JPS6112991B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、表面の自己潤滑性ならびに耐摩耗
性に優れかつ素材自体の強度および靭性にも優れ
た摺動用部材の製造方法に関する。

摺動用部材としては、例えば、シリンダおよび
シリンダライナ、シリンダコア、ピストンリング
などがある。第１図は、摺動用部材として射出シ
リンダを備えた圧力ダイカスト装置の一構造例を
示すもので、固定金型１と移動金型２との間に所
定形状の金型キヤビテイ３を形成し、固定金型１
には射出シリンダ（射出スリーブ）４を取付け
て、この射出シリンダ４内でプランジヤ５を摺動
可能に配設し、射出シリンダ４内に注湯口６より
注入した溶融金属を上記プランジヤ５の押出作動
によつて金型キヤビテイ３内に加圧供給し、凝固
後にダイカスト製品を得る構造をなすものであ
る。

このような圧力ダイカスト装置に使用される射
出シリンダ４は、高温たとえばアルミニウム合金
ダイカストの場合約650℃前後の高温でかつ500〜
1500Kg／cm²程度の高圧でプランジヤ５との間でく
りかえし摺動を受けるため、高温での強度をはじ
めとして、良好な潤滑性、耐摩耗性、耐酸化性、
耐焼もどし抵抗性、耐ヒートチエツク性などが要
求され、溶損（エロージヨン）などにも耐えうる
特性を有するものが要求される。

従来、上述した射出シリンダ４を製造するにあ
たつては、素材として例えば熱間ダイス鋼を用
い、所定の寸法に対し研磨代を残して機械加工を
おこなつたのち、焼入れおよび焼もどしを施して
Ｈ_RC40〜50程度に調質し、その後長時間の窒化
処理を施して硬化層深さ0.3〜0.5mm程度の窒化層
を形成し、最後に仕上研磨をおこなうようにして
いた。

しかしながら、このような従来の場合には、窒
化処理だけによつて表面の耐摩耗性を得るように
していたため、潤滑性という点では不足をきたし
やすく、とくに注湯口６より高温の溶融金属が注
入されて射出シリンダ４に熱変形を生じた場合に
かじりを生じやすく、射出シリンダ４の寿命が短
かくなつて交換頻度が高くなるという問題を有し
ていた。そして、このような窒化処理だけによつ
て高寿命を得ようとする場合には、射出シリンダ
４の摩耗によつて生ずるプランジヤ５との間のク
リアランス増加を調整するための摺動部材を別に
用意せねばならないという問題を有していた。

また、射出シリンダ４とプランジヤ５との間で
の潤滑性を高めるために、摺動部分に黒鉛粉末を
供給することもおこなわれるが、黒鉛粉末が飛散
して使用効率を低下したり、作業環境を悪化した
りするという問題を有し、さらには焼付を生ずる
おそれがあるなどの問題を有していた。

そのほか、射出シリンダ４をはじめとする摺動
用部材の表面に塩浴による浸硫処理を施して表面
の自己潤滑性の向上をはかることも試みられてお
り、塩浴中に窒素を含む場合（例えばNaCNを含
む塩浴の場合）には浸硫層の形成と同時に窒化層
の形成も若干認められる。しかしながら、浸硫層
と同時に形成される窒化層の厚さはせいぜい0.1
mm止まりであると共に、この窒化層の硬度は窒化
処理単独の場合に比べてかなり低く、主に浸硫に
よる表面の自己潤滑性を向上させているだけであ
つて、十分な硬化深さならびに耐摩耗性を得るこ
とができないため、摺動用部材の長寿命という観
点からは未だ不十分であるという問題を有してい
た。また、上記塩浴による浸硫処理において窒化
層の硬化深さを増大させるために、浸硫時間を長
くすることも考えられるが、長時間の浸硫処理に
よつて浸硫層も厚くなるため、表面に肌荒れを生
じたり、表面の剥離を生じたり、さらには寸法変
化をきたしたりしやすく、このため研摩仕上代が
増加して研磨時間の増大ならびに表面硬化層の減
少という不具合を生ずる問題を有していた。さら
にまた、浸炭後に直ちに低温浸硫浴中に浸漬し、
マルテンパー処理中に浸硫層を形成させる方法
（特開昭50−114355号公報）もあるが、この場合
に形成される浸硫層の厚さはせいぜい２〜３μｍ
であつて、とくに負荷の大きな摺動条件下におい
ては長時間の使用に耐え得ないものであるという
問題点があつた。

