CN104060195B - 铁基烧结滑动构件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供固体润滑剂不仅均匀分散于气孔中和粉末晶界，而且还均匀分散于粉末粒内，同时牢固地固着于基质，滑动特性优异并且机械强度优异的铁基烧结滑动构件。整体组成以质量比计包含S：3.24～8.10%、剩余部分：Fe和不可避免的杂质，并且具有包含铁素体基质和气孔的金属组织，所述铁素体基质分散有硫化物粒子，硫化物粒子相对于基质以15～30体积%的比例分散。

Description

铁基烧结滑动构件及其制造方法

技术分野

本发明涉及适于例如内燃机的阀导承或阀座、旋转式压缩机的叶轮或辊、涡轮增压器的滑动部件、以及车辆、机床、产业用机械等的驱动部位或滑动部位那样在滑动面有高面压力作用的滑动部件的滑动构件，特别涉及通过将主成分包含Fe的原料粉末进行压粉成形并对所得压粉体进行烧结的粉末冶金法得到的铁基烧结滑动构件及其制造方法。

背景技术

通过粉末冶金法得到的烧结构件可以近终形(near net shape)地造形，并且适合大量生产，因而被适用于各种机械部件。另外，由于可容易地得到通常的熔制材料所无法得到的特殊金属组织，因而也被适用于如上所述的各种滑动部件。即，在通过粉末冶金法得到的烧结构件中，通过在原料粉末中添加石墨、硫化锰等固体润滑剂的粉末并在固体润滑剂残留的条件下进行烧结，可使固体润滑剂分散于金属组织中，因而适用于各种滑动部件（参照日本特开平04-157140号公报、日本特开2006-052468号公报、日本特开2009-155696号公报）。

一直以来，在烧结滑动构件中，以粉末的形态赋予石墨、硫化锰等固体润滑剂，并在烧结时使其不固溶而残留。因此，固体润滑剂在气孔中和粉末晶界不均匀地存在。这种固体润滑剂由于在气孔中和粉末晶界中不与基质结合，因而固着性变低，在滑动时容易从基质脱落。

另外，在使用石墨作为固体润滑剂的情况下，需要在烧结时不使石墨固溶于基质中，而在烧结后作为游离的石墨残留，为此，必须使烧结温度低于一般的铁基烧结合金的情形。因此，原料粉末彼此间的扩散导致的粒子间结合减弱，基质强度容易降低。

另一方面，硫化锰等固体润滑剂由于在烧结时不易固溶于基质中，因而可以在与一般的铁基烧结合金的情形同等的烧结温度下进行烧结。但是，以粉末形态添加的固体润滑剂存在于原料粉末间。因此，阻碍原料粉末彼此间的扩散，与未添加固体润滑剂的情形相比，基质强度降低。而且，由于基质强度的降低，在铁基烧结构件的强度降低的同时，滑动时的基质的耐久性降低，从而磨损变得容易加重。

在这样的状况下，本发明的目的在于，提供滑动特性优异并且机械强度也优异的铁基烧结滑动构件，其中，固体润滑剂不仅均匀地分散于气孔中和粉末晶界，而且还均匀地分散于粉末粒内，同时还牢固地固着于基质。

发明内容

本发明的第1铁基烧结滑动构件的特征在于，整体组成以质量比计包含S：3.24～8.10%、剩余部分：Fe和不可避免的杂质，并具有包含铁素体基质和气孔的金属组织，所述铁素体基质分散有硫化物粒子，所述硫化物粒子相对于基质以15～30体积%的比例分散。

另外，本发明的第2铁基烧结滑动构件的特征在于，整体组成以质量比计包含S:3.24～8.10%、C：0.2～2.0%、剩余部分：Fe和不可避免的杂质，并具有包含基质和气孔的金属组织，所述基质分散有硫化物粒子，所述基质由铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织构成，并且所述硫化物粒子相对于基质以15～30体积%的比例分散。

进而，本发明的第3铁基烧结滑动构件的特征在于，整体组成以质量比计包含S：3.24～8.10%、C：0.2～3.0%、剩余部分：Fe和不可避免的杂质，并具有包含基质和气孔的金属组织，所述基质分散有硫化物粒子，所述基质由铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织构成，并且固溶于所述基质中的C量为0.2以下，C的一部分或全部作为石墨分散于所述气孔中，所述硫化物粒子相对于基质以15～30体积%的比例分散。

上述第1铁基烧结滑动构件和第2铁基烧结滑动构件的优选实施方式在于，在所述硫化物粒子中，以圆当量直径计最大粒径为10 μm以上的硫化物粒子的面积率占全部硫化物粒子的面积率的60%以上。另外，优选实施方式在于，含有20质量%以下的Cu，优选实施方式在于，含有各自为13质量%以下的Ni和Mo中的至少1种。

本发明的铁基烧结滑动构件的制造方法的特征在于，使用在铁粉末中以使原料粉末的S量为3.24～8.10质量%的方式添加、混合硫化铁粉末、硫化铜粉末、二硫化钼粉末和硫化镍粉末中的至少1种金属硫化物粉末而成的原料粉末，在压模内进行压粉成形，在非氧化性气氛中将所得成形体在1000～1300℃进行烧结。

