专利名称：：粉末冶金用铁系混合粉末和铁粉烧结体的制作方法
技术领域：
：本发明涉及粉末冶金用铁系混合粉末和铁粉烧结体，特别是涉及可以得到作为汽车用的高强度烧结部件适宜的铁粉烧结体的粉末冶金用铁系混合粉末和铁粉烧结体。
背景技术：
：对将金属粉在金属模内加压、成形之后，进行烧结而制成烧结体的粉末冶金法而言，由于也可以精度良好地制造复杂的形状的机械部件，因此在要求高尺寸精度的齿轮等汽车部件的制造中可以广泛地应用。现实中，由于使用金属模的加压成形的制约，对于多种烧结部件，在最终工序中要实施某种机械加工。然而，可以确认烧结部件与同一组成的熔炼材相比被削性差。因此，正在寻求作为其改善策略的各种方案，例如，有在粉末冶金用铁系混合粉末、铁粉烧结体等中添加MnS粉、氧化物等的方法。例如，在专利文献1中使用吡咯啉酸钙作为切削性改善用粉末，公开了相对于铁基粉末、合金用粉末和切削性改善用粉末的合计量，含有以Ca换算为0.020.40质量％的该吡咯啉酸钙的粉末冶金用铁基混合粉(粉末冶金用铁系混合粉末)。在专利文献2中，公开了含有0.050.15质量％的CaO_Al203-Si02系复合氧化物的粉末冶金用铁系混合粉末，在专利文献3中，公开了含有0.020.3质量％的Ca0-Al203-Si02系复合氧化物的粉末冶金用铁系混合粉末。另外，在专利文献4中，公开了使Ca0-Mg0-Si02系的复合氧化物分散在金属基体中的烧结材料(烧结体)。在专利文献5中，公开了在C:O.10.6质量％的熔炼材中，规定了选自Na、Li、B和Si中的氧化物在钢中的含有个数的机械结构用钢(快削钢)，在专利文献6中，公开了在C:0.020.15质量％的熔炼材中，规定了选自Na、Li、B和Si中的氧化物在钢中的含有个数的快削钢。在专利文献7中，公开了在以珠光体(perlite)为主体的基底中呈现分散有铜或铜锡系合金相和游离石墨的组织的烧结阀导管材料(烧结体)。另外，在专利文献8中，公开了以混合粉末整体的质量比计，混合添加有O.12.0质量％的石墨粉末和0.011.0质量％的氧化硼粉末的快削性铁系烧结合金(烧结体)。然而，在以往的粉末冶金用铁系混合粉末、铁粉烧结体等中，存在以下所述的问题。在专利文献14所记载的发明中，例如，如专利文献2所记载的那样，所使用的氧化物为所谓的较低熔点的、但是实际的熔点却超过100(TC的氧化物，这些氧化物可称为高熔点。因此，存在氧化物只有在能够熔融的V200m/min左右以上的高速切削中才能够适用的问题。专利文献5、6所记载的快削钢，是以熔炼材为对象的快削钢，由于与烧结部件在材料上不同，因此与烧结部件中的技术在根本上是不同的。因此，专利文献5、6所记载的技术并非能够原样地应用于烧结部件中技术。S卩，对于专利文献5，6所记载的发明而言，氧化物在铁基体中以球或者椭圆形状均匀地存在，与此相对，由于烧结体中存在气孔，因此氧化物以在烧结中发生熔融并将铁粉表面覆盖的方式(即不在铁中)在气孔中存在。进而，专利文献5，6所记载的发明的效果在于提高基于熔融脆化的切屑分割性。对于这一点而言，可以说并非由于在铁粉烧结体本来就存在气孔而谋求熔融脆化，其效果也不同。另外，铁粉烧结体具有气孔，所以在强度上不利，因此与熔炼材相比具有更多C量以确保强度。对于专利文献7、8所记载的发明而言，例如，如专利文献8所记载的那样，添加的BA在烧结中发生熔融并抑制石墨向铁粉中的渗碳，使游离石墨残留在烧结体的气孔中。虽然基于该游离石墨的润滑效果提高被削性，但由于抑制了渗碳，存在强度下降的问题。另外，对一般用于提高被削性而进行的添加MnS而言，因为S，存在所谓作业环境被污染的问题、所谓成为强度下降的原因的问题。专利文献1日本特开2004-115847号公报专利文献2日本特开平9-279203号公报专利文献3日本特开平9-279204号公报专利文献4日本特开平8-260113号公报专利文献5日本特开2001-214239号公报专利文献6日本特开2001-214240号公报专利文献7日本特开2002-069599号公报专利文献8日本特开2000-144350号公报
