することになる。
【００７１】
加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体では、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おり、これによって、仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得られる。即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続している場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発生するガスが周囲に拡散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から、これが有利に防止されることによって、大きな伸びが得られることになる。このことは、前記成形素材の伸びは、密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散が殆ど生じないことになるから、黒鉛の量の影響を殆ど受けないことを示していると共に、炭素の拡散が殆ど生じないのであるから、仮焼結して得られる成形素材の硬さも低く抑えられることを示している。
【００７２】
また、前記仮焼結によって、金属粉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により、大きな伸びが得られることになるのである。
【００７３】
前記予備成形体を仮焼結して得られる成形素材の再圧縮成形は、好ましくは常温状態において行われる。この場合に、前記成形素材は優れた変形能を有するから、容易に再圧縮成形される。
【００７４】
前記再圧縮成形体を再焼結することによって焼結体が得られ、この焼結体は、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成形）した状態の組織と、金属粉はフェライトまたはパーライト組織に所定の割合で黒鉛が拡散及び残留している状態の組織とされる。この場合に、所定の割合とは、黒鉛の残留量が零の場合も含まれる。
【００７５】
前記焼結体における黒鉛の残留率は再焼結温度によって変化し、再焼結温度が高いほど黒鉛の残留率が少なくなる。これによって、前記焼結体は所定の強度等の機械的性質が選択され得る。
【００７６】
前記再圧縮成形体を７００〜１３００℃の温度で再焼結してなる焼結体に熱処理が施される。前記熱処理は、高周波焼き入れ、浸炭焼入れ、窒化等の各種処理、及びそれらを組合せて実施される。前記再圧縮成形体を７００〜１３００℃の温度で再焼結してなる焼結体は、再圧縮成形によって空隙が無く高密度となっているから、熱処理による炭素の拡散は表面から内部に行くにしたがって少なくなる。このため、前記熱処理を施した焼結体は、表面近傍では硬さが増し、内部は靭性を有することになり、全体として優れた機械的性質を有することになる。
【００７７】
したがって、請求項８記載の発明によれば、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材の再圧縮成形体を再焼結してなる焼結体に、熱処理を施した焼結体が得られる。
【００７８】
請求項９記載の発明において、前記予備成形体は予備成形工程によって得られ、成形素材は予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られ、再圧縮成形体は成形素材を再圧縮工程で再圧縮成形して得られ、焼結体は再圧縮成形体を再焼結して得られ、この焼結体に熱処理が施される。
【００７９】
前記予備成形工程で圧粉成形する金属質粉は、鉄を主成分とする金属粉に０．３重量％以上の黒鉛を混合して形成される。前記金属粉に添加する黒鉛の量を０．３重量％以上とすることによって、成形素材を再圧縮成形、再焼結して得られる焼結体の機械的強度を、鋳鍛造材と同程度に高めることができる。
【００８０】
前記成形工程で形成される予備成形体の密度は７．３ｇ／ｃｍ3以上とされる。前記予備成形体の密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることによって、この予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形素材の伸びを大きく、かつ硬さを低くすることができる。
【００８１】
前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体を仮焼結工程で仮焼結して得られる成形素材の組織は、金属粉の粒界に黒鉛が残留している組織とされる。これは、前記金属粉の結晶内部に炭素が殆ど拡散しておらず、少なくとも黒鉛が結晶粒内にすべて拡散して固溶されたり、炭化物を形成した状態にないことを示している。具体的には、前記金属粉の組織は全体がフェライト組織か或いは黒鉛に近傍にパーライトが析出した組織を呈している。このため、前記成形素材は伸びが大きく、かつ硬さが低い性質を有し、優れた変形能を有することになる。
【００８２】
