烧结机械部件及其制造方法

烧结机械部件及其制造方法
【专利摘要】本发明的烧结机械部件由将包含铁系部分扩散合金钢粉的原料粉末成形及烧结而成的铁系烧结体形成。上述铁系烧结体中的碳的比例为0.35wt％以下。上述铁系烧结体的密度为7.55g/cm3以上。上述铁系烧结体的设定于距离表面规定深度的表层内的推断对象区域中的推断最大空孔包络面积的平方根√areamax为200μm以下。
【专利说明】
烧结机械部件及其制造方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种烧结机械部件及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 烧结体是将包含金属粉末、石墨粉末的原料粉末填充到模具中并对其压缩成形后 以规定的温度进行烧结而得到的。因此，能够进行得到更接近最终制品的状态的净形(net shape)成形或近净形(near net shape)成形。另外，与对恪炼材料进行切削加工的情况相 比，还能够实现材料成品率的提高、基于加工工时的削减的低成本化。在烧结体中，尤其铁 系烧结体因机械性质优异而被广泛地用作汽车部件、在工业机械等各领域中使用的机械部 件。
[0003] 但是，在烧结体的内部残留大量的空孔。该空孔成为应力集中源而像熔炼材料中 的裂纹那样发生作用，因此成为拉伸、压缩、弯曲强度、冲击强度、疲劳强度等各种强度降低 的主要原因。为了解决该问题，有效的是提高烧结体的密度而使空孔率降低，一直以来基于 该观点进行了各种尝试。
[0004] 例如，在专利文献1中公开了通过对原料粉末交替地实施压缩成形工序和烧结工 序各两次来实现烧结体的高密度化的技术。
[0005] 在专利文献2中记载了如下内容:通过使用具有粗大粉末的金属粉末，实施喷丸硬 化(shot peening)等表面致密化处理，从而实现烧结体的高密度化。
[0006] 在专利文献3中公开了如下内容:通过控制烧结体的空孔的分散及大小，从而实现 疲劳强度的提高。具体而言，通过使烧结体的截面空孔数率为2000个/mm 2以上、最大空孔径 为60mi以下，从而实现疲劳强度的提高。
[0007] 在专利文献4中记载了如下内容:通过使用包含粗粉末和微粉末的原料粉末，从而 缩小烧结体的粗大气孔，实现密度及强度的提高。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1:日本特开平4 - 337001号公报 [0011] 专利文献2:日本特表2007-537359号公报 [0012] 专利文献3:日本特开平10-317090号公报 [0013] 专利文献4:日本专利第5113555号公报

【发明内容】

[0014]发明要解决的技术问题
[0015] 但是，在专利文献1所示的方法中存在工序数变多、制造成本上涨的问题。
[0016] 另一方面，根据专利文献2所示的方法，不需要像专利文献1那样的二段成形?二 段烧结等耗费成本的处理。但是，由于在烧结后进行表面致密化处理，因此存在由工序数增 加所致的成本上升的问题，并且无法活用烧结体部件的优点即净形成形。
[0017] 另外，如专利文献3那样，即使控制显现在烧结体截面的空孔的大小，也存在在不 显现于截面的内部存在粗大空孔的风险。此种烧结体存在疲劳强度不充分的风险。
[0018] 另外，在专利文献4中，将粗粉末的平均粒径设为50WI1以下，并且将微粉末的平均 粒径设为25wii以下。此种粗粉末及微粉末均是比粉末冶金领域中通常使用的粉末粒径(大 多为100M1左右)更细的粉末。因此，能够使用的粉末种类受到限制，并且担心材料成本会上 涨。
[0019] 本发明的第一目的在于使包含铁系烧结金属的超高密度机械部件保证优异的疲 劳强度。
[0020] 另外，本发明的第二目的在于能够以低成本提供极力减小了成为破坏起点的粗大 气孔的烧结机械部件。
[0021 ]用于解决技术问题的手段
[0022] [第一特征]
[0023] 为了达成上述第一目的而完成的本发明的第一特征在于，其是由将包含部分扩散 合金钢粉的原料粉末成形及烧结而成的铁系烧结体形成、且碳的比例为〇.35wt%以下、上 述铁系烧结体的密度为7.55g/cm 3以上的烧结机械部件，设定于距离表面规定深度的表层 内的推断对象区域中的推断最大空孔包络面积的平方根，area max为200M1以下。
[0024] 如上所述的烧结机械部件可以通过例如以下的烧结机械部件的制造方法来制造， 即，该烧结机械部件的制造方法包括:原料粉末准备工序，将部分扩散合金钢粉和〇. 35wt% 以下的石墨粉末混合而得到原料粉末;压粉工序，将上述原料粉末进行压缩成形而得到压 粉体;和烧结工序，对上述压粉体进行烧结而得到密度为7.55g/cm 3以上的铁系烧结体，上 述石墨粉末的质量基准的粒度分布从小径侧起的累积质量达到90 %时的粒径D90为8wii以 下。予以说明，粒径D90是指质量基准的粒度分布从小径侧起的累积质量达到90%时的粒径 (以下同样）。
[0025] 如上所述，在本发明中，作为合金钢粉，使用的是使合金成分扩散接合到钢粉中而 得的部分扩散合金钢粉。合金钢粉由于硬度比使铁粉与合金成分(例如Ni等)完全合金化而 得的完全合金钢粉低，因此通过使用部分扩散合金钢粉，可以提高成形性，并且可以提高密 度。
[0026] 但是，若对原料粉末的压缩成形体(压粉体)进行烧结，则配合到原料粉末中的石 墨粉末会固溶于合金钢粉内，因此具有石墨粉末的部位成为空孔。通常，石墨粉末由于粒子 比合金钢粉更微细，因此在如上所述的石墨粉末的固溶中伴有的空孔为微细的空孔。因此， 就密度没那么高的铁系烧结体而言，在如上所述的石墨粉末的固溶中伴有的空孔的影响 小，因而不用考虑该空孔的影响。但是，根据本发明人等的验证，明确的是:若使烧结体高密 度化，则内部空孔非常小，因此并不能忽视伴随石墨的固溶而产生的空孔，石墨粉末的配合 比例对烧结体的密度产生大幅影响。为此，在本发明中，使用部分扩散合金钢粉来实现烧结 体的高密度化，并且将原料粉末中的石墨粉末的配合比例控制得较低，由此能够实现更高 密度。具体而言，将烧结机械部件中所含的碳的比例(与原料粉末中的石墨粉末的混配量大 致同等)设为〇. 35wt%以下。由此，不使用高成本的方法即可将烧结体的密度提高至7.55g/ cm3以上的超高密度。
[0027] 进而，在本发明中，如上所述，在烧结机械部件的设定于距离表面规定深度的表层 内的推断对象区域中，由显现于截面的空孔的大小推断内部的空孔的大小的推断最大包络 面积的平方根，areamax设为200wii以下。由此，保证在烧结体的表层的内部几乎不形成成为 应力集中源的粗大空孔，并且保证烧结机械部件的优异疲劳强度。
