JPS5985847A - 内燃機関の摺動部材用Ｆｅ基焼結材料 - 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著しく低い相手攻
撃性を有し、特に使用条件が高温および高面圧下での使
用となる内燃機関の摺動部材として使用するのに適した
Ｆｅ基焼結材料に関するものである。

従来、内燃機関のロッカーアーム摺動面に用いられるバ
ット材、カム、バルブガイド、するいは３− スリーブなどの摺動部材の製造に種々のＦｅ基焼結材料
が用いられていることはよく知られるところである。

一方、近年１例えば車両の高速化、高効率化。

および高出力化に伴い、これら内燃機関の摺動部材に対
する使用条件は一段と厳しさを増しており、これに対応
するＦｅ基焼結材料として耐摩耗性を向上させたものが
提案されている。

しかし、このような耐摩耗性Ｆｅ基焼結材料においては
、それ自身の耐摩耗性は改善されるようになるものの、
反面相手攻撃性が一段と増大するのを避けることができ
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、それ自
身の耐摩耗性にすぐれ、かつ相手攻撃性の低いＦｅ基焼
結材料を得べく研究を行なった結果、重量係で、　Ｃｒ
：　０．５〜８％、　Ｃ：　２〜５％、　ＰおよびＢの
うちの１種または２種：０．０２〜５係。

Ｍｏ　：　０．０５〜３　％　、　Ｍｎ　：　０．０５
〜３　％を含有し、さらに必要に応じてＮ１およびＣｕ
のうちの１種または２種：０．１〜５憾と、■およびＮ
ｂのうちの１種４− または２種：０．０２〜５％のいずれか、または両方を
含有し、残シがＦｅと不可避不純物からなる組成、並び
に主としてマルテンサイトからなる素地に１面積率で２
０〜６０憾の主としてＭ３０タイプの炭化物および複炭
化物を主体とする炭化物からなる硬質相が微細に、望ま
しくは１０〜５０μｍの平均粒径で、均一に分散した焼
入れまたは焼入れ・焼戻し組織を有し、かつ密度比：９
０％以上を有するＦｅ基焼結材料は、すぐれた耐摩耗性
および著しく低い相手攻撃性を有し、したがってこのＦ
ｅ基焼結材料を、高温および高面圧下での苛酷な条件で
使用される内燃機関の摺動部材の製造に用いた場合に著
しく長期に亘って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、硬質相の面積率。

および密度比を上記の通りに限定した理由を説明する。

Ａ、成分組成 （ａ）　　Ｃｒ ５− Ｏｒ酸成分は、素地に固溶して、これを強化すると共に
、Ｃ成分と結合して素地中に微細均一に分散する高硬度
の炭化物を形成し、もって材料の耐摩耗性を向上させる
作用があるが、その含有量が０．５係未満では前記作用
に・所望の効果が得られず、一方８係を越えて含有させ
ると、相手攻撃性が急激に増大するようになることから
、その含有量を０．５〜８係と定めた。

（ｂ）　　ａ Ｃ成分には、素地に固溶して、これを強化するほか、Ｏ
ｒ、およびＭｏ、さらにＶおよびＮｂ成分と結合して硬
質相の主要成分たる炭化物を形成し、もって材料の耐摩
耗性を向上させる作用があるが。

その含有量が２係未満では、前記作用に所望の効果が得
られず、一方５係を越えて含有させると。

炭化物の量が多くなりすぎ、硬質相の割合が面積率で６
０係を越えて高くなって、相手攻撃性が著しく増大する
ようになることから、その含有量を２〜５憾と定めた。

（ｃ）　　ＰおよびＢ ６一 これらの成分には、焼結時に液相を発生させて焼結性を
向上させ、もって材料を緻密化するほか。

素地に固溶して、材料を強化する作用があるが、その含
有量が０．０２％未満では前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方５係を越えて含有させると。