加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体では、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おり、これによって、仮焼結工程での仮焼結後の伸びが大きい成形素材が得られる。即ち、前記金属粉の粒子間の空隙が連続している場合には、仮焼結時に炉内の雰囲気ガスが予備成形体の内部に侵入することに加えて、内部の黒鉛から発生するガスが周囲に拡散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から、これが有利に防止されることによって、大きな伸びが得られることになる。このことは、前記成形素材の伸びは、密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることにより、予備成形体を仮焼結するときに炭素の拡散が殆ど生じないことになるから、黒鉛の量の影響を殆ど受けないことを示していると共に、炭素の拡散が殆ど生じないのであるから、仮焼結して得られる成形素材の硬さも低く抑えられることを示している。
【００８３】
また、前記仮焼結工程の仮焼結によって、金属粉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により、大きな伸びが得られることになるのである。
【００８４】
前記予備成形体の予備成形工程は、請求項９記載の発明にあっては、成形ダイスの成形空間内に充填した金属質粉を上パンチ及び下パンチで加圧して行われる。この場合に、前記予備成形体は全体として７．３ｇ／ｃｍ3以上の高密度となり、予備成形体と成形ダイスとの摩擦が大きくなるけれども、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、予備成形体の密度が局部的に低密度となって摩擦が低下することになる。このため、前記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、密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体が得られる。
【００８５】
前記仮焼結工程の仮焼結温度は、請求項９記載の発明にあっては８００〜１０００℃が選択される。これによって、前記金属粉の粒界に黒鉛が残留している状態の組織を有し、伸びが１０％以上で、硬さがＨＲＢ６０以下の、優れた変形能を有する成形素材が得られる。
【００８６】
前記再圧縮工程は、好ましくは常温状態において行われる。この場合に、前記成形素材は優れた変形能を有するから、容易に再圧縮成形される。
【００８７】
このため、前記再圧縮成形の成形荷重が小さく、寸法精度が高い再圧縮成形体が得られる。
【００８８】
前記再焼結工程で再圧縮成形体を再焼結することによって焼結体が得られ、この焼結体は、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成形）し、金属粉はフェライトまたはパーライト組織に所定の割合で黒鉛が拡散及び残留している状態の組織とされる。この場合に、所定の割合とは、黒鉛の残留量が零の場合も含まれる。
【００８９】
前記焼結体における黒鉛の残留率は再焼結温度によって変化し、再焼結温度が高いほど黒鉛の残留率が少なくなる。これによって、前記焼結体は所定の強度等の機械的性質が選択され得る。
【００９０】
前記再焼結工程の再焼結温度は、請求項１１記載の発明によれば７００〜１３００℃が選択される。これによって、前記再焼結温度の低温域では黒鉛の拡散が少なく黒鉛の残存率が多い状態の焼結体が得られ、再焼結温度の高温域では多くの黒鉛が拡散して残存率が少なく、かつ結晶の再成長が小さく最も強度の大きい状態の焼結体が得られる。
【００９１】
前記再圧縮成形体を７００〜１３００℃の温度で再焼結してなる焼結体に熱処理が施される。前記熱処理は、高周波焼き入れ、浸炭焼入れ、窒化等の各種処理、及びそれらを組合せて実施される。前記再圧縮成形体を７００〜１３００℃の温度で再焼結してなる焼結体は、再圧縮成形によって空隙が無く高密度の組織となっているから、熱処理による炭素の拡散は表面から内部に行くにしたがって少なくなる。このため、前記熱処理を施した焼結体は、表面近傍では硬さが増し、内部は靭性を有することになり、全体として優れた機械的性質を有することになる。
【００９２】
したがって、請求項１１記載の発明によれば、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材の再圧縮成形体を再焼結してなる焼結体に、熱処理を施した焼結体の製造方法が得られる。
【００９３】
また、請求項１１記載の発明によれば、密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体が容易に得られる。
【００９４】
また、請求項１１記載の発明によれば、前記再焼結温度に応じて、黒鉛の拡散が少なく黒鉛の残存率が多い状態の焼結体及び、多くの黒鉛が拡散して残存率が少なく、かつ結晶の再成長が小さく最も強度の大きい状態の焼結体が得られる。
【００９５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳述する。
【００９６】
図１は本発明の実施の形態を示す、金属質粉成形素材の再圧縮成形体及びその再圧縮成形体から得られる焼結体の製造工程説明図、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）で示す説明図、図３は黒鉛を０．５重量％混合した金属質粉から形成した予備成形体を８００℃で仮焼結して得られた成形素材の密度と伸びとの関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図４は成形素材の組織を示す図面、図５は密度が７．３ｇ／ｃｍ3の成形素材について、黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の伸びの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図６は密度が７．