專利名稱：粉末冶金用合金鋼粉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合用于粉末冶金的合金鋼粉。
背景技術(shù)：
粉末冶金技術(shù)可以使要求高尺寸精度和復(fù)雜形狀的部件生產(chǎn)出非常接近產(chǎn)品形狀(近終形)，可以大幅度減少切削成本。因此，粉末冶金產(chǎn)品廣泛用作各種機(jī)械和裝置的部件。
最近為了使部件小型化和輕量化，強(qiáng)烈要求鐵基粉末冶金產(chǎn)品的物理性質(zhì)中有高的面壓疲勞強(qiáng)度。
一般是在鐵基粉末中混合銅粉、石墨粉等合金用粉末、再混合硬脂酸、硬脂酸鋰等潤(rùn)滑劑粉末，制成鐵基粉末混合粉后，把它填充到模具中加壓成形制造粉末冶金用鐵基粉末成形體。
其中鐵基粉末根據(jù)成分的不同分為鐵粉(純鐵粉等)、合金鋼粉等。此外根據(jù)制造方法的不同分類有霧化鐵粉、還原鐵粉等，這種情況下鐵粉是指包括合金鋼粉在內(nèi)的廣義的鐵粉。
用常用粉末冶金工藝得到的成形體密度一般為6.6～7.1Mg/m3。這些鐵基粉末成形體再進(jìn)行燒結(jié)處理作成燒結(jié)體，再根據(jù)需要進(jìn)行量尺寸和切削加工，成為粉末冶金制品。在需要高面壓疲勞強(qiáng)度的情況下，有時(shí)還在燒結(jié)后進(jìn)行滲碳淬火處理或光亮淬火處理。
為了提高粉末冶金制品的拉伸強(qiáng)度等考慮采用高合金化的方法，但是作為原材料的合金鋼粉硬度高而且壓縮特性低，存在有增加壓力成形中設(shè)備負(fù)荷的問(wèn)題。此外合金鋼粉的壓縮特性降低使燒結(jié)體密度低，抵消了強(qiáng)度的增加。因此要求具有盡量抑制壓縮特性的降低而且使燒結(jié)體的強(qiáng)度提高的技術(shù)。
保持壓縮特性而且使燒結(jié)體強(qiáng)度提高的技術(shù)一般采用在鐵基粉末中添加改善淬透性的Ni、Cu、Mo等合金元素。
例如在特公昭63-66362號(hào)公報(bào)中，作為達(dá)到此目的的有效元素，以Mo作為預(yù)合金元素，添加在不損失壓縮特性范圍(Mo0.1～1.0質(zhì)量％)內(nèi)的Mo，把Cu和Ni以粉末的方式通過(guò)擴(kuò)散附著在該鐵粉顆粒表面，可以兼顧粉末壓力成形時(shí)的壓縮特性和燒結(jié)后部件的強(qiáng)度。
在特開(kāi)昭61-130401號(hào)公報(bào)中發(fā)表了高強(qiáng)度燒結(jié)體用粉末冶金用合金鋼粉，此合金鋼粉是在鋼鐵粉末表面擴(kuò)散附著2種以上合金元素，特別是Mo和Ni或再加上Cu。在此技術(shù)中提出對(duì)于各擴(kuò)散附著元素控制在對(duì)粒徑44μm以下的微細(xì)粉的擴(kuò)散附著濃度為對(duì)整個(gè)鋼鐵粉擴(kuò)散附著濃度的0.9～1.9倍的范圍內(nèi)，通過(guò)限定在該比較寬的范圍可以確保燒結(jié)體的沖擊韌性。
可是近年來(lái)從環(huán)境保護(hù)和再循環(huán)性的觀點(diǎn)考慮，Ni和Cu是不利的元素，希望盡量避免使用。
在此之前也提出了以Mo為主要合金元素、不含Ni和Cu的Mo系合金鋼粉。例如特公平6-89365號(hào)公報(bào)發(fā)表了以形成Fe自擴(kuò)散速度快的α單相來(lái)促進(jìn)燒結(jié)為目的，把含1.5～20質(zhì)量％范圍的鐵素體穩(wěn)定元素的Mo作為預(yù)合金的合金鋼粉。此合金鋼粉通過(guò)在加壓燒結(jié)工序種使粒徑分布等適當(dāng)，可以得到高密度的燒結(jié)體，此外由于沒(méi)有使用擴(kuò)散附著型的合金元素，可以得到材質(zhì)均勻而且穩(wěn)定的組織?？墒怯捎贛o添加量比較高，實(shí)際發(fā)表的是1.8質(zhì)量％以上，壓縮特性差，所以存在有不能得到高成形密度的缺點(diǎn)。因此用于一般的燒結(jié)工序(不加壓，一次燒結(jié))的情況只能得到低燒結(jié)密度的燒結(jié)體。
同樣在特開(kāi)2002-146403號(hào)公報(bào)發(fā)表了以Mo為主要合金元素的粉末冶金用合金鋼粉的技術(shù)。此技術(shù)提出在含1.0質(zhì)量％的Mn或再含小于0.2％Mo的預(yù)合金的鐵基粉末表面，使Mo0.2～10.0質(zhì)量％擴(kuò)散附著的合金鋼粉。此合金鋼粉可以得到壓縮特性優(yōu)良、密度高而且強(qiáng)度高的燒結(jié)制品?？墒谴虽摲圻m用于包括燒結(jié)體的再壓縮和再燒結(jié)的粉末冶金工藝。因此用一般燒結(jié)法上述效果不能發(fā)揮到這種程度。
另一方面特公平7-51721號(hào)公報(bào)發(fā)表了在鐵粉中添加0.2～1.5質(zhì)量％的Mo、0.05～0.25質(zhì)量％的Mn作為預(yù)合金的合金鐵粉(合金鋼粉)。此合金鐵粉是低合金，加壓成形時(shí)的壓縮特性比較高，此外可以得到高強(qiáng)度的燒結(jié)體。
可是上述例舉的技術(shù)都是沒(méi)有考慮面壓疲勞強(qiáng)度的合金設(shè)計(jì)，因此在一般燒結(jié)工藝中生產(chǎn)的燒結(jié)金屬制品都難以得到近年來(lái)要求要得到滿足高面壓疲勞強(qiáng)度的燒結(jié)金屬制品。
例如上述特公開(kāi)7-51721的合金鐵粉的情況下，本發(fā)明人新發(fā)現(xiàn)有如下問(wèn)題。在一般粉末冶金用的網(wǎng)帶爐的燒結(jié)溫度(一般為1120～1140℃)下，不能充分促進(jìn)顆粒之間的燒結(jié)，燒結(jié)頸口部分(燒結(jié)反應(yīng)開(kāi)始部分后面說(shuō)明)的強(qiáng)化不充分，所以不能得到足夠高的面壓疲勞強(qiáng)度。
例如特開(kāi)平6-81001號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2003-147405號(hào)公報(bào)分別發(fā)表了關(guān)注到面壓縮強(qiáng)度的技術(shù)。
特開(kāi)2003-147405號(hào)公報(bào)發(fā)表的技術(shù)是在含0.5～2.5質(zhì)量％的Ni、0.3～2.5％的Mo作為預(yù)合金的鋼粉表面，使Mo0.5～1.5質(zhì)量％擴(kuò)散附著的合金鋼粉，滲碳淬火處理后用森式面壓疲勞試驗(yàn)機(jī)測(cè)得的值可以得到最大2.5Gpa左右的疲勞強(qiáng)度?？墒墙陙?lái)要求更高水平的面壓疲勞強(qiáng)度。
