专利名称：动力传递零件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动力传递零件，特别地，涉及一种由烧结件构成的动力传递零件。
背景技术：
通过使用模具对金属原料粉末进行冲压成形，并经烧成加以烧结，从而能获得烧结件。该方法是为获得烧结件而作为简易的方法被广泛采用的。以下，将该方法称为粉末冲压烧结法。通常，当使用粉末冲压烧结法制造烧结件时，烧结件的密度与铸制件的真实密度的比例即相对密度降低，在烧结件内部残存有较多空孔。由于空孔在应力负载时成为应力集中源，因此，烧结件容易变为低强度、低疲劳强度的脆性材料。另外，由于烧结件含有较多的空孔，因此，刚度也容易比铸制件的刚度低。因此，以烧结件的高强度化及高刚度化为目的，为实现烧结件的高密度化，以 CIP (Cold Isostatic Pressing :7令等静压)法、HIP (Hot Isostatic Pressing 热等静压) 法为例，提出了各种方法。作为处理金属原料粉末的方法，存在使金属原料粉末微粒子化的方法。因金属原料粉末的微粒子化会使金属原料粉末的表面积增加。伴随着该表面积的增加，提高了与相邻粉末的烧结性。具体而言，利用热能等能量容易产生金属原料粉末彼此的原子的结合。另外，由于促进了构成金属原料粉末的元素的内部扩散而使空孔收缩，因此，能获得高密度的烧结件。然而，在使用被微粒子化后的金属原料粉末的情况下，在压粉体成形时，因微粒子化而产生的金属原料粉末间、金属原料粉末及模具间的摩擦损失会显著增加。藉此，粉末在模具内的流动性变差，成形性变差。其结果是，存在因成形缺陷而产生较大的空孔或烧结件的高密度化困难这样的问题、精密成形困难这样的问题。因此，将金属原料粉末微粒子化的方法的应用受到了限制。作为改进成形方法的方法，可举出温热成形法。例如，在日本专利特开 2004-197157号公报(专利文献1)中，记载了在模具内表面与原料粉末接触的部分的温度为100°C 225°C的状态下对填充到模具的原料粉末进行加压成形的方法。温热成形法能通过对在高温下容易产生塑性变形的原料粉末进行成形来提高压粉体的密度。另一方面， 存在需要专用的润滑剂这样的问题和因在边界部存在飞边而需要除去工序这样的问题。作为处理烧结温度及烧结时间的方法，可举出高温长时间烧成法。高温长时间烧成法是以下方法通过使烧结时的温度比通常的温度高，另外也增长烧结时间，来提高烧结性并提高烧结密度，从而减少空孔以实现高密度化。然而，在高温长时间烧成法中，可能会使烧结件中的结晶粒粗大化而导致强度降低。另外，存在为了制造而需要长时间这样的问题。作为在烧结后进行后续加工来实现高密度化的方法，可举出烧结锻造法。烧结锻造法是通过对烧结后的烧结件进行常温锻造来压扁空孔的方法。在烧结锻造法中，虽然能达到与真实密度相近的值，但存在制造的生产周期变长这样的问题、需要锻造装置这样的问题以及因锻造而难以获得与通过现有的粉末冲压烧结法得到的烧结件同等的高精度这样的问题。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利特开2004-197157号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题由于因空孔引起的强度方面的脆弱性的问题，将具有较多空孔的铁类烧结件适用于要求高强度、高刚度的用途受到了限制。在由要求这么严格的强度、刚度的铁合金构成的金属零件中，较多地使用有对铸制件进行切削加工后的切削加工件及对铸制件进行锻造后的锻造件。因此，在将由通过一般的粉末冲压法制造出的铁合金构成的金属烧结件适用于齿轮及凸轮等动力传递零件的情况下，存在很难适用于特别要求高强度、高刚度的用途或与由上述铸制件构成的零件相比需要大尺寸这样的问题。