專利名稱：利用粉末冶金法的燒結(jié)體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)于利用粉末冶金法的汽車(chē)用高強(qiáng)度燒結(jié)部件等而言適合的燒結(jié)體的制造方法。
背景技術(shù)：
在模具內(nèi)將鐵粉或合金鋼粉加壓成形后進(jìn)行燒結(jié)而得到燒結(jié)體的粉末冶金法，廣泛用于需要高尺寸精度的齒輪等汽車(chē)部件的制造中。作為汽車(chē)用部件使用的燒結(jié)體，通常具有約6. Og/cm3 約7. lg/cm3的密度，其通過(guò)將在原料粉(鐵粉、合金鋼粉)中混合了 Cu 粉、石墨粉、潤(rùn)滑劑等的混合粉填充在模具中并進(jìn)行加壓成形，然后對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)來(lái)制造。在汽車(chē)部件中，在制造要求高強(qiáng)度的部件(以下稱為汽車(chē)用高強(qiáng)度燒結(jié)部件)時(shí)， 將合金元素(例如Ni、Cu、Mo、Cr、Mn等)添加到鐵基粉末中而作為原料粉使用的技術(shù)得到實(shí)用化。在這種原料粉中混合Cu粉、石墨粉、潤(rùn)滑劑等后進(jìn)行加壓成形、進(jìn)而進(jìn)行燒結(jié)的步驟，與上述普通的汽車(chē)用部件相同。但是，汽車(chē)用高強(qiáng)度燒結(jié)部件，根據(jù)需要進(jìn)行光亮淬火回火處理、滲碳處理等。另外，作為添加合金元素的方法，有預(yù)先將鐵基粉末合金化(即預(yù)合金化)的方法、將含有所要求的合金元素的合金用粉末與粘合劑一起與鐵基粉末混合的方法、將合金用粉末與鐵基粉末混合(不使用粘合劑)的方法、將合金用粉末與鐵基粉末混合后保持高溫而使其冶金性地結(jié)合(即擴(kuò)散附著)的方法等。由這些方法得到的合金鋼粉(或混合粉體)的特性、合金元素的均勻度、由燒結(jié)得到的合金元素的擴(kuò)散狀態(tài)各不相同。因此，合金元素的選擇和添加方法的選擇是對(duì)燒結(jié)體的品質(zhì)產(chǎn)生巨大影響的重要因素。例如，專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了將使Ni、Cu、Mo等金屬粉末擴(kuò)散附著于鐵粉而得的粉末作為原料粉使用的技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)將原料粉加壓成形后進(jìn)行的燒結(jié)，使M、CU、Mo等從附著于鐵粉表面的金屬粉末擴(kuò)散至鐵粉中，從而使鐵粉合金化。但是，由于Ni、Cu、Mo等的擴(kuò)散需要長(zhǎng)時(shí)間，因此為了使鐵粉充分地合金化，需要長(zhǎng)時(shí)間的燒結(jié)，燒結(jié)的生產(chǎn)率降低。而且，為了得到汽車(chē)用高強(qiáng)度燒結(jié)部件所要求的強(qiáng)度，必須大量使用Ni、Cu、Mo等金屬粉末， 因此導(dǎo)致原料成本上升。此外，利用專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的技術(shù)制造的燒結(jié)體，含有Ni和Cu，存在如下問(wèn)題 M是對(duì)人體有害的元素，Cu在回收鋼材時(shí)作為有害元素而蓄積在廢鐵中。因此，正在研究不含Ni和Cu的合金鋼粉。例如，專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了含有Mo 0. 2 1.4質(zhì)量％、0 :0. 1 0. 3質(zhì)量％、C 0. 10質(zhì)量％以下、O :0. 3質(zhì)量％以下的合金鋼粉。Cr、Mo具有改善淬透性的作用，因此由這種合金鋼粉制造的燒結(jié)體具有比較高的強(qiáng)度。專利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了含有C 0. 1質(zhì)量％以下、Mn :0. 08質(zhì)量％以下、Cr :0. 5 3 質(zhì)量％、Mo :0. 1 2質(zhì)量％、S 0.01質(zhì)量％以下、P :0. 2質(zhì)量％以下、O :0. 2質(zhì)量％以下的