特開(kāi)平6-81001號(hào)公報(bào)發(fā)表的技術(shù)是在鐵基粉末中含Mo0.05～2.5質(zhì)量％同時(shí)含少量V、Ti、Nb作為預(yù)合金，在其上擴(kuò)散附著Ni和(或)Cu的合金鋼粉，同樣在滲碳淬火處理后得到的面壓疲勞強(qiáng)度在森式試驗(yàn)中為最大260kg/mm2左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，目的是提供要保持高的燒結(jié)體密度(也就是合金鋼粉的壓縮特性)，同時(shí)即使在比較低的溫度下燒結(jié)也能提高面壓疲勞強(qiáng)度的粉末冶金用合金鋼粉。
本發(fā)明是在含0.5質(zhì)量％以下Mn的預(yù)合金元素和0.2～1.5質(zhì)量％Mo的預(yù)合金元素的鐵基粉末表面，附著含Mo合金粉的粉末冶金用合金鋼粉，是Mo平均含量[Mo]T(質(zhì)量％)滿足下述(1)式的粉末冶金用合金鋼粉。
0.05≤[Mo]T-[Mo]P≤0.8 ……(1)其中[Mo]P是作為預(yù)合金含在上述鐵基粉末中的Mo含量(質(zhì)量％)。
其中含Mo合金粉末附著在鐵基粉末表面上時(shí)希望是擴(kuò)散附著或用粘結(jié)附著。特別是擴(kuò)散附著，也就是希望通過(guò)在含Mo合金粉末和鐵基粉末之間的部分?jǐn)U散結(jié)合進(jìn)行附著。
進(jìn)行擴(kuò)散附著的情況下，上述含Mo合金粉末希望是利用把含Mo的化合物在與上述鐵基粉末混合的狀態(tài)下還原生成的含Mo合金粉末。也就是利用在與鐵基粉末混合的狀態(tài)下還原，含Mo的化合物在鐵基粉末的表面被還原，變成含Mo的合金粉末，同時(shí)在此鐵基粉末表面有效低擴(kuò)散附著。
含Mo的合金粉末可以使用純Mo金屬粉末或把市售的鉬鐵制成粉末使用。
在上述粉末冶金用合金鋼粉末和所有適合的方式中，希望含在粒徑在45μm以下的粉末冶金用合金鋼粉(稱為細(xì)顆粒合金鋼粉)中的Mo平均含量[Mo]S(質(zhì)量％)滿足下述(2)式。
S≤1.5[Mo]T……(2)[Mo]S相對(duì)于[Mo]T的比，也就是[Mo]S/[Mo]T，在鐵基粉末上實(shí)際附著的含Mo合金粉末的比率越高，其比值越小，是在1附近的值。下面把此值稱為Mo附著度。希望Mo附著度在1.2以下。另外下限希望為0.9，最好為1.0。
希望鐵基粉末除了上述預(yù)合金元素以外，其余實(shí)際上是鐵和不可避免的夾雜物。
此外附著的粉末原則上只是含Mo合金粉末，但是在加壓成形前也可以進(jìn)行用粘結(jié)劑等再附著其他合金用粉末、潤(rùn)滑劑等的處理。
本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉是適用于作為燒結(jié)體的密度高的高密度燒結(jié)部件的原料的粉末冶金用合金鋼粉。特別是用網(wǎng)帶爐燒結(jié)的情況等，即使在比較低的燒結(jié)溫度下進(jìn)行處理，在燒結(jié)體上也能得到高的面壓疲勞強(qiáng)度。


圖1為示意表示本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉示例的斷面圖。
圖2為表示本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉制造工藝示例的框圖。
圖3為示意表示燒結(jié)體典型的網(wǎng)狀組織示例的斷面圖。
圖4為示意表示燒結(jié)體典型的高M(jìn)o濃度相粗大化的組織示例的斷面圖。
圖5為示意表示燒結(jié)頸口部分的斷面圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1示意表示的那樣，本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉4的顆粒在含Mo合金粉末2的顆粒與鐵基粉末1的顆粒接觸的部位3上，含Mo合金粉末2的顆粒中的一部分Mo擴(kuò)散(稱為局部擴(kuò)散)到鐵基粉末1的顆粒中，附著(以下稱為擴(kuò)散附著)在鐵基粉末1的顆粒表面。
下面沒(méi)有特別聲明的話，鐵基粉末是指圖1定義的含Mo合金粉末的附著對(duì)象的鐵基粉末，和作為其原料的鐵基粉末，兩者根據(jù)需要加以區(qū)別。此外沒(méi)有特別聲明的話，合金鋼粉末是指圖1定義的實(shí)質(zhì)上由在鐵基粉末顆粒中附著含Mo合金粉末顆粒的合金鋼粉顆粒構(gòu)成的本發(fā)明的粉末。
下面說(shuō)明制造本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉方法的一個(gè)示例。
如圖2制造工藝示例(框圖)所示，首先準(zhǔn)備以含規(guī)定量的Mo和Mn作為預(yù)合金成分(也就是作為預(yù)合金)的鐵基粉末(a)(作為原料的鐵基粉末)和含Mo合金粉末的原料Mo的原料粉末(b)。
鐵基粉末(a)希望是所謂的霧化鐵粉。所謂霧化鐵粉是把根據(jù)需要調(diào)整合金成分的鋼水用水或氣體噴霧得到的鐵基粉末。霧化鐵粉一般在霧化后在還原性氣氛(例如氫氣的氣氛)中加熱，進(jìn)行減少鐵粉中的C和O的處理?？墒潜景l(fā)明的原料在鐵基粉末(a)中不進(jìn)行這樣的熱處理，可以使用所謂“霧化的原始狀態(tài)”的鐵粉。
此外無(wú)論所謂還原鐵粉和電解鐵粉、破碎鐵粉等，只要成分合適都可以使用，沒(méi)有任何問(wèn)題。
作為Mo原料粉末(b)也可以使用作為目的的含Mo合金粉末，或可以還原成含Mo合金粉末的含Mo化合物。但是任一個(gè)都要除了Mo、Fe以外實(shí)質(zhì)上不含其他元素。
作為Mo原料粉末(b)的含Mo合金粉末可以使用純Mo金屬粉末或把市售的鉬鐵制成粉末來(lái)使用。
此外作為含Mo化合物可以使用Mo的氧化物、Mo的碳化物、Mo的硫化物、Mo的氮化物或它們的復(fù)合化合物等。從容易得到和容易進(jìn)行還原反應(yīng)的觀點(diǎn)，希望使用Mo的氧化物。此外含Mo的化合物要在粉末或經(jīng)與鐵基粉末混合和還原等處理粉末化的形態(tài)下使用。把含Mo化合物還原后得到的含Mo合金粉末的主要成分是Mo或Mo-Fe。
各種情況下把Mo原料粉末化的方法也可以使用粉碎、霧化處理等各種方法。
然后把上述鐵基粉末(a)和Mo原料粉末(b)按規(guī)定比例混合(c)?；旌?c)可以使用任何方法(例如亨舍爾混合機(jī)和圓錐形混合機(jī))。
