JPH07829B2 - Titanium sliding material - Google Patents
Titanium sliding materialInfo
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- JPH07829B2 JPH07829B2 JP21363885A JP21363885A JPH07829B2 JP H07829 B2 JPH07829 B2 JP H07829B2 JP 21363885 A JP21363885 A JP 21363885A JP 21363885 A JP21363885 A JP 21363885A JP H07829 B2 JPH07829 B2 JP H07829B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は摺動材料に関するものであり、さらに詳しく述
べるならばチタン(Ti)を摺動材料として使用する際に
充たすべき材質的要件を提案するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a sliding material, and more specifically, proposes material requirements to be satisfied when titanium (Ti) is used as a sliding material. To do.
チタンはその比強度が高い特性を利用して各種構造用材
料、特に航空機の構造材料として用いられている。チタ
ン材料の用途、性質を概観した文献としては日本金属学
会報第19巻、第7号、第220頁−第228頁、同第16巻、第
12号、第829頁−第834頁がある。Titanium is used as a structural material for various structures, particularly as a structural material for aircraft, by utilizing its high specific strength. Literatures that outline the applications and properties of titanium materials include the Japan Institute of Metals, Vol. 19, No. 7, pp. 220-228, pp. 16, 16
No. 12, 829-834.
構造用材料以外としてチタンが工業的に使用されている
分野として、TiC、TiN等を超硬材料もしくは高速度鋼へ
のコーティング材料として用いる技術がある。この技術
では超硬材料の靱性を損なうことなくTiC等をCVD法でコ
ーティングし、形成されたTiC皮膜の耐摩耗性により工
具寿命を延長することが主として狙われている。この分
野における技術の改良はめざましく、TiN、Ti(CN)を
用いる方法、蒸着、PVD、イオンプレーティング法など
が次々と工業化されている。As a field in which titanium is industrially used as a material other than the structural material, there is a technology of using TiC, TiN or the like as a coating material for a super hard material or high speed steel. This technique is mainly aimed at coating TiC and the like by the CVD method without impairing the toughness of the superhard material and extending the tool life by the wear resistance of the formed TiC film. Technological improvements in this field have been remarkable, and methods using TiN and Ti (CN), vapor deposition, PVD, ion plating, etc. have been industrialized one after another.
上述の従来技術の進展とは相反して、チタンを摺動材料
として使用することは殆んど実現化されていない。この
点は、アルミニウム、銅、鋼などの工業材料が組成の調
節により相手材に適合した耐摩耗性および焼付性等を具
備し、広く摺動材料として使用されているのと対照的で
ある。Contrary to the above-mentioned progress of the prior art, the use of titanium as a sliding material has hardly been realized. This point is in contrast to industrial materials such as aluminum, copper, and steel, which are widely used as sliding materials, because they have wear resistance and seizure properties suitable for the mating material by adjusting the composition.
特公昭50-1686号公報には、約50at%Ti、残部NiなるTi-
Ni合金のNiの一部をFe、Mo、Co、Cr、Ta、Nb、Wの1種
以上で置換した合金をクランクシャフト、コンロッド、
シリンダ、ライナ、クラッチ板、バルブ、シールリン
グ、ポンプのスリーブ等に使用すると、耐焼付性、耐摩
耗性、なじみ性および相手材への非攻撃性にすぐれた性
能が得られることが述べられている。この公報にはチタ
ンは酸化摩耗から溶融摩耗に移行し易いが上述のごとく
Fe等を添加することによりすぐれた摺動特性が得られる
との知見が認められる。上記公報より公知となる合金は
Tiに多量の合金元素を添加することにより摺動特性を向
上する技術に基づいて成立したものである。In Japanese Patent Publication No. 50-1686, about 50 at% Ti, the balance Ni is Ti-
An alloy in which a part of Ni in the Ni alloy is replaced with at least one of Fe, Mo, Co, Cr, Ta, Nb, and W is a crankshaft, connecting rod,
It is stated that when it is used for cylinders, liners, clutch plates, valves, seal rings, pump sleeves, etc., it has excellent performance in seizure resistance, wear resistance, conformability and non-aggressiveness against mating materials. There is. In this publication, titanium easily transitions from oxidative wear to melt wear.