この発明は、上述した従来の問題点に着目して
なされたもので、自己潤滑性ならびに耐摩耗性に
優れ、素材自体の強度および靭性にも著しく優れ
ており、負荷の大きな摺動条件下においても耐用
寿命の長い摺動用部材を得ることを目的としてい
る。

この発明は、表面の摺動用に適する部材を製造
するにあたり、あらかじめ焼入れ焼もどしなどに
よつて調質した鋼表面に表面硬化処理を施したの
ち、浸硫処理を施すことを特徴とし、その実施態
様において表面硬化処理として、硬化層深さ0.3
〜0.5mmの窒化処理、あるいは硬化層深さ0.5〜0.7
mmの浸炭処理を施し、浸硫処理の深さを0.1〜0.4
mmとして、前記表面硬化処理による耐摩耗性向上
と浸硫処理による自己潤滑性向上の相乗作用によ
つて耐摩耗性ならびに潤滑性に非常に優れた摺動
用部材を製造するようにしたことを特徴としてい
る。

上記した表面硬化処理および浸硫処理を施す鋼
としては、炭素工具鋼（SK）および合金工具鋼
（SKS，SKD，SKT，SKH）その他の適宜な鋼を
使用することができる。そして、選択した鋼材に
対し必要な焼なまし処理を施して十分に球状化さ
れた均質な素材とし、この素材を所定の仕上代を
含む所定の形状寸法に加工したのち焼入れおよび
焼もどしをおこない、Ｈ_RC40〜50程度の硬度に
調質する。その後、上記鋼表面に、たとえば硬化
層深さ0.3mm以上の表面硬化処理を施す。このと
き、硬化層深さを0.3mm以上とするのが好ましい
のは、摺動用部材としての十分な耐摩耗性を得る
ためである。この表面硬化処理としては、硬化層
深さが0.3〜0.5mm程度の窒化処理あるいは硬化層
深さが0.5〜0.7mm程度の浸炭処理をおこなうのが
よく、必要に応じて浸炭窒化処理をおこなうのも
よい。

これらのうち、窒化処理としては、液体窒化を
おこなうことも可能であるが、ガス窒化またはイ
オン窒化をおこなうことが望ましく、これによつ
て必要な硬化層深さと高い硬度（Hv＝900〜1100
程度）を得る。ここで、硬化層深さを0.3〜0.5mm
としたのは、0.3mmよりも小さいと必要でかつ長
期にわたる耐摩耗性を得ることができず、0.5mm
よりも大きくなると窒化処理時間が長くなること
による。他方、浸炭処理としては、液体浸炭をお
こなうことも可能であるが、雰囲気炉を用いるガ
ス浸炭をおこなうのが良い。ここで、硬化層深さ
を0.5〜0.7mmとしたのは、0.5mmよりも小さいと必
要でかつ長期にわたる耐摩耗性を得ることができ
ず、0.7mmよりも大きくなると浸炭処理時間が長
くなることによる。

