JP2011179031A - 粉末冶金用混合粉および切削性に優れた金属粉末製焼結体 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた旋削性とドリル切削性とを兼備した焼結体を得ることが可能な、粉末冶金用混合粉を提供する。
【解決手段】金属粉末に、合金用粉末と切削性改善用粉末と潤滑剤粉末とを混合する。切削性改善用粉末は、軟質金属化合物粉末と、硬質金属化合物粉末とからなる粉末とし、配合量は、金属粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で、硬質金属化合物粉末が0.01〜0.5％、軟質金属化合物粉末が0.01〜1.0％とすることが好ましい。硬質金属化合物粉末は、金属窒化物粉末とする。金属窒化物は、TiN、AlN、Si_３N_４のうちの１種以上とすることが好ましい。一方、軟質金属化合物粉末は、タルク、エンスタタイト、カオリン、マイカ、蛍石、水砕スラグ等の粉末が例示できる。このような混合粉から製造された焼結体は、基地相中に、基地相の平均硬さより低い硬さの軟質金属化合物の粒子と、高い硬さの硬質金属化合物の粒子とが分散し、優れた旋削性と切削性とを兼備した、切削性に優れた焼結体となる。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車焼結部品用などに好適な、金属粉末と合金用粉末と切削性改善用粉末と潤滑剤とを混合した粉末冶金用混合粉および該混合物を成形、焼結して得られる金属粉末製焼結体に係り、とくに、金属粉末製焼結体の切削性改善に関する。

粉末冶金技術の進歩により、高寸法精度の複雑な形状の部品をニアネット形状に製造することができるようになり、粉末冶金技術を利用した製品が各種分野で利用されている。粉末冶金技術は、粉末を所望形状の金型に充填し、成形した後、焼結を行うことで形状の自由度が高いことが特徴となっている。そのため、形状が複雑な歯車等の機械部品に適用する事例が多い。

例えば、鉄系粉末冶金の分野では、鉄基粉末（金属粉末）に、銅粉、黒鉛粉などの合金用粉末と、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム等の潤滑剤とを混合した鉄基混合粉を、所定形状の金型に充填したのち加圧成形して成形体とし、ついで、焼結処理を施して焼結部品を得ている。このようにして得られた焼結部品は、一般的に寸法精度が良いとされるが、非常に厳しい寸法精度が要求される焼結部品を製造する場合には、焼結した後に、さらに切削加工を施す必要がある。

しかし、このようにして製造された焼結体は、空孔の含有比率が高く、溶解法による金属材料にくらべて、切削抵抗が高い。このため、従来から、焼結体の切削性を向上させる目的で、鉄基混合粉に、Pb、Se、Te等を、粉末で添加、あるいは鉄粉あるいは鉄基粉末に合金化して添加することが行なわれてきた。
しかし、Pbは融点が330℃と低いため、焼結過程で溶融し、しかも鉄中に固溶せず基地中に均一分散させることが難しいという問題があった。また、Se、Teは、焼結体を脆化させるため、焼結体の機械的特性の劣化が著しいという問題があった。これらの粉末以外にも、切削性改善のために種々の粉末を添加することが提案されている。

またさらに、空孔は、熱伝導性が悪いため、加工時の摩擦発熱が蓄積され、工具の表面温度が上がりやすいため、切削工具が著しく損耗し、その結果、切削加工費が増大し、焼結部品の製造コストの上昇を招くという問題がある。
このような問題に対し、例えば、特許文献１には、鉄粉に、10μm以下の非常に微細な硫化マンガン粉末を重量％で0.05〜５％混合した焼結物体製造用鉄粉混合物が記載されている。特許文献１に記載された技術によれば、大きな寸法変化及び強度劣化を伴うことなく、焼結材の被削性（切削性）を改善できるとしている。

