JPS61201755A

JPS61201755A - 耐摩耗性部品用粉末金属合金

Info

Publication number: JPS61201755A
Application number: JP2132886A
Authority: JP
Inventors: ヘロン　エー．ロドリゲス
Original assignee: Stanadyne LLC
Current assignee: Stanadyne LLC
Priority date: 1985-02-04
Filing date: 1986-02-04
Publication date: 1986-09-06

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】エンジンのある部品、特に滑動性部材はしばしば厳しい
平面応力下に作動する。ある種の条件下においては、擦
切れ（ｓｃｕｆｆｉｎｇ　）、破砕（ｓｐａｌｌｉｎｇ
　）　　及び磨損（ａｂｒａｓｉｖｅ　）などの摩耗作
用が広がりその結果相当な寸法変化及びエンジンの性能
への悪影響が生じる。

あらゆる摩耗作用の中で擦切れが最も厳しいものと考え
られている。擦切れは二つのかみ合せ部材間に生ずる溶
接作用（ａ　ｗｅｌｄｉｎｇｒｅａｃｔｉｏｎ　）　　
である。最低の潤滑条件下において溶接が生ずる場合に
は二つのかみ合せ表−面における溶接作用はこれらの部
材の元の幾何学的形状の完全な損失を伴う破局的なもの
であり得る。

バルブシート、カム、及びロッカーアームなどの厳しい
応力用途に対しては冷却鋳鉄及び窒化鋼などの通常の材
料が従来選ばれていた。それらの用途はしばしば厳しい
摩耗或いは点食を生じていた。

しかしながら、近年焼結材料の耐摩耗性部品における用
途が増大しているが、殆んど低平面応力用途に限られ、
高平面応力型の用途には僅かにほどほどの成功を示して
いるにすぎない。

発明の概要本発明は高平面応力用途において、高い耐摩耗性を要求
する用途のための焼結材料に対する。

それは、特に、耐摩耗性表面として使用される焼結材料
のための特別の冶金学的組成物に関する。

もう一つの目的は、通常の粉末化技術を用いて加工する
ことのできる耐摩耗性組成物を開発することである。

もう一つの目的は擦切れに対する優れた耐性を有するエ
ンジン部品冶金学である。

もう一つの目的は高温用途に使用される耐摩耗性部品で
ある。

もう一つの目的は耐腐蝕性及び耐酸化性を有する耐摩耗
性部品である。

その他の目的は以下の明細書及び特許請求の範囲より明
らかであろう。

本発明は耐摩耗性部品の冶金に関する。この冶金はタペ
ット、ロッカーアーム、バルブシート、カムローラー、
滑動性部材などの部品上の摩耗性表面として使用するこ
とを意図するものである。−例として、カムシャフトは
現在粉末化金属のカムローブが結合されている中空の鋼
管から作り出されている。これらのローブを本発明の焼
結冶金から作ることができる。

本発明の新規材料は重量−で約１チ〜約４チの炭素（Ｃ
）、約８％〜約１８１のクロム（Ｃｒ　）、約１チ〜約
７％のケイ素（ｓｉ）、約０．５　％〜約６％のモリブ
デン（Ｍｏ　）　、約５−〜約１５チの銅（Ｃｕ）、及
び２％未満の不純物を含み、残部が鉄（Ｆｅ）　　であ
る。

特に本発明の新規材料の好ましい組成物は下記の通りで
ある：炭　　素　　　　　　　　　　　　　　　　１．５−２
．５クロム　　　　　　　　　１１．５−１３．５ケ　
　イ　　素　　　　　　　　　　　　　４−６モリブデ
ン　　　　　　　０．５−１．５銅　　　　　　　　　
　　　　　　　９−１１鉄　　　　　　残部本発明による焼結合金は次の技術により加工される。第
一の工程は一８０メツシュ径の次の市販されている粉末
をブレンドすることである。

重量％４３４　Ｓ、　Ｓ、粉末　　　　　　７４２３１チフエ
ロシリコン粉末　　　　　１３．３黒　　鉛　　　　　
　　　　　　　　　２０アクラワツクス（Ａｃｒａｗａ
ｘ）　　　　　　０．５Ｃ滑剤銅粉末　　　　　　　　　１０．０この混合物をＶブレンダーで２０分間ブレンドする。

次が圧縮成形工程である。ブレシトされた材料を平方イ
ンチ当り約５０〜６０トン（Ｔｓｒ）の圧縮成形圧力で
所望の形状に圧縮成形し、その結果未焼結成形体の６．
００〜６．３０ｆ　／　ｃｍ　”の未焼結密度（ｇｒｅ
ｅｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ　）が得られる。

