JPH0149784B2

JPH0149784B2 -

Info

Publication number: JPH0149784B2
Application number: JP57127741A
Authority: JP
Inventors: Genkichi Umeba; Yoshikatsu Nakamura; Osamu Kawamura; Hiroshi Ikutake
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1982-07-23
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1989-10-26
Also published as: JPS5920448A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は建設機械や建設車両の軸封装置として
用いられるフローテイングシール、特に鋳鉄製フ
ローテイングシールに関するものである。

フローテイングシールは第１図に示す如く回転
軸１端に配されて、ケーシング２と回転カバー３
側とそれぞれＯリング５．５を介して組付けられ
るものであり、フローテイングシール４．４はそ
れぞれケーシング２、回転カバー３とに結合され
てシール面６．６にて回転摺動する。ここでケー
シング２、回転カバー３間から浸入する土砂や
塵、汚水はＯリング５．５及びフローテイングシ
ールのシール面６．６にてシールされるもので、
シール面６．６は摺動条件にある理由によつて特
別なシール性、即ち耐摩耗性、耐食性が必要とさ
れる。

又フローテイングシールは外周側にＯリングの
接触面を形成されるが、Ｏリングのシール性を維
持する上でこの面の面精度も要求される。

かかるフローテイングシールは主としてシール
面の耐摩耗性を重視して、耐摩耗性鋳鉄、例えば
白鋳鉄や、Cr−Mo合金鋳鉄が使用される。これ
らの合金鋳鉄は主として高硬度なCr炭化物を多
量に含むことで耐摩耗性効果を得るもので、さら
に鋳放しのままでマルテンサイト化されることに
より基地強度、硬度にも優れる。

しかしながらかかる耐摩耗性合金鋳鉄では焼入
れされることにより耐摩耗性効果に優れる一方
で、極めて硬度が高い理由による被削性の悪さ
や、添加元素が多量である理由による鋳造性の悪
さ、及び熱処理工程を多く含むことによるコスト
高等の諸問題がある。

これに対してフローテイングシールのシール面
のみを冷し金によりチルド化し、必要部分のみに
耐摩耗性に優れるチル層を形成することが考えら
れるが、通常の鋳鉄をチルド化したものではチル
組織の安定化がされ難いばかりか充分な硬度及び
表面強度が得難く実用性に乏しい。

これに対して近年小物鋳物の表面チル化手段と
して再溶融冷却によるチル化が注目され、例えば
特公昭51−49573号や特公昭48−25289号等に示さ
れる如く電子ビーム照射によりチルされ難い材料
表面を再溶融し母材自体の熱容量により急冷する
ことでチル化され難い材料にも耐摩耗性に優れる
チル組織を形成されうるものである。

かかる再溶融冷却によりチル層を設けたフロー
テイングシールとしては本出願人が先に提案した
特願昭56−56908号があるが、本発明はこの再溶
融冷却したチル組織を有するフローテイングシー
ルをさらに改良し、フローテイングシールとして
のシール面の耐摩耗性に優れ、かつ母材の強度、
被削性、鋳造性に優れたものを目的とするもので
ある。

まず本発明の要旨とするところは特許請求の範
囲に記載した如く化学成分が重量％にて、C2.5〜
3.8％、Si1.5〜2.5％、Mn0.4〜1.2％、Ni0.5〜1.5
％、Cr0.5〜1.3％、Mo0.3〜1.5％、P0.2％以下、
S0.1％以下、残実質的にFeよりなり、かつフロ
ーテイングシールのシール面には基地組織がマル
テンサイトであり、微細な樹技状セメンタイトが
分散した再溶融冷却チル組織を有するフローテイ
ングシール、である。

かかる本発明フローテイングシールはシール面
に再溶融冷却に固有である緻密なチル組織を有す
と共に、フローテイングシール自体は被削性、鋳
造性に優れるものであつて下記の如く決定され
る。

化学成分の限定理由については、Ｃは後述する
チル組織のセメンタイト量を制御すると共に母材
組織を調整するもので、C2.5％未満であるとチル
組織のセメンタイト量が充分でなく耐摩耗性に不
足し、さらに母材の被削性が低下し、一方C3.8％
超ではチル組織のセメンタイトが粗大化し、チル
組織の再溶融によるブローホールが生じ易くな
り、又母材の黒鉛量が過多となり強度が低下する
ためC2.5〜3.8％で選択される。

