粉末冶金用金屬粉末、復(fù)合物、造粒粉末以及燒結(jié)體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及粉末冶金用金屬粉末、復(fù)合物、造粒粉末以及燒結(jié)體。
【背景技術(shù)】
[0002] 在粉末冶金法中，將含有金屬粉末和粘合劑的組合物成形為期望的形狀而獲得成 形體之后，對成形體進(jìn)行脫脂、燒結(jié)，從而制造燒結(jié)體。在這種燒結(jié)體的制造過程中，在金屬 粉末的粒子彼此之間產(chǎn)生原子的擴(kuò)散現(xiàn)象，由此，成形體逐漸地致密化，從而達(dá)到燒結(jié)。
[0003] 例如，在專利文獻(xiàn)1中，提出了一種含有Zr及Si、其余部分由選自由Fe、Co及Ni 所組成的組中的至少1種和不可避免元素構(gòu)成的粉末冶金用金屬粉末。根據(jù)這種粉末冶金 用金屬粉末，通過Zr的作用，燒結(jié)性提高，能夠容易地制造高密度的燒結(jié)體。
[0004] 近年來，通過如此獲得的燒結(jié)體正在被廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械部件和結(jié)構(gòu)件等。
[0005] 可是，根據(jù)燒結(jié)體的用途不同，有時也需要更進(jìn)一步的致密化。在這種情況下，對 燒結(jié)體再進(jìn)行熱等靜壓處理（HIP處理）這樣的附加處理，以謀求高密度化，但是，導(dǎo)致工作 量大幅增加，同時不可避免地導(dǎo)致高成本化。
[0006] 因此，對于不實施附加處理等即可制造高密度的燒結(jié)體的金屬粉末的實現(xiàn)，期待 正在不斷地提高。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2012-87416號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0011] 本發(fā)明的目的在于，提供能夠制造高密度燒結(jié)體的粉末冶金用金屬粉末、復(fù)合物 及造粒粉末、以及使用所述粉末冶金用金屬粉末而制造的高密度燒結(jié)體。
[0012] 用于解決技術(shù)問題的方案
[0013] 上述目的通過下述的本發(fā)明而達(dá)到：
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末，其特征在于，在所述粉末冶金用金屬粉末中， Fe為主成分，并且，以按質(zhì)量計10%以上30%以下的比例含有Cr，以按質(zhì)量計0. 15%以上 1. 5%以下的比例含有C，以按質(zhì)量計0. 3%以上1 %以下的比例含有Si，以按質(zhì)量計0.01 % 以上0. 5%以下的比例含有Zr，以按質(zhì)量計0.01 %以上0. 5%以下的比例含有Nb，以按質(zhì)量 計合計為〇. 05%以上1. 6%以下的比例含有Mn和Ni。
[0015] 由此，通過適度添加Zr和Nb，從而獲得燒結(jié)時晶粒的顯著生長被抑制、在燒結(jié)體 中不易生成空孔、且晶粒的肥大化被防止、能夠制造高密度燒結(jié)體的粉末冶金用金屬粉末。
[0016] 在本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末中，優(yōu)選，具有馬氏體類不銹鋼的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
[0017] 馬氏體類不銹鋼的結(jié)晶結(jié)構(gòu)是C、N過飽和固溶的體心立方晶格，因此，與通常的 體心立方晶格相比，處于稍微歪扭的狀態(tài)。因此，具有這樣的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的粉末冶金用金屬粉 末可制造反映了該結(jié)晶結(jié)構(gòu)的歪扭（歪A)的高硬度的燒結(jié)體。
[0018] 在本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末中，優(yōu)選，Zr的含有率與Nb的含有率之比Zr/Nb 為0.3以上3以下。
[0019] 由此，能夠在以Nb碳化物為核的區(qū)域和以Zr碳化物為核的區(qū)域間使結(jié)晶生長開 始的時機(jī)最優(yōu)化地錯開。其結(jié)果，能夠?qū)埩粲诔尚误w中的空孔猶如從內(nèi)側(cè)依次掃除樣地 排出。由此，能夠?qū)Y(jié)體中產(chǎn)生的空孔抑制到最小限度。因此，通過將Zr/Nb設(shè)定在所述 范圍內(nèi)，從而能夠獲得可制造高密度且機(jī)械特性卓越的燒結(jié)體的金屬粉末。
[0020] 在本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末中，優(yōu)選，Zr的含有率與Nb的含有率按質(zhì)量計合 計為0. 05%以上0. 6%以下。
[0021] 由此，被制造的燒結(jié)體的高密度化必要且充分。