合金鋼粉。專利文獻(xiàn)4中公開(kāi)了含有Cr 1. 3 1. 7質(zhì)量％、Mo :0. 15 0. 3質(zhì)量％、Mn 0. 09 0. 3質(zhì)量％、C 0. 01質(zhì)量％以下、0 0. 25質(zhì)量％以下的合金鋼粉。專利文獻(xiàn)1 日本特公昭45-9649號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)昭61-117201號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)平5487452號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特表2005-530037號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，專利文獻(xiàn)2和3中公開(kāi)的合金鋼粉，無(wú)法容易地得到汽車(chē)用高強(qiáng)度燒結(jié)部件所要求的高強(qiáng)度。關(guān)于專利文獻(xiàn)2的合金鋼粉，例如，如果增加Cr、Mo的含量，則該問(wèn)題得到解決，但如果大量添加Cr、Mo，則導(dǎo)致合金鋼粉的壓縮性降低和原料成本的上升。關(guān)于專利文獻(xiàn)3的合金鋼粉，例如，如果增加Mn含量，則強(qiáng)度的問(wèn)題得到解決，但由于Mn是容易被氧化的元素，因此如果大量添加Mn，則由于加壓成形后的燒結(jié)或燒結(jié)后的熱處理而生成氧化物，燒結(jié)體的強(qiáng)度降低。對(duì)于專利文獻(xiàn)4的合金鋼粉而言，由于Cr含量多，因而合金鋼粉的壓縮性下降，燒結(jié)體的密度降低。而且，由于Cr是容易被氧化的元素，因此大量添加Cr 時(shí)，由于加壓成形后的燒結(jié)或燒結(jié)后的熱處理而生成氧化物，燒結(jié)體的強(qiáng)度降低。本發(fā)明的目的在于解決如以所述的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供一種利用粉末冶金法的燒結(jié)體的制造方法，其能夠使用不添加Ni和Cu的粉末冶金用合金粉末而廉價(jià)地制造高強(qiáng)度的燒結(jié)體。本發(fā)明人對(duì)能解決上述問(wèn)題的粉末冶金用合金鋼粉的成分條件和燒結(jié)體的制造條件進(jìn)行了詳細(xì)的研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)優(yōu)化粉末冶金用合金鋼粉的Cr含量、Mn含量、 Mo含量，并在特定的條件下對(duì)原料粉進(jìn)行高壓成形和高溫?zé)Y(jié)，能夠使用不添加Ni和Cu且 Mo的添加量較少的合金鋼粉來(lái)廉價(jià)地制造可作為汽車(chē)用高強(qiáng)度燒結(jié)部件使用的高強(qiáng)度燒結(jié)體。此外可知，即使使用氧量高于一定程度的合金鋼粉，通過(guò)在合金鋼粉中添加充足量的石墨粉末并在燒結(jié)時(shí)使石墨與氧反應(yīng)而進(jìn)行還原，也能夠抑制燒結(jié)體的強(qiáng)度降低。艮口， 上述粉末冶金用合金鋼粉，由于含有易被氧化元素Cr和Mn，因此為了降低其氧量，需要在約1100°C高溫的減壓氣氛中進(jìn)行還原處理。但是可知，即使使用沒(méi)有實(shí)施這種昂貴的還原處理、而是利用廉價(jià)的氫氣氣氛實(shí)施了還原處理的氧量高于一定程度的合金鋼粉，如果添加充足量的石墨粉末并進(jìn)行燒結(jié)，則在燒結(jié)時(shí)合金鋼粉的氧與石墨反應(yīng)而被還原除去，因此也能夠抑制燒結(jié)體的強(qiáng)度降低。但是，這種技術(shù)很可能發(fā)生燒結(jié)體中殘留的碳量的偏差，但由進(jìn)一步的研究結(jié)果可知，燒結(jié)時(shí)合金鋼粉中氧的還原所使用的石墨量，主要由合金鋼粉的Cr量、Mn量及這些元素的氧化率確定，因此給燒結(jié)體的強(qiáng)度帶來(lái)重要影響的燒結(jié)體中的C量，能夠通過(guò)額外添加由合金鋼粉的Cr量、Mn量及這些元素的氧化率確定的量的石墨來(lái)進(jìn)行控制。本發(fā)明基于上述見(jiàn)解而完成，其主旨如下。[1] 一種燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，使用粉末冶金用合金鋼粉，在700MPa以上的壓力下使上述粉末冶金用合金鋼粉或含有上述粉末冶金用合金鋼粉的混合粉末成形后，在1150°C 1300°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，其中，上述粉末冶金用合金鋼粉含有Cr :0. 