JP2002509984A

JP2002509984A - チル鋳造によって製造された鉄部品の材料切除加工の残留物から得られる金属粉体

Info

Publication number: JP2002509984A
Application number: JP2000540961A
Authority: JP
Inventors: パーネル，チャールズ・グラント; アンソン，ヴィルジニー・エマニュエル; ハミルトン，イアン
Original assignee: フェデラル‐モーグル・シンタード・プロダクツ・リミテッド
Priority date: 1998-03-28
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2002-04-02
Also published as: EP1066128A1; EP1092493A2; DE69901550D1; WO1999050010A1; DE69901550T2; EP1066128B1; KR20010078699A; GB9806731D0

Abstract

(57)【要約】粉末冶金法によって鉄基金属物品を製造する方法が記載されている。本方法は、所定の全化学成分を有する粉末成分からなる混合物を調製する工程と、その粉末混合物を圧粉して圧粉された金属混合物を焼結する工程からなり、２ないし７重量%の炭素を含む鋳鉄材料をチル鋳造することによって製造される物品の材料切除加工の残留物から得られる金属粉体を３０重量％まで含む混合物を調製する工程を含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、鉄基金属粉体およびそのような金属粉体から物品を製造する方法に
関する。本発明は、具体的には、粉末冶金法によって金属粉体から金属製品を製
造する方法に適用される。

【０００２】広い意味で圧粉および焼結を含む種々の技術によって金属製品を製造する方法
はすでに知られている。また、鉄基粉体とグラファイト粉の混合物を調製し、次
いで、例えば、炭素を拡散によって鉄基粉体と合金化させて炭化物を形成するよ
うな処理を混合物に施すことによって、鉄基粉体による金属製品の耐磨耗性を向
上させる技術もすでに知られている。現在用いられている鉄基粉体とグラファイ
ト粉は、それぞれ、品質が高くかつコストの高い材料である。さらに、鉄とグラ
ファイト間には大きな密度差（グラファイト＝２．２５ｇ／ｃｃ、鉄＝７．８７
ｇ／ｃｃ）があるので、その密度差に影響されて鉄粉とグラファイト粉の混合物
の品質を確保するのが難しいという問題がある。その問題がいかに大きいかとい
うことは、そのような大きい密度差のある２つの粉体を密着させて混合成分の偏
析を防ぐためのみに用いられる手段が市販されている、という事実からも窺える
（例えば、スターミックス（Ｓｔａｒｍｉｘ、ヘガネス社の商標）またはフロメ
ット（ＦＬＯＭＥＴ、クェベック・メタルパウダー社の商標））。さらに、グラ
ファイトを含む粉体は一定時間を超えると湿気を吸収しやすく、粉体の流動特性
を低減し、金型充填性を一定に保つことが困難になる。また、グラファイトを含
む粉体は、焼結中に蒸気と反応して焼結体に気孔を生じる傾向にある。従って、
焼結中の拡散によって鉄と炭素が合金化することによって得られる耐磨耗性と少
なくとも同等の耐磨耗性を有し、かつ、少なくとも粉体の混合に関する前述の問
題を生じることなく、より低コストで、粉末金属製品を製造するプロセスに用い
られる粉体の出現が望まれている。

【０００３】本発明の第１態様によれば、粉末冶金法によって鉄基金属物品を製造する方法
であって、所定の全化学成分を有する粉末成分からなる混合物を調製する工程と
、その粉末混合物を圧粉して圧粉された金属混合物を焼結する工程からなる方法
において、２ないし７重量%の炭素を含む鋳鉄材料をチル鋳造することによって製造される物品の材料切除加工の残留物から得られる金属粉を３０重量％まで含
む混合物を調製する工程を含むことを特徴とする方法が提供される。

