机械部件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械部件及其制造方法，尤其涉及烧结金属制的机械部件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]例如用于动力传递用途的机械部件(动力传递部件)或在泵等中用于承受压力的部位的机械部件(承压部件)尤其需要高机械强度、耐磨损性、耐疲劳强度等。因此，这种机械部件通常由熔炼材料形成。然而，要由熔炼材料得到高精度且满足上述各种需求特性的机械部件需要较多的加工工序，而且会产生大量材料损失。因此，对熔炼材料进行加工而得到的机械部件总体上容易变得高成本。因此，近来对于由烧结金属(烧结材料)制作如上所述的机械部件进行了各种尝试。
[0003]例如，本申请人在下述专利文献i中提出了一种机械部件(动力传递部件)，其由对以铁为主要成分的微粉末的造粒粉进行压粉、烧结而成的烧结材料构成，并且进一步对该烧结材料实施热处理(淬火回火处理)而成的。出于(i)以将微粉末造粒成适当粒径而成的造粒粉为主要原料进行制作，因此在使用微粉末的情况下成型模具内的流动性以及成型性仍然得到提高；以及(2)将微粉末进行造粒而成的造粒粉由于其表面积大，因此与相邻的造粒粉的烧结性提高等理由，作为专利文献i的机械部件的基材而使用的烧结材料形成为比通常的烧结材料更高的密度(真密度比为85 %以上)。因此，相比于由通常的烧结材料构成的机械部件，由该烧结材料构成的机械部件的机械强度和耐磨损性等得到提高。另夕卜，专利文献i的烧结材料使用以造粒粉为主要原料的原料粉末，除此以外可以经过与通常的烧结材料同样的工序进行制造。由此可认为，如果采用专利文献i的构成，能够以较低成本得到高精度且机械强度和磨损性等各种需求特性得到提高的机械部件。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2011-94789号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]然而，对于专利文献i的由烧结材料构成的机械部件，其真密度比为85%以上，因此在机械强度、耐磨损性等方面依然远逊于由熔炼材料构成的机械部件。因此，用途必然受限。另外，在专利文献i的构成上，为了能够稳定地制造(批量生产)所期望的机械部件，制作(准备)高品质的造粒粉是不可或缺的，但为了稳定地得到高品质的造粒粉，需要较多的工夫和成本。因此，按照专利文献i的构成，无法得到如所期待的那种程度的成本削减效果，甚至有时招致机械部件的高成本化。
[0009]鉴于这样的实际情况，本发明的课题在于，提供一种能够低成本地进行批量生产且机械强度、耐磨损性等优异的烧结金属制的机械部件。
[0010]用于解决问题的手段
[0011]为了解决上述课题，本发明提供一种机械部件，其特征在于，其由对原料粉末的压坯进行烧结而成的烧结体构成，至少具有通过热处理形成的硬化层，所述机械部件的真密度比为97%以上且小于100%，所述原料粉末以含钼的铁系合金粉末作为主要原料并在其中混合了 0.1质量％?0.8质量％的碳粉末。
[0012]在此所指的真密度比是由如下所示的计算式所表示的。
[0013]真密度比=(由烧结体构成的机械部件整体的密度/真密度)x 100[% ]
[0014]需要说明的是，上式中的“真密度”是指，如熔炼材料那样的在原材料内部不存在孔隙的材料的理论密度。另外，上式中的“由烧结体构成的机械部件整体的密度”通过例如在jis z 2501中规定的方法进行测定。
[0015]另外，为了解决上述课题，本发明提供一种机械部件的制造方法，该制造方法是用于制造真密度比为97%以上且小于100%的由烧结体构成的机械部件的方法，该制造方法具备如下工序:压缩成型工序，利用成型模具对以含钼的铁系合金粉末为主要原料并在其中混配了 0.1质量％?0.8质量％的碳粉末的原料粉末进行压缩成型，由此得到压坯:烧结工序，在铁系合金粉末的烧结温度以上对压坯进行加热而得到烧结体；和热处理工序，对烧结体实施热处理形成硬化层。
[0016]如上所述，本发明涉及的烧结金属制机械部件被高密度化而达到其真密度比为97%以上且小于100% (若换算成密度，大致为7.6g/cm3以上且小于7.8g/cm 3)这样与恪炼材料近似的程度。因此，显示出在机械强度、耐磨损性和疲劳强度等方面优异的特性。
