燒結(jié)機(jī)械部件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及燒結(jié)機(jī)械部件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 燒結(jié)體是將混合金屬粉末壓縮成形后在規(guī)定的溫度下進(jìn)行燒結(jié)而獲得的。燒結(jié)體 可以制成凈型鍛造（本7卜シI 4 7°)制品或接近凈型鍛造制品，通過(guò)成品率、加工工序數(shù) 的削減從而能夠低成本化，因此被用于機(jī)械部件等。其中，鐵系燒結(jié)體由于機(jī)械性質(zhì)優(yōu)異， 而被廣泛用于汽車(chē)部件、電氣制品等中。
[0003] 但是，燒結(jié)體的內(nèi)部殘留有很多空孔，這些空孔成為應(yīng)力集中源，產(chǎn)生熔煉材中的 龜裂之類(lèi)的行為，因此成為拉伸?壓縮?彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等靜態(tài)強(qiáng)度或疲勞強(qiáng)度等動(dòng)態(tài) 強(qiáng)度降低的原因。
[0004] 例如，通過(guò)對(duì)混合粉末交替實(shí)施壓縮成形工序和燒結(jié)工序各兩次、從而實(shí)現(xiàn)燒結(jié) 體的高密度化的技術(shù)是已知的（例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。但是，此時(shí)，存在制造成本變高的問(wèn)題。
[0005] 例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，通過(guò)使用粗的具有粒度分布的金屬粉末，不使用二段成 形?二段燒結(jié)等耗費(fèi)成本的處理而實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)體的高密度化。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平4 一 337001號(hào)公報(bào)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特表2007 - 537359號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明要解決的課題
[0011] 但是，如上述專(zhuān)利文獻(xiàn)2所述，僅使用粒度大的金屬粉末的情況下，有時(shí)無(wú)法將鐵 系燒結(jié)體提高到7. 5g/cm3以上的超高密度。
[0012] 本發(fā)明的目的在于，利用低成本的方法將包含鐵系燒結(jié)金屬的機(jī)械部件的密度提 高到7. 5g/cm3以上。
[0013] 用于解決課題的手段
[0014] 在將混合粉末的壓縮成形體（壓粉體）燒結(jié)時(shí)，混合粉末中所配合的石墨粉末在 合金鋼粉內(nèi)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鋼粉 微細(xì)的粉末，因此上述那樣的與石墨粉末的固溶相伴隨的空孔是微細(xì)的。因此，密度不那 么高的鐵系燒結(jié)體（即，內(nèi)部產(chǎn)生了某種程度的空孔的燒結(jié)體）中，上述那樣的與石墨粉 末的固溶相伴隨的空孔的影響小，其影響未加以考慮。與此相對(duì)，根據(jù)本發(fā)明人等的驗(yàn)證 明確了 ：7. 5g/cm3以上的超高密度的燒結(jié)體中，石墨粉末的尺寸及配合比例對(duì)燒結(jié)體的密 度影響大。因此，本發(fā)明使用平均粒徑為8 μπι以下的極其微細(xì)的石墨粉末、且將混合粉末 中的石墨粉末的配合比例抑制為較低（擴(kuò)散合金粉的情況下，相對(duì)于合金鋼粉l〇〇wt%為 0· 05~0· 35wt%，完全合金粉的情況下，相對(duì)于合金鋼粉100wt%為0· 15~0· 35wt% )。 由此，不使用二段成形·二段燒結(jié)等高成本的方法也能夠?qū)Y(jié)體的密度提高至7. 5g/cm3以上的超高密度。
[0015] 即，本發(fā)明的特征在于，其為使用包含合金鋼粉及石墨粉末的混合粉末形成的燒 結(jié)機(jī)械部件，前述合金鋼粉為擴(kuò)散合金鋼粉，相對(duì)于前述合金鋼粉l〇〇wt %，前述石墨粉末 為0. 05~0. 35wt%，前述石墨粉末的平均粒徑為8 μπι以下，密度為7. 5g/cm3以上。此 外，本發(fā)明的特征在于，其為使用包含合金鋼粉及石墨粉末的混合粉末形成的燒結(jié)機(jī)械部 件，前述合金鋼粉為完全合金鋼粉，相對(duì)于前述合金鋼粉l〇〇wt%，前述石墨粉末為0. 15~ 0. 35wt%，前述石墨粉末的平均粒徑為8 μπι以下，密度為7. 5g/cm3以上。