发明内容本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供不降低强度，即使在作为一般的切削条件域的V100200m/min左右的切削中，可以得到具有良好被削性的铁粉烧结体的粉末冶金用铁系混合粉末和铁粉烧结体。为了达到上述目的，本发明人等，对以下述事项进行了研究。切削时所生成的切屑在工具切削面正前的剪切域发生剪切变形，但由于铁粉烧结体具有气孔，因此在切屑的剪切变形时，以气孔作为起点的裂缝沿着切屑中的铁粉界面在剪切变形方向产生。因此，着眼与该现象本发明人等认为，通过使铁粉界面光滑，降低该切屑内的剪切变形力，即随着切削抵抗的降低，可以抑制工具磨损。其结果，作为使铁粉界面光滑的方法，发现了基于复合氧化物的润滑效果，从而完成了本发明。即，本发明涉及以下的(1)至(4)。(1)—种粉末冶金用铁系混合粉末，其特征在于，含有铁基粉末、石墨粉、Cu粉和复合氧化物，所述复合氧化物在80(TC下具有105(泊)以下的粘性，相对于混合粉末总质量，所述复合氧化物的含量为0.051.5质量％。根据这样的构成，通过粉末冶金用铁系混合粉末含有在80(TC下的粘性为105(泊)以下的复合氧化物，该复合氧化物在利用粉末冶金用铁系混合粉末制造的铁粉烧结体的切削中发生熔融，铁粉界面变得光滑。由此，铁粉烧结体的切削时的切屑内的剪切变形力降低，可以抑制工具磨损。进而，通过将复合氧化物的含量相对于混合粉末总质量设为40.051.5质量％，机械性特性(强度等)不下降而被削性提高。(2)根据(1)所述的粉末冶金用铁系混合粉末，其中，所述复合氧化物含有选自B、Na、Li、K、Mn、Mg、Ca、Ba和Si中的至少1种元素的氧化物。根据这样的构成，在进一步提高被削性的同时可以抑制强度的下降。(3).根据(1)所述的粉末冶金用铁系混合粉末，其中，所述复合氧化物的熔点为100(TC以下。(4).—种铁粉烧结体，其是通过烧结(1)(3)的任一项所述的粉末冶金用铁系混合粉末的压粉体而得到的。根据以上构成，由于本发明的铁粉烧结体通过烧结上述粉末冶金用铁系混合粉末的压粉体而得到，因此强度不会下降，具有良好的被削性。根据本发明的粉末冶金用铁系混合粉末，可以得到强度没有下降，且提高了被削性的铁粉烧结体。进而，在该铁粉烧结体中，铁粉烧结体中所含的复合氧化物在切削中发生熔融而发挥润滑效果，因此可以抑制工具磨损，提高工具寿命。根据本发明的铁粉烧结体，烧结体的强度不会下降，且可以提高被削性。因此，可以抑制工具磨损，可以提高工具寿命。图1为表示烧结体中的氧化物的含量与磨损宽度(ym)的关系的曲线图。图2为表示烧结体中的氧化物的含量与压环强度(MPa)的关系的曲线图。图3为表示压环强度(MPa)与磨损宽度(Pm)的关系的曲线图。图4为表示氧化物的80(TC下的粘性与磨损宽度(ym)的关系的曲线图。图5为表示烧结体的石墨粉(C)的含量与压环强度(MPa)的关系的曲线图。具体实施例方式以下，对本发明的粉末冶金用铁系混合粉末(以下，适宜地称为混合粉末)和铁粉烧结体(以下，适宜地称为烧结体)进行详细地说明。需要说明的是，在本说明书中，以质量进行定义的所有百分率等与以重量定义的该百分率同义。《粉末冶金用铁系混合粉末》粉末冶金用铁系混合粉末为在铁基粉末中混合有石墨粉、Cu粉和复合氧化物的粉末。