JPH01201439A - 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 - Google Patents
耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金Info
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- JPH01201439A JPH01201439A JP63023884A JP2388488A JPH01201439A JP H01201439 A JPH01201439 A JP H01201439A JP 63023884 A JP63023884 A JP 63023884A JP 2388488 A JP2388488 A JP 2388488A JP H01201439 A JPH01201439 A JP H01201439A
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- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
- C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、耐熱性および耐摩耗性が要求される部品の素
材として利用され、例えば内燃機関のバルブシートや過
給器（ターボチャージャー）のウェストゲートバルブ等
の耐熱性、耐摩耗性さらには耐食性が要求される部品の
素材として適用した場合にすぐれた耐熱性、耐摩耗性お
よび耐食性を発揮する高性能の耐熱・耐摩耗性鉄基焼結
合金に関するものである。 （従来の技術） 近年、内燃機関に対する高速化および高出力化などの要
求に伴って内燃機関の動弁系部材の摩耗が問題となりつ
つあり、特にバルブシートは内燃機関の高温燃焼化もあ
って摺動特性および耐久性に対する要求がきわめて厳し
いものとなっている。 一般に、バルブシートは高温にさらされるうえに、高速
でたたかれるため、すぐれた耐熱性、耐摩耗性および耐
ピツテイング性を兼ね備え、かつ相手材であるバルブと
のなじみ性をも合わせ持つことが要求される。 従来、これらの材料としては、耐熱鋼やその他の析出硬
化型の耐熱材料、さらにはセラミック粒子を含みサーメ
ットや分散強化型合金などが用いられていた。 また、バルブシート材料としては、含Ｍｏ焼結合金の未
拡散Ｍｏによる高温硬度と酸化被膜からくる自己潤滑効
果を利用した焼結材料が考えられ、表面に金属炭化物、
金属ケイ化物を析出した合金も考えられていた（ Ｆ
ｅ −Ｍ ｏ分散型のもゝの゛として、特開昭５８−７
１３５５号公報に記載のものがある。）。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、通常の耐熱材料、耐熱合金では、高温硬
さや耐摩耗性に問題があり、セラミック粒子を含む焼結
合金では粒子とマトリクスとの結合力が弱いため使用中
に異常摩耗を生じたり、相手材を損耗したりするなど十
分な性能が発揮されず、実用上問題があった。 また、Ｆ ｅ −Ｍ ｏ化合物粉、 Ｍ ｏ粉などは圧
縮性が低く、マドリスクとの濡れ性に問題があり、摺動
時にこれらの硬質相が割れたり、脱落したりすることが
あり、相手材を攻撃することがあった。 さらに、炭化物、ケイ化物などは高温酸化に対する抵抗
力が小さいという問題があった。 このため、上述のような問題を有しない耐熱。 耐摩耗性鉄基焼結合金の開発が課題として残っていた。 （発明の目的） 本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされたも
ので、使用中に摩耗を生じたり、相手材を損耗させたり
することがなく、高温酸化に対する抵抗力が大であって
耐熱性にすぐれている耐熱争耐摩耗性鉄基焼結合金を提
供することを目的としている。
材として利用され、例えば内燃機関のバルブシートや過
給器（ターボチャージャー）のウェストゲートバルブ等
の耐熱性、耐摩耗性さらには耐食性が要求される部品の
素材として適用した場合にすぐれた耐熱性、耐摩耗性お
よび耐食性を発揮する高性能の耐熱・耐摩耗性鉄基焼結
合金に関するものである。 （従来の技術） 近年、内燃機関に対する高速化および高出力化などの要
求に伴って内燃機関の動弁系部材の摩耗が問題となりつ
つあり、特にバルブシートは内燃機関の高温燃焼化もあ
