JPH0617549B2

JPH0617549B2 - 自己潤滑性を有する耐摩耗性部材

Info

Publication number: JPH0617549B2
Application number: JP59028462A
Authority: JP
Inventors: 修二松本
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPS60174853A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は優れた自己潤滑性および耐摩耗性を有する焼結
合金からなる部材に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、摺接部を有する機械部品を形成する合金材料とし
て、機械部品の摺接部の摩耗を抑制するために、焼入
れ、窒化などの処理により合金表面を硬化して耐摩耗性
をもたせたものが用いられている。また、例えばロータ
リコンプレツサのシリンダやロータには、ホウ素などの
元素を加えて表面を硬化させたミーハナイト鋳鉄が用い
られている。

しかし、摺接部を有する機械部品の摩耗を抑制するため
には、単に合金表面を硬化させるだけでは不充分で、合
金に優れた自己潤滑性を併せてもたせることにより、そ
の潤滑作用で充分に摩耗を抑制することができる。

このため、二硫化モリブデン、硫黄、鉛などの潤滑成分
を分散させた焼結合金が用いられている。しかしなが
ら、この焼結合金は、その焼結時には潤滑成分が分解、
消失、あるいは脱落したりして、所期の性能を得ること
が困難である。しかも、この焼結合金表面の硬化という
点でも不充分である。

従つて、耐摩耗性に加えて優れた自己潤滑性を有する合
金材料の開発が要望されていた。

〔発明の目的〕

本発明は前記事情に基づいてなされたもので、優れた自
己潤滑性と耐摩耗性を有する焼結合金からなる部材を提
供するものである。

〔発明の概要〕

本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材は、重量比で
クロム３〜10％、炭素１〜５％および残りが不可避不純
物と鉄からなり、実質的に焼戻しマルテンサイトからな
る基地組織中に、金属炭化物、金属酸化物および遊離黒
鉛が分散してなる焼結合金からなるものである。

また、重量比でクロム３〜１０％、黒鉛１〜５％および
モリブデン０．３〜５％、バナジウム０．２〜１．５
％、タングステン０．３〜３％、ニツケル０．５〜５
％、銅０．５〜５％を単独または複合で含有し、残りが
実質的に鉄からなり、実質的に焼戻しマルテンサイトか
らなる基地組織中に、金属炭化物、金属酸化物および遊
離黒鉛が分散してなる焼結合金からなるものである。

本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材は、焼結合金
の基地組織が、実質的に焼戻しマルテンサイト（一部フ
エライト相当）からなる硬さと靭性を合わせ備えたもの
で形成されている。この基地組織中には硬さの高い金属
炭化物が存在する。従つて、本発明の自己潤滑性を有す
る耐摩耗性部材は、表面が非常に硬く優れた耐摩耗性を
有している。また、本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗
性部材は、例えば水蒸気処理により基地組織中の空孔の
内部に生成された金属酸化物が、前記空孔が封孔する。
このため、空孔に潤滑油を溜めることができ、保油性を
高めることができる。なお、金属酸化物は耐凝着性も有
する。さらに、基地組織中に遊離黒鉛が分散して生成さ
れ、この遊離黒鉛が固体潤滑剤として潤滑性を高めてい
る。従つて、本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材
は、金属酸化物による保油性と固体潤滑剤の遊離黒鉛の
両方によつて自己潤滑性を高めている。すなわち、本発
明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材で形成した機械部
品は、潤滑油が供給されている時には潤滑油を保持して
良好に潤滑を行ない、潤滑油が切れた場合でも遊離黒鉛
により潤滑作用を維持することができる。このようにし
て本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材は、耐摩耗
性と自己潤滑性との組合せにより、他の部品が摺接する
摺接面における摩耗を充分抑制できる。なお、金属酸化
物が空孔を封孔することにより、自己潤滑性を有する耐
摩耗性部材に気密性を与えることができる。

