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JPH0694562B2 - 複合合金鋼粉および焼結合金鋼の製造方法 - Google Patents

複合合金鋼粉および焼結合金鋼の製造方法

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JPH0694562B2
JPH0694562B2 JP63244377A JP24437788A JPH0694562B2 JP H0694562 B2 JPH0694562 B2 JP H0694562B2 JP 63244377 A JP63244377 A JP 63244377A JP 24437788 A JP24437788 A JP 24437788A JP H0694562 B2 JPH0694562 B2 JP H0694562B2
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alloy
powder
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strength
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重彰 高城
古君　　修
邦明 小倉
慶一 丸田
輝宣 阿部
一男 桜田
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川崎製鉄株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、粉末冶金による焼結部品の製造に供される
合金鋼粉および焼結後に熱処理を施して使用される高強
度焼結合金鋼の製造方法に関するものである。
〔背景技術〕
鉄系焼結材料は自動車部品などに多く利用されている。
最近こられ部品の軽量化が指向され、高強度化が要望さ
れている。
焼結部品を高強度とするため、種々の合金鋼粉を用いる
とは周知の技術である。これらの高強度焼結合部品は、
高密度であることを要求されることが多い。完全に均一
な合金鋼粉は鋼粉粒子が固くなるので、鉄粉粒子表面に
合金元素の粉末を部分的に拡散付着させた、複合合金鋼
粉として、鋼粉の圧縮性を高める努力がなされている。
しかし、このような複合合金鋼粉を用いる方法において
も、その合金組成や製造方法および使用方法が適切でな
い場合には、十分な焼結体特性を期待することができな
い。
特開昭61−231102号公報では、合金組成を高合金化する
ことによって、焼結材料の強度を高める試みがなされて
いる。しかし、Niを７％以上含む高合金組成であるた
め、コストが高いことのほか、焼結した状態で硬さが高
くなり、サイジングや切削加工が不可能となる。また焼
結後、残留オーステナイトが多くなり、引張強さを130k
gf/mm2以上の高強度とするためには、サブゼロ処理など
の特別の熱処が必要となってコスト上昇の要因になるな
ど問題が多い。また、残留オーステナイトが時間の経過
と共に分解し、部品の変形などの経時変化をもたらすこ
となども問題となる。
特公昭45−9649号公報では、成形後の熱処理に際して寸
法変化が少なく、高強度の焼結体を与える低合金鋼粉が
開示されている。この低合金鋼粉は鉄粉とNi、Moおよび
Cuの化合物との混合物を加熱して合金成分を拡散付着さ
せ、集合化した粒子を粉砕し、さらに焼鈍することによ
り得られるものである。しかし、この低合金鋼粉はCuを
0.50〜2.00重量％含んでおり、Cuが粒界に偏析してε−
Cu脆化層を生成し、機械的特性を劣化させるので、好ま
しくない。
また、本発明者らの一人は、特に焼結のままで、その後
の熱処理なしに用いられる場合に好適な、複合合金鋼粉
の組成を提案している（特開昭63−89601）。この合金
鋼粉はNiおよび／またはCuとMoとを含み、高い焼結体硬
さと焼結の際の寸法安定性を与える合金組成を有してい
る。しかし、焼結体の引張強さが130kgf/mm2以上を実現
しうるものではない。
さらに、本発明者らの一人らは、鋼粉表面に２種以上の
合金成が拡散付着され、かつ44μｍ以下の粒度における
各合金成分の含有量がそれぞれ鋼粉全体の平均含有量の
0.9〜1.9倍の範囲にある複合合金鋼粉を提案している
（特開昭61−130401号公報）。しかし、この合金鋼粉を
いて製造した焼結体は、引張時にオーステナイトからマ
ルテンサイトへの歪誘起変態が起こらず、また圧縮性不