って摺動特性および耐久性に対する要求がきわめて厳し
いものとなっている。 一般に、バルブシートは高温にさらされるうえに、高速
でたたかれるため、すぐれた耐熱性、耐摩耗性および耐
ピツテイング性を兼ね備え、かつ相手材であるバルブと
のなじみ性をも合わせ持つことが要求される。 従来、これらの材料としては、耐熱鋼やその他の析出硬
化型の耐熱材料、さらにはセラミック粒子を含みサーメ
ットや分散強化型合金などが用いられていた。 また、バルブシート材料としては、含Ｍｏ焼結合金の未
拡散Ｍｏによる高温硬度と酸化被膜からくる自己潤滑効
果を利用した焼結材料が考えられ、表面に金属炭化物、
金属ケイ化物を析出した合金も考えられていた（ Ｆ
ｅ −Ｍ ｏ分散型のもゝの゛として、特開昭５８−７
１３５５号公報に記載のものがある。）。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、通常の耐熱材料、耐熱合金では、高温硬
さや耐摩耗性に問題があり、セラミック粒子を含む焼結
合金では粒子とマトリクスとの結合力が弱いため使用中
に異常摩耗を生じたり、相手材を損耗したりするなど十
分な性能が発揮されず、実用上問題があった。 また、Ｆ ｅ −Ｍ ｏ化合物粉、 Ｍ ｏ粉などは圧
縮性が低く、マドリスクとの濡れ性に問題があり、摺動
時にこれらの硬質相が割れたり、脱落したりすることが
あり、相手材を攻撃することがあった。 さらに、炭化物、ケイ化物などは高温酸化に対する抵抗
力が小さいという問題があった。 このため、上述のような問題を有しない耐熱。 耐摩耗性鉄基焼結合金の開発が課題として残っていた。 （発明の目的） 本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされたも
ので、使用中に摩耗を生じたり、相手材を損耗させたり
することがなく、高温酸化に対する抵抗力が大であって
耐熱性にすぐれている耐熱争耐摩耗性鉄基焼結合金を提
供することを目的としている。
（課題を解決するための手段）
本発明者らは、上述した課題を解決するために種々の実
験・研究を行った結果、優れた耐熱性。 耐食性を持ちかつ合金鋼、高速度工具鋼などのマトリク
ス粉末と焼結後の濡れ性の良好なＦｅ−Ｍ ｏ −Ｓ
ｉ系分散粒子を開発した。さらに、この分散粒子をマト
リクス粉末中に適当量混入させることにより、耐熱、耐
食、＃摩耗性があり、かつ相手材への攻撃性も小さい焼
結合金が得られることを確認した。 すなわち、本発明に係る耐熱・＃摩耗性鉄基焼結合金は
、合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマトリクス粉中
に、重量％で、Ｃ，０，０２〜０．２％、Ｓｉ；３〜３
０％、Ｍｎ；０．０５〜０．７％、Ｍｏ；１０〜６０％
、Ｔｉ；１〜７％、Ｂ、０．５〜２％、Ｎｉ；１−１０
％、必要に応じてＮｂ、Ｔａ、Ｗのうちから選ばれる１
種または２種以上の合計；２０％以下を含み、同じく必
要に応じてＣｒ、Ｃｏのうちから選ばれる１種または２
種の合計；２０％以下を含み、残部Ｆｅおよび不純物か
らなる分散用の硬質合金粉末を重量％で３〜５０％混入
した粉末を成形して焼結してなることを特徴とする合金
である。 本発明において用いる分散用の硬質合金粉末は、水アト
マイズ、油アトマイズ、ガスアトマイズにより製造する
ことができる。この場合、粉末の粒径および粒度分布は
、必要とする特性により選ぶことができ、従来の粉末冶
金プロセスと同様に取り扱うことができる。また、この
粉末は、ＦｅＭｏ５ ｉ 、Ｆｅ３ ＭｏＳ ｉ 、Ｍ
ｏＳ ｉ２などの高硬度でかつ耐熱、耐酸化性を有する
金属間化合物相を有し、必要に応じては、Ｎｂ、Ｔａ、
ＷがＭｏと置換した形の化合物相を持つものとすること
もできる。 マトリクス粉は、合金鋼または高速度工具鋼組成をもつ
粉末を合金の使用環境等を考慮して選ぶことができる。 このマトリクス粉に対する前記した分散用の硬質合金粉
末の添加量については、３％未満では高温耐摩耗性に対
する効果が十分に明瞭でなく、５０％を超えて添加する
と成形性、焼結性が悪化するため、３〜５０％とした。 前記の分散用の硬質合金粉末の組成範囲は上記のとおり
であるが、その限定理由を以下に述べる。 Ｃ： Ｃは粒表面の酸化を防ぎ、焼結の際の拡散が速く、液相
成分源ともなるが、多量に含有するとＦ ｅ 、 Ｍ
ｏ系の炭化物が生成し、所期の金属間化合物の生成を妨
