JPS6030737B2 - 耐摩耗性Ｆｅ基焼結合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、すぐれた耐摩耗性を有し、例えば内燃機関
のロッカーアームにおける高南圧のかかる摺動部に使用
した場合に、相手部材を損傷することなく、すぐれた性
能を発揮するＦｅ基競結合金に関するものである。

近年、内燃機関に対する高速化および高出力化などの要
求に伴って、内燃機関の動弁系部材の摩耗が問題となり
つつあり、特にロッカーアームの摺動部に対する耐久性
の要求はきわめて厳しくなりつつある。

一般に、ロッカーアームの摺動部は、高い面圧を受ける
ものであるため、すぐれた耐摩耗性、耐スカッフィング
性、および耐ピッチング性を兼ね備え、かつ相手部材で
あるカムシャフトを損傷しない特性を具備することが要
求される。

従来、ロツカ−アームには、チル鋳鉄製のものや、ロッ
カーアーム摺動部にＣｒメッキや宮溶性合金の溶射肉盛
などの表面処理を施したものなどが知られているが、チ
ル鋳鉄製ロッカーアームにはピッチング損傷や耐摩耗性
の点で問題があり、またＣｒメッキのロッカーアームに
はスカツフイングやＣｒメッキ層の剥離などの問題があ
り、さらに溶射肉盛ロッカーアームにはスカッフィング
や相手部材のカムを著しく摩耗させるなどの問題点があ
るなど、いずれのロッカーアームも上記の要求を満足す
る特性を備えるものでは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、すぐれ
た耐摩耗性、耐スカッフィング性、および耐ピッチング
性を有し、しかも相手部材を損傷しない特性を具備した
材料を開発すべく研究を行なった結果、Ｃ：０．５〜３
．０％、Ｃｒ：５．０〜３０．０％、Ｐ：０．１〜５．
０％、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｚｒ，ＡＩ，およ
びＢ（以下これらを総称して窒化物形成元素という）の
うちの１種または２種以上：０．０３〜４．７％、Ｎ：
０．００５〜２．９％を含有し、必要に応じてＭｏおよ
びＷのうちの１種または２種：０．５〜１０％を含有し
、さらに必要に応じてＮｉ，Ｃｏ，およびＣｕのうちの
１種または２種以上：０．５〜１０％を含有し、残りが
実質的にＦｅと不可避不純物からなる組成（以上重量％
、以下％はすべて重量％を意味する）を有し、かつ素地
中に微細な窒化物と比較的組粒の炭化物が均一に分散し
、しかも前記炭化物の一部が炭窒化物および窒化物のう
ちのいずれか、または両方で占められている組織を有し
、さらに望ましくは９０％以上の理論密度比を有するＦ
ｅ基暁結合金は、すぐれた耐摩耗性を有し、特に例えば
ロッカーアームの摺敷部に使用した場合にはすぐれた性
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、以下に成分組成などを上記の通りに限定した理由を
説明する。

■Ｃ Ｃ成分には、Ｃｒ、および必要に応じて適宜含有される
ＭｏおよびＷと結合して炭化物を形成し、合金の耐摩耗
性を向上させる作用があるが、その含有量が０．５％未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方３．０％
を越えて含有させると、炭化物の析出量が多くなりすぎ
、しかもこれが粗大化するため、合金が脱化するように
なるばかりでなく、例えばロッカーアームの摺動部に使
用した場合には相手部材のカムの摩耗が著しくなること
から、その含有量を０．５〜３．０％と定めた。

（ｂ｝ ＣｒＣｒ成分には、Ｃと結合してビツカース硬
さ：１０００〜１８００を有する高硬度のＣｒ炭化物を
形成して合金の耐摩耗性を向上させると共に、素地中に
園溶して、これを強化する作用があるが、その含有量が
５．０％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方３０．０％を越えて含有させると、合金が腕化するよ
うになるばかりでなく、相手部材の摩耗が促進するよう
になることから、その含有量を５．０〜３０．０％と定
めた。

‘ｃ’Ｐ Ｐ成分には、Ｆｅ中に固溶して、素地の強化と耐摩耗性
の向上をはかるほか、焼結時にＦｅ−Ｐ共晶による液相
発生により合金を繊密化する作用があるが、その含有量
が０．１％未満は前記作用に所望の効果が得られず、一
方５．０％を越えて含有させると、結晶粒界に析出する
Ｆｅ３Ｐの量が多くなって合金が縦化するようにらるこ
とから、その含有量を０．１〜５．０％と定めた。

【ｄ｝ 窒化物形成元素およびＮ 窒化物形成元素は、いずれも合金製造時に原料粉末とし
て窒化物の形で配合され、しかも合金素地中に、微細な
窒化物、並びに（Ｆｅ，Ｃｒ）７Ｃ３や（Ｆｅ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｗ）７Ｃ３などの複炭化物の一部を占める形で窒
化物および炭窒化物のうちのいずれかまたは両方として
析出し、分散相（硬質粒子）と結合相（素地）との結合
を強固にし、もって合金の耐摩耗性を著しく改善する作
用があるが、その含有量が０．０３％未満では所望のす
ぐれた耐摩耗性を確保することができないので０．０３
％以上の含有が必要であるが、しかし４．７％を越えて
含有させてもより一層の改善効果は現われず、経済的で
ないことから、その含有量を０．０３〜４．７％と定め
た。

