粉末冶金用合金鋼粉及鐵基燒結體的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合用于粉末冶金技術的粉末冶金用合金鋼粉，尤其是謀求提高使用 了所述合金鋼粉的燒結材料的強度及韌性。
[0002] 另外，本發(fā)明涉及使用上述粉末冶金用合金鋼粉制成的強度及韌性優(yōu)異的鐵基燒 結體的制造方法。
【背景技術】
[0003] 粉末冶金技術由于能以與制品形狀非常接近的形狀(所謂的近凈形狀(near net shape))、并且能以高尺寸精度制造復雜形狀的部件，所以能夠大幅降低切削成本。因此，粉 末冶金制品作為各種機械結構物或其部件而被利用于很多領域。
[0004] 此外，最近，為了實現(xiàn)部件的小型化、輕量化，強烈期望提高粉末冶金制品的強度， 尤其是，針對鐵基粉末制品(鐵基燒結體)的高強度化的要求強烈。
[0005] 作為鐵基燒結體的前階段的粉末冶金用鐵基粉末成型體通?？赏ㄟ^以下方式制 造:在鐵基粉末中混合銅粉、石墨粉等合金用粉末、和硬脂酸、硬脂酸鋅等潤滑劑而制成鐵 基粉末混合粉，將其填充到模具中，進行加壓成型，由此制造。而且，根據(jù)成分不同，鐵基粉 末可被分類為鐵粉(例如純鐵粉等）、合金鋼粉等。另外，在基于制法的分類中，包括霧化鐵 粉(atomized iron powder)、還原鐵粉等，上述分類中的鐵粉這一詞語以包括合金鋼粉的 廣義使用。
[0006] 由通常的粉末冶金工序得到的粉末冶金用鐵基粉末成型體的密度一般為6.8~ 7.3Mg/m3左右。對于該鐵基粉末成型體，隨后實施燒結處理而形成鐵基燒結體，進而根據(jù)需 要實施精壓加工(sizing)、切削加工等，形成粉末冶金制品。另外，在需要更高強度的情況 下，有時也在燒結后實施滲碳熱處理、光亮熱處理。
[0007] 此處，一直以來，作為在原料粉的階段添加合金元素而得到的粉末，已知有下述等 粉末：
[0008] (1)在純鐵粉中配合各合金元素粉末而得到的混合粉；
[0009] (2)將各元素完全合金化而得到的預合金鋼粉；
[0010] (3)使各合金元素粉末在純鐵粉、預合金鋼粉的表面上部分地擴散而得到的擴散 附著合金鋼粉。
[0011] 上述（1)所示的在純鐵粉中配合各合金元素粉末的混合粉，具有可確保與純鐵粉 相當?shù)母邏嚎s性的優(yōu)點。然而，存在以下這樣的問題：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中充分擴散，成為不均勻組織的狀態(tài)，無法達成有效 的基體強化。
[0012] 因此，上述在純鐵粉中配合各合金元素粉末而得到的混合粉無法應對近年來的特 性穩(wěn)定化、高強度化的要求，其使用量逐漸減少。
[0013] 另外，上述(2)所示的將各元素完全合金化的預合金鋼粉是將鋼液霧化而制造的 物質，雖然其可達成基于均勻組織的基體強化，但因固溶硬化作用而導致的壓縮性降低成 為課題。
[0014] 此外，上述(3)所示的擴散附著合金鋼粉是在純鐵粉、預合金鋼粉中配合各元素的 金屬粉末，并在非氧化性或還原性的氣氛下進行加熱，從而在純鐵粉、預合金鋼粉的表面上 部分地擴散接合各金屬粉末而制造的，因此，可兼具上述（1)的鐵基混合粉及上述(2)的預 合金鋼粉的優(yōu)點。
[0015] 因此，在能夠防止合金元素的偏析，并且確保與純鐵粉相當?shù)母邏嚎s性的同時，可 形成分散有部分合金富集相的復合組織，因此具有基體強化的可能性，作為用于高強度目 的的擴散附著合金鋼粉而進行了開發(fā)。
[0016] 如上所述，為了提高粉末冶金制品的強度、韌性，可考慮高合金化。然而，在該合金 化中，作為原材料的合金鋼粉硬化，壓縮性降低，產生加壓成型中的設備負擔增大這樣的問 題。另外，合金鋼粉的壓縮性的降低引起燒結體的密度降低，將抵消高強度化。即，為了提高 粉末冶金制品的強度、韌性，要求在極力抑制壓縮性降低的同時使燒結體高強度化的技術。
[0017] 作為上述那樣的在維持壓縮性的同時使燒結體高強度化的技術，通常進行下述操 作:將改善淬火性(harden ability)的Ni、Cu及Mo等合金元素添加到鐵基粉末中。作為對該 目的有效的元素，例如，專利文獻1中公開了下述技術:通過以不損害壓縮性的范圍(M 〇:0.1 ~1.0質量％)將Mo作為預合金元素添加到鐵粉中，進而使Cu和Ni以粉末的形式在該鐵粉的 粒子表面上擴散附著，從而同時實現(xiàn)壓粉成型時的壓縮性和燒結后的構件的強度。