足で密度が十分でないため、引張強さ130kgf/mm2以上を
実現することはできない。
焼結部品に浸炭焼入れ処理を施したものは、部品内部の
靭性が高いと共に、表面部は硬くて耐摩耗性に富み、一
般に疲労強度も高い。従って、歯車などの高強度部品と
して最も実用的価値が高い。しかしながら、従来の焼結
体を単に浸炭焼入れするのみでは、引張強さ130kgf/mm2
以上の高強度を得ることは困難である。
問題のひとつは、焼結体が空孔を有するため、浸炭挙動
が通常の鋼材と異なり、適切な炭素濃度分布が得にくい
ことである。そのため強度が不十分となる。これを解決
するため、焼結体の密度を十分高めてから浸炭する試み
がなされた。焼結鍜造はそのひとつで、高強度材料が得
られている。しかし、この方法は特殊な設備を必要と
し、熱間鍜造に用いる金型の寿命が短いためコストが嵩
む場合が多く、適用は限定されている。
一方、焼結体を冷間鋼造あるいはコイニングし、密度を
7.6〜7.8g/cm3と高めて高強度材を得ることも試みられ
た（特公昭49−16325号公報）。この方法は熱間鍜造設
備が不要であるという利点を持つが、7.6g/cm3以上の高
密度とするために、冷間鍜造またはコイニングの圧力を
高圧力とする必要があり、金型寿命が短いという問題を
有する。
さらに、熱処理を行う焼結部品において、高合金化、高
密度化により、高強度を得ている例は多い。しかし、特
開昭62−146203で開示された熱処理焼結体の引張強さは
120kgf/mm2以下であり、それ以上の高強度の要望に対し
ては満足できない。
また、特開昭54−50409では、密度が7.6g/cm3の焼結熱
処理材を製造し、引張強さ160kgf/mm2を得る技術が開示
されているが、衝撃値は2.5kgf/cm2以下であって、靭性
は低い。最近、焼結部品の高強度化に対する要請はます
ます強くなり、その結果、焼結後に熱処理を施す使用方
法が重要性を増している。この場合、熱処理後は焼結体
がきわめて硬くなるので、切削やサイジングによる寸法
矯正が困難となる。
そこで、熱処理前にこれらの工程を加えることになるか
ら、切削やサイジングをできる限り容易にするように、
焼結体の熱処理前の硬さ従って強度を低くおさえ、その
後の熱処理で高強度（高硬度）とする必要がある。
これまでの複合合金鋼粉では、このような加工に適した
仕様が十分に検討されておらず、新しい仕様を有する合
金鋼粉の出現が待たれていたものである。
本発明の目的は、高合金組成とすることなく、また特殊
な設備を必要とすることなく、比較的低合金組成で高強
度、高靭性の焼結合金鋼を得るための粉末冶金用複合合
金鋼粉および熱処理焼結鋼の製造方法を提供することに
ある。このことによって焼結体の熱処理前の切削ないし
サイジングを容易にすると共に、焼結処理後に高強度、
高靭性の焼結体を得るという相反する技術を同時に実現
することができる。
〔発明の開示〕
本発明者らは、焼結体の高強度化ならびに高靭性化につ
いて鋭意研究した結果、用いる鋼粉の組成および焼結体
の密度の両者が焼結体の高強度化、高靭性化に著しく影
響することを見出した。
本発明者らの着眼点は、Mi−Mo系複合合金鋼粉におい
て、焼結に引続いて浸炭焼入れを行う場合の組成を適正
化することである。すなわち、浸炭焼入れは、低炭素の
焼結鋼に炭素を拡散させながら焼入れする手法であるか
ら、熱処理前の切削性やサイジング性を与えるには、低
炭素の合金鋼として組成を選択し、その組成が熱処理
後、炭素を含む状態で所望の強度を与えるものであれば
よい。
本発明者らの知見によれば、炭素が共存しない状態で
は、MoがNiに比べて焼結体を硬くしにくいため、熱処理
前の焼結体の切削やサイジングを考えた場合、Niよりも
自由に増量することができる。一方、浸炭後の強度上昇
にはMoはNiよりも寄与が大きい。そこで、これまでに存
在するNi−Mo系複合合金鋼粉の組成（MoをＷで置きかえ
た場合も含む）よりも、NiにくらべてMoをより多量に使
用することにより、きわめて良い結果が得られると考え
たのである。
本発明者らが得た焼結体の強度および靭性と組成および
密度との関係を述べる。
NiとMoの含有量がそれぞれ、 （Ｘ）0.58％Ni−3.21％Mo （Ｙ）1.07％Ni−3.42％Mo （Ｚ）1.09％Ni−0.6％Mo の組成の複合合金鋼粉を用い、これに黒鉛と潤滑剤（ス
テアリン酸亜鉛）を添加し、仮焼結したのち、成形圧力
を変化して再圧縮を行い密度を変化させた。
