JPS5831385B2 - コウケツゴウタンカチタンフクゴウタイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は焼結した鋼結合炭化チタン複合体およびその複
合体を製造する方法に関し、また前記複合体から製造さ
れる機械要素であって、横破壊強度が犬で、熱衝撃に耐
え、衝撃力に耐え、耐摩耗性が強いなどいくつかの改良
された性質を併せ持つていることを特徴とする硬化耐摩
性機械要素に関するものである。

ロータリ内燃エンジンの発達は自動車業界に多大の関心
を呼び起しており、そして大きな自動車会社が近い将来
このようなエンジンで動く自動車を街頭に出そうとする
徴候が見えてきた。

しかし乍ら、このようなエンジンの使用を成功させるに
ついては、工業界は幾多の問題に直面している。

たとえば、今日までの多額の費用を掛けた試験によれば
、ロークリエンジンの苛酷な要求に対してはより改良さ
れた複雑微妙なシール材料が必要であることが指摘され
ている。

非常に重要で且つ決定的なエンジン部品は、エンジンハ
ウジング内のトロコイド軌跡の形状をした種々の区画を
、回転するピストンの側で密封するのに役立つアペック
スシール（頂部シール）である。

これらのシールは熱や酸化にさらされ、また摩擦ですり
減るので、少なくとも１６万キロメートルの運転に耐え
る耐久力と信頼性を示すことが出来なくてはならず、ま
た、摩滅に対する所望の抵抗力およびそれに似た抵抗力
を得ることができるように、高温における酸化と腐蝕に
対する抵抗力、高い横破壊強度、衝撃力に対する強い抵
抗力、良好な減摩性（すなわち低い滑り摩擦を有するこ
と）などの要求さ７れる物理的と化学的性質を兼ね具え
ていることを示さなければならない。

更にまた、シール材はふつうクロームや゛エルニシル（
Ｅｌｎｉｓｉｌ ）”（商標）のような耐摩耗材で被覆
し７たエンジンのトロコロイダル状の表面に対しても適
合性を示さなければならない。

エルニシルはニッケルを電気メッキして作ったマトリッ
クスに炭化珪素の微細な粒子を重量比で約５％一様に分
散させた被覆用複合体である。

アペックスシールに適したものとして提案された焼結鋼
結合炭化チタン工具鋼複合体は、体積比で約４５％の王
たる炭化チタン微粒子を、残余の重量比で約１０％のク
ロームと３％のモリブデンと０．８５％の炭素と残り鉄
とを含む鋼のマＩ−１）ツクスに分散させた複合体であ
る。

この複合体は非常に期待の持てる実験結果を示している
が、開発技術者からのより強い要求により、従来より以
上に熱衝撃に強く、トロコイダル状のエンジン室内にお
いてより低い滑り摩擦を有し、したがってより摩滅に強
く、その上衝撃力に対しより強くまた横破壊強度が高い
といったようなより改良された物理的性質を示す材料を
開発することに特に重点が置かれるようになってきた。

また工具や部品製造業者は、加熱頭付はダイス、スウエ
ジングダイス、鍛造ダイス、ダイス鋳型工具その他の高
温加工および衝撃の加わる応用例において遭遇する、歪
や熱衝撃や衝撃力や熱および摩耗などに耐えられる、よ
り新しく且つより良い材料を常に探し求めてきた。

これらの要求は先と同じように、常温又は高温における
改良された物理的特性を有し、特に熱衝撃に対する改良
された耐性と相俟って衝撃力に対する改良された耐性お
よび改良された横破壊強度を有する鋼結合炭化チタン材
利に対する非常に強い必要性を生み出してきた。

我々は、合金成分の１つで僅かではあるが非常に効果的
な成分を鋼結合炭化物の鋼マトリックスに加えれば、色
々な性質の希望する組合せが非常に改良され、上記の諸
目的を叶えることができることを見出した。

本発明は単に前記の複合体の改良に適用できるだけでな
く、焼結した鋼結合炭化チタン複合体を作るのに用いら
れる鋼マトリックスの相当広い範囲のものに適用できる
。

本発明の目的は、物理的性質特にロックウェル硬度、横
破壊強度および減摩特性の改良された焼結した鋼結合炭
化チタン複合体を提供することにある。

本発明の他の１つの目的は、改良されたロックウェル硬
度、横破壊強度および減摩特性を特徴とする焼結硬化し
た鋼結合炭化チタン複合体から作られた耐摩耗性を有す
る機械要素を製造商品として提供するにある。