【０００４】好ましくは、前記混合物は前記残留物の粉体を少なくとも５重量％含むとよい
。さらに好ましくは、前記混合物は前記残留物の粉体を少なくとも１０重量％含
むとよい。残留物の粉体の最小含有量は、その粉体が添加される理由および前記
混合物中の他の鉄基粉体の種類に大きく依存する。例えば、残留物の粉体がさら
に詳しく後述するように焼結助剤として用いられる場合は、その最小含有量は５
重量％でも十分である。しかし、残留物の粉体が混合物の炭素量の大部分または
その全てを担って合金化鉄基粉を生成する場合は、その最小含有量は１０重量％
に設定されるのが望ましい。

【０００５】残留物の粉体の炭素含有量は、実際の鋳造処理温度に依存するが、２．５ない
し５重量％の範囲にあるのが好ましい。

【０００６】残留物の粉体の炭素含有量は、広く利用されている鋳鉄組成を基準にして、２
．５ないし４．５重量％の範囲にあるのがさらに好ましい。

【０００７】材料切除加工または形削りから得られる粉体は、チル鋳造された鋳鉄体の研削
中に得られる残留物であるのが好ましい。この残留物は、通常、油と水を含む汚
泥物の形態で得られ、今のところ、廃棄物として、例えば埋め立てごみとして処
分されている。この残留物は、一般的に、商業的な実用価値をまったく有してい
ないとみなされ、このような残留物を生成する企業は、その廃棄処分を行う請負
人に、例えば、１トンにつき約１００ポンドを支払っている。この廃棄処分のコ
ストは、環境に関する法律がさらに拘束性を強めれば、エスカレータ式に上昇す
ることが予測される。このように、残留物は見かけ上は単に価値がないように見
えるが、それ自体に材料経費がかかっているし、かつ、その廃棄処分に支払われ
る実用上のコストも極めて大きい。従って、このような廃棄物を処分する必要性
を低減できるかまたは省くことができれば、それだけでも利点は大きい。さらに
、もし、このような残留物を、それ自身の特性を生かして、適切に処理してから
粉末冶金製品の一成分として用いることができれば、さらに多くの利点が得られ
ることが予測される。そのような利点の１つは、粉末冶金の製造プロセスにおけ
る材料コストの低減であり、第２の利点は、炭素含有量の少なくとも一部を残留
物中の炭素によって代替えすることによって、焼結中の圧粉体における反応速度
を部分修正し、それによって、焼結処理に融通性が生まれるという利点をもたら
す可能性がある点である。炭素の１つの形態であるグラファイトの粉体は活性係
数が１であり、約８００℃を超える温度において極めて急速かつ制御不能に拡散
するが、代表的な残留物の粉体の炭素活性係数は約０．０３であり、素地内への
炭素の拡散を緩めることによって焼結プロセスの全体をより制御することができ
る。さらに、残留物の粉体の場合、セメンタイトの共晶混合物が存在するので、
実際の焼結処理において、より容易に達成・制御可能な焼結温度にわずかな量の
過渡的な液相を生じさせ、この過渡的な液相によって、焼結体を緻密化させるこ
とができる。

【０００８】本発明の方法による１つの特徴として、主に炭化鉄、すなわち、セメンタイト
（Ｆｅ₃Ｃ）の形態で存在する鋳鉄粒子を残留物の粉体として用いることによって、その鋳鉄粒子中の比較的高い炭素含有量によって鉄基粉末冶金製品中に炭素
を含ませる手段が挙げられる。

【０００９】この残留物の粉体の主な原料としては、例えば、内燃機関のカムシャフトやタ
ペットなどのチル鋳造による鋳鉄部品の形状および/または寸法を仕上げるための研削によって生じる残留物を用いるとよい。カムシャフトのカム耳部は、例え
ば、タペットまたはカム従動子との滑動時の磨耗に耐えるために非常に硬質であ
ることが要求されている。この耐磨耗性は、通常、少なくとも耳部の外周および
タペットの擦過面を、主としてセメンタイトからなるいわゆる白銑によって構成
することによって達成される。

