JPS6144152A

JPS6144152A - 耐摩耗性焼結合金の製造方法

Info

Publication number: JPS6144152A
Application number: JP16420284A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Nakazawa; 中沢　理文
Original assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Current assignee: TPR Co Ltd
Priority date: 1984-08-07
Filing date: 1984-08-07
Publication date: 1986-03-03
Also published as: JPH0121218B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、耐摩耗性焼結合金の製法に関するものであり
、さらに詳しく述べるならば液相焼結法によって、例え
ばロータリーコンプレッサ用ヘーン、内燃機関用ロアカ
ーアームのチップの如き摺動部材の如くすぐれた耐摩耗
性が要求される用途に用いられる焼結合金の製造法に関
するものである。

（従来の技術）従来、内燃機関用ロッカーアームの如き摺動部材は高Ｃ
ｒ鋳鋼材、合金鋳鉄材等で作製されていた。この際、高
Ｃｒ鋳鋼材等自体の耐摩耗性及び耐スカツフ性は不十分
であるので、焼入、チル、浸炭等によって摺動面を硬化
させ耐摩耗性及び耐スカツフ性を附加していた。

更に近年、内燃機関の軽量化が重要視されてきたため、
前記鋳鋼、鋳鉄材等に代わりアルミニウム製ロッカーア
ームが製作されている。但し、ロッカーアームのカム当
り部に要求される耐摩耗性もアルミニウムは備えておら
ず、一方近年の内燃機関の高負荷・高出力化に伴い従来
の鋳鋼、鋳鉄材ですらカム当り部の耐摩耗性が不足する
に至っているので、アルミニウム製ロッカーアームのカ
ム当り部のみは、耐摩耗性及び耐スカツフ性に優れた高
密度焼結材のチップをＡ７！で鋳ぐるみ固着させる複合
ロッカーアームが製作されている。

ここで、高密度焼結材とは、鉄基粉末にＰ、Ｂ。

Ｓｉ、Ｃ等の粉末を添加混合して液相を発生し易く、か
つ焼結中の液相発生によって焼結体の空孔を著しく減少
し、更に必要に応じてＣｒ、Ｍｏ。

■等の炭化物を焼結体内に生成させることによりすぐれ
た耐摩耗性、耐スカツフ性、及び耐ピツチング性をそな
えた焼結材料である。このような焼結材料は、例えば、
特開昭５８−２１０１０３号公報に記載されている。し
かしながら、従来の高密度焼結材は液相を発生させて高
密度化するために、一般的同相焼結材に比べ寸法変化率
が大きく、寸法精度が出しにくいという欠点がある。ま
た耐摩耗性等向上の目的で添加されるＣｒ等は少量では
、炭化物析出が少なく耐摩耗性が充分ではなく、多量に
なると自身の耐摩耗性にはイ３れるものの相手材！？耗
を増大させる傾向が現れる。なお、ロッカー了−ムの如
くバルブを作動させる部材においては、相手材摩耗が増
大するとバルブ開閉タイミングが狂うことになり、特に
近年の３バルブ又は４バルブ等の高性能エンジンでは極
めて望ましくない。

（発明が解決しようとする問題点）従来のロッカーアーム又はロッカーアームチップあるい
はベーン等に用いられる摺動部材を液相焼結法により製
作すると、寸法変化率が大きくなるために、該部材の精
度が不十分になる。この結果、ロッカーアームの場合は
バルブ開閉タイミングに合わせるための修正加工が必要
になり、また該部材の耐摩耗性および相手材の耐摩耗性
がすぐれないために、エンジン使用中にバルブ開閉サイ
クルが狂ってくるという問題があった。また、ベーンの
場合は、ハウジングとベーン間のシールが不十分になっ
て、コンプレッサー能力低下等の問題があった。

本発明者等は、従来の液相焼結法を研究した結果、従来
法では液相を発生させるための添加成分の選択や焼結温
度ひいては液相発生量のコントロールが困難であって、
液相発生量が少ない場合には空孔が残留し所望の硬度及
び密度が得られず、また液相発生量が多すぎる場合には
製品の形状がゆがむ等の問題があることに着目した。

本発明は、以上の様な従来技術の欠点を解消するために
なされたものであり、その目標とするところは、■耐摩
耗性部材自身の耐摩耗性および耐スカツフ性をすぐれた
ものとするのみならず、相手材の摩耗をも少なくするこ
と、■寸法変化率を少なくすることにより焼結後の寸法
精度を改善することを可能にする耐摩耗性焼結合金の製
造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段−その１）而して、本発
明者等は種々の実験を重ねた結果、従来の高密度焼結材
（液相焼結材）に適正な条件の下にＣｕを溶浸させるこ
とにより前記の目的を達成する材料を創出するに至った
のである。