[0028] 上述的烧结机械部件优选为包含1.5~2.2wt %的Ni和0.5~1. lwt %的Mo且余量 由Fe、上述碳及不可避免的杂质构成的组成。例如，通过使用使Ni扩散附着于Fe-Mo合金的 周围、包含1.5~2.2wt%的Ni和0.5~l.lwt%的Mo、且余量由Fe及不可避免的杂质构成的 部分扩散合金钢粉，从而可以得到如上所述的组成的烧结机械部件。
[0029] 为了抑制在石墨粉末的固溶中伴有的空孔的影响，有效的是不仅控制石墨粉末的 配合比例而且还使粒径减小。具体而言，石墨粉末的粒径D90优选为8wii以下。予以说明，粉 末的粒径使用激光衍射散射法来测定。该测定方法利用的是在对粒子照射光时被散射的散 射光量及图案因粒径不同而存在差异。
[0030] 根据上述的烧结机械部件，不实施烧结工序后的再压缩工序(例如精压工序）即可 将密度提高至7 ? 55g/cm3以上。
[0031] 在制造上述的烧结机械部件时，在烧结工序后不实施浸碳氮化处理即可进一步提 高疲劳强度。
[0032][第二特征]
[0033] 另外，为了达成上述第二目的，本发明的第二特征在于，其是具有负载有载荷的载 荷负载面的烧结机械部件，其由将包含平均粒径为60mi以上的铁系粗粉末和粒径小于由该 粗粉末形成的烧结试样的推断最大空孔包络面积的平方根，area max的铁系微粉末的原料 粉末成形及烧结而成的铁系烧结体形成，上述原料粉末中的微粉末的混配量为5~20wt%， 上述铁系烧结体的烧结密度为7.6g/cm 3以上，上述lareamax设定如下：由上述烧结试样的 载荷负载面相当部分求出将由上述载荷产生的应力所涉及的深度设为100%时达到30%的 深度为止的区域作为预测体积。
[0034] 这样，通过使用作为铁系粉末的粗粉末和微粉末，从而容易在粗粉末的粒子间填 充微粉末。因此，可以减小在烧结后残留于铁系烧结体中的气孔而使烧结机械部件高密度 化，能够抑制以粗大气孔为起点的裂纹的加剧、以及由此所致的烧结机械部件的破坏、损 伤。另外，由于所要添加的铁系微粉末的粒径小于由粗粉末形成的烧结试样的，area max值， 因此在理论上微粉末的粒径小于推断存在于铁系烧结体中的大多粗大气孔。因此，能够用 微粉末补充所有粗大气孔。因此，能够可靠地防止烧结后的粗大气孔的产生，并且实现烧结 机械部件的强度上升。另外，能够容易地判断适合用于使粗大气孔消失的微粉末的粒径，使 得在原料粉末准备工序中所要准备的粉末的选择变得容易。
[0035] 另外，可以使所使用的粗粉末及微粉末两者的粒径大于专利文献2中所使用的粗 粉末及微粉末。因此，使铁系粉末的流动性良好，压缩成形工序中的对模腔的填充性提高。 另外，还可以抑制材料成本的上涨。
[0036] 作为粗粉末，可以使用部分扩散合金钢粉。作为该部分扩散合金钢粉，优选使用例 如 Fe-Ni - Mo 系。
[0037] 作为微粉末，可以使用与粗粉末相同的铁系粉末或者与粗粉末不同的铁系粉末。 [0038]发明效果
[0039]如以上所示，根据本发明的第一特征，可以使包含铁系烧结金属的超高密度机械 部件保证优异的疲劳强度。
[0040] 另外，根据本发明的第二特征，可以以低成本抑制铁系烧结体中的粗大气孔的产 生。这样使成为应力集中源且可能成为裂纹起点的粗大气孔减少，由此能够以低成本提高 高强度的烧结机械部件。
【附图说明】
[0041] 图1的左侧的图为用于环压疲劳强度试验的试验片的侧视图，右侧的图为其剖视 图。
[0042] 图2为在计算推断最大空孔包络面积时表示将试验片切断后的状态的立体图。
[0043] 图3为表示作为机械部件的一例的齿轮的主视图。
[0044]图4A为实施例21的试验片的显微镜照片。
[0045]图4B为比较例15的试验片的显微镜照片。
【具体实施方式】
[0046] 以下，对着眼于本发明的第一特征的实施方式进行说明。
[0047] 本发明的实施方式的烧结机械部件由铁系烧结体来形成。该烧结机械部件经由以 下所示的原料粉末准备工序、压缩成形工序、烧结工序及热处理工序来制造。
[0048] 在原料粉末准备工序中，将合金钢粉、石墨粉末及润滑剂以规定的比例混合而制 作原料粉末。
[0049] 合金钢粉的各粒子包含Fe和其他金属(合金成分）。作为合金成分，可以使用例如 Ni、Mo、Mn、Cr中的一种或多种金属。在本实施方式中，使用的是包含Ni及Mo作为合金成分且 余量为Fe及不可避免的杂质的合金钢粉。Ni具有强化烧结体的机械性质、提高热处理后的 烧结体的韧性的效果。另外，Mo具有强化烧结体的机械性质、提高热处理时的淬火性的效 果。合金钢粉优选预先用网眼为250mi的筛进行过筛而分级。
[0050] 作为合金钢粉，使用使合金成分扩散附着于钢粉周围而得的部分扩散合金钢粉。 在本实施方式中，使用使Ni扩散附着于Fe-Mo合金周围而得的部分扩散合金钢粉。这样，通 过使Ni等金属扩散附着于Fe合金，从而使烧结前的合金钢粉的硬度与使Fe和Ni完全合金化 的钢粉相比得到抑制，因此确保了压缩成形时的成形性。结果能够配合较多量的Ni。具体而 言，本实施方式的部分扩散合金钢粉中的Ni的配合比例为1.5~2.2wt %、优选为1.7~ 2.2wt %。另一方面，就Mo而言，即使大量添加，其效果也饱和，反而成为使成形性变差的原 因。因此，部分扩散合金钢粉中的Mo的配合比例为0.5~1. lwt %、优选为0.8~1. lwt %、更 优选为0.9~1. lwt%。
[0051] 石墨粉末使用例如人造石墨。石墨粉末使用平均粒径为8mi以下的石墨粉末，优选 使用6wii以下的石墨粉末，更优选使用4wii以下的石墨粉末。另外，使用石墨粉末的粒径D90 为2mi以上、优选为3mi以上的石墨粉末。石墨粉末的配合比例相对于原料粉末整体为 0.35wt %以下、优选为0.3wt %以下、更优选为0.25wt %以下。另外，石墨粉末的配合比例相 对于原料粉末整体为0.05wt%以上、优选为0. lwt%以上、更优选为0.15wt%以上。
[0052] 润滑剂是为了降低将混合粉末压缩成形时模具和粉末间、或粉末彼此间的摩擦而 添加的。作为润滑剂，可以使用金属皂、酰胺蜡等，例如使用乙撑双硬脂酰胺(EBS)。
[0053]在压缩成形工序中，通过将上述原料粉末投入到模具的模腔并对其进行压缩成 形，从而形成规定形状的压粉体。此时，成形时的温度优选为室温以上且润滑剂的熔点以 下。尤其在比润滑剂的熔点低10~20°C的温度下进行成形时，由于降低了粉末的屈服强度， 并且提高了压缩性，因此能够提高成形密度。另外，必要时，可以在模具表面涂覆用于降低 摩擦的被膜(DLC被膜等）。