以下，对各构成进行说明。〈铁基粉末>作为铁基粉末(铁粉)，可以适宜地使用雾化(atomize)铁粉，还原铁粉等纯铁粉，或者使用预先将合金元素合金化的钢粉(预合金钢粉)、部分合金化有合金元素的钢粉(部分合金化钢粉)代替纯铁粉。另外，这些可以单独使用，也可以混合使用。〈石墨粉>作为含有C元素矿物的石墨粉，通过固溶强化，具有提高烧结体的强度的效果。在本发明中，石墨粉的含量没有特别的限制。但是，石墨粉的含量与烧结体的强度具有相关性，从被削性的观点出发，含量大致被限定。通常，在烧结体中，压环强度630MPa左右是必要的，因此从强度方面的实用性观点出发，石墨粉的含量(C的含量)多在0.4质量％以上进行设定。在本发明中的复合氧化物添加材料(烧结体)中，与氧化物无添加材料相比，将强度未下降的基础上提高被削性作为目的，但是如果石墨粉的含量不足0.4质量％，则强度过低而没有实用性。因此，优选石墨粉的含量设为0.4质量％以上。另外，从实现强度的提高的观点出发，优选设为0.6质量％以上。对上限也没有特别的规定，但是若超过3.0质量％，则由于初析渗碳体(pro-eutectoidcementite)的影响，强度变得易于下降，因此优选设为3.0质量％以下。另外，在需要Fe-C系的烧结体以上的强度的情况下，根据所需要的强度水平，有添加Mo和Ni等合金元素的方法，即使在这时，强度也没有下降，且可以提高被削性。〈Cu粉>Cu粉有效地有助于烧结性的提高进而烧结体的强度和疲劳特性的提高，因此优选含有0.5质量％以上。另一方面，若超过3.5质量％，易于导致强度和疲劳特性的下降。因此，Cu粉的含量优选设为0.53.5质量％。需要说明的是，对于该Cu粉而言，含有CuP、CuSi和CuMn粉也起到同等的作用。〈复合氧化物>本发明中的所谓复合氧化物是指将2种以上的规定元素的氧化物混合的氧化物。混合粉末通过含有复合氧化物(以下，适宜地称为氧化物)，基于该复合氧化物的润滑效果，可以使铁粉界面光滑。由此，可以使烧结体的切削时的切削阻力降低，可以抑制工具磨损。需要说明的是，单独添加氧化物时，由于氧化物的熔点高，因此在切削时和烧结时氧化物不能熔融。因此，没有被削性的提高效果，另外，当氧化物的粒径大时，成为强度下降的主要原因。其中，含有B的单独氧化物(例如，B203)为低熔点(B203的熔点45(TC)，通过抑制石墨向铁粉中的渗碳的渗碳抑制作用，降低强度。本发明中，制成复合氧化物，可以实现低熔点化。复合氧化物在80(TC下的粘性为105(泊)以下。烧结体的切削时的刀尖温度，根据钢材组成不同而不同，在干式的V150m/min条件下，最多为800°C。本发明中，通过上述的复合氧化物的润滑效果使工具寿命提高，但是对于被削性提高来说，刀尖温度域的氧化物粘性是重要的，需要将800°C的粘性设为105(泊)以下。若80(TC的粘性超过105(泊)，则复合氧化物发生硬质化，不能发挥润滑效果。另外，下限没有特别的限制，但如果不足10—2(泊)，则没有粘性，难以得到润滑效果，因此优选10—2(泊)以上。需要说明的是，适当使用以往的氧化物的快削钢，在工具刀尖附着所谓Belag的氧化被膜，通过该氧化被膜的保护作用抑制工具磨损。这时的氧化物粘性，可以说大致处于软化点，为108(泊)左右。相对于混合粉末总质量，复合氧化物的含量设为0.051.5质量％。若复合氧化物的含量不足0.05质量％，则对于得到润滑效果来说含量不充分，不能得到被削性提高效果。另一方面，若超过1.5质量％，则该复合氧化物，变成机械的特性(强度等)的下降等烧结体的缺陷的原因。此外，更优选O.10.5质量％。