材料の脆化が著しくなることから、その含有量を０．０
２〜５係と定めた。

（ｄ）ＭＯ ＭＯ酸成分は、上記のような炭化物を形成して、材料の
耐摩耗性を向上させると共に、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０．０５％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方３ｔｌ）ヲ越
えて含有させると、硬質相の割合が多くなシすぎて相手
攻撃性が著しく増大するようになることから、その含有
量を０．０２〜３憾と定めた。

（ｅ）　　Ｍｎ Ｍｎ成分には、ＭＯとの共存において、素地に固溶して
、焼入性を向上させると共に、素地の靭性向上および強
化に寄与し、かつ複炭化物を形成して７− 耐摩耗性を向上させるほか、なじみ性を改善して相手攻
撃性を緩和する作用があるが、その含有量が０．０５１
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方３係を
越えて含有させると、焼入性向上による素地の硬さ上昇
をきたし、相手攻撃性が増大するようになることから、
その含有量を０．０５〜３係と定めた。

（ｆ）　　ＮｉおよびＯｕ これらの成分には、素地に固溶して、相手攻撃性を一段
と低減する作用があるので、特に低い相手攻撃性が要求
される場合に必要に応じて含有されるが、その含有量が
０．１％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず
、一方５％を越えて含有させても前記作用によシ一段の
改善効果は現われず、経済性を考慮して、その含有量’
ｉ　０．１〜５係と定めた。

（ｇ）　　ｖおよびＮｂ これらの成分には、　ＣｒおよびＭＯ酸成分の共存にお
いて、複炭化物を形成し、もって材料の耐摩耗性を一段
と向上させる作用があるので、特にすぐ８− れた耐摩耗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０．１％未満では所望の耐摩耗性向
上効果が得られず、一方５係を越えて含有させると、相
手攻撃性が急激に増大するようになることから、その含
有量’ｉ　０．１〜５％と定めた。

（ｈ）　　硬質相の面積率 この発明の材料は、焼入れまたは焼入れ・焼戻地によっ
て良好な耐摩耗性および相手部材とのなじみ性を確保し
、一方前記素地中に微細に、望ましくは１０〜５０μｍ
の平均粒径で、均一に分散した主として炭化物からなり
、この炭化物ＦｉＭ３０タイプの炭化物および複炭化物
を主体とする硬質相によって著しくすぐれた耐摩耗性お
よび硬質相微細化によるなじみ性を確保したものである
。したがって硬質相の素地に対する割合が面積率で２０
係未満では所望の耐摩耗性を確保することができず、一
方硬質相の割合を面積率で６０係を越えて９− 高くすると、相手攻撃性が急激に増大するようになるの
であって、かかる理由から、硬質相の素地に対する割合
を面積率で２０〜６０係と定めた。

（１）密度比 材料の密度比が９０係未満では、材料中に大きな空孔が
存在するようになって、十分な強度を確保することがで
きないばかりでなく、この空孔のもつ切欠効果によって
素地が破壊されやすくなり、ピッチング摩耗が発生しや
すくなることから、材料の密度比は９０係以上にしなけ
ればならない。