3 0. 7質(zhì)量％、Mn 0. 1 0. 5質(zhì)量％、Mo :0. 1 0. 5質(zhì)量％、0 :0. 25 0. 5質(zhì)量％，余量由狗及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。[2]如上述[1]的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，混合粉末含有石墨粉末。[3]如上述[1]或[2]所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，混合粉末含有相當(dāng)于燒結(jié)體中殘留的C量和燒結(jié)時(shí)與粉末冶金用合金鋼粉中的氧反應(yīng)的C量的總和的量的石
墨粉末。[4]如上述[2]所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，在粉末冶金用合金鋼粉中添加滿足下述(1)式的條件的量Gr]的石墨粉末，[% Gr]為相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量的質(zhì)量％，[% Gr] = tX (α Χ0. 46X [% Cr]+ β Χ0. 29X [% Mn]) + y+[% C]... (1)其中，[<% Cr]粉末冶金用合金鋼粉中的Cr量，其為質(zhì)量％，[%Mn]粉末冶金用合金鋼粉中的Mn量，其為質(zhì)量％，[% C]石墨粉末中，在燒結(jié)體中殘留的C量，其為相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量的質(zhì)量％，α 粉末冶金用合金鋼粉中的Cr的氧化率，β 粉末冶金用合金粉末中的Mn的氧化率，γ 石墨粉末中，與吸附于粉末冶金用合金鋼粉的氧成分以及燒結(jié)氣氛中所含的氧成分反應(yīng)所消耗的C量，其為相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量的質(zhì)量％，其中， Y彡0.2質(zhì)量％，t :0.25 0.75。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在利用粉末冶金的燒結(jié)體的制造方法中，能夠使用不添加M和Cu且 Mo的添加量較少的合金鋼粉而廉價(jià)地制造可作為汽車(chē)用高強(qiáng)度燒結(jié)部件使用的高強(qiáng)度燒結(jié)體。


圖1是表示對(duì)實(shí)施例2的試樣編號(hào)2、5 7的成形壓力和拉伸強(qiáng)度之間的關(guān)系與作為現(xiàn)有高強(qiáng)度材料的試樣編號(hào)8 11的成形壓力和拉伸強(qiáng)度之間的關(guān)系進(jìn)行比較的圖。
具體實(shí)施例方式首先，對(duì)本發(fā)明中使用的粉末冶金用合金鋼粉(以下有時(shí)僅稱為“合金鋼粉”)的化學(xué)成分及其限定理由進(jìn)行說(shuō)明。Cr :0· 3 0. 7 質(zhì)量％Cr是提高淬透性的元素，通過(guò)燒結(jié)后的淬火使馬氏體相變發(fā)生，由此具有提高燒結(jié)體強(qiáng)度的效果。如果Cr含量小于0.3質(zhì)量％，則其效果不充分。另一方面，如果Cr含量超過(guò)0. 7質(zhì)量％，則由于固溶硬化，各粒子的硬度增加，且合金鋼粉的氧量增加，由此加壓成形時(shí)的壓縮性降低。而且，由于燒結(jié)后的淬火時(shí)利用氣氛的氧化增加，因此無(wú)法期待由淬透性提高引起的燒結(jié)體強(qiáng)度的大幅提高，反而由壓縮性降低引起的燒結(jié)體強(qiáng)度的降低變得顯著。因此，使Cr含量為0.3 0.7質(zhì)量％。Mn :0. 1 0. 5 質(zhì)量 ％
