粉末冶金用合金钢粉及铁基烧结体的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适合用于粉末冶金技术的粉末冶金用合金钢粉，尤其是谋求提高使用 了所述合金钢粉的烧结材料的强度及韧性。
[0002] 另外，本发明涉及使用上述粉末冶金用合金钢粉制成的强度及韧性优异的铁基烧 结体的制造方法。
【背景技术】
[0003] 粉末冶金技术由于能以与制品形状非常接近的形状(所谓的近净形状(near net shape))、并且能以高尺寸精度制造复杂形状的部件，所以能够大幅降低切削成本。因此，粉 末冶金制品作为各种机械结构物或其部件而被利用于很多领域。
[0004] 此外，最近，为了实现部件的小型化、轻量化，强烈期望提高粉末冶金制品的强度， 尤其是，针对铁基粉末制品(铁基烧结体)的高强度化的要求强烈。
[0005] 作为铁基烧结体的前阶段的粉末冶金用铁基粉末成型体通常可通过以下方式制 造:在铁基粉末中混合铜粉、石墨粉等合金用粉末、和硬脂酸、硬脂酸锌等润滑剂而制成铁 基粉末混合粉，将其填充到模具中，进行加压成型，由此制造。而且，根据成分不同，铁基粉 末可被分类为铁粉(例如纯铁粉等）、合金钢粉等。另外，在基于制法的分类中，包括雾化铁 粉(atomized iron powder)、还原铁粉等，上述分类中的铁粉这一词语以包括合金钢粉的 广义使用。
[0006] 由通常的粉末冶金工序得到的粉末冶金用铁基粉末成型体的密度一般为6.8~ 7.3Mg/m3左右。对于该铁基粉末成型体，随后实施烧结处理而形成铁基烧结体，进而根据需 要实施精压加工(sizing)、切削加工等，形成粉末冶金制品。另外，在需要更高强度的情况 下，有时也在烧结后实施渗碳热处理、光亮热处理。
[0007] 此处，一直以来，作为在原料粉的阶段添加合金元素而得到的粉末，已知有下述等 粉末：
[0008] (1)在纯铁粉中配合各合金元素粉末而得到的混合粉；
[0009] (2)将各元素完全合金化而得到的预合金钢粉；
[0010] (3)使各合金元素粉末在纯铁粉、预合金钢粉的表面上部分地扩散而得到的扩散 附着合金钢粉。
[0011] 上述（1)所示的在纯铁粉中配合各合金元素粉末的混合粉，具有可确保与纯铁粉 相当的高压缩性的优点。然而，存在以下这样的问题：由于各合金元素粉末的偏析大，所以 特性的偏差大，另外，合金元素未在Fe中充分扩散，成为不均匀组织的状态，无法达成有效 的基体强化。
[0012] 因此，上述在纯铁粉中配合各合金元素粉末而得到的混合粉无法应对近年来的特 性稳定化、高强度化的要求，其使用量逐渐减少。
[0013] 另外，上述(2)所示的将各元素完全合金化的预合金钢粉是将钢液雾化而制造的 物质，虽然其可达成基于均匀组织的基体强化，但因固溶硬化作用而导致的压缩性降低成 为课题。
[0014] 此外，上述(3)所示的扩散附着合金钢粉是在纯铁粉、预合金钢粉中配合各元素的 金属粉末，并在非氧化性或还原性的气氛下进行加热，从而在纯铁粉、预合金钢粉的表面上 部分地扩散接合各金属粉末而制造的，因此，可兼具上述（1)的铁基混合粉及上述(2)的预 合金钢粉的优点。
[0015] 因此，在能够防止合金元素的偏析，并且确保与纯铁粉相当的高压缩性的同时，可 形成分散有部分合金富集相的复合组织，因此具有基体强化的可能性，作为用于高强度目 的的扩散附着合金钢粉而进行了开发。
[0016] 如上所述，为了提高粉末冶金制品的强度、韧性，可考虑高合金化。然而，在该合金 化中，作为原材料的合金钢粉硬化，压缩性降低，产生加压成型中的设备负担增大这样的问 题。另外，合金钢粉的压缩性的降低引起烧结体的密度降低，将抵消高强度化。即，为了提高 粉末冶金制品的强度、韧性，要求在极力抑制压缩性降低的同时使烧结体高强度化的技术。
[0017] 作为上述那样的在维持压缩性的同时使烧结体高强度化的技术，通常进行下述操 作:将改善淬火性(harden ability)的Ni、Cu及Mo等合金元素添加到铁基粉末中。作为对该 目的有效的元素，例如，专利文献1中公开了下述技术:通过以不损害压缩性的范围(M 〇:0.1 ~1.0质量％)将Mo作为预合金元素添加到铁粉中，进而使Cu和Ni以粉末的形式在该铁粉的 粒子表面上扩散附着，从而同时实现压粉成型时的压缩性和烧结后的构件的强度。