また、特許文献２には、鉄粉を主体とし、アノールサイト相および／またはゲーレナイト相を有する平均粒径50μm以下のCaO−Al_２O_３−SiO_２系複合酸化物の粉末（セラミックス粉末）を0.02〜0.3重量％含有する粉末冶金用鉄系混合粉末が記載されている。特許文献２に記載された技術によれば、切削時に加工面に露出したセラミックス粉末が工具表面に付着して工具保護膜（いわゆるベラーク層）を形成し、工具の材質劣化を防止して切削性を改善することができるとしている。

また、特許文献３には、鉄基粉末と、合金用粉末と、切削性改善用粉末として硫化マンガン粉とリン酸カルシウム粉および／またはヒドロキシアパタイト粉とを、さらに潤滑剤を混合してなる鉄基混合粉が記載されている。ここで、硫化マンガンは切屑の微細化に有効に作用し、一方、リン酸カルシウム粉およびヒドロキシアパタイト粉は、切削時に工具の表面に付着して工具保護膜を形成して、工具表面の変質を防止又は抑制するとしている。特許文献３に記載された技術によれば、焼結体の機械的特性の劣化を伴うこともなく、切削性を向上できるとしている。

特開昭61−147801号公報 特開平9−279204公報 特開2006−89829号公報

しかしながら、特許文献１、３に記載された技術では、硫化マンガン（MnS）粉を含むため、Sが焼結中に揮発し、焼結炉内の汚染や、焼結体外観の悪化の原因となるとともに、さらに、焼結体中に残留したS、あるいはMnSは、発錆を促進し、焼結部品の耐食性を低下させるという問題がある。また、特許文献２に記載された技術では、粉体特性、焼結体特性の低下を防止するために、セラミックス粉末を不純物が少なく、かつ粒度を調整した粉末とする必要があり、材料コストが高騰するという問題があった。

さらに、特許文献２、３に記載されたベラーク形成による切削性改善は、旋削加工では切削動力低減に有効であるが、切屑が微細化しないため、ドリル切削においては、切り屑の排除性が悪く、ドリル切削性には問題を残している。
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、焼結炉の炉内環境に悪影響を及ぼすことなく、成形体の焼結ができ、さらに、優れた切削性、詳しくは、優れた旋盤切削性（以下、旋削性ともいう）および優れたドリル切削性を兼備した焼結体を得ることが可能な、粉末冶金用混合粉を提供することを目的とする。また、本発明では、優れた旋削性およびドリル加工性を兼備し、切削性に優れた焼結体を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した目的を達成するために、焼結体の切削性に及ぼす各種要因、とくに添加材の影響について鋭意考究した。その結果、混合粉中に、金属粉末、合金用粉末、潤滑剤とともに加える切削性改善用粉末（添加材）として、焼結体基地相よりも硬さが低い軟質金属化合物粉末と、焼結体基地相よりも硬さが高い硬質金属化合物粉末とを併せて混合し、基地相中に、基地相よりも軟らかい軟質金属化合物粒子と、基地相より硬い硬質金属化合物粒子とを分散させることにより、 旋盤での切削性（旋削性）とドリルによる切削性（ドリル切削性）とを共に向上でき、焼結体の切削性改善に有効であることに想到した。さらに、これにより、成形時には、圧粉密度の低下や、抜出力の増大を招くことなく成形でき、焼結時には、焼結炉の炉内環境に悪影響を及ぼすこともなく焼結でき、しかも得られる焼結体を、切削性に優れた焼結体とすることができることを見出した。なお、硬質金属化合物粉末としては、金属窒化物粉末が優れていることも知見した。