使Mo原料粉末(b)擴(kuò)散附著的情況下，為了改善鐵基粉末(a)和Mo原料粉末(b)的附著性能，也可以添加0.1質(zhì)量％以下(相對(duì)于混合粉)范圍的錠子油等。為了發(fā)揮錠子油的效果，希望添加0.005質(zhì)量％以上。
進(jìn)行擴(kuò)散附著的情況下，使此混合物保持在高溫下，利用在鐵基粉末(a)和Mo原料粉末(b)的接觸面使Mo擴(kuò)散到鐵中結(jié)合(熱處理(d))，可以得到本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉(e)。
熱處理(d)的氣氛適合于還原性氣氛，特別適合于含氫氣的氣氛、特別是氫氣氣氛。也可以在真空條件下進(jìn)行熱處理。此外適宜的熱處理(d)溫度為800～1000℃范圍。
在把霧化鐵粉直接作為鐵基粉末(a)使用的情況下，由于C和O含量高，希望在熱處理(d)中在還原性氣氛下使C和O降低。利用此降低的作用使鐵基粉末表面活化，這樣即使在低溫(800～900℃左右)也可靠地發(fā)生因含Mo合金粉末的擴(kuò)散造成的附著。因此直接用霧化鐵粉與預(yù)先進(jìn)行降低C和O處理的霧化鐵粉等相比，適合作為本發(fā)明合金鋼粉原料的鐵基粉末(a)使用。對(duì)于合金鋼粉中適宜的C、O含量將在后面與其他成分一起敘述。
利用上述方法可以得到如圖1所示的本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉。
不用說(shuō)作為Mo原料粉末使用含Mo合金粉末的情況下，在含Mo合金粉末2和鐵基粉末1之間發(fā)生擴(kuò)散附著。
另一方面，使用含Mo的化合物的情況下，在含Mo化合物被還原后生成的含Mo合金粉末2和鐵基粉末1之間發(fā)生擴(kuò)散附著。以使用Mo的氧化物粉為具體例的情況下，在此熱處理工序中Mo的氧化物在鐵基粉末1表面上被還原成含Mo合金粉末2(Mo金屬粉末)的形態(tài)。其結(jié)果，與把含Mo合金粉末2作為Mo原料粉末使用的情況相同，在還原生成的含Mo合金粉末2和鐵基粉末1之間發(fā)生擴(kuò)散附著。
從附著度的觀點(diǎn)看，與作為Mo原料粉末使用含Mo合金粉末相比，更適于使用含Mo的化合物。原因是在熱處理工序中被還原的含Mo合金粉末2的表面對(duì)于擴(kuò)散反應(yīng)是處于活性狀態(tài)，所以向鐵基粉末1的附著度好。
如圖2中的分支所示，不進(jìn)行利用熱處理(d)的擴(kuò)散附著，也可以采用粘結(jié)劑使含Mo合金粉末2附著在鐵基粉末1表面(下面稱為粘結(jié)附著(f))。
對(duì)粘結(jié)劑的材質(zhì)沒(méi)有特別的限定，可以使用硬脂酸鋅、硬脂酸鈣等的金屬皂、亞乙基雙硬脂酰胺、硬脂酸單酰胺等的酰胺類蠟等以前了解的粘結(jié)劑。特別是上述粘結(jié)劑也具有潤(rùn)滑的功能，適于使用，也可以使用像PVA(聚乙烯醇)、醋酸乙烯-乙烯共聚物、酚醛樹(shù)脂那樣的潤(rùn)滑功能不太高的粘結(jié)劑。其中所謂的潤(rùn)滑功能是指加壓成形時(shí)的功能，是通過(guò)促進(jìn)粉末再排列造成成形體密度提高和拔出性能改善的功能。
這些粘結(jié)劑通過(guò)加熱到融點(diǎn)以上(包括共融點(diǎn))熔融，可以使含Mo合金粉末附著在鐵基粉末表面，但用粘結(jié)劑的附著并不限定此方法。例如也可以使用把粘結(jié)劑成分溶解到溶劑中，涂敷到鐵基粉末和含Mo合金粉末上，使兩者附著，此后使溶劑揮發(fā)的方法。
在使用金屬皂等上述粘結(jié)劑的情況下，希望使用包括融點(diǎn)在80～150℃左右的粘結(jié)劑，加熱到它們的融點(diǎn)以上，使含Mo合金粉末附著。
如上所述進(jìn)行熱處理(d)(包括擴(kuò)散附著處理)的話，由于一般鐵基粉末1和含Mo合金粉末2燒結(jié)成固態(tài)，所以要粉碎、分級(jí)成所需要的粒徑，根據(jù)需要再進(jìn)行退火，制成粉末冶金用合金鋼粉(e)的產(chǎn)品。把粉末冶金用合金鋼粉加壓成形、燒結(jié)后得到的面壓疲勞強(qiáng)度大多數(shù)情況下用擴(kuò)散附著制造的方法優(yōu)于把此合金鋼粉用粘結(jié)附著制造的方法。
另一方面，用粘結(jié)附著制造的粉末冶金用合金鋼粉(e)無(wú)須粉碎、分級(jí)。因此在制造成本上，用粘結(jié)附著制造的方法具有低成本的優(yōu)點(diǎn)。
在鐵基粉末1表面附著含Mo合金粉末2的方法要根據(jù)粉末冶金用合金鋼粉的用途和規(guī)格，可以適當(dāng)選擇擴(kuò)散附著或粘結(jié)附著中的某種方法。
從后面要詳細(xì)說(shuō)明的Mo附著度概念可以看出，以附著為目的添加或生成的含Mo合金粉末的一部分有時(shí)以不附著在鐵基粉末表面的狀態(tài)(所謂的游離狀態(tài))殘留在合金鋼粉中。希望這樣的游離狀態(tài)的含Mo合金粉末的量要少，如此前所述，其量的多少限定在不好的影響在一般附著處理生成的量的程度。
附著方法無(wú)須限定在上述的方法上，可以使用能得到與上述方法相當(dāng)?shù)腗o附著度的方法。
下面對(duì)本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉4中合金元素含量限定的原因進(jìn)行說(shuō)明。
在本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉4中，作為預(yù)合金(也就是預(yù)合金成分)在鐵基粉末1中Mo含量[Mo]P為粉末冶金用合金鋼粉4質(zhì)量的0.2～1.5質(zhì)量％。作為預(yù)合金的Mo含量即使超過(guò)1.5質(zhì)量％，提高淬透性的效果不變，而且由于粉末冶金用合金鋼粉4的顆粒硬化，使壓縮特性降低，這是不希望的。從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)看也是不利的。另一方面作為預(yù)合金的Mo含量小于0.2質(zhì)量％的粉末冶金用合金鋼粉4經(jīng)成形、燒結(jié)后成為燒結(jié)體的情況下，此后即使進(jìn)行淬火處理(例如滲碳處理和淬火)，在燒結(jié)體中也容易析出鐵素體相。因此難以用對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)度和提高面壓疲勞強(qiáng)度。