It is recognized that the addition of Fe or the like can provide excellent sliding characteristics. The alloys known from the above publication are
It was established based on the technology of improving sliding characteristics by adding a large amount of alloying elements to Ti.
摺動材料に要求される基本的特性に、耐摩耗性、耐焼付
性および低摩擦性がある。これらの性質は相手材および
使用部材により大いに影響されるために、相手材および
使用部材を特定して以下具体的に説明する。The basic properties required of sliding materials are wear resistance, seizure resistance, and low friction. Since these properties are greatly influenced by the mating material and the used member, the mating material and the used member will be specifically described below.
内燃機関のピストンリング摺動材料の相手材は鋳鉄もし
くはアルミニウム合金製シリンダである。周知の如くピ
ストンリングにはクロムメッキした鋳鉄が主に使用され
ている。この技術分野においてもエンジンの高速回転お
よび高負荷の趨勢にともなってピストンリングの摺動性
能の向上が強く要求され、それにも増してエンジンの軽
量化のためにシリンダのAl化が検討され、アルミニウム
を相手材とした摺動材料の開発が重大な課題となってい
る。The counterpart material of the piston ring sliding material of an internal combustion engine is a cylinder made of cast iron or aluminum alloy. As is well known, chrome-plated cast iron is mainly used for piston rings. In this technical field as well, there is a strong demand for improvement in the sliding performance of the piston ring with the trend of high-speed engine rotation and high load. The development of sliding materials that are used as mating materials has become a serious issue.
ロータリーコンプレッサのベーン用摺動材料の相手材は
シリンダ側の鋼またアルミニウム合金である。鋼製シリ
ンダを相手材として摺動するベーンには高Si−アルミニ
ウム合金が現在のところ最良の摺動特性を発現する。一
方、アルミニウム合金製シリンダを相手材として摺動す
るベーンについては焼入炭素鋼もしくは合金鋼が現在の
ところ最良の摺動特性を発現する。なお、近年ロータリ
ーコンプレッサのシリンダにAl2O3繊維入りアルミニウ
ム複合材料が使用されているが、摺動材料の耐摩耗性不
足の問題が起こりつつある。The mating material of the sliding material for the vanes of the rotary compressor is steel or aluminum alloy on the cylinder side. High-Si-aluminum alloys currently exhibit the best sliding properties for vanes that slide against steel cylinders. On the other hand, regarding vanes that slide against an aluminum alloy cylinder, hardened carbon steel or alloy steel presently exhibits the best sliding characteristics. In recent years, aluminum composite materials containing Al 2 O 3 fibers have been used in the cylinders of rotary compressors, but the problem of insufficient wear resistance of sliding materials is emerging.
上記した摺動材料と相手材の組み合わせは永年の技術経
験により得られた最良のものであるが、相手材をアルミ
ニウム合金としさらに摺動材料をチタンとすることがで
きれば、チタンの高比強度特性を活かした軽量機器が実
現されることとなる。また、摺動材料軽量化に伴なって
摺動中に振動、打音、異音発生の抑制効果も期待でき
る。さらに相手材を鋼もしくは鋳鉄とする従来のアルミ
ニウム摺動材料をチタンに代替できると、アルミニウム
よりチタン高比強度であるために同様に軽量化が可能に
なる。The above combination of the sliding material and the mating material is the best one obtained through many years of technical experience, but if the mating material can be an aluminum alloy and the sliding material can be titanium, the high specific strength characteristics of titanium A lightweight device that takes advantage of In addition, as the weight of the sliding material is reduced, it is possible to expect an effect of suppressing vibration, hammering, and abnormal noise during sliding. Further, if titanium can be used as a substitute for the conventional aluminum sliding material whose counterpart material is steel or cast iron, the weight can be similarly reduced because the titanium has a higher specific strength than aluminum.