げるので、０．０２〜０．２％とした。 Ｓｉ； ＳｉはＦ ｅ 、 Ｍ ｏと共にＦｅＭｏＳｉ。 Ｆｅ３ ＭｏＳ ｉ 、ＭｏＳ ｉ２などの金属間化合
物を生成し、マトリクスに耐摩耗性、耐熱性、＃酸化性
を与えると共に、粒子生成の際の粒表面の酸化を防ぎ、
焼結の際の液相発生源となり、マトリクス粉との濡れ性
を向上させる作用がある。しかし、３％未満ではその効
果が十分にみとめられず、３０％を超えると硬質相の融
点を下げ、焼結時に硬質相の特性劣化をまねくので、そ
の含有量を３〜３０％とした。 Ｍｎ； Ｍｎは脱酸、脱硫効果があり、焼結時の濡れ性を向上さ
せる作用があるが、０．７％を超えると硬質合金が脆く
なるため、その含有量を０．０５〜０．７％とした。 ＭＯ： ＭＯは粒子内に所期の金属間化合物を生成させるために
は少なくとも１０５以上の添加が必要であるが、６０％
を超えるとＳｉ、Ｆｅとのバランスから金属間化合物が
不安定になり、マトリクス粉との混粉時の圧縮性が低下
し、得られる焼結合金の特性を低下させるため、その含
有量を１０〜６０％とした。 Ｔｉ； ＴｉはＦｅＭｏ５ ｉ 、Ｆｅ３Ｍｏ５ ｉ 。 Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２などの金属間化合物中に含有される
ことにより、酸化雰囲気下でこれらと共に複合酸化被膜
をつくり、保護被膜となって耐熱性を付与する。しかし
、１％未満ではその効果が十分でなく、７％を超えて含
有すると分散合金を脆くするので、その含有量を１〜７
％とした。 Ｂ； Ｂは粒表面の酸化を防ぐと共に、Ｓｉと同様にマトリク
ス粉との濡れ性を向上させるｆ動きがある。また、金属
間化合物の安定性を向上させる働きもある。しかし、０
．５％未満では効果が十分でなく、２％を超えて含有す
ると硬質粒子を勇くするので、その含有量を０．５〜２
％とした。 Ｎｉ： ＮｉはＦｅの一部と置換し、分散用硬質合金の耐熱性を
向上させ、ひいては焼結合金自体の高温ｍｆｆ耗性、耐
酸化性を向上させる効果がある。しかし、１％未満では
その効果が十分に認められず、１０％を超えて含有する
と所期の金属間化合物の生成を妨げ、硬質相の融点を下
げ、焼結中に硬質合金粉末がマトリクス中に固溶化され
てしまい、耐熱、耐摩耗性向上の効果がなくなるので、
その含有量を１〜１０％とした。 Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ； Ｎｂ、Ｔａ、ＷはＦｅＭｏＳｉ 、Ｆｅ５Ｍ。 Ｓｉ、ＭｏＳｉ２などの金属間化合物中のＭｏと置換し
、化合物を安定化させ、耐熱性を向上させる働きがある
が、２０％を超えて添加してもより一層の改善効果は認
められず、経済的でないことから、添加するとしてもそ
れらの合計で２０％以下とする必要がある。 Ｃｒ、Ｃｏ； Ｃｒ、Ｃｏは分散用硬質合金の耐熱耐彦耗性を向上させ
、ひいては焼結合金自体の高温耐摩耗性、耐酸化性を向
上させる働きがあるが、２０％を超えて鰯加してもより
一層の改善効果は認められず、経済的でないことから、
添加するとしてもそれらの合計で２０％以下とする必要
がある。 本発明に係る鉄基焼結合金は、前記マトリクス粉中に上
記の分散用の硬質合金粉末を３〜５０％混入した粉末を
粉末冶金的手法により成形し、その後焼結することによ
って得られるものであるが、この場合の焼結温度は１１
００〜１２５０℃とすることがとくに望ましい、このよ
うな焼結温度とするのが望ましい理由は、１１００℃未
満では焼結が十分に進行せず、１２５０℃を超えると硬
質合金粉末がマトリクス粉中に固溶化されてしまうため
である。 なお、本発明に係る鉄基焼結合金の硬賀相以外のマトリ
クス組織は、熱処理により、パーライト、ソルバイト、
マルテンサイト（テンパーマルテンサイトを含む）、ベ
イナイトおよびこれらの混合組織とすることができる。 （実施例） 〈実施例１〜４〉 アトマイズ法により、重量％で、Ｆｅ−０，１０％Ｃ−
１５，０％５ｉ−０，３％Ｍ ｎ −５０％Ｍ ｏ −
４、０％Ｔｉ−１，５％Ｂ−７．０％Ｎｉの組成をもつ
分散用の硬質合金粉末を製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−１００メツシユでかつ
重量％で、Ｆｅ−０，７０％Ｃ−〇、２０％５ｉ−０，
１％Ｍｎ−０，１％Ｐ−５，０％Ｃｒ−２，０５Ｍｏ−
１，０％Ｗ−１．０％Ｃｏの組成をもつ合金鋼粉末に対