その後、本焼結（1250℃×30分、アンモニア分解ガス
中）し、油焼入れ（870℃×60分、不活性ガス中加
熱）、180℃×60分の焼戻しを行った。これらの焼結体
の密度と引張強さおよびシャルビー衝撃値との関係を第
１図、第２図に示す。密度7.g/cm3以上で上記（Ｘ）、
（Ｙ）の焼結体は引張強さ130kgf/mm2以上を有するとに
高靭性であることがわかる。さらに、密度を7.3g/cm3以
上にすると、引張強さを150kgf/mm2以上にすることがで
きる。
本発明は上記の知見をもとに構成されたものである。す
なわち本発明は、 （１）合金成分が粉末状に鉄粉粒子表面に部分的に拡散
付着された複合合金鋼粉において、合金成分として、Ni
とMoとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ Mo:0.83〜3.50重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ該鋼粉
のうち45μｍ以下の粒度におけるNiおよびMoの含有量が
それぞれ該鋼粉全体の平均含有量の2.0〜4.2倍の範囲に
あることを特徴とする複合合金鋼粉。
（２）上記（１）に記載の複合合金鋼粉を用い、焼結後
浸炭焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分としてNiと
Moとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ Mo:0.83〜3.50重量％ で、残部がFe,Cおよび不可避不純物から成り、かつ密度
が7.0g/cm3以上で、浸炭焼入れ焼戻し後の引張強さが13
0kgf/mm2以上の高強度焼結合金鋼を製造することを特徴
とする焼結合金鋼の製造方法。
（３）上記（１）に記載の複合合金鋼粉を用い、焼結後
焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分としてＣ、Niと
Moとを含み、合金組成が C:0.3〜0.8重量％ Ni:0.50〜3.50重量％ Mo:0.83〜3.50重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ密度が
7.0g/cm3以上で、焼入れ焼戻し後の引張強さが130kgf/m
m2以上の高強度高靭性の焼結合金鋼を製造することを特
徴とする焼結合金鋼の製造方法。
（４）合金成分が粉末状に鉄粉粒子表面に部分的に拡散
付着された複合合金鋼粉において、合金成分としてNiと
MoおよびＷとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ Mo＋1/2W:0.83〜3.50重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ該鋼粉
のうち45μｍ以下の粒度におけるNiおよびMo＋1/2Wの含
有量がそれぞれ該鋼粉全体の平均含有量の2.0〜4.2倍の
範囲の粉末冶金用複合合金鋼粉。
（５）上記（４）に記載の複合合金鋼粉を用い、焼結後
浸炭焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分がNiとMoお
よびＷとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ Mo＋1/2W:0.83〜3.50重量％ で、残部がFe,Cおよび不可避不純物から成り、かつ密度
が7.0g/cm3以上で、浸炭焼入れ焼戻し後の引張強さが13
0kgf/mm2以上高強度焼結合金鋼を製造することを特徴と
する焼結合金鋼の製造方法。
（６）上記（４）に記載の複合合金鋼粉を用い、焼結後
焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分がＣ、NiとMoお
よびＷとを含み、合金組成が C:0.3〜0.8重量％ Ni:0.50〜3.50重量％ Mo＋1/2W:0.83〜3.50重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ密度が
7.0g/cm3以上で、焼入れ焼戻し後の引張強さが130kgf/m
m2以上の高強度高靭性焼結合金鋼を製造することを特徴
とする焼結合金鋼の製造方法。
（７）合金成分が粉末状に鉄粉粒子表面に部分的に拡散
付着された複合合金鋼粉において、合金成分として、Ni
とＷとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ W:1.30〜7.00重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ該鋼粉
のうち45μｍ以下の粒度におけるNiおよびＷの含有量が
それぞれ該鋼粉全体の平均含有量の2.0〜4.2倍の範囲で
あることを特徴とする粉末冶金用複合合金鋼粉。
（８）上記（７）に記載の複合合金鋼粉を用い、焼結後
浸炭焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分としてNiと
Ｗとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ W:1.30〜7.00重量％ で、残部がFe,Cおよび不可避不純物から成り、かつ密度
が7.0g/cm3以上で、浸炭焼入れ焼戻し後の引張強さが13
0kgf/mm2以上の高強度焼結合金鋼を製造することを特徴
とする焼結合金鋼の製造方法。
（９）上記（７）に記載の複合合金鋼粉を用い、焼結後
焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分としてＣ、Niと
Ｗとを含み、合金組成が C:0.3〜0.8重量％ Ni:0.50〜3.50重量％ W:1.30〜7.00重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ密度が
7.0g/cm3以上で、焼入れ焼戻し後の引張強さが130kgf/m
m2以上の高強度高靭性焼結合金鋼を製造することを特徴
とする焼結合金鋼の製造方法。
である。
なお、本発明において複合合金鋼粉とは、鉄粉粒子表面
に合金元素、例えばNi,MoやＷが部分的に拡散付着され
た鋼粉を言う。
上記数値限定の意義について説明する。
Ni:0.50〜3.50重量％ NiはFe基地に固溶して焼結体を強化し、また靭性を向上
させるのに役立つ。0.50重量％未満であると固溶強化お
よび焼入れ性向上による高強度化とマトリックスの靭性
改善効果が得られない。一方、3.50重量％を超えると、
過剰なオーステナイト相が生成し、強度低下が生じる。
Mo:0.83〜3.50重量％ MoはFe基地中に固溶し、焼結体を強化すると共に、炭物
を形成して強度および硬さを向上させるほか、焼入れ性
の上昇にも効果が大きい。
0.83重量％未満であると固溶強化および焼入れ性向上に
よる高強度化が得られない。一方、3.50重量％を超える
と靭性が阻害される。なお、Mo量は0.83重量％以上で高
強度が得られるが、0.85重量％以上にすると、一層の高
強度化達成でき好ましい。
以上、基本合金成分としてNiとMoについて述べたが、Mo
の一部または全部をその２倍の重量のＷで置きかえるこ
とができる。ここでＷの重量を２倍とするのは、焼結鋼
の特性変化に及ぼすＷの効果は、その1/2重量のMoの効
果に等しいからである。
C:0.3〜0.8重量％ Ｃは安価な強化元素であるが、熱処理焼結体のＣ量が0.
3重量％未満では、引張強さ130kgf/mm2以上の高強度が
得られない。多量含有すると炭化物を形成して強度靭性
を低下させ、またオーステナイト生成の要因となるた
め、熱処理焼結体のＣ量を0.3〜0.8重量％の範囲とし
た。Ｃ量の影について本発明者らが得た結果を、以下に
述べる。
Ni,Moが上記範囲にある複合合金鋼粉について、製品Ｃ
量が0.1〜1.0重量％になるように黒鉛量を変えて添加
し、さらに潤滑剤として１重量％のステアリン酸亜鉛を
添加して混合粉を製造した。これらの鋼粉について成形
焼結した後、油焼入れ（870℃×30分）後180℃×60分焼
戻し熱処理焼結鋼を製造し、引張試験とシャルピー衝撃
試験を行った。その結果を第３図および第４図に示す。
Ｃ量が0.3〜0.8重量％の範囲において高強度、高靭性が
得られる。
Ｃの添加は、部品の使用目的により焼結時に黒鉛粉を合
金鋼粉に混合して添加すると場合と、焼結後に浸炭焼入
れにより添加する場合がある。
浸炭焼入れの場合には、部品断面でＣ含有量の分布が生
じるが、Ｃ含有量は必ずしも全断面で上記範囲内にある
必要はなく、浸炭部において満足すれば良い。
高い密度の焼結製品を得るには、原料となる合金鋼粉の
圧縮性が高い必要がある。
そのためには、NiとMoおよび／またはＷと鉄粉粒子表面
に拡散付着された、いわゆる複合合金鋼粉が適してい
る。完全に均一なプリアロイ鋼粉は、一般に圧縮性が低