ところが、純チタンおよびチタン合金は摩耗量が多くか
つ相手材に対して短時間でかつ低荷重下で焼付いてしま
うので従来の摺動材料を代替することができない。However, since pure titanium and titanium alloy have a large amount of wear and seize against the mating material in a short time under a low load, conventional sliding materials cannot be substituted.
而して、本発明は次の構成要件の組み合わせより成立す
るものである。Thus, the present invention is realized by the combination of the following constituents.
材料構成 窒化表面処理されたチタン材料。窒化表面処理とはチタ
ン材料の表面を窒素含有媒体中で加熱処理することを指
す。かかる処理によってチタン材料の表面に窒素が侵入
し、該表面が硬さの高い含窒素物質に転換される。チタ
ン材料とは主成分もしくは不純物を除く全成分がチタン
である圧延材、鍛造材、鋳造材、押出材、焼結材、クラ
ッド材、その他のソリッド材を指す。Material composition Titanium material with nitrided surface treatment. The nitriding surface treatment refers to heat treatment of the surface of the titanium material in a nitrogen-containing medium. By such treatment, nitrogen penetrates into the surface of the titanium material, and the surface is converted into a nitrogen-containing substance having high hardness. The titanium material refers to a rolled material, a forged material, a cast material, an extruded material, a sintered material, a clad material, or any other solid material whose main component or all components except impurities are titanium.
上記のように材料構成を限定したのは、チタン材料の主
成分もしくは全成分をTiとすることによって軽量、比強
度大とのTiの利点を活かし、かつソリッド材の表面を含
窒素領域に転換して強固な硬質層とし、すぐれた摺動表
面とするためである。The material composition was limited as described above, by using Ti as the main component or all components of the titanium material, the advantages of light weight and high specific strength of Ti were utilized, and the surface of the solid material was converted to the nitrogen-containing region. This is to form a strong hard layer and an excellent sliding surface.
窒化表面処理法としては900〜1000℃の温度で大気圧のN
2ガス中でチタン材料を30分以上、好ましくは10時間以
下、加熱する方法を採用することができる。かかる温
度、圧力および雰囲気ガスは適宜変化させてもよく、特
に雰囲気ガスは所望の硬質表面層形成を妨げない範囲で
N2以外のガスを含有してもよい。硬質層の厚さは10〜10
0μm、特に40〜70μmであることが好ましい。なお、
上記温度でのTi加熱により強度の低下は認められなかっ
た。As a nitriding surface treatment method, N at atmospheric pressure at a temperature of 900 to 1000 ° C is used.
A method of heating the titanium material in 2 gases for 30 minutes or more, preferably 10 hours or less can be adopted. Such temperature, pressure and atmospheric gas may be changed appropriately, and in particular, the atmospheric gas is within a range that does not prevent the formation of a desired hard surface layer.
It may contain a gas other than N 2 . Hard layer thickness is 10 to 10
It is preferably 0 μm, particularly preferably 40 to 70 μm. In addition,
No reduction in strength was observed by heating Ti at the above temperature.
相手材構成 Al-Si合金、繊維強化Al合金および鋳鉄。Al-Si合金は多
量にSiを含有する耐摩耗性Al合金であって、一般的Si含
有量は13%以上、典型的Si含有量は15〜20%である。こ
のAl合金は第二、第三の添加元素を含んでもよい。繊維
強化Al合金はAl2O3、SiO2、SiC等の繊維(ヤーン形態、
チョップ形態、ウイスカ形態)により強化されたAl合金
である。マトリックスとなるAl合金はJIS-H4000、H520
2、H5302等に記載される公知のものである。繊維の一般
的含有量は3〜30vol%、典型的含有量は5〜15vol%で
ある。相手材の構造形状等は従来技術で説明したとうり
であるが、必ずしもこれに限定されない。摺動構造をど
のように構成するかは本発明の対象ではないためより詳
細な説明はしない。鋳鉄はねずみ鋳鉄、白鋳鉄、球状黒
鉛鋳鉄、合金鋳鉄、可鍛鋳鉄等を指す。Counterpart material composition Al-Si alloy, fiber reinforced Al alloy and cast iron. The Al-Si alloy is a wear resistant Al alloy containing a large amount of Si, and the general Si content is 13% or more, and the typical Si content is 15 to 20%. This Al alloy may contain second and third additive elements. Fiber reinforced Al alloys are fibers such as Al 2 O 3 , SiO 2 and SiC (yarn form,
It is an Al alloy strengthened by chop form and whisker form. Matrix Al alloy is JIS-H4000, H520
2, the publicly known one described in H5302 and the like. Typical contents of fibers are 3 to 30 vol%, typical contents are 5 to 15 vol%. The structural shape of the mating member is the same as described in the related art, but is not necessarily limited to this. How to configure the sliding structure is not the subject of the present invention and will not be described in more detail. Cast iron refers to gray cast iron, white cast iron, spheroidal graphite cast iron, alloy cast iron, malleable cast iron, etc.
