JPH0456751A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、優れた耐摩耗性および耐焼付性を有するＦｅ
系焼結合金に関する。

（従来の技術） 例えば自走式建設機械の下転軸に使用されるフローティ
ングシール等のシール材には、耐摩耗性に冨むとともに
焼付きが容易に生じない金属材料が用いられている。特
に、前記フローティングシールの場合には、一般のシー
ル材と異って同種の金属材料の摺合せであることから優
れた耐摩耗性が強く求められる。したがって、フローテ
ィングシール等に使用される金属材料は、硬度が高く耐
摩耗性が良いということからＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ−Ｎ
ｉ　−（Ｗ−Ｃｏ　−）Ｃ系合金が用いられ、それらが
鋳造で製造され広く使用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、鋳造合金を前述したような用途に用いる時は、
鋳造組織に方向性を生じていることから高面圧下、高速
化の条件では摺動面にクランクが生じ易い。その結果、
フローティングシールの場合にはその寿命が著しく短く
なるという問題点がある。また、鋳造合金は、その製造
過程で各部の凝固速度の差違により組織偏析を生し、前
記の問題点を助長する傾向がある。

一方、建設機械の下転軸に使用されるフローティングシ
ールは、相互摺動速度の高速化および油洩れ防止のため
の高面圧化が要求され、優れた耐摩耗性および耐焼付性
を有する金属材料により製造されていることが強く望ま
れている。

本発明は、前述したような合金の使用状態下で摺動面に
おけるクラックの発生を防止し、例えば、フローティン
グシール等の耐用性を向上させる金属材料を提供するこ
とを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明は、摺動部材として使用される合金部材において
、同種合金どうしの使用時にも互に優れた耐摩耗性とな
じみ性とを発揮する焼結合金を提供する。

したがって、本発明は、２〜３．５　ｗｔ％のＣ２８〜
２０ｗｔ％のＣｒ、２〜Ｂｉｖｔ％のＭＯｌｏ、７〜２
ｗｔ％めＶ、１〜３ｗｔ％のＮｉ、２〜１０ｗｔ％のＣ
ｏおよび０．１〜０．５　ｗｔ％のＰを含有し、残分が
Ｆｅおよび不可避的不純物である組成を有する耐摩耗性
および耐焼付性焼結合金を要旨とする。そして、焼結に
より得られる合金が前述したような組成とされることか
ら得られる合金組織中に２０〜４５　ｖｏ１％の炭化物
が析出され、この炭化物が合金中にて網目状に分散した
組織を形成するものである。

合金組成の各成分量についてみれば、Ｃ成分は素地に固
溶し、素地を強化するとともに、Ｃｒ、Ｍｏ、■等の炭
化物形成成分と結合して炭化物を形成する。Ｃが２ｗｔ
％未満では、組織中の炭化物析出量が２０　ｖｏ１％よ
りも少なくなって合金の耐摩耗性が向上せず、３．５　
ｓｙｔ％を超すと組織中の炭化物析出量が４５　ｖｏ１
％を上まわり、シール材に適用した場合に摺動面のなじ
み性が悪くなる。したがってＣの成分量は２〜３．５　
ｗｔ％とした。Ｃｒ成分は素地に固溶し素地を強化する
とともに、Ｃ成分と結合して炭化物を形成し合金の耐摩
耗性を向上させる。８ｗｔ％未満では他の炭化物形成成
分と共に形成する炭化物の析出量が少くて耐摩耗性の向
上がなく、８ｗｔ％以上の成分量とすれば析出する炭化
物量は増加し耐摩耗性はＣｒ成分の増加に従って増大す
る。

しかし、Ｃｒ成分が２０−ｔ％を超しても耐摩耗性を増
大させる効果が変らないのでコスト面からＣｒの成分量
は８〜２０ｗ　ｔ％とした。Ｍｏ成分は素地に固溶し素
地を強化するとともに、Ｃ成分と結合して炭化物を形成
し合金の耐摩耗性を向上させ、焼入れ性を良くする。２
ｗｔ％未満では他の炭化物形成成分と共に形成する炭化
物の析出量が少くて耐摩耗性の向上がなく、２ｗｔ％以
上の成分量とすれば析出する炭化物量は増加し耐摩耗性
はＰＪｊｏ成分の増加に従って増大する。