本发明鉴于上述技术问题而作，其目的在于通过粉末冲压烧结法实现烧结件的高密度化来提供一种高强度、高刚度的动力传递零件。解决技术问题所采用的技术方案本发明的动力传递零件由烧结件构成，该烧结件是通过对使以铁为主要成分的原料粉末粒化而得到的粒化粉进行冲压成形、烧成而获得的。本发明人专心研究的结果是，在由对使金属细粉末粒化而得到的粒化粉进行冲压成形、烧成后的烧结件构成的动力传递零件中，发现提高了成形性及烧结性，且提高了径向抗压强度。提高成形性及烧结性并提高径向抗压强度的理由可考虑如下。根据本发明的动力传递零件，由于使用了将细粉末原料粉粒化为合适的颗粒直径的粒化粉，因此，尽管使用了细粉末，但能提高原料粉在模具内的流动性，因此，能提高成形性。另一方面，通过使用微细的原料粉末，能随着原料粉末的表面积的增加而提高与相邻粉末的烧结性。藉此，即便不特别使用CIP、HIP、烧结锻造等特殊方法，也能获得高密度的烧结件。另外，使原料粉末粒化时所使用的粒化剂、冲压成形时所需的润滑剂的量只要以粒化粉整体的百分之几的比率含有即可，因此，润滑剂及粒化剂会在一般的脱脂条件下消失，从而无需如MIM(金属铸造成形)法那样需要长时间的脱脂时间。因此，能在较短的循环周期内获得由高密度的烧结件构成的动力传递零件。另外，在动力传递零件中，因传递动力而较多地施加有过大负载及反复负载。因此，在动力传递零件上可能会产生缺口。有时会因卡入该缺口而产生的碎片而使驱动部整体停止。由于本发明的动力传递零件由高密度的烧结件构成，因此，能具有较高的径向抗压强度。藉此，能抑制在动力传递零件上产生缺口。由此，能降低驱动部整体停止的风险性。由于如上所述能实现烧结件的高密度化，因此，能提供高强度、高刚度的动力传递零件。在上述动力传递零件中，烧结件的相对密度处于85%以上，较为理想的是处于 92%以上。藉此，能提高一种可靠性较高的由高密度、高强度的烧结件构成的动力传递零件。在上述动力传递零件中，在为铁合金的情况下，较为理想的是，烧结件的破坏强度 (径向抗压强度)处于1500N/mm2以上。藉此，能提供一种由具有较高的破坏强度的烧结件构成的动力传递零件。在上述动力传递零件中，原料粉末的粉末粒度(D50)处于20 μ m以下，较为理想的是，处于10 μ m以下。藉此，由于在烧结时空孔在短时间内被充分填埋，因此，能实现烧结件的高密度化。在上述动力传递零件中，粒化粉的粉末粒度(D50)处于500μπι以下，较为理想的是，处于40 μ m以上且200 μ m以下。藉此，由于能朝模具充分地填充粒化粉，因此，能实现
烧结件的高密度化。在上述动力传递零件中，对于使粒化粉冲压成形的压力无特别的限制。但是，冲压成形的压力越高，则越能提高成形件的密度来缩小空孔，因此，与烧结相比容易实现高密度化，但过大的冲压压力会缩短模具寿命，另外，还可能会引起从模具中取出时的破裂、内部裂纹等成形不良情况，所以，处于400MPa以上SOOMPa以下是较为理想的。藉此，能通过延长模具的寿命来提高生产效率。另外，通过减少冲压成形中产生的空孔，能实现烧结件的高密度化。在上述动力传递零件中，较为理想的是，还对烧结件进行淬火处理，以使洛式C测量硬度处于HRC50以上。藉此，能对烧结件赋予高表面硬度。由此，能提高耐磨损性。在上述动力传递零件中，较为理想的是，还对烧结件进行回火处理，以使洛式C测量硬度处于HRC50以上。藉此，能对烧结件赋予高韧性。由此，能提高抗变形性。在上述动力传递零件中，较为理想的是，动力传递零件是齿轮及凸轮中的至少任一个。在齿轮及凸轮等上多会产生断齿等的缺口。由于本发明的动力传递零件即齿轮及凸轮中的至少任一个由高密度的烧结件构成，因此，能具有较高的径向抗压强度。