上述のように相手材構成を限定したのは、およそ摺動特
性は相手材を特定しなければ無意味であり、本発明者等
の実験によりすぐれた摺動特性が得られた相手材以外は
発明外とすべきと考えたからである。As described above, the reason for limiting the mating material structure is that the sliding characteristics are meaningless unless the mating material is specified, and other than the mating material for which excellent sliding characteristics have been obtained by experiments by the present inventors. This is because I thought it should be outside the invention.
性質構成 高耐摩耗性および低摩擦性(以下、総称して「摺動性」
という)。チタン材料はかなりの合金元素を添加しても
摺動性がすぐれないとの宿命があった。尤もTiがチタン
材料の主成分とは言えないほど多量の合金元素を添加す
ればある程度良好な摺動性が得られるであろうが、Tiの
もっている利点が活用できなくなる。本発明はTiの利点
を活かしつつ摺動性を改良することを意図するものであ
るから、摺動性を発明の構成として限定した。摺動性を
定量的かつ一般的に表現することはできないので、この
表現の代りに各種摺動材と対比して一般的に表現する方
法により摺動性を述べるならば本発明の摺動性は焼入軸
受鋼と同等以上のものである。特記すべき点は本発明の
摺動性はオイルが少なく境界潤滑となる摺動条件下で一
段とすぐれた性能を発揮するという点である。これはカ
ークーラー用コンプレッサ、ピストンリング等のオイル
消費が厳しく制限されつつある摺動部材において特に有
利な結果をもたらす。Properties Composition High abrasion resistance and low friction (hereinafter collectively referred to as "sliding property")
That). There was a fate that titanium materials did not have excellent slidability even if a considerable amount of alloying elements were added. However, if Ti is not a main component of titanium material and a large amount of alloying elements are added, good sliding property may be obtained to some extent, but the advantage of Ti cannot be utilized. Since the present invention intends to improve slidability while taking advantage of Ti, slidability is limited as a constitution of the invention. Since the slidability cannot be quantitatively and generally expressed, instead of this expression, if the slidability is described by a method that is generally expressed in comparison with various sliding materials, the slidability of the present invention is described. Is equal to or higher than hardened bearing steel. The point to be noted is that the slidability of the present invention exhibits a much better performance under sliding conditions in which there is little oil and boundary lubrication is performed. This has particularly advantageous results in sliding parts whose oil consumption is being severely limited, such as car cooler compressors and piston rings.
上記構成を組み合わせることによる作用は次のとうりで
ある。The operation of combining the above configurations is as follows.
チタン材料をAl-Si合金またはFRM-Al合金と組み合わせ
ることによりロータリーコンプレッサ等を装置の軽量化
が図られ、さらに窒化表面処理されたチタン材料を用い
ることによって焼入軸受鋼製摺動材料よりすぐれた摺動
性も実現される。鋳鉄の相手材として従来一般に用いら
れていた合金鋳鉄摺動材料をチタン材料に代替すること
によっても同様に軽量化が達成され、またすぐれた摺動
性も実現される。By combining titanium material with Al-Si alloy or FRM-Al alloy, the weight of rotary compressor etc. can be reduced, and by using titanium material with nitrided surface treatment, it is superior to hardened bearing steel sliding material. Sliding property is also realized. By substituting the titanium alloy for the alloy cast iron sliding material that has been generally used as the counterpart material of cast iron, the weight reduction is achieved and the excellent sliding property is also realized.
