JPS6039149A - 耐摩耗性および自己潤滑性のすぐれたＦｅ基焼結合金の製造法 - 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自己潤滑性を有し
、かつ耐熱性および耐食性にすぐれ、特にこれらの特性
が要求されるバルブシート、バルブガイド、ロッカーア
ーム、タペット、および軸受などの耐摩耗部品の製造に
用いた場合にすぐれた性能を発揮するＦｅ基焼結合金に
関するものである。

従来、一般に、上記の耐摩耗部品の製造には、ステンレ
ス鋼、耐熱鋼、あるいは合金工具鋼などの成分組成に相
当する組成をもったＦｅ基焼結合金が用いられている。

これらのＦｅ基焼結合金は、すぐれた耐熱性および耐食
性を有し、かつ素地中にビッカース硬さで７００以上の
炭化物が均一微細に分散した組織をもつので、実用に際
してはすぐれた耐摩耗性を示すが、一方硬質であるため
に相手攻撃性が著しく高いという問題をもつものであっ
た。

そこで、本発明者等は、上述のような従来耐摩耗部品の
もつ問題点を解決すべく研究を行なった結果、 所定の配合組成を有する圧粉体を、圧力ニ　１０−１ｔ
ｏｒｒ以下の真空中、１０２０〜１２００℃の範囲内の
所定温度で焼結した後、少なくとも焼結温度から変態点
までの範囲を２〜ｂ 徐冷することによって製造した、重量％で、Ｃｒ：１〜
２５チ。

Ｃ：１．３〜６％。

Ｓｉ：０．５〜５チ。

を含有し、さらに必要に応じて、 ＰおよびＢのうちの１種または２種：０．０５〜２チと
、 Ｍｏ　、　Ｗ、　Ｎｂ、　Ｔｉ　、Ｖ　、およびＺｒの
うちの１種または２種以上（以下、これらを総称して炭
化物形成成分という）：０．１〜２０％。

のうちのいずれか、または両方を含有し、残りがＦｅと
不可避不純物からなる組成、並びに素地中に、ビッカー
ス硬さで７００以上を有する炭化物＝３〜４０容量チお
よび遊離黒鉛二３〜２０容量チが均一に分散した組織を
有するＦｅ基焼５− 結合金は、その素地によってすぐれた耐熱性と耐食性が
確保され、かつ素地中に微細均一に分散する炭化物によ
ってすぐれた耐摩耗性が、さらに同じく遊離黒鉛によっ
てすぐれた自己潤滑性が確保されるようになるという知
見を得だのである。

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、以下に成分組成および製造条件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 Ｃｒ成分には、素地に固溶して、これを強化すると共に
耐熱性および耐食性を向上させ、さらにＣ成分と結合し
てビッカース硬さで７００以上の高硬度を有するＣｒ炭
化物を形成し、かつ炭化物形成成分を含有する場合には
、これとさらに一段と高い硬さをもった複炭化物を形成
して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１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方２５％を越えて含有させると、合金の脆化が著しく
なることから、その含有量を１−２５％と定め６− た。

（ｂ）　ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して、これを強化すると共に、
上記のようにＣｒや炭化物形成成分と結合してビッカー
ス硬さで’７００以上の高硬度を有するＣｒ炭化物や、
これとの複炭化物を形成して合金の耐摩耗性を向上させ
、さらに焼結後の徐冷過程で均一微細に分散した遊離黒
鉛として析出して合金の自己潤滑性を向上させる作用が
あるが、その含有量が１．３％未満では所望のすぐれた
耐摩耗性および自己潤滑性を確保することができず、一
方６％を越えて含有させると、合金の強度および靭性の
低下が著しくなることから、その含有量を１、３〜６係
と定めた。

（ｃ）　５ｉ Ｓ１成分には、素地に固溶して、焼結性を著しく改善し
、もって合金を緻密化するａｔか、素地に固溶したＣ成
分の解離反応を大きくして、Ｃ成分の析出を促進する作
用があるが、その含有量が０５−未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方５チを越えて含有させると、
合金の靭性が低下するようになるばかシでなく、焼結時
の液相量が多くなりすぎて形状変形が生ずるようになる
ことから、その含有量を０５〜５チと定めた。

（ａ）　ｐおよびＢ これらの成分には、焼結性を改善して合金を緻密化し、
かつ素地に固溶して合金の強度を向上させる作用がある
ので、特にこれらの特性が要求される場合に必要に応じ
て含有させるが、その含有量が０．０５　％未満では前
記作用に所望の向上効果が得られず、一方２％を越えて
含有させると、焼結時の液相量が多くなりすぎて形状変
形を起し易くなるばかりでなく、合金の強度低下の原因
ともなることから、その含有量を０．０５〜２％と定め
た。

（ｅ）　炭化物形成成分 これらの成分には、素地に固溶して、これを強化するほ
か、Ｃ成分と結合して高硬度を有する炭化物および複炭
化物を形成し、もって合金の耐摩耗性を一段と向上させ
る作用があるので、特に、高い強度と耐摩耗性が要求さ
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　％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず
、一方２゜係を越えて含有させると、合金に脆化傾向が
現われるようになることから、その含有量を０．１〜２
０％と定めた。