藉此，能抑制在齿轮及凸轮上产生断齿等的缺口。由此，能降低驱动部整体停止的风险性。在上述动力传递零件中，较为理想的是，利用极值统计法获得的烧结件中包含的最大空孔的相当圆直径处于80 μ m以下。藉此，能抑制在施加应力时因材料中包含的较大空孔而产生的裂缝的发展。因此，能实现高强度化，并能提高铁类烧结制动力传递零件的可靠性。在上述动力传递零件中，较为理想的是，利用极值统计法获得的烧结件中包含的最大空孔的相当圆直径处于40 μ m以下。藉此，能进一步抑制在施加应力时因材料中包含的较大空孔而产生的裂缝的发展。因此，能进一步实现高强度化。发明效果如上所述，根据本发明的动力传递零件，通过使用粉末冲压烧结法来使烧结件高密度化，从而能提供一种高强度、高刚度的可靠性较高的动力传递零件。
图1是本发明一实施方式的齿轮的示意立体图。图2是本发明一实施方式的凸轮的示意立体图。图3是表示本发明一实施方式的动力传递构件的制造方法的概况的图。
图4是以倍率500倍表示本发明实施例1的粒化粉的试样表面的显微镜照片。图5是以倍率500倍表示本发明实施例2的粒化粉的试样表面的显微镜照片。图6是以倍率500倍表示比较例1的原料粉末的试样表面的显微镜照片。图7是以倍率1000倍表示本发明实施例1的粒化粉的试样表面的显微镜照片。图8是以倍率1000倍表示本发明实施例2的粒化粉的试样表面的显微镜照片。图9是以倍率1000倍表示比较例1的原料粉末的试样表面的显微镜照片。图10是以倍率1000倍表示本发明实施例1的生坯的试样表面的显微镜照片。图11是以倍率1000倍表示本发明实施例2的生坯的试样表面的显微镜照片。图12是以倍率1000倍表示比较例1的生坯的试样表面的显微镜照片。图13是以倍率1000倍表示本发明实施例1的烧结件的试样表面的显微镜照片。图14是以倍率1000倍表示本发明实施例2的烧结件的试样表面的显微镜照片。图15是以倍率1000倍表示比较例1的烧结件的试样表面的显微镜照片。图16是表示本发明实施例1的烧结件的试样在径向抗压试验后的形状的显微镜照片。图17是表示本发明实施例2的烧结件的试样在径向抗压试验后的形状的显微镜照片。图18是表示比较例1的烧结件的试样在径向抗压试验后的形状的照片。
具体实施例方式以下，根据附图对本发明一实施方式进行说明。首先，对本发明一实施方式的动力传递零件的结构进行说明。可举出齿轮及凸轮作为本发明一实施方式动力传递零件。参照图1，作为本发明一实施方式的动力传递零件的一例的齿轮10是正齿轮。齿轮10在俯视观察时的中央部具有用于与轴嵌合的孔。参照图2，作为本发明一实施方式的动力传递零件的另一例的凸轮20是板凸轮。凸轮20在俯视观察时的中央部具有用于与轴嵌合的孔。接着，对本发明一实施方式的动力传递零件的制造方法进行说明。参照图3，在本发明一实施方式的动力传递零件的制造方法中，首先，进行原料粉末准备工序(SlO)。在该工序(SlO)中，准备以铁为主要成分的原料粉末并将其混合，以作为动力传递零件的材料。以铁为主要成分的原料粉末是例如SUS316LCJIS规格)及含有 2% Ni (镍)的铁合金。另外，也能根据需要掺入铜、二硫化钼、石墨等粒子。原料粉末的粉末粒度(D50)处于20 μ m以下是较为理想的。根据粉末粒度较粗的原料粉末，在后续工序中会在构成成形件(生坯)的原料粉末间产生较大的空孔，在烧结时无法充分地填埋空孔，从而不能实现高密度化。因此，微细的原料粉末是较为理想的。若是粉末粒度(D50)处于20 μ m以下的原料粉末，则能在烧结时充分地填埋空孔，从而实现高密度化。接着，进行粒化工序(S20)。在该工序(S20)中，使上述原料粉末粒化。藉此，形成粒化粉。由于使上述原料粉末粒化，因此，能提高原料粉末在模具内的流动性，从而能确保成形性。