５ｇ／ｃｍ3の成形素材について、黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の伸びの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図７は密度が７．３ｇ／ｃｍ3の成形素材について、黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の硬さの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図８は密度が７．５ｇ／ｃｍ3の成形素材について、黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の硬さの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図９は粒径が２０μｍの黒鉛を０．５重量％混合した金属質粉から形成した、密度が７．３ｇ／ｃｍ3及び７．５ｇ／ｃｍ3の成形素材について、仮焼結温度と降伏応力との関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図１０は粒径が５μｍの黒鉛を０．５重量％混合した金属質粉から形成した、密度が７．３ｇ／ｃｍ3及び７．５ｇ／ｃｍ3の成形素材について、仮焼結温度と降伏応力との関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図１１は再圧縮成形体の組織を、再圧縮成形が軽度の場合（ａ）、更に再圧縮成形した場合（ｂ）で示す図面、図１２は焼結体の組織を示す図面、図１３は再焼結温度を変化させた場合の黒鉛残留率の変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図１４は再焼結温度を変化させた場合の引張強度の変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図１５は再焼結温度を変化させた場合の硬さの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図１６は再焼結温度を変化して得られた焼結体を所定条件で熱処理した場合の再焼結温度と引張強度との関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面、図１７は所定の条件で熱処理した熱処理体の表面からの距離と硬さとの関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【００９７】
図において１は予備成形工程、２は仮焼結工程、３は再圧縮工程、４は再焼結工程、５は熱処理工程である。
【００９８】
前記予備成形工程１では金属質粉７を圧粉成形して予備成形体８が得られ、仮焼結工程２では予備成形体８を仮焼結して金属質粉成形素材９が得られ、再圧縮工程３では金属質粉成形素材９を再圧縮成形して再圧縮成形体１０が得られる。また、前記再焼結工程４では再圧縮成形体１０を再焼結して焼結体１１が得られ、熱処理工程５では焼結体１１に熱処理が施される。
【００９９】
先ず、前記予備成形工程１は金属質粉７を圧粉成形して予備成形体８を得る工程で、この実施の形態においては、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、金属質粉７を成形ダイス１４の成形空間１５内に充填し、上パンチ１６及び下パンチ１７で加圧され、これによって予備成形体８が得られる。この場合に、前記金属質粉７及び成形ダイス１４は常温状態にある。
【０１００】
詳しくは、前記金属質粉７は鉄を主成分とする金属粉７ａに０．３重量％以上の黒鉛７ｂを混合して形成される。前記金属質粉７に添加する黒鉛７ｂの量を０．３重量％以上とすることによって、金属質粉成形素材９を再圧縮成形して得られる再圧縮成形体１０や、この再圧縮成形体１０を再焼結して得られる焼結体１１の機械的強度を、鋳鍛造材と同程度に高めることができるのである。
前記金属質粉７が充填される成形ダイス１４の成形空間１５は、上パンチ１６が挿入される大径部１９と、下パンチ１７が挿入される小径部２０と、これら大径部１９と小径部２０とを繋ぐテーパ部２１とを備えている。
【０１０１】
前記成形ダイス１４の成形空間１５内に挿入される上パンチ１６及び下パンチ１７の一方または両方、この実施の形態においては上パンチ１６には、成形ダイス１４の成形空間１５に臨む端面２２の外周端部に、成形空間１５の容積を増大させる切欠き２３が形成してある。前記切欠き２３は、この実施の形態において断面が鉤形で環状に形成してある。
【０１０２】
２４は前記成形ダイス１４の成形空間１５内に挿入されるコアで、このコア２４によって、成形空間１５内で形成される予備成形体８は略円筒状に形成されることになる。
【０１０３】
前記予備成形工程１は、先ず、成形ダイス１４の成形空間１５内に鉄を主成分とする金属粉７ａに０．３重量％以上の黒鉛７ｂを混合してなる金属質粉７を充填する（図２（ａ）参照）。
【０１０４】
次に、前記成形ダイス１４の成形空間１５内に上パンチ１６及び下パンチ１７を挿入して金属質粉７を加圧する。詳しくは、前記上パンチ１６が成形空間１５の大径部１９内に挿入され、下パンチ１７が成形空間１５の小径部２０内に挿入されて加圧される。このとき、前記切欠き２３が形成された上パンチ１６は大径部１９内で停止するようになっている（図２（ｂ）参照）。
【０１０５】
前記金属質粉７が加圧され、圧粉成形された後、上パンチ１６を後退（上昇）させると共に、成形ダイス１４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１５内から取出す（図２（ｄ）参照）。