[0018] 另外，专利文献2中提出了使2种以上的合金元素、尤其是Mo和Ni、或再加上Cu在钢 铁粉表面上扩散附着而成的用于高强度烧结体的粉末冶金用合金钢粉。
[0019] 该技术还提出了对各扩散附着元素进行控制，以使得相对于粒径为44μπι以下的微 粒粉的扩散附着浓度落在相对于该钢铁粉整体的扩散附着浓度的0.9~1.9倍的范围内，认 为通过限制在该较宽的范围内，可确保烧结体的冲击韧性。
[0020] 另一方面，在此之前，还提出了以Mo为主要合金元素、且不含Ni、Cu的Mo系合金钢 粉。例如，专利文献3中，为了形成自扩散速度快的Fe的α单相而促进烧结，提出了以1.5~20 质量％的范围包含铁素体稳定化元素 Mo作为预合金的合金钢粉。对于该合金钢粉而言，认 为通过使粒径分布等适合于加压烧结这样的工序，可得到高密度的烧结体，另外，认为通过 不使用扩散附着型的合金元素，可得到均匀且稳定的组织。
[0021] 同样地，作为以Mo为主要合金元素的粉末冶金用合金钢粉，有专利文献4中公开的 技术。该技术提出了使〇. 2~10.0质量％的此在铁基粉末的表面上扩散附着而得到的合金 钢粉，所述铁基粉末含有1.0质量％以下的Mn、或进一步含有小于0.2质量％的此作为预合 金。铁基粉末可使用雾化铁粉，另外也可使用还原铁粉，认为使平均粒径为30~120μπι是合 适的。而且认为，该合金钢粉不仅压缩性优异，而且可得到高密度并且高强度的烧结部件。 [0022]现有技术文献
[0023]专利文献
[0024] 专利文献1:日本特公昭63-66362号公报 [0025] 专利文献2:日本特开昭61-130401号公报 [0026] 专利文献3:日本特公平6-89365号公报 [0027] 专利文献4:日本特开2002-146403号公报
【发明内容】
[0028]发明所要解决的课题
[0029]然而，在专利文献1及2中记载的技术中，将Ni作为必需的添加成分，但由于Ni在烧 结时扩散慢，所以为了使Ni在铁粉、钢铁粉中充分扩散，需要长时间的烧结。
[0030] 另外，专利文献3中记载的技术中，Mo添加量较高，为1.8质量％以上，压缩性低，因 而存在无法获得高成型密度的缺点。因此，在应用通常的烧结工序(不进行加压地进行1次 烧结)时，存在只能得到低烧结密度的产物而得不到充分的强度、韧性这样的问题。
[0031] 此外，专利文献4中记载的技术是适合于包括烧结体的再压缩及再烧结的粉末冶 金工序的技术。即，有在通常的烧结法中无法充分发挥前述的效果这样的问题。
[0032] 结果，通过发明人们的研究发现，使用了上述专利文献1~4中记载的任一种合金 钢粉的烧结体，均难以高水平地同时实现强度和韧性。
[0033] 本发明是鉴于上述现状而开发的，其目的在于克服上述的现有技术的问题，提出 一种粉末冶金用合金钢粉，使用该粉末冶金用合金钢粉，能够高水平地同时实现使用了该 粉末冶金用合金钢粉的烧结体的强度和韧性。
[0034]用于解决课题的手段
[0035]为了达成上述目的，发明人们对铁基粉末的合金成分及其添加手段反复进行了各 种研究，结果获得如下所述的见解。
[0036] 即，获得了以下见解:使用在铁基粉末表面上附着含Mo合金粉末而得到的粉末冶 金用合金钢粉，并且所述粉末冶金用合金钢粉的比表面积为〇.l〇〇m2/g以上、且在所述粉末 冶金用合金钢粉中含有0.2~1.5质量％的此，通过使用这样的粉末冶金用合金钢粉，从而 在对该合金钢粉进行成型、烧结时，其烧结性优异，因此，烧结体的气孔适度微细化，烧结体 的强度和烧结体的韧性均提高。
[0037] 本发明是基于上述见解而完成的。
[0038] gp，本发明的主要构成如下所述。
[0039] 1. 一种粉末冶金用合金钢粉，其是在铁基粉末的表面上附着含Mo合金粉末而得到 的，其中，该粉末冶金用合金钢粉的比表面积为〇.l〇〇m2/g以上，并且该粉末冶金用合金钢 粉中的Mo量为0.2~1.5质量％的范围，进而，相对于该粉末冶金用合金钢粉100质量％，以