粒化粉是例如以下集合体在上述原料粉末中加入用于使成形时的摩擦损失降低的金属类润滑剂即硬脂酸锌、非金属类润滑剂即乙烯基双硬脂酰胺(日文★ > > Ε 7 ^r r ;ir ^ F )等润滑剂、脱模剂等添加剂和由用于发挥对粒化粉赋予适度强度的糊料作用的有机物等构成的粒化剂，并使上述原料粉末凝聚而得到的。粒化粉的粉末粒度(D50)处于500 μ m以下是较为理想的。当超过500 μ m时，例如在微小的齿轮(齿轮件)的情况下将粒化粉填充至模具时，可能会出现粒化粉无法填充至齿顶或不能投入足够量的粒化粉的情形。由于球状在流动性上特别优异，因此，粒化粉的形状为球状是较为理想的。接着，进行冲压成形工序(S30)。在该工序(S30)中，上述造粒粉被冲压成形。藉此，形成生坯(压粉体)。虽然制作生坯时的冲压成形压力没有特别限制，但从抑制因模具的磨损等影响模具寿命、从模具取出时的破裂、内部裂纹产生的方面来看，处于SOOMPa以下是较为理想的。另外，当冲压成形压力过小时，粒化粉不易因冲压成形压力而破坏及变形，因而有时会在生坯内残余数十μ m以上较大的空孔，即便烧结也无法实现高密度化，因此，制作生坯时的冲压成形压力处于400MPa以上进行成形是较为理想的。接着，进行脱脂工序(S40)。在该工序(S40)中，除去上述生坯中含有的润滑剂、粒化剂等。由于能与通常的粉末冲压烧结法相同地进行，因此，脱脂条件无需特别设定为长时间、高温化。作为脱脂条件，例如在氮保护气体等惰性保护气体的气氛下，在750°C的温度下将上述生坯加热30分钟。接着，进行烧结工序(S50)。在该烧结工序(S50)中，对上述脱脂后的生坯进行烧成。藉此，形成烧结件。由于能与通常的粉末冲压烧结法相同地进行，因此，烧结条件无需特别设定为长时间、高温化。作为烧结条件，例如，在升温至1250°C之后，在该温度下将上述脱脂后的生坯加热60分钟。接着，进行淬火工序(S60)。在该工序(60)中，根据需要对上述烧结件进行淬火处理。藉此，能对烧结件赋予较高的表面硬度。由此，能提高耐磨损性。淬火处理是从加热至奥氏体化温度(A3相变点)以上的状态急速冷却的处理，作为其条件，例如从850°C左右的温度急速冷却。接着，进行回火工序(S70)。在该工序(S70)中，对上述淬火后的烧结件进行回火处理。藉此，能对烧结件赋予较高的韧性。由此，能提高变形性。作为回火处理的条件，在加热至A1相变点以下的例如400 650°C的温度之后立即急速冷却。另外，还能根据需要进行CrN(氮化铬)、TiN(氮化钛)、WC/C(碳化钨/碳)或 DLC(类金刚石碳)等的硬质保护膜处理。此外，本发明一实施方式的动力传递零件中的具有95%以上相对密度的动力传递零件能进行湿式的镀覆处理。在上述说明中，将脱脂工序(S40)和烧结工序(S50)分开加以说明，但也可以以一体的工序进行脱脂及烧结。另外，在上述说明中，将冲压成形工序(S30)、脱脂工序(S40)、 烧结工序(S50)、淬火工序(S60)分开加以说明，但也可以以一体的工序进行冲压成形、脱
脂/烧结/淬火。虽然润滑剂及粒化剂在脱脂及烧结时消失，但一部分也可不消失而残余着。接着，对本发明一实施方式的动力传递零件的作用效果进行说明。当通过粉末冲压烧结法直接对微细的原料粉末进行冲压成形时，成形性因摩擦损失而变差。根据本发明一实施方式的动力传递零件，其由烧结件构成，该烧结件是通过对使以铁为主要成分的原料细粉末粒化而得到的粒化粉进行冲压成形且进行烧成而获得的。通过粉末冲压烧结法对粒化粉进行冲压成形，由于能提高原料粉末在模具内的流动性，因此， 能提高成形性。由此，由于能使用微细的原料粉末，因此，能随着原料粉末的表面积增加而提高与相邻粉末的烧结性。藉此，能获得高密度的烧结件。