[0054]若提高成形压力，则能够增大压粉体的密度。另一方面，成形压力过高时，在压粉 体的内部产生由密度不均引起的分层（lamination)(层状剥离）、模具破损等。在本实施方 式中，在1150~1350MPa左右的成形压力下进行压缩成形工序，压粉体的密度为7.4g/cm 3以 上。
[0055] 接着，在烧结工序中，在规定的烧结温度下对压粉体进行烧结。烧结温度设定在例 如1100~1350°C的范围内。烧结工序在惰性气氛气化下进行，例如在氮气和氢气的混合气 体、氩气等气氛下进行。通过对压粉体进行烧结，从而压粉体中的石墨粉末固溶于合金钢粉 内，具有石墨粉末的部分成为空孔。与此同时，通过合金钢粉的烧结结合，压粉体整体收缩。 其结果是，与由石墨粉末的固溶所引起的密度降低相比，由压粉体的收缩所引起的密度上 升的效果更大，烧结体的密度比压粉体的密度更高。烧结体的密度为7.55g/cm 3以上、优选 为7.6g/cm3以上。
[0056] 在上述的烧结工序后，不实施再压缩工序而直接对烧结体实施表面处理。在本实 施方式中，对烧结体实施渗碳淬火回火处理。由此，提高表面的硬度，并且确保内部的韧性， 因此抑制裂纹的加剧。作为表面处理，并不限于上述的渗碳淬火回火，也可应用：完全淬火 回火、高频淬火回火、渗碳氮化、真空渗碳等各种热处理；以氮化、软氮化、渗硫、类金刚石碳 (DLC)为代表的硬质皮膜、树脂皮膜的形成；以各种镀敷、黑染、蒸汽处理为代表的防锈处理 等各种表面改质，也可以将其中的多种进行组合。在实施渗碳氮化处理时，氮化层深度为后 述的距离表面规定深度的表层的5%以上、优选为20%以上。根据以上情况，完成本发明的 实施方式的烧结机械部件。
[0057]上述的烧结机械部件可以作为例如齿轮(参照图3)、凸轮来使用。该烧结机械部件 包含1 ? 5~2 ? 2wt %的Ni、0 ? 5~1 ? lwt %的Mo和0 ? 05~0 ? 35wt %的碳，余量由Fe及不可避免 的杂质构成。该烧结机械部件的内部硬度为300~500HV(优选为400~500HV)、压环强度为 1600MPa以上（优选为1750MPa以上、更优选为1900MPa以上）、环压疲劳强度为290MPa以上 (优选为315MPa以上、更优选为340MPa以上）。
[0058]上述的烧结机械部件的设定于距离表面规定深度的表层内的推断对象区域中的 推断最大空孔包络面积的平方根lareamaxS200lim以下、优选为150wii以下、更优选为lOOwii 以下dareamax的计算方法如后所述）。例如在将对烧结机械部件的表面施加载荷时拉伸应 力所达到的区域距离表面的深度设为100%时，表层为从上述表面至深度30%的范围。例 如，在烧结机械部件为齿轮时，由齿面计算在深度方向拉伸应力所达到的区域距离齿面的 深度，将该深度设为100 %时，从齿面到深度30 %的区域设为表层，另外，在烧结机械部件为 凸轮时，从凸轮面(与凸轮从动件的接触面)计算在深度方向拉伸应力所达到的区域距离凸 轮面的深度，将该深度设为100%时，从凸轮面到深度30%的区域设为表层。作为为齿轮时 的具体例，例如，从齿面到节圆半径的10%的值的深度为止的区域设为表层。另外，作为为 凸轮时的具体例，例如，从凸轮面到凸轮有效半径的10%的值的深度为止的区域设为表层。 设定于该表层内的推断对象区域中的推断最大空孔包络面积的平方根，areamax为上述范 围。
[0059] 本发明不限于上述的实施方式，例如也可以在烧结工序后实施再压缩工序(例如 精压工序）。
[0060] 为了确认由本发明的第一特征带来的效果，进行了以下所示的评价试验。予以说 明，在以下的试验中，作为部分扩散合金钢粉，使用了 JFE STEEL CORPORATION制的 5161^11^2010。作为润滑剂，添加了0.5￥丨％的11)似4从?4~株式会社制的40^14乂（：。作为 石墨粉末，使用了人造石墨。使用将这些物质混合而成的混合粉末，经过压缩成形工序、烧 结工序及热处理工序，制作了试验片。试验片是外径为巾23.2mm、内径为巾16.4mm、轴向尺 寸为7mm的圆筒形状。压缩成形工序在室温下进行。烧结工序利用氮气及氢气气氛的推盘式 炉以1250°CX150min的条件进行。热处理工序:在880°CX40min的条件下实施渗碳处理后， 在840 °C下进行淬火，在180 °C X 60min的条件下进行回火。予以说明，在以下的说明中，将热 处理前的烧结体称作"as - sinter品"，将热处理后的烧结体称作"渗碳品"。
[0061] 在以下的各试验中，烧结密度的测定方法依据JIS Z2501来进行，压环强度的测定 方法依据JIS Z2507来进行。压环强度的试验条件在0.5mm/min的冲程控制下进行。
[0062] 环压疲劳强度利用以下方法进行测定。如图1所示，对圆筒状试验片的半径（至厚 度中心的半径)为R、厚度为h、轴向尺寸为d，对试验片施加直径方向的重复载荷W，直至试验 片破损为止。重复载荷W的极大值和极小值之比为0.1。持续施加1 X 107次重复载荷W也没有 发生破损时的最大拉伸应力为该试验片的环压疲劳强度。予以说明，最大拉伸应力 0max用下述的式1来定义。式1中，A为试验片的截面面积，用A = d ? h来表示。最大弯曲力矩M 用M=0.318WR来表示。截面系数k用下述的式2来表示。
[0067] 以下，对lareamax值的推断方法的详细内容进行说明。
[0068] 首先，烧结体的空孔的极值分布遵循二重指数分布。由此，使用极值统计进行了空 孔包络面积的最大值的推断。具体而言，经过以下的步骤，计算推断最大空孔包络面积的平 力.木艮cLTQcLmax 〇
[0069]对实施了镜面研磨的试验片进行显微镜观察，取得所规定的基准面积So(mm2)的y 区域的图像。使用图像解析软件对所得的图像进行二值化，对空孔的包络面积进行解析。将 所得包络面积中的最大包络面积设为基准面积So中的最大空孔包络面积，并将其平方根设 为该区域中的入 areamax。改变检查区域，将该测定重复n次。
[0070]将测定得到的n个lareamax以从小到大的顺序依次排列，分别作为lareamax,j(j = 1~n；L(参照式3)
[0071] 【数3】
[0072] ^jm'ea職' 么#rean &…《如卿(式汾
[0073] 对于各个j(j = l~n)，计算式4所示的累积分布函数FX %)及式5所示的基准化变 量yj。