Ｂ９組織 ０　炭化物 炭化物の量が、素地中に占める割合で３容量係未満では
、所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一
方炭化物量が、同様の割合で４０容量チを越えると、合
金の脆化が著しくなると共に、相手攻撃性も高くなるこ
とから、素地中における炭化物の割合を３〜４０容量チ
と定めた。

（ｂ）　遊離黒鉛 遊離黒鉛の量が、素地中に占める割合で３容量チ未満で
は、所望のすぐれた自己潤滑性を確保することができず
、一方遊離黒鉛量が、同様の割合で２０容量係を越える
と、合金の強度が急激に低下するようになることから、
素地中における遊離９− 黒鉛の割合を３〜２０容量係と定めた。

Ｃ９製造条件 （ａ）焼結雰囲気の真空度 焼結雰囲気の真空度は、合金成分たるＳｌ量にも影響を
受けるが、その真空度が１０　ｔｏｒｒよシ悪くなると
、焼結雰囲気中の酸素および水分が、ＦｅやＣをはじめ
とする成分と反応を起し、遊離黒鉛の生成を困難にする
一方で、炭化物の生成が促進されてしまうため所定の組
織を得ることができなくなるばかりでなく、焼結合金中
の酸素量が増大するため、合金強度が著しく低下し、過
酷な条件下での使用に耐えられなくなり、さらに耐摩耗
性および摺動特性も劣化するようになることから、焼結
雰囲気の真空度を１０−１ｔｏｒｒ以上と定めた。

（ｂ）　焼結温度 焼結温度が１０２０℃未満では、素地中への合金成分の
同相拡散が十分に行なわれないため、所望の合金強度お
よび組織を確保すると七ができず、一方１２００℃を越
えた焼結温度では液相の発生量が多くなりすぎて、形状
変形が著しく、所定の１０− 形状が得られなくなることから、焼結温度を１．０２０
〜１２００℃と定めた。

（Ｃ）　冷却速度 冷却速度が２℃／ｍｉｕ未満では、あまりにも徐冷すぎ
て実用的でないばかりでなく、このように遅い冷却速度
にしても遊離黒鉛の析出量および炭化物の形成量はこれ
より速い冷却速度の場合とほとんど同じであり、一方４
０℃／ｌを越えた冷却速度にしても、相対的に炭化物の
割合が多く、遊離黒鉛の割合が少なくなる傾向が現われ
るが、その改善効果により一層の向上効果は得られない
ことから、焼結後における焼結温度から少なくとも変態
点までの冷却速度を２〜ｂ つぎに、この発明のＦｅ基焼結合金およびその製造法を
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。

いずれも粒度−１００ｍｅｓｈを有し、かつＣｒ含有量
がそれぞれ５％、１３％、２５％、３５％、および６５
％の５種類のＦｅ−Ｃｒ合金粉末、同一１００ｍｅｓｈ
のカーボン粉末、平均粒径：３μｍの１．Ａｏ粉末およ
びＷ粉末、いずれも粒度−１００ｍｅｓｈを有するＴｉ
Ｃ粉末、ＶＣ粉末、　ＮｂＣ粉末、およびｗｅ粉末２粒
度−１００ｍｅｓｈのＦｅ　−Ｃｒ　−Ｍｏ　−Ｎｂ合
金（Ｃｒ：１３％、　Ｍｏ：　１　％、　Ｎｂ：　’ｉ
’％含有）粉末およびＦｅ−Ｚｒ合金（Ｚｒ：６０％含
有）粉末、いずれも粒度−１００ｍｅｓｈのＦｅ−Ｐ合
金（Ｐ：２７％含有）粉末、Ｆｅ−Ｂ合金（Ｂ：１’７
％含有）粉末、およびＦｅ−８ｉ合金（ｓｉ：４２％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、Ｖ型ミキサーにて３０分間
混合した後、４〜７　ｔｏｎ／ｆｆｌ　の範囲内の所定
圧力にて圧粉体に成形し、ついでこれらの圧粉体を第２
表に示される焼結条件および冷却条件にて焼結すること
によって、実質的に配合組成と同一の成分組成をもった
本発明焼結合金１〜２５および比較焼結合金１〜３をそ
れぞれ製造した。

なお、比較焼結合金１−３は、構成成分のうちのいずれ
かの成分含有量（第２表に※印を付したもの）がこの発
明の範囲から外れた条件で製造されたものである。

つぎに、この結果得られた本発明焼結合金１〜２５およ
び比較焼結合金１〜３について、その素地における炭化
物および遊離黒鉛の割合を測定すると共に、 試験片寸法：２０′Ｂ　Ｘ厚さ１０朋。