切削性改善用粉末として、軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）と、硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）とを併せて混合することにより、旋盤での切削性（旋削性）とドリルによる切削性（ドリル切削性）とを共に向上でき、焼結体の切削性改善の機構について、現在までのところ明確になっているわけではないが、本発明者らは次のように考えている。
一般に、旋盤切削などの切削加工に際して、工具の先端には、塑性変形および剪断変形を起こす被削材の抗力が作用する。そして、工具の表面には被削材との摩擦力が作用し、工具表面の摩耗が生じる。また、工具内部には、抗力（切削抵抗）が作用し、変形あるいは亀裂発生の原因となり、工具が劣化してゆく。一方、焼結体内部に、焼結体基地相よりも軟質の、軟質金属化合物粒子（軟質材粒子）が分散している場合には、軟質金属化合物粒子（軟質材粒子）が、基地相の変形よりも低い応力で変形するため、工具に作用する抗力が低下し、工具の摩耗、変形あるいは亀裂の発生を抑制し、工具寿命が改善される。

一方、ドリル切削加工においては、上記したような機構で、工具に作用する抗力が低下するだけでは、工具の寿命改善は生じない。というのは、ドリル切削時に発生した切屑が排除されずに穿孔中に存在する場合があり、これがドリルと被削材の間に噛みこみ、結果的に工具に加わる応力が増大して、工具摩耗や工具破損の原因となる。また、ドリル貫通の際には、穿孔表面に切屑が付着し、いわゆる“バリ”が発生する。バリの発生は、部品の加工精度を低下させるうえ、バリ除去の加工工程が必要となり、部品製造のコストを高騰させる。

本発明では、焼結体の基地相中に、軟質金属化合物粒子（軟質材粒子）に加えて、焼結体基地相よりも硬質の硬質金属化合物粒子（硬質材粒子）を分散させるため、切屑発生時に硬質金属化合物粒子（硬質材粒子）に応力が集中し、切屑内部での亀裂の発生を促進する。このため、切屑が微細化し、ドリル穿孔の際の切屑排出性が向上し、ドリルに作用する抗力が低下して、ドリル寿命を改善できる。さらには、切屑が排除されやすくなるため、バリの発生を抑制するという副次的効果をももたらす。

基地相中に、軟質金属化合物（軟質材）粒子および硬質金属化合物（硬質材）粒子を分散させた焼結体とする本発明によれば、上記したような機構によって、優れた旋削性および優れたドリル切削性をともに確保できたものと考えている。
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち本発明の要旨は次のとおりである。

（１）金属粉末と、合金用粉末と、さらに切削性改善用粉末と、潤滑剤粉末とを混合してなる粉末冶金用混合粉であって、前記切削性改善用粉末が、軟質金属化合物粉末と、硬質金属化合物粉末とからなり、該硬質金属化合物粉末が金属窒化物粉末であることを特徴とする粉末冶金用混合粉。
（２）（１）において、前記硬質金属化合物粉末である前記金属窒化物粉末の配合量が、前記金属粉末、前記合金用粉末および前記切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で、0.01〜0.5％であり、前記軟質金属化合物粉末の配合量が、前記金属粉末、前記合金用粉末および前記切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で、0.01〜1.0％であることを特徴とする粉末冶金用混合粉。

（３）（１）または（２）において、前記金属窒化物粉末が、TiN粉末、AlN粉末、Si_３N_４粉末のうちから選ばれた１種または２種以上であることを特徴とする粉末冶金用混合粉。
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記金属粉末が、鉄基粉末であることを特徴とする粉末冶金用混合粉。

（５）（４）において、前記軟質金属化合物粉末が、タルク粉末、エンスタタイト粉末、カオリン粉末、マイカ粉末、粘土粉末、蛍石粉末、水砕スラグ粉末のうちから選ばれた１種または２種以上であることを特徴とする粉末冶金用混合粉。
（６）（１）から（５）に記載の粉末冶金用混合粉を用い、成形、焼結してなる焼結体であって、該焼結体の基地相中に、該基地相の平均硬さより低い硬さの軟質金属化合物粒子が質量％で0.01〜1.0％、前記基地相の平均硬さより高い硬さの硬質金属化合物粒子である金属窒化物粒子が質量％で0.01〜0.5％、分散してなることを特徴とする切削性に優れた金属粉末製焼結体。

