JPH0798984B2

JPH0798984B2 - 耐摩耗性鉄基焼結合金

Info

Publication number: JPH0798984B2
Application number: JP23125986A
Authority: JP
Inventors: 義弘馬来; 真加納; 章藤木; 一郎谷本; 弘之遠藤; 寛池ノ上; 啓石井
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Resonac Corp
Priority date: 1986-10-01
Filing date: 1986-10-01
Publication date: 1995-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: JPS6389643A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、軽油を燃料とするディーゼル内燃機関のロッ
カーアームやタペットなどの、高面圧がかかり、カーボ
ンスーツが多量に混入し、且つ酸性物質による腐蝕が促
進されるオイル中の摺動部に使用した場合、優れた耐摩
耗性、馴染み性および耐腐蝕摩耗性を有する耐摩耗性鉄
基焼結合金に関するものである。

〈従来の技術〉近年、内燃機関に対する高速化および高出力化等の要求
に伴う内燃機関の動弁系部材の摩耗が問題となりつつあ
り、特にロッカーアームやカムシャフトの摺動部に対す
る耐久性の要求は極めて厳しいものとなっている。更に
ディーゼル内燃機関についていえば、排ガス対策として
EGR（エキゾースト・ガス・リサーキュレーション）の
装着を行った場合、エンジンオイル中への硬質なカーボ
ンスーツおよび酸性物質の混入量が増加し、動弁系部材
の摩耗が更に促進される。

従来、カムシャフトと摺動するロッカーアームはチル鋳
鉄製で、その摺動部にクロムメッキや自溶性合金の溶射
肉盛りなどの表面処理を施したもの、或いはFe-Cr-Ｃ系
の高合金粉末の圧粉体を液相焼結したものなどが使用さ
れている。

〈発明が解決しようとする問題点〉チル鋳鉄製ロッカーアームは耐ピッチング性、耐摩耗性
の点で問題があり、Crメッキのロッカーアームにはメッ
キ層の剥離の問題があり、溶射肉盛りロッカーアームに
はスカッフィングおよび相手カムシャフトへの攻撃性等
の問題点がある。また、Fe-Cr-Ｃ系焼結合金製ロッカー
アームの場合は、前記チル鋳鉄、Crメッキ、溶射肉盛り
製ロッカーアームに比べると良好な特性を示すことが多
いが、ディーゼル内燃機関に使用した場合は、特にカー
ボンスーツによる摩耗および腐蝕摩耗の点で特性を満足
できないのが現状である。

本発明は、先に特願昭61-54150号においてマトリックス
組織中に微細な炭化物と硼化物および／または炭硼化物
が均一に分散している内燃機関の摺動部材用耐摩耗性鉄
基焼結合金を開示した。この組成は、MoおよびＷのいず
れか１種または２種;5〜20wr％、Cr;2〜10wt％、Si;0.1
〜0.9wt％、Mn;0.7wt％以下、P;0.05wt％以下、C;0.1〜
0.8wt％、B;0.5〜2wt％、残部;Feおよび不純物、からな
ることを特徴としている。この材料をガソリン機関の動
弁系部材として使用した場合は良好な特性を示し問題を
生じないが、ディーゼル機関の動弁系部材と使用した場
合はC;0.1〜0.8wt％であるため腐蝕摩耗が生じるおそれ
がある。

〈問題点を解決するための手段〉本発明は、上記のような問題点を解消し、耐摩耗性、耐
蝕性が改善された耐摩耗性鉄基焼結合金及びそれを用い
たディーゼル内燃機関用動弁機構部材を提供せんとする
ものである。

即ち、この発明は、組成が、C;0.05wt％以下、Cr;2〜20wt％、MoおよびＷの
いずれか１種または２種;10〜30wt％、B;0.5〜2wt％、
残部；鉄および不可避不純物、からなることを特徴とす
る耐摩耗性鉄基焼結合金〔第１発明（特許請求の範囲第
１項に記載の発明）〕、組成が、C;0.05wt％以下、Cr;2〜20wt％、MoおよびＷの
いずれか１種または２種;10〜30wt％、B;0.5〜2wt％、
V;0.5〜8wt％、残部；鉄および不可避不純物、からなる
ことを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金〔第２発明（特
許請求の範囲第２項に記載の発明）〕としたものであ
る。