另外，由于在使原料粉末粒化时所使用的润滑剂及粒化剂的量仅将粒化粉形成为例如球状，因此，只要含有粒化粉整体的百分之几的比率即可。由于是粒化粉整体的百分之几的较低的比率，因此，润滑剂及粒化剂在脱脂及烧结时消失。因此，能获得高密度的烧结件。另外，在动力传递零件中，因传递动力而多被施加有过大负载及反复负载。因此， 在动力传递零件上多会产生缺口。因卡入该缺口产生的碎片而使驱动部整体停止的可能性较高。由于本发明一实施方式的动力传递零件由高密度的烧结件构成，因此，能具有较高的径向抗压强度。藉此，能抑制在动力传递零件上产生缺口。由此，能降低驱动部整体停止的风险。如上所述，由于能实现烧结件的高密度化，因此，能提供高强度、高刚度的动力传递零件。根据本发明一实施方式的动力传递零件，由于烧结件的相对密度处于85%以上， 因此，能提供由高密度的烧结件构成的动力传递零件。根据本发明一实施方式的动力传递零件，由于烧结件的破坏强度(径向抗压强度)处于1500N/mm2以上，因此，能提供由具有较高破坏强度的烧结件构成的动力传递零件。根据粉末粒度较粗的原料粉末，在后续工序中，会在构成成形件(生坯)的原料粉末间产生较大的空孔，在烧结时无法充分地填埋空孔，从而不能实现高密度化。因此，微细的原料粉末是较为理想的。根据本发明一实施方式的动力传递零件，由于原料粉末的粉末粒度(D50)处于20 μ m以下，因此，在烧结时空孔被充分填埋，从而能实现烧结件的高密度化。当粒化粉末的粉末粒度(D50)超过500 μ m时，例如在微小的齿轮(齿轮件)的情况下将粒化粉填充至模具时，可能出现粒化粉无法填充至齿顶或不能投入足够量的粒化粉的情形。根据本发明一实施方式的动力传递零件，由于粒化粉末的粉末粒度(D50)处于 500 μ m以下，因此，能将粒化粉充分地填充至模具，从而能实现烧结件的高密度化。从抑制因模具的磨损等影响模具寿命、从模具取出时的破裂、产生内部裂缝的方面来看，使粒化粉冲压成形的压力处于SOOMPa以下是较为理想的。另外，当冲压成形压力过小时，粒化粉不易因冲压成形压力而破坏及变形，因而有时会在生坯内残余数十Pm 以上较大的空孔，即便烧结也无法实现高密度化，因此，制作生坯时的冲压成形压力处于 400MPa以上进行成形是较为理想的。根据本发明一实施方式的动力传递零件，由于使粒化粉冲压成形的压力处于400MPa以上SOOMPa以下，因此，能通过延长模具寿命来提高生产效率。另外，通过减少在冲压成形中产生的空孔，能实现烧结件的高密度化。根据本发明一实施方式的动力传递零件，由于还对烧结件进行淬火处理，洛氏C 测量硬度处于HRC50以上，因此，能对烧结件赋予高表面硬度。由此，能提高耐磨损性。根据本发明一实施方式的动力传递零件，由于还对烧结件进行回火处理，洛氏C测量硬度处于HRC50以上，因此，能对烧结件赋予高表面硬度和高韧性。由此，能提高变形性。在齿轮及凸轮等上多会产生断齿等缺口。由于本发明一实施方式的动力传递零件即齿轮及凸轮中的至少任一个构件由高密度的烧结件构成，因此，能具有较高的破坏强度。 藉此，能抑制在齿轮及凸轮上产生断齿等缺口。由此，能降低驱动部整体停止的风险。另外，可举出MIM(金属铸造成形)及挤压成形作为将动力传递零件成形的其它方法。由于在MIM中润滑剂及粒化剂的量一般处于40容积％左右以上是非常多的，因此，存在用于将它们除去的脱脂时间变长这样的问题。另外，还存在收缩率较高这样的问题。另外，在挤压成形中，存在成品率较低这样的问题。因此，根据本发明一实施方式的动力传递零件，与通过MIM及挤压成形成形的动力传递零件相比，能高效地获得高密度的动力传递零件。通过使用微细的原料粉末，制作出成形件(生坯)时的原料粉末间的空隙变小，烧结件内部的空孔也变小。由于空孔变小，因而在施加应力时，施加于空孔周边的应力也变小。