上述铁基烧结滑动构件的制造方法中，优选实施方式在于，向所述原料粉末中进一步添加铜粉末或铜合金粉末，并且原料粉末的Cu量为20质量%以下，烧结温度为1090～1300℃。另外，优选实施方式在于，代替所述铁粉末而使用含有Ni和Mo中的至少1种的铁合金粉末，并且原料粉末的Ni和Mo量为13质量%以下；向所述原料粉末中进一步添加镍粉末，并且原料粉末的Ni量为13质量%以下。而且，优选实施方式在于，向所述原料粉末中进一步添加0.2～2质量%的石墨粉末；或者向所述原料粉末中进一步添加0.2～3质量%的石墨粉末和0.1～2.0质量%的硼酸、硼氧化物、硼的氮化物、硼的卤化物、硼的硫化物和硼的氢化物的粉末中的1种以上。

本发明的铁基烧结滑动构件中，由于以硫化铁为主体的金属硫化物粒子从铁基质中析出、分散于铁基质中，因而牢固地固着于基质，滑动特性和强度优异。

附图说明

图1是示出本发明的铁基烧结滑动构件的金属组织的一例的附图代用照片。

具体实施方式

以下，将本发明的铁基烧结滑动构件的金属组织和数值限定的依据与本发明的作用一起进行说明。本发明的铁基烧结滑动构件的主成分设为Fe。这里，主成分是指烧结滑动构件中占过半的成分，在本发明中，整体组成中的Fe量为50质量%以上、优选为60质量%以上。金属组织包含以Fe为主体的分散有硫化物粒子的铁基质（铁合金基质）和气孔。铁基质由铁粉末和/或铁合金粉末形成。而且，气孔因粉末冶金法而产生，是将原料粉末压粉成形时的粉末间的空隙残留于由原料粉末的结合而形成的铁基质中而成的。

通常，铁粉末因制法而以不可避免的杂质的形式含有0.03～0.9质量%左右的Mn，因而铁基质含有微量的Mn作为不可避免的杂质。而且，通过赋予S，可以使作为固体润滑剂的硫化锰等硫化物粒子在基质中析出。这里，由于硫化锰在基质中微细地析出，因而对改善切削性有效，但在对滑动特性作出贡献方面，由于过于微细，因而滑动特性改善效果小。因此，本发明中，不仅赋予与基质微量含有的Mn反应的量的S量，还进一步赋予S，使该S与作为主成分的Fe结合而形成硫化铁。

通常，与S的电负性之差越大，则硫化物的形成越容易。电负性的值（Pauling电负性）为S：2.58、Mn：1.55、Cr：l.66、Fe：l.83、Cu：1.90、Ni：l.91、Mo：2.16，因而硫化物按照Mn>Cr>Fe>Cu>Ni>Mo的顺序容易形成。因此，若添加超过可与铁粉末所含的全部Mn结合而生成MnS的S量的量的S，则除了与微量的Mn的反应以外，还发生与主成分Fe的反应，不仅硫化锰析出，而且硫化铁也析出。所以，基质中析出的硫化物以由主成分Fe所生成的硫化铁为主，一部分是由不可避免的杂质Mn所生成的硫化锰。

作为固体润滑剂，硫化铁是适于提高滑动特性的大小的硫化物粒子，由于是与作为基质主成分的Fe结合而形成，因而可以在基质中均匀地析出分散。

如上所述，本发明中，赋予与基质所含的Mn结合的S量和进一步的S，以与基质主成分Fe结合而析出硫化物。其中，在基质中析出分散的硫化物粒子的量若低于15体积%，则虽然能得到一定程度的润滑效果，但滑动特性降低。另一方面，硫化物粒子的量若超过30体积%，则硫化物相对于基质的量变得过多，铁基烧结滑动构件的强度降低。因此，使基质中的硫化物粒子的量相对于基质为15～30体积%。

S在常温下化合力弱，但在高温下则极富反应性，不仅与金属化合，而且与H、O、C等非金属元素也化合。但是，在烧结构件的制造中，通常在原料粉末中添加成形润滑剂并在烧结工序的升温过程中进行将成形润滑剂挥发除去的所谓的脱蜡，若将S以硫粉末的形态赋予，则会与成形润滑剂分解生成的成分（主要为H、O、C）化合而脱离，因而难以稳定地赋予上述硫化铁形成所需的S。因此，S优选以硫化铁粉末和电负性比Fe低的金属的硫化物粉末（即，硫化铜粉末、硫化镍粉末、二硫化钼粉末等金属硫化物粉末）的形态来赋予。在以这些金属硫化物粉末的形态来赋予S时，由于在进行脱蜡工序的温度范围（200～400℃左右）以金属硫化物的形态存在，因而不会与成形润滑剂分解生成的成分化合，不会发生S的脱离，因而可以稳定地赋予上述硫化铁形成所需的S。

