[发明专利]铁基烧结体及其制造方法

说明书

本发明提供机械特性优良的铁基烧结体。烧结体中，使气孔的面积百分率为15％以下且气孔的面积基准的中位直径D50为20μm以下。

技术领域

本发明涉及铁基烧结体，特别是涉及适合于汽车用高强度烧结部件的制造的、烧结密度高、而且对烧结体进行渗碳、淬火和回火的处理后的拉伸强度和韧性(冲击值)可靠地提高的铁基烧结体。另外，本发明涉及该铁基烧结体的制造方法。

背景技术

粉末冶金技术为如下的技术：能够按照极其接近产品形状的形状(所谓的近净形状)并且以高尺寸精度制造复杂形状的部件，因此能够大幅削减切削成本的。因此，粉末冶金产品作为各种机械、部件而被用于多个领域。

最近，对于粉末冶金产品强烈期望用于部件的小型化及轻量化的强度提高、从安全性的观点出发的韧性提高。特别是，对于齿轮等中频繁使用的粉末冶金产品(铁基烧结体)，在高强度化和高韧性化的基础上，从耐磨损性的观点出发，高硬度化的要求也高。铁基烧结体的强度和韧性根据其成分、组织和密度等而多样地变化，因此，为了应对上述期望，需要开发出适当地控制了上述因素的铁基烧结体。

通常，烧结前的成形体通过在铁基粉末中混合铜粉、石墨粉等合金用粉末和硬脂酸、硬脂酸锂等润滑剂而制成混合粉并将其填充至模具中进行加压成形来制造。

利用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。成形体在之后进行烧结处理而制成烧结体，进一步根据需要进行精整、切削加工，制成粉末冶金产品。另外，在需要更高的强度的情况下，有时在烧结后进行渗碳热处理、光亮热处理。

在此使用的铁基粉末根据成分被分类为铁粉(例如纯铁粉等)和合金钢粉。另外，作为基于铁基粉末的制法的分类，有雾化铁粉和还原铁粉。该基于制法的分类的铁粉以除了纯铁粉以外还包含合金钢粉的广泛含义来使用。

而且，为了得到高强度和高韧性的烧结体，尤其是在作为主要成分的铁基粉末中，兼顾合金化的促进和高压缩性的维持是有利的。

首先，作为铁基粉末的合金化手段，已知：

(1)在纯铁粉中配合各合金元素粉末而得到的混合粉、

(2)将各合金元素完全合金化而得到的预合金钢粉、

(3)使各合金元素粉末部分地附着扩散于纯铁粉或预合金钢粉的表面而得到的部分扩散合金钢粉(也称为复合合金钢粉)等。

上述(1)的混合粉具有具备与纯铁粉匹敌的高压缩性的优点。但是，在烧结时，各合金元素在Fe中未充分扩散而形成不均质组织，其结果，有时最终得到的烧结体的强度差。另外，在使用Mn、Cr、V和Si等作为合金元素的情况下，由于这些元素与Fe相比更容易被氧化，因此在烧结时受到氧化，存在最终得到的烧结体的强度降低的问题。为了抑制上述氧化、使烧结体低氧量化，需要严格地控制烧结时的气氛，在烧结后进行渗碳的情况下需要严格地控制渗碳气氛中的CO₂浓度和露点。因此，上述(1)的混合粉无法应对近年来的高强度化的要求，处于不可使用的状态。

另一方面，若使用上述(2)的使各元素完全合金化而得到的预合金钢粉，则能够完全防止合金元素的偏析而使烧结体的组织均匀化，因此机械特性稳定化。此外，具有在使用Mn、Cr、V和Si等作为合金元素的情况下也可以通过限定合金元素的种类和量而使烧结体低氧量化的优点。但是，在利用雾化法由钢水制造预合金钢粉的情况下，容易发生钢水的雾化工序中的氧化和完全合金化所致的钢粉的固溶硬化，因此存在难以提高加压成形后的成形体的密度的问题。成形体的密度低时，将该成形体烧结时的烧结体的韧性降低。因此，在使用预合金钢粉的情况下，也无法因对近年来的高强度化和高韧性化的要求。