作為預(yù)合金含在鐵基粉末1中的Mn，在粉末冶金用合金鋼粉4質(zhì)量的0.5質(zhì)量％以下。作為預(yù)合金的Mn含量超過(guò)0.5質(zhì)量％的話，鐵基粉末1的顆粒變硬，成形時(shí)密度難以提高。此外由于Mn與氧的親和力強(qiáng)，造成燒結(jié)時(shí)氧化或氣體滲碳時(shí)顆粒邊界氧化，使面壓疲勞強(qiáng)度降低。因此作為預(yù)合金含在鐵基粉末1中Mn必須在0.5質(zhì)量％。優(yōu)選0.3質(zhì)量％以下。
由于Mn有一定的強(qiáng)化作用，即使在上述范圍內(nèi)也可以，從材質(zhì)上的原因看沒(méi)必要設(shè)置下限。考慮工業(yè)上的制造成本，下限定為0.04質(zhì)量％，但下限值也可以定為0.02質(zhì)量％。
這樣鐵基粉末1成為含有以Mo和Mn預(yù)合金化的粉末，在此鐵基粉末1表面擴(kuò)散附著含Mo合金粉末2的、或用粘結(jié)附著的粉末是粉末冶金用合金鋼粉4。本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉4還需要使作為預(yù)合金的Mo含量[Mo]P(質(zhì)量％)和Mo的平均含量[Mo]T(質(zhì)量％)滿足下述(1)式。
0.05≤[Mo]T-[Mo]P≤0.8 ……(1)式中[Mo]T-[Mo]P的實(shí)際含義是在鐵基粉末1表面擴(kuò)散附著或用粘結(jié)附著的Mo含量(忽略因游離狀態(tài)的含Mo合金粉末的損失)，在擴(kuò)散附著的情況下，以[Mo]T-[Mo]P表示擴(kuò)散附著量，在粘結(jié)附著的情況下，以[Mo]T-[Mo]P表示添加量。下面在實(shí)施例之前也包括粘結(jié)附著的情況，把[Mo]T-[Mo]P作為擴(kuò)散附著量進(jìn)行說(shuō)明。
使預(yù)合金成分在上述范圍，再使Mo擴(kuò)散附著量在(1)式范圍的話，燒結(jié)體的面壓疲勞強(qiáng)度提高。對(duì)于其原因發(fā)明人認(rèn)為如下。
圖3為示意表示用本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉制造的燒結(jié)體經(jīng)常可以看到的組織特征的圖示，下面把它稱為“網(wǎng)狀組織”。
也就是所謂的網(wǎng)狀組織是如圖3所示高M(jìn)o濃度相5在低Mo濃度6周圍形成網(wǎng)狀的組織。此低Mo濃度相6是以Mo、Mn預(yù)合金化的鐵基粉末1為基礎(chǔ)的燒結(jié)體的母相(所謂的基體)，為了區(qū)別于高M(jìn)o濃度相而稱為低Mo濃度相。
此網(wǎng)狀組織認(rèn)為是由下述機(jī)理形成。即，通過(guò)用以Mo、Mn預(yù)合金化的鐵基粉末1表面上擴(kuò)散附著有含Mo合金粉末2的粉末冶金用合金鋼粉4的成形體進(jìn)行燒結(jié)，在鐵基粉末1顆粒之間的燒結(jié)頸口部分，Mo變成高濃度。因此，燒結(jié)頸口部分為單相的α相，其結(jié)果，促進(jìn)燒結(jié)，燒結(jié)頸口部分被強(qiáng)化。利用控制Mo擴(kuò)散附著量在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在燒結(jié)體中形成強(qiáng)韌性好的網(wǎng)狀組織，此強(qiáng)韌化的網(wǎng)狀組織使燒結(jié)體的面壓疲勞強(qiáng)度提高。
所謂燒結(jié)頸口是燒結(jié)反應(yīng)在燒結(jié)初期開(kāi)始的部分，具體說(shuō)是加壓成形的粉末冶金用合金鋼粉4之間靠近的部分。圖5為示意表示燒結(jié)頸口部分7的斷面圖。在圖5中僅表示了圖中心的粉末冶金用合金鋼粉4的燒結(jié)頸口部分。
可是用本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉得到的面壓疲勞強(qiáng)度高的燒結(jié)體，也有時(shí)出現(xiàn)不能認(rèn)為是網(wǎng)狀組織的組織。即使在這種情況下，實(shí)際物體還是由與網(wǎng)狀組織等效(高面壓疲勞強(qiáng)度)的、由高M(jìn)o濃度層和低Mo濃度層構(gòu)成的復(fù)合組織。這樣的復(fù)合組織是網(wǎng)狀組織微細(xì)化、不完整、或局部的，從外觀看成為難以認(rèn)為是網(wǎng)狀組織的示例，對(duì)此沒(méi)有必要限定。
下面也包括從外觀上不能認(rèn)為是網(wǎng)狀組織，但高面壓疲勞強(qiáng)度得到改善的情況，稱為具有代表性組織的“網(wǎng)狀組織”。
在Mo擴(kuò)散附著量小于0.05質(zhì)量％的情況下，認(rèn)為沒(méi)有充分生成高M(jìn)o濃度相5。另一方面，超過(guò)0.8質(zhì)量％的話，即使強(qiáng)度高，面壓疲勞強(qiáng)度也降低，認(rèn)為這是由于高M(jìn)o濃度相5變脆所致。因此，Mo擴(kuò)散附著量必須滿足在粉末冶金用合金鋼粉4的0.05～0.8質(zhì)量％的范圍內(nèi)。特別適于在0.4質(zhì)量％以下。
接著，含Mo合金粉末2的微細(xì)顆粒，優(yōu)選均勻擴(kuò)散附著(或用粘結(jié)劑附著)在鐵基粉末1表面。沒(méi)有均勻附著的情況下，在把粉末冶金用合金鋼粉4科學(xué)擴(kuò)散附著處理后粉碎時(shí)或搬運(yùn)時(shí)，由于容易從鐵基粉末1表面脫落，特別是游離形態(tài)的含Mo合金粉末容易增加。用這樣狀態(tài)的合金鋼粉燒結(jié)成形體的情況下，如圖4所示，脫落的含Mo合金粉末2聚積，形成粗大的高M(jìn)o濃度相8，存在有向從圖3所代表的網(wǎng)狀組織脫離的組織轉(zhuǎn)移的傾向。因此為了提高燒結(jié)體的面壓疲勞強(qiáng)度，要使含Mo合金粉末2均勻附著在鐵基粉末1表面，希望減少因脫落產(chǎn)生的游離狀態(tài)的含Mo合金粉末。
在本發(fā)明中，作為評(píng)價(jià)含Mo合金粉末2均勻附著特性的指標(biāo)，引入Mo附著度的概念。計(jì)算Mo附著度時(shí)，以含在粒徑45μm以下的粉末冶金用合金鋼粉(下面稱為細(xì)顆粒合金鋼粉)中的Mo平均含量設(shè)為[Mo]S。[Mo]S是含在把粉末冶金用合金鋼粉4篩分后分級(jí)的粒徑在45μm以下的細(xì)顆粒合金鋼粉的鐵基粉末1和含Mo合金粉末2中的合計(jì)的Mo含量(質(zhì)量％)，是相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉4質(zhì)量(整個(gè)細(xì)顆粒合金鋼粉的質(zhì)量)的比率。在本發(fā)明中篩分粉末時(shí)使用JIS Z 8801-1(2000年版)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)篩。
