JPS58130259A - 耐摩耗性および耐食性にすぐれたＦｅ基焼結合金 - 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】 この発明は、すぐれた耐摩耗性および耐食性を有し、さ
らになじみ性にもすぐれ、特にこれらの特性が要求され
る水中ポンプや、アルコール、アルコール含有ガソリン
、および変質燃料などの輸送用部材、並びにこれら燃料
の噴射用ポンプなどにおけるシールリングやロータなど
、さらにガソリン機関やジーゼル機関の排ガス再循環装
置の弁装置構造部材などとして使用するのに適したＦｅ
基焼結合金に関するものである。

従来、一般に、上記種類の各種ポンプの構造部材や、排
ガス再循環装置の弁装置構造部材などの製造には、その
使用環境条件から、耐摩耗性および耐食性を有し、かつ
なじみ性をも有する各軸の材料が使用されているが、こ
れらの材料は、必ずしも満足する特性を具備したもので
はなく、特に最近の各種装置の高性能化に伴うより苛酷
な使用条件に十分対応できる特性をもたないのが現状で
ある。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、各種ポ
ンプの構造部材や排ガス再循環装置の弁装置構造部材な
どの製造に適した材料な得べく研究を行なった結果、重
量％で、Ｃｒ：５〜２５％、Ｃ二０５〜１．２％、Ｎｉ
およびｃｏのうちの１種または２種：１〜２５％、　Ｎ
ｂ、　Ｔａ、　Ｚｒ、　　およびＴ１のうちの１種また
は２種以上：１−１５％を含有し、さらに必要に応じて
ＭＯおよびＷのうちの１種または２種二０３〜５．０％
を含有し、さらに必要に応じてＰ：０１〜２．０％、Ｂ
：０．０１〜１．０％、およびＳｉ、：０．１〜３．０
％のうちの１種または２種以上（ただし含量で５．０％
以下）を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組
成を有し、かつ素地中に金属炭化物と金属間化合物とが
均一に分散した組織を有するＦｅ基焼結合金は、すぐれ
た耐摩耗性と耐食性を有し、かつなじみ性にもすぐれ、
したがってとのＦｅ基焼結合金を上記の各種ポンプの構
造部材や排ガス再循環装置の弁装置構造部材などとして
使用した場合にすぐれた性能を発揮するという知見を得
たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成範囲を上記の通９に限定した理由を
説明する。

（ａｌ　　Ｃｒ Ｃｒ成分は合金に耐食性および耐酸化性を付与する目的
で含有されるが、その含有量が５％未満では所望の耐食
性および耐酸化性を確保することができず、一方２５％
を越えて含有させても前記の特性により一層の向上効果
は現われず、むしろ靭性に低下傾向が現われるようにな
ることから、その含有量を５〜２５％と定めた。

（ｂ）　　ｃ Ｃ成分には、その一部がＮｂ、　Ｔａ、　Ｔｉ、　Ｚｒ
、さらにＷ、Ｍｏと結合して素地中に均一に分散する金
属炭化物を形成し、もって合金の耐摩耗性を向上させる
ほか、残シの部分が素地に固溶して、これを強化する作
用があるが、その含有量が０，５％未満では金属炭化物
の量が少なすぎて所望の耐摩耗性を確保することができ
ず、一方１．２％を越えて含有させると、素地中への固
溶Ｃ量およびＣｒ炭化物の量が多くなシすぎて耐食性が
劣化するようになることから、その含有量を０．５〜１
．２％と定めた。

（ｃ）　　ＮｉおよびＣ。

これらの成分には、Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｚｒ、　Ｔｉ、　
さらにＭｏ。

Ｗと反応して素地中に均アに分散する硬質の金属間化合
物を形成し、もって合金の耐摩耗性およびなじみ性を向
上させると共に、共晶を形成して焼結性を改善し、さら
に素地に固溶して、素地の強化と耐食性の向上をはかる
作用があるが、その含有量が１％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方２５チを越えて含有させても
、よシ一層の向上効果は現われず、経済性をも考慮して
、その含有量を１〜２５％と定めた。