[0016] 此外，本發(fā)明的特征在于，其為燒結(jié)機(jī)械部件的制造方法，包含：混合工序，相對(duì)于 擴(kuò)散合金鋼粉l〇〇wt%混合0. 05~0. 35wt%的平均粒徑為8 μ m以下的石墨粉末，獲得混 合粉末；壓粉工序，將前述混合粉末壓縮成形，獲得壓粉體；以及燒結(jié)工序，將前述壓粉體 在規(guī)定的燒結(jié)溫度下燒結(jié)，獲得密度為7. 5g/cm3以上的燒結(jié)體。此外，本發(fā)明的特征在于， 其為燒結(jié)機(jī)械部件的制造方法，包含：混合工序，相對(duì)于完全合金鋼粉l〇〇wt%混合0. 15~ 0. 35wt%的平均粒徑為8 μπι以下的石墨粉末，獲得混合粉末；壓粉工序，將前述混合粉末 壓縮成形，獲得壓粉體；以及燒結(jié)工序，將前述壓粉體在規(guī)定的燒結(jié)溫度下燒結(jié)，獲得密度 為7. 5g/cm3以上的燒結(jié)體。
[0017] 如果使用通過(guò)了網(wǎng)眼為180 μπι的篩而除去了粗大的粒子的合金鋼粉作為上述混 合粉末中包含的合金鋼粉，則能夠切實(shí)防止在燒結(jié)體中形成粗大的氣孔。
[0018] 作為上述合金鋼粉，可以使用例如在Fe-Mo合金的周?chē)鷶U(kuò)散附著有Ni的擴(kuò)散合金 鋼粉。此時(shí)，擴(kuò)散合金鋼粉優(yōu)選為如下組成：含有1. 5~2. 3wt%的Ni、0. 5~1. 5wt%的 Mo,余部由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0019] 或者，作為上述合金鋼粉，可以使用Fe - Mo - Ni完全合金鋼粉。此時(shí)，完全合金 鋼粉優(yōu)選為如下組成：含有〇. 5~0. 7wt%的Ni、0. 6~1. lwt%的Mo,余部由Fe及不可避 免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0020] 上述燒結(jié)機(jī)械部件可以優(yōu)選用作齒輪或凸輪。
[0021] 發(fā)明的效果
[0022] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠利用低成本的方法將包含鐵系燒結(jié)金屬的機(jī)械部件 的密度提高到7. 5g/cm3以上。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為環(huán)壓疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)中使用的圓筒狀試驗(yàn)片的側(cè)面圖及剖面圖。
[0024] 圖2㈧為使用了進(jìn)行過(guò)分級(jí)的粉末的試驗(yàn)片（實(shí)施品）的剖面擴(kuò)大圖。
[0025] 圖2(B)為使用未進(jìn)行分級(jí)的粉末的試驗(yàn)片（比較品）的剖面擴(kuò)大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式的燒結(jié)機(jī)械部件的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式 中，經(jīng)過(guò)混合工序、壓縮成形工序、燒結(jié)工序、及熱處理工序來(lái)制造燒結(jié)機(jī)械部件。
[0027] 混合工序中，將合金鋼粉、石墨粉末、及潤(rùn)滑劑按照規(guī)定的比例混合。
[0028] 作為合金鋼粉，可以使用例如含有Ni及Mo作為合金成分、余部為Fe及不可避免 的雜質(zhì)的合金鋼粉。Ni具有強(qiáng)化燒結(jié)體的機(jī)械性質(zhì)、提高熱處理后的燒結(jié)體的韌性的效果。 此外，Mo具有強(qiáng)化燒結(jié)體的機(jī)械性質(zhì)、提高熱處理時(shí)的淬火性的效果。合金鋼粉優(yōu)選預(yù)先 用網(wǎng)眼為180 μ m的篩進(jìn)行過(guò)篩而分級(jí)。
