烧结合金用成形体、耐磨损性铁基烧结合金及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及含有适于使烧结合金的机械强度和耐磨损性提高的硬质粒子的烧结 合金用成形体（成型体）、将该成形体烧结而成的耐磨损性铁基烧结合金、以及其制造方 法。
【背景技术】
[0002] 以往，作为阀座等有时应用以铁为基的烧结合金。在烧结合金中，为了使耐磨损性 进一步提高，有时含有硬质粒子。一般地，在含有硬质粒子的情况下，将包含硬质粒子的硬 质粉末向具有低合金钢或不锈钢的组成的粉末中混入，由该混合粉末压粉成形（成型）为 烧结合金用成形体，然后将烧结合金用成形体烧结来形成为烧结合金。
[0003] 作为这样的烧结合金的制造方法，曾提出了下述的耐磨损性铁基烧结合金的制造 方法，即：由包含硬质粉末、石墨粉末和铁系粉末的混合粉末压粉成形出烧结合金用成形 体，一边使该烧结合金用成形体的石墨粉末的碳（C)向构成硬质粉末的硬质粒子中扩散， 一边将烧结合金用成形体烧结（例如参照专利文献1)。在此，构成硬质粉末的硬质粒子包 含：Mo :20~60质量％、Mn :3~15质量％、余量包含不可避免的杂质和Fe，混合粉末中， 相对于硬质粉末、石墨粉末、和铁系粉末的合计量，含有15~60质量％的硬质粉末、0. 2~ 2质量％的石墨粉末。根据该制造方法，通过限制了硬质粒子中含有的碳量，能够提高向烧 结前的成形体的成形性，并且使将成形体烧结而成的烧结合金的耐磨损性提高。
[0004] 在先技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开2014-98189号公报
【发明内容】
[0007] 然而，对于采用专利文献1所记载的制造方法制造的耐磨损性铁基烧结合金，由 后述的本发明人等的实验可以明确，不能说其机械强度和耐磨损性是充分的。
[0008] 具体地讲，在专利文献1中，通过在硬质粒子中添加 Mn，从而在烧结时硬质粒子的 Mn向铁系基体中扩散，确保硬质粒子与铁系基体的密着性（附着力）。然而，硬质粒子中所 添加的Mo在烧结时向铁系基体中的扩散不充分，因此仅靠 Mn不能够充分地确保硬质粒子 与铁系基体的密着性。其结果，不能说烧结合金的机械强度和耐磨损性是充分的。
[0009] 另外，通过在硬质粒子中添加 Mo,在烧结合金的表面形成有氧化了的Mo (Mo氧化 皮膜），其作为固体润滑剂发挥作用。但是，这样的Mo氧化皮膜虽然对粘着磨损有效，但对 磨料（abrasive)磨损无效，针对这样的磨损形态的耐磨损性并不充分。
[0010] 本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供以提高向烧结前的成形体的成 形性为前提，使将成形体烧结而成的烧结合金的机械强度和耐磨损性提高的烧结合金用成 形体、耐磨损性铁基烧结合金、以及其制造方法，。
[0011] 本发明人等为了解决上述课题而反复进行潜心研究的结果，作为在硬质粒子中添 加的元素着眼于Cr。Cr与Mo相比，针对铁系基体容易扩散6. 3倍左右，由此可认为能够提 高硬质粒子与铁系基体的密着性，使烧结合金的机械强度提高。而且，Cr在烧结时与石墨 粉末的C反应，生成Cr碳化物，因此可认为能够使烧结合金的针对磨料磨损的耐磨损性提 尚。
[0012] 本发明是鉴于这一点而完成的，本发明涉及的耐磨损性铁基烧结合金的制造方 法，其特征在于，包括：由包含硬质粉末、石墨粉末和铁系粉末的混合粉末压粉成形出烧结 合金用成形体的工序；和一边使该烧结合金用成形体的所述石墨粉末的C向构成所述硬质 粉末的硬质粒子中扩散一边将所述烧结合金用成形体烧结的工序，所述硬质粒子包含Mo : 10~50质量％、Cr :3~20质量％、Mn :2~15质量％，余量包含不可避免的杂质和Fe，所 述混合粉末中，相对于所述硬质粉末、所述石墨粉末和所述铁系粉末的合计量，含有5~60 质量％的所述硬质粉末，含有〇. 2~2质量％的所述石墨粉末。
[0013] 另外，本发明涉及的烧结合金用成形体，其特征在于，是由包含硬质粉末、石墨粉 末和铁系粉末的混合粉末压粉成形出的烧结合金用成形体，构成所述硬质粉末的硬质粒子 包含Mo :10~50质量％、Cr :3~20质量％、Mn :2~15质量％，余量包含不可避免的杂质 和Fe，所述混合粉末中，相对于所述硬质粉末、所述石墨粉末和所述铁系粉末的合计量，含 有5~60质量％的所述硬质粉末，含有0. 5~2. 0质量％的所述石墨粉末。本发明涉及的 耐磨损性铁基烧结合金，是一边使该烧结合金用成形体的石墨粉末的C向所述硬质粒子中 扩散一边将所述烧结合金用成形体烧结而成的。