つぎに、この発明のＦｅ基焼結材料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、粒度−１００ｍｅｓｈのＦｅ粉末、同
１００ｍｅｓｈのアトマイズＦｅ　−Ｏｒ金合金　Ｏｒ
　：　１２．５％含有）粉末、同一１００ｍｅｓｈのア
トマイズＦｅ　−Ｃｒ　−Ｍｎ　−Ｍｏ合金（Ｏｒ：　
４　％、　Ｍｎ：　０．６％、Ｍｏ：０．３％含有）粉
末、同一１００ｍｅｓｈのアトマイズＦｅ　−Ｃｒ　−
Ｍｎ　−Ｍｏ合金（Ｃｒ：　ｌ　％、　Ｍｎ：　０．６
ｑｂ、　Ｍｏ：　０．３％含有）粉末、同一１００ｍｅ
ｓｈのアトマイズＦｅ　−Ｃｒ　−１０− Ｍｎ　−Ｍｏ合金（Ｃｒ：６％、Ｍｎ：０．６％、Ｍｏ
：０．３％含有）粉末、同一１００ｍｅｓｈのアトマイ
ズＦｅ　−Ｃ！ｒ　−Ｍｏ−Ｖ合金（Ｏｒ：　３％、Ｍ
ｏ：　０．３％、　Ｖ　：　０．３％含有）粉末、同一
１００ｍｅｓｈのＦｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金（Ｎｉ：　２　
％、　Ｍｏ：　０．５　％含有）粉末、同一３５０ｍｅ
ｓｈのＦｅ−Ｐ合金（Ｐ：１７％含有〕粉末、同一２５
０ｍｅｓｈのＦｅ−Ｐ合金（Ｐ：２７．５％含有〕粉末
、同２００ｍｅｓｈのＦｅ−Ｂ合金ＣＢ：２０％含有）
粉末。

同一３５０ｍｅｓｈのＭｏ粉末、同一２５０ｍｅｓｈの
Ｎｉ粉末。

同一２００ｍｅｓｈのＯｕ粉末、同一２００ｍｅｓｈの
Ｆｅ　−Ｍｎ合金（Ｍｎニア８％含有）粉末、同一１０
０ｍｅｓｈのＦｅ−■合金（Ｖ：６（３％含有）粉末、
同一１００ｍｅｓｈのＦｅ−Ｎｂ合金（Ｎｂ：８０％含
有〕粉末、および平均粒径：１０μｍの黒鉛粉末を用意
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、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛：０．５％
を加えてＶ型ミキサーで混合した後、５ｔｏｎ／ｍの圧
力で圧粉体に成形し、ついで前記圧粉体を、真空中また
は還元性雰囲気中、１０００〜１２００℃の温度範囲内
の所定温度に６０分間保持して焼結し、真１１− 空焼結の場合は、焼結後、温度：　１０００℃から強制
冷却して焼入れし、また還元性雰囲気焼結の場合は、焼
結後、塗炭性雰囲気とし、８７０℃の温度に冷却した時
点で油焼入れを行なうことによって、実質的に配合組成
と同一の組成を有し、かつ同じく第１表に示される組織
および密度比をもった本発明Ｆｅ基焼結材料１〜３４お
よび比較Ｆｅ基焼結材料１〜１１をそれぞれ製造した。

なお、比較Ｆθ基焼結材料１〜１１は、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分含有量および硬質相の面積率
、さらに密度比（第１表に※印を付したもの）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、この結果得られた本発明Ｆθ基焼結材料１〜３
４および比較Ｆｅ基焼結材料１〜１１から、自動車エン
ジンのロッカーアームのバット面に適合したチップ材を
製作し、このチップ材を、ロッカーアーム鋳造時に鋳包
み、このＡＬ合金製ロッカーアームを４気筒ｏＨＣエン
ジンに組込み、使用オイル：ダイヤモンド２０Ｗ（商品
名）、回転数：　８５０ｒ、ｐ、ｍ、、運転時間＝２０
０時間の条件で耐摩耗性試験を行ない、ロッカーアーム
のバット面、および相手部材たるチル処理を施した鋳鉄
製カム（Ｃ：　３．３％、　Ｓｉ：　２％、　Ｍｎ：　
０．７　’Ｉｙ、　Ｃｒ：　０．５％　、　Ｃ！ｕ　：
　０．５　’１６含有）の摩耗量を測定した。これらの
結果を第１表に示した。

第１表に示される結果から、本発明Ｆｅ基焼結材料１〜
３４は、いずれもすぐれた耐摩耗性を有し。

しかも相手攻撃性も著しく低いものであるのに対して、
比較Ｆｅ基焼結材料１〜１１に見られるように構成成分
のうちのいずれかの成分含有量、硬質相の面積率、およ
び密度比がこの発明の範囲から外れると、前記の両特性
のうちの少なくともいずれかの特性が劣ったものになる
ことが明らかである。