（ｄ）　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｚｒ、およびＴ１これらの成
分には、上記のようにＣと反応してきわめて硬質の金属
炭化物を形成するほか、Ｎ１゜Ｃｏ、さらにＭｏ、　　
Ｗとも反応して硬質の金属間化合物を形成し、もって合
金の耐摩耗性およびなじみ性を向上させるほか、Ｎｉ、
Ｃｏ、さらにはＭｏ、　Ｗと共晶を形成し、この結果比
較的低温で液相が発生するようになることから、合金の
密度が向上するようになる作用があるが、その含有量が
１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方１
５チを越えて含有させると靭性が低下するようになるこ
とから、その含有量を１〜１５％と定めた。

なお、これらの成分は、他の合金成分に比してＣとの反
応性が強く、優先的に炭化物を形成する特性をもつので
、その含有量を、式： ％式％） を満足するものとするのが望ましい。

（ｅ）　　ＭｏおよびＷ これらの成分には、素地に固溶して、これを強化するほ
か、　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｚｒ、および
１゛１と反応して硬質の金属間化合物を形成し、もって
合金を硬化させる作用があるので、さらに一段と高い強
度および硬さが要求される場合に必要に応じて含有され
るが、その含有量が０．３％未満では前記作用に所望の
向上効果が得られず、一方５％を越えて含有させると靭
性が低下するようになることから、その含有量を０．３
〜５．０％と定めた。

（ｆ）Ｐ、Ｂ、およびＳｉ これらの成分には、焼結性を改善して合金を高密度化し
、−もって耐食性をより一層向上させるほか、素地に固
溶して、これを一段と強化する作用があるので、これら
の特性が要求される場合に必要に応じて含有されるが、
その含有量が、それぞれＰ：０．１％未満、Ｂ：０．０
１％未満、およびＳに２０１％未満では、前記作用に所
望の向上効果が得られず、一方Ｐ：２チ、Ｂ：１％、お
よびＳｌ：３％、さらにＰ、Ｂ、およびＳｉの３成分を
含有する場合には含量で５チなそれぞれ越えて含有させ
ると、靭性および耐食性に劣化傾向が現われるようにな
ることから、その含有量を、それぞれＰ：０、１〜２．
０％、　　Ｂ　：　０．０１〜１．０　％、　Ｓｉ：　
０．１〜３％（ただしＰ十Ｂ＋ｓｉ：５．ｏチ以下）と
定めた。

つぎに、この発明のＦｅ基焼結合金を実施例により具体
的に説明する。

実施例 原料粉末として、いずれも粒度：　−２０Ｏｍｅｓｈの
Ｎｉ−Ｎｂ合金（Ｎｂ：５４％含有）粉末、Ｆｅ−Ｎｉ
−Ｎｂ合金（Ｎｉ：３５％、Ｎｂ：５２％含有）粉末、
Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｂ合金（Ｃｏ：　４５％、　Ｎｂ：　４
７％含有）粉末、　Ｆｅ　−Ｎｉ−Ｔａ合金（Ｎｉ：３
４％、Ｔａ：５３％含有）粉末、　Ｆｅ−Ｎｉ−Ｔｉ合
金（Ｎｉ：　３０　％、　Ｔｉ：６５％含有）粉末、　
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｚｒ合金（Ｎｉ−１０％。

Ｚｒ：　８２チ含有）粉末、同じくいずれも一１５０ｍ
ｅｓｈのＦｅ−Ｃｒ−Ｎｂ合金（Ｎｂ：　　８．１　％
、　Ｃ’ｒ　：　　１２．８チ含有）粉末、　Ｆｅ−０
ｒ−Ｎｂ合金（Ｎｂ　：　８．　Ｏ％、　Ｃｒ；５，５
％含有）粉末、　Ｆｅ−Ｃｒ合金（Ｃｒ：　１４　％含
有）粉末、　Ｆｅ−Ｃｒ合金（Ｃｒ：３１．３％含有）
粉末。

Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｂ合金（Ｃｒ：１１．５％、Ｎｂニア、
３％含有）粉末、同じ（−１００ｍｅｓｈのアトマイズ
鉄粉。

−ｌ　ＯＯｍｅｓｈのりん片状黒鉛、いずれも平均粒径
：３μｍのＮ１粉末、Ｃｏ粉末、　Ｍｏ粉末、およびＶ
７粉末、さらにいずれも粒度：　−２０ＯｍｅｓｈのＦ
、：：−Ｐ合金（Ｐ：２６．６％含有）粉末、Ｆｅ−Ｂ
合金（Ｂ：２０％含有）粉末、Ｆｅ−Ｓｉ合金（Ｓｉ：
４２％含有）粉末、Ｎ１−Ｐ合金（Ｐ：１２％含有）粉
末を用意し、これら原料粉末を、それぞれ第１表に示さ
れる配合組成に配合し、マイニュートミキサにて３０分
間混合した後、５〜６　ｔｏｎ／ｃＩ／Ｌの圧力にて圧
粉体に成形し、ついでとの圧粉体を真空炉にて１２４０
〜１３００℃の温度範囲内の所定温度に加熱して焼結し
、焼結後の冷却過程で１０００〜１０５０℃の温度範囲
内の所定温度から急冷し、引続いて５００〜５４０℃の
温度に２時間保持の条件で時効処理を施すことによって
、実質的に配合組成と同一の最終成分組成をもった本発
明焼結合金１〜３７および比較焼結合金１〜５をそれぞ
れ製造した。この結果得られた各種の焼結合金について
顕微鏡による組織観察を行なったところ。

本発明焼結合金１−７３７のすべてと、比較焼結合金１
〜４は、いずれも素地中に金属炭化物と金属間化合物が
均一に分散した組織をもつものであった。一方比較焼結
合金５は、原料粉末として、−１５０ｍｅｓｈのＦｅ−
Ｃｒ合金（Ｃｒ：　１２．６　％含有）粉末、　　−２
００ｍｅｓｈのＴｉＣ粉末、　　−１００ｍｅｓｈのり
ん片状黒鉛、および平均粒径：３μｍのＮ１粉末を使用
することによって、成分組成はこの発明のＦｅ基焼結合
金の成分組成範囲内にあるものの、素地中に金属間化合
物の形成がない点で組織上異る合金としたものである。

また比較焼結合金１〜４は、構成成分のうちのいずれか
の成分含有量（第１表に※印で表示）がこの発明の範囲
から外れた組成をもつものである。

ついで、これらの焼結合金について、耐摩耗試験および
耐食試験を行なった。

耐摩耗試験は、ｌ０ＩＩＸＩＯ朋Ｘ３０關の寸法をもっ
た試験片を用い、この試験片に、直径：３０、、φ×厚
さ：５關の５ＵＳ４２０（硬さ：　ＨＲＣ５０）製回転
リングな面圧：６に９／ｃｄで押しあて、３％Ｈ７Ｏ含
有の劣化ガソリン中で、前記回転リングを２０００ｒ、
ｐ、ｍ、の回転数で回転させ、２０Ｇ時間経過後の前記
試験片における摩耗深さを１ｌ１１１定することによシ
行なった。

また、耐食試験は、温度；３５℃、湿度　９５チの雰囲
気中に、２０時間放置後の錆発生状況を観察することに
よシ行ない、錆発生なしを＠印、わずかに錆発生あシを
Ｏ印、相当量の錆発生あシをＸ印でそれぞれ評価した。

