JPH0140101B2

JPH0140101B2 -

Info

Publication number: JPH0140101B2
Application number: JP59065213A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Takahashi; Yoshikatsu Nakamura; Masajiro Takeshita
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1984-04-03
Filing date: 1984-04-03
Publication date: 1989-08-25
Also published as: JPS60155650A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、動力機械用摺動部材に関し、さらに
詳しくは内燃機関、コンプレツサー等に用いられ
る高面圧の動力機械用摺動部材（以下摺動部材と
称す）として開発されたものであり、高面圧にさ
らされても耐久力を充分に有する摺動部材であ
る。一般に摺動部材としての焼結合金材料は低い
面圧で用いられることが多く、このように高面圧
で用い得るものは数少くない。本発明における摺
動部材は内燃機関用、ロツカーアームの摺動面用
材料として使用できるが、その用途はこれに限定
されるものではない。オーバーヘツドカムシヤフト型の内燃機関のロ
ツカーアームは鋳鉄製で、カムシヤフトのカムと
の摺動面をチル化したもの、摺動面にクロムメツ
キをしたもの、あるいは摺動面に自溶性合金溶射
被覆をしたもの等が用いられているが、このロツ
カーアームの摺動面は高面圧となるため耐久性に
は未だ問題が多い。本発明は、これら事実に基づき、すぐれた高面
圧用摺動部材の開発に鋭意努力した結果得られた
ものである。本発明の摺動部材は、鉄以外に炭素0.5〜4.0重
量％、クロム8.0〜30.0重量％を含み、更に1250
℃以下で液相焼結を行なわしめる燐、ホウ素、シ
リコンのうち１種または２種以上を0.1〜5.0重量
％を含み、0.2〜10容量％の焼結空孔を有し、そ
の空孔の大きさが150μ以下である空孔が全体の
40％以上を占めることを特徴とするものであり、
さらにまた、液相焼結を行なわしめる前記燐、ホ
ウ素、シリコンの元素以外に、さらに、Ni、
Cu、Co、Ｗの金属の内いずれか１種を10重量％
以下含有するか、或いかMoを20重量％以下含
有するか、或いはまた、Ni、Mo、Cu、Co、
Ｗの金属を少なくとも２種以上、20重量％以下含
有し、前記同様の焼結空孔を有し、同様の150μ
以下の空孔が全体の40％以上を占めることを特徴
とするものである。本発明の摺動部材における各成分の作用および
その成分量の限定理由を以下にのべる。炭素は基地の強化、析出硬質相（Feを含むCr
の炭化物）を生ぜしめ、耐摩耗性を具備するに必
要な元素である。合金成分の炭素の限定理由は以
下の通りである。0.5重量％末満では析出硬質相
量が不充分で高負荷の摩耗に耐え難い。また高強
度の基地が得られず、4.0重量％超では析出硬質
相量が多く、かつ大きく成長する為に脆化する。
しかも空孔が増加し強度的低下をもたらす。高面圧で用いられる摺動部材はピツチングを発
生しやすいものであり、ピツチングは摺動中に受
ける繰返し荷重による疲労現象であり通常の固相
焼結による焼結合金製摺動部材は空孔が多く、強
度が低いため疲労しやすく、繰返し荷重によりピ
ツチング摩耗が発生しやすい。高面圧で用いる焼
結合金製摺動部材を液相焼結により作り、耐ピツ
チング性を向上させるものである。液相焼結はよ
り高温で焼結することにより可能であるが、焼結
炉の耐久性の問題から1250℃以下で充分な液相を
発生させることが必要である。燐、ホウ素、シリ
コン等は、1250℃以下で液相焼結を行なわせる元
素であるので、有効であり、液相の量は少くなり
すぎると強度の向上が得られず、また液相の量が
多くなりすぎると、寸法精度の高い焼結体が得ら
れない。従つて前記の理由に基づき燐、ホウ素、シリコ
ンのうち１種または２種以上を0.1〜5.0重量％の
範囲で用いる。添加量と焼結温度は反比例的相関
関係となる。 Crは基地の強化及び炭素と化合し折出硬質相
を形勢するに重要な元素である。このようなCr
が８重量％未満の場合、折出硬質相の量が不足す
る。また、30重量％超の場合、耐摩耗性に顕著な
向上は認められず、徒らに価格の上昇を招くだけ