しかし、Ｍｏ成分が８ｗｔ％を超しても耐摩耗性を増大
させる効果が変らないのでコスト面からＭｏの成分量は
２〜８ｗｔ％とした。■成分はＣ成分と結合して炭化物
を形成し合金の耐摩耗性を向上させるとともに合金組織
を微細化し、シール材に適用した場合に摺動面のなじみ
性を改善する。０．７　ｗｔ％ｔ％では他の炭化物形成
成分と共に形成する炭化物の析出量が少くて前記効果が
得られず、０．７　ｗｔ％ｔ％の成分量とすれば析出す
る炭化物量は増加し耐摩耗性およびなじみ性Ｖ成分の増
加に従って増大する。しかし、■成分が２ｗｔ％を超し
ても前記効果が変らないのでコスト面から■の成分量は
０．７〜２ｗｔ％とした。Ｎｉ成分は素地に固溶し、素
地強度を改善するとともに、焼入れ性を良くし、耐焼付
性を向上させる。Ｎｉ成分が１ｉ１ｔ％未満ではこれら
の効果が認められず、また３ｗｔ％を超すと合金中に残
留オーステナイトが多くなって硬さが低下することから
耐摩耗性が阻害される。従って、Ｎｉの成分量は１〜３
ｉ１ｔ％とした。ＣｏＣ成分素地に固溶し素地強度を改
善するとともに耐熱性を向上させる。Ｃｏ成分＃’２ｗ
ｔ％未満ではこれらの効果が認められず、また、１０ｗ
ｔ％を超すと焼入れ性が低下し、素地の硬さが充分に得
られなくなる。従って、Ｃｏの成分量は２〜１０ｗｔ％
とした。Ｐ成分は、Ｆｅ−Ｐ−Ｃの三元共晶となること
から比較的低温域の９６０’Ｃ付近から液相を出し、製
造上、より安定した高密度の焼結体が得られることから
、その添加は有効である。０．１　ｗｔ％以下では前記
した効果が得られず、また、０．５　ｗｔ％を超すと合
金組織中にＰのリンチな相が生成し、耐摩耗性の向上が
阻害される。従ってＰの成分量は０．１〜０．５　ｗｔ
％とした。

本発明の焼結合金では、前述した合金組成にもとづく態
様として、合金組成中に形成される各炭化物の総容量が
２０〜４５　ｖｏ１％であるとともに、これらの炭化物
が網目状に分散されていることが好ましい。網目状に分
散して含有される炭化物量が２０　ｖｏ１％未満であれ
ば合金の耐摩耗性が著しく劣化し、逆に４５νｏ１％を
超すと耐摩耗性が過大となり合金のなじみ性が悪くなる
。

さらに本発明の焼結合金は、前述した合金組成において
、その焼結工程が理論密度比９５％以上となるように行
われることが好ましい。理論密度比が９５％に満たない
場合は焼結体中の孔隙部が多くなり、耐摩耗性を著しく
劣化させることになる。

（作　用） 本発明の、摺動部材として好適な焼結合金は、従来の鋳
造品にみられるような金属組織の方向性および鋳造凝固
時の凝固偏析を排除し、均質な合金組織が得られる。同
時に特定の合金組成とすることにより優れた耐摩耗性と
なじみ性とを併せ有する。

すなわち、合金組成の２〜３．５　ｗｔ％含有されるＣ
成分が、単体として素地を強化し、同時に、Ｃｒ、Ｍｏ
、Ｖ等の炭化物形成成分と結合して合金組成中に２０〜
４５νｏ１％を占める炭化物を形成している。これらの
炭化物のうち、ＣｒおよびＭｏの炭化物は得られる合金
の耐摩耗性を向上させ、■の炭化物は同しく得られる合
金の耐摩耗性を向上させるとともに、合金の組織を微細
化して優れた摺動特性に不可欠ななしみ性の改善をもた
らせている。特にＣ成分を前Ｊした範囲とすることによ
り、Ｃ成分と結合して得られる炭化物にもとづく耐摩耗
性となじみ性とについて、いずれかの特性に片寄ること
なく例えば摺動部材として使用される時の所望のなしみ
性を確保しつつも、耐摩耗性を向上させることを可能と
している。

（発明の効果） 本発明の焼結合金は、例えば建設機械の足まわりに用い
られるフローティングシールに適用した場合には、従来
の耐摩耗性合金に比べて偏摩耗等の異常摩耗および焼付
き等の障害の発生が少く、摺動面に付加される面圧の強
大化並びに摺動の高速化等の苛酷な使用条件下でも優れ
た使用特性と耐用性とが得られた。

（実施例） 次に本発明の具体的な一実施例を図面を参照しつつ説明
する。

原料粉末として、粒径１００メソシユ以下の鉄を含むＦ
ｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合金粉末およびそれぞれ粒径３５０
メツシユ以下のＣｏＣ粉末Ｎｉ粉末、Ｃ粉末、Ｐ−Ｆｅ
合金粉末（Ｐの含有量２７呵％）を使用し、これらの原
料粉による各成分が第１表に示される化学組成となるよ
うに配合した。第１表中のＮｏ、　１〜８が本発明例で
あり、Ｎｏ、　９〜１５が本発明の範囲外の組成を有す
る比較例である。各配合例に潤滑剤としてステアリン酸
亜鉛を外掛けで０．６　ｗｔ％添加し混合機（この実施
例では■型混合機）により均一に混合し、得られた混合
粉を成形圧力６ｔｏｎ／ｃｆｆｌで圧粉体を成形した。

この成形体を真空中で、かつ理論密度比９５％以上が得
られる所定温度（この実施例では１１５０〜１２００°
Ｃの温度範囲内）にて６０分保持して焼結し、その後真
空中で８５０〜１０００°Ｃに徐冷し、さらにＮ２ガス
冷却を行って熱処理を実施した。熱処理後、第３図にそ
の断面形状および環状の一部が示されるようなフローテ
ィングシールの所定形状に研削し、摺動テスト等を行い
、その結果を第１表に併せ示した。