[0018] 另外，專利文獻2中提出了使2種以上的合金元素、尤其是Mo和Ni、或再加上Cu在鋼 鐵粉表面上擴散附著而成的用于高強度燒結體的粉末冶金用合金鋼粉。
[0019] 該技術還提出了對各擴散附著元素進行控制，以使得相對于粒徑為44μπι以下的微 粒粉的擴散附著濃度落在相對于該鋼鐵粉整體的擴散附著濃度的0.9~1.9倍的范圍內，認 為通過限制在該較寬的范圍內，可確保燒結體的沖擊韌性。
[0020] 另一方面，在此之前，還提出了以Mo為主要合金元素、且不含Ni、Cu的Mo系合金鋼 粉。例如，專利文獻3中，為了形成自擴散速度快的Fe的α單相而促進燒結，提出了以1.5~20 質量％的范圍包含鐵素體穩(wěn)定化元素 Mo作為預合金的合金鋼粉。對于該合金鋼粉而言，認 為通過使粒徑分布等適合于加壓燒結這樣的工序，可得到高密度的燒結體，另外，認為通過 不使用擴散附著型的合金元素，可得到均勻且穩(wěn)定的組織。
[0021] 同樣地，作為以Mo為主要合金元素的粉末冶金用合金鋼粉，有專利文獻4中公開的 技術。該技術提出了使〇. 2~10.0質量％的此在鐵基粉末的表面上擴散附著而得到的合金 鋼粉，所述鐵基粉末含有1.0質量％以下的Mn、或進一步含有小于0.2質量％的此作為預合 金。鐵基粉末可使用霧化鐵粉，另外也可使用還原鐵粉，認為使平均粒徑為30~120μπι是合 適的。而且認為，該合金鋼粉不僅壓縮性優(yōu)異，而且可得到高密度并且高強度的燒結部件。 [0022]現(xiàn)有技術文獻
[0023]專利文獻
[0024] 專利文獻1:日本特公昭63-66362號公報 [0025] 專利文獻2:日本特開昭61-130401號公報 [0026] 專利文獻3:日本特公平6-89365號公報 [0027] 專利文獻4:日本特開2002-146403號公報

【發(fā)明內容】

[0028]發(fā)明所要解決的課題
[0029]然而，在專利文獻1及2中記載的技術中，將Ni作為必需的添加成分，但由于Ni在燒 結時擴散慢，所以為了使Ni在鐵粉、鋼鐵粉中充分擴散，需要長時間的燒結。
[0030] 另外，專利文獻3中記載的技術中，Mo添加量較高，為1.8質量％以上，壓縮性低，因 而存在無法獲得高成型密度的缺點。因此，在應用通常的燒結工序(不進行加壓地進行1次 燒結)時，存在只能得到低燒結密度的產物而得不到充分的強度、韌性這樣的問題。
[0031] 此外，專利文獻4中記載的技術是適合于包括燒結體的再壓縮及再燒結的粉末冶 金工序的技術。即，有在通常的燒結法中無法充分發(fā)揮前述的效果這樣的問題。
[0032] 結果，通過發(fā)明人們的研究發(fā)現(xiàn)，使用了上述專利文獻1~4中記載的任一種合金 鋼粉的燒結體，均難以高水平地同時實現(xiàn)強度和韌性。
[0033] 本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而開發(fā)的，其目的在于克服上述的現(xiàn)有技術的問題，提出 一種粉末冶金用合金鋼粉，使用該粉末冶金用合金鋼粉，能夠高水平地同時實現(xiàn)使用了該 粉末冶金用合金鋼粉的燒結體的強度和韌性。
[0034]用于解決課題的手段
[0035]為了達成上述目的，發(fā)明人們對鐵基粉末的合金成分及其添加手段反復進行了各 種研究，結果獲得如下所述的見解。
[0036] 即，獲得了以下見解:使用在鐵基粉末表面上附著含Mo合金粉末而得到的粉末冶 金用合金鋼粉，并且所述粉末冶金用合金鋼粉的比表面積為〇.l〇〇m2/g以上、且在所述粉末 冶金用合金鋼粉中含有0.2~1.5質量％的此，通過使用這樣的粉末冶金用合金鋼粉，從而 在對該合金鋼粉進行成型、燒結時，其燒結性優(yōu)異，因此，燒結體的氣孔適度微細化，燒結體 的強度和燒結體的韌性均提高。
[0037] 本發(fā)明是基于上述見解而完成的。
[0038] gp，本發(fā)明的主要構成如下所述。
[0039] 1. 一種粉末冶金用合金鋼粉，其是在鐵基粉末的表面上附著含Mo合金粉末而得到 的，其中，該粉末冶金用合金鋼粉的比表面積為〇.l〇〇m2/g以上，并且該粉末冶金用合金鋼 粉中的Mo量為0.2~1.5質量％的范圍，進而，相對于該粉末冶金用合金鋼粉100質量％，以