【０１０６】
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連れて、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、前記予備成形工程１においてはこれが有利に解決される。
【０１０７】
即ち、前記成形ダイス１４の成形空間１５はテーパ部２１を備えているから、このテーパ部２１が所謂抜き勾配となって、圧粉成形された予備成形体８の取出しが容易に行える。また、前記上パンチ１６には、成形ダイス１４の成形空間１５に望む端面２２の外周端部に、成形空間１５の容積を拡大させる切欠き２３が形成してあるから、この切欠き２３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１４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の取出しが容易になる。
【０１０８】
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。
【０１０９】
前記予備成形体８の密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることによって、この予備成形体８を仮焼結工程２で仮焼結して得られるところの金属質粉成形素材９（後に詳述する）の伸びを大きくすることができる。即ち、図３に示すように、前記予備成形体８の密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることによって、金属質粉成形素材９の伸びを１０％以上とすることができるのである。
【０１１０】
次に、前記予備成形工程１で得られた予備成形体８を仮焼結工程２で仮焼結する。これによって、図４に示すように、金属粉７ａの粒界に黒鉛７ｂが残留している状態の組織を持った金属質粉成形素材９が得られる。前記金属粉７ａの粒界に黒鉛７ｂの全部が残留している場合には、金属粉７ａの組織は全体がフェライト（Ｆ）組織であり、黒鉛７ｂの一部が残留している場合には、金属粉７ａの組織は、フェライト地に、黒鉛７ｂの近傍にパーライト（Ｐ）が析出した組織を呈する。少なくとも、前記黒鉛７ｂが結晶粒内にすべて拡散して固溶されたり、炭化物を形成した状態の組織とはなっていない。このため、前記金属質粉成形素材９は伸びが大きく、かつ硬さが低い性質を有し、優れた変形能を有することになる。
【０１１１】
加えて、前記密度が７．３ｇ／ｃｍ3以上の予備成形体８では金属粉７ａの粒子間の空隙が連続せず、孤立した状態となっており、これによって、仮焼結後に伸びが大きな金属質粉成形素材９が得られる。即ち、前記金属粉７ａの粒子間の空隙が連続している場合には、仮焼結に炉内の雰囲気ガスが空隙を介して予備成形体８の内部に深く侵入することに加えて、内部の黒鉛から発生するガスが周囲に拡散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から、これが有利に防止されることによって大きな伸びが得られる。このことは、前記金属質粉成形素材９の伸びは、密度を７．３ｇ／ｃｍ3以上とすることにより、黒鉛７ｂの量の影響を殆ど受けないことを示している。これは、前記予備成形体８を仮焼結するときに、炭素の拡散が殆ど生じないからである。また、前記予備成形体８を仮焼結するときに炭素の拡散が殆ど生じないのであるから、仮焼結して得られる金属質粉成形素材９の硬さも低く抑えられることになる。
【０１１２】
また、前記仮焼結工程２によって、金属粉７ａ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により、大きな伸び、好ましくは１０％以上の伸びが得られることになるのである。
【０１１３】
前記仮焼結工程２の仮焼結温度は、好ましくは８００〜１０００℃の温度が選択される。前記仮焼結工程２の仮焼結温度を８００〜１０００℃とすることにより、この仮焼結工程２を経て得られる金属質粉成形素材９を再圧縮成形して再圧縮成形体１０を得る場合に、この再圧縮成形での変形抵抗を小さくして成形加工を容易にするために、金属質粉成形素材９に優れた変形能が付与される。
【０１１４】
即ち、図５及び図６に示すように、前記予備成形体８を８００〜１０００℃の温度で仮焼結することによって、伸びが１０％以上の金属質粉成形素材９が得られる。また、図７及び図８に示すように、８００〜１０００℃で仮焼結することによって、硬さがＨＲＢ６０以下の金属質粉成形素材９が得られる。前記金属質粉成形素材９のＨＲＢ６０以下の硬さは、炭素量が０．２％程度の低炭素鋼を焼鈍して得られる硬さよりも軟らかいものである。
【０１１５】
また、前記金属質粉成形素材９の降伏応力は、図９及び図１０に示すように、仮焼結温度が８００〜１０００℃の範囲において２０２〜２７２ＭＰａとなり、この値は、炭素量が０．２％程度の低炭素鋼の降伏応力よりも小さな値となる。
【０１１６】
次に、前記仮焼結工程２で得られた金属質粉成形素材９を再圧縮工程３で再圧縮成形して、再圧縮成形体１０を得る。前記金属質粉成形素材９の再圧縮成形は、好ましくは常温状態において行われる。この場合に、前記金属質粉成形素材９は優れた変形能を有するから容易に再圧縮成形され、また、スケールの発生もない。
【０１１７】
これによって、前記再圧縮成形の成形荷重が小さく、寸法精度が高い再圧縮成形体１０が得られる。
【０１１８】