同時に前記熱処理後の焼結合金について、顕微鏡（倍率
ｘ４００　）により合金組織を検査し第１図および第２
図に示した。第１図に示されているのは本発明例中のＮ
α５で、合金組成中に形成された炭化物が網目状に分散
して充分に組織化されており、ボアーＰも少く所望の理
論密度比が得られていることがわかる。これに対し、第
２図に示されているのは比較例中のＮｏ、１３である。

このＮｏ、１３のものは、炭化物量が前記本発明例のＮ
ｏ、　５と変らないにも拘らず、凝集状態で固溶してお
り合金組成中に多くのボアーＰを生じている。その結果
、本発明例に比べて耐摩耗性が劣ることが明瞭である。

摺動テストは、第４図に示されるように、固定部３に対
面する加圧ロータ４が設けられるとともに、砂泥水５お
よびオイル６が供給可能とされた摺動テスト装置１を用
いた。摺動テスト装置１の固定部３に０リング７を介し
てフローティングシール２を固着するとともに、加圧ロ
ータ４にはＯリングを介してフローティングシール２゛
を固着し、両フローティングシール２と２”との各摺動
面が互に接し合うようにセットした。次いで、摺動テス
ト装置ｌの固定部および加圧ロータ４に固着された各フ
ローティングシール２と２′との内側にオイル６を充填
し、摺動テスト装置１の加圧ロータチに、その回転軸４
′に矢印Ｔ方向の力を加えながら例えばＲ方向の回転を
与えることにより、フローティングシール２と２”とを
互に摺動回転させた。

フローティングシール２と２°とは、第４図に示される
ようにそれぞれの摺動面１０の外周縁が当接摺動し合っ
て、各外周縁部には第３図に示されるようになじみ線１
１゛　ができる。さらに、摺動テスト装置Ｉの固定部３
および加圧ロータチの外側に砂泥水５を満たし、摺動テ
スト装置１の加圧ロータ４が、フローティングシール２
と２゛とが互に押圧しながらフローティングシール２°
がフローティングシール２に対して回転する運動を続行
させた。砂泥水は、径２μ程度の５ｉｏｚ粉末が９０ｉ
４ｔ％以上を占めるサンドを２０ｖｏ１．％を水に懸濁
させたものであるにのような摺動テスト装置１を用いて
、固定されたフローティングシール２に対する回転する
フローティングシール２゛の線圧が２．５ｋｇ／ｃｍ、
周速が２．０　ｍ／ｓｅｃ、となるように設定し、４０
０時間にわたって相互に摺動回転させた。

前記条件のもとで摺動回転を続けると、フローティング
シール２と２”とは当接線部で摩耗し、回転摺動部であ
るなじみ線は当初の摺動面１０の外周縁上の１１”から
、摺動面ｌＯの内周側へ除徐に移動し、第３図に示され
る例えば、なじみ線１１の位置に移動する。

このなじみ線の移動量は、フローティングシール２およ
び２゛の摩耗によるものであって、換言すれば摩耗移動
量であり、第３図に示されるようにフローティングシー
ル２の摺動面ｌＯの巾が１０ｍｍとすれば、理論的には
摩耗移動量は１０鵬までとれることになる。したがって
、前述したような摺動テストにおいて、単位時間当りの
摩耗移動量が少い材料は、その耐摩耗性が優れている。

本発明の焼結合金（Ｎａｌ〜８）は、例えばフローティ
ングシールに適用した場合に優れた特性を発揮し、本発
明の範囲外の組成により得られるフローティングシール
（比較例Ｎｏ、　９〜１５）に比べて数倍ないし１０数
倍の耐摩耗性が認められた。

また、回転摺動後も摺動面にクラックの発生もなく、耐
焼付性にも優れていることが認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の焼結合金の金属組織を示す
顕微鏡写真、第２図は比較例の金属組織を示す顕微鏡写
真である。 第３図は本発明の焼結合金をフローティングシールに適
用した場合の斜視説明図である。 第４図は本発明の焼結合金をフローティングシールに適
用した場合の摺動テスト装置の一例を示す断面説明図で
ある。 ■・・・・・・摺動テスト装置、 ２．２′・・・・・・フローティングシール、１０・・
・−・・摺動面、 １１・・・・・・なじみ線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２〜３．５ｗｔ％のＣ、８〜２０ｗｔ％のＣｒ、２
   〜８ｗｔ％のＭｏ、０．７〜２ｗｔ％のＶ、１〜３ｗｔ
   ％のＮｉ、２〜１０ｗｔ％のＣｏおよび０．１〜０．５
   ｗｔ％のＰを含有し、残分がＦｅおよび不可避的不純物
   である合金組成を有することを特徴とする焼結合金。 ２、前記合金組成中に形成される炭化物が２０〜４５ｖ
   ｏｌ％であるとともに網目状に分散した組織であること
   を特徴とする請求項１に記載の焼結合金。 ３、前記組成を有する合金が、９５％以上の理論密度比
   を有する合金組織である請求項１または２に記載の焼結
   合金。