次に焼却（ｂｕｒｎ−ｏｆｆ　）　工程が行われる。

試料をり、Ａ、雰囲気を用いてプッシャー型炉内におい
て８００°〜１０００”Ｆ（約４２７゜〜約５３８℃）
で１時間焼却する。これは滑剤を除去するために行われ
る。

次は焼却工程である。試料を真空炉内においてＮ２雰囲
気を用いて焼結する。用いられる焼結サイクルは約２０
５０７〜２２５０下（約り１２１℃〜約１２３２℃）、
より好ましくは２１００〜２２００？（約り１４９℃〜
約１２０４℃）で１時間である。焼結密度は６．７０−
７．５０１７ｃｍ３、より好ましくは７−１０〜７．５
０　ｆ　７ｃｍ”である。

この技術は第１図及び第２図に示される材料を生成する
。この微細構造はマルテンサイトのマトリックス（明灰
色）中の微細カーバイド粒子（白色）よりなる。マトリ
ックス内にはカーバイドのフリー領域も散在してあり、
これらの領域は球形化されたパーライトに類似する（約
２５％）。又、球状（暗灰色）を達成し、約２〜４％を
占めるフリー銅相の分散もある。銅の残部は小さな析出
粒子により見られるようにマトリックス内に微細に析出
している。

試料内の多孔度は約０．５〜６容量チ、より好ましくは
約１〜３チであり、孔は微細であり均一に分布している
。

この焼結合金における各元素は特別の役割を有している
。炭素を添加する利点の中にはマルテンサイトのような
硬化相を形成することによるマトリックスの強化がある
。それは又鉄、クロム及びモリブデンと結合して（Ｆ　
ｅ。

Ｃｒ）７Ｃ３及び（Ｆｅ　、　Ｃｒ　、　　−Ｍｏ　）
７Ｃ３の複合カーバイドを形成する。それは耐摩耗性を
付与するための鍵元素の一つである。

クロムの一部は溶液に入り、マルテンサイトを形成する
ことによりマトリックスを強化し、及び残部のクロムは
炭素と結合して硬化カーバイド粒子（Ｆｅ％Ｃｒ）７Ｃ
８及び（Ｆｅ、　Ｃｒ、　Ｍｏ　）７　Ｃ３などを形成
する。

これらの全ては改良された耐摩耗特性を生ずる。

モリブデンの役割は、モリブデンもまたカーバイドを形
成し、マトリックスを強化するのでクロムの役割と類似
している。

ケイ素は鉄マトリックス中に溶解されており、焼結に際
して液相を提供することによりその密度化を促進する。

それはカーバイド粒子の球状化に有効であり、高温耐酸
化性を付与する。それは又、炭素の変化による焼結密度
或いは硬さにおける変化を防止するのに有効である。

１０％の銅を添加する利点の中にはベースの鉄とともに
銅の固溶体が冷却されるにつれ形成される小さな析出物
に見られるようなマトリックスの強化がある。銅の残り
は遊離形態であり、固体滑剤として作用し、かみ合う表
面間の摩擦を減少する。銅の添加はまた焼結温度を低下
させ、カーバイドの球形化を可能にする。更に銅の添加
はより良い粒子間結合による改良された耐摩耗特性を生
ずる液相の形成を可能にする。

本発明からの合金を含む幾つかの焼結材料について耐擦
切れ性の試験を行った。この擦切れ試験は単一持上げ固
定具（ｆｉｘｔｕｒｅ　）を用いて行われた。固定具は
押出棒に接続された目盛を付されたバネパッケージによ
り付加された固定ブロック内に設定されたタペットより
なる。Ａ、Ｄ、Ｃ，駆動モーターが部分的に油浴中に浸
漬されているローラーを駆動する。付加されたタペット
がローラー上を動く。この試験において正方形状のタペ
ットカムフェース及び正方形状のローラーが擦切れ作用
が生ずるか或いは７００ボンド（約３１８〜）のバネ荷
重（３９分間）が到達するまで次第により高いバネ荷重
において試験される。

終了点はり、Ｃ，駆動モーターにより用いられた電力を
追跡することにより決定される。

溶接作用が開始する際には迅速な電力の増大が生じ、そ
れは１秒以内の経過時間に関連させることができる。３
９分間の全経過時間により試験が完了される。

試験パラメータ：材料：被試験焼結材料タペットニブロック状のセ゛ントスクリュー、回転防止
。１ミクロンダイヤモンドで磨かれたカムフェース。

ローラー二幅０．６００インチ（約１．５　ｃｍ　）材
質−鋼或いは鋳鉄。

鋼−４１４０−Ｒｃ５７−６３　　に浸炭及び硬化鋳鉄−硬化性鉄−Ｒｅ　５２分に硬化及び焼戻し、仕上−〇、Ｄ、−１−５ＲＭＳバネ率：　　１２６６ポンド／インチ（５０ポンド／、
０３９５インチ）（約２２６Ｋｑ　／　ｃｍ　）試験油：　Ｔｅｘａｃｏ　Ｂａａ＠　、　　２０重量源
度−１２５〜１３５゜速　度：　試運転　２０９８ＰＰＭ試験　　１１０４５ｓＦＰ荷　重：　試運転　１００ポンド（約４５．４に２）（
配列作成）試験　　１００〜７００ポンド（約４５．４〜約３１８Ｋｇ）（５０ポンド間隔）時　間：　試運転　１分試験　　３分間／各間隔荷重変化時間−最大１５秒記録計：　チャンネル１−駆動モーターへの電力（ワッ
ト）電力変調器〔トランスデータ１０ＷＳＩＯＥ）電流変流器（３０〜５）チャンネル２−経過時間（秒数）備　前二　経過時間は各荷重間隔において完結される全
分数である。開始時の速度を安定化させる時間及び荷重を変化させる時間は含まれない。