本発明が本発明完成に至るまでに行なった実験の概要を
説明する。各種摺動材料の特性測定は以下の条件で行な
った。The outline of the experiment performed until the present invention is completed will be described. The properties of various sliding materials were measured under the following conditions.
(1) 試験機−ピンディスクタイプ試験機 (2) 荷重−15kgf(一定) (3) 潤滑法−冷凍機油(1容量部)対軽油(9容量
部)の混合油:パッド給油 (4) 相手材−Al-17%Si-5%Cu-0.5%Mg(T6処理
材);ねずみ鋳鉄(Hv230);Al系FRM(Al2O3‐SiO2系繊
維15容量%および残部Al−3%Cu-0.5%MgのAl合金) (5) 試験時間−60分 供試材および測定特性は以下の第1表−第3表のとうり
であった。(1) Testing machine-Pin disk type testing machine (2) Load-15kgf (constant) (3) Lubrication method-Fluid oil (1 volume part) to light oil (9 volume parts) mixed oil: Pad lubrication (4) Opponent material -Al-17% Si-5% Cu-0.5% Mg (T 6 treatment material); gray cast iron (Hv230); Al-based FRM (Al 2 O 3 -SiO 2 fiber 15 volume% and the balance Al-3% Cu-0.5% Mg Al alloy) (5) Test time-60 minutes The test materials and the measurement characteristics are as shown in Tables 1 to 3 below.
第1表に示された結果について本発明者は次のように考
案した。 The present inventor devised the results shown in Table 1 as follows.
チタン(表面処理なし)はSi含有Al合金に対する摩耗係
数が高くかつ耐摩耗性が低い。この原因はSi含有Al合金
中の初晶Si粒子が硬くかつチタンを削りとるためである
と考えられる。Titanium (without surface treatment) has a high wear coefficient and low wear resistance for Si-containing Al alloys. It is considered that this is because the primary crystal Si particles in the Si-containing Al alloy are hard and the titanium is scraped off.
窒化鋼および焼入れ軸受鋼の特性はチタン(表面処理な
し)よりすぐれている。換言するとチタンは窒化鋼また
は焼入軸受鋼を代替するほどすぐれた性能を備えておら
ない。これら鋼材のすぐれた特性は初晶Si粒子が鋼材を
削り取る傾向がその硬さにより抑制されていることによ
ると考えられる。The properties of nitrided and hardened bearing steels are superior to those of titanium (without surface treatment). In other words, titanium does not have the performance to replace nitrided steel or hardened bearing steel. It is considered that the excellent properties of these steel materials are due to the tendency of the primary crystal Si particles to scrape off the steel material due to their hardness.
窒化鋼と焼入軸受鋼を比較すると、後者の特性が明らか
にすぐれており、この原因は摺動材料の硬さの値のみで
なく硬い部分がどのように摺動部材に存在しているかに
あると考えられる。Comparing nitriding steel and hardened bearing steel, the latter characteristic is clearly superior.The cause is not only the hardness value of the sliding material but also how the hard part exists in the sliding member. It is believed that there is.
TiC(CVD)被覆鋼は表中で最高の硬さを有する材料であ
り、またTiC(CVD)被覆鋼の耐摩耗性は表中最高のもの
の一つとなっている。TiC(CVD)被覆鋼の摩擦係数は窒
化鋼と焼入軸受鋼の中間となっている。かかるTiC(CV
D)被覆鋼の特性については、上述のように摺動材料表
面が初晶Si粒子により削られる傾向の大小により耐摩耗
性に限っては推論することができる。ところが摩擦係数
については摺動表面硬度が窒化鋼および焼入軸受鋼より
はるかに高いにもかかわらず、これらより劣る結果がTi
C(CVD)被覆鋼で得られている。よって、摩擦特性の良
否は摺動材料表面組成により影響されていると考えられ
る。上記特性を総合的に評価するとCVD-TiCは焼入軸受
鋼に代えて工業的に採用しうる魅力に乏しいと言うべき
である。TiC (CVD) coated steel is the material with the highest hardness in the table, and the wear resistance of TiC (CVD) coated steel is one of the highest in the table. The friction coefficient of TiC (CVD) coated steel is between that of nitrided steel and hardened bearing steel. Such TiC (CV
D) The properties of the coated steel can be inferred only for wear resistance due to the magnitude of the tendency of the sliding material surface to be abraded by primary Si particles as described above. However, regarding the friction coefficient, even though the sliding surface hardness is much higher than that of nitrided steel and hardened bearing steel, the result is inferior to these results.
