JFE 技報 No. 7（2005 年 2 月）p. 34–35

製品・技術紹介

高充填性および低抜出力成形用クリーンミックス
Segregation-free Iron Powders Providing
High Filling Property into a Die or Low Ejection Force During Compaction

2.2

1. はじめに粉体特性および圧粉特性

供試粉の見掛密度および流動度は，それぞれ JIS Z 2504，鉄粉を主原料とする粉末冶金において，鉄粉は副原料でJIS Z 2502 に準拠して測定した。

ある黒鉛や銅粉とともに混合され，成形，焼結を経て製品今回，金型キャビティーへの充填性を評価する目的で，となる。これら副原料は，一般にその大きさや比重が鉄粉Fig. 1 に示す充填性評価装置を用い，長さ 20 mm，深さと異なり，偏析を起こしたり，粉塵による作業環境の悪化

40 mm，幅 0.5 〜 5.0 mm の透明アクリル製のキャビティーを引き起こす。これらの問題を解決するために，偏析防止内へ供試粉を充填した。粉箱は，図中の矢印方向に移動し，処理を施した鉄粉が開発され，JFE スチールでは「JIP ク

その移動速度は 200 mm/s とした。また，キャビティー上

1）

リーンミックス」の名で商品化されている 。

での粉箱の保持時間は，0.5 〜 2.0 s と変化させた。充填後

偏析防止処理とは，副原料をバインダで鉄粉表面に付着の充填密度（充填重量／キャビティー体積）を測定し，充填させることで，副原料の偏析や粉塵発生を防止する技術で前の見掛密度に対する比を算出して充填率とした。測定はある。ここで用いられるバインダには，副原料を鉄粉表面供試粉の種類について 10 回行い，その平均値を算出した。に付着させると同時に，成形時の鉄粉の流動性を阻害せず，潤滑性を発現するものが選ばれる

2.32,3）。

成形時，ホッパーから排出された鉄粉は，粉箱を経て金圧粉特性

供試粉を内径 11 mm の超硬製金型に充填し，490，588，型内のキャビティーに充填され，賦形後，金型から抜き出686 MPa で成形した。この際，成形体を抜き出すときの抜されて成形品となる。一般に鉄粉は，粉箱からキャビティー出力を測定した。また，得られた成形体の密度を測定した。

へ自然落下により充填されるが，この時，流動性の悪い鉄

2.4

粉は充填に時間がかかったり，キャビティーを完全に満た焼結体特性すことができず，生産性を悪化したり不良品を発生させた焼結体の寸法変化率および機械的特性を調査する目的りする。また，成形後，金型から成形体を抜き出す際，金で，成形体密度 6.85 Mg/m の，以下の成形体を作製した。

型表面との摩擦が大きいと抜出力が高くなり，型かじりを（1）環強さおよび寸法変化率測定用：外径 38 mm，内径3生じたり，場合によっては成形体が破壊されたりする。これら成形時の問題点を防ぐのが潤滑剤である。

25 mm，高さ 10 mm のリング
（2）シャルピー衝撃試験用：幅 10 mm，高さ 10 mm，長さ今回，上記成形時の課題を解決する 2 種類の偏析防止処
理鉄粉を開発した。1 つは，金型への充填性が良好な高充55 mm の直方体（3）引張強さ試験用：JPMA M 04-1992 に準拠した平行部

填性クリーンミックスであり，もう 1 つは成形時の抜出力

幅 5 mm，高さ 5 mm の引張試験片を大幅に低減した低抜出力クリーンミックスである。

これらの成形体を RX ガス（標準状態 CO：24 vol％，H2：

ここでは，これら 2 種類のクリーンミックスの諸特性について紹介する。

30 vol％，N2 ：balance）雰囲気下，1 130°C で 20 min 焼結し，各試験に供した。

2. 実験方法
2.1

Powder box

供試粉の作製Transfer direction

Fe-2.0 mass％ Cu-0.8 mass％ C 系に，高充填性用およびX

低抜出力用に開発した潤滑剤（HFX および LEX）をそれぞれ0.8 mass％混合した鉄基混合粉末を作製した。また，比較

Iron powder
Cavity材としてステアリン酸亜鉛を 0.8 mass％単純混合したものを作製した。

Fig. 1− 34 −Apparatus for testing of filling property

高充填性および低抜出力成形用クリーンミックス

800700

HFX

LEX

ZnSt

Tensile strength (J/cm2)