く、高密度とするのに不利である。通常の鉄粉とNi粉、
Mo粉および／またはＷ粉との混合粉末では、焼結中の合
金元素の拡散が不十分で、強度の上昇が不十分である。
複合合金鋼粉であっても、拡散合金化の程度が低けれ
ば、やはり焼結体の強度が不足する。拡散合金化の進行
程度を見るため、合金鋼粉のうち45μｍ以下の粒度のも
のにおけるNiまたはMo＋1/2Wの含有量が鋼粉全体の平均
のNiまたはMo＋1/2Wの含有量のそれぞれ何倍であるかを
調べ、これを「拡散偏析度」として指標に用いる。
Ni,Mo＋1/2Wについてのこの拡散偏析度がそれぞれ4.2を
越えると、熱処理焼結体の強度および圧縮性が低下す
る。また、前述のように、拡散偏析度が2.0未満でも、
圧縮性が不足し、さらにオーステナイトがマルテンサイ
トに歪誘起変態しないため、引張強さが不十である。よ
って、拡散偏析度の範囲を2.0〜4.2とする。これは鉄粉
や合金成分の粒度およびこれらの加熱温度を調節するこ
とにより達成される。
複合合金鋼粉組成は、焼結体の組成に適合させて、Niが
0.50〜3.50重量％、Mo＋1/2Wが0.83〜3.50重量％、残部
Feと不可避不純物である。
不純物の許容範囲は、 Ｃ :0.03重量％以内、好ましくは0.01重量％以内 Si:0.1重量％以内、好ましくは0.05重量％以内 Mn:0.4重量％以内、好ましくは0.15重量％以内 Cr:0.3重量％以内 Cu:0.3重量％以内 Al:0.1重量％以内 Ｐ :0.02重量％以内 Ｓ :0.02重量％以内 Ｏ :0.25重量％以内、好ましくは0.15重量％以内 Ｎ :0.01重量％以内、好ましくは0.002重量％以内 である。上記元素のうち、Mn、Crなどは、許容範囲以内
ならば、むしろ強度を向上させる場合があり、むやみに
低くすることばかりが得策ではない。
また焼結体の強度確保のために複合合金鋼粉の粒度は、
180μｍ以上の粒度の重量割合を10％以内とすることが
好ましい。
次に熱処理について説明する。高強度を得るために、焼
結後、熱処理を行う。
熱処理は、表面付近で高硬度を得たい時は浸炭焼入れ焼
戻し処理を用いる。均一な強度を得たい時は焼結時に黒
鉛粉末により複合合金鋼粉にＣを添加し、通常の焼入れ
焼戻し処理を行う。この熱処理より、組織が焼戻しマル
テンサイトとなり、高強度、高靭性鋼が得られる。焼入
れ温度は800〜930℃が好ましく、800℃未満では加熱時
に均一なオーステナイト組織にならず、強度、靭性が低
下する。また、930℃を超えるとオーステナイトが粗大
化し、強度、靭性が低下する。
焼戻し温度は100〜250℃が好ましく、100℃未満では靭
性が低く、250℃を超えると強度が低下する。成形およ
び焼結は、密度向上のために、１回以上繰返しても良
い。
すなわち、成形−焼結−コイニング（サイジング）ある
いは、成形−予備焼結−コイニング（サイジング）−本
焼結といった再圧縮法が有用である。
〔発明を実施するための最良の形態〕
実施例１〜３、比較例１〜３ はじめに原料となる複合合金鋼粉の製造について、実施
例と比較例を示す。まず、−80メッシュのアトマイズ純
鉄粉に、−325メッシュの酸化ニッケル粉末、−325メッ
シュの三酸化モリブデン粉を所定量混合し、水素ガス中
800℃で120分間加熱して、酸化ニッケルと三酸化モリブ
デンを還元し、鉄粉粒子のまわりにNiとMoを拡散付着さ
せた複合合金鋼粉を得た。
「拡散偏析度」の影響を調べる目的で、上記純鉄粉に、
−325メッシュの金属Ni粉末および金属Mo粉末を所定量
混合し、水素ガス中の加熱温度を700℃、750℃、800
℃、850℃、1050℃と変化させて、複合合金鋼粉を作製
した。
この複合合金鋼粉の組成は、 Ni:2.10〜2.18重量％ Mo:1.12〜1.23重量％ であり、ほかに、 Ｃ :0.002重量％ Si:0.04重量％ Mn:0.07重量％ Cu:0.01重量％ Ｐ :0.006重量％ Ｓ :0.006重量％ Ｏ :0.007〜0.13重量％ Ｎ :0.0007〜0.0019重量％ を含有していた。また、何れの鋼粉も180μｍ以上の粒
度の含有量は0.9〜2.5重量％であった。
これらの合金鋼粉に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を
0.9重量％添加し、圧力7t/cm2で成形し、900℃で30分
間、水素ガス中で仮焼結し、7t/cm2でコイニングの後、
1250℃で90分間、水素ガス中で本焼結し、密度7.28〜7.