Obtained with C (CVD) coated steel. Therefore, it is considered that the quality of the friction characteristics is influenced by the surface composition of the sliding material. Comprehensively evaluating the above properties, it should be said that CVD-TiC is not attractive enough to be industrially adopted as a substitute for hardened bearing steel.
次に、TiN(PVD)被覆鋼は、摩擦係数が最低のものの一
つになっているが、耐摩耗性は窒化鋼と焼入軸受鋼の中
間となっている。この原因は上記考案により自ずから明
らかとなり、摺動材料表面がTiNであることが低摩擦係
数を実現している原因であり、また硬度が2300(Hv)と
TiC(CVD)より低いために相応の耐摩耗性となっている
原因であると考えられる。Next, TiN (PVD) coated steel has one of the lowest friction coefficients, but its wear resistance is between that of nitrided steel and hardened bearing steel. The cause of this is clarified by the above-mentioned invention, and the fact that the surface of the sliding material is TiN realizes the low friction coefficient, and the hardness is 2300 (Hv).
Since it is lower than TiC (CVD), it is considered to be the cause of the appropriate wear resistance.
最後に窒化表面処理チタンは低摩擦性と低摩耗量がバラ
ンスしており、これらがバランスした現用材料である焼
入軸受鋼をしのぐ性能を有している。この原因も上記考
案より自ずから明らかとなる。唯、TiN(PVD)およびTi
C(CVD)被覆鋼と窒化表面処理チタンを比較して特性の
異同を考える場合、表面層(皮膜)の特性に特に着目す
る必要がある。すなわち窒化処理は、CVD-TiCより硬さ
がかなり低いにもかかわらず耐摩耗性が同等であるの
は、基材の上に硬質層(皮膜)が形成されている場合よ
りも基材自体の表面が硬質に変化している場合の方が耐
摩耗性が良好となるとの理由により説明される。また、
TiNが表面に存在する場合であっても基材の上にTiNが存
在しているPVD-TiNよりも基材自体の表面がTiNに変化し
ている窒化の方が耐摩耗性が良好になるとの説明ができ
る。さらに、窒化処理はPVD-TiNとCVD-TiCの利点のみを
選択できる方法であるとも言える。Finally, the nitrided surface-treated titanium has a balance between low friction and low wear amount, and has a performance that surpasses the hardened bearing steel that is the current material in which these are balanced. The cause of this is also apparent from the above invention. Yui, TiN (PVD) and Ti
When comparing the properties of C (CVD) coated steel and nitrided surface-treated titanium and considering the differences in properties, it is necessary to pay particular attention to the properties of the surface layer (coating). In other words, the nitriding treatment has substantially the same wear resistance as the hardness of CVD-TiC, although the wear resistance is equivalent to that of the base material itself, compared to the case where a hard layer (coating) is formed on the base material. This is explained because the wear resistance is better when the surface is changed to be hard. Also,
Even if TiN is present on the surface, if the nitriding in which the surface of the substrate itself is changed to TiN has better wear resistance than PVD-TiN in which TiN is present on the substrate, Can be explained. Furthermore, it can be said that nitriding is a method that can select only the advantages of PVD-TiN and CVD-TiC.
第2表は第1表と同じ供試材を用い相手材をねずみ鋳鉄
とした場合の測定特性を示す。 Table 2 shows the measurement characteristics when the same test material as in Table 1 was used and the mating material was gray cast iron.