用這樣得到的[Mo]S和上述的Mo平均含量[Mo]T，用[Mo]S/[Mo]T計(jì)算的值為Mo附著度。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)Mo附著度(＝[Mo]S/[Mo]T)超過(guò)1.5的粉末冶金用合金鋼粉4進(jìn)行燒結(jié)后，相當(dāng)數(shù)量的含Mo合金粉末2脫落而聚積，形成高M(jìn)o濃度相8的可能性增加。因此，為了在燒結(jié)體上形成網(wǎng)狀組織，提高面壓疲勞強(qiáng)度，希望用下述(5)式表示的Mo附著度在1.5以下。最好在1.2以下。
S/[Mo]T≤1.5 ……(5)從(5)式可以導(dǎo)出(2)式。
S≤1.5[Mo]T……(2)其中，Mo附著度[Mo]S/[Mo]T高表示在篩分分級(jí)的粒徑45μm以下的細(xì)顆粒合金鋼粉中已經(jīng)存在相當(dāng)數(shù)量的游離狀態(tài)的含Mo合金粉末。相反Mo附著度越接近1，游離狀態(tài)的含Mo合金粉末越少，被評(píng)價(jià)為鐵基粉末表面沒(méi)有完全被附著。Mo附著度的下限值對(duì)應(yīng)于實(shí)際上不存在游離狀態(tài)的含Mo合金粉末，應(yīng)該大體為1，由于測(cè)定上的誤差和分布上的偏離，也可以使實(shí)際的下限值定為大約0.9。但是由于不希望Mo分布的偏離過(guò)大，更希望Mo附著度在1.0以上。
Mo附著度在1.2以下的情況下上述(2)式替換成下述(3)式，再使附著度在1.0以上的情況下替換成下述(4)式。
S≤1.2[Mo]T……(3)1.0[Mo]T≤[Mo]S≤1.2[Mo]T……(4)使含Mo合金粉末2的粒徑平均在20μm以下的話，面壓疲勞特性變得良好。認(rèn)為這是因?yàn)楹琈o合金粉末2的粒徑平均超過(guò)20μm的話，如圖4所示，非常容易生成粗大高M(jìn)o濃度相8，與網(wǎng)狀組織最合適的狀態(tài)相比有所惡化。因此，希望含Mo合金粉末2的粒徑平均在20μm以下。另一方面，從操作的觀點(diǎn)看，希望含Mo合金粉末2的粒徑平均在1μm以上。再有含Mo粉末的平均粒徑用JIS R 1629(1997年版)標(biāo)準(zhǔn)的激光衍射-散射法測(cè)定了粒徑分布，使用體積基準(zhǔn)的積分比例為50％的直徑值。
即使形成網(wǎng)狀組織的情況下，作為基體的鐵基粉末中的Mn含量和Mo含量等不在本發(fā)明范圍內(nèi)的話，不用說(shuō)會(huì)帶來(lái)壓縮特性降低、燒結(jié)體的面壓疲勞強(qiáng)度降低等。
另一方面，在鐵基粉末中添加Ni、V、Cu、Cr等的話，由于壓縮特性顯著降低，燒結(jié)體密度降低，所以面壓疲勞強(qiáng)度顯著惡化，是不希望的。
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知道使含有與Mo類似的強(qiáng)化元素Ni的粉末和含Cu粉末在鐵基粉末中擴(kuò)散附著，用這些擴(kuò)散附著中不能充分改善面壓疲勞強(qiáng)度。在本發(fā)明人的調(diào)查中，認(rèn)為這是因?yàn)橛眠@些元素即使形成高Ni濃度層或高Cu濃度層的網(wǎng)狀組織，從疲勞的觀點(diǎn)看，這些高濃度層的強(qiáng)韌性都明顯不足。
由于上述原因，當(dāng)然希望要避免Ni和Cu向鐵基粉末附著，避免在加壓成形時(shí)作為合金元素添加。
另一方面，石墨(或也可以是其他含碳粉末)對(duì)于提高強(qiáng)度和提高疲勞強(qiáng)度是有效的，希望在加壓成形前預(yù)先添加，添加混合換算成碳為0.1～1.0質(zhì)量％左右(相對(duì)于混合后的合金鋼粉的質(zhì)量比，以下相同)左右的石墨粉末。此外可以添加約0.1～1質(zhì)量％的MnS等作為在加壓成形前混合的合金粉末。為了防止這些合金粉末的偏析，也可以附著在鐵基粉末表面，但從成本的觀點(diǎn)看不適于擴(kuò)散結(jié)合，希望使用粘結(jié)劑。所述的成分范圍是相對(duì)于混合后的合金鋼粉和合金用粉末的合計(jì)質(zhì)量的質(zhì)量％。結(jié)果作為擴(kuò)散附著的合金希望僅含Mo粉末。
含在鐵基粉末和合金鋼粉中的夾雜物可以例舉的有C約0.02質(zhì)量％以下、O約0.2質(zhì)量％以下、N約0.004質(zhì)量％以下、Si約0.03質(zhì)量％以下、P約0.03質(zhì)量％以下、S約0.03質(zhì)量％以下、Al約0.03質(zhì)量％以下。夾雜物中本來(lái)不需要下限值，在工業(yè)上減低的界限(大體的值)如下。C0.001質(zhì)量％、O0.02質(zhì)量％、N0.0001質(zhì)量％、Si0.005質(zhì)量％、P0.001質(zhì)量％、S0.001質(zhì)量％、Al0.001質(zhì)量％。
此外，要規(guī)定上述不希望添加的Ni、V、Cu、Cr等元素夾雜物水平。具體說(shuō)希望Ni0.03質(zhì)量％以下、V0.03質(zhì)量％以下、Cu0.03質(zhì)量％以下、Cr0.02質(zhì)量％以下。最好是在Ni0.02質(zhì)量％以下、V0.02質(zhì)量％以下、Cu0.02質(zhì)量％以下、Cr0.01質(zhì)量％以下。
希望除了以上所述的成分外，其余為鐵。
下面對(duì)使用本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉制造燒結(jié)體時(shí)適合的條件進(jìn)行說(shuō)明。
首先，由于對(duì)添加的合金用粉末已經(jīng)介紹過(guò)，所以不再進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，含碳粉末等是主要起強(qiáng)化作用的粉末，MnS等是主要起改善切削性能用的粉末。