[0029] 作為合金鋼粉，可以使用例如在Fe合金的周?chē)鷶U(kuò)散附著有其它金屬的擴(kuò)散合金 鋼粉，具體而言，可以使用在Fe合金的周?chē)鷶U(kuò)散附著有Ni、Mo、Mn、Cr中的至少一種的合金 鋼粉。本實(shí)施方式中，使用在Fe-Mo合金的周?chē)鷶U(kuò)散附著有Ni的擴(kuò)散合金鋼粉。從而，通 過(guò)使Ni等金屬擴(kuò)散附著于Fe合金，燒結(jié)前的合金鋼粉的硬度受到抑制，確保了壓縮成形時(shí) 的成形性。其結(jié)果是，能夠配合較多量的Ni。具體而言，本實(shí)施方式的擴(kuò)散合金鋼粉中的 Ni的配合比例設(shè)為1. 5~2. 3wt%、優(yōu)選1. 7~2. 2wt%。此外，Mo具有提高淬火性的效 果，即使多量添加，其效果也飽和，成為使成形性惡化的原因。因此，擴(kuò)散合金鋼粉中，Mo的 配合比例設(shè)為0. 5~1. 5wt%、優(yōu)選0. 8~1. 2wt%、更優(yōu)選0. 9~1. lwt%。
[0030] 此外，作為合金鋼粉，還可以使用完全合金鋼粉，具體而言，可以使用包含Ni、Mo、 Μη、Cr中的至少一種以及Fe的完全合金粉。本實(shí)施方式中，使用Fe - Mo - Ni完全合金 鋼粉。此時(shí)，完全合金鋼粉中，Ni的配合比例設(shè)為0. 45~0. 9wt %、優(yōu)選0. 5~0. 7wt %、 更優(yōu)選0. 5~0. 6wt%。完全合金鋼粉中，Mo的配合比例設(shè)為0. 6~1. lwt%、優(yōu)選0. 8~ 1. lwt %、更優(yōu)選 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徑為8 μπι以下的石墨粉末， 優(yōu)選使用2~6 μπι的石墨粉末、更優(yōu)選使用3~4 μπι的石墨粉末。使用擴(kuò)散合金鋼粉作 為合金鋼粉時(shí)，相對(duì)于合金鋼粉l〇〇wt%，石墨粉末的配合比例設(shè)為0. 05~0. 35wt%、優(yōu) 選0. 1~0. 3wt%、更優(yōu)選0. 15~0. 25wt%。另一方面，使用完全合金鋼粉作為合金鋼粉 時(shí)，相對(duì)于合金鋼粉l〇〇wt%，石墨粉末的配合比例設(shè)為0. 15~0. 35wt%、優(yōu)選0. 15~ 0. 25wt%。
[0032] 潤(rùn)滑劑是為了降低將混合粉末壓縮成形時(shí)模具和粉末間、或粉末彼此間的摩擦而 添加的。作為潤(rùn)滑劑，可以使用金屬皂、酰胺蠟等，例如，使用乙撐雙硬脂酰胺（EBS)。
[0033] 壓縮成形工序中，通過(guò)將上述混合粉末投入到模具的模腔并進(jìn)行壓縮成形，從而 形成規(guī)定形狀的壓粉體。此時(shí)，成形時(shí)的溫度優(yōu)選為室溫以上、潤(rùn)滑劑的熔點(diǎn)以下。特別 是，在比潤(rùn)滑劑的熔點(diǎn)低10~20°C的溫度下進(jìn)行成形時(shí)，由于降低了粉末的屈服強(qiáng)度、提 高壓縮性，因此能夠提高成形密度。此外，必要時(shí)，可以在模具表面涂覆用于降低摩擦的被 膜（DLC被膜等）。
[0034] 若提高成形壓力，則能夠增大壓粉體的密度。另一方面，成形壓力過(guò)高時(shí)，在壓粉 體的內(nèi)部產(chǎn)生由密度不均引起的分層（lamination)(層狀剝離）、模具破損等。本實(shí)施方式 中，在1000~1400MPa左右的成形壓力下進(jìn)行壓縮成形工序，壓粉體的密度為7. 4g/cm3以 上。
[0035] 然后，燒結(jié)工序中，在規(guī)定的燒結(jié)溫度下對(duì)壓粉體進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)溫度設(shè)定在例如 1100~1350°C的范圍內(nèi)。燒結(jié)工序在氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w、氬氣等非活性氣氛下進(jìn)行。 通過(guò)對(duì)壓粉體進(jìn)行燒結(jié)，壓粉體中的石墨粉末在合金鋼粉內(nèi)固溶，存在石墨粉末的部分形 成空孔。與此同時(shí)，通過(guò)合金鋼粉的燒結(jié)結(jié)合，壓粉體整體收縮。其結(jié)果是，與石墨粉末的固 溶所引起的密度降低相比，壓粉體的收縮所引起的密度上升的效果更大，燒結(jié)體的密度比 壓粉體的密度更高。燒結(jié)體的密度設(shè)為7. 5g/cm3以上、優(yōu)選7. 55g/cm3以上、更優(yōu)選7. 6g/ cm3以上。
[0036] 此后，對(duì)燒結(jié)體實(shí)施熱處理。本實(shí)施方式中，對(duì)燒結(jié)體實(shí)施滲碳淬火回火處理。由 此，表面的硬度變高，