本発明の更に他の目的は焼結した鋼結合炭化チタン複合
体の性質を向上させる方法を提供するにある。

以上の目的およびはかのいくつかの目的は、後述の説明
および添付の図面からより明確に分るであろう。

大まかに云えば、本発明の一つの態様は、ロックウェル
硬度、横破壊強度および減摩材としての性質の改良され
た組合せを特徴とする焼結した鋼結合炭化チタン複合体
であって、重量比で約１５％ないし６０％の主たる炭化
チタン粒子を、実質的に残余を占め金相学的にはオース
テナイトの複混合生成物（たとえはパーライト、ベイナ
イト或いはマルテンサイト）であり且つ非常に僅かでは
あるが前記の２つの性質を実質的に改良するに足る量で
ある０、１％ないし１．２５％のミツシュメタルを含ん
でいるマトリックスに分散させた複合体である。

焼結した鋼結合炭化チタン複合体における遊離グラファ
イトを晶粒生成するのに僅かの量のセリウム（Ｏから０
．１％）を加えることはすでに知られている（米国特許
第３７２０５０４号参照）。

我々は前述の０．１％ないし１．２５％のミツシュメタ
ルを用いることにより、グラファイトを実質的に含まな
い複合体において予期していなかった好結果を得られる
ことが分った。

我々の考え方は鋼結合炭化チタン複合体の広い範囲に適
用できる。

例を挙げると、米国特許第２８２８２０２号（前記特許
と同じ譲受人に譲渡されている）には、熱処理可能な鋼
マＩ−ＩＪラックス分散した実質的に炭化チタンから成
る主たる粒子を含む炭化チタン工具鋼複合体が示されて
いる。

好ましい鋼マトリックスは重量比で約１％ないし６％の
クローム、６％までのモリブデン、約０．３抄ないし０
．８％の炭素、および残りは実質的に鉄を有するもので
ある。

典型的な鋼結合炭化チタン複合体は、重量比で３％のク
ローム、３％のモリブデン、０．６％の炭素および残り
は主として鉄から成る実質的にグラファイトのない鋼の
マトリックスに、重量比で３３％の炭化チタンをその主
炭化物粒子の形で分散して含んでいるものである。

鋼は、粉末冶金法、すなわち粉末炭化チタン（主炭化物
粒子）をたとえば前記の組成の鋼を形成する粉末成分と
混合し、その混合物を型に入れプレスして（たとえば２
．３トン／ ｃＡ ）塑形を形成し、ついでその塑形を
非酸化状態たとえば真空中で液相焼結する粉末冶金法を
用いて製造するのが好ましい。

ここにいう゛王炭化物粒子″とはその複合体を作るにあ
たって直接加えられる炭化チタン粒子それ自体であり熱
処理によって実質的に影響を受けない粒子を含めて意味
するものである。

先に示した特許にしたがって例えば重量比で３３％の炭
化チタン（容積比で約４５％）と残余が実質的に鋼のマ
トリックスとを含む炭化チタン工具鋼複合体を製造する
場合は、５００グラムの炭化チタン（大きさは約５ミク
ロンないし７ミクロン）がステンレス鋼のボールを約半
分まで満たしたボールミルの中で１０００グラムの鋼形
成成分と混ぜ合わされる。

粉末成分に対しては１００グラムについて１グラムのパ
ラフィンワックスが加えられる。

粉砕は約４０時間続けられ、賦形剤としてヘキサンが用
いられる。

粉砕が完了すると、その混合物は取り出され、乾燥され
、希望する形に固められた塑形は約２．３トン／ａｒｔ
でプレスされ、次いて水銀柱で２０ミクロンまたはそれ
以下の真空中で約１４５０’Ｃで３０分かけて液相焼結
が行われる。

焼結が完了したらその塑形は冷却され、次いで約９００
℃で２時間焼鈍を行ってから１時間約１５℃の割合で１
００℃まで冷却し、そのあと炉は室温まで冷却されて回
転楕円形をしたパーライトを含む焼鈍された微細構造が
得られる。

