JPS5811762A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐摩耗性に優れた鉄基焼結合金製摺動部材に関
する。

例えば内燃機関のカム、タペット、オイルポンプのハウ
ジング等の苛酷な使用条件下で使用される摺動部品の材
料は耐摩耗性に優れていることが要求され、従来からチ
ル鋳鉄や合金鋳鉄に熱処理を施して少なくとも摺動表面
層を硬化させたものが使用されている。ところが、一般
の鋳造品は寸法精度が良好ではなく、切削加工を施さね
ばならないが、上記の鋳鉄は被剛性が良好でなく、加工
コストが嵩むという問題点を有している。

粉末冶金法によって製造される焼結体は寸法精度が良好
で、歩留りも高く、内在する気孔の故に良好な保油性を
備えているところから、焼結合金は機械部品の材料とし
て広く使用されるようになってきており、耐摩耗性を改
善するために種々の合金元素を添加した鉄基焼結合金が
試みられているが、苛酷な使用条件の下ではその耐摩耗
性はチル鋳鉄や耐摩耗合金鋳鉄のそれには及ばない。ま
た鉄鋼材料の耐摩耗性を改善する有効な手段として窒化
処理があるが、焼結合金は内在する気孔のために窒化の
進行が速く、窒化用鋼のように窒素との親和力が強いア
ルミニウムやクロムを鉄基焼結合金に含有させると、窒
化処理に際して膨張を起して寸法変化が大きくなるので
、これらの合金元素を含有させることができない。その
ため充分な硬さを有する窒化層が得られず、窒化処理に
よる鉄基焼結合金の耐摩耗性改善には大きな効果を期待
することができない。

本発明は上記のような問題点を解消し、寸法精度の良好
な焼結合金製であって、耐摩耗性の改善された摺動部材
を提供することを目的としており、炭素０３〜２，０％
、銅３〜１０％、残部が実質的に鉄からなる鉄基焼結合
金を母材とし、少なくとも摺動表面にγ’（Ｆｅ４Ｎ）
相を主体とする窒化層を有することを特徴とする摺動部
材に関する。

発明者は研究の結果、銅を含有する鉄基焼結合金に窒化
処理を施すことにより、γ’　（Ｆｅ４Ｎ’）相が多量
に生成され、最表層部にはγ′相と共にε（Ｆｅ２〜３
Ｎ）が多量に生成された窒化層が形成されて耐摩耗性が
著しく改善されることを見出した。

本発明に於ける窒化処理はガス窒化又はガス軟窒化が好
適である。ガス窒化又はガス軟窒化によれば、焼結合金
中に存在する気孔の中に雰囲気ガスが侵入して充分な深
さの窒化層が形成される。

イオン窒化法では表面下の気孔内壁から窒化させること
ができず、表面からのみの窒化となるので溶製材に於け
る窒化と同様に極めて浅い窒化層しか形成されない。ま
た塩浴窒化法では窒化処理後に気孔内に侵入した塩浴の
除去が困難であって、孔の存在による良好な保油性が害
われる。

本発明摺動部材の母材の化学組成について言えば、炭素
が０．３％未満では、焼結合金の組織が大部分軟質のフ
ェライトとなって機械的強度が不足し、２．０％を超え
ると遊離セメントイトが多くなって脆化するようになる
ので、その含有量を０３〜２０％の範囲とするのが良い
。

銅は前記のようなγ′相を主体とする窒化層を形成させ
るために必須の元素であって、これが３％未満ではγ′
相の生成が少ないか或は生成されず、耐摩耗性改善の効
果が不充分であり、１０％を超えると焼結合金の組織中
にＣｕ相が多くなって、機械的強度が著しく低下するよ
うになるので、その含有量は３〜１０％の範囲とするの
が良い。特に好ましい範囲は５〜８％である。

炭素及び銅以外の合金元素としては、モリブデン、バナ
ジウム、チタン及びニオブが焼結合金母材の機械的強度
の改善と、窒化層の硬さを上昇させて、耐摩耗性の一層
の改善に有効である。

次に実験例について説明する。

一１００メツシュの噴霧鉄粉、天然黒鉛粉、−３２５メ
ツシユの電解銅粉、−３２５メツシユのカーボニルニッ
ケル粉を第１表に示すように配合し、これに潤滑剤とし
てステアリン酸亜鉛１％を添加して混合し、金型中で５
ｔ／ｃｌＩｌ−の圧縮圧で圧縮成形して圧粉体とした。