本発明は、Ｃｒを含有するＦｅ基合金粉末と、Ｐ、Ｓｉ
、Ｂのうち１種又は２　Ｔｉｌｔ以上を含有する粉末と
、を混合して、該Ｐ、Ｓｉ、Ｂの１種又は２種以上が０
．１〜４重量％、Ｃｒが１〜２０重量％及びＣが１〜３
重景重量有される混合粉末を調製し、この混合粉末を所
定形状に成型し、得られた成型体の表面に銅溶浸材を配
置し、そして該成型体の液相発生温度以上且つ銅溶浸材
の７８融温度以上に加熱を行うことを特徴とする。

次に、本発明の限定理由を述べる。Ｐ、Ｂ及びＳｉは成
型体中に液相を発生させ焼結体を緻密化するために従来
の液相焼結材と同様必要となるが、Ｐ　、　Ｂ　、　Ｓ
ｉの１種又は２種以上が合計で０．１％未満では液相発
生量が少なく、また、４％を越える場合には液相発生量
が過多になり、Ｃｕが溶浸する空孔の量が不充分となっ
て寸法変化率が大となるので、所望の焼結体が得られな
くなる。好ましいＰ　、　Ｂ　、　Ｓｉ　の量は２％以
下である。Ｃｒは焼結合金のマトリックスに固溶すると
共にＣと結合してＣｒの炭化物を作り、硬度や耐摩耗性
を向上させるものであり、１％未満では炭化物の生成量
が少なく、硬度や所望する耐摩耗性向上は１υ１待でき
ない。一方、Ｃｒの量が２０％を越えても、焼結合金の
耐摩耗性向上の度合は小さく、しかも焼結合金のコスト
が上昇するので、Ｃｒの添加用は１〜２０％とする。な
お、本発明ではＵ’Ｌ結の進行と併行して成型体中に侵
入するＣｕによりＣｒの旧状炭化物の発達が妨げられる
ので、２０％もの多后のＣｒを使用することができる。

ＣはＣｒを結合し炭化物を形成するが１％未満では炭化
物析出量が少なく所望の硬度や耐摩耗性が得られない。

またＣを３％を越えて添加すると炭化物の粗大化をきた
し相手材摩耗を増加させる凹曲にあり、好ましくないの
でＣは１〜３％に限定する。

なお、ＣｒおよびＣの添加方法はＦｅ基合金粉末とは別
にフェロクロムとして一緒に添加するか、Ｆｅ基合金中
にＣｒを所定量含有させ、不足量のＣを黒鉛として添加
するなどの方法が可能である。

なお、銅の？８８浸は圧粉体の空孔■により決まるので
、本発明において必須の要件ではない。但し一般に得ら
れる圧粉体中の空孔用より銅の溶浸計は約２０％以下に
なる。

成型体の加熱温度を、その液相発生温度以上且つ銅？８
浸材溶融温度以上としたのは、液相焼結と１　　　　　
ともに銅溶浸を、−回の加熱処理で行わしめるためであ
る。

（作　用）本発明における泪）８浸と液相焼結の作用１よ冶金的に
十分解明されてはいないが、成型体がその液相発生温度
までに加熱される過程で固相焼結が行われ、スケルトン
が充分に強化され、その後、液相が発生しそして晶出す
る過程において溶浸材のＣｕが溶融され、そして焼結さ
れつつある焼結体中に浸透するものと考えられる。一つ
の典型的焼結過程によれば、最高加熱温度を１０７０〜
１１００’ｃとすると、約９５０°Ｃで成型体中に液相
が発生し、そして約９５０−９６０°Ｃ間で液相が晶出
する。一方、約１０７０°Ｃから銅の？８浸が始まる。

また液相はＦｅ−Ｐ−Ｃ１等の共晶組成を有すると考え
られ、この液相中にＣｒが富化してＣｒ炭化物が析出し
てｉ１ｆ摩耗性を向上させる。かかる液相の発生及び晶
出によって、スケルトン内の空孔が液相により部分的に
満たされ且つ粉末粒子が結晶によりさらに結合される。

銅は残存空孔にさらに浸透して４′Ｉ）未粒子をさらに
結合する。ここで、液相は小さい空孔を優先的に満たし
、一方銅は大きい空孔を満たすと考えられる。

本発明によると、成型体中に液相発生が起こるのとほぼ
同時に成型体中に溶融調力＜？受透するために、そして
従来の液相焼結材のように成型体寸法変化率が多（なら
ない。

（問題点を解決するための手段−その２）本発明におい
ては、Ｐ、Ｓｉ、Ｂの１種以上及びＣｒの添加又は含有
成分の他に、Ｍｏ、Ｖ及びＮｉの１種以上をＦｅ基扮内
床添加又は含有してもよい。これらの添加（含を）成分
のうち特にＭｏ、　ＶはＣｒと共に炭化物を形成しマト
リックスの強化に役立つ上焼入性も向上させる。又、Ｎ
ｉ　はマトリックスに固溶し焼入性を向上させる。

又、本発明においては焼結后の成型体の寸法変化率が３
％以内となるように、Ｐ、Ｓｉ、Ｂの１踵以上が０．８
〜１，２％、焼結温度１１２０−１１５０°Ｃ２焼結温
度での保持時間２Ｏ−１ＩＯ分、常温から焼結温度まで
の平均界１１！！速度５−８°Ｃ／分とすることが好ま
しい。

