JPH0517839A - 高温用軸受合金およびその製造方法 - Google Patents

高温用軸受合金およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【構成】 重量比でＣｒ：９〜３０％，Ｆｅ：５〜１９
％，Ｓｉ：０．１〜１．５％，Ｃｏ：２〜２２％，Ｍ
ｏ：１．４〜１１．０％ 残部Ｎｉと不純物から成るＮ
ｉ合金であって、該合金マトリックス中にＣｏ−Ｍｏ−
Ｃｒ−Ｓｉ系硬質粒子が体積比で５〜３５％の範囲で均
一に分散した組織を有することを特徴とする高温用軸受
合金。 【効果】 軸受合金のマトリックスを耐熱性に優れたＮ
ｉ合金とし、摺動特性向上のためＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓ
ｉ系硬質粒子、場合によっては固体潤滑剤としてＢＮを
更に追加添加して均一に分散した組織にすることによ
り、高温域での耐熱性及び摺動特性に優れた高温用軸受
合金が得られた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温酸化雰囲気中で使
用される高温用軸受合金およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より高温における酸化雰囲気中にて
適用される軸受として銅や鉄を主としたベース金属中に
黒鉛等の固体潤滑剤を分散させたり埋め込んだタイプの
材料が使用されている。しかしそれらが適用できる温度
は、ベース金属及び固体潤滑剤の耐熱性によって制約さ
れ５００℃程度までが限界となっている。また最近高温
での摺動特性を向上させる目的でＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓ
ｉ系硬質粒子を粉末冶金手法により耐熱鋼中に分散させ
た材料が開発されており７００℃程度までの高温域に軸
受として適用されている例も特開平３−２４２４９号公
報に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年ガ
ソリン又はジーゼルエンジンの排気ガス制御バルブやガ
スタービンの可変バルブ等の高温領域で使用される軸受
に対して、軸受の耐熱温度が最大７００℃程度のため軸
受の使用箇所に制限があった。又耐熱合金やセラミック
材料では、耐熱性は優れるが摺動材料としては摩擦係数
が高く軸受として不充分であった。本発明の目的は、耐
熱性として最大９００℃まで適用可能とし摺動特性とし
ても優れた高温用軸受合金およびその製造方法を提供す
ることにある。
【０００４】
【課題が解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は耐熱性の向上のため合金マトリックスをＮ
ｉ合金とし摺動特性向上のためＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ
系硬質粒子、場合によっては固体潤滑剤として高温で有
効なＢＮを均一に分散させ全体の成分が、重量比でＣ
ｒ：９〜３０％，Ｆｅ：５〜１９％，Ｓｉ：０．１〜
１．５％，Ｃｏ：２〜２２％，Ｍｏ：１．４〜１１．０
％，Ｍｎ：２．０％以下，Ｃ：０．１５％以下、場合に
よってはＢＮ：５％以下、を含有して残部Ｎｉおよび不
可避不純物から成る高温用軸受合金を特徴とする。
【０００５】更に、上記軸受合金を得る製造方法とし
て、粉末冶金手法で行うにあたりＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合
金粉末を使用すると粉末の硬さが高いため粉末成形する
のが非常に困難であるので使用粉末を純Ｎｉ粉末とＦｅ
−Ｃｒ係合金粉末とに分け、更にＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓ
ｉ合金粉末、場合によってはＢＮ粉末を添加混合して得
られる粉末を用い粉末成形をすることを特徴とする。更
に、製造方法において焼結して得られた材料の緻密化を
図り高温時における耐酸化特性を向上させるために熱間
圧縮又は、熱間等方圧縮（ＨＩＰ）を行うことを特徴と
する。
【０００６】
【作用】次に、本発明の高温用軸受合金成分範囲の限定
理由を述べる（重量％）。 (1) Ｃｒ：９〜３０％ ９％未満ではマトリックス合金の耐熱性に劣り、３０％
以上では焼結性が悪くなるのでＣｒ含有量は、９〜３０
％とした。 (2) Ｆｅ：５〜１９％ ５％未満では高温時の強度に劣り、１９％以上では使用
粉末の硬さが高く粉末の粉成形性が悪くなるのでＦｅ含
有量は５〜１９％とした。 (3) Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ合金硬質粒子は 配合比で全体の５〜３５％が好ましく、５％未満では高
温での摺動特性を向上させる効果がなく、３５％を越え
ると合金の硬さが高く、粉末の成形性が悪くなり、また
摺動時に相手材を損傷させる恐れがある。Ｃｏ−Ｍｏ−
Ｃｒ−Ｓｉ合金硬質粒子は２６〜３０％Ｍｏ、７．５〜
９．５％Ｃｒ、２．４〜２．６％Ｓｉ及び残部Ｃｏから
成る。また、摺動特性向上に有効な稠密六方晶の結晶構
造を有する粒子を形成させるために合金全体に対するＣ
ｏ，Ｍｏ，Ｓｉの含有量はＳｉ：０．１〜１．５％、Ｃ
ｏ：２〜２２％、Ｍｏ：１．４〜１１．０％に限定す
る。 (4) Ｍｎ：２．０％以下 マトリックス合金を強化し、また組織を安定させるため
に添加し、２．０％を越えると合金が脆化するのでＭｎ
の含有量は、２．０％以下とした。 (5) Ｃ：０．１５％以下 マトリックス合金を強化する。０．１５％を越えるとＣ
ｒと化合物を形成し、合金が脆化するのでＣの含有量
は、０．１５％以下とした。 (6) ＢＮ：５．０％以下 高温での摺動特性を改善させる効果があるが、５．０％
を越えると材料の強度が著しく低下するのでＢＮの含有