して、重量％で、３．０％、５．０％、１０００％、３
０．０％、５０．０％配合し、潤滑剤として高級脂肪酸
を加えて混粉し、圧粉成形を行った後１１８０℃の温度
でｌｈｒ真空中で保持して焼結した。その後、焼結した
合金を熱処理して、第１表に示す本発明実施例合金１〜
４を得た。 く比較例１〜３〉 アトマイズ法により、重量％で、Ｆｅ−０、ｌＯ％Ｃ−
１５，０％５ｉ−０，３％Ｍ ｎ −５０％Ｍ ｏ −
４、０％Ｔｉ−１，５％Ｂ−７．０％Ｎｉの組成をもつ
分散用の硬質合金粉末を製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−１００メツシユでかつ
重量％で、Ｆｅ−０，７０％Ｃ−〇、２０％５ｉ−０，
１％Ｍｎ−０，１％Ｐ−５，０％Ｃｒ−２，０％Ｍ ｏ
−１、０％Ｗ−１，０％Ｃｏの組成をもつ合金鋼粉末
に対して、重量％で、０．５％、１．５％、８０．０％
配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加えて混粉し、圧粉
成形を行った後１１８０℃の温度でｌｈｒ真空中で保持
して焼結した。その後、焼結した合金を熱処理して、第
１表に示す比較例合金１〜３を得た。 〈実施例５〜８〉 アトマイズ法により、重量％で、Ｆｅ−〇、１５％Ｃ−
５．０％５ｉ−０．３％Ｍ ｎ −２０％Ｍ ｏ −２
、０％Ｔｉ−０，８％Ｂ−３．０％Ｎｉ−５．０％Ｔａ
−１，０％Ｗの組成をもつ分散用の硬質合金粉末を製造
した。 次いで、この硬質合金粉末を、−１ｏｏメツシユでかつ
重量％で、Ｆｅ−０，５０％Ｃ−〇、１５％５ｔ−０．
３％Ｍ ｎ −０、２％Ｐ−７，０％Ｃｒ−５，０％Ｍ
ｏ −３、０％Ｗ−３，０％Ｃｏの組成をもつ合金鋼
粉末に対して、重量％で、４．０％、１０．０％、３０
．０％、５０．０％配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を
加えて混粉し、圧粉成形を行った後１２００℃の温度で
ｌｈｒ真空中で保持して焼結した。その後、焼結した合
金を熱処理して、第１表に示す本発明実施例合金５〜８
を得た。 く比較例４〜６〉 アトマイズ法により、ｆ！ｆｆｉ％で、Ｆｅ−０，１５
％Ｃ−５，０％５ｉ−０，３％Ｍ ｎ −２０％Ｍ ｏ
−２、０％Ｔｉ−０，８％Ｂ−３．０％Ｎｉ−５．０
％Ｔａ−１，０％Ｗ（７）組成をもつ分散用の硬質合金
粉末を製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−１００メツシユでかつ
重量％で、Ｆｅ−０，５０％Ｃ−〇、１５％５ｔ−０．
３％Ｍ ｎ −０、２％Ｐ−７，０％Ｃｒ−５，０％Ｍ
ｏ −３、Ｏ％Ｗ−３，０％Ｃｏの組成をもつ合金鋼
粉末に対して、重量％で、０．３％、２．０％、７５．
０％配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加えて混粉し、
圧粉成形を行った後１２００℃の温度でｌｈｒ真空中で
保持して焼結した。その後、焼結した合金を熱処理して
、第１表に示す比較例合金４〜６を得た。 く耐久試験〉 ついで、Ｌ配本発明実施例合金１〜８および比較例合金
１〜６をバルブシート形状に加工し、実機を模したへル
ブφへルブシート試験機を用いて摩耗試験を行った。 この試験機は、自動温度調整を行いながら、プロパンカ
スの燃焼によってバルブおよびバルブシートを加熱し、
偏心カムの駆動によってバルブを開閉し、またへルブロ
ーテーターにより／くルブを回転させ、バルブ・バルブ
シートのたたき状況を再現するものであり、試験条件は
下記の第２表に示す通りである。 第 ２ 表：耐久試験条件 そして、この耐久試験後に、バルブおよびバルブシート
の摩耗深さを測定したところ、同じく第１表に示す結果
であった。また、バルブシートの外観を調べたところ、
同じく第１表に示す結果であった。 第１表に示す結果より明らかなように、試験は高温で行
なわれ、バルブの回転があり、試験時間も長いため、摩
耗条件が苛酷なものとなっていることから、比較例合金
１〜６のように、混合組成が本発明合金の範囲からはず
れた合金で製造されたバルブシートでは、バルブシート
および相手バルブの摩耗が大きく、一部ではバルブシー
トにピッティングがみられ、良好な特性を示していない
。 これに対して、本発明実施例合金１〜８で製造したバル
ブシートでは、バルブシートおよび相手バルブの摩耗が