在使用硫化铁粉末作为金属硫化物时，在烧结工序的升温过程中若超过988℃，则产生Fe-S的共晶液相，变成液相烧结而促进粉末粒子间的颈（ネック）的生长。另外，由于S从该共晶液相中均匀地扩散至铁基质中，因而可以使硫化物粒子从基质中均匀地析出分散。

在使用硫化铜粉末、硫化镍粉末、二硫化钼粉末来作为金属硫化物粉末时，这些金属硫化物，由上述电负性的值可知，由于硫化物形成能力比Fe小，在添加至铁粉末中时，金属硫化物粉末在烧结时分解，从而供给S。该分解的S与金属硫化物粉末周围的Fe结合而生成FeS。所生成的FeS在与主成分Fe之间产生共晶液相，变为液相烧结而促进粉末粒子间的颈的生长。另外，S从该共晶液相中均匀地扩散至铁基质中，因而可以使主要包含硫化铁的硫化物粒子从基质中均匀地析出分散。

由金属硫化物粉末的分解而生成的金属成分（Cu、Ni、Mo)如上所述与Fe相比难以形成金属硫化物，大部分扩散并固溶于铁基质中而有助于铁基质的强化。另外，在与C并用时，有助于改善铁基质的淬火性，可将珠光体微细化而提高强度，或者可在烧结时的通常的冷却速度下获得强度高的贝氏体、马氏体。

这些金属硫化物粉末中，特别在使用硫化铜粉末来作为金属硫化物时，由硫化铜粉末的分解而生成的Cu产生Cu液相，润湿并覆盖铁粉末而扩散至铁粉末中。如上所述，Cu与Fe相比电负性低，虽然在室温下比Fe难以形成硫化物，但在高温下标准生成自由能比Fe小，容易形成硫化物。另外，Cu在α-Fe中的固溶限小，不会形成化合物，因而具有在高温下固溶于γ-Fe中的Cu在冷却过程中以Cu单体析出于α-Fe中的特性。因此，在烧结中的冷却过程中一度固溶的Cu均匀地从Fe基质中析出。此时，Cu与铁硫化物以由基质中析出的Cu为核而形成金属硫化物(硫化铜、硫化铁和铁与铜的复合硫化物)，同时还具有在其周围促进硫化物粒子(硫化铁)析出的作用。

应予说明，在使用硫化镍粉末或二硫化钼粉末来作为金属硫化物粉末时，如上所述，大部分扩散至铁基质而固溶，但也存在极少部分未分解的硫化镍、二硫化钼残留，或作为硫化镍、二硫化钼析出的情形。此时，添加的硫化镍粉末或二硫化钼粉末的大部分分解，有助于铁硫化物的生成，同时由于硫化镍、二硫化钼也具有润滑性，因而不会构成任何问题。

上述硫化物粒子由于使基质中的Mn或Fe与S结合而析出，因而从基质中析出并均匀地分散。因此，硫化物牢固地固着于基质，难以发生脱落。另外，硫化物由于是从铁基质中析出而生成，因而不会阻碍烧结时原料粉末彼此的扩散，并且烧结由于Fe-S液相和Cu液相而得到促进，因而原料粉末彼此的扩散良好地进行，铁基质的强度提高，铁基质的耐磨损性提高。

应予说明，在基质中析出的硫化物由于在和匹配构件的滑动中发挥固体润滑作用，因而与微细的硫化物相比，优选为规定的大小。根据该观点，最大粒径以圆当量直径计为10μm以上的硫化物粒子的面积优选占全部硫化物粒子的面积的30%以上。硫化物粒子的最大粒径以圆当量直径计若低于10μm，则难以充分获得固体润滑作用。另外，最大粒径以圆当量直径计为10μm以上的硫化物粒子的面积低于全部硫化物粒子的面积的30%，也难以获得充分的固体润滑作用。

通常，铁基烧结合金为了强化铁基质而使C、Cu、Ni、Mo等元素固溶于铁基质中制为铁合金使用，本发明的铁基烧结滑动构件中也可同样地追加强化铁基质的元素而制为铁合金基质。这些元素中，Ni、Mo如上所述由于电负性的关系，不会阻碍以硫化铁为主体的硫化物粒子的形成。另外，Cu具有促进以硫化铁为主体的硫化物粒子的形成的效果。这些元素具有固溶于铁基质而强化基质的作用，同时在与C并用时，还可改善铁基质的淬火性，使珠光体微细化而提高强度，或者可在烧结时的通常的冷却速度下容易地获得强度高的贝氏体或马氏体。

Ni、Mo中的至少1种可以以单一成分粉末（镍粉末和钼粉末）或与其它成分的合金粉末（Fe-Mo合金粉末、Fe-Ni合金粉末、Fe-Ni-Mo合金粉末、Cu-Ni合金粉末和Cu-Mo合金粉末等）的形态添加。但是，这些材料昂贵，同时在以单一成分粉末添加时，成分量若过多，则未扩散的部分残留于铁基质中从而产生硫化物未析出的部分。因此，Ni、Mo优选在整体组成中各自设为13质量%以下。