本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材は、クロム、
炭素、鉄を所定割合で構成するものである。クロムは、
焼結過程で炭素源である黒鉛の一部と結合して炭化物を
分散生成し、他は基地に固溶して焼入性を高め、焼結後
の空冷で硬いマルテンサイトの生成を可能にするととも
に、水蒸気処理時におけるマルテンサイト基地の焼戻し
軟化を遅帯させる効果を有する。クロムは３％以上で充
分な効果を示し、この効果は、１０％迄加工性を損ねる
ことなく維持される。好ましくは３．５〜８％である。

炭素源である黒鉛は、焼結過程で一部がクロムと結合し
て炭化物を分散生成し、他の部分は基地に固溶して焼結
時の冷却過程でマルテンサイトを生成する。更に黒鉛の
一部は、基地中に遊離黒鉛として分散して生成すること
により固体潤滑剤として作用する。黒鉛は１％以上で上
記の効果をもたらし、この効果は５％迄脆化をもたらす
ことなく維持できる。好ましくは１．５〜４％である。
なお、黒鉛の粉末粒度は−３２５メツシユ程度の細粒の
ものと遊離黒鉛のための−１００メツシユ程度のものを
適宜配合する。

なお、遊離黒鉛は５〜４０容量％の範囲で存在すること
が自己潤滑性を向上させるために好ましい。

本発明の焼結合金に、モリブデン、バナジウム、タング
ステン、ニツケル、銅を単独または複合で添加するとさ
らに好ましい。

モリブデンは、一部が炭化物中に入るとともに、他の部
分が基地に固溶して焼入れ性を高め、且つマルテンサイ
トの生成に寄与するとともに、マルテンサイトの焼戻し
軟化を遅帯させる。モリブデンは０．３％未満であると
効果が得られず、５％を越えてもそれに見合つた利点が
得られない。

バナジウムは、モリブデンと同様の効果を有し、クロ
ム、モリブデンと相俟つて耐摩耗性の向上に寄与する。
バナジウムは０．２％未満では効果がなく、１．５％を
越えると焼入性を損なう。

タングステンは、一部が炭化物を生成するとともにマル
テンサイトの焼戻し軟化を遅耐させる効果を有してい
る。タングステンは０．３％未満では効果がなく、３％
を越えると靭性を損ねる。

銅は基地の強さを高め、ニツケルは基地の強さとともに
靭性を高める効果を有するが、いずれも０．５％末満で
は効果がなく、５％を越えると銅の場合合金の寸法精度
を低下させ、ニツケルの場合硬さが低下する。

本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材を製造する場
合には、例えばクロム粉末、炭素源である黒鉛粉末を、
また必要に応じて他の金属粉末を添加して混合してなる
原料粉末を加圧して成形体を成形し、この成形体を焼結
して冷却する。次いで得られた焼結体を水蒸気処理す
る。

本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材は、クロム、
モリブデン、タングステン、バナジウムと炭素源である
黒鉛の一部により、焼結時に、耐摩耗性の高い硬い炭化
物を生成析出するとともに、基地中に固溶したクロム、
モリブデン、バナジウムにより通常の冷却速度すなわち
空冷速度でも基地が十分にマルテンサイトとなる。ま
た、焼結時に粉末粒度の大なる黒鉛が基地中に分散して
遊離黒鉛を生成析出する。なお、遊離黒鉛を生ずるため
に、焼結温度を余り高くしないことが肝要である。従つ
て、焼結体はマルテンサイト基地と、この基地中に分散
する金属炭化物および遊離黒鉛で構成される。次いで、
焼結体を水蒸気処理すると、焼結体の空孔部分に新たに
金属酸化物が生成されて、基地中に分散する。なお、水
蒸気処理時に、焼結体の基地に固溶したクロム、モリブ
デン、バナジウム、タングステンにより基地の焼戻しに
よる軟化が遅帯され、基地の強靭な特性を維持できる。