【００１０】比較的最近まで、前述の研削はアルミナまたはアルミノ珪酸塩からなる研削砥
石を用いて行われてきた。しかし、このような研削砥石は、通常の研削条件下で
少なくとも数日ごとに取り替える必要がある。その結果、アルミナまたはアルミ
ノ珪酸塩からなる研削砥石による研削によって得られた残留物は比較的多量のア
ルミナまたはアルミノ珪酸塩を含むが、このような含有物は本発明の方法におい
ては好ましくない。一方、さらに最近になって、前述の研削は窒化ボロンからな
る研削砥石を用いて行われるようになってきた。この研削砥石は、３ヶ月間、同
等の性能を維持して使用することができる。従って、このような窒化ボロンから
なる研削砥石を用いれば、残留物中の好ましくない外来の非金属介在物の含有量
は比較的少なくすることができる。

【００１１】なお、ここに述べる残留物の粉体を得る目的のみから研削によってチル鋳造鉄
のスラグを製造する手法も本発明に包含される。

【００１２】セメンタイトはその冶金学的な性質から極めて硬くかつ脆いので、研削によっ
て得られた粒子は小さく（例えば、切削によって得られた粒子よりもかなり小さ
く）、圧粉体に成形する前に大量の鉄基粉体混合物に均一に同化される寸法を有
している。

【００１３】グラファイトと比較して、残留物の粒子の密度は混合物中の他の金属成分の密
度にかなり近いので（Ｆｅ₃Ｃの密度は７．７ｇ/ｃｃ）、混合または貯蔵中の成
分の偏析は著しく低減する。

【００１４】他の鉄基粉体の粒径と比較して残留物の粉体の粒径は小さいので、残留物の粉
体は圧粉体中に同化され、また鉄基材料の通常の焼結条件下で焼結成分の微細組
織中に同化される。

【００１５】本発明の方法の他の利点は、高い比率のセメンタイトを含む残留物の粒子を用
いるので、約１１５０℃で溶融して過渡的な液相を生じる共晶相を含む点にある
。この過渡的な液相は残留物の粒子を素地中に同化させて元の粒子境界を可能な
限り少なくすることによって機械的性質を向上させ、また、均一な収縮を促進す
ることによって焼結品を緻密化させる効果がある。このように、本発明による残
留物の粉体は、必要な炭素を供給すると同時に焼結助剤としても有効に用いられ
る。

【００１６】グラファイトが炭化物の形成に必要な炭素の供給源として用いられる従来例に
おいて、炭素の組織中への拡散は約９００℃において始まる。しかし、本発明の
方法に用いられる残留物の粉体中のセメンタイトから遊離する炭素は、比較的高
い温度に至るまで、さほど多くは周囲の組織に拡散しない。この現象を有効に利
用する一例として、完全な焼結によって得られた最終焼結品を機械加工するのが
困難である場合に適用される「圧粉体機械加工」として知られるプロセスが挙げ
られる。この圧粉体機械加工を行うために、圧粉体は低温度で予備焼結され、次
工程のさらなる成形と焼結または最終的な完全焼結のいずれかの前に必要とされ
る最終的な寸法に近い寸法にまで仕上げるための機械加工に十分に耐えるだけの
強度が圧粉体に付与される。少なくとも炭素の一部が本発明の方法による残留物
の粉体によって供給される場合、上記の予備焼結工程はより高い温度で行うこと
ができる。なぜなら、そのように高い温度で予備焼結しても、単体炭素が存在し
ないので、そのような炭素の拡散による付加的な炭化物の形成を未然に防ぐこと
ができるからである。従って、高い温度で予備焼結を行うことによって機械加工
がより容易な圧粉体を得ることが可能である。

【００１７】混合物中の残留物の粉体の量は、粉体混合物の他の成分と相関関係に基づいて
設定されるとよい。例えば、他の成分がモリブデンを含む高合金鉄基粉体の場合
は必要とされる炭素含有量は低いので、それに応じて残留物の粉体の比率は低い
値、例えば、１０重量％に設定されるよい。一方、粉体混合物の他の成分が合金
化されていないまたは低合金の鉄の場合は、高い炭素含有量を確保するために、
残留物の粉体の比率は高い値、例えば、２０ないし３０重量％に設定されるとよ
い。