SiはＣ量とも関係するが鋳鉄の黒鉛化に寄与す
るものであり、1.5％未満であると母材の黒鉛化
が進まず母材自体がチル化し被削性が著しく低下
し、2.5％を超えると黒鉛化が過剰に進行し母材
強度が低下する他再溶融チルに際しブローホール
が生じ易く、1.5〜2.5％で選択される。

Mnについては、有害元素であるＳの除去に効
果を有すが0.4％未満ではその効果が得難くく、
一方過剰に含まれてもセメンタイトを安定化して
チル化傾向を有するため、0.4〜1.2％で選択され
る。

Niは鋳造に際しての肉厚感受性を減ずる目的
と基地強度の向上、さらにシール面のチル組織の
調整を目的とするが、0.5％未満であるとその効
果がなく、1.5％を超えた場合に残留オーステナ
イトが過多となるもので0.5〜1.5％の範囲で選択
される。

Ｐ、Ｓについては不純物としてそれぞれ0.2％
以下、S0.1％以下とされる。

かかる化学成分には、さらにCr、Ｖ、Ｗ、Ti
などの高硬度の炭化物を形成し耐摩耗性に優れる
元素や、Moの如く基地を強化する元素を添加す
ることも考えられるが、Ｗ、Ｖ、Tiの形成する
高硬度粒子は母材の被削性を低下する原因とな
り、耐摩耗性を向上する元素としては微細な炭化
物を形成しかつ摺動特性に優れるCrが選択され
る。

Crを添加することによつて微細で高硬度なCr
炭化物による耐摩耗性向上と、基地強度の強化が
得られるが、0.5％未満ではその効果がなく、1.3
％を超えた場合に溶湯の流動性の低下による鋳造
性の低下と、母材の被削性低下があり0.5〜1.3％
で選択される。又Moは基地強度向上と、再溶融
チル組織の基地をマルテンサイト化するために添
加されるが、0.3％未満では効果がなく、1.5％を
超えた場合には母材のマルテンサイト化又はベイ
ナイト化が進み被削性が低下するため、0.3〜1.5
％で添加される。

以上説明した如き化学成分よりなる本発明フロ
ーテイングシールは鋳造されて後にシール面を再
溶融冷却されてチル組織が形成されるが、かかる
再溶融手段には10⁴W／cm²〜10⁷W／cm²の高密度エ
ネルギ熱源、具体的には電子ビーム、レーザビー
ム、TIGアーク、プラズマアークが用いられる。
ただし10⁷W／cm²を超えた高密度エネルギではフ
ローテイングシール面の再溶融以前に表面が蒸発
して衝撃硬化を受けるものの、充分な再溶融層が
得られず、10⁴W／cm²未満の相対的に低密度エネ
ルギ加熱では再溶融されて冷却される速度が遅
く、母材への熱影響が多大であるばかりか、チル
組織もモツトル状となり充分な硬度と強度が得ら
れない。本発明にあつては好ましくは上記10⁴〜
10⁷W／cm²の高密度エネルギにより再溶融冷却さ
れた再溶融チル組織であり、さらにチル組織が第
２図のナイタル液腐食400倍顕微鏡写真に示す如
くマルテンサイト基地Ａに微細な樹枝状セメンタ
イトＢが分散されることが必要である。

基地組織をマルテンサイトとする理由について
はアブレツシブ摩耗を受け易いシール面での硬度
を向上させることがあり、又樹枝状セメンタイト
は高硬度であり耐摩耗性の効果に優れるが、再溶
融チル組織では通常の冷し金チル組織に比較し冷
却速度が速いためセメンタイト大きさが約1/5と
著しく微細であり、かかる緻密な組織を有するこ
とによりチル組織の強度も高く、セメンタイトの
脱落や欠けがなくアブレツシブ摩耗に対して著し
く優れる。

かかる緻密で高硬度のチル組織は、前記した本
発明フローテイングシール母材に含まれる化学成
分、特にNiによる効果によつて得られるもので
あるが、さらに上記した如くエネルギ密度を適切
にすべく、フローテイングシールと熱源との相対
速度、及びエネルギ量、エネルギの収束径、形状
を調整されて達成される。

さらにCr、Moを添加されて用いられる本発明
フローテイングシールでは、再溶融冷却されたチ
ル組織が、セメンタイトと、Crを主とする複合
炭化物の混在する極めて高硬度でかつ強靭なもの
となり、極めて耐摩耗性に優れる。