本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材は、耐摩耗性
および潤滑性を要求される機械部品、すなわち摺接面を
有する機械部品に適用する。例えば、第１図で示すよう
に冷蔵庫などに用いられるロータリコンプレツサの構成
部品に適用する。図中１はシリンダ、２はロータ、３は
ベーンである。シリンダ１の内周面およびペーン３が挿
通する孔１ａと、ロータ２の外周面と、ペーン３の側面
が摺接面となり、夫々耐摩耗性と潤滑性が要求される。
なお、シリンダー１とベーン３、シリンダー１とロータ
２の各摺接面間には潤滑油が供給されるが不充分となり
やすい。このため、シリンダ１、ロータ２およびベーン
３を本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材で形成す
ると効果的である。

なお、シリンダ１、ロータ２およびベーン３は気密性を
要求されるが、本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部
材は金属酸化物が空孔を封じて気密性を有しているので
問題がない。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例について説明する。

重量比で粒度−３２５メツシユの黒鉛粉末０．５〜３％
及び、粒度−１００メツシユの黒鉛粉末０．８〜２％、
粒度−１００メツシユのステンレス鋼４１０(L)粉末５
〜５０％、残り粒−100メツシユの低合金鋼粉末（Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｍｏ）にステアリン酸亜鉛約１％を添加
し、Ｖミキサにて１０〜４０分混合して混合粉末を得
た。なお、ステンレス鋼４１０(L)粉末は、クロム１
１．０〜１３．５％、Ｍｎ１％以下、Ｓｉ１％以下その
他実質的に鉄で構成される。次いで、この混合粉末を約
３〜７トン／cm²の成形圧で加圧して、１０mm×１６mm
×５mmの板状の試験片を成形し、得られた成形体を露点
−２０℃以下の高純度水素雰囲気中、焼結温度１０５０
〜１１５０℃、１５〜４５分で焼結した。その後に得ら
れた焼結体に、過飽和水蒸気中にて蒸気圧約２kg／c
m²、温度約６００℃、時間３時間の条件で水蒸気処理を
施した。そして、この焼結体に対して次のような耐摩耗
試験を行なつた。回転するとリング片（ＳＣＭ−２１浸
炭焼入材）を焼結体を組合せ、２５kgを荷重をかけてす
べり速度３ｍ／minで２時間の試験を行なつた（潤滑条
件：試験前に油を薄く塗布し、その後は油を供給しない
境界潤滑条件）。比較材としてＳＵＪ−２鋼（試料
Ａ）、Ｆｅ−１．７Ｎｉ−１．５Ｃｕ−０．５Ｍｏ−
１．２Ｃで水蒸気処理を施した焼結体（試料Ｂ）及び金
属酸化物及び金属炭化物を含む焼戻しマルテンサイトで
なるＦｅ−Ｃｒ−Ｃ焼結体（試料Ｃ）を用いて同じ試験
を行なつた。その結果、摩耗量は、試料Ｂを基準にする
と本発明のものは約半分の摩耗量であつた。

なお、試料Ａは試料Ｂより摩耗量はやや大であり、試料
Ｃはやや少であつた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、耐摩耗性と自己潤
滑性に優れ、摩耗が大変小さな自己潤滑性を有する耐摩
耗性部材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の自己潤滑性を有する耐摩耗性部材の用途
例の一例であるロータリコンプレツサを示す断面図であ
る。１……シリンダ、２……ロータ、３……ベーン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比でクロム３〜１０％、炭素１〜５％
および不可避不純物と鉄からなり、実質的に焼戻しマル
テンサイトからなる基地組織中に、金属炭化物、金属酸
化物および遊離黒鉛が分散してなる焼結合金からなるこ
とを特徴とする自己潤滑性を有する耐摩耗性部材。
【請求項２】重量比でクロム３〜１０％、炭素１〜５％
およびモリブデン０．３〜５％、バナジウム０．２〜
１．５％、タングステン０．３〜３％、ニッケル０．５
〜５％、銅０．５〜５％を単独または複合で含有し、残
りが不可避不純物と鉄からなり、実質的に焼戻しマルテ
ンサイトからなる基地組織中に、金属炭化物、金属酸化
物および遊離黒鉛が分散してなる焼結合金からなること
を特徴とする自己潤滑性を有する耐摩耗性部材。