小さく、バルブシートにはピッティングも発生しておら
ず、優れた特性を示していることが認められた。
験・研究を行った結果、優れた耐熱性。 耐食性を持ちかつ合金鋼、高速度工具鋼などのマトリク
ス粉末と焼結後の濡れ性の良好なＦｅ−Ｍ ｏ −Ｓ
ｉ系分散粒子を開発した。さらに、この分散粒子をマト
リクス粉末中に適当量混入させることにより、耐熱、耐
食、＃摩耗性があり、かつ相手材への攻撃性も小さい焼
結合金が得られることを確認した。 すなわち、本発明に係る耐熱・＃摩耗性鉄基焼結合金は
、合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマトリクス粉中
に、重量％で、Ｃ，０，０２〜０．２％、Ｓｉ；３〜３
０％、Ｍｎ；０．０５〜０．７％、Ｍｏ；１０〜６０％
、Ｔｉ；１〜７％、Ｂ、０．５〜２％、Ｎｉ；１−１０
％、必要に応じてＮｂ、Ｔａ、Ｗのうちから選ばれる１
種または２種以上の合計；２０％以下を含み、同じく必
要に応じてＣｒ、Ｃｏのうちから選ばれる１種または２
種の合計；２０％以下を含み、残部Ｆｅおよび不純物か
らなる分散用の硬質合金粉末を重量％で３〜５０％混入
した粉末を成形して焼結してなることを特徴とする合金
である。 本発明において用いる分散用の硬質合金粉末は、水アト
マイズ、油アトマイズ、ガスアトマイズにより製造する
ことができる。この場合、粉末の粒径および粒度分布は
、必要とする特性により選ぶことができ、従来の粉末冶
金プロセスと同様に取り扱うことができる。また、この
粉末は、ＦｅＭｏ５ ｉ 、Ｆｅ３ ＭｏＳ ｉ 、Ｍ
ｏＳ ｉ２などの高硬度でかつ耐熱、耐酸化性を有する
金属間化合物相を有し、必要に応じては、Ｎｂ、Ｔａ、
ＷがＭｏと置換した形の化合物相を持つものとすること
もできる。 マトリクス粉は、合金鋼または高速度工具鋼組成をもつ
粉末を合金の使用環境等を考慮して選ぶことができる。 このマトリクス粉に対する前記した分散用の硬質合金粉
末の添加量については、３％未満では高温耐摩耗性に対
する効果が十分に明瞭でなく、５０％を超えて添加する
と成形性、焼結性が悪化するため、３〜５０％とした。 前記の分散用の硬質合金粉末の組成範囲は上記のとおり
であるが、その限定理由を以下に述べる。 Ｃ： Ｃは粒表面の酸化を防ぎ、焼結の際の拡散が速く、液相
成分源ともなるが、多量に含有するとＦ ｅ 、 Ｍ
ｏ系の炭化物が生成し、所期の金属間化合物の生成を妨
げるので、０．０２〜０．２％とした。 Ｓｉ； ＳｉはＦ ｅ 、 Ｍ ｏと共にＦｅＭｏＳｉ。 Ｆｅ３ ＭｏＳ ｉ 、ＭｏＳ ｉ２などの金属間化合
物を生成し、マトリクスに耐摩耗性、耐熱性、＃酸化性
を与えると共に、粒子生成の際の粒表面の酸化を防ぎ、
焼結の際の液相発生源となり、マトリクス粉との濡れ性
を向上させる作用がある。しかし、３％未満ではその効
果が十分にみとめられず、３０％を超えると硬質相の融
点を下げ、焼結時に硬質相の特性劣化をまねくので、そ
の含有量を３〜３０％とした。 Ｍｎ； Ｍｎは脱酸、脱硫効果があり、焼結時の濡れ性を向上さ
せる作用があるが、０．７％を超えると硬質合金が脆く
なるため、その含有量を０．０５〜０．７％とした。 ＭＯ： ＭＯは粒子内に所期の金属間化合物を生成させるために
は少なくとも１０５以上の添加が必要であるが、６０％
を超えるとＳｉ、Ｆｅとのバランスから金属間化合物が
不安定になり、マトリクス粉との混粉時の圧縮性が低下
し、得られる焼結合金の特性を低下させるため、その含
有量を１０〜６０％とした。 Ｔｉ； ＴｉはＦｅＭｏ５ ｉ 、Ｆｅ３Ｍｏ５ ｉ 。 Ｍ ｏ Ｓ ｉ ２などの金属間化合物中に含有される
ことにより、酸化雰囲気下でこれらと共に複合酸化被膜
をつくり、保護被膜となって耐熱性を付与する。しかし
、１％未満ではその効果が十分でなく、７％を超えて含
有すると分散合金を脆くするので、その含有量を１〜７
％とした。 Ｂ； Ｂは粒表面の酸化を防ぐと共に、Ｓｉと同様にマトリク
ス粉との濡れ性を向上させるｆ動きがある。また、金属
間化合物の安定性を向上させる働きもある。しかし、０
．５％未満では効果が十分でなく、２％を超えて含有す
ると硬質粒子を勇くするので、その含有量を０．５〜２
％とした。 Ｎｉ： ＮｉはＦｅの一部と置換し、分散用硬質合金の耐熱性を
向上させ、ひいては焼結合金自体の高温ｍｆｆ耗性、耐
酸化性を向上させる効果がある。しかし、１％未満では
その効果が十分に認められず、１０％を超えて含有する
