CN110382728B - 高温耐磨性及耐盐性优异的耐热烧结材及其制造方法 - Google Patents

高温耐磨性及耐盐性优异的耐热烧结材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

该耐热烧结材作为总体组成具有以下组成：以质量％计含有Cr：15～30％、Ni：8～30％、Si：2.0～6.0％及C：0.5～2.5％，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，该耐热烧结材具有在母相中分散有硬质相的组织，所述母相含有Fe、Cr、Ni和Si，所述硬质相含有Fe、Cr和C，气孔率为2.0％以下。

Description

高温耐磨性及耐盐性优异的耐热烧结材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高温耐磨性及耐盐性优异的耐热烧结材及其制造方法。
本申请基于2017年4月27日在日本申请的专利申请2017-088995号要求优先权，并且在此援引其内容。
背景技术
已知有以下方式的涡轮增压器：即，在内燃机中利用废气能量使涡轮高速旋转，并且利用其旋转力来驱动离心式压缩机，将经压缩的空气送入到发动机内，提高作为内燃机的热效率。
在附设于内燃机的涡轮增压器中设置有喷嘴机构及阀机构，该喷嘴机构及阀机构用于使一部分废气分流并调节向涡轮流入的流入量。
组装到该涡轮增压器中的轴承或衬套等机构部件常常会被暴露在从发动机排出的高温且腐蚀性的废气中。此外，这些机构部件为可动部件，希望在滑动特性方面也性能优异。
在这种暴露于高温且腐蚀性的废气中的滑动部件以往使用由高Cr铸钢的熔炼材或烧结材构成的耐热部件。
作为以往已知的滑动部件的一例，已知有具有以下总体组成的烧结合金：即，以质量％计包含Cr：11.75～39.98％、Ni：5.58～24.98％、Si：0.16～2.54％、P：0.1～1.5％及C：0.58～3.62％，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成(参照专利文献1)。对于该烧结合金已知具有以下金属组织(参照专利文献1)：即，析出有平均粒径10～50μm的金属碳化物的相A和析出有平均粒径10μm以下的金属碳化物的相B以斑状分布，并且析出于相A的金属碳化物的平均粒径DA和析出于相B的金属碳化物的平均粒径DB为DA＞DB。
另外，已知有如下的耐热烧结材(参照专利文献2)：即，该耐热烧结材具有以质量％计包含Cr：25～50％、Ni：2～25％及P：0.2～1.2％且剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的组成，并且具有具备Fe-Cr母相和由析出于该母相的内部的Cr-Fe合金粒构成的硬质相的组织。在该耐热烧结材中，Fe-Cr母相中的Cr量以质量％计为24～41％，硬质相中的Cr量以质量％计为30～61％，有效多孔率为2％以下(参照专利文献2)。
此外，已知有一种烧结部件，其特征在于，含有10～35质量％的Cr，在作为奥氏体类、马氏体类及铁素体类中的任一个的不锈钢合金中，作为固体润滑剂分散有钡化合物、锶化合物、云母、铝硅复合氧化物及氧化铝中的至少一个以上，固体润滑剂的含量为3～50体积％(参照专利文献3)。
包括上述专利文献1～3所记载的烧结材在内，对这种现有耐热部件所希望的特性有耐磨性(自磨损性)、耐盐性等，正在进行能够满足这些要求的高Cr铸钢的熔炼材或烧结材的开发。
例如，作为铁素体类的高Cr铸钢的熔炼材，已知有具有用Fe-34Cr-2Mo-2Si-1.2C表示的组成的合金，作为铁素体类的高Cr铸钢的烧结材，已知有具有用Fe-34Cr-2Mo-2Si-2C表示的组成的烧结合金。
以往，在涡轮部件中，对有可能露在外部的衬套，除了要求耐氧化性及耐磨性之外，还要求耐盐性。
