粉末冶金用金属粉末、复合物、造粒粉末以及烧结体的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及粉末冶金用金属粉末、复合物、造粒粉末以及烧结体。
【背景技术】
[0002] 在粉末冶金法中，将含有金属粉末和粘合剂的组合物成形为期望的形状而获得成 形体之后，对成形体进行脱脂、烧结，从而制造烧结体。在这种烧结体的制造过程中，在金属 粉末的粒子彼此之间产生原子的扩散现象，由此，成形体逐渐地致密化，从而达到烧结。
[0003] 例如，在专利文献1中，提出了一种含有Zr及Si、其余部分由选自由Fe、Co及Ni 所组成的组中的至少1种和不可避免元素构成的粉末冶金用金属粉末。根据这种粉末冶金 用金属粉末，通过Zr的作用，烧结性提高，能够容易地制造高密度的烧结体。
[0004] 近年来，通过如此获得的烧结体正在被广泛地应用于各种机械部件和结构件等。
[0005] 可是，根据烧结体的用途不同，有时也需要更进一步的致密化。在这种情况下，对 烧结体再进行热等静压处理（HIP处理）这样的附加处理，以谋求高密度化，但是，导致工作 量大幅增加，同时不可避免地导致高成本化。
[0006] 因此，对于不实施附加处理等即可制造高密度的烧结体的金属粉末的实现，期待 正在不断地提高。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本特开2012-87416号公报
【发明内容】
[0010] 发明要解决的技术问题
[0011] 本发明的目的在于，提供能够制造高密度烧结体的粉末冶金用金属粉末、复合物 及造粒粉末、以及使用所述粉末冶金用金属粉末而制造的高密度烧结体。
[0012] 用于解决技术问题的方案
[0013] 上述目的通过下述的本发明而达到：
[0014] 根据本发明的粉末冶金用金属粉末，其特征在于，在所述粉末冶金用金属粉末中， Fe为主成分，并且，以按质量计10%以上30%以下的比例含有Cr，以按质量计0. 15%以上 1. 5%以下的比例含有C，以按质量计0. 3%以上1 %以下的比例含有Si，以按质量计0.01 % 以上0. 5%以下的比例含有Zr，以按质量计0.01 %以上0. 5%以下的比例含有Nb，以按质量 计合计为〇. 05%以上1. 6%以下的比例含有Mn和Ni。
[0015] 由此，通过适度添加Zr和Nb，从而获得烧结时晶粒的显著生长被抑制、在烧结体 中不易生成空孔、且晶粒的肥大化被防止、能够制造高密度烧结体的粉末冶金用金属粉末。
[0016] 在本发明的粉末冶金用金属粉末中，优选，具有马氏体类不锈钢的结晶结构。
[0017] 马氏体类不锈钢的结晶结构是C、N过饱和固溶的体心立方晶格，因此，与通常的 体心立方晶格相比，处于稍微歪扭的状态。因此，具有这样的结晶结构的粉末冶金用金属粉 末可制造反映了该结晶结构的歪扭（歪A)的高硬度的烧结体。
[0018] 在本发明的粉末冶金用金属粉末中，优选，Zr的含有率与Nb的含有率之比Zr/Nb 为0.3以上3以下。
[0019] 由此，能够在以Nb碳化物为核的区域和以Zr碳化物为核的区域间使结晶生长开 始的时机最优化地错开。其结果，能够将残留于成形体中的空孔犹如从内侧依次扫除样地 排出。由此，能够将烧结体中产生的空孔抑制到最小限度。因此，通过将Zr/Nb设定在所述 范围内，从而能够获得可制造高密度且机械特性卓越的烧结体的金属粉末。
[0020] 在本发明的粉末冶金用金属粉末中，优选，Zr的含有率与Nb的含有率按质量计合 计为0. 05%以上0. 6%以下。
[0021] 由此，被制造的烧结体的高密度化必要且充分。