【００１８】焼結工程は、通常の大量生産に適した条件、例えば、水素/窒素混合ガスによる保護雰囲気または鉄基材料の焼結に用いられる他の公知の雰囲気中で、実質的
に大気圧で行われるとよい。

【００１９】同様に、焼結炉としては、従来の連続処理が可能なコンベヤベルト式炉や移動
ビーム式炉、またはバッチ式真空焼結炉のような他の適切な炉を用いるとよい。

【００２０】本発明の方法の一実施態様において、形削りプロセスから得られる残留物の粉
体は、２．５〜４．５％の炭素と、０．３〜３．０％のシリコンと、１．０％以下のマンガンと、１．０％以下のクロムと、１．５％以下の硫黄と、０．５％以下のリンと、０．５％以下のニッケルと、１．０％以下のモリブデンと、０．０３％以下の銅と、を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる組成を有するプレアロイ金属
粉体であるとよい。

【００２１】上記の不純物は、鋳鉄の鋳造に関する技術において、通常、例えば、表面のチ
ル化（冷却）を促進するためのテルルまたはビスマスを含む金型洗浄剤を用いた
場合などに現れる不純物や、また、前述の研削砥石から混入される少量の異物な
どである。

【００２２】好ましくは、残留物の金属粉体は実質的に均一な粒径を有するとよい。

【００２３】好ましくは、残留物の金属粉体の最大粒径は５０μｍ以下であるとよい。さら
に好ましくは、残留物の金属粉体の平均粒径は約２０μｍ以下であるとよい。さ
らに好ましくは、その平均粒径は、粉末冶金プロセスで通常用いられるグラファ
イトの粒径に匹敵する小さい値、すなわち、約１０μｍであるとよい。

【００２４】残留物の金属粉体は、その生成の原理から、本発明の方法に用いられる前に洗
浄される必要がある。残留物は、最初、主に冷却剤/潤滑剤としての油と水が混入されたスラッジとして生成される。このような残留物は、一般的には、前述し
たように廃棄されるので、その残留物の金属粉体成分を分離・洗浄する問題は決
して生じることがない。

【００２５】従って、本発明の第２態様によれば、本発明の第１態様の方法に用いられる予
合金化された金属残留物粉体を製造する方法は、１）チル鋳造された鋳鉄品を油と冷却液を用いて研削砥石によって研削して、
研削残留物を生成する工程と、２）残留物を洗浄して、油と冷却液を除去する工程と、３）残留物を乾燥する工程と、４）残留物を機械的に攪拌して、粒子の凝集を低減させる工程と、からなることを特徴とする。

【００２６】上記の方法は、さらに洗浄工程の後で乾燥工程の前に、残留物を遠心分離する
工程を含むとよい。

【００２７】好ましくは、残留物は環境を汚染しない溶媒を用いて洗浄されるとよい。

【００２８】好ましくは、残留物は洗浄工程中に粗粉砕されるとよい。

【００２９】好ましくは、乾燥された残留物は、さらに均一な粒径を得てかつ塊状化を防ぐ
ために、乾燥後に攪拌されるとよい。

【００３０】洗浄および乾燥工程を終えた残留物は、残っている塊状物を最終的に破砕する
ために粉砕されるとよい。この工程において、ある程度、個々の粒子の細粉化も
生じる。粉砕試験を行った結果、粉砕機（ギロミル、ＧｉｒｏＭｉｌｌ（商標
））内で乾燥後の粉体を、例えば、３分間粉砕することによって、塊状物を減少
させて、粉体の平均粒径を５０μｍから２０μｍに下げることができた。