（７）金属粉末と、合金用粉末と、切削性改善用粉末と、さらに潤滑剤粉末とを配合し、混合して混合粉とする混合粉の製造方法であって、前記切削性改善用粉末を、軟質金属化合物粉末と硬質金属化合物粉末とからなり、該硬質金属化合物粉末が金属窒化物粉末である粉末とし、前記混合が、前記金属粉末と前記合金用粉末に、一次混合材として前記切削性改善用粉末の一部または全部と、さらに前記潤滑剤粉末の一部を添加し、前記潤滑剤の融点のうちの最低値以上に加熱し、少なくとも１種の潤滑剤を溶融させて、混合したのち、所定の温度以下に冷却して固化させる一次混合と、さらに前記切削性改善用粉末の残部および／または前記潤滑剤の残部を二次混合材として添加し、混合する二次混合とからなる工程であることを特徴とする粉末冶金用混合粉の製造方法。

（８）（７）において、前記硬質金属化合物粉末である前記金属窒化物粉末の配合量が、前記金属粉末、前記合金用粉末および前記切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で、0.01〜0.5％であり、前記軟質金属化合物粉末の配合量が、前記金属粉末、前記合金用粉末および前記切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で、0.01〜1.0％であることを特徴とする粉末冶金用混合粉の製造方法。

（９）（７）または（８）において、前記金属窒化物粉末が、TiN粉末、AlN粉末、Si_３N_４粉末のうちから選ばれた１種または２種以上であることを特徴とする粉末冶金用混合粉の製造方法。
（１０）（７）ないし（９）のいずれかにおいて、前記金属粉末が、鉄基粉末であることを特徴とする粉末冶金用混合粉の製造方法。

（１１）（１０）において、前記軟質金属化合物粉末が、タルク粉末、エンスタタイト粉末、カオリン粉末、マイカ粉末、粘土粉末、蛍石粉末、水砕スラグ粉末のうちから選ばれた１種または２種以上であることを特徴とする粉末冶金用混合粉の製造方法。
（１２）（７）ないし（１１）のいずれかに記載の製造方法で製造された混合粉を、金型に挿入し、所定の圧力で圧粉成形して成形体とする成形工程と、該成形体に焼結処理を施して焼結体とする焼結工程とを順次施すことを特徴とする切削性に優れた焼結体の製造方法。

本発明によれば、優れた旋削性と、優れたドリル切削性とを兼備した、切削性に優れた焼結体を安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、成形時には、圧粉密度の低下や、抜出力の増大を招くことなく成形でき、さらに、焼結時には、焼結炉の炉内環境に悪影響を及ぼすこともなく焼結できるという効果もある。また、本発明によれば、焼結部品の機械加工コストの飛躍的な低減が可能となるという効果もある。

まず、本発明の粉末冶金用混合粉について説明する。
本発明の粉末冶金用混合粉は、金属粉末と、合金用粉末と、さらに切削性改善用粉末と、潤滑剤粉末と、を混合してなる混合粉である。
本発明では、金属粉末としては、アルミニウム粉、あるいは、アトマイズ鉄粉および還元鉄粉などの純鉄粉、合金元素を予め合金化した予合金鋼粉（完全合金化鋼粉）、あるいは鉄粉に合金元素が部分拡散し合金化された部分拡散合金化鋼粉、あるいは予合金化鋼粉（完全合金化鋼粉）にさらに合金元素を部分拡散させたハイブリッド鋼粉などの鉄基粉末がいずれも適用できる。また、鉄基粉末としては、上記した鉄基粉末に加えてさらに合金用粉末、および潤滑剤粉末を混合した鉄基粉末混合粉としてもよい。