[0022] 在本发明的粉末冶金用金属粉末中，优选，在将Zr的含有率与Nb的含有率合计设 为（Zr+Nb)时，（Zr+Nb)与Si的含有率之比（Zr+Nb)/Si为0? 1以上0? 7以下。
[0023] 由此，添加了 Si时的韧性的下降等可以通过Zr以及Nb的添加来充分地弥补。其 结果，获得可制造高密度、韧性等机械特性卓越、且由来于Si的耐腐蚀性也卓越的烧结体 的金属粉末。
[0024] 在本发明的粉末冶金用金属粉末中，优选，以按质量计0. 01%以上1. 25%以下的 比例含有Mn。
[0025] 由此，获得高密度且机械特性卓越的烧结体。
[0026] 在本发明的粉末冶金用金属粉末中，优选，以按质量计0. 05 %以上0. 6 %以下的 比例含有Ni。
[0027] 由此，获得机械特性长期卓越的烧结体。
[0028] 在本发明的粉末冶金用金属粉末中，优选，平均粒径为0. 5 iim以上30 iim以下。
[0029] 由此，残存于烧结体中的空孔变得极少，因而能够制造特别高密度且机械特性卓 越的烧结体。
[0030] 根据本发明的复合物，其特征在于，含有：本发明的粉末冶金用金属粉末；以及将 所述粉末冶金用金属粉末的粒子彼此粘结的粘合剂。
[0031] 由此，获得能够制造高密度的烧结体的复合物。
[0032] 根据本发明的造粒粉末，其特征在于，通过对本发明的粉末冶金用金属粉末造粒 而得。由此，获得能够制造高密度的烧结体的造粒粉末。
[0033] 根据本发明的烧结体，其特征在于，通过对粉末冶金用金属粉末进行烧结而制得， 在所述粉末冶金用金属粉末中，Fe为主成分，并且，以按质量计10%以上30%以下的比例 含有Cr，以按质量计0. 15%以上1. 5%以下的比例含有C，以按质量计0. 3%以上1 %以下 的比例含有Si，以按质量计0. 01 %以上0. 5%以下的比例含有Zr，以按质量计0. 01 %以上 0. 5%以下的比例含有Nb，以按质量计合计为0. 05%以上1. 6%以下的比例含有Mn和Ni。 [0034] 由此，获得高密度的烧结体。
[0035] 在本发明的烧结体中，优选，相对密度为97 %以上，且表面的维氏硬度为570以 上。
[0036] 由此，尽管是具有无限接近于目标形状的形状的烧结体，但仍具有与熔炼材料 (溶製材）相媲美的卓越的机械特性，因此，几乎不用实施后加工即得到可适用于各种机械 部件、结构件等的烧结体。
【具体实施方式】
[0037] 以下，对本发明的粉末冶金用金属粉末、复合物、造粒粉末以及烧结体进行详细说 明。
[0038][粉末冶金用金属粉末]
[0039] 首先，对本发明的粉末冶金用金属粉末进行说明。
[0040] 在粉末冶金中，通过在将含有粉末冶金用金属粉末和粘合剂的组合物成形为期望 的形状之后进行脱脂、烧结，从而能够获得期望形状的烧结体。根据这种粉末冶金技术，与 其它的冶金技术相比，具有能够以近终型（接近于最终形状的形状）制造复杂且细微形状 的烧结体的优点。
[0041] 作为被用于粉末冶金的粉末冶金用金属粉末，在现有技术中，进行了通过适当改 变其组成来谋求所被制造的烧结体的高密度化的尝试。然而，由于在烧结体中易于形成空 孔，因而要获得与铸块材料（溶製材）同等的机械特性，就必须谋求更一步的高密度化。
[0042] 于是，在现有技术中，通过对所获得的烧结体进一步实施热等静压处理（HIP处 理）等附加处理来谋求高密度化。然而，这种附加处理伴随太多的繁琐和成本，因此成为扩 大烧结体用途时的束缚。