これらの結果を密度と共に第１表に示した。

第１表に示される結果から、本発明焼結合金１〜３７は
、いずれもすぐれた耐摩耗性および耐食性を有するのに
対して、成分組成がこの発明の範囲から外れた比較焼結
合金１〜４、および成分組成はこの発明の範囲内にある
が、金属間化合物の形成がない点で組織上異る比較焼結
合金５は、耐摩耗性および耐食性のうちの少なくともい
ずれかの性質が劣ったものになっている。

上述のように、この発明のＦｅ基焼結合金は、すぐれた
耐摩耗性と耐食性を兼ね備え、がっ々じみ性にもすぐれ
ているので、特にこれらの特性が要求される各種ポンノ
のシールリングやロータなど、さらには各種内燃機関の
排ガス再循環装置における弁装置部材や水中摺動部材な
どとして用いた場合に、苛酷な条件下での実用に際して
も、きわめて長期に亘ってすぐれた性能を発揮するので
ある。

出願人　　三菱金属株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｃｒ：　５〜２５％、　　Ｃ：　０．５〜１
   ．２％、ＮｉおよびＣＯのうちの１種または２種：１〜
   ２５％、　Ｎｂ　。 Ｔａ、　Ｚｒ、およびＴ１のうちの１種または２種以上
   ＝１〜１５チを含有し、残シがＦｅと不可避不純物から
   なる組成（以上重量％）を有し、かつ素地中に金属炭化
   物と金属間化合物とが均一に分散した組織を有すること
   を特徴とする耐摩耗性および耐食性にすぐれたＦｅ基焼
   結合金。
2. （２）　　Ｃｒ：　５〜２５％、　　Ｃ：　０．５〜１
   ．２％、　ＮｉおよびＣｏのうちの１種または２種：１
   〜２５％、Ｎｂ。 Ｔａ、　Ｚｒ、およびＴ１のうちの１種または２種以上
   ：１−１５％を含有し、さらにＭＯおよびＷのうちの１
   種または２種：０．３〜５．０　％を含有し、残シがＦ
   ｅと不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有し、
   かつ素地中に金属炭化物と金属間化合物とが均一に分散
   した組織を有することを特徴とする耐摩耗性および耐食
   性にすぐれたＦｅ基焼結合金。
3. （３）　　Ｃｒ：　５〜２５　％、　Ｃ：　０．５〜１
   ．２％、ＮｊおよびＣｏのうちの１種または２種＝１〜
   ２５％、Ｎｂ。 Ｔａ、　Ｚｒ　、およびＴ１のうちの１種または２種以
   上：１〜１５％を含有し、さらにＰ：０．１〜２０％。 Ｂ：Ｏ，Ｏｌ　〜１．０％、およびＳｉ：　０．１〜３
   ．０　％のうちの１種または２種以上（ただし含量で５
   ．０　％以下）を含有し、残シがＦｅと不可避不純物か
   らなる組成（以上重量％）を有し、かつ素地中に金属炭
   化物と金属間化合物とが均一に分散した組織を有するこ
   とを特徴とする耐摩耗性および耐食性にすぐれたＦｅ基
   焼結合金。
4. （４）　　Ｃｒ：　５〜２５　％、　Ｃ：　０．５〜１
   ．２％、　Ｎｌおよびｃｏのうちの１種または２種：１
   〜２５％、Ｎｂ。 Ｔａ、　Ｚｒ、およびＴｉのうちの１種または２種以上
   ＝１〜１５チを含有し、さらにＭＯおよびＷのうちの１
   種または２種：０３〜５．０％と、Ｐ：０１〜２０％、
   Ｂ：Ｏ○１〜１．０％、およびＳｉ：０．１〜３０チの
   うちの１種または２種以上（ただし含量で５．０％以下
   ）を含有し、残シがＦｅと不可避不純物からなる組成（
   以上重量％）を有し、かつ素地中に金属炭化物と金属間
   化合物とが均一に分散した組織を有することを特徴とす
   る耐摩耗性および耐食性にすぐれたＦｅ基焼結合金。