[发明专利]粉末冶金用合金钢粉以及铁基烧结材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合提供于粉末冶金技术的粉末冶金用合金钢粉，特别是在使用所述合金钢粉制造烧结材料的情况下用于实现提高所述烧结材料的强度及韧性的合金钢粉。

另外，本发明涉及使用上述粉末冶金用合金钢粉制造的强度和韧性优良的烧结材料及其制造方法。

背景技术

粉末冶金技术能够以与制品形状极为相近的形状(所谓的近终形)、且以高的尺寸精确度制造复杂形状的部件，因此，能够极大降低切削成本。因此，粉末冶金制品在多方面被用作各种机械、部件。

而且，最近，为了实现部件的小型化、轻量化，强烈要求提高粉末冶金制品的强度。特别是对铁基粉末制品(铁基烧结体)的高强度化要求强烈。

粉末冶金用铁基粉末成形体一般通过如下操作来制造：向铁基粉末中混入铜粉、石墨粉等合金用粉末、以及硬脂酸、硬脂酸锂等润滑剂而制成铁基粉末混合粉，然后将其填充到模具中进行加压成形。根据成分，可以将铁基粉末分类为铁粉(例如纯铁粉等)、合金钢粉等。此外，根据制造方法进行分类时，可以分类为雾化铁粉、还原铁粉等，在这些分类中，铁粉使用包括合金钢粉的广义。

由通常的粉末冶金工序得到的成形体的密度一般为约6.6Mg/m³～约7.1Mg/m³。然后，对这些铁基粉末成形体实施烧结处理而制成烧结体，进而根据需要实施精压加工、切削加工，从而制成粉末冶金制品。而且，在需要更高的强度的情况下，有时还在烧结后实施渗碳热处理、光亮热处理。

在原料粉的阶段，作为加入了合金元素的粉末，已知如下粉末等：

(1)在纯铁粉中混合了各合金元素粉末的混合粉；

(2)完全合金化了各元素的预合金钢粉；

(3)使各合金元素粉末在纯铁粉、预合金钢粉的表面部分地附着扩散的部分扩散合金钢粉。

(1)的在纯铁粉中混合了各合金元素粉末的混合粉，具有能够确保与纯铁粉同等的高压缩性的优点。但是却存在如下问题：在进行烧结时，若不将烧结气氛、渗碳气氛中的CO₂浓度和露点严格控制在较低水平，则作为比Fe更活泼的金属的Mn、Cr、V、Si、Nb、Ti等会发生氧化，从而不能实现低氧含量化；而且，各合金元素在Fe中并不充分扩散，形成不均匀的组织，从而不能达到基体强化。

因此，(1)的在纯铁粉中混合了各合金元素粉末的混合粉不能应对近年来高强度化的要求，以致处于不被使用的状态。

与此相对，(2)的完全合金化了各元素的预合金钢粉具有如下优点：虽然由于通过将钢水雾化来进行制造，因而会产生由钢水的雾化工序中的氧化和完全合金化导致的固溶硬化作用，但是，通过对Mn、Cr、V、Si、Nb、Ti等合金元素的种类和量进行限定，能够确保低氧含量化和与纯铁粉同等的高压缩性。此外，存在由完全合金化引起基体强化的可能性，因此正在作为高强度用预合金钢粉而进行着开发。

此外，(3)的部分扩散合金钢粉，通过在纯铁粉、预合金钢粉中混合各元素的金属粉末、并在非氧化性或非还原性的气氛下进行加热以使各金属粉末在纯铁粉、预合金钢粉的表面部分地扩散接合而制造，因此，其可以组合(1)的铁基混合粉以及(2)的预合金钢粉的优点。因此，能够确保低氧含量化和与纯铁粉同等的高压缩性，并且存在由形成由完全合金相和部分富集相构成的复合组织而引起基体强化的可能性，因此，正在作为高强度用部分扩散预合金钢粉而进行着开发。

作为上述预合金钢粉以及部分扩散合金钢粉的基本合金成分，多数情况下使用Mo。其原因与Mo能够用作钢铁材料的强化元素的原因相同。即，这是因为，Mo不仅在钢铁材料中抑制铁素体的生成、使贝氏体组织化，从而使母相(基质)相变强化，而且在母相和碳化物中分布而使母相固溶强化，进而形成微细碳化物而使母相析出强化。此外，由于是气体渗碳性优良的非晶界氧化元素，因此还具有渗碳强化的作用。

除此之外，从通过碳化物的析出强化使烧结材料强化方面出发，还可以添加V、Nb、Ti等碳化物形成能力强的元素。

例如，专利文献1中公开了一种粉末冶金用合金钢粉，其特征在于，通过预合金化而含有Mo：0.1～6.0％、V：0.05～2.0％以及Nb：0.10％以下，并且使4％以下的Mo部分地扩散附着。该合金钢粉确保了粉末阶段的低氧含量化和与铁粉同等的高压缩性，并且实现了烧结材料或渗碳淬火材料的低氧含量化和基体强化。