[0078] 极值概率用纸的坐标横轴采用，areamax，对上述结果作图，得到极值分布。（极值 概率用纸的纵轴采用F或y)
[0079] 在极值分布中将利用最小二乘法得到的近似直线进行外推，得到式6所示的a及b。 其中，y为式7所示的基准化变量，T为式8所示的回归期间，V为推断对象区域的体积(预测体 积:mm 3)，V〇为式9所示的基准体积(mm3)，h为式10所示的测定得到的，area臆^的平均值 (mm) 〇
[0090] 确认到极值概率用纸的纵轴即F刻度的10~85%上的标记点呈近似直线状。由此， 可以确认所得的极值分布遵循二重指数分布。将推断对象区域的体积V(预测体积)代入式8 中，回归期间T与所得的极值分布相交的点为推断最大空孔包络面积的平方根，area max。
[0091] 在本实施方式中，基准面积So为0.39mm2,检查次数n为32次，推断对象区域的体积V 为200mm3。表层3为试验片1的从内周面到深度0.54mm的区域。关于基准面积，试验片1的内 周面上的半径方向尺寸为0.54mm、轴方向尺寸为0.74mm。试验片1的内周面上的推断对象区 域为0.54mm的圆筒区域，轴方向尺寸为7_。
[0092] 关于烧结密度的评价基准，在不足7.55g/cm3时设为"X"，在7.55~7.60g/cm 3时设 为"〇"，在7.60g/cm3以上时设为"◎"。关于压环强度的评价基准，在不足1600MPa时设为 "X"，在1600~1750MPa时设为"A"，在1750~1900MPa时设为"〇"，在1900MPa以上时设为 "◎"。关于环压疲劳强度的评价基准，在不足290MPa时设为"X"，在290~315MPa时设为 "A"，在315~340MPa时设为"〇"，在340MPa时设为"◎"。关于推断最大空孔包络面积的平 方根lareamax的评价基准，在不足lOOwii时设为"◎"，在100~150圓时设为"〇"，在150~ 200wii时设为"A"，在超过200wii时，设为" X "。
[0093] (1)关于碳的添加量
[0094] 对碳的添加量进行了调查。具体而言，准备将包含2. Owt %的Ni和1. Owt %的Mo的 部分扩散合金钢粉与粒径D90为6. Own的石墨粉末混合、并在0~0.4wt %的范围内改变石墨 粉末的添加量的多种原料粉末。将各原料粉末在1200MPa下成形后，进行烧结，再实施渗碳 热处理，从而制作多种试验片。对这样得到的各试验片的烧结密度(as-sinter品）、压环强 度(渗碳品)及环压疲劳强度(渗碳品)进行了测定。将其结果示于以下的表1中。
[0095][表1]
[0096]碳添加量的效果
[0098]如表1所示，实施例1~3具有7.55g/cm3的密度且显示优异的压环强度及疲劳强 度。由此明确:石墨粉末的添加量期望为0.05~0.35wt%、优选为0.1~0.3wt%、更优选为 0.15 ~0.25wt%。
[0099] (2)关于石墨粉末的粒径
[0100] 对在原料粉末中所添加的石墨粉末的粒径进行了调查。具体而言，准备将包含 2. Owt %的Ni和1. Owt %的Mo的部分扩散合金钢粉与0.2wt %的石墨粉末混合、并在4.0~ 25. Own的范围内改变石墨粉末的粒径D90的多种原料粉末。将各原料粉末在1200MPa下成形 后，进行烧结，再实施渗碳热处理，从而制作多种试验片。对这样得到的各试验片的烧结密 度(as - sinter品）、压环强度(渗碳品）及环压疲劳强度(渗碳品）进行了测定。将其结果示 于以下的表2中。
[0101] [表 2]
[0102] 碳平均粒径的效果
[0104]如表2所示，实施例4及5具有7.55g/cm3的密度。由此明确:石墨粉末的粒径D90期 望为8M1以下、优选为6mi以下、更优选为4wii以下。
[0105] (3)关于压缩成形时的成形压力
[0106] 对压缩成形工序中的成形压力进行了调查。具体而言，将在包含2.Owt%的Ni和 1. Owt %的Mo的部分扩散合金钢粉中配合0.2wt %的粒径D90为6. Oym的石墨粉末而成的原 料粉末，以在1000~1400MPa的范围内改变的成形压力下进行压缩成形，成形多种压粉体， 对各压粉体实施烧结、渗碳热处理，由此制作多种试验片。对这样得到的各试验片的烧结密 度(as-sinter品）、推断最大空孔包络面积的平方根lareamadas - sinter品）、压环强度 (渗碳品)及环压疲劳强度(渗碳品)进行了测定。将其结果示于表3中。
[0107] [表 3]
[0108]成形压力的效果
[0110] 如表3所示，实施例6及7具有7.55g/cm3的密度且显示优选的机械性质（压环强度 及疲劳强度）。由此明确:成形压力优选为1150~1350MPa的范围。予以说明，比较例7在压缩 成形时试验片产生裂纹，因此无法测定。
[0111] (4)关于部分扩散合金钢粉的分级
[0112] 对由除去部分扩散合金钢粉中的粗大粒子所带来的效果进行了调查。具体而言， 将包含2.0wt%的Ni和l.Owt%的Mo的部分扩散合金钢粉通过网眼为106、180、250mi的筛， 得到分级度不同的多种部分扩散合金钢粉。将在各种部分扩散合金钢粉中配合〇.2wt%的 粒径D90为6.0_的石墨粉末而成的原料粉末，在1200MPa下进行压缩成形后，实施烧结、渗 碳热处理，由此制作多种试验片。对这样得到的各试验片的烧结密度(as-sinter品）、推断 最大空孔包络面积的平方根larea max(as-sinter品）、压环强度(渗碳品）及环压疲劳强度 (渗碳品)进行了测定。将其结果示于表4中。
[0113] [表 4]
[0114] 过筛的效果
[0116] 如表4所示，实施例8~10具有7.55g/cm3的密度且显示出比比较例更优异的机械 性质（压环强度及疲劳强度）。由此明确:部分扩散合金钢粉期望通过网眼为250wii以下、优 选为180M1以下、更优选为106mi以下的筛。
[0117] 另外，如表3及表4所示，机械性质优异的实施例6~10的推断最大空孔包络面积的 平方根，areamax均为200M1以下。由此明确:推断最大空孔包络面积的平方根，area max期望 为200wii以下、优选为150y以下、更优选为1 OOwii以下。
[0118] (5)关于Ni的添加量
[0119] 对合金钢粉中的Ni的添加量进行了调查。具体而言，准备Mo添加量为1. Owt %且改 变了 Ni添加量的多种部分扩散合金钢粉，将在各种部分扩散合金钢粉中配合0.2wt%的粒 径D90为6.0_的人造石墨而成的原料粉末，在1200MPa下进行压缩成形，实施烧结、渗碳热 处理，从而制作多种试验片。对这样得到的各试验片的烧结密度(as-sinter品）及压环强度 (渗碳品)进行了测定。将其结果示于以下的表5中。
