JPH0428850A - 耐熱摺動用鉄系焼結合金 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は、高温環境で使用される軸受に利用するのに好
適な耐酸化性および耐摩耗性に優れた摺動用鉄系焼結合
金に関するものである。 （従来の技術） 内燃機関のターボチャージャに設けられる排気制御弁の
軸受のように、高温にさらされる摺動部品においては、
油潤滑を行うことができないので、耐摩耗性のある材料
が要求されると共に、排出ガスに対する耐腐蝕性や高温
耐酸化性も求められる。 従来、このような軸受材料としては、ステンレス鋼を使
用していた。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の軸受材料では、摩耗が著しく多く
、相手軸にあそびを生じたり、相手軸に焼き付いて異常
音を発生したりすることがあるなど、満足すべき耐久性
能を得ることはできないという問題点があり、このよう
な問題点を解決することが課題となっていた。 （発明の目的） 本発明は、このような従来の課題にかんがみてなされた
もので、密度比が高く、８００℃以上の高温でも酸化が
少なく、軸受自身および相手軸とも摩耗が少ない耐熱摺
動用焼結合金を提供することを目的としている。

【発明の構成】 （課題を解決するための手段） 本発明に係わる耐熱摺動用鉄系焼結合金は、全体組成が
、重量比で、 Ｓｉ：　　０．１〜３．７％ Ｃｒ：１１　　〜２４％ Ｎｉ：　　４　　〜２０％ ＭＯ：　１　〜１０％ ＣＯ：　３　〜１９％ Ｂ　：　１　〜３％ ならびにＦｅおよび不純物：残部からなり、且つ金属硼
化物が分散したＮｉ−Ｃｒ系ステンレス鋼基地中に、Ｓ
ｉ　、ＣｒおよびＭＯを含有するコバルト合金相：５〜
３０重量％が粒状に点在した組織を呈する構成としたこ
とを特徴としており、さらに上記の組成に加え、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｈｆ。 Ｔｉ、Ｚｒｃ７）うち少なくとも１種：０．１−１％を
含み、上記組織を呈する構成としたことを特徴としてお
り、これらの耐熱摺動用鉄系焼結合金の構成を前述した
従来の課題を解決するための手段としている。 次に、本発明に係わる耐熱摺動用鉄系焼結合金のマトリ
ックス（基地）、コバルト合金相等の限定理由について
説明する。 マトリックス（基地）について： マトリックスを形成するオーステナイト系ステンレス鋼
は、ＪＩＳで制定されている組成範囲、すなわちＮｉ：
８〜２２％およびＣｒ：１６〜２６％の組成範囲のもの
となるようにするのが好適である。 すなわち、ステンレス鋼中のＮｉおよびＣｒは鉄基地に
固溶しており、耐蝕性および耐熱性を向上する元素であ
る。この組成範囲は、例えば、原著者ソッフィーの「ス
テンレス鋼入門」　（特殊鋼倶楽部、昭和４８年発行）
に記載されているなど、−船釣に言われているように、
各々下限値より少ない場合にはその特性が不十分であり
。 上限値より多くしてもそれ以上の効果を生じない。 さらに、前記オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｍｏを
２〜３％含むもの、および／またはＳｉを最大４％含む
ものであってもよい。 この場合、Ｍｏは耐蝕性を向上する元素であるので２％
以上含むものとすることも必要に応じて望ましいが、９
００℃を超える高温では、むしろＭ蝕を併進する作用が
ある。また、Ｍｏを多く含むステンレス鋼種は、硬度が
高く粉末の圧縮性が悪いことにより、３％以下が望まし
い。 また、Ｓｔは粉末を製造する際に溶湯の流れをよくし、
焼結体の耐酸化性を向上させる元素であるが、４％より
多く含有すると、硬度が高くなり、粉末の圧縮性が悪く
なるので好ましくない。 上述のオーステナイト系ステンレス鋼にＮｂ、Ｔａ、Ｈ
ｆ、Ｔｉ　、Ｚｒのうち少なくとも１種を添加すると、
鋼中に含まれる微量の炭素と炭化物を作り、マトリック
スの耐蝕性および高温での機械強度を向上させる。その