Mn是提高淬透性的元素，通過(guò)燒結(jié)后的淬火使馬氏體相變發(fā)生，由此具有提高燒結(jié)體強(qiáng)度的效果。如果Mn含量小于0. 1質(zhì)量％，則其效果不充分。另一方面，如果Mn含量超過(guò)0. 5質(zhì)量％，則由于固溶硬化，各粒子的硬度增加，且合金鋼粉的氧量增加，由此加壓成形時(shí)的壓縮性降低，燒結(jié)體的強(qiáng)度降低。此外，在弱氧化性氣氛(例如烴改性氣體氣氛等)中進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，如果過(guò)量含有Mn，則燒結(jié)后的淬火時(shí)利用氣氛的氧化增加，因此無(wú)法期待由淬透性提高引起的燒結(jié)體強(qiáng)度的大幅提高，反而由壓縮性降低引起的燒結(jié)體強(qiáng)度的降低變得顯著。因此，Mn含量為0. 1 0.5質(zhì)量％，優(yōu)選為0. 1 0.25質(zhì)量％。Mo :0. 1 0. 5 質(zhì)量 ％Mo通過(guò)淬透性提高、固溶強(qiáng)度及析出強(qiáng)化而具有提高燒結(jié)體強(qiáng)度的效果。如果Mo 含量小于0. 1質(zhì)量％，則其效果不充分。另一方面，如果Mo含量超過(guò)0. 5質(zhì)量％，則加壓成形時(shí)的壓縮性降低，因此無(wú)法期待燒結(jié)體強(qiáng)度的大幅提高，反而伴隨著Mo的添加量增加而原料成本顯著上升。因此，使Mo含量為0. 1 0. 5質(zhì)量％。0 :0· 25 0. 5 質(zhì)量％為了使0含量小于0.25質(zhì)量％，需要在非常潔凈的還原氣氛中或減壓氣氛下的還原處理，制造成本增大。另一方面，如果0含量超過(guò)0. 5質(zhì)量％，則壓縮性降低，且燒結(jié)受到阻礙，因此燒結(jié)體的強(qiáng)度降低。因此，使0含量為0. 25 0. 5質(zhì)量％，優(yōu)選為0. 25 0. 35
質(zhì)量％。通常，在含有Cr、Mn等易被氧化元素的合金鋼粉中，如果想要減少0含量，則需要在非常潔凈的還原氣氛中或減壓氣氛下的還原處理，制造成本增大。針對(duì)這種情況，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，即使通過(guò)在廉價(jià)的普通還原氣氛中進(jìn)行還原處理而使合金鋼粉中的0含量高達(dá)一定程度，也能夠在之后的燒結(jié)工序中將合金鋼粉中的氧還原。因此，在本發(fā)明中，使合金鋼粉中的0含量為0. 25 0. 5質(zhì)量％，比含有普通的易被氧化元素的合金鋼粉高。上述成分以外的余量為！^及不可避免的雜質(zhì)。另外，本發(fā)明中使用的合金鋼粉， 優(yōu)選使C含量為0. 01質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為0. 005質(zhì)量％以下。如果C含量超過(guò)0. 01質(zhì)量％，則合金鋼粉的各粒子的硬度過(guò)高，因此加壓成形時(shí)的壓縮性降低，燒結(jié)體的強(qiáng)度容易降低。例如，如下制造上述的合金鋼粉。將具有規(guī)定的化學(xué)成分的合金鋼熔煉，通過(guò)水霧化法制造合金鋼粉。在這種水霧化法中，操作條件和所使用裝置的構(gòu)成沒(méi)有特別的限制，使用現(xiàn)有公知的技術(shù)即可。然后， 對(duì)該合金鋼粉實(shí)施還原熱處理。關(guān)于該還原熱處理，操作條件和所使用裝置的構(gòu)成沒(méi)有特別的限制，使用現(xiàn)有公知的技術(shù)在氫氣氣氛等還原性氣氛或真空氣氛中進(jìn)行即可。另外，在本發(fā)明中，由于通過(guò)根據(jù)需要在合金鋼粉中添加的石墨粉末能夠在之后的燒結(jié)工序中除去合金鋼粉中的氧，因此能夠使用廉價(jià)的氫氣氛進(jìn)行還原處理。還原處理溫度也沒(méi)有特別的限制，例如為約800°C 約1000°C。從成本的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為950°C以下。下面，對(duì)本發(fā)明的制造條件進(jìn)行說(shuō)明。在本發(fā)明中，根據(jù)需要在上述合金鋼粉中添加其他金屬粉末、石墨粉末、潤(rùn)滑劑等 1種以上并混合后，將合金鋼粉或含有上述物質(zhì)的混合粉填充至模具中進(jìn)行加壓成形，然后進(jìn)行燒結(jié)，從而得到燒結(jié)體。作為上述潤(rùn)滑劑，可以使用例如硬脂酸鋅、硬脂酸鋰、油酸、硬脂酸酰胺、乙撐雙硬脂酰胺等公知的潤(rùn)滑劑中的1種以上。相對(duì)于合金鋼粉的質(zhì)量，潤(rùn)滑劑的混合量?jī)?yōu)選為 0. 2 1質(zhì)量％。作為其他的金屬粉末，可以列舉例如Cu粉、Ni粉等。