[0022] 在本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末中，優(yōu)選，在將Zr的含有率與Nb的含有率合計設(shè) 為（Zr+Nb)時，（Zr+Nb)與Si的含有率之比（Zr+Nb)/Si為0? 1以上0? 7以下。
[0023] 由此，添加了 Si時的韌性的下降等可以通過Zr以及Nb的添加來充分地彌補。其 結(jié)果，獲得可制造高密度、韌性等機(jī)械特性卓越、且由來于Si的耐腐蝕性也卓越的燒結(jié)體 的金屬粉末。
[0024] 在本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末中，優(yōu)選，以按質(zhì)量計0. 01%以上1. 25%以下的 比例含有Mn。
[0025] 由此，獲得高密度且機(jī)械特性卓越的燒結(jié)體。
[0026] 在本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末中，優(yōu)選，以按質(zhì)量計0. 05 %以上0. 6 %以下的 比例含有Ni。
[0027] 由此，獲得機(jī)械特性長期卓越的燒結(jié)體。
[0028] 在本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末中，優(yōu)選，平均粒徑為0. 5 iim以上30 iim以下。
[0029] 由此，殘存于燒結(jié)體中的空孔變得極少，因而能夠制造特別高密度且機(jī)械特性卓 越的燒結(jié)體。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合物，其特征在于，含有：本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末；以及將 所述粉末冶金用金屬粉末的粒子彼此粘結(jié)的粘合劑。
[0031] 由此，獲得能夠制造高密度的燒結(jié)體的復(fù)合物。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的造粒粉末，其特征在于，通過對本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末造粒 而得。由此，獲得能夠制造高密度的燒結(jié)體的造粒粉末。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的燒結(jié)體，其特征在于，通過對粉末冶金用金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)而制得， 在所述粉末冶金用金屬粉末中，F(xiàn)e為主成分，并且，以按質(zhì)量計10%以上30%以下的比例 含有Cr，以按質(zhì)量計0. 15%以上1. 5%以下的比例含有C，以按質(zhì)量計0. 3%以上1 %以下 的比例含有Si，以按質(zhì)量計0. 01 %以上0. 5%以下的比例含有Zr，以按質(zhì)量計0. 01 %以上 0. 5%以下的比例含有Nb，以按質(zhì)量計合計為0. 05%以上1. 6%以下的比例含有Mn和Ni。 [0034] 由此，獲得高密度的燒結(jié)體。
[0035] 在本發(fā)明的燒結(jié)體中，優(yōu)選，相對密度為97 %以上，且表面的維氏硬度為570以 上。
[0036] 由此，盡管是具有無限接近于目標(biāo)形狀的形狀的燒結(jié)體，但仍具有與熔煉材料 (溶製材）相媲美的卓越的機(jī)械特性，因此，幾乎不用實施后加工即得到可適用于各種機(jī)械 部件、結(jié)構(gòu)件等的燒結(jié)體。
【具體實施方式】
[0037] 以下，對本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末、復(fù)合物、造粒粉末以及燒結(jié)體進(jìn)行詳細(xì)說 明。
[0038][粉末冶金用金屬粉末]
[0039] 首先，對本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末進(jìn)行說明。
[0040] 在粉末冶金中，通過在將含有粉末冶金用金屬粉末和粘合劑的組合物成形為期望 的形狀之后進(jìn)行脫脂、燒結(jié)，從而能夠獲得期望形狀的燒結(jié)體。根據(jù)這種粉末冶金技術(shù)，與 其它的冶金技術(shù)相比，具有能夠以近終型（接近于最終形狀的形狀）制造復(fù)雜且細(xì)微形狀 的燒結(jié)體的優(yōu)點。
[0041] 作為被用于粉末冶金的粉末冶金用金屬粉末，在現(xiàn)有技術(shù)中，進(jìn)行了通過適當(dāng)改 變其組成來謀求所被制造的燒結(jié)體的高密度化的嘗試。然而，由于在燒結(jié)體中易于形成空 孔，因而要獲得與鑄塊材料（溶製材）同等的機(jī)械特性，就必須謀求更一步的高密度化。