[0120] [表 5]
[0121] Ni添加量的效果
[0123] 如表5所示，实施例11~13具有7.55g/cm3的密度且显示优异的压环强度。由此明 确:Ni的添加量期望为1.5~2.2wt %左右。
[0124] (6)关于Mo的添加量
[0125] 对合金钢粉中的Mo的添加量进行了调查。具体而言，准备Ni添加量为2. Owt %且改 变了 Mo添加量的多种部分扩散合金钢粉，将在各种部分扩散合金钢粉中配合了 0.2wt%的 粒径D90为6.0_的石墨粉末而成的原料粉末，在1200MPa下进行压缩成形，实施烧结、渗碳 热处理，从而制作多种试验片。对这样得到的各试验片的烧结密度(as - sinter品）及压环 强度(渗碳品)进行了测定。将其结果示于以下的表6中。
[0126] [表 6]
[0127] Mo添加量的效果
[0129] 如表6所示，实施例14~16具有7.55g/cm3的密度且显示优异的压环强度。由此明 确:Mo的添加量期望为0.5~l.lwt%、优选为0.8~l.lwt%左右。
[0130] (7)关于渗碳氮化处理
[0131] 对渗碳氮化处理的效果进行了调查。具体而言，将包含2. Owt %的Ni和1. Owt %的 Mo的部分扩散合金钢粉与粒径D90为6.8wii的石墨粉末混合，将各原料粉末在1176MPa下成 形后，进行烧结，再实施渗碳氮化处理，制作在0~0.5mm的范围内改变氮化层的深度的多种 试验片。对这样得到的试验片的环压疲劳强度进行了测定。将其结果示于以下的表7中。予 以说明，关于渗碳氮化处理中环压疲劳强度的评价基准，在340~400MPa时设为"A"，在400 ~500MPa时设为"〇"，在500MPa以上时设为"◎"。
[0132] [表 7]
[0134] 如表7所示，实施例17、18显示优选的环压疲劳强度。由此明确:在将对试验片施加 载荷时拉伸应力所达到的区域距离表面的深度设为100%时，存在0.05wt%以上的氮的氮 化层的深度优选为距离表面深度5 %以上，更优选为20 %以上。
[0135] 接着，对着眼于本发明的第二特征的实施方式进行说明。
[0136] 图3中示出齿轮10作为烧结机械部件的一例。齿轮10具有作为进行扭矩传递的载 荷负载面的多个齿面l〇a。将轴固定在齿轮10的内周面10b，或者将轴旋转自如地嵌合到齿 轮10的内周面l〇b。
[0137] 本实施方式的齿轮10由铁系烧结体形成。该齿轮10经由制备原料粉末的原料粉末 准备工序、对原料粉末进行压缩成形而形成压粉体的压缩成形工序、通过将压粉体加热到 烧结温度以上来进行烧结的烧结工序及表面处理工序来制造。
[0138] [原料粉末准备工序]
[0139] 在原料粉末准备工序中，制造包含铁系粉末、作为碳固溶源的碳粉末和担负成形 时的润滑的成形用润滑剂的原料粉末。
[0140] 作为在此所说的铁系粉末的代表例，可列举包含Fe和与Fe合金化的其他金属(合 金成分）的低合金钢粉。作为低合金钢粉的合金成分，可以使用附、]\1〇、]/[11、0中的一种或多 种金属，例如可以使用包含Ni及Mo作为合金成分且余量为Fe及不可避的杂质的低合金钢 粉。Ni具有强化烧结体的机械性质、提高热处理后的烧结体的韧性的效果。另外，Mo具有强 化烧结体的机械性质、提高热处理时的淬火性的效果。作为铁系粉末，除低合金钢粉以外， 还可以使用纯铁粉、不锈钢粉、高速钢粉等。
[0141] 作为低合金钢粉的具体例，优选使用包含Ni及Mo且余量为Fe及不可避的杂质的 Fe-Ni-Mo系部分扩散合金钢粉。该部分扩散合金钢粉为使Ni扩散接合于Fe - Mo合金周围的 钢粉。这样，通过使Ni等金属扩散附着于Fe合金，从而与使Fe和Ni完全合金化的钢粉(预合 金钢粉)相比，烧结前的合金钢粉的硬度受到抑制，因此确保压缩成形时的成形性。其结果 能够配合较多量的Ni。具体而言，本实施方式的部分扩散合金钢粉中的Ni的配合比例为0.5 ~5.0wt%、优选为1.5~2.2wt%、更优选为1.7~2.2wt%。另一方面，就Mo而言，即使大量 添加，其效果也饱和，反而成为使成形性变差的原因。因此，部分扩散合金钢粉中的Mo的配 合比例为0.5~3.0wt%、优选为0.8~1 ? lwt%、更优选为0.9~1 ? lwt%。
[0142] 作为部分扩散合金钢粉的基底的铁粉，存在雾化粉、还原粉等，由于还原粉的粒子 为多孔而难以高密度化，因此在本实施方式中使用具有空孔的实心雾化粉，特别考虑成本 方面，还使用水雾化粉。予以说明，作为部分扩散合金钢粉的例子，例示了使Ni粉扩散接合 于Fe-Mo合金粉周围的钢粉，也可以使用使Ni、Mo扩散接合于纯铁粉周围的合金粉。
[0143] 该部分扩散合金钢粉一般为软质，具有与纯铁粉同程度的硬度。就部分扩散合金 钢粉的硬度的参考值而言，使用微型维氏硬度不足120HV0.05、优选不足100HV0.05、更优选 不足90HV0.05的部分扩散合金钢粉。该硬度比Fe - Cr 一 Mo系完全合金钢粉(预合金粉）中的 粒子的硬度(大致为120HV0.05以上)低。因此，与此种完全合金钢粉相比，即使在相同的加 压力下也更容易高密度化。
[0144] 在本发明中，作为铁系粉末，使用粒径大的粗粉末和粒径小的微粉末。作为其中的 粗粉末，使用平均粒径为60wii以上、优选为70mi以上且130mi以下、更优选为80M1以上且110 Mi以下的铁系粉末。若平均粒径过小，则难以使用通用的铁系粉末而招致高成本化。另外， 若平均粒径过大，则包含大量粗大粉末，因此使后述的压缩成形工序中的填充性变差，在烧 结后容易产生粗大气孔。平均粒径例如可以基于激光衍射散射法进行测定。该测定方法如 下:对粒子群照射激光，从由此得到的衍射散射光的强度分布图计算求得粒度分布，进而求 出平均粒径。因此，作为测定装置，可以使用例如株式会社岛津制作所的SALD31000。另一方 面，作为微粉末，使用粒径小于仅由粗粉末形成的烧结试样的推断最大空孔包络面积的平 方根，area max的微粉末。推断最大空孔包络面积的平方根，areamax为推断存在于预测体积 中的最大空孔的包络面积的平方根，后面将对详细情况进行叙述。
[0145] 作为粗粉末及微粉末，除使用相同的铁系粉末外，也可以使用不同的铁系粉末。在 此所说的"不同的"除所含有的合金元素的种类及配合比例中的任一方或双方不同的情况 以外还包含粉末的形态(为完全合金钢粉或部分扩散合金钢粉等)不同的情况。