と所期の金属間化合物の生成を妨げ、硬質相の融点を下
げ、焼結中に硬質合金粉末がマトリクス中に固溶化され
てしまい、耐熱、耐摩耗性向上の効果がなくなるので、
その含有量を１〜１０％とした。 Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ； Ｎｂ、Ｔａ、ＷはＦｅＭｏＳｉ 、Ｆｅ５Ｍ。 Ｓｉ、ＭｏＳｉ２などの金属間化合物中のＭｏと置換し
、化合物を安定化させ、耐熱性を向上させる働きがある
が、２０％を超えて添加してもより一層の改善効果は認
められず、経済的でないことから、添加するとしてもそ
れらの合計で２０％以下とする必要がある。 Ｃｒ、Ｃｏ； Ｃｒ、Ｃｏは分散用硬質合金の耐熱耐彦耗性を向上させ
、ひいては焼結合金自体の高温耐摩耗性、耐酸化性を向
上させる働きがあるが、２０％を超えて鰯加してもより
一層の改善効果は認められず、経済的でないことから、
添加するとしてもそれらの合計で２０％以下とする必要
がある。 本発明に係る鉄基焼結合金は、前記マトリクス粉中に上
記の分散用の硬質合金粉末を３〜５０％混入した粉末を
粉末冶金的手法により成形し、その後焼結することによ
って得られるものであるが、この場合の焼結温度は１１
００〜１２５０℃とすることがとくに望ましい、このよ
うな焼結温度とするのが望ましい理由は、１１００℃未
満では焼結が十分に進行せず、１２５０℃を超えると硬
質合金粉末がマトリクス粉中に固溶化されてしまうため
である。 なお、本発明に係る鉄基焼結合金の硬賀相以外のマトリ
クス組織は、熱処理により、パーライト、ソルバイト、
マルテンサイト（テンパーマルテンサイトを含む）、ベ
イナイトおよびこれらの混合組織とすることができる。 （実施例） 〈実施例１〜４〉 アトマイズ法により、重量％で、Ｆｅ−０，１０％Ｃ−
１５，０％５ｉ−０，３％Ｍ ｎ −５０％Ｍ ｏ −
４、０％Ｔｉ−１，５％Ｂ−７．０％Ｎｉの組成をもつ
分散用の硬質合金粉末を製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−１００メツシユでかつ
重量％で、Ｆｅ−０，７０％Ｃ−〇、２０％５ｉ−０，
１％Ｍｎ−０，１％Ｐ−５，０％Ｃｒ−２，０５Ｍｏ−
１，０％Ｗ−１．０％Ｃｏの組成をもつ合金鋼粉末に対
して、重量％で、３．０％、５．０％、１０００％、３
０．０％、５０．０％配合し、潤滑剤として高級脂肪酸
を加えて混粉し、圧粉成形を行った後１１８０℃の温度
でｌｈｒ真空中で保持して焼結した。その後、焼結した
合金を熱処理して、第１表に示す本発明実施例合金１〜
４を得た。 く比較例１〜３〉 アトマイズ法により、重量％で、Ｆｅ−０、ｌＯ％Ｃ−
１５，０％５ｉ−０，３％Ｍ ｎ −５０％Ｍ ｏ −
４、０％Ｔｉ−１，５％Ｂ−７．０％Ｎｉの組成をもつ
分散用の硬質合金粉末を製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−１００メツシユでかつ
重量％で、Ｆｅ−０，７０％Ｃ−〇、２０％５ｉ−０，
１％Ｍｎ−０，１％Ｐ−５，０％Ｃｒ−２，０％Ｍ ｏ
−１、０％Ｗ−１，０％Ｃｏの組成をもつ合金鋼粉末
に対して、重量％で、０．５％、１．５％、８０．０％
配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加えて混粉し、圧粉
成形を行った後１１８０℃の温度でｌｈｒ真空中で保持
して焼結した。その後、焼結した合金を熱処理して、第
１表に示す比較例合金１〜３を得た。 〈実施例５〜８〉 アトマイズ法により、重量％で、Ｆｅ−〇、１５％Ｃ−
５．０％５ｉ−０．３％Ｍ ｎ −２０％Ｍ ｏ −２
、０％Ｔｉ−０，８％Ｂ−３．０％Ｎｉ−５．０％Ｔａ
−１，０％Ｗの組成をもつ分散用の硬質合金粉末を製造
した。 次いで、この硬質合金粉末を、−１ｏｏメツシユでかつ
重量％で、Ｆｅ−０，５０％Ｃ−〇、１５％５ｔ−０．
３％Ｍ ｎ −０、２％Ｐ−７，０％Ｃｒ−５，０％Ｍ
ｏ −３、０％Ｗ−３，０％Ｃｏの組成をもつ合金鋼
粉末に対して、重量％で、４．０％、１０．０％、３０
．０％、５０．０％配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を
加えて混粉し、圧粉成形を行った後１２００℃の温度で
ｌｈｒ真空中で保持して焼結した。その後、焼結した合
金を熱処理して、第１表に示す本発明実施例合金５〜８
