粉末冶金用合金鋼粉以及鐵基燒結體的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及適合提供于粉末冶金技術的粉末冶金用合金鋼粉，特別是涉及試圖提 高使用這種合金鋼粉的燒結材料的強度和韌性的技術。
[0002] 此外，本發明還涉及使用上述粉末冶金用合金鋼粉制造的強度和韌性優良的鐵基 燒結體的制造方法。
【背景技術】
[0003] 粉末冶金技術能夠以與制品形狀極為相近的形狀（所謂的近凈形）、且以高的尺 寸精確度制造復雜形狀的部件，因此，能夠大幅降低切削成本。因此，粉末冶金制品在多方 面被用作各種機械構造物或其部件。
[0004] 此外，最近，為了實現部件的小型化、輕量化，強烈要求提高粉末冶金制品的強度， 特別是對鐵基粉末制品（鐵基燒結體）的高強度化要求強烈。
[0005] 作為鐵基燒結體前階段的粉末冶金用鐵基粉末成型體一般如下進行制造：對于鐵 基粉末，混合銅粉、石墨粉等合金用粉末、以及硬脂酸、硬脂酸鋅等潤滑劑，制成鐵基粉末混 合粉，再將其填充到模具中進行加壓成型。根據成分，可以將鐵基粉末分類為鐵粉（例如純 鐵粉等）、合金鋼粉等。此外，根據制法進行分類時，可以分類為霧化鐵粉、還原鐵粉等，在這 些分類中，鐵粉這個詞語在包括合金鋼粉的廣義上使用。
[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。該鐵基粉末成型體在之后被實施燒結處理，制成鐵基燒結體，進一步根據需 要實施精壓加工、切削加工等，制成粉末冶金制品。而且，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] 在此，一直以來，在原料粉的階段，作為加入了合金元素的粉末，已知有如下粉 末：
[0008] (1)在純鐵粉中配合了各合金元素粉末的混合粉、
[0009] (2)將各元素完全合金化的預合金鋼粉、
[0010] (3)使各合金元素粉末在純鐵粉、預合金鋼粉的表面部分擴散的擴散附著合金鋼 粉、等。
[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，具有能夠確保與純鐵 粉相當的高壓縮性的優點。但是卻存在如下問題：由于各合金元素粉末的偏析較大，因此特 性的變動較大，此外，合金元素未向Fe中充分擴散，依舊是不均勻組織，無法實現有效的基 體強化。
[0012] 因此，上述在純鐵粉中配合了各合金元素粉末的混合粉無法滿足近年來的特性穩 定化、高強度化的要求，其使用量正不斷減少。
[0013] 此外，上述（2)所示的將各元素完全合金化的預合金鋼粉是通過將鋼水霧化而制 造的，雖然其可以通過均勻組織而實現基體強化，但是因固溶硬化作用而導致壓縮性下降 成為問題。
[0014] 而且，上述（3)所示的擴散附著合金鋼粉，是通過在純鐵粉、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，使各金屬粉末在純鐵粉、預合 金鋼粉的表面部分地擴散接合而制造的，因此，其能夠兼具上述（1)的鐵基混合粉和上述 (2)的預合金鋼粉的優點。
[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的高壓縮性的同時，形 成了部分合金富集相分散的復合組織，因此具有基體強化的可能性，正在作為用于高強度 的擴散附著合金鋼粉進行開發。
[0016] 如上所述，為了提尚粉末冶金制品的強度、初性，可以考慮尚合金化。然而，在該尚 合金化時，構成原材料的合金鋼粉硬化而導致壓縮性下降，產生了加壓成型時設備負擔增 大的問題。此外，合金鋼粉的壓縮性的下降，通過燒結體的密度下降而抵消了高強度化。也 就是說，為了提高粉末冶金制品的強度、韌性，要求一種盡可能抑制壓縮性的下降，同時使 燒結體高強度化的技術。