かかる本発明フローテイングシールではさらに
冷し金チルに比較しチル深さ及びチル層の位置を
制御することが容易であることも特徴とされるが
チル深さは好ましくは0.5mmからフローテイング
シール肉厚の1/3の範囲で選択される。チル深さ
が0.5mm未満の場合、再溶融に伴う表面荒れの影
響を受けるばかりでなく、長期の摩耗でチル層が
摩滅する可能性があり、又フローテイングシール
肉厚の1/3を超える深いチル層は不要であるばか
りか、再溶融量が過多となつて冷却速度が低下し
モツトル状となる可能性が高い。

尚この再溶融されるチル層の容積もフローテイ
ングシール体積の約1/10以下とし冷却速度を遅ら
せないことが好ましい。又再溶融チルに伴う収縮
分だけ第３図に示す如く突出40を形成し、再溶融
チルした後にほぼ完成寸法となる如くし、後加工
代を少なくすることが好ましい。

以上記した如く本発明のフローテイングシール
はシール面に極めて耐摩耗性に優れる再溶融冷却
チル層を有し、かつフローテイングシール母材は
パーライト基地の片状黒鉛鋳鉄であつて、耐摩耗
性、被削性に優れていると共に生産性にも優れ
る。

かかる本発明フローテイングシールにつきその
効果を下記摩耗試験をもつて説明する。

（供試材料）（本発明フローテイングシール）化学成分TC3.56％、Si2.34％、Mn0.81％、
Ni0.57％、Cr1.15％、Mo0.41％、P0.04％、S0.02
％、残Feのパーライト基地片状黒鉛鋳鉄。

再溶融条件電流60A、電圧20VのTIGアークに
より相対速度４mm／sec 上記フローテイングシール面を再溶融する。チ
ル深さ2.1mm、表面硬度HRC65、母材硬度HRC36 （比較材料１）化学成分TC3.27％、Si1.04％、Mn0.81％、
Cr13.5％、Mo2.3％、V1.4％、残Fe の白鋳鉄を焼鈍した母材硬度HRC56に焼入れを
した表面硬度HRC67 （比較２）化学成分TC3.14％、Si2.26％、Mn0.81％、
Cr0.54％、残Fe のパーライト基地片状黒鉛鋳鉄を本発明と同一条
件にて再溶融チルした、マルテンサイト基地チル
組織硬度HRC55、深さ５mm、母材硬度HRB105 （摩耗試験条件）外径φ139内径φ105肉厚７mmの回転試験片を作
成し、さらに回転試験片から巾12×長さ18×高さ
５mmの固定試験片を切出して、固定試験片を荷重
10Kg／cm²で回転試験片に押圧しつつ、５％Al₂O₃
粉末を混入した水油エマルジヨン条件にて回転試
験片を300rpmで回転させ、固定試験片の摩耗重
量をもつて耐摩耗性を評価する。

第４図に上記摩耗試験結果を示す。第４図に示
す如く本発明フローテイングシールは従来のフロ
ーテイングシールに比較し、2/3〜1/3の摩耗量を
示し、極めて耐摩耗性に優れることが示された。

かかる耐摩耗性は、再溶融冷却されて極めて高
硬度のシール面が得られたことのみならず、再溶
融冷却チル組織が極めて緻密であり強度に優れる
ため、摩耗進行に伴つて生じる摩耗粉も微細とな
り、かかる微細な摩耗粉によつてひき起こされる
表面の剥離摩耗が著しく減ぜられるためと評価さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図：フローテイングシール使用状態を示す
断面図。第２図：本発明フローテイングシールの
金属組織を示す400倍顕微鏡写真。第３図：本発
明実施例断面図。第４図：本発明フローテイング
シールの摩耗試験結果を示すグラフを示す。付号の説明、１：回転軸、５：Ｏリング、４：
フローテイングシール、６：シール面、Ａ：基地
組織、Ｂ：セメンタイト。

Claims

【特許請求の範囲】１鋳鉄製フローテイングシールにおいて、化学
成分が重量％にて、C2.5〜3.8％、Si1.5〜2.5％、
Mn0.4〜1.2％、Ni0.5〜1.5％、Cr0.5〜1.3％、
Mo0.3〜1.5％、P0.2％以下、S0.1％以下残実質的
にFeよりなり、かつフローテイングシールのシ
ール面には基地組織がマルテンサイトであり、微
細な樹技状セメンタイトが分散した再溶融冷却チ
ル組織を有するフローテイングシール。２前記シール面の再溶融チル組織深さが、0.5
mm〜肉厚の1/3以下でありかつその容積がフロー
テイングシール容積の1/10以下であることを特徴
とする前記特許請求の範囲第１項記載のフローテ
イングシール。