即，在本發(fā)明中，即使沒(méi)有這些金屬也能得到足夠的燒結(jié)體強(qiáng)度，但為了得到更有利的特性，也可以混合各自約4%以下的這些金屬粉末。還可以混合金屬粉末以外的合金用粉末或切削性改善用粉末等。例如，作為合金用粉末，可以列舉磷化鐵粉等，作為切削性改善用粉末，可以列舉硫化錳粉末等。關(guān)于上述石墨粉末，在為了進(jìn)一步提高燒結(jié)性而使合金鋼粉的氧降低的情況下， 可以添加相當(dāng)于燒結(jié)體中殘留的C量和燒結(jié)時(shí)與合金鋼粉中的氧反應(yīng)的C量的總和的量的石墨粉末。即，在后述的燒結(jié)溫度的范圍內(nèi)，合金鋼粉中的氧，與合金鋼粉中的Cr和Mn相比更容易與C發(fā)生反應(yīng)，與以石墨粉末的形態(tài)提供的C結(jié)合，以CO氣體的形式被還原除去。 由于燒結(jié)體中殘留的C量減少，因此為了使燒結(jié)體中殘留所要求的C量，可以事先額外添加該C量的減少部分(即，燒結(jié)時(shí)與合金鋼粉中的氧反應(yīng)的C量)。燒結(jié)體中殘留的C量給燒結(jié)體的強(qiáng)度帶來(lái)大的影響，因此控制燒結(jié)體中殘留的C 量、即預(yù)先確定與合金鋼粉中的氧反應(yīng)的C量是極為重要的。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)時(shí)合金鋼粉中的氧的還原所使用的石墨量，主要由合金鋼粉的Cr量、Mn量及這些元素的氧化率確定，因此，燒結(jié)體中殘留的C量，能夠通過(guò)額外添加由合金鋼粉的Cr量、Mn 量及這些元素的氧化率確定的量的石墨而進(jìn)行控制。具體而言，可以預(yù)先求出合金鋼粉中的Cr量[%Cr]和Mn量Mn]、以及合金鋼粉中的Cr的氧化率α和Mn的氧化率β，相對(duì)于燒結(jié)體中殘留的C量C]，通過(guò)下述 (1)式求出石墨粉末的添加量Gr](相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量的質(zhì)量％ )，通過(guò)在合金鋼粉中添加石墨粉末，能夠容易地將燒結(jié)體中的C量控制為所要求的量。因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選在粉末冶金用合金粉末中添加滿足下述(1)式的條件的量Gr](相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量的質(zhì)量％)的石墨粉末。[% Gr] = tX (α Χ0. 46X [% Cr]+ β Χ0. 29X [% Mn]) + y+[% C]... (1)其中，Cr]粉末冶金用合金鋼粉中的Cr量(質(zhì)量％ )，[% Mn]粉末冶金用合金鋼粉中的Mn量(質(zhì)量％ )，[% C]石墨粉末中，在燒結(jié)體中殘留的C量(相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量的質(zhì)量％ )，α 粉末冶金用合金鋼粉中的Cr的氧化率，β 粉末冶金用合金粉末中的Mn的氧化率，γ :石墨粉末中，與吸附于粉末冶金用合金鋼粉的氧成分以及燒結(jié)氣氛中所含的氧成分反應(yīng)所消耗的C量(相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量的質(zhì)量％ )。其中，Y < 0. 2
質(zhì)量％，t :0.25 0.75。在上述(1)式中，α Χ0. 46X [% Cr]是用于將與合金鋼粉中含有的Cr結(jié)合的氧還原所需要的C量，此外，β Χ0. 29Χ[%Μη]是用于將與合金鋼粉中含有的Mn結(jié)合的氧還原所需要的C量，對(duì)于含有易被氧化元素Cr和Mn的合金鋼粉而言是固有值。即，0. 46是通過(guò)Cr :52 (原子量)、0 16 (原子量)由2Cr+30 = Cr2O3的關(guān)系計(jì)算出的系數(shù)，0. 29是通過(guò)Mn 55(原子量)、0 16 (原子量)由Mn+0 = MnO的關(guān)系計(jì)算出的系數(shù)。此外，在上述⑴式中，系數(shù)t的上限0. 75，是指在與合金鋼粉中的Cr及Mn結(jié)合的氧的總量被還原的情況下，認(rèn)為0和C以C+0 = CO的形式反應(yīng)，從而由C和0的質(zhì)量比 (12 16 = 0.75 1)計(jì)算而得到的值。但是，根據(jù)燒結(jié)條件等的不同，存在Cr氧化物和 Mn氧化物的總量沒(méi)有被還原的情況，因此考慮到?jīng)]有被還原而殘存的氧的量，系數(shù)t具有 0. 25 0. 75的范圍。系數(shù)t可以結(jié)合燒結(jié)體的制造條件而限制為0. 25 0. 75的范圍內(nèi)的、更窄的數(shù)值范圍或數(shù)值(例如t = 0. 4 0. 75、t = 0. 5 0. 75、t = 0. 5、t = 0. 75