51g/cm3の焼結体を得た。
これをカーボンポテンシャル0.8重量％、900で6.5時間
浸炭し、直ちに油焼入し、180℃で120分間焼戻した。強
度測定は、平行部5mmφの引張試験片によった。結果を
まとめて第１表に示す。
第１表に見られるように、拡散偏析度が2.0〜4.2の範囲
内であれば強度が大きい。
実施例４〜15、比較例４〜６ アトマイズ純鉄粉に酸化ニッケルと三酸化モリブデンを
配合し、第２表に示すようなNi,Moおよび／またはＷ量
の異なる14種の複合合金鋼粉を作製した。合金鋼粉作製
時の加熱温度は800℃とした。さらに、Ni、MoおよびCu
を含む合金鋼粉を加熱温度850℃で作成した（比較例
６）。合金鋼粉の180μｍよりも粗い粒度の含有量は、
何れも0.5〜3.0重量％の範囲内であった。焼結浸炭およ
び焼入れ焼戻し条件は実施例１〜３と同様である。試験
結果をまとめて第２表に示す。
第２表に見られるように、化学組成が Ni:0.50〜3.50重量％ Mo:0.83〜3.50重量％ の範囲内でかつ拡散偏析度が適切であれば、130kgf/mm2
以上の引張強さを示した。特にMoが0.85重量％以上がさ
らに好ましい結果を示した。
実施例16〜23、比較例７ ここでは焼結密度と引張強さの関係について、実施例と
比較例をす。
合金鋼粉としては、実施例１で用いた、2.15％Ni−1.18
％Mo複合合金鋼粉を使用した。この合金鋼粉に、黒鉛粉
を添加し、または添加せず、ステアリン酸亜鉛を0.9重
量％添加し、所定の圧力で第１次成形（通常の成形）を
行い、H2ガス中、所定の温度で60、第１次焼結（仮焼結
または通常の焼結）を行い、場合によって第２次の成形
（コイニングまたはサイジング）を所定の圧力で行い、
さらに場合によっては第２次の焼結（本焼結）を、H2ガ
ス中、1300℃で60分行い、実施例１と同じ条件で浸炭お
よび焼入れ焼戻しを施して、引張強さを測定した。結果
をまとめて第３表に示す。
このように密度は7.0g/cm3以上であれば、引張強さは13
0kgf/mm2が得られ、7.3g/cm3以上ならば一層高い強度が
得られた。
実施例24〜30、比較例８〜14 複合合金鋼粉を次の手順で作成した。原料鉄粉として、
水アトマイズ純鉄粉を用いた。粒度は−80メッシュ、化
学組成は C:0.002重量％ Si:0.03重量％ Mn:0.04重量％ Cu:0.01重量％ P:0.005重量％ S:0.007重量％ O:0.0086重量％ N:0.0008重量％ であった。合金原料としては、Niについては、カーボニ
ルニッケル粉、Moについては三酸化モリブデン（Mo
O3）、Ｗについては三酸化タングステン（WO3）を用い
た。いずれの合金成分原料も−325メッシュであった。
鉄粉と合金成分原料とを後に示す所定の組成になるよう
に均一に混合し、水素ガス雰囲気中、850℃で60分加熱
し、鉄粉粒子に合金元素粉末を部分的に拡散付着させ、
その後解砕して、複合合金鋼粉とした。これらの合金鋼
粉に、ステアリン酸亜鉛１重量％を添加し、金型中成形
圧力6t/cm2で成形した。引続き、アンモニア分解ガス雰
囲気中、1250℃で60分の焼結を行って、焼結体を得た。
熱処理前の加工性を知るための指標として、これらの焼
結体の引張強さを求めた。
次に焼結体の熱処理を行った。これは880℃においてカ
ーボンポテンシャル0.85％で200分の浸炭を行い、油中
に焼入れした。その後、180℃で60分の焼戻しを行っ
た。熱処理後の強度の指標として、引張強さを求めた。
作成した複合合金鋼粉の組成を第４表にまとめて示す。
実施例24〜30および比較例８〜13は、本発明の組成範囲
およびその周辺の組成を選んでおり、比較例14は従来の
標準的な複合合金鋼粉組成である。
第５表にこれらの鋼粉を試験した結果を示す。圧縮性は
6t/cm2の成形圧力で7.05g/cm2程度の密度が高密度焼結
体用鋼粉として望まれる。本発明の高Mo低Ni組成の熱処
理後の焼結体は、6t/cm2の成形圧力で107〜126kgf/mm2
の引張強さを示した。また、熱処理前の焼結体の引張強
さが40kgf/mm2程度以内ならば、切削やサイジングを困
難なく行うことができる。
実施例Ａ〜Ｄ、比較例Ｆ〜Ｋ 何れも−325メッシュのNi粉、Mo酸化物粉（MoO3）を−8
0メッシュのFe粉と所定の割合で混合し、水素ガス雰囲
気中にて1000℃で１時間還元焼鈍後解砕して複合合金鋼
粉を製造した。この時の化学組成および拡散偏析度を第
６表に比較例と共に示す。
これらの鋼粉に0.75重量％の黒鉛粉と潤滑剤としてのス
テアリン酸亜鉛を１重量％添加して、7t/cm2の圧力で成
形した。