[0146] 作为碳粉末，使用例如人造石墨的粉末。石墨粉末使用粒径D90为l〇Mi以下的石墨 粉末，优选使用8wii以下的石墨粉末。另外，使用石墨粉末的粒径D90为3wii以上、优选为4wii 以上的石墨粉末。石墨粉末的配合比例相对于原料粉末整体为〇.3wt %以下、优选为 0.25wt %以下。另外，石墨粉末的配合比例相对于原料粉末整体为0.05wt %以上、优选为 0. lwt%以上。作为碳粉末，除石墨粉末以外，也可以使用炭黑、科琴黑、纳米碳粉末等。也可 以使用两种以上的它们中的任意粉末。
[0147] 成形用润滑剂是为了降低将原料粉末压缩成形时模具和粉末间、或粉末彼此间的 摩擦而添加的。作为成形用润滑剂，可以任选使用金属皂(例如硬脂酸锌）、酰胺蜡(例如乙 撑双硬脂酰胺)等公知的润滑剂粉末。此外，也可以将这些润滑剂分散于溶剂而制成溶液， 并对原料粉末喷雾该溶液或者使原料粉末浸渍于该溶液中，之后使溶剂成分挥发而将其除 去。为了达成本发明的目的，只要是在烧结后不残留于原材内部的成分，则不论润滑剂粉末 的种类为何，均可使用。另外，也可以并用两种以上的成形用润滑剂。
[0148] [压缩成形工序]
[0149] 在压缩成形工序中，将上述的原料粉末投入并填充到成形模具的模腔中，对其进 行压缩，由此成形与齿轮10的最终形状对应形状的压粉体。此时的成形优选为单轴及多轴 加压成形、CNC压制成形等利用适合于连续生产的成形机进行的成形。另外，成形时的温度 优选为室温以上且润滑剂的熔点以下。尤其在比成形用润滑剂的熔点低10~20°的温度下 进行成形时由于降低了粉末的屈服强度，并且提高了压缩性，因此能够提高成形密度。也可 以采用为了更高密度化而将模具及粉末加温到60°C以上进行成形的温热成形。还可以根据 需要而使模具表面保持润滑剂、或者在模具表面涂敷用于降低摩擦的被膜(DLC被膜等）。
[0150] 若提高压缩成形工序中的成形压力，则能够增大压粉体的密度。另一方面，成形压 力过高时，在压粉体的内部产生由密度不均引起的分层(层状剥离）、模具破损等。考虑以上 情况，在本实施方式中，成形压力设定为1150~1350MPa左右。这样得到的压粉体的密度(真 密度）为7.4g/cm 3以上。
[0151] [烧结工序]
[0152] 接着，利用脱脂处理除去压粉体中所含的成形用润滑剂后，利用烧结工序将压粉 体加热到烧结温度以上，形成烧结体。为了得到致密且空孔小的烧结体，烧结温度设定为 1KKTC以上且1300°C的范围内。另外，为了防止因氧化所致的烧结性及强度的降低、以及脱 炭，优选在以氮气、氢气、氩气等为主成分的惰性或还原性气氛下进行烧结。此外，也可以在 真空下进行烧结。通过对压粉体进行烧结，从而压粉体中的碳粉末固溶于铁系粉末，具有石 墨粉末的部分成为空孔。与此同时，通过铁系粉末的粒子彼此烧结结合，从而压粉体整体收 缩。其结果为：由压粉体的收缩所致的密度上升效果大于由碳粉末的固溶所致的密度降低， 烧结体的密度变得高于压粉体的密度。该烧结体的真密度为7.6g/cm 3以上，其相对密度为 90%以上(优选为95%以上、更优选为97%以上）。
[0153] [表面处理工序]
[0154] 将经过烧结工序的烧结体转移到表面处理工序中，实施淬火回火等各种表面处 理。作为表面处理的一例，可列举渗碳淬火回火处理。通过渗碳淬火回火，使包含齿面l〇a的 齿轮10的表面硬化，同时确保了内部的韧性，因此对抑制裂纹的加剧有效。除渗碳淬火回火 外，也可以实施完全淬火回火、高频淬火回火、渗碳氮化、真空渗碳等各种热处理。除此以 外，还可以利用氮化处理、软氮化处理、浸硫处理、类金刚石碳处理(DLC)等形成硬质被膜， 或者通过树脂被膜的形成、各种镀敷处理、黑染加工处理、蒸汽处理等进行防锈处理。根据 需要也可以将以上例示的多种表面处理组合。
[0155] 利用以上的工序，完成包含铁系烧结体的齿轮10。该齿轮10中所含的各元素的比 例基于原料粉准备工序中所述的比例（例如包含1.5~2.2wt %的Ni、0.5~1. lwt %的Mo和 0.05~0.35wt%的碳，余量由Fe及不可避免的杂质构成）。利用上述工序，能够进行净形成 形或近净形成形，因此能够实现烧结机械部件的低成本化。另外，上述制造工序为1次成形 及1次烧结，因此可以简化制造工序、制造设备。
[0156]此外，也可以根据需要在烧结工序后且表面处理工序前实施再压缩处理(例如精 压工序）。
[0157] [推断最大空孔包络面积的平方根]
[0158] 认为:在烧结机械部件中，在负载有较大载荷的载荷负载面(若为齿轮10,则为齿 面10a)的边缘有无粗大气孔对机械部件的耐久寿命产生大幅影响。因此，为了评价机械部 件的耐久寿命，期望将粗大气孔的存在程度以某种形式数值化。作为数值化的一个手段，考 虑规定烧结体的密度(真密度或相对密度）。
[0159] 然而，就密度而言，即使是在评价部件整体的致密化程度上有效的尺度，也评价仅 限于载荷负载面边缘的区域上有无粗大气孔，就这一点而言未必有效。例如，即使部件整体 的密度超过下限值，在载荷负载面即齿面l〇a边缘虽然数量减少但是有存在粗大气孔的情 况，该粗大气孔可能成为裂纹的起点。还考虑以烧结机械部件的仅限于载荷负载面边缘的 区域的密度来评价粗大气孔的有无，但是并不容易正确地测定这种部分区域的密度。
[0160] 基于以上的验证，本发明着眼于在烧结机械部件中推断存在于包含载荷负载面的 预测体积的区域内的最大空孔的包络面积的平方根，area max，并由该数值评价了存在于预 测体积中的粗大气孔的程度。以下对，areamax值的推断方法的详细内容进行说明。
[0161] 首先，烧结体的空孔的极值分布遵循二重指数分布。由此，使用极值统计进行了空 孔包络面积的最大值的推断。推断最大空孔包络面积的平方根，area max的具体计算步骤如 上述所示，因此省略对其的说明。
[0162] [本发明中使用的微粉末]
[0163] 如上所述，微粉末的粒径按照小于仅由粗粉末形成的烧结试样的推断最大空孔包 络面积的平方根lareamax的方式来确定。以下，对该粒径的决定步骤进行详细说明。
[0164] 首先，使用不包含微粉末的上述原料粉末(包含粗粉末、碳粉末及成形用润滑剂的 粉末），制作与作为最终制品的齿轮10相同形状的烧结试样。制作烧结试样时的压缩成形、 烧结在与制作最终制品的齿轮10时的压缩成形工序、烧结工序相同的条件下进行。