Cu可以以单一成分粉末或与其它成分的合金粉末的形态添加。Cu如上所述具有促进硫化物粒子析出的效果，同时在Cu量比S量多时，还使软质的游离铜相析出，从而提高与匹配构件的相容性。但是，若大量添加，则析出的游离铜相的量变得过多，铁基烧结构件的强度降低变得显著。因此，Cu量优选在整体组成中设为20质量%以下。

C若以合金粉末的形态赋予，则合金粉末的硬度变高，原料粉末的压缩性降低，因而以石墨粉末的形态赋予。C的添加量若低于0.2质量%，则强度低的铁素体的比例变得过多，添加效果缺乏。另一方面，若添加量变得过多，则会使脆的渗碳体以网络状析出。因此，本发明中优选含有0.2～2.0质量%的C，同时C的全部量固溶于基质中或作为金属碳化物析出。

应予说明，若不使C固溶于基质而以石墨的状态残留于气孔中，则该石墨作为固体润滑剂发挥功能，得到降低摩擦系数、抑制磨损等效果，可使滑动特性提高。因此，本发明中，优选含有0.2～3.0质量%的C，同时C的一部分或全部作为石墨分散于气孔中。此时，将C以石墨粉末的形态添加。C的添加量若低于0.2质量%，则分散的石墨的量变得不足，滑动特性提高的效果变得不充分。另一方面，残留于气孔中的石墨由于维持添加的石墨粉末的形状，因而气孔的球状化因石墨而受到阻碍，强度容易降低。因此，将C的添加量的上限设为3.0质量%。

为了使C以石墨的状态残留于气孔中，可以通过预先向原料粉末中添加、赋予0.2～3.0质量%的石墨粉末以及0.1～2.0质量%的硼酸、硼氧化物、硼的氮化物、硼的卤化物、硼的硫化物和硼的氢化物的粉末中的1种以上来得到。这些含硼粉末的熔点低，在500℃左右生成氧化硼的液相。因此，在烧结工序中将含有石墨粉末和含硼粉末的压粉体升温的过程中，含硼粉末熔融，通过产生的氧化硼液相润湿并覆盖石墨粉末表面。因此，可以防止进一步升温时由800℃左右开始的石墨粉末的C向Fe基质中的扩散，从而使石墨粉末残留并分散于气孔中。含硼粉末优选为足以被覆该石墨粉末的量，即使过量地添加，氧化硼也残留于基质中而引起强度的降低，因而其添加量可以设为0.1～2.0质量%。

铁基质的金属组织在不赋予C的情形下变为铁素体组织。另外，在赋予C的情形下，当使C以石墨的状态残留于气孔中时，铁基质的金属组织变为铁素体。而且，当使C的一部分和全部扩散于铁基质中时，铁基质的金属组织变为铁素体与珠光体的混合组织或珠光体。在将Cu、Ni、Mo中的至少1种与C一起使用时，铁基质的金属组织变为铁素体与珠光体的混合组织、铁素体与贝氏体的混合组织、铁素体与珠光体和贝氏体的混合组织、珠光体与贝氏体的混合组织、珠光体、贝氏体中的任一金属组织。进而，在添加有Cu、且Cu量比S量多时，变为上述铁基质的金属组织中分散有游离铜相的金属组织。

上述原料粉末如以往所进行的那样，通过下述方法（模压法）成形为成形体：将原料粉末填充于模腔中，所述模腔由对产品的外周形状进行造形的具有模孔的模具、和与模具的模孔滑动自如地嵌合并对产品的下端面进行造形的下冲头、以及根据情形对产品的内周形状或减薄部进行造形的芯棒形成；通过对产品的上端面进行造形的上冲头和该下冲头将原料粉末压缩成形后，从模具的模孔取出。

将所得成形体用烧结炉加热进行烧结。此时的加热保持温度（即、烧结温度）对烧结的进行和硫化物的形成造成重要的影响。这里，烧结温度若低于1000℃则不产生Fe-S共晶液相，以铁为主体的硫化物的形成变得不充分。另外，在使用Cu作为追加的添加元素时，由于Cu的熔点为1084.5℃，因而为了使Cu液相充分产生，优选使烧结温度为1090℃以上。另一方面，若烧结温度高于1300℃则液相产生量变得过多而容易发生变形。应予说明，烧结气氛只要是非氧化性的气氛即可，如上所述，由于S容易与H、O发生反应，因而优选使用露点低的气氛。

实施例

[第1实施例]

向含有0.03质量%的Mn的铁粉末中，以表1所示的配合比（添加比例）添加、混合硫化铁粉末（S量：36.47质量%)，得到原料粉末。继而，将原料粉末在成形压力600MPa下成形，制作外径25.6 mm、内径20 mm、高度15 mm的环形状的压粉体。接着，在非氧化性气体气氛中、在1120℃进行烧结，制作试样编号01～08的烧结构件。将这些试样的整体组成一并示于表1。

