專利名稱：燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼粉末和燒結體的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于獲得尺寸精度良好的高硬度、高耐腐蝕性的馬氏體系不銹鋼和合金工具鋼的復雜形狀零件的有效的金屬射出成形(MIM)用合金鋼粉末以及燒結體。
背景技術：
作為為了獲得高硬度、高耐腐蝕性的燒結體的金屬射出成型用粉末，一直以來使用SKD11、SUS420、SUS440C等。以這些Cr碳化物為主體而獲得硬度的鋼類，在其燒結溫度范圍中呈現奧氏體相，為使燒結進行的元素移動(擴散)速度比鐵素體相慢，燒結性不好。另一方面，如果為進行燒結將溫度提高到液相出現的溫度范圍的話，則一下生成大量的液相，碳化物在結晶粒界面上形成網狀，使制品強度顯著下降，或甚至出現無法保持制品形狀的變形。為避免上述情況的發生，必須將燒結溫度控制在±5℃，即10℃左右的非常窄的溫度范圍內進行燒結。由此，不得不犧牲生產率而限制燒結爐的可能使用領域。
發明內容
本發明目的在于提供消除作為上述現有的燒結用合金的問題的制品強度的降低、燒結控制困難的，有利于改善制品特性以及提高燒結爐的生產率的金屬射出成型用合金鋼粉末以及燒結體。
為解決上述課題，本發明構成如下。
(1)一種燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼粉末，其特征在于由以質量％計，C0.1～1.8％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質構成。
(2)一種改善燒結體后的金屬射出成型用合金鋼粉末，其特征在于由以質量％計，C0.1～1.8％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Mo、V、W的至少一種5.0％或5.0％以下、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質構成。
(3)上述(2)所述的燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼粉末，其中Mo、V、W的至少一種為0.3～1.6％。
(4)一種燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結體，其特征在于由以質量％計，C0.1～1.7％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質構成。
(5)一種燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結體，其特征在于由以質量％計，C0.1～1.7％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Mo、V、W的至少一種5.0％或5.0％以下、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質構成。
(6)上述(5)所述的燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結體，其中Mo、V、W的至少一種為0.3～1.6％。
本發明的著眼點在于通過在以Cr碳化物為主體的鋼類中添加Nb碳化物，生成擴散性低的Nb碳化物。該Nb碳化物由于擴散速度低，所以在燒結金屬射出成型物時很難擴散粗大化，另外，Cr碳化物也以Nb碳化物為核而析出。
利用該Nb碳化物的銷止動作用，與只存在Cr碳化物的情況相比較，可以抑制碳化物的粗大化、網狀化。
在本發明的組成中，C是形成碳化物而增加硬度，構成馬氏體組織。粉末的C量的范圍優選0.1～1.8％。燒結溫度和燒結密度隨著C的量的變化而變化。因此，粉末成型時，添加適量石墨，將燒結品的C量調整到0.1～1.7％。這樣，在容易控制的溫度下制造燒結密度高的燒結體成為可能。使粉末、燒結體的C量的下限量均為0.1％，是達到為制造上述Nb碳化物所必要的最低量，同時為在基質中固溶C制造馬氏體所需的最低量。使粉末C量的上限為1.8％，燒結體C量的上限為1.7％，是因為燒結時從粉末中消失的C量，而在燒結體中C形成Cr碳化物而提高硬度，即使含量超過1.7％硬度也不再提高，反而韌性下降。
Si提高脫氧、熱水流動性。其量如果小于0.3％，則氧的量變多，熱水流動性變壞。如果大于1.2％則可淬硬性變壞。
Mn如果小于0.1％則熱水流動性變壞，另外，如果大于0.5％則與氧結合，粉末的氧量增加。因此，控制在0.1～0.5％的范圍內。
Cr改善可淬硬性，生成碳化物提高硬度。進一步將固溶到內包碳化物基質中可提高耐腐蝕性。優選11.0％～18.0％的范圍。
Mo、V、W生成碳化物，與Nb一起對Cr碳化物發揮銷止動的作用，提高燒結體的強度、硬度。如果它們的含量大于5.0％則韌性降低，所以優選5.0％或5.0％以下，但是考慮到可淬硬性和經濟性，特別優選0.3～1.6％的范圍。如果小于0.3％則很難看到顯著提高硬度的作用，如果大于1.6％則經濟性不好。
Nb是利用擴散性低的Nb碳化物產生的銷止動作用，抑制Cr碳化物的擴散來提高可淬硬性。通過添加2.0～5.0％的Nb，可以將目前不得不控制燒結溫度在±5℃范圍內，擴大到±25℃范圍內，可以提高燒結爐的生產率。如果Nb的量小于2.0％則其作用不充分，如果大于5.0％則氧的量增加成型性變壞。