加壓成形時(shí)，也可以混合其他粉末狀的潤(rùn)滑劑。此外，也希望在模具上涂敷或附著潤(rùn)滑劑。作為潤(rùn)滑劑無(wú)論什么目的都可以適當(dāng)使用硬脂酸鋅等的金屬皂、亞乙基雙硬脂酰胺等的酰胺類蠟等。混合潤(rùn)滑劑的情況下，相對(duì)粉末冶金用合金鋼粉和合金用粉末合計(jì)重量100份，優(yōu)選0.4～1.2重量份左右。
希望加壓成形在400～1000MPa左右的壓力下、在常溫(約20℃)～約160℃的溫度下進(jìn)行。加壓成形時(shí)模具也可以潤(rùn)滑。
希望燒結(jié)在1100～1300℃左右進(jìn)行，特別是用費(fèi)用低、可批量生產(chǎn)的網(wǎng)帶爐希望盡可能在1160℃以下燒結(jié)。燒結(jié)溫度最好在1140℃以下。此外，還希望在1120℃以上的溫度下燒結(jié)。當(dāng)然也可以用其他爐，例如也可以用盤形推進(jìn)式的燒結(jié)爐。
得到的燒結(jié)體可以根據(jù)需要進(jìn)行滲碳淬火(CQT)、光亮淬火(BQT)、高頻淬火、滲碳氮化處理等的強(qiáng)化處理，即使不進(jìn)行強(qiáng)化處理的情況下，與現(xiàn)有的燒結(jié)體(不進(jìn)行強(qiáng)化處理的燒結(jié)體)相比，面壓疲勞強(qiáng)度得到改善。進(jìn)行淬火等的情況下，也可以再進(jìn)行回火處理。
各種強(qiáng)化處理按通常做法進(jìn)行。滲碳淬火的情況希望在碳勢(shì)0.6～1.2％左右、溫度800～950℃左右條件下滲碳后，淬火到約60℃以下(水淬或油淬均可)。所謂碳勢(shì)表示在加熱鋼的氣氛中的滲碳能力，是在滲碳溫度下達(dá)到與滲碳用氣體氛圍平衡時(shí)的鋼表面的碳濃度(質(zhì)量％)。
另外，光亮淬火中，例如適合采用特開(kāi)2001-181701號(hào)公報(bào)的段落 中所述的方法和條件。
在高頻淬火中，希望在高頻感應(yīng)加熱到表層部約850～1100℃后，淬火到約60℃以下(水淬或油淬均可)。
在滲碳氮化處理中，希望使碳勢(shì)為0.6～1.2％左右，在含氨氣3～10％(體積比例)左右的氣氛中，在750～950℃左右條件下滲碳氮化后，淬火到約60℃以下(水淬或油淬均可)。
得到的燒結(jié)體的成分，希望為C0.6～1.2質(zhì)量％、O0.02～0.15質(zhì)量％、N0.001～0.7質(zhì)量％。C、O、N以外的成分與加壓成形前的混合粉末(粉末冶金用合金鋼粉和混在其中的合金用粉末)的組成幾乎相同。
如上所述，眾所周知以使燒結(jié)體得到高強(qiáng)度為目的，單獨(dú)添加Mo或與Ni等一起添加的技術(shù)。特別是從壓縮特性的觀點(diǎn)提出了以各種量的Mo為預(yù)合金或擴(kuò)散附著，或一起使用的方案?？墒菦](méi)有提出像本發(fā)明這樣單獨(dú)添加Mo而不與Ni等一起添加使用，而且利用適當(dāng)量的預(yù)合金和擴(kuò)散附著進(jìn)行組合，改善所得燒結(jié)體的面壓疲勞特性的技術(shù)。
例如，特開(kāi)2002-146403號(hào)公報(bào)中發(fā)表的技術(shù)在通常工藝(1次燒結(jié)、不進(jìn)行加壓燒結(jié))的情況下，基體強(qiáng)度不足的壞影響超出了改善壓縮特性的效果，改善面壓疲勞強(qiáng)度不能達(dá)到本發(fā)明程度。
另一方面，特開(kāi)2003-147405號(hào)公報(bào)等發(fā)表的技術(shù)中，由于添加Ni造成壓縮特性降低，同時(shí)也引起面壓疲勞強(qiáng)度惡化，不能得到足夠的面壓疲勞強(qiáng)度。
另外，在上述特公平7-51721號(hào)公報(bào)等發(fā)表的技術(shù)中，預(yù)合金僅用Mo，由于它的含量也不足以在設(shè)想網(wǎng)帶爐的1120～1140℃左右的燒結(jié)溫度下，使燒結(jié)頸口形成單相的α相，所以不能促進(jìn)顆粒之間進(jìn)行燒結(jié)。因此，燒結(jié)頸口部分不能被強(qiáng)化，不能得到高的面壓疲勞強(qiáng)度。
下面用實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉和它的用途不限定為下述的示例。
把含規(guī)定量的Mo和Mn的鋼水用水噴霧法噴霧，制成噴霧狀態(tài)的鐵基粉末。作為Mo原料粉末的MoO3粉末(平均粒徑2.5μm)按規(guī)定比例添加到此鐵基粉末中，用V型混合器混合15分鐘。
把此混合粉末在露點(diǎn)為25℃氫氣氣氛中進(jìn)行熱處理(保持溫度900℃，但是為了變更Mo附著度，No.13為800℃、No.14為700℃，保溫時(shí)間都是1hr)，把MoO3粉末還原成Mo的金屬粉末，同時(shí)在鐵基粉末表面上擴(kuò)散附著，制成粉末冶金用合金鋼粉。從該粉末冶金用合金鋼粉中取樣，測(cè)定了所含的Mo量[Mo]T。其結(jié)果如表1所示。所有粉末冶金用合金鋼粉的平均粒徑都在70～90μm范圍。
其中鐵基粉末和粒徑按照J(rèn)IS Z 8815(1994版)記載的篩分試驗(yàn)方法求出粒徑分布，積分篩下百分率(以質(zhì)量為基準(zhǔn))50％的粒徑為平均直徑。
得到的合金鋼殘余成分是鐵和不可避免的夾雜物(O0.001～0.006質(zhì)量％、Si0.008～0.015質(zhì)量％、P0.006～0.010質(zhì)量％、S0.008～0.012質(zhì)量％、Al0.010～0.015質(zhì)量％、N0.0006～0.0018質(zhì)量％、O0.09～0.15質(zhì)量％)。


*Mo擴(kuò)散附著量＝[Mo]T-[Mo]P
表1中所示的Mo預(yù)合金量[Mo]P(質(zhì)量％)、Mn預(yù)合金量(質(zhì)量％)、Mo擴(kuò)散附著量([Mo]T-[Mo]P)(質(zhì)量％)都是相對(duì)于粉末冶金用合金鋼粉質(zhì)量的值。
把這些粉末冶金用合金鋼粉篩分，分級(jí)出粒徑45μm以下的細(xì)顆粒合金鋼粉，從此細(xì)顆粒合金鋼粉取樣，測(cè)定了含在細(xì)合金鋼粉中的Mo含量，記作[Mo]S。
試樣No.2～4、6～9、12～14、21為Mo預(yù)合金量、Mn預(yù)合金量、Mo擴(kuò)散附著量滿足本發(fā)明的示例。試樣No.1、5為Mo擴(kuò)散附著量(＝[Mo]T-[Mo]P)脫離本發(fā)明范圍的示例，試樣No.10、20為Mo預(yù)合金量脫離本發(fā)明范圍的示例，試樣No.11為Mn預(yù)合金量脫離本發(fā)明范圍的示例。
