烧结机械部件及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及烧结机械部件及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 烧结体是将混合金属粉末压缩成形后在规定的温度下进行烧结而获得的。烧结体 可以制成净型锻造（本7卜シI 4 7°)制品或接近净型锻造制品，通过成品率、加工工序数 的削减从而能够低成本化，因此被用于机械部件等。其中，铁系烧结体由于机械性质优异， 而被广泛用于汽车部件、电气制品等中。
[0003] 但是，烧结体的内部残留有很多空孔，这些空孔成为应力集中源，产生熔炼材中的 龟裂之类的行为，因此成为拉伸?压缩?弯曲强度、冲击强度等静态强度或疲劳强度等动态 强度降低的原因。
[0004] 例如，通过对混合粉末交替实施压缩成形工序和烧结工序各两次、从而实现烧结 体的高密度化的技术是已知的（例如，专利文献1)。但是，此时，存在制造成本变高的问题。
[0005] 例如，专利文献2中，通过使用粗的具有粒度分布的金属粉末，不使用二段成 形?二段烧结等耗费成本的处理而实现了烧结体的高密度化。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特开平4 一 337001号公报
[0009] 专利文献2:日本特表2007 - 537359号公报
【发明内容】
[0010] 发明要解决的课题
[0011] 但是，如上述专利文献2所述，仅使用粒度大的金属粉末的情况下，有时无法将铁 系烧结体提高到7. 5g/cm3以上的超高密度。
[0012] 本发明的目的在于，利用低成本的方法将包含铁系烧结金属的机械部件的密度提 高到7. 5g/cm3以上。
[0013] 用于解决课题的手段
[0014] 在将混合粉末的压缩成形体（压粉体）烧结时，混合粉末中所配合的石墨粉末在 合金钢粉内固溶，因此存在石墨粉末的位置形成空孔。通常，石墨粉末使用的是比合金钢粉 微细的粉末，因此上述那样的与石墨粉末的固溶相伴随的空孔是微细的。因此，密度不那 么高的铁系烧结体（即，内部产生了某种程度的空孔的烧结体）中，上述那样的与石墨粉 末的固溶相伴随的空孔的影响小，其影响未加以考虑。与此相对，根据本发明人等的验证 明确了 ：7. 5g/cm3以上的超高密度的烧结体中，石墨粉末的尺寸及配合比例对烧结体的密 度影响大。因此，本发明使用平均粒径为8 μπι以下的极其微细的石墨粉末、且将混合粉末 中的石墨粉末的配合比例抑制为较低（扩散合金粉的情况下，相对于合金钢粉l〇〇wt%为 0· 05~0· 35wt%，完全合金粉的情况下，相对于合金钢粉100wt%为0· 15~0· 35wt% )。 由此，不使用二段成形·二段烧结等高成本的方法也能够将烧结体的密度提高至7. 5g/cm3以上的超高密度。
[0015] 即，本发明的特征在于，其为使用包含合金钢粉及石墨粉末的混合粉末形成的烧 结机械部件，前述合金钢粉为扩散合金钢粉，相对于前述合金钢粉l〇〇wt %，前述石墨粉末 为0. 05~0. 35wt%，前述石墨粉末的平均粒径为8 μπι以下，密度为7. 5g/cm3以上。此 外，本发明的特征在于，其为使用包含合金钢粉及石墨粉末的混合粉末形成的烧结机械部 件，前述合金钢粉为完全合金钢粉，相对于前述合金钢粉l〇〇wt%，前述石墨粉末为0. 15~ 0. 35wt%，前述石墨粉末的平均粒径为8 μπι以下，密度为7. 5g/cm3以上。
[0016] 此外，本发明的特征在于，其为烧结机械部件的制造方法，包含：混合工序，相对于 扩散合金钢粉l〇〇wt%混合0. 05~0. 35wt%的平均粒径为8 μ m以下的石墨粉末，获得混 合粉末；压粉工序，将前述混合粉末压缩成形，获得压粉体；以及烧结工序，将前述压粉体 在规定的烧结温度下烧结，获得密度为7. 5g/cm3以上的烧结体。此外，本发明的特征在于， 其为烧结机械部件的制造方法，包含：混合工序，相对于完全合金钢粉l〇〇wt%混合0. 15~ 0. 35wt%的平均粒径为8 μπι以下的石墨粉末，获得混合粉末；压粉工序，将前述混合粉末 压缩成形，获得压粉体；以及烧结工序，将前述压粉体在规定的烧结温度下烧结，获得密度 为7. 5g/cm3以上的烧结体。
[0017] 如果使用通过了网眼为180 μπι的筛而除去了粗大的粒子的合金钢粉作为上述混 合粉末中包含的合金钢粉，则能够切实防止在烧结体中形成粗大的气孔。
[0018] 作为上述合金钢粉，可以使用例如在Fe-Mo合金的周围扩散附着有Ni的扩散合金 钢粉。此时，扩散合金钢粉优选为如下组成：含有1. 5~2. 3wt%的Ni、0. 5~1. 5wt%的 Mo,余部由Fe及不可避免的杂质构成。
[0019] 或者，作为上述合金钢粉，可以使用Fe - Mo - Ni完全合金钢粉。此时，完全合金 钢粉优选为如下组成：含有〇. 5~0. 7wt%的Ni、0. 6~1. lwt%的Mo,余部由Fe及不可避 免的杂质构成。