附圖的簡單說明
圖1為顯示本實施例中采用的燒結的方式的圖。
圖2為將SKD11的燒結特性曲線化的圖。
圖3為將SUS420的燒結特性曲線化的圖。
圖4為將SUS440C的燒結特性曲線化的圖。
圖5為將比較例1的燒結特性曲線化的圖。
圖6為將本發明實施例1的燒結特性曲線化的圖。
圖7為將本發明實施例2的燒結特性曲線化的圖。
圖8為將本發明實施例3的燒結特性曲線化的圖。
圖9為將本發明實施例4的燒結特性曲線化的圖。
發明的最佳實施方式準備下述表1中所示的試料，進行燒結特性的試驗。
表1
各試料調整C量。添加石墨粉末使燒結后C量，SKD11為1.30％、1.50％、1.70％，SUS420為0.30％、0.50％、0.70％、0.90％，實施例1為1.30％，SUS440C為0.75％、0.80％、1.00％、1.20％，比較例1和實施例2為0.50％、0.70％、0.90％，實施例3為1.30％，實施例4為0.90％。由于比較例2在粉末的階段中氧的量變的過大，所以沒進行燒結試驗。
燒結試驗如下所述進行。
在表1中所示的金屬粉末中，根據燒結后的C量目標值，分別添加適量的石墨，向其中添加5.0wt％(外數)的硬脂酸，在80℃下均一地加熱混練。
將混練物冷卻至室溫后，粉碎固化后的顆粒。將該粉碎的顆粒在成型壓0.6Ton/cm2下壓縮成型(φ11.3×10t、N＝3)。
以圖1中所示的方式進行燒結。在圖1中，燒結溫度，為在適宜的表2～表5中所示的溫度，例如，在1370℃、1390℃、1410℃等下進行。
表2～表5顯示對各試料，燒結溫度與燒結后的C量目標值的關系下的燒結密度。在表2～表5下方顯示了各試料的燒結品的C、O、N的量，以及在表4和表5中進一步顯示燒結硬度(Hv)。將表2～表5中顯示的燒結特性進行曲線化后為圖2～圖9。
觀察組織，測定燒結體的硬度，分別確定適當的燒結溫度控制幅度。適當的燒結溫度控制幅度，為在燒結溫度-燒結密度圖中隨著燒結溫度的上升，燒結密度在±0.1g/cm3的范圍基本恒定的燒結溫度幅度。
表2
表3
表4
表5
如上所述，加入Nb的本發明的金屬射出成型用合金鋼粉末，與SKD11、SUS420和SUS440C相比較，適當的燒結溫度控制幅度擴大。即，在SKD11、SUS420和SUS440C中適當的燒結溫度控制幅度為10℃左右，在本發明中擴大到50℃左右，燒結溫度的控制變的容易，生產率提高。另外，對燒結后的C值的靈敏性減弱，在0.5～0.9％的C值下呈現幾乎相同的燒結特性(溫度對密度)。
權利要求
1.一種燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼粉末，其特征在于由以質量％計，C0.1～1.8％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質構成。
2.一種改善燒結體后的金屬射出成型用合金鋼粉末，其特征在于由以質量％計，C0.1～1.8％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Mo、V、W的至少一種5.0％或5.0％以下、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質構成。
3.如權利要求2所述的燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼粉末，其中所述的Mo、V、W的至少一種為0.3～1.6％。
4.一種燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結體，其特征在于由以質量％計，C0.1～1.7％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質構成。
5.一種燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結體，其特征在于由以質量％計，C0.1～1.7％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11.0～18.0％、Mo、V、W的至少一種5.0％或5.0％以下、Nb2.0～5.0％、其余為鐵和不可避免的雜質構成。
6.如權利要求5所述的燒結性改善的金屬射出成型用合金鋼燒結體，其中所述的Mo、V、W的至少一種為0.3～1.6％。
全文摘要
提供消除作為上述現有的燒結用合金的問題的制品強度的降低、燒結控制困難的，有利于提高燒結爐的生產率的金屬射出成型用合金鋼粉末以及燒結體。一種金屬射出成型用金屬鋼粉末或它們粉末的燒結體(但是C0.1～1.7％)，其特征在于是由以質量％計，C0.1～1.8％、Si0.3～1.2％、Mn0.1～0.5％、Cr11～18％、Nb2～5％、其余為鐵和不可避免的雜質構成的粉末，或進一步含有5.0％或5.0％以下的Mo、V、W的至少一種。如圖6～9所示，本發明的金屬射出成型用合金鋼粉末，燒結溫度在50℃的變動幅度內仍可獲得燒結密度恒定的燒結體，燒結溫度控制變得容易，生產率提高。
文檔編號C22C38/26GK1701129SQ20048000103
公開日2005年11月23日 申請日期2004年2月10日 優先權日2003年2月13日
發明者曽田裕二, 相原道孝 申請人:三菱制鋼株式會社