〈作用〉以下に本発明の成分組成を限定した理由を述べる。

C;一般にMo、Cr、Ｗ、Feなどと結合して炭化物を形成
し、また、その一部は固溶して硬さと強度を付与する
が、Ｃの添加は耐蝕性を極端に低下させるため、本発明
の場合はその含有量を0.05wt％以下と定めた。

Cr;Fe,Mo,Wなどとともに複硼化物形成して耐摩耗性を付
与し、また、その一部はマトリックス中に固溶して強化
するとともに焼戻し硬化能を高める作用があり、更に、
基地の耐蝕性を向上させる効果があるが、2wt％未満で
は所望の効果が得られず、一方、20wt％を超えて含有さ
せても、より一層の改善効果は認められない。

MoおよびW;成分中のFeやCrとともにＢと結合することに
より複硼化物を形成して耐摩耗性を付与し、また、その
一部はマトリックスに固溶して基地を強化するととも
に、焼戻し硬化能を高める作用があるが、それらのいず
れか１種または２種が10wt％未満では所望の効果が得ら
れず、また、30wt％を超えて含有させてもより一層の効
果は認められない。

B;成分中のMo、Ｗ、Cr、Feなどとともに複硼化物を形成
して耐摩耗性と馴染み性を付与するとともにマトリック
ス中に固溶して焼入れ性を改善する。更には焼結時に液
相を発生させることにより耐ピッチング性を改善させる
効果がある。このようにＢは本発明にとって必須の主要
成分であるが、0.5wt％未満ではその効果が認められな
い。また、2wt％を超えて含有させてもより一層の改善
効果が認められず、かえって複硼化物の粗大化が生じ、
相手材への攻撃性を増大し好ましくない。

不純物;MnおよびSiは、鉄合金粉末の製造において脱酸
剤および溶湯の湯流れを向上する目的で添加する元素で
あり、通常1wt％以下のSiおよび0.7wt％以下のMnが含ま
れている。本発明にも含んでいるが、耐摩耗性の向上に
重大な影響を及ぼさないため不可避不純物とした（以上
第１発明及び第２発明共通）。

V;マトリックス中に固溶して強化するとともに、焼戻し
硬化能を高める作用があり、更に、焼結時の結晶粒の粗
大化を防止する硬化がある。含有量が0.5wt％未満では
効果が認められず、また、8wt％を越えて含有させても
より一層の改善効果が認められないことから、添加する
場合にはその含有量を0.5〜8wt％とするのが望ましい
（第２発明）。

〈実施例〉原料粉末として、粒度−100メッシュのFe-Cr-Mo-Ｗ系ア
トマイズ合金粉でＶおよびＣを含むものと含まないも
の、夫々−325メッシュのFe-Mo合金粉、Fe-Ｗ合金粉、F
e-Cr合金粉と、−250メッシュのFe-Ｂ合金粉を準備し、
表１に示す最終成分組成になるように配合した。そし
て、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を1wt％加えて混合
し、この混合粉末を6tonf/cm²の圧力で成形し、得られ
た圧粉体を真空中で1150〜1250℃の温度にて60分保持し
て焼結し、そして焼結後に焼入れ焼戻しを行って本発明
（第１発明及び第２発明）に係る耐摩耗性鉄基焼結合金
１〜13および比較合金１〜５を作成した。