【００３１】好ましくは、研削砥石は窒化ボロン製であるとよい。あるいは、研削砥石はア
ルミナ基材料製であってもよい。

【００３２】本発明の第２態様は、一般的には廃棄される製造上の副産物を利用するという
利点を有している。このような方法によって得られた粉体は前述したように粉末
冶金技術に好適に用いられる。この粉体は、著しく高い比率の炭化鉄、例えば、
５％に達する高い含有量の炭素を含有している。本発明の方法によって、このよ
うな粉体は、前述の特性を有し、鉄と合金化しやすい炭素を含み、かつ密度差に
よる偏析を生じない粉末金属体に用いられることによって、経済的な有用性を発
揮することができる。

【００３３】鉄基粉体金属の圧粉体の焼結において、１０００℃を超える温度で生じる周囲
の鉄基粒子への炭素の拡散は、多くの場合、焼結の度合いを決定する要因となる
現象である。このような拡散は炭素濃度、焼結温度、および粒径（拡散距離）の
関数である。この観点から、炭素を含有するプレアロイ粉体を周囲の粒子に拡散
する炭素源として用いる利点は、明らかに、その粉体の粒径が細かいほど大きく
なる。チル鋳造された鋳鉄中の脆い炭化鉄の硬度は１０００Ｈｖ以上であり、通
常、研削によって得られる残留物の粒径は細かく、その平均粒径は２０μｍ以下
であり、研削条件次第では、その平均粒径は８μｍ未満になる。

【００３４】残留物粉体が混合される鉄基粉体としては、鉄粉、または、グラファイト含有
量の少ない鋼粉のような鉄合金粉、あるいは、金属合金元素、銅のような焼結助
剤、硫化マンガンのような加工助剤、二硫化モリブデンのような固体潤滑剤など
を含む粉末冶金による鉄基構造部品に共通する他の粉体成分などが挙げられる。

【００３５】成形工程の前に、上記の鉄基粉体を含む粉体混合物に硬質でかつ良好な耐磨耗
性を有する無機材料をさらに添加してもよい。このような無機材料として、粉体
混合物から得られる焼結製品の耐磨耗性および/または切削性を向上させる炭化物、酸化物、ホウ化物、窒化物および炭窒化物から選択される少なくとも一種を
含むセラミックを用いるとよい。

【００３６】本発明の第１態様の方法による残留物粉体は製造される物品の微細組織に対す
る炭素の主たる供給源として考えられているが、粉体混合物の最終的な炭素含有
量を調整する目的で、さらに粉体混合物の他の鉄基粉成分に炭素を予合金化させ
ても、あるいはグラファイトの形態で単体炭素を添加してもよい。グラファイト
は粉体混合物の圧縮性を改善し、またそれ自身が潤滑であるので、粉体混合物中
の所望の全炭素含有量を調整する手段としてグラファイトを用いる方法が望まれ
る場合がある。また、（残留物以外の）他の鉄基成分に炭素を予合金化させると
、粉体の強度を強め、その結果、圧縮率を低減させる。実際、本明細書に引例し
ている共有所有権のＷＯ９５／２６４２１に記載されているように、ある焼結条
件下では、炭素を用いることによって、理論密度の９５％以上の密度を有する鉄
基部品を製造することが可能である。しかし、本発明の方法において、高い比率
のセメンタイトを含む残留物の粉体を用いることによっても、理論密度の９５％
以上の密度に緻密化させることができる。このような緻密化は、過酷な用途に対
応できるように９５％以上の密度が要求される広い範囲の高合金鋼組成を有する
焼結品の製造に特に有効に適用される。

【００３７】本発明の第１態様による方法によって製造される成形・焼結材料は、約３０重
量までの残留物からなる鉄基粉体を含有することができるいかなる鉄基材料をも
実質的に包含し、粉末冶金工業に利用可能な上記の残留物からなる材料を用いて
所望の組成の粉体混合物を生成する能力にのみ制限される。特殊な原料である残
留物の材料を補足して所望の組成を有する製品を得ることが可能な特定の予合金
化された鉄基粉体も、本発明の範囲を逸脱することなく、製造することが可能で
ある。さらに、単体炭素、金型潤滑用添加物、加工性向上用添加物、金属粉体、
または他の公知の添加物の添加も必要に応じて行うことができる。