第2表の測定特性は第1表のものと絶対値の差があるも
のの供試材の種類によって第1表とほぼ同様の傾向の特
性変化を示している。但し,相手材がねずみ鋳鉄である
ことによる特有の傾向としては、窒化表面処理チタンの
耐摩耗性が供試材中最大となっている点が注目される。The measured characteristics in Table 2 have a difference in absolute value from those in Table 1, but show the same characteristic change as in Table 1 depending on the type of test material. However, it is noteworthy that the wear resistance of titanium nitride surface-treated titanium is the highest among the test materials as a unique tendency due to the fact that the mating material is gray cast iron.
相手材であるねずみ鋳鉄の組織は片状グラファイトがパ
ーライトおよびフェライトマトリックス中に分散してお
り、少量の遊離セメンタイトがマトリックス中に分散し
た組織であった。かかる組織は、多量の初晶Siがマトリ
ックス中に分散しており、硬質粒子(初晶Si)の占める
割合が多いAl-Si合金と比較すると、硬質粒子の存在割
合が比較的少ないという特色を有している。The structure of the counterpart material, gray cast iron, was flake graphite dispersed in pearlite and ferrite matrix, and a small amount of free cementite dispersed in the matrix. Such a structure is characterized in that a large amount of primary crystal Si is dispersed in the matrix, and the proportion of hard particles is relatively small as compared with an Al-Si alloy in which the proportion of hard particles (primary crystal Si) is high. Have
また相手材の硬さ(Hv230)はチタン(表面処理なし)
の硬さ(Hv200)と大差はない。The hardness of the mating material (Hv230) is titanium (no surface treatment).
It is not much different from the hardness (Hv200).
このような相手材の組織および硬さ上の特色に基づいて
第2表に示される傾向を考察すると次のようになる。Considering the tendencies shown in Table 2 based on the characteristics of the mating material and the characteristics of hardness, it is as follows.
チタンは比較的軟質であるねずみ鋳鉄に対して摺動特性
的に相性が悪い金属である。すなわち、ねずみ鋳鉄の硬
さはマクロ的には軟いためにチタンを削りとりうる硬質
相の量は少ないにもかかわらず硬質相によりチタンが摩
耗させられている。Titanium is a metal that has a poor compatibility with gray cast iron, which is relatively soft, in terms of sliding characteristics. That is, since the hardness of gray cast iron is macroscopically soft, titanium is abraded by the hard phase although the amount of the hard phase capable of scraping titanium is small.
第3表は第1表と同じ供試材を用い相手材をAl系FRMと
した場合の測定特性を示す。 Table 3 shows the measurement characteristics when the same test material as in Table 1 was used and the counterpart material was Al-based FRM.
第3表の測定特性は第1表のものと絶対値の差があるも
のの供試材の種類によって第1表とほぼ同様の傾向の特
性変化を示している。但し、相手材がAl系FRMであるこ
とによる特有の影響としては摩擦係数および摩耗量が供
試材中最低になっていることに注目される。The measured characteristics in Table 3 have a difference in absolute value from those in Table 1, but show characteristic changes with a tendency similar to that in Table 1 depending on the type of test material. However, it is noteworthy that the friction coefficient and the amount of wear are the lowest among the test materials as the peculiar effects of the counterpart material being Al-based FRM.
相手材であるAl系FRMは硬質の繊維を多量に含有してい
るから、硬質相が多い相手材に対して窒化表面処理チタ
ンがすぐれた摺動特性を示し、また硬質相が多いほど他
の材料との摺動特性の差異が大きくなることが明らかで
ある。Since the Al-based FRM, which is the mating material, contains a large amount of hard fibers, the nitrided surface-treated titanium shows superior sliding characteristics to the mating material that has many hard phases. It is clear that the difference in sliding characteristics with the material becomes large.