[0014] 根据本发明，由于烧结前的硬质粒子中没有扩散进石墨粉末的C，因此烧结前的硬 质粒子比烧结后的硬质粒子软。因而，在压粉成形时，能够提高烧结合金用成形体的密度， 能够增大成为基体原料的铁系粉末与硬质粒子的接触面积。这样的结果，当在烧结时从烧 结合金用成形体向烧结合金进行烧结时，铁从铁系基体向硬质粒子的扩散增大，硬质粒子 对铁系基体的密着性提高，能够提高烧结合金的机械强度。另外，如后面叙述那样，在烧结 时，石墨粉末的C容易向硬质粒子中扩散，与硬质粒子的Mo、Cr形成碳化物。
[0015] 硬质粒子的组成之中Mo为如下元素：在上述的硬质粒子的组成下，在烧结时生成 Mo碳化物而使硬质粒子的硬度、耐磨损性提高，并且在高温使用环境下，固溶着的Mo在烧 结合金的表面形成Mo氧化皮膜，能够得到良好的固体润滑性。
[0016] 在此，在相对于硬质粒子的Mo的含量小于10质量％的情况下，由所形成的Mo氧 化皮膜带来的固体润滑性不充分，会促进烧结合金的粘着磨损。另外，由于所生成的Mo碳 化物也少，因此不能够充分地抑制磨料磨损。另一方面，在相对于硬质粒子的Mo的含量超 过50质量％的情况下，压粉成形前的硬质粒子的硬度提高，因此阻碍压粉成形时的成形 性，烧结合金的机械强度降低。
[0017] 硬质粒子的组成之中Cr为以下元素：在上述的硬质粒子的组成下，在烧结时来自 石墨粉末的C向硬质粒子中扩散而生成Cr碳化物，因此对烧结合金的耐磨料磨损有效。而 且，Cr为以下元素：由于比Mo容易向铁系基体扩散，因此在烧结时硬质粒子内的Cr向铁系 基体内扩散，对提高硬质粒子与铁系基体的密着性有效。
[0018] 在此，在相对于硬质粒子的Cr的含量小于3质量％的情况下，Cr向铁系基体的扩 散的量少，因此硬质粒子与铁系基体的密着性降低。由此得到的烧结合金的机械强度降低。 另一方面，在相对于硬质粒子的Cr的含量超过20质量％的情况下，压粉成形前的硬质粒子 的硬度提高，因此阻碍压粉成形时的成形性，烧结合金的机械强度降低。
[0019] 硬质粒子的组成之中Mn为以下元素：在上述的硬质粒子的组成下，在烧结时从硬 质粒子向烧结合金的铁系基体中高效地扩散，因此对提高硬质粒子与铁系基体的密着性有 效。
[0020] 在此，在相对于硬质粒子的Mn的含量小于2质量％的情况下，Mn向铁系基体的扩 散的量少，因此硬质粒子与铁系基体的密着性降低。由此得到的烧结合金的机械强度降低。 另一方面，在相对于硬质粒子的Mn的含量超过15质量％的情况下，Mn过于向铁系基体中 扩散，在铁系基体中生成奥氏体组织，烧结合金的机械强度降低。
[0021] 进而，在本发明中，所述混合粉末中，相对于所述硬质粉末、所述石墨粉末和所述 铁系粉末的合计量，含有5~60质量％的所述硬质粉末，含有0. 5~2. 0质量％的所述石 墨粉末。
[0022] 由于相对于硬质粉末、石墨粉末和铁系粉末的合计量含有5~60质量％的硬质粉 末，因此能够使烧结合金的机械强度和耐磨损性这双方提高。在此，在硬质粉末相对于硬质 粉末、石墨粉末和铁系粉末的合计量小于5质量％的情况下，硬质粒子的含量不充分，因此 不能充分地发挥由硬质粒子带来的耐磨损性的效果。
[0023] 另一方面，在硬质粉末相对于硬质粉末、石墨粉末和铁系粉末的合计量超过60质 量％的情况下，铁系基体的比例减少，其结果，不能在烧结合金中以充分的附着力保持硬质 粒子。由此，在接触、滑动环境等发生磨损的环境下，有可能硬质粒子从烧结合金脱落，促进 烧结合金的磨损。
[0024] 由于相对于硬质粉末、石墨粉末和铁系粉末的合计量含有0. 5~2. 0质量％的石 墨粉末，因此能够在烧结后不使硬质粒子熔融而使石墨粉末的C固溶扩散到硬质粒子中， 而且在铁系基体中能够确保珠光体组织。由此，能够使烧结合金的机械强度和耐磨损性这 双方提尚。
[0025] 在此，在石墨粉末相对于硬质粉末、石墨粉末和铁系粉末的合计量小于0. 5质 量％的情况下，有铁系基体中的铁素体组织增加的倾向，因此烧结合金的铁系基体自身的 强度降低。另一方面，在石墨粉末相对于硬质粉末、石墨粉末和铁系粉末的合计量超过2. 0 质量％的情况下，在烧结时硬质粒子的一部分熔融，硬质粒子的硬度降低。另外，硬质粒子 熔融了的部分变为气孔，因此该气孔成为起因，机械强度降低，磨损量也增加。
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