JPS5811502B2

JPS5811502B2 - 耐摩耗性鉄系焼結摺動部材

Info

Publication number: JPS5811502B2
Application number: JP9639079A
Authority: JP
Inventors: 遠藤弘之; 早坂忠郎; 池ノ上寛
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1979-07-28
Filing date: 1979-07-28
Publication date: 1983-03-03
Also published as: JPS5620144A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、高負荷で使用される摺動部材に好適な耐摩耗
性鉄系焼結材料に関するものである。

近時耐摩耗性材料の分野において、金属のマトリックス
中にそれよりも硬い相を分散させたいわゆる分散硬化型
合金が注目されている。

本発明はとくに高負荷での使用に耐える摺動部材用とし
て改良されたものであり、その組成は重量比で炭素が１
〜２．５％、銅が４．５〜１８％、錫が０．５〜２％、
リンが０．２〜１．５％、モリブデンが２．５〜１０％
、残部が鉄よりなる焼結合金で、パーライトの基地中に
それよりも硬い鉄炭化物、鉄−モリブデン炭化物、鉄−
リン化合物の３種の相が分散した組織を呈することを特
徴とするものである。

以下、本発明に係る合金の組成について詳細に説明する
。

炭素ニ一般に天然黒鉛の形で添加されるが、本発明にお
いてはその一部で鉄およびモリブデンとの炭化物を生成
させ、一部は遊離黒鉛として残存させてその固定潤滑作
用を利用するため、通常の鉄系焼結合金よりも多い１〜
２．５％を添加する。

添加量がこれより少ない場合は基地がフェライトになっ
て強度が著しく低下し、逆に２．５％以上の場合は混合
粉の偏析や見掛は密度の低下、成形性の劣化などの悪影
響を生じる。

なおこの様な組織を得るためには、後述する条件下に焼
結を行なうことが必要である。

銅および錫：共に鉄に拡散してその強度を向上させる効
果があり、且つ銅には基材の摺動特性を向上させる特徴
があるので、銅４．５〜１８％、錫０．５〜２％と、通
常より過剰に添加する。

配合に際しては単味の粉末を用いてもよいが、銅と錫の
液相生成温度が異なるため不均質になりやすいので、上
記の配合比となるように調合した合金粉を用いることが
望ましい。

なお添加量が過剰になると、液相の生成量もそれだけ多
くなり、焼結時の寸法変化率が大きくなる。

そこで製品所定の寸法精度を維持できるよう上限を定め
た。

リン：０．２〜１．５％添加するものであるが、鉄と反
応してＦｅＰ、Ｆｅ３Ｐ等の化合物を生成して硬化相を
形成子る。

０．２％以下の添加量では前記化合物の生成量が少なく
、且つ１．５％以上の添加は基地を脆（する結果となる
ので上記範囲を定めたものである。

これも鉄−リン母合金粉の形で添加するのが望ましいも
のである。

モリブデン：基地の強化ならびに鉄−モリブデン炭化物
による硬化相を形成して部材の耐摩耗性を向上させるが
、添加量が２．５％以下では所要の効果が得られず、一
方１０％以上添加してもその効果がほぼ飽和して差が生
じないうえ、モリブデンが高価なので上限を１０％とす
る。

これもリンの場合と同様に鉄−モリブテン母合金粉の形
で添加するのが望ましい。

前述した組織の焼結合金を得るためには、例えば水素、
分解アンモニアガスなどの還元性雰囲気中で１０３０〜
１１３０℃の温度範囲内で焼結を行なう。

この条件で焼結することによって基地との固着性の良い
鉄炭化物、鉄−リン化合物および鉄−モリブデン炭化物
が生成され、且つ、これらがパーライト地に分散した理
想的な組織となる。

１０３０℃以下の温度では炭素の拡散が不安定で基地が
フェライトになりやす（、強度が不足する恐れがある。

一方１１３０℃より高い場合は各添加成分の拡散が進行
して遊離黒鉛が残らず、且つ硬化相の硬さと基地のそれ
とのレベルが均一に近くなり、前述した分散硬化による
効果を失うことになる。