次に850℃で30分間アンモニア分解ガス雰囲気中で焼結
し、7t/cm2の圧力で再圧縮成形を行った。その後、1250
℃で30分間アンモニア分解ガス雰囲気中で焼結した。さ
らに870℃で60分間不活性ガス中で加熱し油焼入れ、引
き続き80℃で60分間オイルバス中で加熱し空冷する焼入
れ焼戻し処理を施し、引張試験とシャルピー衝撃試験に
供した。焼結体の化学組成、密度、引張強さおよび衝撃
値の実験結果を第７表に示す。
本発明範囲の化学組成および密度において150kgf/mm2以
上の引張強さと4kgf・m/cm2以上のシャルピー衝撃値を
示すことがわかる。
実施例Ｌ〜Ｏ、比較例Ｑ〜Ｖ 第６表に示す複合合金鋼粉に、0.75重量％の黒鉛粉と潤
滑剤としてのステアリン酸亜鉛を１重量％添加して、7t
/cm2の圧力で成形し、1250℃で30分間アンモニア分解ガ
ス雰囲気中で焼結した。さらに870℃で60分間不活性ガ
ス中で加熱し油焼入れ、引き続き80℃で60分間オイルバ
ス中で加熱し空冷する焼入れ焼戻し処理を施し、引張試
験とシャルピー衝撃試験に供した。
実験結果を第８表に示す。本発明の化学組成範囲におい
て、130kgf/mm2以上の引張強さと3.5kgf・m/cm2以上の
シャルピー衝撃値を示す。
〔産業上の利用可能性〕 以上の説明から明らかなように、本発明の熱処理焼結鋼
は、極めて高い強度と靭性を兼ね備えるものであり、高
強度、高靭性が必要な焼結部品に有用である。本発明に
よる合金鋼粉は、今後の焼結部品の高強度化方向に合致
し、しかも高密度と加工性の両者が要求される場合に、
きわめて優れた適性を示すものである。従って、今まで
よりも高負荷で形状の複雑な機械部品を粉末冶金によっ
て製造することが容易になると考えられ、大きな効果を
期待することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明者らが得た熱処理焼結体の組成に対する
密度と引張強さとの関係を説明するグラフ、第２図は第
１図と同じ焼結体の組成に対する密度とシャルピー衝撃
値との関係を説明するグラフ、第３図はNi、Moの含有量
が本発明の範囲内にある熱処理焼結体のＣ量と引張強さ
との関係を説明するグラフ、第４図は第３図と同じ焼結
体のＣ量とシャルピー衝撃値との関係を説明するグラフ
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸田 慶一 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 阿部 輝宣 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 桜田 一男 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭61−64849（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−44702（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−44706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−28012（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】合金成分が粉末状に鉄粉粒子表面に部分的
    に拡散付着された複合合金鋼粉において、合金成分とし
    て、NiとMoとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ Mo:0.83〜3.50重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ該鋼粉
    のうち45μｍ以下の粒度におけるNiおよびMoの含有量が
    それぞれ該鋼粉全体の平均含有量の2.0〜4.2倍の範囲に
    あることを特徴とする複合合金鋼粉。
  2. 【請求項２】請求項１記載の複合合金鋼粉を用い、焼結
    後浸炭焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分としてNi
    とMoとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ Mo:0.83〜3.50重量％ で、残部がFe,Cおよび不可避不純物から成り、かつ密度
    が7.0g/cm3以上で、浸炭焼入れ焼戻し後の引張強さが13
    0kgf/mm3以上の高強度焼結合金鋼を製造することを特徴
    とする焼結合金鋼の製造方法。