[0042] 于是，在現(xiàn)有技術(shù)中，通過對所獲得的燒結(jié)體進(jìn)一步實施熱等靜壓處理（HIP處 理）等附加處理來謀求高密度化。然而，這種附加處理伴隨太多的繁瑣和成本，因此成為擴(kuò) 大燒結(jié)體用途時的束縛。
[0043] 鑒于上述問題，本發(fā)明人對不實施附加處理即獲得高密度燒結(jié)體的條件反復(fù)進(jìn)行 了認(rèn)真研究。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)：通過使構(gòu)成金屬粉末的合金的組成最優(yōu)化，可以謀求燒結(jié)體的 高密度化，從而完成了本發(fā)明。
[0044] 具體而言，本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末是一種下述的金屬粉末：其中，F(xiàn)e為主 要成分，以按質(zhì)量計10%以上30%以下的比例含有Cr，以按質(zhì)量計0. 15%以上1.5%以 下的比例含有C，以按質(zhì)量計0.3%以上1 %以下的比例含有Si，以按質(zhì)量計0.01 %以上 0. 5%以下的比例含有Zr，以按質(zhì)量計0.01 %以上0. 5%以下的比例含有Nb，并且，Mn和Ni 以按質(zhì)量計合計為〇. 05%以上1. 6%以下的比例而被含有。根據(jù)這樣的金屬粉末，實現(xiàn)了 合金組成的最優(yōu)化，其結(jié)果，能夠特別地提高燒結(jié)時的致密化。因此，不實施附加處理即可 制造高密度的燒結(jié)體。
[0045] 而且，通過謀求燒結(jié)體的高密度化，從而獲得機(jī)械特性卓越的燒結(jié)體。這樣的燒結(jié) 體也可以廣泛用于諸如機(jī)械部件、結(jié)構(gòu)件等被施加有外力（負(fù)荷）的用途。
[0046] 以下，對本發(fā)明的粉末冶金用金屬粉末的合金組成進(jìn)一步詳細(xì)說明。此外，在以下 的說明中，有時也將粉末冶金用金屬粉末只稱為"金屬粉末"。
[0047] Cr (鉻）是向所被制造的燒結(jié)體賦予耐腐蝕性的元素，通過使用含有Cr的金屬粉 末，從而能夠獲得可長期維持高的機(jī)械特性的燒結(jié)體。
[0048] Cr在金屬粉末中的含有率被設(shè)定為按質(zhì)量計10%以上30%以下，但優(yōu)選被設(shè)定 為按質(zhì)量計10. 5%以上20%以下，更優(yōu)選被設(shè)定為按質(zhì)量計11 %以上18%以下。如果Cr 的含有率低于所述下限值，則根據(jù)整體的組成，所制造的燒結(jié)體的耐腐蝕性會變得不足。另 一方面，如果Cr的含有率超過所述上限值，則根據(jù)整體的組成，燒結(jié)性會下降，燒結(jié)體的高 密度化變得困難。
[0049] C(碳）通過與后述的Zr、Nb同時使用，從而能夠特別地提高燒結(jié)性。具體而言， Zr、Nb各自與C結(jié)合，從而生成ZrC、NbC等碳化物。通過該ZrC、NbC等碳化物分散并析出， 產(chǎn)生防止晶粒的顯著生長的效果。雖然取得這種效果的明確的理由尚不清楚，但作為理由 之一，認(rèn)為，由于分散的析出物成為障礙而阻礙晶粒的顯著生長，因而晶粒尺寸的差異受到 抑制。由此，在燒結(jié)體中不易產(chǎn)生空孔，且防止了晶粒的肥大化，因此獲得高密度且機(jī)械特 性高的燒結(jié)體。
[0050] C在金屬粉末中的含有率被設(shè)定為按質(zhì)量計0. 15%以上1.5%以下，但優(yōu)選被設(shè) 定為按質(zhì)量計〇. 35%以上1. 15%以下，更優(yōu)選被設(shè)定為按質(zhì)量計0. 4%以上1. 1 %以下。如 果C的含有率低于所述下限值，則根據(jù)整體的組成，晶粒變得易于顯著地生長，燒結(jié)體的機(jī) 械特性不充分。另一方面，如果C的含有率超過所述上限值，則根據(jù)整體的組成，C會變得 過多，燒結(jié)性反而下降。
[0051] Si (硅）是向所被制造的燒結(jié)體賦予耐腐蝕性以及高機(jī)械特性的元素，通過使用 含有Si的金屬粉末，從而能夠獲得可以長期維持高的機(jī)械特性的燒結(jié)體。
[0052] Si在金屬粉末中的含有率被設(shè)定為按質(zhì)量計0. 3%以上0. 9%以下，但優(yōu)選被設(shè) 定為按質(zhì)量計〇. 4%以上0. 85%以下，更優(yōu)選被設(shè)定為按質(zhì)量計0. 5%以上0. 8%以下。如 果Si的含有率低于所述下限值，則根據(jù)整體的組成，添加Si的效果會變得微乎其微，因此 所制造的燒結(jié)體的耐腐蝕性、機(jī)械特性下降。另一方面，如果Si的含有率超過所述上限值， 則根據(jù)整體的組成，Si會變得過多，反而耐腐蝕性、機(jī)械特性下降。
[0053] Zr (锫）固溶于Fe，形成低烙點相（低融點相），而該低烙點相在金屬粉末的燒結(jié) 時帶來快速的原子擴(kuò)散。于是，該原子擴(kuò)散成為驅(qū)動力，金屬粉末的粒子