这里，复合氧化物优选含有选自B、Na、Li、K、Mn、Mg、Ca、Ba和Si中的至少1种的6元素的氧化物。S卩，复合氧化物为包含2种以上的氧化物的氧化物，其中至少一种的氧化物优选上述的元素的氧化物。根据本发明人等的研究可知，将上述的元素的氧化物进行复合化，并含有复合化的氧化物，可以不使强度下降，而进一步提高被削性。作为满足上述的条件的复合氧化物，例如可列举Na20-Si02、B203-Na20_Si02、B203-K20、B203-Li20和B203-Na20等，另外，作为粘性为105(泊)以下的复合氧化物，可列举B203-Mn0、B203-Ca0、Li20_MnO和Na20-BaO_Si02等。需要说明的是，复合氧化物包含2种以上的氧化物时，除上述B、Na、Li、K、Mn、Mg、Ca、Ba或Si的氧化物以外的氧化物可以是A1203、Fe0等。这里，对于基于复合氧化物的润滑效果的被削性提高效果来说，需要复合氧化物发生软化或者熔融。例如，复合氧化物的熔点大致为IOO(TC以下，复合氧化物的软化点一般指熔点的70%左右的温度。因此，由于复合氧化物发生软化，熔点100(TC成为指标。需要说明的是，复合氧化物的熔点与粘性没有必然的比例关系，但是具有相关关系。因此，从将复合氧化物设为适当的粘性的观点出发，优选熔点为大致100(TC以下。另外，优选复合氧化物的粒径为80ym以下。本发明中的复合氧化物的熔点假定在大致IOO(TC以下，但是通常的铁粉的烧结在1120125(TC条件下进行，因此在烧结时发生熔融软化，在烧结后不保留添加时的原形。因此，添加的复合氧化物的粒径对被削性、强度直接产生的影响不大。但是，添加时的复合氧化物的大小在烧结后很有可能成为气孔，因此优选复合氧化物的粒径将比约100i！m的铁基粉末的直径小的80ym作为上限，更优选50iim以下。需要说明的是，下限没有特别规定，但是只要使粒径达到细微，就会耗费粉碎成本。需要说明的是，当制备上述复合氧化物时，复合氧化物的制备温度未必需要设定为熔点以上进行熔融(所谓的预熔)，只要比熔点以下约10(TC左右的温度高即可(例如，若熔点为100(TC，制备温度为大致90(TC以上，不限制上限)。需要说明的是，"制备复合氧化物"是指，使原料熔融，在不使其均匀化的同时保持高温而使其扩散，使其达到近均匀化的状态。本发明的混合粉末中，除上述石墨粉、Cu粉和复合氧化物以外也可以制成混合有作为润滑剂的有机物作为成形用的构成。作为有机物，例如为硬脂酸锌、乙烯双硬质酰胺等。另外，有机物的混合量，以有机物的总混合粉末中的配合质量％计，优选为0.51.2质量％的范围。若含量不足O.5质量％，则在烧结体的制造时难以发挥作为润滑剂的机能，另一方面，若超过1.2质量％，则容易变成烧结体的密度下降的原因。下面，对本发明的铁粉烧结体进行详细地说明。《铁粉烧结体》铁粉烧结体通过烧结上述说明的粉末冶金用铁系混合粉末的压粉体得到。作为铁粉烧结体的制造方法的一例，首先，使用混合机等，混合上述铁基粉末、石墨粉、Cu粉和复合氧化物，制成粉末冶金用铁系混合粉末。混合时，可以加入O.75质量％的硬脂酸锌作为润滑剂。接着，以例如5t/cm2的成形压，对该粉末冶金用铁系混合粉末进行成形，制成压粉体。接着，以在弱氧化性的RX气、N2气、AX气等气氛中，温度110Q1250°C，7时间1560分钟的条件烧结该压粉体，从而可以得到铁粉烧结体。如以上所述，根据本发明的粉末冶金用铁系混合粉末，可以得到强度不下降，且即使在一般的切削条件域的V100200m/min左右的切削中，也具有良好的被削性的铁粉烧结体。另外，本发明的铁粉烧结体，强度未下降，即使在一般的切削条件域的V100200m/min左右的切削中也具有良好的被削性。