また、合金用粉末としては、黒鉛粉末、Cu（銅）粉末、Mo粉末、Ni粉末などの非鉄金属粉末、亜酸化銅粉末などが例示され、所望の焼結体特性に応じて選択して混合する。これらの合金用粉末を、鉄基粉末に混合させることにより焼結体の強度を上昇させることができ、所望の焼結部品強度を確保できる。なお、合金用粉末の配合量は、所望の焼結体強度に応じて、金属粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で、0.1〜10％程度とすることが好ましい。合金用粉末の配合量が、0.1質量％未満では、所望の焼結体強度を確保できなくなる。一方、10質量％を超えて添加すると、焼結体の寸法精度が低下する。

また、本発明では、切削性改善用粉末を、軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）と硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）とを混合した粉末とする。
なお、ここでいう「軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）」とは、混合粉を成形、焼結して得られた焼結体の基地相の平均硬さより低い硬さを有する金属化合物からなる粉末をいい、また、「硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）」とは、混合粉を成形、焼結して得られた焼結体の基地相の平均硬さより高い硬さを有する金属化合物からなる粉末をいうものとする。

なお、均一分散性の観点から、軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）の平均粒径は0.01〜20μm程度とすることが好ましい。また、焼結体の強度低下を防止する観点から、硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）の平均粒径は0.01〜10μm程度とすることが好ましい。平均粒径は、レーザ回折法を利用して求めたものを使用するものとする。
例えば、Fe−Cu−Ｃ系鉄基粉末焼結体（金属粉末としての鉄基粉末と、合金用粉末としての黒鉛粉および銅粉とを用いた場合）では、焼結体の基地相を形成する組織は、フェライト相（α−鉄）およびパーライト相であり、通常、基地相は概ね100〜300HV程度（A.Salak, M.Selewcka and H.Danninger：Machinability of Powder Metallurgy Steels，p.369，（2005）、発行元：Elsevier社参照）の平均硬さを有する。そこで、本発明では、Fe−Cu−Ｃ系鉄基粉末（金属粉末としての鉄基粉末と、合金用粉末としての黒鉛粉および銅粉とを用いた場合）では、焼結体の基地相の平均硬さを、200 HV（モース硬度約４）と定義し、混合粉に切削性改善用粉末として添加する軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）は、この硬さ（焼結体の基地相の平均硬さ）より軟質である、すなわち、モース硬度４以下の金属化合物粉末の中から選ばれた１種または２種以上とし、一方、硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）は、焼結体の基地相の平均硬さより硬質である、すなわち、モース硬度４超えの硬さを有する金属化合物粉末の中から選ばれた１種または２種以上とする。

なお、モース硬度４以下の金属化合物としては、例えば、タルク、エンスタタイト、カオリン、マイカ、粘土、蛍石等の軟質鉱物、または水砕スラグなどが例示でき、水砕スラグとしては、CaO−SiO_２−Al_２O_３，MgO−Al_２O_３−SiO_２等の成分系で代表される脱酸生成物が例示できる。
また、モース硬度４超えの金属化合物としては、例えば、各種セラミックスがそれに該当するが、なかでも金属窒化物が好適である。そして、金属窒化物のなかでも、とりわけTiN、AlN、Si_３N_４が好ましい。

なお、本発明混合粉における軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）の配合量は合計で、金属粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で、0.01〜1.0 ％程度とすることが好ましい。配合量が0.01質量％未満では、加圧成形時における成形体密度の向上や、成形体抜出時における抜出力の十分な低減が、できなくなる。一方、1.0％を超えて配合すると、圧粉体密度が低下し、さらには成形体を焼結して得た焼結体の機械的強度が低下する恐れがある。このため、混合粉における軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）の配合量は合計で、0.01〜1.0質量％の範囲に限定することが好ましい。

一方、本発明混合粉における硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）の配合量は合計で、金属粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で、0.01〜0.5％程度とすることが好ましい。硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）の配合量が、0.01％未満では、加圧成形時における成形体密度の向上や、成形体抜出時における抜出力の十分な低減が、できなくなる。一方、0.5％を超えて配合すると、圧粉体密度が低下し、さらには成形体を焼結して得た焼結体の機械的強度が低下する恐れがある。このため、混合粉における硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）の配合量は合計で質量％で、0.01〜0.5％の範囲に限定することが好ましい。