を得た。 く比較例４〜６〉 アトマイズ法により、ｆ！ｆｆｉ％で、Ｆｅ−０，１５
％Ｃ−５，０％５ｉ−０，３％Ｍ ｎ −２０％Ｍ ｏ
−２、０％Ｔｉ−０，８％Ｂ−３．０％Ｎｉ−５．０
％Ｔａ−１，０％Ｗ（７）組成をもつ分散用の硬質合金
粉末を製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−１００メツシユでかつ
重量％で、Ｆｅ−０，５０％Ｃ−〇、１５％５ｔ−０．
３％Ｍ ｎ −０、２％Ｐ−７，０％Ｃｒ−５，０％Ｍ
ｏ −３、Ｏ％Ｗ−３，０％Ｃｏの組成をもつ合金鋼
粉末に対して、重量％で、０．３％、２．０％、７５．
０％配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加えて混粉し、
圧粉成形を行った後１２００℃の温度でｌｈｒ真空中で
保持して焼結した。その後、焼結した合金を熱処理して
、第１表に示す比較例合金４〜６を得た。 く耐久試験〉 ついで、Ｌ配本発明実施例合金１〜８および比較例合金
１〜６をバルブシート形状に加工し、実機を模したへル
ブφへルブシート試験機を用いて摩耗試験を行った。 この試験機は、自動温度調整を行いながら、プロパンカ
スの燃焼によってバルブおよびバルブシートを加熱し、
偏心カムの駆動によってバルブを開閉し、またへルブロ
ーテーターにより／くルブを回転させ、バルブ・バルブ
シートのたたき状況を再現するものであり、試験条件は
下記の第２表に示す通りである。 第 ２ 表：耐久試験条件 そして、この耐久試験後に、バルブおよびバルブシート
の摩耗深さを測定したところ、同じく第１表に示す結果
であった。また、バルブシートの外観を調べたところ、
同じく第１表に示す結果であった。 第１表に示す結果より明らかなように、試験は高温で行
なわれ、バルブの回転があり、試験時間も長いため、摩
耗条件が苛酷なものとなっていることから、比較例合金
１〜６のように、混合組成が本発明合金の範囲からはず
れた合金で製造されたバルブシートでは、バルブシート
および相手バルブの摩耗が大きく、一部ではバルブシー
トにピッティングがみられ、良好な特性を示していない
。 これに対して、本発明実施例合金１〜８で製造したバル
ブシートでは、バルブシートおよび相手バルブの摩耗が
小さく、バルブシートにはピッティングも発生しておら
ず、優れた特性を示していることが認められた。
以上のように、本発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合
金は、合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマトリクス
船中に、重量％で、Ｃ；０．０２〜０．２％、Ｓｉ；３
〜３０％、Ｍｎ；０．０５〜０．７％、Ｍｏ；１０〜６
０％、Ｔｉ ； １〜７％、Ｂ、０．５〜２％、Ｎｉ；
１〜１０％、必要に応じてＮｂ、Ｔａ、Ｗのうちから選
ばれる１種または２種以上の合計；２０％以下を含み、
同じく必要に応じてＣｒ、Ｃｏのうちから選ばれる１種
または２種の合計：２０％以下を含み、残部Ｆｅおよび
不純物からなる分散用の硬質合金粉末を重量％で３〜５
０％混入した粉末を成形して焼結してなるものであるか
ら、使用中に摩耗を生じたり、相手材を損耗させたりす
ることがなく、高温酸化に対する抵抗力が大であって耐
熱性に優４．。 れたものであり、とくに耐熱性および高温での耐摩耗性
が要求される部品の素材として使用した場合に、すぐれ
た耐熱性、耐摩耗性を発揮するものであり、例えば内燃
機関のバルブシートや過給器（ターボチャージャー）の
ウェストゲートバルブ等の素材として著しく優れたもの
である。 特許出願人 日産自動車株式会社
金は、合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマトリクス
船中に、重量％で、Ｃ；０．０２〜０．２％、Ｓｉ；３
〜３０％、Ｍｎ；０．０５〜０．７％、Ｍｏ；１０〜６
０％、Ｔｉ ； １〜７％、Ｂ、０．５〜２％、Ｎｉ；
１〜１０％、必要に応じてＮｂ、Ｔａ、Ｗのうちから選
ばれる１種または２種以上の合計；２０％以下を含み、
同じく必要に応じてＣｒ、Ｃｏのうちから選ばれる１種
または２種の合計：２０％以下を含み、残部Ｆｅおよび
不純物からなる分散用の硬質合金粉末を重量％で３〜５
０％混入した粉末を成形して焼結してなるものであるか
ら、使用中に摩耗を生じたり、相手材を損耗させたりす