  3. 【請求項３】請求項１記載の複合合金鋼粉を用い、焼結
    後焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分としてＣ、Ni
    とMoとを含み、合金組成が C:0.3〜0.8重量％ Ni:0.50〜3.50重量％ Mo:0.83〜3.50重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ密度が
    7.0g/cm3以上で、焼入れ焼戻し後の引張強さが130kgf/m
    m2以上の高強度高靭性の焼結合金鋼を製造することを特
    徴とする焼結合金鋼の製造方法。
  4. 【請求項４】合金成分が粉状に鉄粉粒子表面に部分的に
    拡散付着された複合合金鋼粉において、合金成分として
    NiとMoおよびＷとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ Mo＋1/2W:0.83〜3.50重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ該鋼粉
    のうち45μｍ以下の粒度におけるNiおよびMo＋1/2Wの含
    有量がそれぞれ該鋼粉全体の平均含有量の2.0〜4.2倍の
    範囲にあることを特徴とする粉末冶金用複合合金鋼粉。
  5. 【請求項５】請求項４記載の複合合金を用い、焼結後浸
    炭焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分がNiとMoおよ
    びＷとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ Mo＋1/2W:0.83〜3.50重量％ で、残部がFe,Cおよび不可避不純物から成り、かつ密度
    が7.0g/cm3以上で、浸炭焼入れ焼戻し後の引張強さが13
    0kgf/mm2以上の高強度焼結合金鋼を製造することを特徴
    とする焼結合金鋼の製造方法。
  6. 【請求項６】請求項４記載の複合合金鋼粉を用い、焼結
    後焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分がＣ、NiとMo
    およびＷとを含み、合金組成が C:0.3〜0.8重量％ Ni:0.50〜3.50重量％ Mo＋1/2W:0.83〜3.50重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ密度が
    7.0g/cm3以上で、焼入れ焼戻し後の引張強さが130kgf/m
    m2以上の高強度高靭性焼結合金鋼を製造することを特徴
    とする焼結合金鋼の製造方法。
  7. 【請求項７】合金成分が粉末状に鉄粉粒子表面に部分的
    に拡散付着された複合合金鋼粉において、合金成分とし
    て、NiとＷとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ W:1.30〜7.00重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ該鋼粉
    のうち45μｍ以下の粒度におけるNiおよびＷの含有量が
    それぞれ該鋼粉全体の平均含有量の2.0〜4.2倍の範囲に
    あることを特徴とする粉末冶金用複合合金鋼粉。
  8. 【請求項８】請求項７記載の複合合金鋼粉を用い、焼結
    後浸炭焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分としてNi
    とＷとを含み、合金組成が Ni:0.50〜3.50重量％ W:1.30〜7.00重量％ で、残部がFe,Cおよび不可避不純物から成り、かつ密度
    が7.0g/cm3以上で、浸炭焼入れ焼戻し後の引張強さが13
    0kgf/mm2以上の高強度焼結合金鋼を製造することを特徴
    とする焼結合金鋼の製造方法。
  9. 【請求項９】請求項７記載の複合合金鋼粉を用い、焼結
    後焼入れ焼戻しを施し、最終製品合金成分としてＣ、Ni
    とＷとを含み、合金組成が C:0.3〜0.8重量％ Ni:0.50〜3.50重量％ W:1.30〜7.00重量％ で、残部がFeおよび不可避不純物から成り、かつ密度が
    7.0g/cm3以上で、焼入れ焼戻し後の引張強さが130kgf/m
    m2以上の高強度高靭性焼結合金鋼を製造することを特徴
    とする焼結合金鋼の製造方法。
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