上記したように、切削性改善用粉末として軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）および硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）を配合した混合粉を成形し、焼結すると、焼結体の基地相中に、軟質金属化合物粒子が質量％で0.01〜1.0％、および硬質金属化合物粒子が質量％で0.01〜0.5％分散した焼結体が得られる。基地相中に軟質金属化合物（軟質材）粒子が質量％で0.01〜1.0％分散していることにより、切削時に、切屑の変形抵抗を低減し、切削工具に作用する応力を低減でき、工具寿命が向上する。またさらに、基地相中に硬質金属化合物粒子が質量％で0.01〜0.5％分散していることにより、切削時に形成された切屑が変形する際に、硬質金属化合物粒子が応力集中点となり、切屑の微細化が可能となり、例えばドリル切削時の切屑の排出が促進され、ドリル切削性が向上する。軟質金属化合物粒子および硬質金属化合物粒子が上記した分散量を外れて分散すると、切削性改善の程度が少ないか、機械的特性が低下する。

本発明混合粉には、上記した金属粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末に加えて、適正量の潤滑剤を配合する。配合される潤滑剤としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム等の金属石鹸、あるいはオレイン酸などのカルボン酸、ステアリン酸アミド、ステアリン酸ビスアミド、エチレンビスステアロアミドなどの、アミドワックスが好ましい。潤滑剤の配合量は、本発明ではとくに限定されないが、金属粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末の合計量100質量部に対し、0.1〜1.0質量部とすることが好ましい。潤滑剤の配合量が、0.1質量部未満では、金型との摩擦が増加し抜き出し力が増大し、金型寿命が低下する。一方、1.0質量部を超えて多量となると、成形密度が低下し、焼結体密度が低くなる。

つぎに、本発明混合粉の好ましい製造方法について、金属粉末を鉄基粉末とした場合を例に、説明するが、これに限定されるものではないことは言うまでもない。
鉄基粉末に、合金用粉末、および、軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）と硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）とからなる切削性改善用粉末、さらに潤滑剤を、それぞれ所定量配合し、通常公知の混合機を用いて、一回に、あるいは二回以上に分けて混合し、混合粉（鉄基混合粉）とすることが望ましい。上記した軟質金属化合物粉末および硬質金属化合物粉末は、必ずしも全量を一度に混合する必要はなく、一部のみを配合して混合（一次混合）したのち、残部を二次混合材として配合し混合（二次混合）することもできる。なお、潤滑剤も、二回に分けて配合してもよい。

なお、鉄基粉末の一部または全部に、偏析防止処理を施され結合材により表面に合金用粉末および／または切削性改善用粉末の一部または全部を固着させた鉄基粉末を用いても良い。なお、偏析防止処理としては、特許第3004800号公報に記載の方法を用いることができる。
また、鉄基粉末に、合金用粉末、および、軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）と硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）とからなる切削性改善用粉末を、潤滑剤とともに所定量配合して、該潤滑剤の融点のうちの最低値以上に加熱し、少なくとも１種の潤滑剤を溶融させて、混合したのち、所定の温度以下に冷却して固化させる一次混合を行ない、さらに、二次混合材を添加し、混合する二次混合を行なってもよい。

また、混合手段としては、とくに制限はなく、従来公知の混合機いずれもが使用できる。なお、加熱が容易な、高速底部撹拌式混合機、傾斜回転パン型混合機、回転クワ型混合機および円錐遊星スクリュー形混合機などは特に有利に適合する。
つぎに、上記した製造方法で製造された本発明の粉末冶金用混合粉を用いた、焼結体の好ましい製造方法について説明する。