寸乂 O此外，氧化率α =[粉末冶金用合金鋼粉中以氧化物的形式含有的Cr量]/[粉末冶金用合金鋼粉中的Cr量]，氧化率β =[粉末冶金用合金鋼粉中以氧化物的形式含有的 Mn量]/[粉末冶金用合金鋼粉中的Mn量]。以氧化物的形式含有Cr量、Mn量可以如下測(cè)定將粉末冶金用合金鋼粉溶解在醇中溶解有溴或碘等的鹵素-醇溶液中，通過(guò)原子吸收光譜法分析其提取殘?jiān)械慕饘俪煞?。另外，使用的金屬鋼粉的氧化率α、β沒(méi)有特別的限制，但為了使(α Χ0. 46Χ [% CrJ + β Χ0. 29Χ [%Μη])的值小于0· 05質(zhì)量％，需要非常潔凈的還原氣氛或減壓氣氛，成本增大，因此優(yōu)選使(a X0.46X[% Cr] + i3 Χ0.
Mn])的值達(dá)到0. 05質(zhì)量％以上的氧化率α、β。此外，Υ是指所添加的石墨粉末中，在與吸附于粉末冶金用合金鋼粉的粒子表面的氧成分(含氧氣體，以水分的形態(tài)吸附的氧成分)和燒結(jié)氣氛中含有的氧成分(含氧氣體，以水分的形式含有的氧成分)的反應(yīng)中消耗的C量。γ的值可以基于經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定， 也可以研究通常的在類似的成形和燒結(jié)條件下處理純鐵粉時(shí)的C消耗量，將該C消耗量作為Y。其中，使Y為0.2質(zhì)量％以下。如果γ超過(guò)0.2質(zhì)量％，則由于在不需要消耗碳的條件下制造燒結(jié)體的可能性高，因此優(yōu)選采取降低吸附于上述粒子表面的氧成分或燒結(jié)氣氛中含有的氧成分的措施。另一方面，為了使Y小于0.01質(zhì)量％，需要在到燒結(jié)為止的所有工序中進(jìn)行嚴(yán)格的氧化管理，由于對(duì)制造成本也有影響，因此通常優(yōu)選Y為0.01質(zhì)量％ 以上。另外，實(shí)際添加的石墨粉末量相對(duì)于目標(biāo)值Gr]的精度可以根據(jù)目的來(lái)確定。 例如，可以在Gr] 士0.05質(zhì)量％的范圍內(nèi)?；蛘撸部梢韵鄬?duì)于Gr]在0.05質(zhì)量％ 單位、0.1質(zhì)量％單位等預(yù)定的單位范圍內(nèi)變動(dòng)。另一方面，當(dāng)然也可以設(shè)定為相對(duì)于 Gr]在0. 01質(zhì)量％單位或更小的精度。通過(guò)使用由上述(1)式確定的量的石墨粉末，能夠使來(lái)自燒結(jié)體中殘留的石墨的 C量至少在約C] 士0.05質(zhì)量％的范圍內(nèi)。以下，為了便于說(shuō)明，將加壓成形和燒結(jié)的“合金鋼粉或含有合金鋼粉的混合粉” 稱為“原料粉末”。在原料粉末的加壓成形中，所使用的裝置的構(gòu)成等沒(méi)有特別的限制，但需要在 700MPa以上的壓力下進(jìn)行成形。如果成形壓力小于700MPa，則無(wú)法得到足夠強(qiáng)度的燒結(jié)體。此外，在燒結(jié)后進(jìn)行滲碳淬火處理(通常，在滲碳性氣體氣氛中加熱使C固溶(滲碳) 于燒結(jié)體后，在油中進(jìn)行淬火的處理)時(shí)，如果成形壓力小于700MPa，則所得到的成形體的密度不充分，因滲碳性氣體氣氛中含有的氧而發(fā)生晶界氧化(由于滲碳性氣體氣氛中含有的氧與燒結(jié)體中的易被氧化元素Cr、Mn結(jié)合而發(fā)生的晶界氧化)，燒結(jié)體(熱處理體)強(qiáng)度降低。與此相對(duì)，如果在700MPa以上的成形壓力下進(jìn)行成形，則能得到充分的密度的成形體，因此，即使在燒結(jié)后進(jìn)行滲碳淬火處理時(shí)晶界氧化也難以發(fā)生，能夠得到足夠強(qiáng)度的熱處理體。此外，加壓成形優(yōu)選在室溫(約20°C) 160°C的溫度下進(jìn)行。例如，如果將模具的溫度維持在50 70°C，并填充室溫的原料粉末進(jìn)行加壓成形，則能夠得到良好的壓縮性。