焼鈍された硬度はロックウェルで約４５であり、そして
この高炭素工具鋼は硬化前ならばどんな形の工具にもま
た機械の部品にも加工され或いは研磨することができる
。

硬化処理は機械加工された試別をオーステナイト化する
温度約９５５°Ｃで約１５分間加熱してから油または水
で急冷して行われ、ロックウェル硬度的７０が得られる
。

前記の典型的な複合体は成る程度の経済的な成功を収め
たが、しかしある不利益な点を有していた。

たとえばダイス材料として摩擦によって熱が生じるよう
な条件下で使用されるとき、あるいは使用されている金
属が予備加熱されてから使用されるような場合には、焼
戻しが過ぎてダイス鋼が軟化する傾向があった。

それに加えて、温度の急上昇あるいは急冷却を避けるよ
うに注意しないと、複合体で出来ている一部に熱による
割目が生じることもあった。

更に、また、横破壊強度も、大抵の用途には一応は耐え
たが、希望する程は高くなく、その値はふつう１５．８
ないし１９．４トン／房の範囲内にあった。

前記の複合体はまた摩擦係数（滑り摩擦）が非常に大き
い値を示した。

鋼結合炭化物の他の型は米国特許′第３６５３９８２号
（これも同じ譲受人に譲渡されている）に示されている
もので、典型的な市販用の複合体は、重量比で約３４．
５％の主炭化チタンを実質上残余を占める鋼マｌ−’
ＩＪクス中に分散したものである。

鋼のマトリックスはマトリックス自体の基準にして重量
比で１０％のクロームと、３％のモリブデンと、０．８
５％の炭素と、残りの実質上の鉄を含んでいる。

この鋼結合炭化物は、先に説明した低クロームのｌのも
のとは異なって、約５３８°Ｃで焼戻しをすることがで
き、従って特にロークリピストンエンジンたとえばワン
ケルエンジンにおける耐摩耗アペックスシール細片とし
て用いられるときに、前記の温度において充分高い硬度
を保持することができる。

鋼７トリツクス複合体は、成分の範囲がクロームが約６
％から１２％、モリブデンが約０．５％から５％、炭素
が約０．６％から１．２％、タングステンが約５％まで
、バナジウムが約２％まで、ニッケルが約３％まで、コ
バルトが約５％まで、鉄が実質上残りを占めている。

しかし乍らこの複合体は、先に述べた複合体と同じよう
に、熱衝撃を受は易く、そして横破壊強度は約１５．８
〜１９．４トン／澹の範囲である。

これに加えて、この複合体は滑り摩擦係数が大きい。

もう一つの鋼結合炭化物複合体は米国特許第３３６９８
９１号に余すところなく示されている。

典型的な複合体は重量比で３３．２％の炭化チタント残
余は１８％のニッケル、８．５％のコバルト、４．７５
％のモリブデン、１％のチタンと残りが鉄である鋼マト
リックスとから成っている。

マトリックスは、まず最初に約７６０’Ｃないし１１０
０°Ｃから空気で冷すことによって溶体化処理を行って
、マトリックス中に軟マルテンサイトｉｈ織を有するこ
とを特徴とする微細構造を作ることによって硬化される
。

そのあとで、炭化物粒子を囲んでいるマトリックスは約
２６００Ｃ〜６５０°Ｃで約３時間加熱することによっ
て熟成硬化される。

標準的な熟成硬化温度は約４８３℃である。

前述の説明をまとめると、マトリックスは広く次の組成
のいずれからか選択することができる。

（Ａ） 重量比で約１％から６％のクロームと、約６
％までのモリブデンと、約２％までのバナジウムと、約
３％までのコバルトと、約２％までのニッケルと、約０
．３％から０．８％までの炭素と、残余の実質的な鉄と
を含むマｌ−ＩＪラックス（Ｂ） 重量比で約６％か
ら１２％のクロームと、約０．５％から５％のモリブデ
ンと、約０．６％から１．２％の炭素と、約５％までの
タングステンと、約２％までのバナジウムと、約３％ま
でのニッケルと、約５％までのコバルトと残余の実質的
な鉄とを含むマトリックス、 （０） 重量比で約１０％から３０％のニッケルと、
約０．２％から９％のチタンと、約５％までのアルミニ
ウムであって前記チタンとの合計が約９％を超えない範
囲のアルミニウムと、約０．１５％以下の炭素と、約２
５％までのコバルトと、約１０％までのモリブデンと、
残りの少なくとも５０％の実質的な鉄とを含んだマトリ
ックスであって、しかしてマｌ−１）ツクスを構成して
いる前記金属は、ニッケルの量が１０％かう２２％の範
囲内にありアルミニウムとチタンの合計が約１．５％以
下のときは、モリブデンとコバルトの量はおのおの少く
とも約２％あり、またニッケルの量が約１８％から３０
％の間にありモリブデンの量が約２％以下のときは、ア
ルミニウムとチタンの合計は１．５％以上になるように
配分されている高ニッケル合金で構成されるマトリック
ス。