【００３８】本発明の第１態様による方法に適用される粉末冶金技術として、現在知られて
いる、例えば、一軸金型成形・焼結、冷間等圧成形・焼結、等圧加熱成形、粉体
押出、粉体圧延や焼結など、すべての粉末冶金技術を用いることが可能である。

【００３９】本発明の第３態様は、本発明の第１態様によって得られた焼結鉄基製品を提供
することにある。

【００４０】以下、本発明を実施例を参照して、さらに詳細に説明する。

【００４１】実施例I 以下に述べる、チル鋳造による鉄部品を研削砥石を用いて研削することに得ら
れる残留物は、典型的には、チル鋳造された鋳鉄製のカムシャフトの形状と寸法
を仕上げるための研削によって得られる残留物に相当する。まず、鋳造体を公知のチル鋳造によって製造した。この鋳造体の基準組成は、
重量％で、３．５−３．８％の炭素と、１．７〜２．４％のシリコンと、０．６
〜０．９％のマンガンと、０．７〜１．０％のクロムと、１．５％以下の硫黄と
、０．３％以下のリンと、０．３％以下のニッケルと、０．３％のモリブデンを
含み、残部が鉄と不可避的不純物からなる組成である。ついで、鋳造体を、冷却
液を用いて冷却しながらアルミナ基研削砥石によって研削した。冷却液として、
キャストル社から市販されている無塩素可溶性油であるハイゾルＸ（ＨＹＳＯＬ
Ｘ（商標））を含む水性乳剤を用いた。研削された材料を鋳造体から廃物コン
テナに運び、研削残留物としてコンテナ内に貯蔵した。

【００４２】研削残留物をコンテナから取り出し、アセトン中で洗浄して研削中に用いた冷
却液を除去した。洗浄中、残留物を手で粗粉砕して残留物中の最も大きな塊を破
砕した。

【００４３】いったん乾燥してから、残留物を溶媒（本実施例においては、トリクロロエチ
レン）中で洗浄した。この洗浄は、濃縮塔内で行い、２時間継続した。次いで、
残留物を１２０℃の反射炉中で９０分間乾燥させた。

【００４４】残留物の粒子を観察した結果、その平均粒径は１７μｍで上限の粒径は４０μ
ｍであった。

【００４５】残留物の粒子を分析した結果、セメンタイト（Ｆｅ₃Ｃ）、マグネタイト（Ｆｅ₃Ｏ₄）、コランダム（Ａｌ₂Ｏ₃）、および炭素の存在が確認された。また、０
．０４％のアルミニウムおよび３．６％の鉄の存在が確認された。コランダム粒
子とアルミニウムは研削砥石からもたらされたと思われる。しかし、このような
外来不純物は、窒化ボロン製の研削砥石を用いれば含まれることはないので、問
題にはならない。

【００４６】このような残留物の粒子を用いて、１組の焼結サンプルを以下の手順に従って
作製した。混合物の組成は、重量％で、２５％の残留物粉体、１％のグラファイ
ト粉、２％の銅粉、および７２％の普通鉄粉とした。この混合物を、室温で７７
０ＭＰａの圧力で加圧して、圧粉体を作成した。次いで、この圧粉体を約１１２
０℃で焼結した。

【００４７】焼結サンプルの微細組織を分析した結果、小さな粒子による粒間網状構造部と
共に大きな粒子の存在が確認された。大きな粒子はパーライト組織を有していた
。粒間網状構造部は、パーライト領域も見られたが、主にマルテンサイト組織を
有していた。焼結サンプルの硬度は約７０ＨＲＢであった。素地中にアルミナ粒
子も副次的に観察された。