次に、上記表面硬化処理後に深さ0.1〜0.4mm程
度の浸硫処理を施す。この浸硫処理は中性あるい
は還元性の塩浴を用いる液体法によつておこなう
のが簡便であるが、その他H₂S等の気体を用いる
気体法によることもできる。塩浴を用いる場合に
は、混合塩に硫黄化合塩を添加させた塩浴剤を使
用するのが簡便である。なお、この場合前述した
ように、塩浴剤中に窒素が含まれている場合（例
えばNaCNが含まれている場合）には、浸硫と同
時に窒化を伴うのが普通である。しかしながら、
この際の窒化深さはせいぜい0.1mm止まりである
ため、十分満足しうる耐摩耗性を得ることができ
ず、浸硫処理単独では長寿命を目的とする射出シ
リンダ等の摺動用部材には適さない。ここで、浸
硫層の深さが0.1mmよりも小さいと良好な自己潤
滑性を得ることができなくなるので、浸硫層の深
さを0.1mm以上とすることが泌要である。他方、
0.4mmよりも大きな深さの浸硫層を形成したとし
ても自己潤滑性の向上にはあまり寄与せず、かえ
つて浸硫処理に必要な時間も長くなり、しかも表
面に肌荒れが生じるので、0.4mm以下とするのが
良い。

このような表面処理をおこなつた状張では、摺
動用部材の最表面側から、自己潤滑性に富んだ硫
化皮膜、浸炭または窒化・硫化拡散層、浸炭また
は窒化拡散層、素地の順で形成されるため、最表
面の硫化皮膜によつて自己潤滑性の非常に優れた
ものにすることができると同時に、硫化皮膜が欠
損したときには前記した非常に硬くしかも潤滑性
を有する浸炭または窒化・硫化拡散層によつてこ
れを十分に補なうことができ、摺動用部材の自己
潤滑性ならびに耐摩耗性を長期間にわたつて良好
に維持することが可能である。そして、上記浸炭
または窒化・硫化拡散層と素地との間に形成され
た浸炭または窒化拡散層によつて、使用時におけ
る表層の欠損ないしは欠落を十分に防ぐことが可
能であり、これら各層の存在によつて摺動用部材
として非常に優れた摺動特性を発揮することがで
き、しかも、あらかじめ調質処理が施されている
ため素材自体の強度および靭性にも著しく優れた
ものである。

実施例 ここでは、第２図に示す工程図に従つて実施し
た。鋼材としては、重量％で、Ｃ：0.39％、Si：
1.00％、Mn：0.40％、Cr：5.15％、Mo：1.4％、
Ｖ：0.8％、残部Feおよび通常の不純物からなる
合金工具鋼（JIS SKD 61相当材）を用い、これ
を820〜870℃に加熱した後徐冷して十分な球状化
焼なまし処理（硬度Ｈ_RC23以下）を施す。次い
で、外径220mm、内径120mm、長さ700mmの最終仕
上寸法に対して必要な仕上代を加味した寸法を設
定して機械加工に供し、外径部ターニングおよび
内径部ボーリングをおこなつてシリンダ素材に成
形した。次に、このシリンダ素材を1030〜1040℃
の温度に加熱したのち空冷焼入れし、Ｈ_RC47以
上の焼入れ硬さを得た。この焼入れにおいては、
シリンダ素材の酸化脱炭を防ぐことができるよう
に、真空焼入炉あるいは雰囲気焼入炉を用いてお
こなうことが望ましく、焼入歪を極力おさえうる
ように炉内装入法をとることが望ましい。次い
で、上記焼入れ後のシリンダ素材を590℃に加熱
したのち空冷して焼もどしをおこない、硬度Ｈ_R
C42〜48が得られるように調質した。この焼もど
しは、上記焼入れされたシリンダ素材に対して、
適正な硬度ならびに良好な靭性を付与するために
おこなうものであり、必要に応じて複数回にわけ
ておこなうことが望ましい。この場合、最初の方
の焼もどしを上記した焼もどし温度に加熱してお
こない、最後の方の焼もどしを後述する表面硬化
処理において兼用しておこなうこともできる。

そこで、上記最初の焼もどし後のシリンダ素材
に対し、わずかの仕上代を残して研磨をおこなつ
たのち、表面硬化処理を施す。

表面硬化処理として窒化処理を施すに際して
は、上記シリンダ素材を窒化処理炉内に装入し、
アンモニアガス雰囲気中で590℃×48時間保持し
た。この窒化処理によつて、硬さHv900〜1100、
深さ0.3〜0.5mmの窒化層を得た。