我々は前記の鋼結合炭化チタン複合体の鋼マトリックス
に極く僅かではあるが効果的なミツシュメタルを添加す
ることによってマトリックスの幾つかの性質が顕著に改
善されることを見出した。

ミツシュメタルはセリウム土類の混合物たとえばセリウ
ムとランタンの混合物から作られる合金である。

この添加合金を作るにあたって、セリウム土類は塩酸で
処理することによって塩化物に変えられる。

ついでこれらの塩化物は溶融した塩化カルシウムとよく
混合し、クラファイトのるつぼに入れる。

この混合物はその溶融塩槽に大電流を通して電気分解を
行い、約５０％のセリウムと４５％のランタンと残余の
他の稀土類金属を含む合金ミツシュメタルが作られる。

他の稀土類金属はセリウムとランタンあるいはそのいず
れかと等価と考えられる。

先に述べたように、鋼マトリツクス中における少量では
あるが効果的なミツシュメタルの量は約０．１％から１
．２５％の範囲である。

特に好ましい成分範囲は０．１２５％から１％まであり
、更により好ましいのは約０．２％から０．８％の範囲
である。

鋼マトリックスに対する添加物としてのミツシュメタル
の重要性の例として、次の例を挙げておく。

実施例 １ 重量比で３４．５％の炭化チタンを残余の鋼マトリック
スを含む鋼結合複合体について一連の試験が実施された
。

鋼マトリックスは１０％のクロームと２．９％のモリブ
デンと０１８５％の炭素と残り鉄を含んでいる。

この紐取のものがミツシュメタルを含まないものと、そ
れぞれ０９１％、０．２％。

０．３％、０．４％と０．５％を入れたものとについて
作られた。

鋼結合炭化チタン複合体を作るにあたって、約６９０グ
ラムの５ないし７ミクロンの炭化チタンが、約６９０グ
ラムの先述のマトリックス複合体の鋼を形成する成分と
、ステンレス鋼ポールを約半分穴れた粉砕機の中で混合
される。

この粉末成分に対しては混合物１００グラムについてパ
ラフィンワックス１グラムが加えられる。

粉砕は約４０時間行われ、賦形剤としてヘキサンが用い
られる。

前記混合物はミツシュメタルの色々の割合で入れた場合
について繰返し用いられた。

粉砕が完了すると、その混合物は取り出され、乾燥され
、１．０５トン／ｃｒｒＨの圧力で試験片に固められ、
その固められた梨型は水銀柱約２０ミクロンの真空中に
おいて約１４６５℃で約３０分間液相焼結が行われる。