[0165] 接着，按照上述的步骤求出该烧结试样的lareamax。此时，基准面积So为:例如，纵 向为将从齿轮状烧结试样的齿面相当部分到由伴随扭矩传递的载荷产生的拉伸应力所达 到部位为止的深度设为100 %时的30 %的深度，横向为纵向的1.33倍，并将纵向的尺寸与横 向的尺寸相乘得到的值。另外，预测体积V为将从烧结试样的齿面相当部分到在深度方向上 述拉伸应力所达到的部位为止的深度设为100%时的30%的深度、即齿面中拉伸应力发生 作用的范围(尤其齿元附近)的体积。检查次数n例如为32次。
[0166] 使用网眼比这样求得的，areamax更微小的筛，对铁系粉末进行筛分，收集通过该 筛的微粉末，由此可以得到微粉末。筛的网眼按照JIS Z8801分级地规定化，因此优选使用 具有比lareamax小且接近lareamax的网眼的筛来收集微粉末。通常，lareamax收纳在30M1 ~70wii的范围内，在该范围内将网眼规格化为32_、38_、45_、53_、63_，因此使用具有 该任意网眼的筛来收集微粉末。
[0167] 这样，通过使用作为铁系粉末的粗粉末和微粉末两者，容易将微粉末填充于粗粉 末的粒子间。因此，可以使烧结后残留于铁系烧结体中的气孔变小而使齿轮10高密度化，并 且能够抑制以粗大气孔为起点的裂纹的加剧、以及由此所致的齿轮10的破坏、损伤。尤其在 本发明中着眼于由粗粉末形成的烧结试样的包含载荷负载面相当部分(尤其最大载荷负载 面的相当部分)的区域的，area max，并使所要配合的微粉末的粒径小于该，areamax，因此在 理论上所有的微粉末小于推断存在于铁系烧结体中的粗大气孔，因此能够用微粉末可靠地 补充粗大气孔。因此，可以减少烧结后的粗大气孔，并且可以可靠地防止粗大气孔成为应力 集中源并且成为裂纹的起点的情况。另外，通过着眼于，area max值，能够容易地判断适合于 使粗大气孔消失的微粉末的粒径，因此还得到容易选择在原料粉末准备工序中所要准备的 粉末的优点。此外，若事后求出铁系烧结体的，area max，则即使密度为同一水准，也能根据 ，areamax的大小关系正确地评价各种烧结体的优劣。
[0168] 另外，由于作为粗粉末，使用平均粒径60wii以上的粗粉末(优选为70wii以上130M1 以下、更优选为80mi以上且llOwii以下），作为微粉末，使用通过网眼32mi~68mi的筛的微粉 末，因此可以使用粒径比专利文献2中使用的粗粉末及微粉末(粗粉末的平均粒径为50m以 下、微粉末的平均粒径为1~25wn)大的粉末。因此，铁系粉末的流动性良好，使压缩成形工 序中对模腔的填充性提高。另外，还能抑制材料成本的上涨。
[0169] 但是，在像本发明那样使用作为铁系粉末的粗粉末和微粉末时，根据微粉末的配 合比例、粒径，可以预测在烧结体中产生的粗大气孔的大小、以及铁系烧结体的强度的变 化。为了明确该关系，进行了以下的评价试验。
[0170] [试验片]
[0171] 作为铁系粉末，使用包含2wt%的Ni和lwt%的Mo且余量为铁及不可避的杂质的部 分扩散合金钢粉(JFE STEEL株式会社制SIGMAL0Y 2010)。将该部分扩散合金钢粉用具有 150wii~250M1(例如lSOwii)的网眼的筛进行筛分，收集通过筛的粉末，将其作为粗粉末(平 均粒径90mi~lOOwii左右）来使用。另外，将相同的部分扩散合金钢粉用具有32Mi、45wn、63y m中的任一网眼的筛进行筛分，分别收集通过筛的粒径32wii以下、45mi以下、63wii以下的粉 末，将其作为多种微粉末来使用。在粗粉末中以表8记载的配合比例添加下述的表8中记载 的各粒径的微粉末，制备多种混合粉。接着，作为成形用润滑剂，使用乙撑双硬脂酰胺 (L0NZA JAPAN株式会社制ACRAWAX C)，使其分散于醇系溶剂（Japan Alchohol Trading Co.，Ltd制SOLUMIX AP - 7)，边施加热边将其分别与多种混合粉混合，使醇系溶剂挥发，从 而使成形用润滑剂均匀地覆盖于铁系粉末。向其中以〇.2wt%的比例添加作为碳固溶源的 石墨粉(HMCAL公司制HMREX F -10)并混合，将所得的混合物作为原料粉。
[0172] 将各原料粉在1176MPa的压力下进行压缩成形，制作外径为巾23.2mm、内径为小 16.4_、轴方向尺寸为7_的环状压粉体。在该压缩成形时将模具及原料粉加温到120°C。另 外，对模具的外周及内周喷雾使上述成形用润滑剂分散于上述醇系溶剂所得的溶液，在表 面形成润滑剂膜，进行模具润滑成形。接着，在氩气气氛下将该环状压粉体以最高温度1300 °C、最高温度保持时间200分钟进行烧结，由此得到下述的表8所示的实施例19~24的试验 片。
[0173] 另外，将铁系粉末仅包含与实施例相同的粗粉末的原料粉及铁系粉末仅包含与实 施例相同的微粉末(粒径32wii以下）的原料粉进行烧结的情况分别作为比较例15及比较例 16。并且，将使用粗粉末和微粉末(粒径32wii以下）的混合粉作为铁系粉末、另一方面使微粉 末的混配量减少的情况(2wt%)作为比较例17,将使微粉末的混配量增多的情况(30wt%) 作为比较例18。进而，将使用粗粉末和微粉末的混合粉作为铁系粉末且使微粉末的粒径增 大的情况(粒径63wii以下）作为比较例19。各比较例中的原料粉的制作步骤、压缩成形条件 及烧结条件等与实施例19~24相同。
[0174] 在此，比较例15相当于不含微粉末而仅由粗粉末形成的上述烧结试样。对该烧结 试样，利用已经叙述过的步骤求得，area應值，得到60圓的结果。因此，实施例19~24中使 用的微粉末的粒径小于烧结试样(比较例15)的，area max值，而比较例19中使用的微粉末的 粒径大于该lareamax值。
[0175] 经过以上的准备后，对实施例19~24及比较例16~19的烧结试验片分别测定烧结 密度（真密度），并且求得，areamax值。烧结密度的测定依据JISZ2501进行。另外，求得， areamax值的步骤与已经说明过的步骤同样。此时，基准面积So设定为0.39mm2、检查次数n设 定为32次、预测体积V设定为200mm 3。关于基准面积So,纵向为将从试验片的表层起在深度 方向拉伸应力所达到的深度设为100%时的30%的区域、即从试验片内径面起0.54mm的尺 寸，横向为纵向的1.33倍、即0.74mm的尺寸，将纵向的尺寸与横向的尺寸相乘，从而求得基 准面积So。另外，预测体积V为将从试验片的表层起在深度方向拉伸应力所达到的深度设为 100 %时的30 %区域、即通过将轴方向尺寸7mm与距离试验片内径面0.53mm的圆筒区域的面 积相乘来求得。