実施例先ずＦｅ−２５Ｐ合金粉２．５％（Ｐ単味に換算して０
．６３％）、ＦｅＦｅ−６Ｏ合金粉１０％（Ｍｏ換算６
％）、天然黒鉛２％、Ｃｕ−１０Ｓｎ合金粉１５％（Ｃ
ｕ換算１３．５％、Ｓｎ換算１．５％）残部はアトマイ
ズ鉄粉からなる混合物床に潤滑剤としてステアリン酸亜
鉛０．８％を添加して６ｔ／ｃｍ２の圧力で摩耗試験片
の所定の形状に成形し、分解アンモニアガス雰囲気中１
０６０℃で２０分間の焼結を行ない、得られた試験片（
焼結密度ニア、１グ／ｃ、ｔ）を試料■とした。

第１図は本発明に係る上記試料■の組織を示す顕微鏡写
真（Ｘ２００）である。

Ａで示す白く大きな部分は鉄−モリブデン炭化物、Ｂで
示す白（細長い部分は鉄炭化物（セメンタイト）Ｆｅ３
Ｃまたは鉄−リン化合物、Ｃで示す丸みを帯びた白い部
分は銅−錫今金相で、これらがパーライト地に分散して
いる状態がよ（わかる。

なお、Ｄで示す大きな黒い部分は、空孔または遊離黒鉛
である。

次に、これと比較のため、摺動部材に通常用いられてい
るチルド鋳鉄の試験片を作って試料■とし、また既存の
焼結合金Ｆｅ−１，５Ｃｕ−０，８Ｃ（焼結密度：６．
９？／ｃｎｉ）の試験片を作って試料■として耐摩耗性
の比較試験を行ない、その結果を第２図に示した。

摩擦摩耗試験番計雌滑状態で行なった。

その方式は第３図に概略を示すように、駆動軸３によっ
て矢印のように回転する特殊合金チルド鋳鉄製のディス
ク４（厚さ：５ｍｍ、直径：３０ｍｍ）が密閉容器１中
に垂直に支承され、その一部は潤滑油２（白スピンドル
油）中に浸漬されている。

そして試験片５（被試験試料）を所定の荷重Ｐで押し付
けながらディスク４を回転させ、試験片に生じる耗耗痕
の面積によって試料の耐摩耗性を評価するわけである。

試験の条件は、荷重Ｐを３２．４ｋｇ、ディスクの回転
数を３３７０ｒｐｍとした。

第２図のグラフから明らかなように、本発明に係る焼結
部材（試料■）は試験開始後１時間で約５ｍｍの摩耗痕
を生じているが、この初期摩耗期を過ぎた後は、摩耗に
対して極めて安定した状態にあることを示している。

これに対して、チルド鋳鉄（試料■）は３０分で１６−
−２．１時間で約２０−−２という大きな摩耗痕を生じ
、それ以後は比較的安定しているものの、耐摩耗性が試
料■よりも劣ることを示している。

一方、従来の焼結部材（試料■）は、■および■とは比
較にならないほど大きな摩耗を生じ、試験を１時間で中
断せざるを得なかった。

次に、試料■における各成分の割合と耐摩耗性との関係
を第１表に示す。

試験は大越式摩耗試験機を用い、周速１ｍ７秒で回転す
る３０φ×３のローター（材質ＳＣＭ４２０）に荷重６
．３に９で試料を押し付け、無潤滑で１００ｍ摩擦後の
摩耗量を求めたもので、前記の下限値以下では摩耗が急
増することを示している。

以上の結果が示すように本発明に係る焼結摺動部材は極
めて優れた耐摩耗性を備えているので、例えば自動車の
ロッカーアーム用タペット、その他苛酷な条件下に用い
られる摺動部材に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る焼結摺動部材（試料■）の組織を
示す顕微鏡写真、第２図は本発明に係る焼結摺動部材と
、従来の部材（試料■、■）との耐摩耗性を比較したグ
ラフ、第３図は耐摩耗性の試験方式を説明する概略図で
ある。１・・・・・・密閉容器、２・・・・・・潤滑油、３・
・・・・・駆動軸、４・・・・・・ディスク、５・・・
・・・試験片（被試験試料）。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量比で炭素が１〜２．５％、銅が４．５〜１８％
、錫が０．５〜２％、リンが０．２〜１．５％、モリブ
デンが２．５〜１０％、残部が鉄よりなる焼結合金で、
鉄を主成分とする基地中にそれよりも硬い鉄炭化物、鉄
−モリブデン炭化物、鉄−リン化合物の３種の相が分散
して組織を呈することを特徴とする耐摩耗性に優れた焼
結摺動部材。