効果は銅粉中に０．１％以上で認められるが、１．５％
より多いと結晶粒界に析出物が目立つようになり靭性が
低下する傾向を示すので、上限は１．３％程度にとどめ
る必要がある。これは全体組成で０．１〜１％に相当す
る。 マトリックス中の金属硼化物は、フェロポロン粉の形で
添加された硼素と、ステンレス鋼粉中の主にクロムとが
反応して生成され、顕微鏡組織ではマトリックスのほぼ
全域に点在している。 硼素はマトリックスの成分と共晶液相を生成し、焼結体
の密度比を上昇させる。添加しない場合より密度は０　
、２〜０　、５　ｇ／　ｃｍｊ高くなる。このため、材
料の内部酸化を少なくする効果がある。また、硼化物を
マトリックス中に析出させて耐摩耗性を向上させる作用
がある。 硼素の含有量は、全体組成で１％より少ないと密度の上
昇および基地の強化が不十分であり、方、３％より多く
ｇｉ加すると粉末圧縮性が悪くなり、硼化物が多く析出
するために焼結体が硬くなって相手軸を摩耗させる。 コバルト合金相について： 次に、分散させる金属間化合物は、Ｓｉ：２．２〜２．
６％、Ｃｒニア、’５〜８．６％、Ｍｏ：２７〜２９％
およびｃｏ＝残部の組成を有する市販の合金粉などが好
適である。 この合金は、粉末が球状に近い形をしていて、マイクロ
ビッカース硬さで約７００程度であり、耐熱性を有する
と共に、比較的柔らかい基地に分散させると特に１３２
Ｍ摩耗を緩和させる作用があるという、多くの実験によ
って得た知見に基づいて添加したものである。 コバルト合金粉の添加量は５〜３０％の範囲が好適であ
る。すなわち、５％より少ないと上記の効果が少なく、
３０％を超えると混合粉の圧縮性が悪くなり、焼結体に
度が低く十分な強度かえられないと共に硬い相が多いた
めに相手材料を摩耗させ易くなるためである。 製造方法について： このように本発明の焼結合金は、オーステナイト系ステ
ンレス鋼粉、フェロポロン粉およびコノヘルド系合金粉
との混合粉を圧縮成形および焼結して作られる。 焼結は、オーステナイト系ステンレス鋼の基地に硼化物
が生成し、且つコノヘルド系合金が拡散しない温度であ
る１１８０〜１２３０℃で行われる。 得られる焼結合金の全体組成は、重量比で、Ｓｉ：０．
１〜３．７％、Ｃｒ：１１〜２４％、Ｎｉ：４〜２０％
、Ｍｏ：１〜１０％、ＣＯ：３〜１９％、Ｂ：１〜３％
、ならびにＦｅおよび不純物：残部、または、この組成
にＮｂ、Ｔａ。 Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒのうち少なくとも１種二０．１〜１％
が添加された組成に相当する。 （発明の作用） 本発明に係わる耐熱摺動用鉄系焼結合金は、上記した合
金設計により開発されたものであってマトリックスをオ
ーステナイト系ステンレス鋼とし、そのマトリックスに
硼素を添加して焼結密度を高くすることにより高温耐酸
化性が向上したものになると共に、金属硼化物を分散さ
せることにより基地の強化が図られたものになり、さら
に前記マトリックス中に硬質のコバルト系金属間化合物
粒子を分散させることにより＃凝着摩耗性および耐焼付
き性が向上したものになる。 （実施例） 以下、耐摩耗性および耐酸化性を比較した実施例により
説明する。 原料粉として、粒度が１００メツシユ以下で第２表に示
す各種組成のオーステナイト系ステンレス鋼粉と、組成
がＳｉ　：２．５％、Ｃｒ：８．１％、Ｍ　ｏ　：　２
７　、８％、ｃｏ＝残部で、粒度が１００メツシユ以下
のコバルト合金粉と、組成がＢ、１４％、Ｆｅ：残部で
、粒度が２５０メツシユ以下のフェロポロン粉を準備し
た。 これらの粉末を第１表に示す割合で配合および混合した
。成形潤滑剤は１％添加した。 各々の混合粉を所定の形状に圧縮し、その成形体を真空
中で、温度１２００℃で焼結した。 また、比較する従来材として、５ＵＳ３１ＯＳ溶製ステ
ンレス鋼材を、同様の寸法に加工した試料を準備した。 各試料について、密度比、酸化重量増加量ＣＦ！！！化
増量）および摩擦摩耗量を測定した結果を同じく第１表