また、焼結後の冷却を急冷で行うと焼結合金のマトリッ
クスがマルテンサイトになり、相手材がセラミック、チ
ルド鋳鉄、焼入鋳鉄、焼入４岡等の硬質材である場合に
望ましい耐摩耗性を有するチ゛を結合金が得られる。一
方焼結後の冷却を徐冷で行うとマルテンサイトがパーラ
イトになり、相手材がｖｉｍ鋳鉄、ＳＰｌ又は非鉄金属
等比１校的軟質材である場合に望ましい耐摩耗性が得ら
れる。

（実施例）Ｃｒ含有粉末としては、６０％Ｃｒ含有フェロクロムを
用い、またＰ　、　Ｂ　、　Ｓｉ含有粉末としては、そ
れぞれ２６％ｐ、ｔｏ％Ｂ、７５％Ｓｉ　含有フェロア
ロイを用い、さらに思鉛扮を用いて第１表に示す組成の
混合粉末を調製した。この混合粉末を６ｔｏｎ／ｃｒＡ
の圧力で圧縮成形してロッカーアームチップ形状の成形
体とした。この上にＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｚｎ系洞溶浸材
を成型体重措に対して杓１７重鼠％配置したものをアン
モニア分解ガス中において９３０°Ｃで３０分分熱熱保
持後１００〜１１５０°Ｃまで昇温しそして３０分間保
持した。更に焼結体を９５０°Ｃの温度から空冷した。

なお、比較材としてはｊ同ン容浸をしない焼結材を８周
製した。

以下余白上記表より本発明によると、寸法変化率が極めて小さく
なることが分かる。

第１Ａ図及び第１Ｂ図に本発明材と６の顕微鏡組織を示
す。なお第１Ａ図及び第１Ｂ図の倍率はそれぞれ１００
倍及び４００倍である。

第１Ａ図及び第１Ｂ図において、白色相はクロム炭化物
、灰色相は溶浸洞、黒色相はマルテンサイトマトリック
スである。これらの図面より、本発明の合金は、ボアが
銅で溶浸充填せしめられ消失しており、８ＩＩ密な合金
が得られるばかりでなく、相手材の摩耗が少なくなる。

一方クロム炭化物は銅相より微細かつ均一に分散せしめ
られていることが分かる。かかるクロム炭化物は耐摩耗
性向上に顕著な効果を奏しつつまた相手材を摩耗させる
ことも少ない。

上記各合金及びクロムメッキ（硬さＨｖ９５０）　した
鋳鉄を下記条件による摩耗試験に供した。

供試機関−水冷式直列４気筒ＯＨＣデイーゼルｌ　　　
　　　　　　　エンジンエンジン回転数−１００Ｏｒｐｍ油温−６０℃ １ｒｘ１　’ｆｆｔ　油　　−１３０デイーゼルエンジ
ンオイル（劣化油）試験時間−５０８ｒ相手材−Ｃ３，２４ｙｏ　（ｆｆｉｉｆｆ１％、以下同
じ）Ｓｉ１．９６％　Ｍｏ０．６６％、Ｐ　Ｏ，０３％
、Ｃｒ　０．４５％、Ｎｉ　Ｏ，４６％、ＣｕＯ０３７
％及び残部Ｆｅよりなる鋳鉄を、供試材口７カーアーム
チ・ノブとの摺動面を冷し金によりチルして、硬さＨＲＣ４９−５５としたカムシャフト。

試験の結果を第２図に示す、第２図に示されているよう
に従来部材である液相焼結材（障１〜４）は特にＣｒが
５％を越える場合（Ｎ１２．４）カム摩耗が多い。また
、Ｃｒメ・ツキ（隘５）もカム摩耗が著しい。これに対
し、本発明材は自身の耐摩耗性に優れるばかりでなく、
カム摩耗も低減することが明らかである。本発明品にお
いては、Ｃ０５％を越える場合でもカム摩耗を増大させ
ることはない。

（効　果）本発明材はロノカーアームチ・ノブに限らず高面圧下で
耐摩耗性が要求される用途におし）ても相手材摩耗を低
減するという特長をもつ。

さらに、本発明材は焼結中の寸法変化率が小さいため焼
結部品のゆがみ又は有害な歪等が少な０゜

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図は本発明に係る焼結合金のそれぞ
れ１００倍及び４００倍の金属顕微鏡写真。第２図は耐彦耗試験結果を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１、Ｃｒを含有するＦｅ基合金粉末と、Ｐ、Ｓｉ、Ｂの
うち１種又は２種以上を含有する粉末と、を混合して、
該Ｐ、Ｓｉ、Ｂの１種又は２種以上が０．１〜４重量％
、Ｃｒが１〜２０重量％及びＣが１〜３重量％含有され
る混合粉末を調製し、この混合粉末を所定形状に成型し
、得られた成型体の表面に銅溶浸材を配置し、そして該
成型体の液相発生温度以上且つ銅溶浸材の溶融温度以上
に加熱を行うことを特徴とする高密度耐摩耗性焼結合金
の製造方法。