なお、０．００５〜２．９％のＮ含有量は、上記のよう
に窒化物形成元素は原料粉末として窒化物の形で便され
るので、これに対応する量を示すものである。｛ｄ）Ｍ
ｏおよびＷ ＭｏおよびＷ成分には、それぞれＣと結合して炭化物を
形成し、もって合金の耐摩耗性を改善するほか、素地に
固溶し、これを強化する均等的作用があるので、より一
層の耐摩耗性および強度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０．５％未満では前記作
用に所望の改善効果が得られず、一方１０％を越えて含
有させると、相手部材を損傷させる度合が著しくなるば
かりか、経済的にも不利であることから、その含有量を
０．５〜１０％と定めた。

‘ｅ｝ Ｎｉ，Ｃｏ，およびＣｕ これらの成分には、素地を強化し、かつなじみ性を改善
する均等的作用があるので、特に前記の特性が要求され
る場合に必要に応じて含有されるが、その含有量が０．
５％未満・では前記作用に所望の改善効果が得られず、
一方１０％を越えて含有させてもより一層の改善効果は
得られず、経済性を考慮して、その含有量を０．５〜１
０％と定めた。

‘ｆ’合金の理論密度化９０％未満の理論密度比では、
素地の強度が低く、かつ空孔も大きく、しかもこの空孔
のもつ切欠作用によって素地が破壊され易くなって、ピ
ッチング摩耗が生じ易くなることから、合金は９０％以
上の理論密度比をもつことが望ましい。

つぎに、この発明の合金ご実施例により比較例と対比し
ながら説明する。

実施例 原料粉末として、粒度−１０仇ｈｅｓｈのアトマィズド
Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末、リン片状黒鉛粉末、粒度−１０仇
ｈｅｓｈのＦｅ−Ｐ合金（Ｐ：２６％含有）粉末、いず
れも平均粒径が２０仏ｍ以下のＳｉ３Ｎ４粉末、ＴＩＮ
粉末、ＮｂＮ粉末、ＴａＮ粉末、ＶＮ粉末、ＺｒＮ粉末
、ＡＩＮ粉末、およびＢＮ粉末、平均粒径３〆ｍのＮｉ
粉末、同３一ｍのＣｏ粉末、同−２０伍ｈｅｓｈのＣ叫
粉末、同４仏ｍのＭｏ粉末、および同３仏ｍのＷ粉末を
用意し、これら原料粉末を第１表に示される最終成分組
成をもつように配合し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛
粉末を加えて混合し、この混合粉末から５ｔｏｎ′地の
圧力で圧粉体を成形し、ついで前記圧粉体をアンモニア
分解ガス中で、１１２０〜１２００ｑｏの温度に６０分
間保持して暁結することによって本発明合金１〜１７お
よび比較合金１〜４をそれぞれ製造した。

また、本発明合金１３には、温度：１０００ｑｏから油
焼入れ後、温度：５５０℃に１時間保持の焼戻しの熱処
理を雌 舷 施した。

ついで、この結果得られた本発明合金１〜１７および比
較合金１〜４をそれぞれロッカーアームの摺動部に使用
し、４気筒ＯＨＣエンジンにそれぞれ組み込み、エンジ
ン回転数：８５比．ｐ．ｍ．、オイル：ＬＰＧ廃油、運
転時間：４０皿ｒ、他の条件は市場走行と同一の条件で
摩耗試験を行ない、ロッカーアーム摺動部における摩耗
量および相手部材であるカムの摩耗量を測定すると共に
、同摺動部におけるスカッフィングおよびピッチングの
発生状況を観察した。

この測定結果および観察結果を第１表に合せて示した。
また、第１表には比較の目的で、従来部材１としてのチ
ル鋳鉄製ロッカーアーム、および従来部材２としてのＣ
ｒメッキを施したロッカーアームについて、同一条件で
摩耗試験を行なった結果も示した。第１表に示されるよ
うに、摩擦試験はきわめて苛酷な条件で行なわれたため
、従来部材１，２においては、ロッカーアーム摺動部お
よび相手部材であるカムとも著しい摩耗を示し、しかも
スカッフィングおよびピッチングの発生も著しいもので
あった。

また、窒化物形成元素および窒素を含有しない比較合金
１，２においては、カムの摩耗量が比較的ないのに対し
て、ロッカーアーム摺動部の摩耗が相対的に高く、かつ
スカッフイングの発生が多いものであった。

この頃向は窒化物形成元素および窒素の含有量がこの発
明の範囲から低い方に外れた成分組成を有する比較合金
３にも現われているが、この場合ロッカーアームの摺動
部の外観はかなり改善されたものになっている。さらに
、窒化物形成元素およびＮが含有されていてもＣｒ含有
量が本発明範囲から低い方に外れた比較合金４において
は、摺動部はすぐれた耐魔耗性および耐スカツフィング
性を示すものの、相手カムの摩耗量は著しく多いものと
なっており、これらの結果から５％以上のＣｒ含有が必
要であることが明白である。