因此，可以抑制工具磨损，可以提高工具寿命。实施例以下，与其比较例相比较，对本发明的粉末冶金用铁系混合粉末和铁粉烧结体的实施例进行具体地说明。第1实施例在表1所示的成分组成的铁粉中，添加石墨粉末0.8质量X、Cu粉2.0质量％、规定量的表2所示的氧化物粉末(参照表3)，进而加入0.75质量％的硬脂酸锌作为润滑剂，利用V型混合机混合60分钟，制成粉末冶金用铁系混合粉末。接着，对该粉末冶金用铁系混合粉末进行模具成形，制成尺寸为外径64mm、内径24mm、高20mm的环状的压粉体，在含10%的氢的氮气氛中，以112(TC的条件对该压粉体进行30分钟的烧结。调整成形时的成形压力以使烧结体的密度达到6.86.85g/cm3。需要说明的是，表2中的氧化物的熔点使用状态图，液相粘性主要使用文献值。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>*余量为Fe[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>*氧化物组成以摩尔％表示对由此得到的铁粉烧结体的强度和被削性进行评价。《被削性》被削性通过切削试验进行评价。〈切削试验>首先，将3个烧结放入螺栓，在两侧配置予备环，利用螺母进行夹持，然后，将螺栓固定在旋盘的中央。所使用的切削工具为住友电工Hardmetal公司制G10E(K种超硬)。切削条件为切削速度150m/min，进刀速度0.lmm/rev，进刀量0.5mm，切削长100m，切削样式干式连续切削。通过该切削试验，测定切削工具的最大后面磨损宽度(逃W面摩耗幅)Vbmax。对于合格判定标准，将磨损宽度为70iim以下的烧结体判定为合格。《强度》强度根据JISZ2507所规定的烧结含油轴承受的压环强度试验方法进行。在第1实施例中，假定对要求更高强度的烧结部件适用，确认添加0.8质量％的石墨粉末时的效果，因此对于合格判定标准而言，将压环强度为780MPa以上的烧结体判断为合格。这些试验结果在表3示出。需要说明的是，在表3中，对未满足本发明的范围的例子，在数值上划下划线来表示。[表3]<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>*氧化物的种类与表2的No.19对应。如表3所示，实施例1IO，由于满足本发明的范围，因此在具有足够强度的同时被削性也优良。另一方面，比较例1由于不含有复合氧化物，所以磨损宽度大且被削性差。比较例2由于是单独添加了B203的烧结体，所以由抑制渗碳导致强度下降。比较例3由于复合氧化物的含量不足下限值，所以磨损宽度大且被削性差。比较例4由于复合氧化物的含量超过上限值，所以强度下降。比较例5，由于复合氧化物的80(TC的粘性超过上限值(使用表2的No.1的复合氧化物)，所以磨损宽度大且被削性差。第2实施例接着，为了调查石墨粉的含量的影响，将石墨粉末的添加量(C的添加量)设为O.4质量％、0.6质量％或0.8质量％，将复合氧化物的添加量设为无添加或者0.3质量％来进行试验。需要说明的是，烧结体的制备方法、强度和被削性的评价方法与上述第1实施例相同。但是，在第2实施例中，为调查石墨粉的含量的影响的试验，强度和被削性的合格判定标准没有特别规定。这些试验结果在表4中示出(试验No.16)。[表4]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>*氧化物的种类与表2的No.5或9对应。如表4所示，石墨粉末的添加量为0.4质量％、0.6质量％、0.8质量％的任一者时，在添加复合氧化物的情况下，强度均未下降，且提高了被削性。