まず、好ましくは上記した方法で製造された、本発明の粉末冶金用混合粉を、金型に充填し圧縮成形し、成形体とする。成形方法は、プレス等の通常の成形方法がいずれも好適である。なお、本発明の粉末冶金用混合粉を用いることにより、成形圧力を294MPa以上とすることができ、さらに常温においても成形することができる。なお、安定した成形性を確保するためには、混合粉や金型を適正な温度に加熱したり、金型に潤滑剤を塗布することが好ましい。

また、成形を、加熱雰囲気中で行う場合には、混合粉や金型の温度は150℃未満とすることが好ましい。というのは、本発明の混合粉は、圧縮性に富むため、150℃未満の温度でも優れた成形性を示すうえ、150℃以上になると酸化による劣化が懸念されるためである。
得られた成形体は、ついで焼結処理を施され、焼結体となる。焼結処理の温度は、金属粉末の融点の約70％程度の温度で行なう。鉄基粉末の場合、1000℃以上好ましくは1300℃以下とする。焼結処理の温度が1000℃未満では、所望の密度の焼結体とすることが難しくなる。なお、焼結処理の温度が1300℃を超えて高温となると、異常粒成長が起こり、焼結体強度が低下する。

また、焼結処理の雰囲気は、窒素あるいはアルゴンなどの不活性雰囲気、あるいは、これに水素を混合した不活性ガス−水素ガス混合雰囲気、あるいは、アンモニア分解ガス、RXガス、天然ガスなどの還元雰囲気とすることが好ましい。
焼結処理後、さらに、必要に応じて、ガス浸炭熱処理や浸炭窒化処理等の熱処理を施し、所望の特性を具備された製品（焼結部品等）とすることができる。なお、切削加工等の加工を随時施し、所定寸法の製品とすることは言うまでもない。
以下、実施例に基づき、さらに本発明を具体的に説明する。

金属粉末として、表１に示す鉄基粉末（いずれも平均粒径：約80μm）を使用した。使用した鉄基粉末は、アトマイズ純鉄粉（Ａ）、還元純鉄粉（Ｂ）、鉄粉表面に合金元素としてCuを部分拡散させ合金化した部分拡散合金化鋼粉（Ｃ）、鉄粉表面に合金元素としてNi、Cu、Moを部分拡散させ合金化した部分拡散合金化鋼粉（Ｄ）、合金元素としてNi、Moを予合金化した予合金化鋼粉（完全合金化鋼粉）（Ｅ）、合金元素としてMoを予合金化した予合金化鋼粉（完全合金化鋼粉）（Ｆ）とした。

上記した鉄基粉末に、表２に示す種類、配合量の合金用粉末と、表２に示す種類、配合量の切削性改善用粉末と、さらに、表２に示す種類、配合量の潤滑剤とを、配合し、高速底部撹拌式混合機を利用して、一次混合した。なお、一次混合では、混合しながら140℃に加熱し、少なくとも１種の潤滑剤を溶融させた後、60℃以下に冷却した。なお、合金用粉末として配合した天然黒鉛粉は平均粒径：５μmの粉末であり、銅粉は平均粒径：25μmの粉末とした。

一次混合したのち、さらに表２に示す種類、配合量の切削性改善用粉末、潤滑剤からなる二次混合材を配合し、混合機の回転数を500rpmとし、１分間撹拌する、二次混合を行なった。二次混合後、混合機から混合粉を排出した。
なお、切削性改善用粉末は、軟質金属化合物粉末（軟質材粉末）および硬質金属化合物粉末（硬質材粉末）とし、一次混合時および／または二次混合時に配合した。切削性改善用粉末の配合量は、鉄基粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で表示し、潤滑剤の配合量は、鉄基粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末の合計量100質量部に対する質量部で表示した。

これにより、鉄基粉末、合金用粉末、切削性改善用粉末が、偏析を生じることなく、均一に混合された混合粉が得られた。
なお、比較例として、表２に示す種類、配合量の、鉄基粉末、合金用粉末、潤滑剤、あるいはさらに本発明の範囲を外れる配合量の切削性改善用粉末を配合し、Ｖ型容器回転式混合機を用いて、常温で混合し、混合粉を得た。