前記再圧縮成形体１０は金属粉７ａの粒界に黒鉛７ｂが残留している組織を持っており、図１１に示すように、再圧縮成形の程度に応じて、金属粉７ａの粒子が扁平化した形状になっている。即ち、軽度の再圧縮成形では金属粉７ａの粒子がやや扁平化して粒子間の空隙の多くが無くなった組織となっており（図１１（ａ）参照）、更に再圧縮成形されることによって、金属粉７ａの粒子は大きく扁平化し、粒子間の空隙が略無くなった組織となっている（図１１（ｂ）参照）。
【０１１９】
前記再圧縮成形体１０は、金属質粉成形素材９の金属粉７ａの粒子が大きく変形して扁平化した形状の組織になっているが、この金属質粉成形素材９の組織は金属粉７ａの粒界に黒鉛７ｂが残留した状態であるから、被切削性や潤滑性に優れたものとなっている。
【０１２０】
したがって、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材９の再圧縮成形体１０及びその製造方法が得られる。
【０１２１】
また、前記予備成形工程１の成形ダイス１４にテーパ部２１を形成すると共に、上パンチ１６に切欠き２３を形成したことにより、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。
【０１２２】
また、前記仮焼結工程２の仮焼結温度を８００〜１０００℃とすることにより、金属粉７ａの粒界に黒鉛７ｂが残留している状態の組織を有し、伸びが１０％以上で、硬さがＨＲＢ６０以下となり、より優れた変形能を有する金属質粉成形素材９が得られる。
【０１２３】
次に、前記再圧縮工程３で得られた再圧縮成形体１０を、再焼結工程４で再焼結して焼結体１１を得る。前記焼結体１１は、図１２に示すように、金属粉７ａの粒界に存在した黒鉛７ｂがフェライト地に拡散（固溶または炭化物を形成）し他状態の組織と、金属粉７ａのフェライトまたはパーライト組織に所定の割合で黒鉛７ｂが拡散及び残留している状態の組織とされる。なお、この場合に、前記黒鉛７ｂの残留量が零の場合もあり得る。
【０１２４】
前記焼結体１１における黒鉛７ｂの残留率は再焼結温度によって変化し、再焼結温度が高いほど黒鉛７ｂの残留率が少なくなる（図１３参照）。これによって、前記焼結体１１は所定の強度等の機械的性質が選択され得る。
【０１２５】
前記再焼結工程４の再焼結温度は、好ましくは７００〜１３００℃が選択される。これによって、前記再焼結温度の低温領域では黒鉛７ｂの拡散が少なく、黒鉛７ｂの残存率が多い状態の焼結体１１が得られ、再焼結温度の高温域では多くの黒鉛７ｂが拡散して残存率が少なく、かつ結晶の再成長が小さく、最も強度の大きい状態の焼結体１１が得られる。
【０１２６】
詳しくは、図１４及び図１５に示すように、再焼結温度が７００〜１０００℃の比較的低温である場合には、再圧縮工程３で生じた加工硬化の回復が生じるが、黒鉛７ｂの拡散が進行し始めると共に、軽度の再焼結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、硬さが増す。なお、前記再圧縮工程３での再圧縮成形の形状によっては、加工硬化の回復の程度が大きく、緩やかに軟化した後、１０００℃近くで再び硬化する場合もある。
【０１２７】
また、前記再焼結温度が１０００〜１３００℃の比較的高温である場合には、黒鉛７ｂの残留率が少なくなり、黒鉛７ｂがフェライト地に拡散（固溶または炭化物を形成）するので、更に強度が増し、硬さも増す。しかし、前記再焼結温度が１１００℃を超えると、脱炭量の増加に伴う総炭素量の減少や、結晶粒の再成長による強度及び硬さの低下する傾向が現れ始め、１３００℃を超えると、結晶粒の過剰成長による粗大な組織が発生するので、強度、硬さ共に大きく低下してくる。このため、前記再焼結温度は、７００〜１３００℃の範囲とするのが望ましく、安定した組織を得るには９００〜１２００℃の範囲とするのが最も好ましいものである。
【０１２８】
したがって、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材９の再圧縮成形体１０を再焼結してなる焼結体１１及びその製造方法が得られる。
【０１２９】
また、前記再焼結工程の再焼結温度を７００〜１３００℃としたことにより、この再焼結温度を選択することによって、黒鉛７ｂの拡散が少なく黒鉛７ｂの残存率が多い状態の焼結体１１及び、多くの黒鉛７ｂが拡散して残存率が少なく、かつ結晶の再成長が小さく最も強度の大きい状態の焼結体１１が得られる。
【０１３０】
次に、前記熱処理工程５で、焼結体１１に熱処理が施される。前記熱処理工程５による熱処理は、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、窒化等の各種処理、及びそれらを組合せて実施される。これによって、前記熱処理した焼結体１１は、過飽和に黒鉛７ｂを固溶し、または微細な炭化物や窒化物が析出して硬化層が形成され、優れた機械的性質が付与される。
【０１３１】
詳しくは、図１６に示すように、熱処理した焼結体１１は硬化層の形成により、再焼結した状態の焼結体１１よりも大きな引張強度が得られる。また、前記再圧縮成形体１０を所定温度で再焼結してなる焼結体１１は、再圧縮工程３の再圧縮成形によって空隙が無く高密度の組織となっているから、炭素の拡散は表面から内部に行くにしたがって少なくなる。このため、前記熱処理を施した焼結体１１は、図１７に示すように、表面近傍では硬さが増し、内部は靭性を有することになり、全体として優れた機械的性質を有することになる。
【０１３２】
したがって、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材の再圧縮成形体を再焼結してなる焼結体に、熱処理を施してなる焼結体及びその製造方法が得られる。
【０１３３】