金属组织中的硫化物的体积%等同于金属组织截面的硫化物的面积率。因此，在实施例中，在评价金属硫化物的体积%时，通过评价金属组织截面的硫化物的面积%来进行。即，将所得的试样切断，对截面进行镜面研磨、观察截面，使用图像分析软件（三谷商事株式会社制WinROOF)，测定除气孔之外的基质部分的面积和硫化物的面积，求出硫化物在基质中所占的面积%，同时测定最大粒径为10μm以上的硫化物的面积，从而求出相对于全部硫化物的面积的比例。应予说明，各硫化物粒子的最大粒径通过求出各粒子的面积并换算为与该面积相等的圆的直径的圆当量直径来测量。另外，在结合有硫化物粒子的情形中，将结合的硫化物作为1个硫化物，根据该硫化物的面积求出圆当量直径。将这些结果示于表2。

另外，对于环形状的烧结构件，使用JIS规格中所规定的SCM435H的调质材料作为匹配材料，通过环盘摩擦磨损试验机在周速477 rpm、在5kgf/cm²的荷重下无润滑地进行滑动试验，测定摩擦系数。进而，对环形状的烧结构件进行径向抗压试验，测定径向抗压强度。将这些结果也一并示于表2。

应予说明，在进行以下的评价时，将摩擦系数0.6以下和径向抗压强度150MPa以上的试样判定为合格。

表1

表2

由表1和表2可知，通过添加硫化铁粉末，硫化物析出，随着硫化铁粉末的添加量增加，整体组成中的S量增加，硫化物的析出量增加。另外，最大粒径为10μm以上的硫化物的比例随着S量的增加而增加，在S量为本发明的上限值8.10%时，大部分硫化物的最大粒径变为10μm以上。通过这样的硫化物的析出，随着整体组成中的S量增加，摩擦系数降低。由于添加硫化铁粉末而在烧结时产生液相，使烧结得到促进，因而径向抗压强度增加。但是，若基质中析出的硫化物的量增加，则基质的强度降低，因而在S量多的区域，硫化物的析出量多，基质的强度降低，从而径向抗压强度降低。

这里，在整体组成中的S量不足3.24质量%的试样编号02的试样中，由于S量不足，因而硫化物的析出量低于15面积%，摩擦系数的改善效果不足。与之相对，在整体组成中的S量为3.24质量%的试样编号03的试样中，硫化物的析出量为15面积%，最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例超过60%，摩擦系数改善至0.6。另一方面，若整体组成中的S量超过8.1质量%，则硫化物在基质中所占的量超过30面积%，结果，径向抗压强度的降低变得显著，径向抗压强度低于150MPa。如上所述，确认到整体组成中的S量在3.24～8.1质量%的范围，可得到良好的摩擦系数和强度。

图1示出试样编号05的铁基烧结滑动构件的金属组织（镜面研磨）。铁基质为白色部分，硫化物粒子为灰色部分。气孔为黑色部分。由图1可知，硫化物粒子（灰色）在铁基质（白色）中析出并分散，可认为对基质的固着性良好。另外，硫化物粒子在各处相互结合、成长为一定程度的大小，并如此以大的形态分散于基质中，因而认为作为固体润滑剂的作用大，有助于摩擦系数的降低。应予说明，气孔（黑色）呈较为带有圆形的形状，认为这是由FeS液相的产生所致的。

[第2实施例]

向含有0.8质量%的Mn的铁粉末中，改变为表3所示的配合比来添加、混合硫化铁粉末（S量：36.47质量%)，得到原料粉末。继而，与第1实施例相同地进行成形、烧结，制作试样编号09～16的烧结构件。将这些试样的整体组成一并示于表3。对于这些试样，与第1实施例相同地进行，在测定硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例的同时，进行摩擦系数和径向抗压强度的测定。将这些结果示于表4。

表3

表4

第2实施例是使用与第1实施例中所用铁粉末（Mn量：0.03质量%)Mn量不同的铁粉末时的例子，但显示出与第1实施例相同的倾向。即，由表3和表4可知，随着硫化铁粉末的添加量增加，整体组成中的S量增加，硫化物的析出量增加。另外，最大粒径为10μm以上的硫化物的比例随着S量的增加而增加，在S量为本发明的上限值8.10%时，大部分硫化物的最大粒径变为10μm以上。通过这样的硫化物的析出，随着整体组成中的S量增加，摩擦系数降低。由于添加硫化铁粉末而在烧结时产生液相，使烧结得到促进，因而径向抗压强度增加，但是，若基质中析出的硫化物的量增加，则基质的强度降低，因而在S量多的区域，硫化物的析出量多，强度降低，因而径向抗压强度降低。

另外，与第1实施例相同地，在整体组成中的S量不足3.24质量%的试样编号10的试样中，由于S量不足，因而硫化物的析出量低于15面积%，摩擦系数的改善效果不足。与之相对，在整体组成中的S量为3.24质量%的试样编号11的试样中，硫化物的析出量为15面积%，最大粒径为10μm以上的硫化物的面积所占的比例为60%，摩擦系数改善至0.6以下。另一方面，若整体组成中的S量超过8.1质量%，则硫化物在基质中所占的量超过30面积%，结果，径向抗压强度的降低变得显著，径向抗压强度低于150MPa。如上所述，确认到整体组成中的S量在3.24～8.1质量%的范围，可得到良好的摩擦系数和强度。