この塑性は焼結に引続いて１０９３℃から油中で急冷さ
れ、それから５２５℃で約１時間、５１０℃で約１時間
二重焼戻しを行うことによって熱処理された。

試験片は気孔率の試験が行われ、横破壊強度の値が求め
られた。

次に得られた結果です。

組成（１）は多孔性を示したが、組成（２）と（６）の
気孔率は極めて小さかった。

気孔率が減少するとそれに伴なって横破壊強度が顕著に
改善される。

ミツシュメタルが約０．１％減少すると横破壊強度は少
くとも３０％以上増大する。

鋼のマｌ−ＩＪソックス少なくとも０．１２５％のミツ
シュメタルを含むことが望ましい。

前記の組成のものは硬化された状態においてすべて鋼マ
トリツクス中にマルテンサイト組織が見られた。

横破壊強度は厚さ５．０８ｍｖｂ±０．２５ｍｍ、横幅
６．３５關±０．２５間、長さは最小１９．１關の矩形
の試別について決定された。

試料は１４．３ｍｍはなれて置かれた直径３．１８ｍｍ
±０．０３ｍｍの焼結した炭化タングステンの２本の棒
の上に梁のように支持される。

それからその支持された試別の中央に試別が破壊が起る
まで鍾りをを載せてゆき、そして梁についての計算式を
用いて横破壊強度が計算された。

実施例 ２ 試験は更に、重量比で５０％の炭化チタンと、ミツシュ
メタルのある場合とない場合の残余の鋼マｌ−ＩＪラッ
クスを含む複合体についても行われた。

その組成と試験結果は次の表２に示しである。

この表から判るように、複合体は含有する炭化チタンの
量が多くなると本来の硬化がより大きくなる傾向がある
。

ミツシュメタルの入っていない複合体（７）は、横破壊
強度が１２．３１−ン／ｃｎｉである。

これに反して、０．３％のミツシュメタルを添加した複
合体（８）は横破壊強度が１４％坦上も増して１４トン
／ｃｒＡ以上になる。

ミツシュメタルの入っていない複合体（７）はピンホー
ルがあるので多孔質であるのが分るが、０．３％のミツ
シュメタルを０．３％含んでいる複合体（８）にはピン
ホールが認められない。

実施例３および４ 合成品の他の組成のものは次の表３および表４に示しで
ある。

表３および表４のどの複合体をみても、横破壊強度が大
きくなっているのに気がつく。

表３の複合体（９）は多孔性が顕著であるが、０．７５
％のミツシュメタルを添加した複合体００）は気孔率が
ずっと小さい。

マｌ−ＩＪラックスして高ニッケル鋼を用いた複合体（
１１）は、溶液急冷されロックウェル硬度４９．２のも
のが得られ更に４８２℃における枯化硬化により６３．
８のものが得られた。

ミツシュメタルを入れてないこの複合体はピンホールが
あることで多孔性であることを示しているが、ミツシュ
メタルをＯｏ、３％いれると気孔率が顕著に減少した。

一般的にいって気孔率が減少するにつれて横破壊強度が
非常に増大する。

なお衝撃力強度においても次に示すように非常な進歩が
なされていることが判るということを附は加えておこう
。

重量比で５０％の炭化チタンを含む複合体（７）には特
に注意をひかれる。

その試料の衝撃強度は、４４．５から６０．６に、割合
でいうと３６％も増大している。

衝撃強度は厚さ５．０８ｍｍ、横幅も同じ＜５．０８ｍ
ｍ１長さ１９．１ｍｍの試料を用いて決定された。

試料は一方の端部が固定されていて片持ち梁の形となり
、固定端部において約７．６ｍｍが掴まれており、固定
端部からの延長部分は約１１．４Ｔｔｒ／Ｌとなってい
る。

片持ち梁の状態になっている試料の自由端に、成る特定
の重さを持った錘りを異なったいろいろの高さから落し
て試料が破損するまで続ける。

そうしてから衝撃強度は、鍾りの落下した高さをセンチ
メータであられしたものとその重量をキログラムであら
れしたものを掛は合わせ、その積を試料の断面積（０，
２６ｃｉ）で割ることによって求められ、衝撃強度の単
位はａｒｔ −ｋｇ ／ ｃ４の形であられされる。

さきに述べたように、ロータリ内燃エンジンの複雑なシ
ール系は、その部品に用いられる工学的材料に厳しい要
求を課している。

シール系のうちテ最モ重量な部品の一つにアペックスシ
ールがある。

ロータリ内燃エンジンにおける現在の開発状況からみる
と、アルミニウムハウジングを用いる意図が強いようで
ある。

ふつう三角形をした回転ピストンは、その頂点のところ
でハウジングの内壁面に接触するが、これには頂点間で
区切られる空間の境界の密封用にシール材料を使用する
ことを必要とする。

シール材は滑らかさと同時に耐摩耗性を必要とする。

しかし乍らハウジング中のアルミニウムは大抵の構造体
材料に比較して一般に柔軟であり又耐摩耗性が乏しく、
クロームや゛°エルニシル″（先にも述べである）のよ
うな被膜を必要とする。