である。しかも被削性が悪くなる。なお、本発明の耐摩耗性焼結合金は、特にMn
を添加するものではないが、鉄粉を原料として使
用するため、鉄粉は不純物としてMnを含むこと
から、当然本発明の耐摩耗性焼結合金も不純物と
してMnを含むものである。空孔率については、その10容量％超では焼結が
不充分な為、粒子間結合強度が弱く、疲労破壊し
易いのでピツチング摩耗を誘起し易く、また機械
的強度も劣化するので10容量％以下と限定する。
また、0.2容量％未満では油留りが少なく、油保
持性が悪くスカツフ摩耗し易くなる。同一成分で
溶解した材料では期待される性能が得られないこ
とからも空孔の重要性は明白である。空孔は微細
にして均一に分散している事が望ましく、空孔の
大きさが150μ超で空孔率が10容量％未満の場合
は空孔は偏在する事になり油保持性は非常に劣化
することになる。従つて、同様の理由により
150μ以下の微細な空孔が40％以上なければスカ
ツフ摩耗を起し易くなる。以上の理由から本発明の摺動部材は、鉄以外に
炭素0.5〜4.0重量％、クロム8.0〜30.0重量％を含
み、更に1250℃以下で液相焼結を行なわしめる
燐、ホウ素、シリコンのうち１種または２種以上
を0.1〜5.0重量％を含み、0.2〜10容量％の焼結空
孔を有し、その空孔の大きさが150μ以下である
空孔が全体の40％以上を占めるようなものでなけ
ればならず、さらにまた液相焼結を行なわしめる
前記燐、ホウ素、シリコンの元素以外に、さら
に、Ni、Cu、Co、Ｗの金属の内いずれか１種
を10重量％以下含有するか、或いはMoを20重
量％以下含有するか、或いはまた、Ni、Mo、
Cu、Co、Ｗの金属を少なくとも２種以上20重量
％以下含有し、前記同様の焼結空孔を有し、同様
の150μ以下の空孔が全体の40％以上を占めるよ
うなものでなければならない。本発明は焼結後に於いては主としてパーライト
であるが組合せて使用される相手摺動部材により
基地組織を強化することが可能である。基地組織
を強化する方法としては焼結後熱処理を施し主と
してベーナイト又は主としてマルテンサイトの組
織にすることができる。この場合は耐ピツチング
性が更に向上する。例えば焼結後870℃に加熱後
約400℃のソルトバスにて約10〜40時間熱処理を
施すと基地組織はベーナイトになる。又870℃に
加熱後常温の水又は油にて熱処理を施すと基地組
織はマルテンサイトになる。基地組織を強化する他の方法としてはNi、
Mo、Cu、Co、Ｗ等を添加含有させることであ
る。Ni、Mo、Cu、Co、Ｗは単独で又は２種以
上で添加含有させることができる。Ni、Cu、
Co、Ｗは単独で添加含有させる場合は10重量％
以下で十分である。Ni、Cu、Coはそれぞれ10重
量％以下で基地組織の強化目的が十分達成でき、
又、経済性の点で10重量％以下が有利である。Ｗ
は10重量％以上含有させて他の摺動部材と組合せ
て使用すると、相手摺動部材の摩耗を助長する傾
向となる。従つて、10重量％以下で、基地組織の
強化目的を達成することができる。Moは単独で
添加含有させる場合は20重量％以下で十分であ
る。20重量％以上含有させて他の摺動部材と組合
せて使用すると、相手摺動部材の摩耗を増大せし
める。また、更に経済性の点からMoは20重量％
以下が有利である。又、Ni、Mo、Cu、Co、Ｗ
を２種以上添加含有させる場合は２種以上の合金
元素の合計が20重量％以下で基地組織の強化目的
が十分達せられ、又、経済性の点で20重量％以下
が有利である。合金元素を添加含有させる場合に
於いても基地組織を強化する方法として前述した
如く焼結後に於ける熱処理を行なうことにより目
的達成することもできる。本発明の摺動部材はCr添加により硬質相を折
出させ、Ｐ、Ｂ、Si等の添加により液相焼結し、
高密度化したものであり耐ピツチング性にとみ耐
摩耗性が極めてよい。特に、本発明の液相焼結合金製摺動部材は、固
相焼結合金製摺動部材と比較して、高硬度で、密
度が高く、また引張り強度に優れていることか
ら、ロツカーアームにカムシヤフト等の用途に好
適に用いられる。本発明の摺動部材をロツカーアームの摺動部材
として作製し、内燃機関にて台上試験を行なつ
た。実施例原料粉末を第１表に示す目標成分に配合し、
5t／cm³の圧力で成形後、アンモニア分解ガス中で
45分間焼結し、本発明摺動部材No.1〜No.9を得
た。比較材No.10は鋳型内において、カムとの摺動
面に冷し金を設置し、該成分の溶湯を注湯し摺動
面をチル化させた鋳鉄ロツカーアームである。