[0043] 鉴于上述问题，本发明人对不实施附加处理即获得高密度烧结体的条件反复进行 了认真研究。其结果，发现：通过使构成金属粉末的合金的组成最优化，可以谋求烧结体的 高密度化，从而完成了本发明。
[0044] 具体而言，本发明的粉末冶金用金属粉末是一种下述的金属粉末：其中，Fe为主 要成分，以按质量计10%以上30%以下的比例含有Cr，以按质量计0. 15%以上1.5%以 下的比例含有C，以按质量计0.3%以上1 %以下的比例含有Si，以按质量计0.01 %以上 0. 5%以下的比例含有Zr，以按质量计0.01 %以上0. 5%以下的比例含有Nb，并且，Mn和Ni 以按质量计合计为〇. 05%以上1. 6%以下的比例而被含有。根据这样的金属粉末，实现了 合金组成的最优化，其结果，能够特别地提高烧结时的致密化。因此，不实施附加处理即可 制造高密度的烧结体。
[0045] 而且，通过谋求烧结体的高密度化，从而获得机械特性卓越的烧结体。这样的烧结 体也可以广泛用于诸如机械部件、结构件等被施加有外力（负荷）的用途。
[0046] 以下，对本发明的粉末冶金用金属粉末的合金组成进一步详细说明。此外，在以下 的说明中，有时也将粉末冶金用金属粉末只称为"金属粉末"。
[0047] Cr (铬）是向所被制造的烧结体赋予耐腐蚀性的元素，通过使用含有Cr的金属粉 末，从而能够获得可长期维持高的机械特性的烧结体。
[0048] Cr在金属粉末中的含有率被设定为按质量计10%以上30%以下，但优选被设定 为按质量计10. 5%以上20%以下，更优选被设定为按质量计11 %以上18%以下。如果Cr 的含有率低于所述下限值，则根据整体的组成，所制造的烧结体的耐腐蚀性会变得不足。另 一方面，如果Cr的含有率超过所述上限值，则根据整体的组成，烧结性会下降，烧结体的高 密度化变得困难。
[0049] C(碳）通过与后述的Zr、Nb同时使用，从而能够特别地提高烧结性。具体而言， Zr、Nb各自与C结合，从而生成ZrC、NbC等碳化物。通过该ZrC、NbC等碳化物分散并析出， 产生防止晶粒的显著生长的效果。虽然取得这种效果的明确的理由尚不清楚，但作为理由 之一，认为，由于分散的析出物成为障碍而阻碍晶粒的显著生长，因而晶粒尺寸的差异受到 抑制。由此，在烧结体中不易产生空孔，且防止了晶粒的肥大化，因此获得高密度且机械特 性高的烧结体。
[0050] C在金属粉末中的含有率被设定为按质量计0. 15%以上1.5%以下，但优选被设 定为按质量计〇. 35%以上1. 15%以下，更优选被设定为按质量计0. 4%以上1. 1 %以下。如 果C的含有率低于所述下限值，则根据整体的组成，晶粒变得易于显著地生长，烧结体的机 械特性不充分。另一方面，如果C的含有率超过所述上限值，则根据整体的组成，C会变得 过多，烧结性反而下降。
[0051] Si (硅）是向所被制造的烧结体赋予耐腐蚀性以及高机械特性的元素，通过使用 含有Si的金属粉末，从而能够获得可以长期维持高的机械特性的烧结体。
[0052] Si在金属粉末中的含有率被设定为按质量计0. 3%以上0. 9%以下，但优选被设 定为按质量计〇. 4%以上0. 85%以下，更优选被设定为按质量计0. 5%以上0. 8%以下。如 果Si的含有率低于所述下限值，则根据整体的组成，添加Si的效果会变得微乎其微，因此 所制造的烧结体的耐腐蚀性、机械特性下降。另一方面，如果Si的含有率超过所述上限值， 则根据整体的组成，Si会变得过多，反而耐腐蚀性、机械特性下降。
[0053] Zr (锫）固溶于Fe，形成低烙点相（低融点相），而该低烙点相在金属粉末的烧结 时带来快速的原子扩散。于是，该原子扩散成为驱动力，金属粉末的粒子