第２図には室２１を囲んだアルミニウムハウジング２０
を含むロータリ内燃エンジンの概要が示されており、室
２１内には三角形の回転ピストン２２が装着されていて
、その頂部２４ないし２６のところで室の内壁面２３と
接触している。

回転ピストン２２には内歯歯車２７が装着されていて、
この回転ピストンに垂直に回転する軸に装着された歯車
２８を駆動する。

内壁面２３とこすれながら接触する頂部材に耐摩耗性を
与えるために、内壁面２３には被覆材が流されている。

頂部の部材として鋼結合炭化チタン工具鋼で出来ていて
スプリング３０の助けをかりて常に内壁面と封止接触の
状態にあるスプリング装着挿入体２９がある。

動作中においては、ピストンが回転するにつれて燃料と
空気が吸気帯３１において吸気孔３２を通してとり入れ
られる。

燃料と空気の混合物は次いで圧縮帯３３において圧縮さ
れ点火プラグ３４によって点火され、そして燃焼したガ
スは排気帯３５において排気孔３６を通して排出される
。

アペックスシールは動作中は非常に研磨性のあるトロコ
イド状表面に色々の角度でやや高い圧力で押されてこす
れるので、シール材料は次の諸要求を満たすことが重要
である。

すなわち１、摩擦係数の小さいこと、 ２、 トロコイド状ハウジングのがたがたいうのを極力
少なくするため、比重を比較的小さくすること、 ３、シールを高温で動作できるようにするため、本質的
に滑らかであること、 ４、衝撃力に対し強度大で抵抗力があること、５ 耐摩
耗性が犬であること、 ６、トロコイド状表面の被覆材料に適合することなどの
性質が必要である。

本発明を実施した製品は、摩擦係数が少なく、比較的比
重が小さく、高温においても本質的に滑り易く、強度大
で、摩耗や腐蝕や酸化や熱に対する耐性が向上され、ま
た耐衝撃性も向上しているなど種々の性質の独特な組合
せを提供することによって上記の要求を満たしている。

更にまた本発明を実施した製品は、シールとして゛硬質
クロームメッキ″や゛エルニシル″のような表面の硬い
材料にも適合している。

我々は鋼結合炭化チタン複合体にミツシュメタルを添加
すると前記硬表面材に対する摩擦係数が減少することに
よっても分るとおり非常に向上した滑らかさを提供する
ものであることを見出した。

第１図は摩擦係数および摩耗量を試験する装置の概要を
示し７た図である。

金属環１０は回転する取付は軸１０Ａに装着されており
、この環の外面は硬表面材、たとえば硬質クロームや゛
エルニシルパという商品名で知られている被覆材料その
他によって被覆されている。

鋼結合炭化チタン複合体のブロック１１が図に示すよう
に環の上部に自由に支持されていて、あらかじめ決めら
れた負荷、たとえば３キログラムの負荷１２がブロック
１１に加えられる。

取付は軸は１分間１８０回の割合で回転させられ、摩擦
力１３は適当な部品を経由して摩擦負荷読出し手段１４
に伝達され、そこでその力の強さを翻訳して摩擦負荷指
示器あるいはゲージ１５で指示するようにする。

ゲージ指示は摩擦係数をあられすためにブロック１１の
上の負荷１２で割算しである。

このほかに摩耗した体積量も測定された。

標準の運転期間として４０分の運転時間が採用された。

貧弱な性能を示す傾向のあるブロックはふつうほんの数
分の運転時間しかもたなかった。

摩擦係数が決定され、試験が完了すると、摩耗量が摩耗
でなくなった材料の体積によって測定された。

次の表６にいくつかの例の結果が示されている。

ミツシュメタルの入っていない複合体（ＩＡ）をミツシ
ュメタルの０．３％入った複合体（２人）と比べると、
（２Ａ）の摩擦係数が（ＩＡ）の約半分にまで小さくな
っていることに気がつく。

これに加えて、複合体（２Ａ）に関しては、４０分の試
験後における摩耗の量が非常に小さくなっている。

なお前記の複合体はいずれもマトリックスがマルテンサ
イト組織を含有していた。

複合体（９）および（１０）に関していえば、複合体（
１０）の摩擦係数は（９）に比べて約６７％にまで小さ
くなっていることに気がつく。

（９）の試験はただの３分しか続かず、環の被覆との適
合性が乏しいことが分った。

これに反して００）は４０分経過した後も非常に優秀な
成績を示した。

この複合体においては、鋼マトリックスは硬化された状
態ではマルテンサイト組織を示した。

ここで複合体（７）および（８）についていえば、ミツ
シュメタルを０．３％含んでいる複合体（８）は摩擦係
数が０．６０６から０．１０６へと極度に減少し、また
摩耗特性も優れていた。