[第3实施例]

向第1实施例所用的铁粉末（含有0.03质量%的Mn的铁粉末）中，改变为表5所示的配合比来添加、混合硫化铜粉末（S量：33.53质量%)，得到原料粉末。继而，与第1实施例相同地进行成形、烧结，制作试样编号17～23的烧结构件。将这些试样的整体组成一并示于表5。对于这些试样，与第1实施例相同地进行，在测定硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例的同时，进行摩擦系数和径向抗压强度的测定。将这些结果一并示于表6。应予说明，表6中一并示出第1实施例的试样编号01的试样（不含金属硫化物粉末的例子）的结果。

表5

表6

第3实施例是代替硫化铁粉末而通过硫化铜粉末来赋予S时的例子，但显示出与第1实施例相同的倾向。即，由表5和表6可知，随着硫化铜粉末的添加量增加，整体组成中的S量增加，硫化物的析出量增加。另外，最大粒径为10μm以上的硫化物的比例随着S量的增加而增加，在S量为本发明的上限值8.10%时，大部分硫化物的最大粒径变为10μm以上。通过这样的硫化物的析出，随着整体组成中的S量增加，摩擦系数降低。由于添加硫化铜粉末而在烧结时产生液相，使烧结得到促进，因而径向抗压强度增加。但是，若基质中析出的硫化物的量增加，则基质的强度降低，因而在S量多的区域，硫化物的析出量多，强度降低，因而径向抗压强度降低。

另外，与第1实施例相同地，在整体组成中的S量不足3.24质量%的试样编号17的试样中，由于S量不足，因而硫化物的析出量低于15面积%，摩擦系数的改善效果不足。与之相对，在整体组成中的S量为3.24质量%的试样编号18的试样中，硫化物的析出量为15面积%，最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例为60%，摩擦系数改善至0.6以下。另一方面，若整体组成中的S量超过8.1质量%，则硫化物在基质中所占的量超过30面积%，结果，径向抗压强度低于150MPa。

代替硫化铁粉末而通过硫化铜粉末来赋予S时，硫化铜粉末分解所产生的Cu具有促进硫化物粒子析出的作用，与通过硫化铁粉末来供给S时（第1实施例）相比，析出量变多、摩擦系数变小。另外，该Cu对液相产生导致的致密化（烧结的促进）和基质的强化起作用，因而与通过硫化铁粉末来供给S时（第1实施例）相比，径向抗压强度变高。

如上所述，确认到整体组成中的S量在3.24～8.1质量%的范围可获得良好的摩擦系数和强度。另外，确认到代替硫化铁粉末而使用硫化铜粉末来赋予S也可获得相同的结果。

[第4实施例]

向第1实施例中所用的铁粉末（含有0.03质量%的Mn的铁粉末）中，改变为表7所示的配合比来添加、混合二硫化钼粉末（S量：40.06质量%)，得到原料粉末。继而，与第1实施例相同地进行成形、烧结，制作试样编号24～30的烧结构件。这些试样的整体组成一并示于表7。对于这些试样，与第1实施例相同地进行，在测定硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例的同时，进行摩擦系数和径向抗压强度的测定。这些结果示于表8。应予说明，表8中一并示出第1实施例的试样编号01的试样（不含金属硫化物粉末的例子）的结果。

表7

表8

第4实施例是代替硫化铁粉末而通过二硫化钼粉末来赋予S时的例子，但显示出与第1实施例相同的倾向。即，由表8可知，随着二硫化钼粉末的添加量增加，整体组成中的S量增加，硫化物的析出量增加。另外，最大粒径为10μm以上的硫化物的比例随着S量的增加而增加，在S量为本发明的上限值8.10%时，大部分硫化物的最大粒径变为10μm以上。通过这样的硫化物的析出，随着整体组成中的S量增加，摩擦系数降低。由于添加硫化铜粉末而在烧结时产生液相，使烧结得到促进，因而径向抗压强度增加。然而，若基质中析出的硫化物的量增加，则基质的强度降低，因而在S量多的区域，硫化物的析出量多，强度降低，径向抗压强度降低。

另外，与第1实施例相同地，在整体组成中的S量不足3.24质量%的试样编号24的试样中，由于S量不足，因而硫化物的析出量低于15面积%，摩擦系数的改善效果不足。与之相对，在整体组成中的S量为3.24质量%的试样编号25的试样中，硫化物的析出量为15面积%，最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例为60%，摩擦系数改善至0.6以下。另一方面，若整体组成中的S量超过8.1质量%，则硫化物在基质中所占的量超过30面积%，径向抗压强度的降低变得显著，同时摩擦系数未减少至添加量的比例。若考虑到Mo昂贵、二硫化钼粉末也昂贵，则由于强度的降低变得显著以及效果合不上成本，因而优选使Mo量为13质量%以下。