本発明者はPVD法またはCVD法によってはチタンは摺動材
料として実用化できないことを上記以外にも多くの実験
により確認し、チタンの窒化法をその他の可能性ある手
段の中から選択したものである。検討した手段の中には
TiN、TiN-TiC等の焼結材料がある。これらの材料はおそ
らく強度が低いという原因によるものと思われるが摺動
材料として使用した時に、耐摩耗性が不良となる結果が
得られた。その他の手段としては合金元素の添加があ
る。チタンはAl,V等の添加により100kg/mm2以上の抗張
力となることは良く知られている。しかしこのような抗
張力増大に伴なう高強度化によっては特性は全く改良さ
れなかった。The present inventor confirmed by many experiments other than the above that titanium could not be put to practical use as a sliding material by the PVD method or the CVD method, and selected the titanium nitriding method from other possible means. Is. Some of the tools we have considered
There are sintered materials such as TiN and TiN-TiC. It is considered that these materials are probably due to their low strength, but when they were used as sliding materials, the result was that abrasion resistance was poor. Another means is addition of alloying elements. It is well known that titanium has a tensile strength of 100 kg / mm 2 or more when Al, V, etc. are added. However, the properties were not improved at all by the increase in strength accompanying the increase in tensile strength.
さらにピンディスクタイプ試験機を使用し、下記試験条
件で焼付荷重の測定を行なった。Further, using a pin disk type tester, the seizure load was measured under the following test conditions.
試験条件 周速−15m/SEC 荷重−40kgfから20分毎に40kgf漸増 潤滑−軽油1容量部対冷凍機油9容量部 相手材−Al-Si合金(18%Si-4.5%Cu-0.5%Mg) 結果を次表に示す。Test conditions Peripheral speed −15 m / SEC load −40 kgf gradually increases from 40 kgf to 40 kgf every 20 minutes Lubrication − 1 part by volume of light oil to 9 parts by volume of refrigerator oil Mating material − Al-Si alloy (18% Si-4.5% Cu-0.5% Mg) The results are shown in the table below.
〔発明の効果〕 本発明はチタンを摺動材料として使用できるようにする
材質的要件を見出したものであるので、チタンの用途を
拡大するとともに、従来の摺動材料以上の摺動性を実現
するために、産業の発展に貢献するところが大である。 [Advantages of the Invention] The present invention has found material requirements that enable titanium to be used as a sliding material, and thus expands the applications of titanium and realizes slidability superior to that of conventional sliding materials. In order to do so, it largely contributes to the development of industry.
Claims (3)
は鋳鉄とし、該相手材に対して摺動するチタン材料の表
面が窒化処理されていることを特徴とする高耐摩耗性、
低摩擦性チタン摺動材料。1. A high wear resistance, characterized in that the mating material is an Al-Si alloy, a fiber reinforced Al alloy or cast iron, and the surface of a titanium material sliding against the mating material is nitrided.
Low friction titanium sliding material.
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のチタ
ン摺動材料。2. The titanium sliding material according to claim 1, wherein the nitrided surface-treated depth is 10 to 100 μm.
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
記載のチタン摺動材料。3. The titanium sliding material according to claim 1 or 2, wherein the hardness of the nitrided surface treatment layer is Hv1300 to 2500.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21363885A JPH07829B2 (en) | 1985-09-28 | 1985-09-28 | Titanium sliding material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21363885A JPH07829B2 (en) | 1985-09-28 | 1985-09-28 | Titanium sliding material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6274065A JPS6274065A (en) | 1987-04-04 |
| JPH07829B2 true JPH07829B2 (en) | 1995-01-11 |
Family
ID=16642466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21363885A Expired - Fee Related JPH07829B2 (en) | 1985-09-28 | 1985-09-28 | Titanium sliding material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07829B2 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5514882B2 (en) | 2006-06-06 | 2014-06-04 | グレイン プロセシング コーポレーション | Animal litter, method for preparing animal litter, and method for removing animal waste |
-
1985
- 1985-09-28 JP JP21363885A patent/JPH07829B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP5514882B2 (en) | 2006-06-06 | 2014-06-04 | グレイン プロセシング コーポレーション | Animal litter, method for preparing animal litter, and method for removing animal waste |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6274065A (en) | 1987-04-04 |
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