Impact value (J/cm2)

Ring strength (MPa)900600500

121 000

1086420HFX

LEX

400
300
200
1000ZnSt

HFX

LEX

ZnSt

Fig. 4 Mechanical property of sintered compacts made with the developed powders

キャビティー充填性Fig. 2 に高充填性クリーンミックスおよび比較材のキャビティー充填試験結果を示す。幅（a）
1.0 mm，（b）
0.5 mmFilling rate (%)

3.1

11090のキャビティーを用い，キャビティー上での粉箱の保持時示した。いずれの鉄粉においても，キャビティー幅が狭く

80

HFX

70ZnSt60

間を 0.5 〜 1 s の範囲で変化させた場合の充填率の変化をなるほど，また保持時間が短くなるほど充填率は低下する。

110(a)

1000Fig. 2

1.0 mm 幅の場合，充填率が 100％を超える点が存在するが，0.5
1.0
Holding time (s)Filling rate (%)

3. 新規偏析防止粉の特性

(b)

100

HFX

90ZnSt

1.5

8070
60

00.5
1.0
Holding time (s)1.5

Effect of the holding time on the filling rate ((a) Cavity
width: 1.0 mm, (b) Cavity width: 0.5 mm)

これは見掛け密度以上にキャビティー内に供試粉が充填されたことを意味する。また，0.5 mm 幅のキャビティーでは，薄肉キャビティーへの優れた充填性を示すものである。

3.2

成形体抜出力

7.1
7.0
6.9
6.8

た偏析防止処理粉と比較材について，成形圧力と成形体密LEX0.8%
ZnSt0.8%

6.7
6.6
300

Fig. 3 に今回開発した低抜出力用の潤滑剤 LEX を用い

20400

500

600

700

Ejection force (MPa)上の結果は，新規潤滑剤 HFX を添加した偏析防止鉄粉のGreen density (Mg/m3)

開発材は比較材より充填率が 10〜15％高くなっている。以7.2

151050300

Pressure(MPa)度および抜出力の関係を示す。両試料とも成形圧力が高くFig. 3なるにしたがい，圧粉密度，抜出力ともに高くなる。圧粉

LEX0.8%
ZnSt0.8%400500600700Pressure(MPa)

Effect of compacting pressure on green density andejection force

密度においては，ほとんど差は見られないが，抜出力については顕著な差異が見られ，比較材に対して，新規潤滑剤た 2 種の偏析防止処理鉄粉を開発した。これらは，従来のLEX を添加した開発材は，成形圧力増大にともなう抜出力偏析防止鉄粉に比較して，成形時に発生する型かじりや充の上昇が抑制されている。このことは，成形体の型抜きを填変動などのトラブルを防止し，お客様における省力化や容易にし，型かじりや成形体破損が少なくなることを示す生産性の向上に貢献できるものと考えられる。
これらの偏析防止処理粉は，新規クリーンミックスとしものである。

3.3て，2004 年 4 月より販売を開始した。

焼結体特性

Fig. 4 に今回開発した 2 種類の偏析防止処理鉄粉，および比較材の圧環強度，引張強さ，衝撃値を示した。これら
焼結体特性は，比較材と比較して大きな違いはない。今回，参考文献
1） 上ノ薗聡，高城重彰，小倉邦明．鉄粉研究 10 年の歩み．川崎製鉄技報．vol. 31，no. 1，1999，p. 64–67．
2） 上ノ薗聡，尾﨑由紀子，杉原裕．高流動性ワックス系偏析防止鉄粉の開発した潤滑剤は，いずれも焼結体特性に悪影響を及ぼさないことが確認できた。

開発．粉体および粉末冶金．vol. 48，2001，p. 305．
3） 上ノ薗聡，尾﨑由紀子，杉原裕．ワックス系潤滑剤を用いた偏析防止
粉の流動性支配因子．粉体および粉末冶金．vol. 45，1998，p. 849．

4. おわりに今回，金型への充填性あるいは金型からの抜出性に優れ＜問い合わせ先＞JFE スチール 鉄粉営業部鉄粉室 TEL：03-3597-4062〜4− 35 −