[0020] 上述烧结机械部件可以优选用作齿轮或凸轮。
[0021] 发明的效果
[0022] 如上所述，根据本发明，能够利用低成本的方法将包含铁系烧结金属的机械部件 的密度提高到7. 5g/cm3以上。
【附图说明】
[0023] 图1为环压疲劳强度试验中使用的圆筒状试验片的侧面图及剖面图。
[0024] 图2㈧为使用了进行过分级的粉末的试验片（实施品）的剖面扩大图。
[0025] 图2(B)为使用未进行分级的粉末的试验片（比较品）的剖面扩大图。
【具体实施方式】
[0026] 以下对本发明的一实施方式的烧结机械部件的制造方法进行说明。本实施方式 中，经过混合工序、压缩成形工序、烧结工序、及热处理工序来制造烧结机械部件。
[0027] 混合工序中，将合金钢粉、石墨粉末、及润滑剂按照规定的比例混合。
[0028] 作为合金钢粉，可以使用例如含有Ni及Mo作为合金成分、余部为Fe及不可避免 的杂质的合金钢粉。Ni具有强化烧结体的机械性质、提高热处理后的烧结体的韧性的效果。 此外，Mo具有强化烧结体的机械性质、提高热处理时的淬火性的效果。合金钢粉优选预先 用网眼为180 μ m的筛进行过筛而分级。
[0029] 作为合金钢粉，可以使用例如在Fe合金的周围扩散附着有其它金属的扩散合金 钢粉，具体而言，可以使用在Fe合金的周围扩散附着有Ni、Mo、Mn、Cr中的至少一种的合金 钢粉。本实施方式中，使用在Fe-Mo合金的周围扩散附着有Ni的扩散合金钢粉。从而，通 过使Ni等金属扩散附着于Fe合金，烧结前的合金钢粉的硬度受到抑制，确保了压缩成形时 的成形性。其结果是，能够配合较多量的Ni。具体而言，本实施方式的扩散合金钢粉中的 Ni的配合比例设为1. 5~2. 3wt%、优选1. 7~2. 2wt%。此外，Mo具有提高淬火性的效 果，即使多量添加，其效果也饱和，成为使成形性恶化的原因。因此，扩散合金钢粉中，Mo的 配合比例设为0. 5~1. 5wt%、优选0. 8~1. 2wt%、更优选0. 9~1. lwt%。
[0030] 此外，作为合金钢粉，还可以使用完全合金钢粉，具体而言，可以使用包含Ni、Mo、 Μη、Cr中的至少一种以及Fe的完全合金粉。本实施方式中，使用Fe - Mo - Ni完全合金 钢粉。此时，完全合金钢粉中，Ni的配合比例设为0. 45~0. 9wt %、优选0. 5~0. 7wt %、 更优选0. 5~0. 6wt%。完全合金钢粉中，Mo的配合比例设为0. 6~1. lwt%、优选0. 8~ 1. lwt %、更优选 0· 9 ~1. lwt %。
[0031] 石墨粉末例如使用人造石墨。石墨粉末使用平均粒径为8 μπι以下的石墨粉末， 优选使用2~6 μπι的石墨粉末、更优选使用3~4 μπι的石墨粉末。使用扩散合金钢粉作 为合金钢粉时，相对于合金钢粉l〇〇wt%，石墨粉末的配合比例设为0. 05~0. 35wt%、优 选0. 1~0. 3wt%、更优选0. 15~0. 25wt%。另一方面，使用完全合金钢粉作为合金钢粉 时，相对于合金钢粉l〇〇wt%，石墨粉末的配合比例设为0. 15~0. 35wt%、优选0. 15~ 0. 25wt%。
[0032] 润滑剂是为了降低将混合粉末压缩成形时模具和粉末间、或粉末彼此间的摩擦而 添加的。作为润滑剂，可以使用金属皂、酰胺蜡等，例如，使用乙撑双硬脂酰胺（EBS)。
[0033] 压缩成形工序中，通过将上述混合粉末投入到模具的模腔并进行压缩成形，从而 形成规定形状的压粉体。此时，成形时的温度优选为室温以上、润滑剂的熔点以下。特别 是，在比润滑剂的熔点低10~20°C的温度下进行成形时，由于降低了粉末的屈服强度、提 高压缩性，因此能够提高成形密度。此外，必要时，可以在模具表面涂覆用于降低摩擦的被 膜（DLC被膜等）。
[0034] 若提高成形压力，则能够增大压粉体的密度。另一方面，成形压力过高时，在压粉 体的内部产生由密度不均引起的分层（lamination)(层状剥离）、模具破损等。本实施方式 中，在1000~1400MPa左右的成形压力下进行压缩成形工序，压粉体的密度为7. 4g/cm3以 上。
[0035] 然后，烧结工序中，在规定的烧结温度下对压粉体进行烧结。烧结温度设定在例如 1100~1350°C的范围内。烧结工序在氮气和氢气的混合气体、氩气等非活性气氛下进行。 通过对压粉体进行烧结，压粉体中的石墨粉末在合金钢粉内固溶，存在石墨粉末的部分形 成空孔。与此同时，通过合金钢粉的烧结结合，压粉体整体收缩。其结果是，与石墨粉末的固 溶所引起的密度降低相比，压粉体的收缩所引起的密度上升的效果更大，烧结体的密度比 压粉体的密度更高。烧结体的密度设为7. 5g/cm3以上、优选7. 55g/cm3以上、更优选7. 6g/ cm3以上。
[0036] 此后，对烧结体实施热处理。本实施方式中，对烧结体实施渗碳淬火回火处理。由 此，表面的硬度变高，