[0176] 各实施例19~24及比较例15~19的烧结试验片的烧结密度及，areamajn下述的 表8所示。表8中的烧结密度及，area max值的评价基准如表9及表10所示。如表10所示，试验 片的入areamax值不足60wii、优选为不足50WH、更优选为不足40wii。予以说明，表8中的"微粉 末粒径"一栏的数值(32wii、45mi，63wii)为表示分别通过具有32wii、45mi或63wii的任一网眼 的筛所得的微粉末的粒径。

[0183] 由表8可知：在所有的实施例及比较例中得到7.60g/cm3以上的烧结密度，就， areamax的值而言，实施例19~24比比较例15~19小，因此明确:若为实施例19~24的组成， 则可以使粗大气孔的大小小于比较例15~19。由于已经明确了，area max值越小则烧结体的 强度越高，因此明确:若为实施例19~23的组成，则可以实现烧结机械部件的强度上升。予 以说明，该结果还意味着:即使烧结密度为一定水准以上，内部空孔径也不一样。
[0184] 在实际中拍摄实施例21和比较例15的试验片的显微镜照片(烧结试验片的轴方向 中央部分的内周面附近的截面照片)进行了观察，结构确认到:在图4A所示的实施例21的烧 结试验片中并不存在图4B所示的比较例15的烧结试验片所具有的粗大气孔P。
[0185] 另外，由表8中的实施例21、实施例24及比较例19的对比可以理解:就微粉末的粒 径而言，在使用了粒径小于烧结试样（比较例15)的，area max值的微粉末的实施例21及24 中，粗大气孔比使用了粒径大于烧结试样（比较例15)的，areamax值的微粉末的比较例19 小。因此，作为微粉末，需要使用粒径小于烧结试样所具有的，area max的微粉末。此时，认 为:若至少微粉末的最大粒径不足60M1，则对铁系烧结体的^areamax值的缩小确认到一定 的效果。当然，若微粉末的最大粒径小于该值(最大粒径优选不足50M1、更优选不足40wn)， 则可以使铁系烧结体的，area max值更小，并且可以实现烧结机械部件的强度的进一步上 升。进而，由实施例19~23与比较例17、18的对比还判明原料粉末中的微粉末的配合比例优 选为5~20wt% (更优选为8~15wt% )。
[0186] 如以上所说明的那样，在将本发明应用于齿轮10时，从齿面la计算在深度方向由 扭矩传递所产生的拉伸应力(尤其最大拉伸应力)所达到的深度，设定基准面积So、预测体 积V，求丫守 areamax 值。
[0187] 在以上的说明中，例示了以同组成的铁系烧结体形成齿轮10等机械部件的整体的 情况，本发明在除此以外的机械部件的一部分由其他材料形成的情况下也同样适用。例如， 在使用图3所示的齿轮10作为空转齿轮时，为了改善与轴之间的滑动性，以低摩擦性的套筒 构成图3所示的虚线的更内径侧部分，有时将该套筒固定于该虚线的更外径侧的齿轮本体 而使其一体化，此时，可以在除去内径侧的套筒的齿轮本体应用本发明。
[0188] 另外，本发明只要为强度达到要求的机械部件，则并不限于齿轮10,可以应用于各 种部件例如凸轮、行星齿轮架(planetary carrier)、链轮、离合器构件等。在任意机械部件 中，也从接受较大载荷的载荷负载面(例如若为凸轮，则为凸轮面)计算在深度方向由该载 荷产生的应力(在凸轮时为压缩应力)所达到的深度，设定基准面积So、预测体积V，评价， cLTQcimaxiM. 〇
[0189] 符号说明
[0190] 10 齿轮
[0191] 10a齿面(载荷负载面）
[0192] l〇b内周面
[0193] P 粗大气孔
【主权项】
1. 一种烧结机械部件，其是由将包含部分扩散合金钢粉的原料粉末成形及烧结而成的 铁系烧结体形成、且碳的比例为0.35wt %以下、所述铁系烧结体的密度为7.55g/cm3以上的 烧结机械部件， 设定于距离表面规定深度的表层内的推断对象区域中的推断最大空孔包络面积的平 方根^areamax为200μηι以下。2. 根据权利要求1所述的烧结机械部件，其包含1.5wt %~2.2wt %的Ni和O . 5wt %~ I. Iwt %的Mo，余量由Fe、所述碳及不可避免的杂质构成。3. 根据权利要求1或2所述的烧结机械部件，其中，所述原料粉末包含石墨粉末，该石墨 粉末的质量基准的粒度分布从小径侧起的累积质量达到90%时的粒径D90为8μπι以下。4. 根据权利要求1~3中任一项所述的烧结机械部件，其在烧结工序后未实施再压缩工 序。5. 根据权利要求1所述的烧结机械部件，其中，所述原料粉末包含平均粒径为60μπι以上 的由所述部分扩散合金钢粉形成的粗粉末和粒径小于由该粗粉末形成的烧结试样的推断 最大空孔包络面积的平方根入area max的铁系的微粉末，所述原料粉末中的所述微粉末的混 配量为5wt%~20wt%，所述铁系烧结体的密度为7.6g/cm 3以上， 以从所述烧结试样的载荷负载面相当部分至将由所述载荷产生的应力所达到的深度 设为100%时的30%的深度为止的区域为预测体积而求得所述烧结试样的，areamax。6. -种烧结机械部件的制造方法，其包括： 原料粉末准备工序，将部分扩散合金钢粉和〇.35wt%以下的石墨粉末混合而得到原料 粉末； 压粉工序，将所述原料粉末进行压缩成形而得到压粉体;和 烧结工序，对所述压粉体进行烧结而得到密度为7.55g/cm3以上的铁系烧结体， 所述石墨粉末的质量基准的粒度分布从小径侧起的累积质量达到90%时的粒径D90为 8μηι以下。7. 根据权利要求6所述的烧结机械部件的制造方法，其中，所述部分扩散合金钢粉为使 Ni扩散附着于Fe-Mo合金的周围而得到的钢粉，该钢粉包含1.5wt %~2.2wt %的Ni和 0.5wt%~I. Iwt%的Mo，余量由Fe及不可避免的杂质构成。8. 根据权利要求6或7所述的烧结机械部件的制造方法，其在所述烧结工序后未实施再 压缩工序。9. 根据权利要求6~8中任一项所述的烧结机械部件的制造方法，其中，所述压缩成形 工序的成形压力为1150MPa~1350MPa。10. 根据权利要求6~9中任一项所述的烧结机械部件的制造方法，其中，所述部分扩散 合金钢粉为通过孔径为250μπι以下的筛的粉末。11. 根据权利要求6~10中任一项所述的烧结机械部件的制造方法，其在所述烧结工序 后实施浸碳氮化处理。
【文档编号】B22F3/02GK105899315SQ201480072428
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月22日
【发明人】奥野孝洋, 八代尚树, 大平晃也, 藤川雅道
【申请人】Ntn株式会社