擦切れ試験の結果を第３図に示す。本発明の合金は鋼ロ
ーラー並びに硬化性鉄上の両者において最も高い擦切れ
評価を有する。Ｄのラベルを付した試験合金は米国特許
４，３４４，７９５号明細書に示されたものと同様であ
る。合金りの実際の組成は炭素１．９５％、フリー黒鉛
０．８９チ、モリブデン５．６０チ、ジノ０ｏ９１チ、
銅１０．５５　％及びスズ１．９２チである。

本発明の好ましい形態を示しそして説明したが、それに
対する修正、置換及び変更がありうることを認識するべ
きである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１６０倍の本発明の合金金属組繊の顕微鏡写真
である。第２図は３２０倍の本発明の合金金属組繊の顕微鏡写真
である。第３図は擦切れ試験結果を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１、下記組成を含んでなることを特徴とする耐摩耗性合
金：元素重量％炭素　１〜４クロム　８〜１８ケイ素　１〜７モリブデン　０．５〜６銅　５〜１５鉄　残部２、不純物が組成物の２重量％未満を占める特許請求の
範囲第１項記載の合金。３、合金化元素が実質的に１：４３４ステンレス鋼、３
１％フェロシリコン、銅粉末及び黒鉛よりなる−８０メッシュ径の市販の粉末の形態で添加される特許請求の範囲第１項記載の合金。４、全て−８０メッシュ径の７４．２重量％の４３４ス
テンレス銅粉末、１３．３重量％のフェロシリコン粉末
、２重量％の黒鉛粉末、０．５重量％のＡｃｒａｗａｘ
Ｃ潤滑剤、及び１０重量％の銅粉末を含んでなる合金粉
末ブレンドを６．０〜６．３ｇ／ｃｍ＾３の未焼結密度に圧縮
成形し、この成形体を２０５０〜２２５０下（約１１２
１℃〜１２３２℃）において焼結することにより調製された特許請求の範囲第１項記載の合金。５、６．７０〜７．５０を／ｃｍ＾３の焼結密度を有す
る特許請求の範囲第１項記載の合金。６、７．１０〜７．５０ｇ／ｃｍ＾３の焼結密度を有す
る特許請求の範囲第１項記載の合金。７、微細構造がａ）マルテンサイトのマトリックス中の
微細カーバイド粒子、ｂ）マトリックス中に散在させられた球状化パーライトに類似するカーバイドフリー領域、ｃ）球状のフリー銅相、及びｄ）マトリックス中に微細に析出した銅粒子を含んでなる特許請求の範囲第１項記載の合金。８、通常の粉末合金技術を用いる方法により調製された
特許請求の範囲第１項記載の合金。９、合金化元素が元素状態で添加される特許請求の範囲
第１項記載の合金。１０、炭素が１〜３重量％、クロムが１１．５〜１３．
５重量％、ケイ素が４〜６重量％、モリブデンが０．５
〜１．５重量％、銅が９〜１１重量％、残部が鉄であり
２重量％が不純物である特許請求の範囲第１項記載の耐摩耗性合金。１１、合金化元素が４３４ステンレス、３１％フェロシ
リコン、銅粉末及び黒鉛を含んでなる−８０メッシュ径の市販の粉末の形態で添加される特許請求の範囲第１０項記載の合金。１２、全て−８０メッシュ径の７４．２重量％の４３４
ステンレス粉末、１３．３重量％のフェロシリコン粉末
、２重量％の黒鉛粉末、０．５重量％のＡｃｒａｗａｘＣ潤滑剤及び１０重量％
の銅粉末を含んでなる合金粉末ブレンド６．０〜６．３ｇ／ｃｍ＾３の未焼結密度に圧縮成形
し、この成形体を２０５０〜２２５０下（約１１２１℃
〜１２３２℃）において焼結することにより調製される特許請求の範囲第１０項記載の合金。１３、６．７０〜７．５０ｇ／ｃｍ＾３の焼結密度を有
する特許請求の範囲第１０項記載の合金。１４、７．１０〜７．５０ｇ／ｃｍ＾３の焼結密度を有
する特許請求の範囲第１０項記載の合金。１５、微細構造がａ）マルテンサイトのマトリックス中
の微細カーバイド粒子、ｂ）マトリックス中に散在させられた球状化パーライトに類似するカーバイドフリー領域、ｃ）球状のフリー銅相、及びｄ）マトリックス中に微細に析出した銅粒子を含んでなる特許請求の範囲第１０項記載の合金。１６、通常の粉末合金技術を用いる方法により調製され
た特許請求の範囲第１０項記載の合金。