一方、表面硬化処理として浸炭処理を施すに際
しては、ガス変成炉によつて調整された浸炭性ガ
ス（RXガス）雰囲気炉内に前記シリンダ素材を
装入し、860℃×６時間保持した。この浸炭処理
によつて、硬さHv550〜700、深さ0.5〜0.7mmの浸
炭層を得た。

次いで、上記表面硬化処理を施した各シリンダ
素材に対して浸硫処理を施した。この浸硫処理に
際しては塩浴を用い、NaCN＋NaCl＋Na₂CO₃か
らなる混合塩に、Na₂S₂O₃からなる硫黄化合塩を
添加したものを使用してこれを570℃に保持し、
この塩浴中で各シリンダ素材を３〜６時間浸漬し
た。この浸硫処理によつて、硬さHv750〜850、
深さ0.3〜0.4mmの浸硫層を得た。なお、硫黄化合
塩としては、上記のほか、Na₂S，Na₂SO₄，
Na₂SO₃なども使用できる。この後、仕上研磨お
よび内径部ホーニングをおこなつて、第１図に示
す圧力ダイカスト装置用の射出シリンダを製作し
た。

そこで、得られた射出シリンダを第１図に示す
圧力ダイカスト装置に組込んでアルミニウム合金
のダイカストをおこなつた一実施結果によれば、
約40万シヨツトまでの使用に耐えることができ
た。

また、比較のために、上記実施例と同じ
SKD61を用い、Ｈ_RC40〜50にあらかじめ調質し
たシリンダ素材に上記と同じ塩浴組成によつて浸
硫処理を施し、硬度Hv600〜700、深さ0.1〜0.3mm
の浸硫層を形成したのち仕上研磨して射出シリン
ダを製作し、同様に第１図に示す圧力ダイカスト
装置に組込んでアルミニウム合金のダイカストを
同一条件でおこなつたところ、約20万シヨツトで
交換の必要を生じた。

なお、上述した実施例では圧力ダイカスト装置
の射出シリンダを例にとつて説明したが、そのほ
か、シリンダライナ、シリンダコア、ピストンリ
ング等の各種の摺動用部材に適用しうることはい
うまでもない。

以上のように、この発明によれば、あらかじめ
焼入れ・焼もどし処理して組織の微細化ならびに
強度および靭性の向上をはかつたのち、この調質
した鋼表面に、例えば硬化層深さ0.3mm以上の表
面硬化処理を施すことによつて、浸硫処理前に上
記所定深さの硬化層を得るようにし、例えばその
後深さ0.1〜0.4mmの浸硫処理を施すようにしたか
ら、摺動用部材の芯部の強度ならびに靭性を良好
なものにしたうえで、前記表面硬化処理による耐
摩耗性向上と浸硫処理による自己潤滑性向上の相
乗作用によつて摺動用部材の耐摩耗性ならびに潤
滑性を非常に優れたものとすることができ、負荷
の大きな摺動条件下においても長期にわたつて支
障なく使用することが可能であるというきわめて
すぐれた効果をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用されうる射出シリンダ
を組込んだ圧力ダイカスト装置の断面説明図、第
２図はこの発明の一実施例における摺動用部材の
製造工程説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面の摺動用に適する部材を製造するにあた
   り、あらかじめ焼入れ・焼もどし処理して調質し
   た鋼表面に表面硬化処理を施したのち、浸硫処理
   を施すことを特徴とする摺動用部材の製造方法。 ２ 表面硬化処理が、硬化層深さ0.3〜0.5mmの窒
   化処理である特許請求の範囲第１項記載の摺動用
   部材の製造方法。 ３ 表面硬化処理が、硬化層深さ0.5〜0.7mmの浸
   炭処理である特許請求の範囲第１項記載の摺動用
   部材の製造方法。 ４ 浸硫処理の深さが0.1〜0.4mmである特許請求
   の範囲第１項、第２項または第３項記載の摺動用
   部材の製造方法。