[0017] 作為如上所述在維持壓縮性的同時使燒結體高強度化的技術，一般如下進行：向 鐵基粉末中添加改善淬透性的Ni、Cu和Mo等合金元素。作為對該目的有效的元素，例如， 在專利文獻1中公開了如下技術：以不會損害壓縮性的范圍（Mo:0. 1~1. 0質量％ )向鐵 粉中添加作為預合金元素的Mo,進一步使Cu和Ni以粉末的形式在該鐵粉的粒子表面擴散 附著，由此兼顧壓粉成型時的壓縮性和燒結后的部件強度。
[0018] 此外，專利文獻2中提出了使兩種以上的合金元素、特別是Mo和Ni、或者再加上 Cu在鐵鋼粉表面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] 在該技術中，進一步提出了對各擴散附著元素進行控制，從而使對于粒徑：44μπι 以下的微粒粉的擴散附著濃度落在對于該鐵鋼粉總體的擴散附著濃度的〇. 9~1. 9倍的范 圍內，通過對該較寬范圍的限定，確保了燒結體的沖擊韌性。
[0020] 另一方面，目前還提出了以Mo作為主要的合金元素，并且不含Ni、Cu的Mo系合金 鋼粉。例如，在專利文獻3中，為了形成自擴散速度快的Fe的α單一相而促進燒結，提出 了以1. 5~20質量％的范圍含有鐵素體穩定化元素Mo作為預合金的合金鋼粉。對于該合 金鋼粉，通過使粒徑分布等適合于加壓燒結工序，可以得到高密度的燒結體，此外，由于不 使用擴散附著型的合金元素，因此可以得到均勻并且穩定的組織。
[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，還有專利文獻4中公 開的技術。該技術提出了使Mo:0. 2~10. 0質量％在鐵基粉末表面擴散附著而成的合金鋼 粉，所述鐵基粉末含有1. 〇質量％以下的Mn，或進一步含有小于0. 2質量％的Mo作為預合 金。鐵基粉末可以使用霧化鐵粉，也可以使用還原鐵粉，平均粒徑優選為30~120μπι。該 合金鋼粉不僅壓縮性優良，而且可以得到高密度并且高強度的燒結部件。
[0022] 現有技術文獻
[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
【發明內容】
[0028] 發明所要解決的問題
[0029] 然而，在專利文獻1和2記載的技術中，由于Ni在燒結時的擴散慢，因此存在有為 了使Ni在鐵粉、鐵鋼粉中充分擴散而需要長時間燒結的問題。
[0030] 此外，在專利文獻3記載的技術中，由于Mo添加量較高，為1. 8質量％以上，壓縮 性低，因此具有無法獲得高成型密度的缺點。因此，在應用通常的燒結工序（不加壓1次燒 結）時，僅可以得到低燒結密度的材料，存在有無法獲得充分的強度、韌性的問題。
[0031] 進而，專利文獻4中記載的技術適合于包括燒結體的再壓縮和再燒結的粉末冶金 工序。也就是說，在通常的燒結法中，存在有前述效果得不到充分發揮的問題。
[0032] 如上所述，通過本發明人們的研究可知，對于使用上述專利文獻1~4記載的任一 合金鋼粉的燒結體，很難以高水平兼顧強度和韌性。
[0033] 本發明是鑒于上述現狀而進行開發的，其目的在于克服上述現有技術的問題，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的燒結體的強度和韌性能夠以高 水平得到兼顧，同時提出一種使用了該粉末冶金用合金鋼粉的鐵基燒結體的制造方法。
[0034] 用于解決問題的方法
[0035] 本發明人們為了實現上述目的而對鐵基粉末的合金成分及其添加方法反復進行 了各種研究，結果得到下述見解。
[0036] S卩，得到了如下見解：在使Mo在鐵基粉末表面擴散附著的合金鋼粉中，如果在該 鐵基粉末中使用還原鐵粉，同時添加規定量的Cu粉和石墨粉，則在對該合