上述のように、この発明のＦθ基焼結材料は、すぐれた
耐摩耗性を有すると共に、相手攻撃性の著しく低いもの
であるので、特に苛酷な条件下での使用を予儀なくされ
つつある内燃機関の摺動部材として用いた場合に、すぐ
れた性能を長期に亘つて安定的に発揮するものである。

出願人　　三菱金属株式会社 代理人　　富　１）和　夫　外１名 １７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　Ｃｒ：　０．５〜８％、　Ｃ：　２〜５％、
   　ＰおよびＢのうちの１種または２種：０．０２〜５％
   ９ＭＯ二０．０５〜３％、Ｍｎ：０．０５〜３％’ｉ含
   有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成（以上重
   量係）、並びに主としてマルテンサイトからなる素地に
   、面積率で２０〜６０係の主として炭化物からなる硬質
   相が微細均一に分散した焼入れまたは焼入れ・焼戻し組
   織を有し、かつ密度比：９０％以上を有することを特徴
   とする内燃機関の摺動部材用Ｆｅ基焼結材料。 （２１０ｒ：　０．５〜８’ｌ、　Ｃ：　２〜５％、　
   ＰおよびＢのうちの１種捷たは２種：０．０２〜５　ｔ
   １６　、　Ｍｏ　：０、０５〜’３　％　、　Ｍｎ　：
   　０．０５〜３　％　ｋ含有し、さら１− ［ＮｉおよびＯｕのうちの１種または２種：０．１〜５
   係を含有し、残シがＦｅと不可避不純物からなる組成ｃ
   以上重量係）、並びに主としてマルテンサイトからなる
   素地に、面積率で２０〜６０係の主として炭化物からな
   る硬質相が微細均一に分散した焼入れまたは焼入れ・焼
   戻し組織を有し、かつ密度比＝９０係以上を有すること
   を特徴とする内燃機関の摺動部材用Ｆｅ基焼結材料。 （３）Ｏｒ：　０．５〜８％、　Ｃ：　２〜５％、　Ｐ
   およびＢのうちの１種または２種：０．０２〜５％、　
   Ｍｏ　：０、０５〜３　％　、　Ｍｎ　：　０．０５〜
   ３％を含有し、さらにＶおよびＮｂのうちの１種または
   ２種：０．０２〜５憾を含有し、残シがＦｅと不可避不
   純物からなる組成ｃ以上重量係）、並びに主としてマル
   テンサイトからなる素地に、面積率で２０〜６０％の主
   として炭化物からなる硬質相が微細均一に分散した焼入
   れまたは焼入れ・焼戻し組織を有し、かつ密度比：９０
   係以上を有することを特徴とする内燃機関の摺動部材用
   Ｆθ基焼結材料。 （４）　　Ｃｒ：　０．５〜８　％、　ｃ　：　２〜５
   　％、　Ｐおよび２− Ｂのうちの１種または２種：　０．０２〜５　’Ｉｙ、
   　Ｍｏ：０．０５〜３％、Ｍｎ：０．０５〜口１含有し
   、さらにＮ１およびＣｕのうちの１種または２種二０．
   １〜５係と、■およびＮｂのうちの１種または２種：０
   ．０２〜５％を含有し、残シがＦｅと不可避不純物から
   なる組成ｃ以上重量係）、並びに主としてマルテンサイ
   トからなる素地に、面積率で２０〜６０％の主として炭
   化物からなる硬質相が微細均一に分散した焼入れまたは
   焼入れ・焼戻し組織を有し、かつ密度比：９０係以上を
   有することを特徴とする内燃機関の摺動部材用Ｆｅ基焼
   結材料。