これに対して、本発明合金１〜１７は、いずれもすぐれ
た耐摩耗性を示すほか、相手部材のカムを損傷させるこ
ともほとんどなく、さらに耐スカッフィング性および耐
ピッチング性のきわめてすぐれたものになっている。

また、本発明合金１３においては、上記の通り熱処理を
施すことにより、素地が焼戻しマルテンサィト組織にな
っており、熱伝導度の増加と硬さに向上などによりさら
に一段とすぐれた耐摩耗性を示している。なお、この場
合熱処理在件を適宜選択することによって、素地の組織
を、ベィナィト、パーラィト、あるいはオーステナィト
、さらにはこれらの混合組織とすることができるのは勿
論である。なお、上記実施例では、本発明合金をロッカ
ーアームの摺動部に適用した場合について述べたが、カ
ム、スリーブ、およびバルブシートなどの高面圧のかか
る用途に使用しても同様にすぐれた耐摩耗性を示すもの
である。

上述のように、この発明のＦｅ基糠結合金は、素地中に
、硬質粒子たる微細な窒化物と比較的粗粒の炭化物とが
均一に分散し、しかも前記炭化物の一部が同様にに硬質
の窒化物および炭窒化物のうちのいずれか、または両方
で占められている組織をもつので、これを例えば高い面
圧のかかる用途に使用した場合に、前記面圧が前記硬質
粒子によって分散されることから、すぐれた耐摩耗性、
耐スカッフィング性、および耐ピッチング性を示し、さ
らに相手部材の摩耗も改善されるようになるなど工業上
有用な特性を有するのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：０．５〜３．０％、Ｃｒ：５．０〜３０．０％
   、Ｐ：０．１〜５．０％、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ
   ，Ｚｒ，Ａｌ，およびＢのうちの１種または２種以上：
   ０．０３〜４．７％、Ｎ：０．００５〜２．９％、Ｆｅ
   および不可避不純物：残りからな組成（以上重量％）を
   有し、かつ素地中に微細な窒化物と比較的粗粒の炭化物
   が均一に分散し、しかも前記炭化物の一部が炭窒化物お
   よび窒化物のうちのいずれか、また両方で占められてい
   る組織を有することを特徴とする耐摩耗性Ｆｅ基焼結合
   金。 ２ Ｃ：０．５〜３．０％、Ｃｒ：５．０〜３０．０％
   、Ｐ：０．１〜５．０％、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ
   ，Ｚｒ，Ａｌ，およびＢのうちの１種または２種以上：
   ０．０３〜４．７％、Ｎ：０．０５〜２．９％、Ｍｏお
   よびＷのうちの１種まは２種：０．５〜１０％、Ｆｅお
   よび不可避不純物：残りからなる組成（以上重量％）を
   有し、かつ素地中に微細な窒化物と比較的粗粒の炭化物
   が均一に分散し、しかも前記炭化物の一部が炭窒化物お
   よび窒化物のうちのいずれか、または両方で占められて
   いる組織を有することを特徴とする耐摩耗性Ｆｅ基焼結
   合金。 ３ Ｃ：０．５〜３．０％、Ｃｒ：５．０〜３０．０％
   、Ｐ：０．１〜５．０％、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ
   ，Ｚｒ，Ａｌ，およびＢのうちの１種または２種以上：
   ０．０３〜４．７％、Ｎ：０．００５〜２．９％、Ｎｉ
   ，Ｃｏ，およびＣｕのうちの１種または２種以上：０．
   ５〜１０％、Ｆｅおよび不可避不純物：残りからなる組
   成（以上重量％）を有し、かつ素地中に微細な窒化物と
   比較的粗粒の炭化物が均一に分散し、しかも前記炭化物
   の一部が炭窒化物および窒化物のうちのいずれか、また
   は両方で占められている組成を有することを特徴とする
   耐摩耗性Ｆｅ基焼結合金。 ４ Ｃ：０．５〜３．０％、Ｃｒ：５．０〜３０．０％
   、Ｐ：０．１〜５．０％、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ
   ，Ｚｒ，Ａｌ，およびＢのうちの１種または２種以上：
   ０．０３〜４．７％、Ｎ：０．００５〜２．９％、Ｍｏ
   およびＷのうちの１種または２種：０．５〜１０％、Ｎ
   ｉ，Ｃｏ，およびＣｕのうちの１種または２種以上：０
   ．５〜１０％、Ｆｅおよび不可避不純物：残りからなる
   組成（以上重量％）を有し、かつ素地中に微細な窒化物
   と比較的粗粒の炭化物が均一に分散し、しかも前記炭化
   物の一部が炭窒化物および窒化物のうちのいずれか、ま
   たは両方で占められている組織を有することを特徴とす
   る耐摩耗性Ｆｅ基焼結合金。