次いでこれら圧粉体に露点−３０℃以下のアンモニア分
解ガス雰囲気中で１１５０℃に６０分間加熱の焼結を行
って焼結体とした。第１表中試料Ｃ及びＤが本発明摺動
部材の母材である。

試料Ｅは銅と同様に鉄基焼結合金の機械的強度を改善す
る作用を有するニッケルを銅に替えて配合した対比材で
ある。なお、同表には配合成分の分析値が併記しである
。

第　　１　　表 これらの焼結体をアンモニアガスとＲ，Ｘガスとを体積
比で等量混合してなる混合ガス雰囲気中で５７０℃に２
時間加熱のガス軟窒化処理を施し、以下の試験を行った
。

Ｘ線回折試験 表面及び表面から０．３　ｍｍ表面層を研削除去した位
置についてＸ線回折を行い、生成相の種類を確認したと
ころ、第２表及び第３表に示す結果が得られた。第２表
は薬面の、第３表は表面から０．３ｍｍの深さの位置に
ついての試験結果を夫々示す。

表中γ′はＦｅ、Ｎ、εはＦｅ２−３Ｎ１ζは、Ｆｅ２
Ｎ１αはフエライト、γはオーステナイトを夫々表わし
、◎印は多Ｉ−に検出されたことを、○印は少量ではあ
るが検出されたことを、Ｘ印は検出されなかったことを
夫々示す。

第　　２　　表 第　　３　　表 画表からいずれも表面ではε相が多量に存在するが、γ
′相は銅を含有するものにのみ検出され、０、３　ｍｍ
の深さの位置共に僅か乍らγ′相が存在し、５％又は７
％の銅を含有する本発明材Ｃ又は■）では上記いずれの
位置でもγ′相が多量に存在することが判る。また銅に
替えてニッケルを含有させた試料Ｅではγ′相が存在し
ないのみならず、耐摩耗性を損なう作用を有するオース
テナイトが多量存在し、多量のニッケルの含有は本発明
の目的に沿わないことが判る。

硬さ試験 表面から内部へ向って２００ｇの荷重でマイクロビッカ
ース硬さを測定し、硬さの変化を求めたところ、第１図
に示す結果が得られた。図から本発明材Ｃ及びＤは表面
から０．８　ｎ＋ｎ＋の深さ迄の範囲で他のいずれの対
比材に比べても高い硬さを示しており、耐摩耗性に優れ
ることが理解できる。

摩耗試験 前記試料Ａ−Ｅ及び従来の摺動部材として鋳鉄ＦＣ３０
を冷し金を使用して強制チルさせて製作した試料につい
て大鏡式迅速摩耗試験機を使用して摩耗試験を行った。

試験条件は以下の通りである。

最終荷重：　６．３　ｋｇ、摩擦速度＝　１．１４ｍ／
ｓｅｃ、摩擦距離：　６００ｍ、潤滑油：６０℃のモー
ターオイル＃３０を１滴／ｓｅｃ供給、相手ローター材
：　）ＩＲＣ３０の硬度を有するクロムモリブデン鋼Ｓ
ＣＭ４３５゜試験結果は第２図に示す通りである。図か
ら銅を含有することによって鉄基焼結合金の窒化層は耐
摩耗性が著しく改善され、特に本発明に係る摺動部材は
従来のチル鋳鉄よりも更に摩耗量が少なくなっており、
優れた耐摩耗性を有することが判る。なお、銅と同様に
機械的強度を改善する作用を有するニッケルを銅に替え
て含有させても耐摩耗性の改善は僅少である。

以上説明したように、銅を含有する鉄基焼結合金に窒化
処理を施してなる本発明摺動部材は、窒化用鋼のように
アルミニウムやクロムを含有させる必要がなく、窒化処
理に際して著しい寸法変化を起すことがないので、粉末
冶金法の特徴である良好な寸法精度を備えており、その
上窒化層中にその硬度を高めるγ’（Ｆｅ、Ｎ）相を多
量に含有し、更に焼結合金特有の気孔の存在による良好
な保油性を備えているので苛酷な使用条件下でも・優れ
た耐摩耗性を示し、工業上の利用価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は窒化層の表面から内部に向っての硬さの変化を
示すグラフ、第２図は大鏡式迅速摩耗試験機による摩耗
試験の結果を示すグラフである。 出願人　株式会社リケン 第１図 ４２命４１らの深２．７．輻 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素０．３〜２０％、銅３〜１０係、残部が実質的に鉄
   からなる鉄基焼結合金を母材とし、少なくとも摺動表面
   にγ’　（Ｆｅ４Ｎ　）相を主体とする窒化層を有する
   ことを特徴とする摺動部材。