次いで、得られた発明合金および比較合金を夫々ロッカ
ーアームの、カムシャフトとの摺動部に用い、６気筒OH
Cディーゼルエンジンに組み込んだ。そして、相手材カムシャフト；チル鋳鉄エンジン回転数 ;600r.p.m. バルブスプリング圧；標準よりも14％アップ使用オイル ;10W-30 EGR率 ;40％運転時間 ;600時間の条件下で摩耗試験を行い、ロッカーアーム摺動部にお
ける摩耗量〔摩耗深さ（mm）〕および相手部材であるカ
ムシャフトの摩耗量〔摩耗深さ（mm）〕を各々測定し、
表１に示した。

また、比較のために従来材として、チル鋳鉄製ロッカー
アーム、Crメッキを施したロッカーアームおよびFe-12C
r-Ｃ系焼結合金製ロッカーアームについても同一条件で
摩耗試験を行った結果を表１に示した。

上記の表１から明らかなように、本発明の合金（No.1〜
13）は比較合金や従来材よりも摩耗量が極めて少ないこ
とがわかる。一方、比較合金の方は一部の組成が本発明
組成範囲を満足しない焼結合金としたので、その摩耗量
は本発明の合金よりも２〜６倍大きい値を示している。

なお、本発明合金のうち種類番号２、８、13はＶ（バナ
ジウム）を含むもので、第２発明に該当する。この種類
番号２、８、13はＶを含ませたことで、耐摩耗特性が更
に向上する。即ち、表１に示す如く、ロッカーアームの
摺動部に採用することにより総合摩耗量（mm）の値が0.
06〜0.08を示しており、他の種類が略0.1以上を示して
いるのに較べて耐摩耗特性が更に向上していることが判
る。従って、純正オイルを使用せずに廉価粗悪オイルを
使用した場合、バルブの高速追従性を高めるためにバル
ブのスプリング圧を増加させた場合、ディーゼルタクシ
ー車のように摩耗を促進させるアイドリング時間の長い
車種に適用された場合など、更に過酷な運転条件下にお
いて優れた効果を発揮するものである。

尚、以上の説明において、本発明に係る耐摩耗性鉄基焼
結合金をロッカーアームの摺動部に用いた例を示した
が、カムシャフトその他の動弁機構部材に用いても良
い。

〈発明の効果〉この発明は、以上説明してきた如き内容のものであっ
て、特にＣの含有量を低減させたことにより、耐蝕性に
優れた耐摩耗性鉄基焼結合金を得ることができるという
効果がある〔第１発明〕。

また、Ｖを所定量含有させたことにより耐摩耗性を更に
向上させた耐摩耗性鉄基焼結合金を得ることができると
いう効果がある〔第２発明〕。

また、耐蝕性に優れた第１発明の耐摩耗性鉄基焼結合金
を少なくとも他部材との摺動部分に用いれば、摺動部に
おける摩耗の少ないディーゼル内燃機関用動弁機構部材
を得ることができ、ディーゼル内燃機関自体の耐久性を
向上させることができるという効果がある。

更に、耐摩耗性を更に向上させた第２発明の耐摩耗性鉄
基焼結合金を少なくとも他部材との摺動部分に用いれ
ば、摺動部における摩耗が更に少ないディーゼル内燃機
関用動弁機構部材を得ることができ、ディーゼル内燃機
関自体の耐久性を向上させることができるという効果が
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤木章神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者谷本一郎神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者遠藤弘之千葉県我孫子市つくし野３丁目３−208 (72)発明者池ノ上寛千葉県松戸市常盤平３−26−３−102 (72)発明者石井啓神奈川県横浜市港南区芹が谷３丁目31−15 (56)参考文献特開昭59−31844（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−20401（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−2867（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】組成が、C;0.05wt％以下、Cr;2〜20wt％、
MoおよびＷのいずれか１種または２種;10〜30wt％、B;
0.5〜2wt％、残部；鉄および不可避不純物、からなるこ
とを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。
【請求項２】組成が、C;0.05wt％以下、Cr;2〜20wt％、
MoおよびＷのいずれか１種または２種;10〜30wt％、B;
0.5〜2wt％、V;0.5〜8wt％、残部；鉄および不可避不純
物、からなることを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。