面圧’　２０　ｋ！？／ｆｆｌ。

周速：　６．８　ｍ　／ｓｅｃ。

相手材：ＦＣ−２２゜ 潤滑油：使用。

摩擦距離：　１５　Ｘ　１０”ｍ。

の条件で摩耗試験を行ない、上記試験片の摩耗深さと、
相手攻撃性を評価する目的で、相手材の摩耗深さを測定
した。これらの結果を第２表に示した。

第２表に示される結果から、本発明焼結合金１〜２５は
、いずれもすぐれた耐摩耗性および自己潤滑性を具備し
ているのに対して、比較焼結合金１〜３に見られるよう
に、成分組成がこの発明の範囲から外れると、前記両特
性のうち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、この発明によれば、素地中に微細均一に
分散１７た炭化物と遊離黒鉛によって、すぐれた耐摩耗
性と自己潤滑性が確保され、かつ素地によってすぐれた
ｍｌ熱性と耐食性を具備Ｉ−たＦｅ基焼結合金を製造す
ることができ、しかもとのＦｅ基焼結合金を、これらの
特性が要求される各種の分野、例えば耐摩耗部品の製造
に適用した場合に、すぐれた性能を長期に亘って安定的
に発揮するなどの工業−ト有用な効果がもたらされるの
である。

出願人　三菱金属株式会社 代理人　富　１）　和　夫　外１名

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　Ｃｒ：　１〜２５　％ｔ　Ｃ：　１．３〜６％
   、Ｓｉ：０．５〜５％を含有し、残りがＦｅと不可避不
   純物からなる組成（以上重量係）、並びに素地中に、ビ
   ッカース硬さで７００以上を有する炭化物：３〜４０容
   量係および遊離黒鉛：３〜２０容量チが均一に分散した
   組織を有することを特徴とする耐摩耗性および自己潤滑
   性のすぐれたＦｅ基焼結合金。
2. （２）　Ｃｒ：　１〜２５　％、　Ｃ：　１．３〜６％
   、Ｓｉ：０．５〜５％を含有し、さらにＰおよびＢのう
   ちの１種または２種：００５〜２％を含有し、残りがＦ
   ｅと不可避不純物からなる組成（以上重量％）、並びに
   素地中に、ビッカース硬さで７００以上を１− 有する炭化物二３〜４ｏ容量係および遊離黒鉛；３〜２
   ０容量係が均一に分散した組織を有すると・とを特徴と
   する耐摩耗性および自己潤滑性のすぐれたＦｅ基焼結合
   金。
3. （３）　Ｃｒ：　１　〜２　５　％、　Ｃ：　コ、　３
   〜６　％　、ｓｌ　：０、５〜５％を含有し、さらにＭ
   ｏ、’　Ｗ　、　Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｖ　。 およびＺｒのうちの１種または２種以上：Ｏ，１〜２０
   チを含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成（
   以上重量係）、並びに素地中に、ビッカース硬さで７０
   ０以上を有する炭化物：３〜４゜容量チおよび遊離黒鉛
   ：３〜２ｏ容量チ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自己潤滑性のすぐれたＦｅ基
   焼結合金。
4. （４）　Ｃｒ：　］、〜２５　％、　Ｃ：　］、、３〜
   ６　％、　Ｓｉ：０．５〜５％を含有し、さらにＰおよ
   びＢのうちの１種または２種：０．０５〜２％と、Ｍｏ
   、　Ｗ、　Ｎｂ。 Ｔｉ、Ｖ、およびＺｒのうちの１種または２種以上二〇
   、　１〜２０％を含有し、残りがＦｅと不可避不純物か
   らなる組成（以上重量％）、並びに素地中に。 ビッカース硬さで７００以上を有する炭化物：３〜４０
   容量係および遊離黒鉛：３〜２０容量チが均一に分散し
   た組織を有することを特徴とする耐摩耗性および自己潤
   滑性のすぐれたＦｅ基焼結合金。
5. （５）所定の配合組成を有する圧粉体を、圧力ニ１０ｔ
   ｏｒｒ以下の真空中、１０２０〜１２００℃の範囲内の
   所定温度で焼結した後、少なくとも焼結温度から変態点
   までの範囲を２〜ｂ 速度で徐冷することによって、Ｃｒ　：　１−２５　％
   　＋Ｃ：１．３〜６チ、Ｓｉ：０．５〜５％を含有し、
   さらに必要に応じて、ＰおよびＢのうちの１種または２
   種二０．０５〜２％と、Ｍｏ、　Ｗ、　Ｎｂ、　Ｔｉ、
   　Ｖ、およびＺｒのうちの１種または２種以−ヒ二０．
   １〜２０チのいずれか、または両方を含有し、残りがＦ
   ｅと不可避不純物からなる組成（以上重量％）、並びに
   素地中に、ビッカース硬さで７００以上を有する炭化物
   ：３〜４０容量チおよび遊離黒鉛：３〜２０容量係が均
   一に分散した組織を有するＦｅ基焼結合金を製造するこ
   とを特徴とする耐摩耗性および自己潤滑性のすぐれたＦ
   ｅ基焼結合金の製造法。