ることがなく、高温酸化に対する抵抗力が大であって耐
熱性に優４．。 れたものであり、とくに耐熱性および高温での耐摩耗性
が要求される部品の素材として使用した場合に、すぐれ
た耐熱性、耐摩耗性を発揮するものであり、例えば内燃
機関のバルブシートや過給器（ターボチャージャー）の
ウェストゲートバルブ等の素材として著しく優れたもの
である。 特許出願人 日産自動車株式会社
Claims (1)
- （１）合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマトリクス
粉中に、重量％で、Ｃ；０．０２〜０．２％、Ｓｉ；３
〜３０％、Ｍｎ；０．０５〜０．７％、Ｍｏ；１０〜６
０％、Ｔｉ；１〜７％、Ｂ；０．５〜２％、Ｎｉ；１〜
１０％、残部Ｆｅおよび不純物からなる分散用の硬質合
金粉末を重量％で３〜５０％混入した粉末を成形して焼
結してなることを特徴とする耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合
金。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63023884A JP2792027B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
| US07/305,910 US4933008A (en) | 1988-02-05 | 1989-02-03 | Heat resistant and wear resistant iron-based sintered alloy |
| GB8902585A GB2215736B (en) | 1988-02-05 | 1989-02-06 | Heat resistant and wear resistant iron-based sintered alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63023884A JP2792027B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01201439A true JPH01201439A (ja) | 1989-08-14 |
| JP2792027B2 JP2792027B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=12122873
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63023884A Expired - Fee Related JP2792027B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
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|---|---|
| US (1) | US4933008A (ja) |
| JP (1) | JP2792027B2 (ja) |
| GB (1) | GB2215736B (ja) |
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-
1988
- 1988-02-05 JP JP63023884A patent/JP2792027B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-02-03 US US07/305,910 patent/US4933008A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-06 GB GB8902585A patent/GB2215736B/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| GB2215736B (en) | 1991-07-31 |
| JP2792027B2 (ja) | 1998-08-27 |
| GB2215736A (en) | 1989-09-27 |
| US4933008A (en) | 1990-06-12 |
| GB8902585D0 (en) | 1989-03-22 |
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