代替硫化铁粉末而通过二硫化钼粉末来赋予S时，二硫化钼粉末分解产生的Mo扩散并固溶于铁基质中，其对基质的强化起作用，因而与通过硫化铁粉末来供给S时（第1实施例）相比，径向抗压强度为高值。

如上所述，确认到整体组成中的S量在3.24～8.1质量%的范围，可得到良好的摩擦系数和强度。另外，确认到代替硫化铁粉末而使用二硫化钼粉末来赋予S也可获得相同的效果。

由以上的第1实施例至第4实施例确认到，整体组成中的S量在3.24～8.1质量%的范围，硫化物在基质中所占的量变为15～30面积%的范围，并且最大粒径为10μm以上的硫化物粒子的面积在全部硫化物粒子的面积中占60%以上，兼具摩擦系数为0.6以下，并且径向抗压强度为150MPa以上的良好的摩擦系数和强度。另外，对于铁粉末作为杂质含有的程度的Mn量，确认到即使改变Mn量也可获得相同的结果。进而确认到，通过使用电负性的值为Fe以下的金属的硫化物粉末，可以形成上述硫化物。

[第5实施例]

向第1实施例中所用的铁粉末中，添加15质量%的硫化铁粉末、和铜粉末，同时改变为表9所示的铜粉末的添加比例（配合比）进行添加，混合，得到原料粉末。继而，与第1实施例相同地进行成形、烧结，制作试样编号31～35的烧结构件。将这些试样的整体组成一并示于表9。对于这些试样，与第1实施例相同地进行，在测定硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例的同时，进行摩擦系数和径向抗压强度的测定。这些结果示于表10。应予说明，表10中一并示出第1实施例的试样编号05的试样（不含铜粉末的例子）的结果。

表9

表10

由表9和表10可知，改变铜粉末的添加量而使整体组成中的Cu量改变时，随着Cu量的增加，硫化物粒子的析出得到促进，显示出硫化物的量增加、同时超过10μm的硫化物粒子的量增加的倾向，因而摩擦系数显示出降低的倾向。由于随着Cu量的增加、液相产生量增加而发生致密化，以及基质强化的作用，直至Cu量为15质量%为止，径向抗压强度增加。然而，若Cu量超过15质量%，则基质中分散的游离铜相的量变多，径向抗压强度减少，若Cu量超过20质量%，则径向抗压强度低于150MPa。

由以上的结果和第3实施例的结果确认到，通过添加Cu，可以促进硫化物粒子的析出，降低摩擦系数。但是，还确认到若Cu量超过20质量%，则强度的降低变得显著，因而在添加Cu时，优选使上限为20质量%以下。

[第6实施例]

向第1实施例中所用的铁粉末中添加15质量%的硫化铁粉末、10质量%的铜粉末、和镍粉末，同时改变为表11所示的镍粉末的添加比例（配合比）进行添加、混合，得到原料粉末。继而，与第1实施例相同地进行成形、烧结，制作试样编号36～40的烧结构件。将这些试样的整体组成一并示于表11。对于这些试样，与第1实施例相同地进行，在测定硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例的同时，进行摩擦系数和径向抗压强度的测定。将这些结果示于表12。应予说明，表12中一并示出第5实施例的试样编号32的试样（不含镍粉末的例子）的结果。

表11

表12

由表11和表12可知，若改变镍粉末的添加量而使整体组成中的Ni量改变，则随着Ni量的增加，由于基质强化的作用，径向抗压强度增加直至Ni量为5质量%。但是，随着Ni量的增加，在铁基质中未扩散完而残留的富Ni相（高Ni浓度相）的量增加，强度降低，因而超过5质量%直至10质量%为止，由于基质强化的作用和富Ni相的影响平衡，径向抗压强度变得相同。继而，若Ni量超过10质量%，则富Ni相的影响变大，径向抗压强度减小。另一方面，伴随着Ni量增加，硫化物的析出不足的富Ni相增加，因而摩擦系数缓慢增加。但是，若Ni量超过13质量%，则富Ni相过度增加，因而摩擦系数显著增加，成为超过6的值。

如上所述，确认到通过添加Ni可提高强度，但是若Ni量超过13质量%则强度降低同时摩擦系数增加，因而优选使上限为13质量%以下。另外，通过该第6实施例和上述第4实施例确认到，通过将Ni、Mo各自以13质量%以下的范围添加可提高强度。

[第7实施例]

向第1实施例中所用的铁粉末中，添加15质量%的硫化铁粉末、10质量%的铜粉末、和石墨粉末，同时改变为表13所示的石墨粉末的添加比例（配合比）进行添加、混合，得到原料粉末。继而，与第1实施例相同地进行成形、烧结，制作试样编号41～51的烧结构件。将这些试样的整体组成一并示于表13。对于这些试样，与第1实施例相同地进行，在测定硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物在全部硫化物中所占的比例的同时，进行摩擦系数和径向抗压强度的测定。将这些结果示于表14。应予说明，表14中一并示出第5实施例的试样编号32的试样（不含石墨粉末的例子）的结果。