この場合も鋼マトリックスはマルテンサイト組織を含ん
でいた。

高ニツケル鋼マトリックスにミツシュメタルを加えると
、たとえば表４の複合体０２）のような場合は、゛エリ
ニシル″被覆に対する摩擦係数は０．９０８から０．４
５４まで顕著に減少する結果をみせた。

そしてミツシュメタルをマトリックスに加えると摩耗も
顕著に減少した。

クロームメッキの硬い表面に対する摩擦試験を行ったと
ころ、鋼マトリックスにミツシュメタルを入れると摩擦
係数が顕著に減少した。

たとえば、炭化チタンを４０％有し、また重量比で５．
５％のクローム、１．２％のモリブデン、０．３％のシ
リコン、０．３％のバナジウム、１％の炭素、０．３％
のミツシュメタルおよび残り鉄を含んだマトリックスを
残余として有する複合体においては、摩擦係数は０．１
５１であった。

同じマｌ−ＩＪラックス炭化チタンを５０％有するもの
は摩擦係数は０．３０３であった。

両方の鋼結合炭化物はいずれも４０時間たってもすりき
ずが見られなかった。

これら組成はミツシュメタルが入っていなければ大きい
摩擦係数を示した。

熱によるひび割れに対する抵抗力は、炭化チタンを２０
％有し、４％のクローム、３．５％のモリブデン、２％
のコバルト、１−１Ｏ％のニッケル、０．４％の炭素、
０．７５％のミツシュメタルおよび残り鉄を含む鋼マト
リックスを残余として有する複合体で求められた。

この複合体は１０９３℃からの油による急冷硬化でロッ
クウェル硬度６８を示した。

焼戻しを施した組成の横破壊強度に約２４トン／ｃｒｔ
ｉであった。

試験片は２５．４ｍｍＸ ２５．４ｍｍＸ ６．３５ｍ
ｍの研磨したものが用いられ、８１５℃まで熱してから
常温に保持しである油で急冷された。

加熱と急冷のサイクルは２５回以上繰返えされたが、熱
によるひび割れは起らなかった。

同じ組成でミツシュメタルを入れてないものは２５サイ
クルにならないうちにひび割れが入った。

以上をまとめると、本発明は重量比で１５％ないし６０
％の主たる炭化物を、重量比で約０．１ないし１．２５
％、好ましくは少なくとも０．１２５％の少量ではある
が効果的な量のミツシュメタルを含有していて実質的に
残余を占めている熱処理可能な鋼マｌ−ＩＪラックス分
散させたものを含有する焼結した鋼結合炭化チタン複合
体を提供するものである。

ミツシュメタルは望ましくは０．１２５％から１％の範
囲にありたいもので、更に望むならば０．２％から０．
８％が好ましいものである。

本発明は特に次の型の鋼結合炭化チタン複合体に応用す
るのに適している。

すなわち、（１）重量比で約１５％ないし２０％の炭化
チタンと、残余のミツシュメタルを含んだ熱処理可能な
鋼マトリックス、および（２）重量比で約３０％ないし
６０％の炭化チタンと、残余の熱処理可能な鋼マトリッ
クスの２つの型に適している。

今まで述べたように、鋼のマトリックスは好ましくは次
のものから成る群から選ばれる。

（Ａ、） 重量比で約１％ないし６％のクローム、約
６％までのモリブデン、約２％までのバナジウム、約３
％までのコバルト、２％までのニッケル、約０．３％か
ら０．８％までの炭素および王として鉄である残りを含
むマトリックス。

（Ｂ） 重量比で約６％ないし１２％のクローム、約
０．５ないし５％のモリブデン、約０．６％ないし１．
２％の炭素、約５％までのタングステン、約２％までの
バナジウム、約３％までのニッケル、約５％までのコバ
ルトおよび主として鉄である残りを含むマトリックス。