【００４８】実施例II ２０重量％の実施例Iで述べた残留物と８０重量％のプレアロイ鋼粉を混合して粉体混合物を作成した。予合金化鋼粉の組成は、重量％で、１％の炭素と、８
％のコバルト、４％のクロムと、１０％のモリブデンと、１％のバナジウムと、
２％のタングステンとを含み、残部が（偶発的な混入を除く）鉄と不可避的不純
物からなる組成である。このプレアロイ粉体は水噴霧法で生成された後、焼鈍さ
れた。この合金粉体を焼結中に消失する金型潤滑剤としてのワックスと共に残留
物の粉体と混合した。このような粉体混合物を７７０ＭＰａの圧力で加圧して、
圧粉体を生成し、次いで、この圧粉体を移動ビーム式連続焼結炉を用いて、水素
/窒素保護ガス雰囲気中、１１７０℃および大気圧の条件下で焼結した。

【００４９】比較例として、残留物粉体は用いずに、１００％の上記のプレアロイ粉にグラ
ファイトを焼結合金の最終炭素含有量が１．５重量％になるように添加した組成
を有する粉体混合物からなる焼結サンプルを以下の手順に従って作成した。すな
わち、粉体混合物を、上記の実施例IIで述べたのと同じ条件下で圧粉し、その圧
粉体を上記の実施例IIで述べたのと同じ条件下で焼結した。

【００５０】実施例IIおよび比較例の焼結品に対して、固溶体処理、室温への焼入れ、低温
処理、および６２５℃での焼戻しの手順で焼入れ・焼戻しを行った。

【００５１】焼入れ・焼戻しを施された焼結品に対して材料試験を行い、密度、硬度、ヤン
グ率、および０．２％圧縮耐力を測定した。試験の結果は、以下の表に示す通り
である。

【００５２】

【表１】

【００５３】上記の表から、実施例IIの密度と硬度は、それぞれ、比較例の密度と硬度にま
さに匹敵することがわかる。この点から、本発明によって得られた実施例は、高
価な予合金鋼粉の使用量を２０重量％削減し、特性の低減を最小限に押さえて著
しい材料コストの節約を図ることができた、ことが明らかである。