得られた混合粉を、金型（旋盤切削試験用およびドリル切削試験用の２種）に装入し、加圧力：590MPaで圧粉成形し、成形体を得た。ついで、得られた成形体に、ＲＸガス雰囲気中で、1130℃×20minの焼結処理を施して、焼結体（旋盤切削試験用：外径60mm×内径20mm×長さ20mm、ドリル切削試験用：外径60mm×厚さ10mm）を得た。
得られた焼結体について、旋盤切削試験、ドリル切削試験を実施した。試験方法は次のとおりとした。
（１）旋盤切削試験
得られた焼結体（円筒状：外径60mm×内径20mm×長さ20mm）を３個重ねて、その側面を、旋盤を用いて切削した。切削条件は、超硬の切削工具を用いて、切削速度：200m／min、送り量：0.1mm／回、切込み深さ：0.5mm，切削距離：1000mとし、切削後、切削工具の逃げ面の摩耗幅を測定した。切削工具の逃げ面の摩耗幅が小さいほど、旋削性に優れていると評価した。
（２）ドリル切削試験
得られた焼結体（円盤状：外径60mm×厚さ10mm）に、高速度鋼製ドリル（直径：1.2mmのシャンクドリル）で、回転数：10,000rpm、送り速度：300mm／minの条件で貫通穴を穿孔し、ドリルが破損するまでの穿孔数を調査し、穿孔数が多いほどドリル切削性に優れていると評価した。なお、穿孔部表面のバリ発生の有無を目視で調査した。

得られた結果を、表３に示す。

本発明はいずれも、切削工具の逃げ面の摩耗幅が小さく、旋盤切削性（旋削性）に優れ、さらにドリルが破損するまでの穿孔数が多く、またバリの発生もなくドリル切削性にも優れ、優れた旋削性および優れたドリル切削性を兼備した焼結体となっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、旋削性および／またはドリル切削性が低下していた。

Claims (6)

1. 金属粉末と、合金用粉末と、さらに切削性改善用粉末と、潤滑剤粉末とを混合してなる粉末冶金用混合粉であって、前記切削性改善用粉末が、軟質金属化合物粉末と、硬質金属化合物粉末とからなる粉末で、該硬質金属化合物粉末が金属窒化物粉末であることを特徴とする粉末冶金用混合粉。
2. 前記硬質金属化合物粉末である前記金属窒化物粉末の配合量が、前記金属粉末、前記合金用粉末および前記切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で、0.01〜0.5％であり、前記軟質金属化合物粉末の配合量が、前記金属粉末、前記合金用粉末および前記切削性改善用粉末の合計量に対する質量％で、0.01〜1.0％であることを特徴とする請求項１に記載の粉末冶金用混合粉。
3. 前記金属窒化物粉末が、TiN粉末、AlN粉末、Si_３N_４粉末のうちから選ばれた１種または２種以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末冶金用混合粉。
4. 前記金属粉末が、鉄基粉末であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の粉末冶金用混合粉。
5. 前記軟質金属化合物粉末が、タルク粉末、エンスタタイト粉末、カオリン粉末、マイカ粉末、粘土粉末、蛍石粉末、水砕スラグ粉末のうちから選ばれた１種または２種以上であることを特徴とする請求項４に記載の粉末冶金用混合粉。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の粉末冶金用混合粉を用いて、成形、焼結してなる焼結体であって、該焼結体の基地相中に、該基地相の平均硬さより低い硬さの軟質金属化合物粒子が質量％で0.01〜1.0％、前記基地相の平均硬さより高い硬さの硬質金属化合物粒子である金属窒化物粒子が質量％で0.01〜0.5％、分散してなることを特徴とする切削性に優れた金属粉末製焼結体。