因此，由于抑制了成为破裂原因的裂缝的发展，从而可实现高强度化。即，空孔直径越大则裂缝越容易发展，因此，容易形成脆弱的烧结件。在利用极值统计法得出，相当于烧结件中包含的最大空孔的圆的直径比80μπι大的情况下，在施加应力时，因较大的空孔而导致产生的裂缝容易发展，因此，可能会破坏烧结件。所谓极值统计法是指，从作为试样检测的基准的面积(检查基准面积)内的内含物中测定出最大内含物的大小，并通过统计处理推测出在进行预测的面积(预测面积)内的最大内含物的大小。当在铁类烧结件中存在较大的空孔时，强度可能会显著降低，但根据本方法，能对烧结件中包含的最大空孔的直径进行控制，从而能提高高密度烧结件的机械性的可靠性。根据本发明一实施方式的动力传递零件，利用极值统计法得出，相当于烧结件中包含的最大空孔的圆的直径处于80 μ m以下。由于能将生坯中含有的最大空孔的直径控制为合适的大小，因此，能抑制在施加应力时因较大的空孔而导致产生的裂缝发展。因此，能实现高强度化、高可靠性化。根据本发明一实施方式的动力传递零件，由于利用极值统计法得出，相当于烧结件中包含的最大空孔的圆的直径处于40 μ m以下，因此，能进一步减小材料中含有的最大空孔的直径。因此，能进一步实现高强度化、高可靠性化。实施例以下，对实施例进行说明。在表1所示的材料及试样制作条件下，作为本发明的实施例，制作出多个实施例1 的试样及实施例2的试样，作为现有例，制作出多个现有例1的试样。[表 1]
权利要求
1.一种动力传递零件(10，20)，其特征在于，由烧结件构成，该烧结件是通过对使以铁为主要成分的原料粉末粒化后得到的粒化粉进行冲压成形且进行烧成而获得的。
2.如权利要求1所述的动力传递零件(10，20)，其特征在于， 所述烧结件的相对密度处于85%以上。
3.如权利要求1所述的动力传递零件(10，20)，其特征在于， 所述烧结件的破坏强度处于1500N/mm2以上。
4.如权利要求1所述的动力传递零件(10，20)，其特征在于， 所述原料粉末的粉末粒度(D50)处于20 μ m以下。
5.如权利要求1所述的动力传递零件(10，20)，其特征在于， 所述粒化粉的粉末粒度(D50)处于500 μ m以下。
6.如权利要求1所述的动力传递零件(10，20)，其特征在于， 使所述粒化粉冲压成形的压力处于400Mpa以上SOOMPa以下。
7.如权利要求1所述的动力传递零件(10，20)，其特征在于，还对所述烧结件进行淬火处理，以使洛式C测量硬度处于HRC50以上。
8.如权利要求7所述的动力传递零件(10，20)，其特征在于，还对所述烧结件进行回火处理，以使洛式C测量硬度处于HRC50以上。
9.如权利要求1所述的动力传递零件(10，20)，其特征在于， 所述动力传递零件(10，20)是齿轮及凸轮中的至少任一个。
10.如权利要求1所述的动力传递零件(10，20)，其特征在于，利用极值统计法获得的所述烧结件中包含的最大空孔的相当圆直径处于80 μ m以下。
11.如权利要求10所述的动力传递零件(10，20)，其特征在于，利用极值统计法获得的所述烧结件中包含的最大空孔的相当圆直径处于40 μ m以下。
全文摘要
动力传递零件(10，20)由烧结件构成，该烧结件是通过对使以铁为主要成分的原料粉末粒化后得到的粒化粉进行冲压成形且进行烧成而获得的。藉此，由于通过粉末冲压烧结法实现了烧结件的高密度化，从而能获得高强度、高刚度的动力传递零件。
文档编号C22C33/02GK102575325SQ201080044759
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月15日 优先权日2009年9月29日
发明者奥野孝洋, 岛津英一郎 申请人:Ntn株式会社