接著把加壓成形用的模具加熱到130℃之后，使用特開(kāi)2002-327204號(hào)公報(bào)發(fā)表的諾信(ノ-ドソン)公司制造的裝置，向模具噴霧硬脂酸鋰，使模具內(nèi)表面帶電荷。
進(jìn)而在No.1～14、20、21的粉末冶金用合金鋼粉中，再添加0.5質(zhì)量％的石墨和0.2重量份的硬脂酸鋰，在V型混合機(jī)中混合15分鐘。然后加熱到130℃，填充到模具內(nèi)，以686MPa的壓力加壓成形，制成直徑60mm、厚6mm的小平板狀成形體。
把此小平板狀成形體進(jìn)行燒結(jié)，制成燒結(jié)體。在燒結(jié)處理中，使氣氛為RX氣氛(N2-32體積％、H2-24體積％、CO-0.3體積％的CO2)，燒結(jié)溫度為1130℃，燒結(jié)時(shí)間為20分鐘。得到的燒結(jié)體在碳勢(shì)為O.8％的氣體中滲碳(保持溫度870℃，保溫時(shí)間60分鐘)后，進(jìn)行淬火(60℃的油淬火)和回火(200℃-60分鐘)。關(guān)于燒結(jié)體的成分，表層的碳為0.75～0.8質(zhì)量％，整體的C含量有一些增加。此外O含量稍稍減少，在0.05～0.12質(zhì)量％范圍，此外N含量有些增加，為0.01～0.02質(zhì)量％范圍。其他成分大體與原料組成相同。
測(cè)定了這些燒結(jié)體的密度(Mg/m3)和面壓疲勞強(qiáng)度(GPa)。其結(jié)果一并示于表1。面壓疲勞強(qiáng)度是進(jìn)行6球式面壓疲勞試驗(yàn)，從107次不產(chǎn)生凹痕的負(fù)荷中計(jì)算出最大接觸應(yīng)力，作為面壓疲勞強(qiáng)度。凹痕是用加速度型振動(dòng)監(jiān)視器確認(rèn)，加速度超過(guò)0.7G時(shí)判定產(chǎn)生凹痕。
6球式面壓疲勞試驗(yàn)使用外徑60mm、厚6mm的圓盤形試驗(yàn)片，用承載負(fù)荷的6個(gè)鋼球在試驗(yàn)片表面轉(zhuǎn)動(dòng)的6球式轉(zhuǎn)動(dòng)疲勞試驗(yàn)機(jī)(所謂森式面壓縮試驗(yàn)機(jī))進(jìn)行試驗(yàn)。把重復(fù)數(shù)為107次中的負(fù)荷作為疲勞負(fù)荷的載荷，按(6)式計(jì)算出最大接觸應(yīng)力，作為面壓疲勞強(qiáng)度。燒結(jié)體的楊氏模量按(7)式根據(jù)密度確定。
σw＝0.62[P(EE’)2/r2(E+E’)2]1/3……(6)σw最大接觸應(yīng)力(GPa)P 試驗(yàn)鋼球的負(fù)荷載荷(N)R 試驗(yàn)鋼球的半徑(4.7625mm)E 試驗(yàn)鋼球的楊氏模量(210GPa)E’燒結(jié)體的楊氏模量(GPa)E’＝-342+69.2ρ……(7)ρ燒結(jié)體的密度(Mg/m3)把發(fā)明例(試樣No.2～4、6～9、12～14、21)和比較例(試樣No.1、5、10、11、20)的面壓疲勞強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，發(fā)明例為3.1～3.9GPa，而比較例為2.5～2.9GPa。因此，采用本發(fā)明的粉末冶金用合金鋼粉的話，可以提高燒結(jié)體的面壓疲勞強(qiáng)度。
發(fā)明例中Mo附著度(也就是[Mo]S/[Mo]T)超過(guò)1.5的試樣No.14和Mo附著度在1.5以下的試樣No.2～4、6～9、12～13、21的面壓疲勞強(qiáng)度相比，試樣No.14為3.1GPa，而試樣No.2～4、6～9、12～13、21為3.3～3.9GPa。因此，通過(guò)使Mo附著度在1.5以下(也就是滿足(2)式的范圍)，可以使面壓疲勞強(qiáng)度保持在高水平。進(jìn)而，Mo附著度在1.2以下的試樣No.12與同一組成的超過(guò)1.2的No.13相比，使面壓疲勞強(qiáng)度得到大幅度改善。此外即使考慮成分的變動(dòng)，根據(jù)表1，Mo附著度在大約1.1以下可以得到3.5GPa以上的面壓疲勞強(qiáng)度(參照No.9)。
把含規(guī)定量的Mo和Mn的鋼水用水噴霧法噴霧，然后在氫氣氣氛中進(jìn)行還原處理，再破碎制成鐵基粉末。將作為含Mo合金粉末的Mo金屬粉末(純度99.9％，平均粒徑5μm)按規(guī)定比例添加到此鐵基粉末中，再添加1.0質(zhì)量％的作為粘結(jié)劑的硬脂酸鋅，加熱到140℃的同時(shí)混合15分鐘，把Mo金屬粉末粘結(jié)附著在鐵基金屬表面，制成粉末冶金用合金鋼粉。其中，硬脂酸鋅的添加量(質(zhì)量％)是相對(duì)于鐵基粉末和Mo金屬粉末合計(jì)質(zhì)量(也就是粉末冶金用合金鋼粉的質(zhì)量)的比例。
得到的合金鋼粉的其余組成與實(shí)施例1相同。
使用此粉末冶金用合金鋼粉，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的從加壓成形到回火的工序，制成燒結(jié)體，測(cè)定了密度和面壓疲勞強(qiáng)度。其結(jié)果如表2所示。


**Mo金屬粉末添加量＝[Mo]T-[Mo]P
試樣No.16～18為Mo預(yù)合金量、Mn預(yù)合金量、Mo金屬粉末添加量滿足本發(fā)明的示例。試樣No.15、19為Mo金屬粉末添加量(＝[Mo]T-[Mo]P)脫離本發(fā)明的示例。
對(duì)比發(fā)明例(試樣No.16～18)和比較例(試樣No.15、19)，燒結(jié)體密度顯示同等水平的值，而面壓疲勞強(qiáng)度為本發(fā)明的示例好。
但是以同等的Mo附著度相比的情況下，實(shí)施例1所示的擴(kuò)散附著的發(fā)明例(No.2～4)得到的燒結(jié)體面壓疲勞強(qiáng)度比實(shí)施例2所示的粘結(jié)附著的發(fā)明例高。
用與實(shí)施例1相同的方法制造了表3所示的粉末冶金用合金鋼粉，用同樣的方法進(jìn)行加壓成形、燒結(jié)和隨后的強(qiáng)化處理，用同樣的方法對(duì)燒結(jié)體的特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果也示于表3。各試樣僅在以下各點(diǎn)發(fā)生變化。