以上、実施の形態を図面に基づいて説明したが、具体的構成はこの実施の形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、前記予備成形体８は、金属質粉７及び成形型を所定温度に加熱して、金属質粉７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よい。
【０１３４】
また、前記予備成形工程１において、上パンチ１６に、成形空間１５の容積を拡大させる切欠き２３を形成した実施の形態について述べたが、この切欠き２３は下パンチ１７に設けてもよく、また、上パンチ１６及び下パンチ１７の両方に設けてもよい。
【０１３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、焼結金属による機械的強度の高い機械部品を得るために好適な、優れた変形能を有する金属質粉成形素材の再圧縮成形体及びその再圧縮成形体から得られる焼結体並びにそれらの製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態を示す、金属質粉成形素材の再圧縮成形体及びその再圧縮成形体から得られる焼結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）で示す説明図である。
【図３】  黒鉛を０．５重量％混合した金属質粉から形成した予備成形体を８００℃で仮焼結して得られた成形素材の密度と伸びとの関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図４】  成形素材の組織を示す図面である。
【図５】  密度が７．３ｇ／ｃｍ3の成形素材について、黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の伸びの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図６】  密度が７．５ｇ／ｃｍ3の成形素材について、黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の伸びの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図７】  密度が７．３ｇ／ｃｍ3の成形素材について、黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の硬さの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図８】  密度が７．５ｇ／ｃｍ3の成形素材について、黒鉛量と仮焼結温度とを変化させた場合の硬さの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図９】  粒径が２０μｍの黒鉛を０．５重量％混合した金属質粉から形成した、密度が７．３ｇ／ｃｍ3及び７．５ｇ／ｃｍ3の成形素材について、仮焼結温度と降伏応力との関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図１０】  粒径が５μｍの黒鉛を０．５重量％混合した金属質粉から形成した、密度が７．３ｇ／ｃｍ3及び７．５ｇ／ｃｍ3の成形素材について、仮焼結温度と降伏応力との関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図１１】  再圧縮成形体の組織を、再圧縮成形が軽度の場合（ａ）、更に再圧縮成形した場合（ｂ）で示す図面である。
【図１２】  焼結体の組織を示す図面である。
【図１３】  再焼結温度を変化させた場合の黒鉛残留率の変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図１４】  再焼結温度を変化させた場合の引張強度の変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図１５】  再焼結温度を変化させた場合の硬さの変化を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図１６】  再焼結温度を変化して得られた焼結体を所定条件で熱処理した場合の再焼結温度と引張強度との関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【図１７】  所定の条件で熱処理した熱処理体の表面からの距離と硬さとの関係を、データ（ａ）、及びグラフ（ｂ）で示す図面である。
【符号の説明】
１      予備成形工程
２      仮焼結工程
３      再圧縮工程
４      再焼結工程
５      熱処理工程
７      金属質粉
８      予備成形体
９      金属質粉成形素材
１０    再圧縮成形体
１１    焼結体
【図１】
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【図２】
0003871825.tif 000003
【図３】
0003871825.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003871825.tif 000007
【図７】
0003871825.tif 000008
【図８】
0003871825.tif 000009
【図９】
0003871825.tif 000010
【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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