此外，也可以使用將模具和原料粉末加熱至120 130°C后進(jìn)行加壓成形的技術(shù)(即熱成形)。上述加壓成形后的燒結(jié)需要在1150 1300°C的溫度下進(jìn)行。如果燒結(jié)溫度低于 1150°C，則上述氧的還原反應(yīng)變得不充分，粉末粒子的結(jié)合不充分，因此無(wú)法得到足夠強(qiáng)度的燒結(jié)體。另一方面，如果燒結(jié)溫度超過(guò)1300°C，則發(fā)生晶粒的粗大化，強(qiáng)度反而降低。此外，從制造成本的觀點(diǎn)出發(fā)，特別優(yōu)選燒結(jié)溫度為1150 1200°C。此外，在上述燒結(jié)溫度下的燒結(jié)時(shí)間，從燒結(jié)性和制造成本的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選為約 20分鐘 約120分鐘。此外，進(jìn)行燒結(jié)的氣氛，使用還原氣體、惰性氣體、烴改性氣體(即RX氣體)等。此外，也可以使氣氛為真空。本發(fā)明中使用的合金鋼粉，由于減少了易被氧化元素Cr、Mo的混合量，因此，即使在RX氣體氣氛中進(jìn)行燒結(jié)也能夠抑制晶界氧化，能得到作為汽車(chē)用高強(qiáng)度燒結(jié)部件等的充分的特性。所使用的燒結(jié)設(shè)備等沒(méi)有特別的限制，從削減燒結(jié)成本的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用可大量生產(chǎn)的網(wǎng)帶爐或推送式爐。另外，所得的燒結(jié)體的氧含量沒(méi)有特別的限制，但通常優(yōu)選降低至0. 1質(zhì)量％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 05質(zhì)量％以下。此外，燒結(jié)體C量也沒(méi)有特別的限制，但通常為約0. 1
質(zhì)量％ 約0.9質(zhì)量％。如上得到的燒結(jié)體，即使在燒結(jié)后的狀態(tài)下也可以作為汽車(chē)用高強(qiáng)度燒結(jié)部件使用。但是，也可以根據(jù)需要實(shí)施滲碳淬火(即CQT)、光亮淬火(即BQT)、高頻淬火、滲碳氮化熱處理等熱處理。在實(shí)施滲碳淬火、光亮淬火、高頻淬火時(shí)，優(yōu)選進(jìn)一步進(jìn)行回火。通過(guò)進(jìn)行這些熱處理，作為汽車(chē)用高強(qiáng)度燒結(jié)部件的特性進(jìn)一步提高。另外，在這些熱處理中， 操作條件和所使用的裝置的構(gòu)成沒(méi)有特別的限制，使用現(xiàn)有公知的技術(shù)即可。實(shí)施例[實(shí)施例1]使用向表1所示組成的合金鋼粉中添加使燒結(jié)后的C量(燒結(jié)體C量)為0.3質(zhì)量％的量的石墨粉末并進(jìn)行混合而得到的原料粉末。將該原料粉末在700MPa的成形壓力下成形為底面為10mmX60mm的長(zhǎng)方體狀成形體，在氮?dú)鈿夥罩小?200°C下進(jìn)行燒結(jié)。對(duì)該長(zhǎng)方體狀燒結(jié)體實(shí)施滲碳淬火回火后，測(cè)定拉伸強(qiáng)度和沖擊值，同時(shí)觀察金屬組織。此外， 對(duì)滲碳淬火回火前的燒結(jié)體進(jìn)行C分析。將這些結(jié)果一并示于表1。在表1中，合金鋼粉的Cr量少的試樣編號(hào)1 (比較例)，由于生成的馬氏體量少，因此燒結(jié)體的拉伸強(qiáng)度低。另一方面，Cr量過(guò)多的試樣編號(hào)4(比較例)，由于發(fā)生了晶界氧化，因此該情況下燒結(jié)體的拉伸強(qiáng)度也低。與此相對(duì)，作為本發(fā)明例的試樣編號(hào)2、3，由于確保了充分的淬透性，因此燒結(jié)體具有IOOOMPa以上的高拉伸強(qiáng)度。另外，合金鋼粉的Mn量少的試樣編號(hào)5 (比較例)，由于生成的馬氏體量少，因此燒結(jié)體的拉伸強(qiáng)度低。另一方面，Mn量過(guò)多的試樣編號(hào)8 (比較例)，由于發(fā)生了晶界氧化，因此該情況下燒結(jié)體的拉伸強(qiáng)度也低。與此相對(duì)，作為本發(fā)明例的試樣編號(hào)6、7，由于確保了充分的淬透性，因此燒結(jié)體具有IOOOMPa以上的高拉伸強(qiáng)度。