量は、５．０％以下とした。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。−２５０
メッシュ（６０μｍ以下）の粒度の純Ｎｉ粉末、−２５
０メッシュ（６０μｍ以下の直径）の粒度のＦｅ−Ｃｒ
合金粒（重量で４４．５％Ｃｒ、１７．５％Ｎｉ、４．
１％Ｍｏ、１．５％Ｓｉ、０．５％Ｍｎ、０．１％Ｃ及
び残部Ｆｅから成る）、−１００メッシュ（１５０μｍ
以下の直径）の粒度のＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末
（重量で２８％Ｍｏ、８．５％Ｃｒ、２．５％Ｓｉ及び
残部Ｃｏから成る）及び、平径粒径１０μｍのＢＮ粉末
を表１に示す配合比にて混合し、表２に示す成分の粉末
を作製した。混合時には、成形性を良くするためステア
リン酸亜鉛を１重量％添加し、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ
合金粉末の粒子は細かく均一にマトリックスに分散させ
るため−１００メッシュ（１５０μｍ以下）とした。そ
して得られた粉末を成形圧力６ｔ／cm2 で、径２２mm，
長さ５０mmの形状に成形し、ステアリン酸亜鉛を４８０
℃にて十分脱ろうした後、Ｈ2 ＋Ｎ2 雰囲気中１１５０
℃にて１時間焼結した。その後緻密化をはかるため９０
０℃に加熱した材料を成形圧力６ｔ／cm2 にて熱間圧縮
を行った。こうして得られた直径２２mm×長さ５０の丸
棒形状の材料を加工し、室温５００℃、９００℃の各温
度にて引張試験をした。その引張強さの結果を表３に示
す。また、高温での耐酸化特性を調べるため得られた丸
棒を外径１６×内径１０×長さ２０の軸受形状に加工
し、９００℃の温度にて酸化雰囲気中５Hr，１０Hr，２
０Hr，５０Hr，１００Hr後の重量増加量を調査した。そ
の結果を表４に示す。さらに、摺動特性を調べるために
得られた丸棒から板状の試験片を作製し、Ｎｉ−Ｃｒ系
耐熱合金を摺動相手ピンとして高温における摩擦摩耗試
験を実施した。直径４mmのピンに２kgの荷重をかけ、平
均速度１ｍ／min ，試験時間１Hrの往復動条件にて行っ
た。摩擦係数、プレート摩耗量を表５に示す。
【０００８】
【発明の効果】本発明品の軸受合金は、耐熱性に優れる
Ｎｉ系合金をマトリックスとし、高温酸化雰囲気中での
酸化重量増を少なくした効果がわかる。また、摺動試験
からＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ合金の適量添加、さらにＢ
Ｎの添加により高温９００℃での摩擦摩耗特性に優れる
ことがわかる。以上より、本発明品の軸受合金は、高温
域での摺動材料として優れた性能を有するものと言え
る。
【０００９】
【表１】
【００１０】
【表２】
【００１１】
【表３】 引張強さ（ＭＰａ）
【００１２】
【表４】 酸化による重量増加率
【００１３】
【表５】 摺動試験

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 全体組成が重量比でＣｒ：９〜３０％，
    Ｆｅ：５〜１９％，Ｓｉ：０．１〜１．５％，Ｃｏ：２
    〜２２％，Ｍｏ：１．４〜１１．０％ 残部Ｎｉと不可
    避不純物から成る合金であって、該合金中にＣｏ−Ｍｏ
    −Ｃｒ−Ｓｉ系硬質粒子が均一に分散した組織を有する
    ことを特徴とする高温用軸受合金。
  2. 【請求項２】 全体組織が重量比でＣｒ：９〜３０％，
    Ｆｅ：５〜１９％，Ｓｉ：０．１〜１．５％，Ｃｏ：２
    〜２２％，Ｍｏ：１．４〜１１．０％，ＢＮ：５．０％
    以下，残部Ｎｉと不可避不純物から成る合金であって、
    該合金中にＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ系硬質粒子が均一に
    分散した組織を有することを特徴とする高温用軸受合
    金。
  3. 【請求項３】 前記請求項１記載の高温用軸受合金を得
    る製造方法であってＮｉ粉末と、Ｃｒ：４０〜６５％，
    Ｎｉ：２０％以下，Ｍｏ：５．０％以下，Ｓｉ：２．０
    ％以下，残部Ｆｅと不可避不純物から成るＦｅ−Ｃｒ系
    合金粉末と、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末とを混合
    することによって得られる粉末を焼結することを特徴と
    する高温用軸受合金の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記請求項２記載の高温用軸受合金を得
    る製造方法であって、Ｎｉ粉末と、Ｃｒ：４０〜６５
    ％，Ｎｉ：２０％以下，Ｍｏ：５．０％以下，Ｓｉ：
    ２．０％以下，残部Ｆｅと不可避不純物から成るＦｅ−
    Ｃｒ系合金粉末と、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末
    と、ＢＮ粉末とを混合することによって得られる粉末を
    焼結することを特徴とする高温用軸受合金の製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項１から請求項２までのいずれか１
    項に記載の軸受合金において、該軸受合金は更に２．０
    ％以下のＭｎおよび／又は０．２％以下のＣを含有する
    高温用軸受合金。
  6. 【請求項６】 前記請求項３又は請求項４記載の高温用
    軸受合金を得る製造方法であって、成形焼結後、熱間圧
    縮又は熱間等方圧縮（ＨＩＰ）をおこなうことを特徴と
    する高温用軸受合金の製造方法。
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