試樣No.22、23用與實(shí)施例2相同的Mo金屬粉末(No.22)和鉬鐵粉末(組成實(shí)質(zhì)上為60質(zhì)量％Mo-Fe，粒徑為3.5μm)(No.23)替代作為Mo原料粉末的MoO3粉末。No.22和23不還原，但都在與實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行附著處理。
試樣No.24在填充到模具內(nèi)之前在以下條件下混合。在粉末冶金用合金鋼粉中再添加0.3質(zhì)量％的石墨、0.5質(zhì)量％的改善切削性能的MnS和作為潤(rùn)滑劑的0.6重量份的亞乙基雙硬脂酰胺，用V型混合機(jī)混合15分鐘。此外，試樣No.24省略了模具潤(rùn)滑。
對(duì)于No.22～24，得到的合金鋼粉的粒徑為80～90μm。相同粉末含有的夾雜物水平與實(shí)施例1相同。此外燒結(jié)體的組成除了在No.24添加的成分(添加量大體相同)以外，與實(shí)施例1相同。
試樣No.25在燒結(jié)后在以下條件下進(jìn)行光亮淬火，來(lái)替代滲碳淬火處理。也就是在氬氣中進(jìn)行900℃-60分鐘的加熱處理，然后在60℃進(jìn)行油淬火。此后，進(jìn)行180℃-60分鐘的回火。在填充到模具內(nèi)前混合的石墨為0.8質(zhì)量％，潤(rùn)滑條件(混合的潤(rùn)滑劑、模具潤(rùn)滑)與No.24相同。
試樣No.26燒結(jié)后在以下條件下進(jìn)行高頻淬火，來(lái)替代滲碳淬火處理。也就是以10kHz頻率加熱到900℃后淬入室溫的水中。然后進(jìn)行180℃-60分鐘的回火。在填充到模具內(nèi)前混合的石墨為0.8質(zhì)量％，潤(rùn)滑條件(混合的潤(rùn)滑劑、模具潤(rùn)滑)與No.24相同。
試樣No.27燒結(jié)后在以下條件下進(jìn)行滲碳氮化處理，來(lái)替代滲碳淬火處理。在碳勢(shì)為0.8％、5體積％氨氣的氣氛條件下進(jìn)行860℃-60分鐘的加熱處理，然后在60℃進(jìn)行油淬火。此后，進(jìn)行180℃-60分鐘的回火。在填充到模具內(nèi)前混合的石墨為0.15質(zhì)量％，潤(rùn)滑條件(混合的潤(rùn)滑劑、模具潤(rùn)滑)與No.24相同。
關(guān)于No.25、26、27，得到的合金鋼粉的粒徑為80～90μm。另外，相同粉末含有的夾雜物水平與實(shí)施例1相同。關(guān)于燒結(jié)體的組成，No.25、26的C含量為0.7～0.75質(zhì)量％，No.27的N含量為0.45～0.5質(zhì)量％。另外，No.27隨表層的C增加到0.15～0.8％，整體的C含量有一定增加。對(duì)于上述以外的成分，與實(shí)施例1相同。


**Mo擴(kuò)散附著量＝[Mo]T-[Mo]P
在省略了模具潤(rùn)滑，代之以增加混合潤(rùn)滑劑的No.24～27中，燒結(jié)體密度有所降低。此外，進(jìn)行光亮淬火和高頻淬火的No.25、26的面壓疲勞強(qiáng)度，與滲碳淬火和滲碳氮化處理的情況相比，絕對(duì)值有一些下降?？墒歉鞣N情況下通過(guò)適用本發(fā)明的合金鋼粉，與現(xiàn)有技術(shù)相比可以看出明顯的改善效果。
權(quán)利要求
1.一種粉末冶金用合金鋼粉，在作為預(yù)合金元素含有0.5質(zhì)量％以下的Mn，并作為預(yù)合金元素含有0.2～1.5質(zhì)量％的Mo的鐵基粉末表面，附著含Mo合金粉末，其中，Mo的平均含量[Mo]T(質(zhì)量％)滿足下述(1)式，0.05≤[Mo]T-[Mo]P≤0.8……(1)其中[Mo]P為作為預(yù)合金含在所述鐵基粉末中的Mo含量(質(zhì)量％)。
2.一種粉末冶金用合金鋼粉，在作為預(yù)合金元素含有0.5質(zhì)量％以下的Mn，并作為預(yù)合金元素含有0.2～1.5質(zhì)量％的Mo的鐵基粉末表面，擴(kuò)散附著含Mo合金粉末，其中，Mo的平均含量[Mo]T(質(zhì)量％)滿足下述(1)式，0.05≤[Mo]T-[Mo]P≤0.8……(1)其中[Mo]P為作為預(yù)合金含在所述鐵基粉末中的Mo含量(質(zhì)量％)。
3.如權(quán)利要求2所述的粉末冶金用合金鋼粉，其特征在于，所述含Mo合金粉末，是把含Mo的化合物在與所述鐵基粉末混合的狀態(tài)下還原而生成的。
4.一種粉末冶金用合金鋼粉，在作為預(yù)合金元素含有0.5質(zhì)量％以下的Mn，并作為預(yù)合金元素含有0.2～1.5質(zhì)量％的Mo的鐵基粉末表面，粘結(jié)附著含Mo合金粉末，其中，Mo的平均含量[Mo]T(質(zhì)量％)滿足下述(1)式，0.05≤[Mo]T-[Mo]P≤0.8……(1)其中[Mo]P為作為預(yù)合金含在所述鐵基粉末中的Mo含量(質(zhì)量％)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用合金鋼粉，其中粒徑在45μm以下的粉末冶金用合金鋼粉中含有的Mo平均含量[Mo]S(質(zhì)量％)滿足下述(2)式，[Mo]S≤1.5[Mo]T……(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用合金鋼粉，其中粒徑在45μm以下的粉末冶金用合金鋼粉中含有的Mo平均含量[Mo]S(質(zhì)量％)滿足下述(3)式，[Mo]S≤1.2[Mo]T……(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用合金鋼粉，其中粒徑在45μm以下的粉末冶金用合金鋼粉中含有的Mo平均含量[Mo]S(質(zhì)量％)滿足下述(4)式，1.0[Mo]T≤[Mo]S≤1.2[Mo]T……(4)。
8.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用合金鋼粉，所述鐵基粉末含有0.02質(zhì)量％以上的作為預(yù)合金元素的Mn。
9.如權(quán)利要求5所述的粉末冶金用合金鋼粉，所述鐵基粉末含有0.02質(zhì)量％以上的作為預(yù)合金元素的Mn。
全文摘要
一種粉末冶金用合金鋼粉，在作為預(yù)合金元素含有Mn含量0.5質(zhì)量％以下，并作為預(yù)合金元素含有Mo含量[Mo]
文檔編號(hào)C22C33/02GK1598027SQ20041005677
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月18日
發(fā)明者宇波繁, 中村尚道, 上之園聰 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社