焼結低合金鋼の超強靭化に向けた拡散特性の解析とメゾヘテロ組織制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750589
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 松田 光弘 熊本大学, 工学部, 助手 (80332865)
• Keywords: PCPS / low alloy steels / heterogeneous microstructure / mechanical properties

Research Abstract

近年,高速焼結法として脚光を浴びているプロセスの一種にパルス通電加圧焼結(Pulse Current Pressure Sintering)法がある.本焼結法は低温・短時間焼結が可能で,しかも高密度な焼結体を作製できることから粒成長が抑制され,かつ各種素粉末の拡散特性も従来の焼結法とは異なるものと考えられ,それらは機械的性質に多大な影響をおよぼすものと予想される.ところで筆者らはこれまでに,金属粉末射出成形(MIM)法による熱処理したFe-Ni-Mo系焼結低合金鋼において,引張強度が約2000MPaで伸びは5%を示すなど超強靭な特性を示すことを報告した.これは基地自体が固溶強化したことに加え,NiやMoの偏析による白色部組織が増加し,それらを網目状に焼もどしマルテンサイト相が取り囲んだ微細な不均質(メゾヘテロ)組織に起因したものであった.従って,この白色部組織の最適な寸法,形態,分散度合を求めるなどのメゾヘテロ組織の最適化を図れば,さらなる高強度化,高性能化につながるものと考えられる.
本研究では混合粉末を用いてPCPS法によりFe-Ni-Mo系焼結低合金鋼を作製し,それらの組織と機械的性質の関係を調査するとともに,特性向上の担い手であるNiの拡散特性についても調査することで,より高性能な特性発現のための組織の最適化について検討した.
H14年度の研究成果を以下に示す.
(1)焼結温度の上昇に伴い焼結密度は上昇し,焼結温度(型壁温度)1173K,保持時間300s,加圧力30MPaの条件で相対密度約98%の優れた値が得られた.またそれら熱処理材の引張強度は1716MPaで,伸びは4.1%と良好な値を示した.
(2)熱処理材の基地組織は焼もどしマルテンサイト組織であり,所々にNiやMoの偏析による白色部組織が点在する微細な不均質組織を呈していた.ただ,低温・短時間焼結のためにNiの基地中への拡散が進行せず,白色部組織の大部分は残留オーステナイト相であった.
(3)オーステナイト化処理時間を長くして,Niを基地組織中へ拡散させることで,引張強度は伸びを損なうことなく約100MPaも上昇した.しかしながら,長時間保持しすぎると結晶粒が粗大化し,引張強度は低下した.

Research Products

• [Publications] M.Matsuda: "Development of High Strength Mg Alloys by MA-HDH P/M Process"Materials Science Forum. Vols.419-422. 739-744 (2003)
• [Publications] M.Matsuda: "Production of High Strength Mg97Zn1Y2 Alloy by Using Mechanically Alloyed MgH2 Power"Materials Transactions. Vol.44 No.4. (2003)