[发明专利]粉末冶金用合金钢粉及铁基烧结体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合用于粉末冶金技术的粉末冶金用合金钢粉，尤 其是谋求提高使用了所述合金钢粉的烧结材料的强度及韧性。

另外，本发明涉及使用上述粉末冶金用合金钢粉制成的强度及 韧性优异的铁基烧结体的制造方法。

背景技术

粉末冶金技术由于能以与制品形状非常接近的形状(所谓的近 净形状(nearnetshape))、并且能以高尺寸精度制造复杂形状的部 件，所以能够大幅降低切削成本。因此，粉末冶金制品作为各种机 械结构物或其部件而被利用于很多领域。

此外，最近，为了实现部件的小型化、轻量化，强烈期望提高 粉末冶金制品的强度，尤其是，针对铁基粉末制品(铁基烧结体) 的高强度化的要求强烈。

作为铁基烧结体的前阶段的粉末冶金用铁基粉末成型体通常可 通过以下方式制造：在铁基粉末中混合铜粉、石墨粉等合金用粉末、 和硬脂酸、硬脂酸锌等润滑剂而制成铁基粉末混合粉，将其填充到 模具中，进行加压成型，由此制造。而且，根据成分不同，铁基粉 末可被分类为铁粉(例如纯铁粉等)、合金钢粉等。另外，在基于 制法的分类中，包括雾化铁粉(atomizedironpowder)、还原铁粉等， 上述分类中的铁粉这一词语以包括合金钢粉的广义使用。

由通常的粉末冶金工序得到的粉末冶金用铁基粉末成型体的密 度一般为6.8～7.3Mg/m³左右。对于该铁基粉末成型体，随后实施烧 结处理而形成铁基烧结体，进而根据需要实施精压加工(sizing)、 切削加工等，形成粉末冶金制品。另外，在需要更高强度的情况下， 有时也在烧结后实施渗碳热处理、光亮热处理。

此处，一直以来，作为在原料粉的阶段添加合金元素而得到的 粉末，已知有下述等粉末：

(1)在纯铁粉中配合各合金元素粉末而得到的混合粉；

(2)将各元素完全合金化而得到的预合金钢粉；

(3)使各合金元素粉末在纯铁粉、预合金钢粉的表面上部分地 扩散而得到的扩散附着合金钢粉。

上述(1)所示的在纯铁粉中配合各合金元素粉末的混合粉，具 有可确保与纯铁粉相当的高压缩性的优点。然而，存在以下这样的 问题：由于各合金元素粉末的偏析大，所以特性的偏差大，另外， 合金元素未在Fe中充分扩散，成为不均匀组织的状态，无法达成有 效的基体强化。

因此，上述在纯铁粉中配合各合金元素粉末而得到的混合粉无 法应对近年来的特性稳定化、高强度化的要求，其使用量逐渐减少。

另外，上述(2)所示的将各元素完全合金化的预合金钢粉是将 钢液雾化而制造的物质，虽然其可达成基于均匀组织的基体强化， 但因固溶硬化作用而导致的压缩性降低成为课题。

此外，上述(3)所示的扩散附着合金钢粉是在纯铁粉、预合金 钢粉中配合各元素的金属粉末，并在非氧化性或还原性的气氛下进 行加热，从而在纯铁粉、预合金钢粉的表面上部分地扩散接合各金 属粉末而制造的，因此，可兼具上述(1)的铁基混合粉及上述(2) 的预合金钢粉的优点。

因此，在能够防止合金元素的偏析，并且确保与纯铁粉相当的 高压缩性的同时，可形成分散有部分合金富集相的复合组织，因此 具有基体强化的可能性，作为用于高强度目的的扩散附着合金钢粉 而进行了开发。

如上所述，为了提高粉末冶金制品的强度、韧性，可考虑高合 金化。然而，在该合金化中，作为原材料的合金钢粉硬化，压缩性 降低，产生加压成型中的设备负担增大这样的问题。另外，合金钢 粉的压缩性的降低引起烧结体的密度降低，将抵消高强度化。即， 为了提高粉末冶金制品的强度、韧性，要求在极力抑制压缩性降低 的同时使烧结体高强度化的技术。

作为上述那样的在维持压缩性的同时使烧结体高强度化的技 术，通常进行下述操作：将改善淬火性(hardenability)的Ni、Cu 及Mo等合金元素添加到铁基粉末中。作为对该目的有效的元素， 例如，专利文献1中公开了下述技术：通过以不损害压缩性的范围 (Mo：0.1～1.0质量％)将Mo作为预合金元素添加到铁粉中，进而 使Cu和Ni以粉末的形式在该铁粉的粒子表面上扩散附着，从而同 时实现压粉成型时的压缩性和烧结后的构件的强度。