关于以上的结果，将烧结体中的氧化物的含量与磨损宽度(ym)的关系在图1中示出，将烧结体中的氧化物的含量与压环强度(MPa)的关系在图2中示出，将压环强度(MPa)与磨损宽度(ym)的关系在图3中示出，将氧化物的80(TC的粘性与磨损宽度(ym)的关系在图4中示出，将烧结体中的石墨粉(C)的含量与压环强度(MPa)的关系在图5中示出。需要说明的是，在图3、5中，在作图时，存在一部分所标出的点重叠的地方。如与表3对应的图14所示，添加了0.051.5质量％的氧化物烧结体，可以抑制工具磨损，还具有足够强度。但是，若氧化物的含量超过1.5质量％，则强度大幅下降，若不足0.05质量％，则被削性大幅下降。另外，完全不添加氧化物时，被削性下降(磨损宽度变大)，单独添加B203时，由渗碳抑制导致强度下降。进而，添加在80(TC的粘性超过105(泊)的氧化物时，被削性下降。如与表4对应的图5所示可知，强度随石墨粉末添加量提高而提高。另外，若不添加复合氧化物，则被削性下降，若添加复合氧化物，则不使强度下降，且被削性提高。而且，在满足本发明的范围的烧结体中，即使石墨粉末为0.4质量％、0.6质量％的情况下，在具有通常要求的强度的烧结部件中也可以应用。以上，针对本发明的粉末冶金用铁系混合粉末和铁粉烧结体通过示出最佳实施方式和实施例而详细地进行了说明，但是本发明的主旨并不限于上述内容。需要说明的是，本发明的内容，当然可以基于上述记载进行广泛地进行改变、变更等。以上虽然参照特定实施方式对本发明进行了详细地说明，但是在不脱落本发明的精神和范围的前提下可以进行各种变更和修正对本领域技术人员是显而易见的。需要说明的是，本申请基于2007年8月3日提出申请的日本专利申请(特愿2007-203443)，通过引用援引其全部。另外，这里所引用的所有参照内容作为整体被引用。[cms]产业上的利用可能性根据本发明的粉末冶金用铁系混合粉末，可以得到强度不下降，其被削性提高的铁粉烧结体。而且，在该铁粉烧结体中，铁粉烧结体中所含的复合氧化物在切削中发生熔融而发挥润滑效果，因此可以抑制工具磨损，可以提高工具寿命。另外，根据本发明的铁粉烧结体，可以不使烧结体的强度下降而提高被削性。因此，可以抑制工具磨损，可以提高工具寿命。权利要求一种粉末冶金用铁系混合粉末，其特征在于，含有铁基粉末、石墨粉、Cu粉和复合氧化物，所述复合氧化物在800℃下具有105泊以下的粘性，相对于混合粉末总质量，所述复合氧化物的含量为0.05～1.5质量％。2.根据权利要求1所述的粉末冶金用铁系混合粉末，其中，所述复合氧化物含有选自B、Na、Li、K、Mn、Mg、Ca、Ba和Si中的至少1种元素的氧化物。3.根据权利要求1所述的粉末冶金用铁系混合粉末，其中，所述复合氧化物的熔点为IOO(TC以下。4.一种铁粉烧结体，其是通过烧结权利要求13的任一项所述的粉末冶金用铁系混合粉末的压粉体而得到的。全文摘要本发明涉及一种粉末冶金用铁系混合粉末，为含有铁基粉末、石墨粉、Cu粉和复合氧化物的粉末冶金用铁系混合粉末，所述复合氧化物在800℃具有105(泊)以下的粘性，相对于混合粉末总质量，所述复合氧化物的含量为0.05～1.5质量％。根据本发明的粉末冶金用铁系混合粉末，可以得到强度不下降，且被削性提高的铁粉烧结体。而且，在该铁粉烧结体中，由于铁粉烧结体中所含的复合氧化物在切削中发生熔融而发挥润滑效果，因此可以抑制工具磨损，可以提高工具寿命。文档编号B22F1/00GK101772389SQ20088010156公开日2010年7月7日申请日期2008年7月9日优先权日2007年8月3日发明者古田智之,工藤高裕,谷口祐司申请人:株式会社神户制钢所