（０） 重量比で約１０％ないし３０％のニッケル、
約０．２％から９％のチタン、約５％までのアルミニウ
ムでチタンとアルミニウムの合計が約９％を超過しない
もの、約０．１５％以下の炭素、２５％までのコバルト
、１０％までのモリブデン、および残りの少なくとも約
５０％の鉄を含むマトリックスであって、このマトリッ
クス構体を横取する前記金属は、ニッケルの量が約１０
％から２２％の範囲であり、アルミニウムとチタンの合
計が約１．５％の範囲にあるときは、モリブデンとコバ
ルトはいずれも少くとも２％あるように、また、ニッケ
ルの量が約１８％から３０％までの範囲にありモリブデ
ンの量が２％より小さい範囲にあるときはアルミニウム
とチタンの合計が１．５％を超すような割合で配分され
ているようなマトリックス。

以上のマトリックス鋼は熱処理された状態においてはマ
ルテンサイト組織が見られるのが特徴である。

このように、マトリックス鋼（Ａ）についていえば、こ
の鋼から作られた耐高温炭化物工具鋼はオーステナイト
化温度以上たとえば９５４°Ｃに加熱することによって
熱処理され、それから硬マルテンサイト組織を形成する
ために急冷する。

この急冷焼入れのあと、この鋼は１２１℃から２８８°
Ｃの範囲よりは上の温度で約５時間まで加熱することに
よって焼戻しされる。

鋼（Ｂ）をマｌ−ＩＪラックスして用いる鋼結合炭化チ
タン複合体の場合は、マｌ−ＩＪラックス前記と同様に
オーステナイト化温度以上で９２７°Ｃないし１１２１
℃の範囲内たとえば９５４°Ｃから急冷することによっ
て熱処理される。

しかし乍ら焼戻しは前記よりは高い約４７１°Ｃないし
５６５℃たとえば５３８℃で約１時間ないし２時間行わ
れ、この処理において第２炭化物の形成によって第２硬
化効果が得られる。

鋼マトリックス（Ｃ）の場合は、この鋼から作られる鋼
結合炭化物複合体は、この複合体を、７６０℃ないし１
１００’Ｃの溶体温度から冷却して（たとえば空気冷却
により）マトリックス中に軟マルテンサイト絹織のある
のが特徴である微細構造を作り出す溶体熱処理を行うこ
とによって硬化される。

そのあと炭化物の微粒を囲んでいるマトリックスは、そ
の耐高温炭化物鋼を約２６０°Ｃないし６５０’Ｃで約
３時間加熱することによって枯化硬化される。

典型的な枯化硬化温度は４８３°Ｃである。

本発明の鋼結合炭化チタン複合体は以上述べたほか金属
基盤上の硬被膜の形成たとえばプラズマスプレーによる
製造に用いることができるという利点があることを述べ
ておきたい。

この点に関連して、粉末スプレーあるいは類似したもの
に用いられる粉末を作り出すために焼結した材料片がボ
ールミル中で粉砕されて作られるということを説明して
おく。

本発明は特定の実施例について説明したが、本発明の精
神と範囲を逸脱することなくその修正や変更を行うこと
は当業者ならば容易に理解できることである。

このような修正や変更は本発明の特許請求の範囲内であ
ると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は摩擦係数と摩耗量を決める装置の概略を示した
図、第２図はアペックスシール材として本発明の鋼結合
炭化チタンを用いたロークリ内燃エンジンの概要を示し
た図である。 記号の説明、１０は（表面に硬い被膜を有する）金属環
、１１は（試１験品の）ブロック、１２は負荷、１５は
ゲージ、２０はアルミニウムハウジング、２２は回転ピ
ストン、２３は内壁面、２４ないし２６は頂部、２９は
挿入部品、３０はスプリングを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量比で１５％ないし６０％の主たる炭化チタン粒
   子を実質的に残余を占める鋼マ） ＩＪラックス中分散
   して戒る複合体であって、而して前記鋼マトリックスが
   金相学的にはオースブナイトの後混合生成物であり、且
   つ該マトリックスに対する重量比で０．１％ないし１．
   ２５％のミツシュメタルを含んでいることを特徴とする
   、ロックウェル硬度、横破壊強度および減摩特性の共に
   改良された鋼結合炭化チタン複合体。