に示す。 密度比は、密度７．８５ｇ／ｃｍ３を１００％として計
算した。 酸化増量の測定は、直径１３ｍｍ、高さ１５ｍｍの柱体
試料を温度９５０℃で２００時間、大気中で加熱した後
の重量増加で表わした。 摩耗試験は、内径８．１ｍｍ、外径１２．７ｍｍ、高さ
３５ｍｍの軸受材料に、ニッケル基耐熱合金で作られた
軸を嵌合し、その軸に１ｋｇの荷重を加え、温度６００
℃に加熱した状態で、軸をストローク１０ｍｍで軸方向
に毎分６００回往復動させ、３０時間経過した後の軸お
よび軸受摩耗量を測定した。 第 表 第１表において、試料番号１〜５は、原料として用いた
ステンレス鋼粉の種類（Ａ−Ｅ）を比較したものである
。 試料１はＳＵＳ　３０２、試料２は５ＵＳ３０４Ｌ、試
料３は５ＵＳ３１０Ｓ、試料４は５ＵＳ３１６Ｌに相当
するもので、試料５は試料４のＭｏをＳｉに置換した組
成である。 第１表の試料１〜５では、いずれも、軸受試料および軸
の摩耗量、酸化増量が少ない。但し、試料４の酸化増量
が他の試料に比べて大きい値を示しているが、試料１６
と比べると半分以下であり、コバルト合金相および硼素
添加の効果が認められる。 試料６から１０および試料３は、同じステンレス鋼粉Ｃ
を用い、コバルト合金粉およびフェロポロン合金粉の添
加量について比較したものである。 コバルト合金粉の添加による効果は、軸受の耐摩耗性を
向上させるが、相手軸を摩耗させ易くする。また、表記
を省いたが焼結体硬さを高くする。さらに、硼素の添加
は密度比および耐酸化性を向上することがわかる。 試料１１〜１５は、試料５にＮｂおよびＴａを１種また
は２種添加した例である。試料５に比べて軸受の摩耗量
および耐酸化性が改善されることがわかる。 試料１６はコバルト合金粉およびフェロポロン合金粉を
添加しない焼結ステンレス材料であるが、密度比が低い
ため酸化され易く、摩耗は凝着が認められて軸受試料お
よび相手軸とも大きい。 試料１７の溶製ステンレス鋼材は、酸化は少ないが、摩
耗量が大である。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明に係わる耐熱摺動用鉄系焼
結合金は、金属硼化物が分散したＮｉＣｒ系ステンレス
鋼のマトリックスに、００合金相が分散した組織を呈す
る焼結合金、またはこのマトリックスに炭化物生成元素
であるＮｂ。 Ｔａ、Ｈｆ　、Ｔｉ　、Ｚｒ（７）うち１種以上を含有
する上記組織の焼結合金に構成したものであるから、い
ずれも高温環境での耐蝕性および耐摩擦摩耗性に優れて
いることにより、軸受等の摺動部材の耐用寿命を大幅に
延長することかできるようになり、軸受簿の摺動部材の
全体を本発明に係わる焼結合金から形成したり、必要な
摺動部位のみを本発明に係わる焼結合金から形成して必
要に応してバックアツプ材を設けたりするなどして適用
することが可能であるという著大なる効果がもたらされ
る。 特許出願人　　日産自動車株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）全体組成が、重量比で、 Ｓｉ：０．１〜３．７％ Ｃｒ：１１〜２４％ Ｎｉ：４〜２０％ Ｍｏ：１〜１０％ Ｃｏ：３〜１９％ Ｂ：１〜３％ ならびにＦｅおよび不純物：残部からなり、且つ金属硼
   化物が分散したＮｉ−Ｃｒ系ステンレス鋼基地中に、Ｓ
   ｉ，ＣｒおよびＭｏを含有するコバルト合金相：５〜３
   ０重量％が粒状に点在した組織を呈することを特徴とす
   る耐熱摺動用鉄系焼結合金。 Ｎｉ：４〜２０％ Ｍｏ：１〜１０％ Ｃｏ：３〜１９％ Ｂ：１〜３％ Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｚｒのうち少なくとも１種：
   ０．１〜１％、 ならびにＦｅおよび不純物：残部からなり、且つ金属硼
   化物が分散したＮｉ−Ｃｒ系ステンレス鋼基地中に、Ｓ
   ｉ，ＣｒおよびＭｏを含有するコバルト合金相：５〜３
   ０重量％が粒状に点在した組織を呈することを特徴とす
   る耐熱摺動用鉄系焼結合金。