【表】

【表】エンジン試験運転条件供試機関水冷式直列４気筒 O.H.C エンジン回転数 750r.p.m 無負荷潤滑油 SAE30＃油温 50℃ 運転時間 200hr 供試カムシヤフト供試カムシヤフトのカム部分の基地はパーラ
イトで30〜45重量％の炭化物を含むチル鋳鉄で
下記の化学成分を有する。

【表】供験結果を第１図に示す。第１図中、斜め線を
付した棒グラフはカムの摩耗量を示し、無斜線の
棒グラフはロツカーアームの摩耗量を示す。このように本発明の摺動部材は、Cr添加によ
り硬質相を析出させ、Ｐ、Ｂ、Si等の添加により
液相焼結し高密度化したもので、耐ピツチング
性、耐摩耗性に優れた材料であり、第１図からも
明らかなように比較例に対し、摩耗量は約1/3〜
１／５と良好な結果を示している。本発明の摺動部材No.1〜No.9は、ピツチング
摩耗が皆無であつた。第２図は、本発明の摺動部材No.7の組織の顕
微鏡写真（200倍、腐食）であり、白色相はFe−
Crよりなる炭化物およびステダイトであり、白
色相の周囲の基地はパーライトである。第３図は本発明の摺動部材No.3の組織写真
（200倍、腐食）であり、第２図と同様に白色相は
Fe−Crよりなる炭化物およびステダイトであり、
白色相の周囲の基地はベーナイトである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の耐摩耗性焼結合金をロツカー
アームとして作成し、エンジン試験を行つた場合
の耐摩耗量を示すグラフである。第２図および第
３図は本発明の摺動部材の実施例における顕微鏡
組織写真を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１鉄以外に炭素0.5〜4.0重量％、クロム8.0〜
30.0重量％を含み、更に、1250℃以下で液相焼結
を行なわしめる燐、ホウ素、シリコンのうち１種
または２種以上をを0.1〜5.0重量％を含み、0.2〜
10容量％の焼結空孔を有し、その空孔の大きさが
150μ以下である空孔が全体の40％以上を占める
ことを特徴とする耐摩耗性液相焼結合金製動力機
械用摺動部材。２鉄以外に炭素0.5〜4.0重量％、クロム8.0〜
30.0重量％を含み、更に1250℃以下で液相焼結を
行なわしめる燐、ホウ素、シリコンのうち１種ま
たは２種以上を0.1〜5.0重量％を含み、さらに
Ni、Cu、Co、Ｗの金属の内いずれか１種をを10
重量％以下含有し、0.2〜10容量％の焼結空孔を
有し、その空孔の大きさが150μ以下である空孔
が全体の40％以上を占めることを特徴とする耐摩
耗性液相焼結合金製動力機械用摺動部材。３鉄以外に炭素0.5〜4.0重量％、クロム8.0〜
30.0重量％を含み、更に1250℃以下で液相焼結を
行なわしめる燐、ホウ素、シリコンのうち１種ま
たは２種以上を1.0〜5.0重量％を含み、さらに
Moを20重量％以下含有し、0.2〜10容量％の焼結
空孔を有し、その空孔の大きさが150μ以下であ
る空孔が全体の40％以上を占めることを特徴とす
る耐摩耗性液相焼結合金製動力機械用摺動部材。４鉄以外に炭素0.5〜4.0重量％、クロム8.0〜
30.0重量％を含み、更に1250℃以下で液相焼結を
行なわしめる燐、ホウ素、シリコンのうち１種ま
たは２種以上を0.1〜5.0重量％を含み、さらNi、
Mo、Cu、Co、Ｗの金属を少なくとも２種以上、
20重量％以下含有し、0.2〜10容量％の焼結空孔
を有し、その空孔の大きさが150μ以下である空
孔が全体の40％以上を占めることを特徴とする耐
摩耗性液相焼結合金製動力機械用摺動部材。