[0017]本发明人反复进行深入研宄后发现，使用具有通过烧结后的热处理形成的硬化层的烧结体(烧结材料)，在此基础上，通过在材料方面(i)选择使用含钼的铁系合金粉末作为构成原料粉末的主粉末、以及(2)将碳粉末在原料粉末中所占的混配比例减少至0.1质量％?0.8质量％ (比通常的烧结金属的情况更少)，可以得到如上所述的高密度且高强度的烧结金属制机械部件。即，如果采用上述(i)，可以实现压缩成型性和烧结性的提高，另外如果采用上述(2)，在确保粉末间的润滑性以及热处理性(烧结后的热处理性)的同时，压缩成型性也会对应于低比重的碳混配量所减少的程度而进一步提高，实现高密度化。
[0018]另一方面，作为用于得到本发明涉及的机械部件的原料粉末，使用以上述的铁系合金粉末为主要原料并在其中混配了适量的碳粉末的原料粉末，因而在准备/生成原料粉末的过程中不需要实行如专利文献i那样的造粒处理之类的繁杂处理。因此，相比于专利文献i的构成，可以大幅降低制造成本。由此，基于本发明，能够得到可低成本地进行批量生产且机械强度、耐磨损性等优异的烧结金属制机械部件。
[0019]需要说明的是，对于上述的热处理的方法没有特别限制，可以适当选择渗碳淬火、整体淬火、高频淬火等公知的淬火方法。但是，为了对该机械部件同时赋予高韧性，优选在淬火后还进行回火。
[0020]上述的本发明的制造方法中，在压缩成型工序中，可以在成型模具的成型面上附着有固体润滑剂的状态下对原料粉末进行压缩成型，另外，也可以在此基础上或者作为其替代而使用添加有固体润滑剂的原料粉末。如此一来，原料粉末与成型模具间的润滑性、粉末间的润滑性提高，因而在得到高密度的压坯以及高强度的烧结金属制机械部件方面是有利的。需要说明的是，作为原料粉末，使用添加有固体润滑剂的原料粉末时，从谋求压坯的高密度化的观点出发来说，优选尽可能减少固体润滑剂的添加量。具体来说，将原料粉末的质量设为100%时，以外加的方式计优选为0.1质量％以下、更优选为0.05质量％以下。
[0021]在成型模具的成型面上附着有固体润滑剂的状态下对原料粉末进行压缩成型时，和/或使用混配有固体润滑剂的原料粉末时，优选在对成型模具进行加热(优选加热至固体润滑剂的熔点以上)的状态下对原料粉末进行压缩成型。由于能够使润滑成分高效地扩散和浸透，因而可以减少固体润滑剂的使用量(混配量)，易于低成本地得到高密度的压坯以及高强度的机械部件。
[0022]上述构成的机械部件可以为在硬化层的至少一部分设置有多孔质组织相比其它区域更致密化而成的致密层。如此一来，可以实现机械部件的进一步高密度化和高强度化。
[0023]需要说明的是，通过在烧结工序和热处理工序之间设置对烧结体实施塑性加工的塑性加工工序，可以得到这种机械部件。作为在塑性加工工序中实行的塑性加工，可以采用例如滚轧，但使用何种加工方法是根据机械部件的形状等适当进行选择的。不管采用何种加工方法，如果是在冷态下实行塑性加工，相比于温态或热态下实行塑性加工的情况，可以高效地提高被加工部的精度和密度(强度)。
[0024]上述构成的机械部件中，可以使硬度从表面至芯部(厚度方向的中央部)逐渐降低。如此一来，可以使机械部件带有韧性，因而可以提高机械部件的耐久寿命。
[0025]在上述构成的机械部件中，作为构成原料粉末的铁系合金粉末，可以使用将原料粉末的质量设为100时含有0.2质量％?0.8质量％的钼的原料粉末。另外，作为铁系合金粉末，还可以使用将原料粉末的质量设为100时进一步含有0.2质量％?0.8质量％的镍(ni)的原料粉末。另外，原料粉末中还可以进一步混配铬(cr)粉末、硫化锰(mns)粉末等。
[0026]上文中所示的本发明可以适合地应用在例如用烧结金属形成齿轮、凸轮等机械部件时。当然，不限于齿轮、凸轮等，本发明还可以适合地应用在用烧结金属形成其它机械部件(例如轴承)时。
[0027]发明效果
[0028]如上所示，基于本发明，能够低成本地批量生产显示出在机械强度、耐磨损性等方面优异的特性的烧结金属制机械部件。
【附图说明】
[0029]图1为作为本发明的一个实施方式涉及的机械部件的齿轮的立体图。
[0030]图2为图1中所示的x部的放大截面图。
[0031]图3为表示图1所示的齿轮的制造步骤的框图。
[0032]图4为表示压缩成型工序的初始阶段的示意性截面图。
[0033]图5为表示压缩成型工序的中间阶段的示意性截面图。
[0034]图6为表示塑性加工工序的一个