表13

表14

第7实施例是对铁基烧结滑动构件赋予C、并且将C的全部量固溶而赋予至铁基质中时的例子。第5实施例的试样编号32的试样不含C，铁基质的金属组织为强度低的铁素体组织。这里，若添加石墨粉末来赋予C，则铁基质的金属组织中比铁素体相更硬、强度更高的珠光体相分散于铁素体组织中，径向抗压强度增加，同时摩擦系数降低。继而，随着C量增加，珠光体相的量增加、铁素体相减少，在C量为1质量%左右，铁基质的金属组织全面变为珠光体组织。因此，直至C量为1质量%为止，随着C量的增加，径向抗压强度增加，同时摩擦系数降低。另一方面，若C量超过1质量%，则珠光体组织中析出高且脆的渗碳体，径向抗压强度降低，同时摩擦系数增加。继而，若C量超过2质量%，则珠光体组织中析出的渗碳体量变得过大，径向抗压强度显著降低，与未添加C的试样编号32的试样相比，径向抗压强度降低，同时摩擦系数也变大，成为超过0.6的值。

如上所述，确认到通过添加C并使其固溶于铁基质中可提高强度，但若C量超过2质量%则强度降低同时摩擦系数增加，因而优选使上限为2质量%以下。

[第8实施例]

向第1实施例中所用的铁粉末中，添加15质量%的硫化铁粉末、10质量%的铜粉末、0.5质量%的氧化硼粉末和石墨粉末，同时改变为表15所示的石墨粉末的添加比例（配合比）进行添加、混合，得到原料粉末。继而，与第1实施例相同地进行成形、烧结，制作试样编号52～62的烧结构件。将这些试样的整体组成一并示于表15。对于这些试样，与第1实施例相同地进行，在测定硫化物的面积和最大粒径为10μm以上的硫化物的面积在全部硫化物的面积中所占的比例的同时，进行摩擦系数和径向抗压强度的测定。将这些结果示于表16。应予说明，表16中一并示出第5实施例的试样编号32的试样（不含石墨粉末的例子）的结果。

表15

表16

第8实施例是对铁基烧结滑动构件赋予C、并且使C不扩散于铁基质中从而残留于气孔中而作为固体润滑剂使用时的例子。由表15和表16可知，若改变石墨粉末的添加量而使整体组成中的C量改变，则随着C量的增加，分散于气孔中的石墨粉末作为固体润滑剂起作用，摩擦系数降低。另一方面，由于铁基质的量是以石墨粉末量的增加量来减少，因而径向抗压强度降低。继而，若石墨粉末的添加量超过3质量%，则径向抗压强度显著降低，成为低于150MPa的值。

如上所述，确认到若添加石墨粉末并使之残留于气孔中来赋予，则对摩擦系数的降低具有效果，但若C量超过3质量%，则强度的降低显著，因而优选使上限为3质量%以下。

本发明的铁基烧结滑动构件，由于以硫化铁为主体的金属硫化物粒子从铁基质中析出、分散于铁基质中，因而牢固地固着于基质，滑动特性和强度优异，因而可适用于各种滑动部件。

Claims (6)

1.铁基烧结滑动构件，其特征在于，整体组成以质量比计包含S：3.24～3.65％，作为任意成分的Cu：20％以下、Ni：13％以下，剩余部分：Fe和不可避免的杂质，并具有包含铁素体基质和气孔的金属组织，主要包含硫化铁的硫化物粒子析出并分散于所述铁素体基质，所述硫化物粒子相对于基质以15～30体积％的比例分散。

2.铁基烧结滑动构件，其特征在于，整体组成以质量比计包含S：3.24～3.65％，C：0.2～2.0％，作为任意成分的Cu：20％以下、Ni：13％以下，剩余部分：Fe和不可避免的杂质，并具有包含基质和气孔的金属组织，主要包含硫化铁的硫化物粒子析出并分散于所述基质，所述基质由铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织构成，并且所述硫化物粒子相对于基质以15～30体积％的比例分散。

3.铁基烧结滑动构件，其特征在于，整体组成以质量比计包含S：3.24～3.65％，C：0.2～3.0％，作为任意成分的Cu：20％以下、Ni：13％以下，剩余部分：Fe和不可避免的杂质，并具有包含基质和气孔的金属组织，主要包含硫化铁的硫化物粒子析出并分散于所述基质，所述基质由铁素体、珠光体和贝氏体中的任一种或它们的混合组织构成，并且固溶的C量为0.2以下、C的一部分或全部作为石墨分散于所述气孔中，所述硫化物粒子相对于基质以15～30体积％的比例分散。

4.权利要求1所述的铁基烧结滑动构件，其特征在于，在所述硫化物粒子中，最大粒径为10μm以上的硫化物粒子占硫化物粒子整体的60％以上。

5.权利要求2所述的铁基烧结滑动构件，其特征在于，在所述硫化物粒子中，最大粒径为10μm以上的硫化物粒子占硫化物粒子整体的60％以上。

6.权利要求3所述的铁基烧结滑动构件，其特征在于，在所述硫化物粒子中，最大粒径为10μm以上的硫化物粒子占硫化物粒子整体的60％以上。