另外，合金鋼粉的Mo量少的試樣編號(hào)9 (比較例)，由于生成的馬氏體量少，因此燒結(jié)體的拉伸強(qiáng)度低。另一方面，Mo量過(guò)多的試樣編號(hào)12 (比較例)，由于原料粉體的壓縮性降低，因此該情況下燒結(jié)體的拉伸強(qiáng)度也低。與此相對(duì)，作為本發(fā)明例的試樣編號(hào)10、11，由于確保了充分的淬透性，因此燒結(jié)體具有IOOOMPa以上的高拉伸強(qiáng)度。另外，合金鋼粉的0量過(guò)多的試樣編號(hào)16(比較例)，由于原料粉體的壓縮性降低，因此燒結(jié)體的拉伸強(qiáng)度低。與此相對(duì)，作為本發(fā)明例的試樣編號(hào)13 15的燒結(jié)體具有 IOOOMPa以上的高拉伸強(qiáng)度。表 權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，使用粉末冶金用合金鋼粉，在700MPa以上的壓力下使所述粉末冶金用合金鋼粉或含有所述粉末冶金用合金鋼粉的混合粉末成形后，在 1150°C 1300°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，其中，所述粉末冶金用合金鋼粉含有Cr :0. 3 0. 7質(zhì)量％、]^ 0. 1 0. 5質(zhì)量％、Mo :0. 1 0. 5質(zhì)量％、0 :0. 25 0. 5質(zhì)量％，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，混合粉末含有石墨粉末。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，混合粉末含有相當(dāng)于燒結(jié)體中殘留的C量和燒結(jié)時(shí)與粉末冶金用合金鋼粉中的氧反應(yīng)的C量的總和的量的石墨粉末。
4.如權(quán)利要求2所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，在粉末冶金用合金鋼粉中添加滿足下述(1)式的條件的量Gr]的石墨粉末，[% Gr]為相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量的質(zhì)量％，[% Gr] = tX (α X0. 46X [% CrJ + β X0. 29X [% Mn]) + y+[% C] — (1) 其中，[%Cr]粉末冶金用合金鋼粉中的Cr量，其為質(zhì)量％， [%Mn]粉末冶金用合金鋼粉中的Mn量，其為質(zhì)量％，[%C]石墨粉末中，在燒結(jié)體中殘留的C量，其為相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量的質(zhì)量％，α 粉末冶金用合金鋼粉中的Cr的氧化率， β 粉末冶金用合金粉末中的Mn的氧化率，Y 石墨粉末中，與吸附于粉末冶金用合金鋼粉的氧成分以及燒結(jié)氣氛中所含的氧成分反應(yīng)所消耗的C量，其為相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量的質(zhì)量％，其中，Y <0.2質(zhì)量％，t 0. 25 0. 75。
全文摘要
在利用粉末冶金法的燒結(jié)體的制造方法中，使用粉末冶金用合金鋼粉，在700MPa以上的壓力下使所述粉末冶金用合金鋼粉或含有所述粉末冶金用合金鋼粉的混合粉末成形后，在1150℃～1300℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，由此，使用不添加Ni和Cu的粉末冶金用合金鋼粉廉價(jià)地制造高強(qiáng)度的燒結(jié)體，其中，所述粉末冶金用合金鋼粉含有Cr0.3～0.7質(zhì)量％、Mn0.1～0.5質(zhì)量％、Mo0.1～0.5質(zhì)量％、O0.25～0.5質(zhì)量％，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
文檔編號(hào)C22C33/02GK102165083SQ20098013763
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者宇波繁, 尾崎由紀(jì)子, 山西祐司, 筒井唯之 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社