【００５４】実施例III ２０重量％の十分に洗浄、乾燥されてかつ塊状物のない研削残留物を、噴霧法
によって作製されたモリブデンを１．５重量％含むプレアロイ鉄粉であるアスタ
ロイＭｏ（ＡｓｔａｌｏｙＭｏ、商標）と０．５重量％の成形用ワックスであ
るアクラワックス（Ａｃｒａｗａｘ、商標）に添加した。グラファイトは添加し
なかった。この混合物をターブラ（Ｔｕｒｂｕｌａ、商標）ミキサー内で２０分
混合し、２，７１ｇ/ｃｃの見かけ密度を有する粉体を作製した。次いで、混合物を７７０ＭＰａの圧力で環状リング状に加圧し、６．６ｇ/ｃｃの密度を有する圧粉体を得た。この圧粉体を窒素/水素雰囲気中、１１７０℃で焼結した。焼結体の密度は６．８５ｇ/ｃｃに向上した。焼結したままの部品の硬度は８４ＨＲＢであった。また、焼結したままの部品の微細組織は、そのほぼ全体が、ほと
んどフェライト組織のない微細なベイナイト組織であった。さらに、膨張計内に
おいて同じ雰囲気でかつ最大焼結温度で燒結したサンプルは、３００から４００
℃の冷却中にベイナイトの形成による膨張係数の変化が見られた。明らかに、焼
結したままの組織には研削残留物から鉄素地中への炭素の完全な拡散が生じてい
ることが確認された。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年４月３日（２０００．４．３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アンソン，ヴィルジニー・エマニュエルイギリス国、シーヴイ６４ビージーウェスト・ミッドランズ、コヴェントリー、ホルブルック・レイン、フェデラル‐モーグル・シンタード・プロダクツ・リミテッド内 (72)発明者ハミルトン，イアンイギリス国、ジーユー35 ０エックスピーハンプシャー、ボードン、コノート・クローズ８Ｆターム(参考） 4K017 AA04 BA06 BB04 BB05 BB06 BB07 BB13 BB14 BB15 BB16 BB17 CA05 EA03 EA06 EA13 4K018 AA28 BA13 BB04 BC12 CA11 DA11 DA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉末冶金法によって鉄基金属物品を製造する方法であって、
所定の全化学成分を有する粉末成分からなる混合物を調製する工程と、前記粉末
混合物を圧粉し、この圧粉された前記金属混合物を焼結する工程からなる方法に
おいて、２ないし７重量%の炭素を含む鋳鉄材料をチル鋳造することによって製造される物品の材料切除加工の残留物から得られる金属粉体を３０重量％まで含
む混合物を調製する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】材料切除加工から製造される前記粉体は、チル鋳造された鋳
鉄品の研削中に生じる処理済みの残留物であることを特徴とする請求項１に記載
の方法。
【請求項３】前記残留物は、その残留物から油と水を除去するために洗浄
および乾燥処理が施されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記残留物の金属粉体は主としてセメンタイト（Ｆｅ₃Ｃ）であることを特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】前記残留物の粉体の量は最大２５重量％であることを特徴と
する先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】前記残留物の粉体の最小含有量は５重量％であることを特徴
とする先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】前記残留物の粉体の最小含有量は１０重量％であることを特
徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】前記残留物の粉体中の炭素含有量は最大５重量％であること
を特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】前記残留物の粉体中の炭素含有量は２．５ないし４．５重量
％の範囲にあることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】前記残留物の金属粉体は、重量％で、２．５〜４．５％の炭素と、０．３〜３．０％のシリコンと、１．０％以下のマンガンと、１．０％以下のクロムと、１．５％以下の硫黄と、０．５％以下のリンと、０．５％以下のニッケルと、１．０％以下のモリブデンと、０．０３％以下の銅と、を含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる組成を有していることを特徴と
する先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】前記残留物の金属粉体の最大粒径は５０μｍであることを
特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】前記残留物の金属粉体の平均粒径は約２０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】前記残留物の金属粉体の平均粒径は約１０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】前記鉄基粉体混合物は、グラファイト、金属合金成分、焼
結助剤、加工助剤、固体潤滑剤、および金型潤滑剤からなる群から選択される少
なくとも１つの粉体を含むことを特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記
載の方法。
【請求項１５】前記混合物は、炭化物、酸化物、ホウ化物、窒化物、他の
セラミック、および炭窒化物からなる群から選択された少なくとも１つの材料を
含むことを特徴とする先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】請求項１ないし１５のいずれか１つの方法に用いられる予
合金化された金属残留物粉体を製造する方法において、１）チル鋳造された鋳鉄品を油と冷却液を用いて研削砥石によって研削して、
研削残留物を生成する工程と、２）前記残留物を洗浄して、前記油と冷却液を除去する工程と、３）前記残留物を乾燥する工程と、４）前記残留物を機械的に攪拌して、粒子の凝集を低減させる工程と、からなることを特徴とする方法。
【請求項１７】前記残留物は最初溶媒に浸漬して洗浄されることを特徴と
する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】前記残留物は、前記洗浄工程中に粗粉砕されることを特徴
とする請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】前記乾燥された残留物は、乾燥後に粉砕されることを特徴
とする請求項１６ないし１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】前記研削砥石は窒化ボロンからなることを特徴とする請求
項１６ないし１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】前記研削砥石はアルミナまたはアルミノ珪酸塩からなるこ
とを特徴とする請求項１６ないし１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】前記洗浄された残留物の粉体を乾燥の前に遠心分離する工
程をさらに含むことを特徴とする請求項１６ないし２１のいずれか１つに記載の
方法。
【請求項２３】請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の方法によって
得られる焼結鉄基材料品。
【請求項２４】請求項１６ないし２２のいずれか１つに記載の方法によっ
て得られる金属残留物粉体。