对此，在现有的Cr碳化物的分散材中，通过使C与Cr反应而析出Cr碳化物。因此，若析出较多的硬质相，则母相的Cr量下降，耐盐性及耐氧化性下降。若硬质相减少，虽然能防止母相的Cr量的下降，但耐磨性下降。
另一方面，陶瓷粒子虽然为耐盐性及耐氧化性优异的硬质粒子，但与母相的结合力较弱，有可能在滑动过程中剥落。因此，包含陶瓷粒子的耐热烧结材在高负荷下的耐磨性不优异。另外，由于在高铬合金的分散材中使用的高铬粉末为高铬，因此在制造粉末时难以降低氧量，包含较多的氧。因此，为了得到致密的烧结材，需要提高烧结温度。其结果，由于成为粗大的组织，强度降低，不满足耐磨性。另外，有可能生成σ相，若生成σ相，则显著变脆，存在强度、耐磨性、耐盐性及加工性变差的问题。
如此，现有技术未提供具有耐氧化性且能够满足耐磨性和耐盐性这两个特性的材料。
专利文献1：日本专利公开2013-057094号公报
专利文献2：日本专利公开2016-186109号公报
专利文献3：日本专利公开2013-163854号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是提供一种具有耐氧化性且耐磨性和耐盐性这两个性能优异的耐热烧结材及其制造方法。
在以上背景下，本发明人对烧结材的耐磨性和耐盐性进行了深入研究，其结果发现以下事项。
通过使奥氏体类不锈钢中的Cr与C反应而析出Cr碳化物的硬质粒子。虽然因析出硬质粒子而母相中的Cr量减少，但通过使Si扩散于母相，能够补偿因Cr量的减少导致的耐盐性下降，并且补偿耐氧化性。发现利用该关系，能够提供在具有耐氧化性的基础上耐磨性和耐盐性这两个性能优异的耐热烧结材，从而达到本发明。
(1)为了解决上述问题，本发明的一方式的高温耐磨性及耐盐性优异的耐热烧结材的特征在于，作为总体组成具有以下组成：以质量％计含有Cr：15～30％、Ni：8～30％、Si：2.0～6.0％及C：0.5～2.5％，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，所述耐热烧结材具有在母相中分散有硬质相的组织，所述母相包含Fe、Cr、Ni和Si，所述硬质相包含Fe、Cr和C，所述耐热烧结材的气孔率为2.0％以下。
若为在包含Fe、Cr、Ni和Si的母相中分散有包含Fe、Cr和C的硬质相的组织，则能够通过添加Si而提高母相的强度，并且通过分散碳化铬类的硬质相而使耐磨性优良。另外，通过降低气孔率而设为致密的结构，能够得到致密的烧结材。因此，即使暴露于腐蚀性的液体或气体中，也能够减少腐蚀进展至内部的危险，能够得到耐盐性优异的烧结材。
因此，能够提供在维持优异的耐氧化性的基础上可同时实现优异的耐盐性及耐磨性的耐热烧结材。
(2)在本发明的一方式的耐热烧结材中，也可以在所述总体组成中以质量％计进一步包含B：0.08～0.8％及P：0.2～1.2％中的任一个或两个。
(3)在本发明的一方式的耐热烧结材中，所述母相也可以由奥氏体基体构成，所述硬质相为包含Fe、Cr和C的硬质粒子，在所述奥氏体基体中以10～40体积％的量分散有所述硬质粒子。
(4)本发明的一方式的高温耐磨性及耐盐性优异的耐热烧结材的制造方法的特征在于，具有以下工序：通过混合基底粉末和添加材粉末，得到具有以下组成的混合粉末：以质量％计含有Cr：15～30％、Ni：8～30％、Si：2.0～6.0％及C：0.5～2.5％，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；通过对所述混合粉末进行加压而制作压坯；通过在1100～1280℃下加热所述压坯而形成烧结体，所述烧结体具有在包含Fe、Cr、Ni和Si的母相中分散有包含Fe、Cr和C的硬质相的组织，所述烧结体的气孔率为2.0以下，所述基底粉末包含Fe、Cr和Ni，或者包含Fe、Cr、Ni和Si，所述添加材粉末至少包含Si和C，或者包含Fe和Cr中的任一个或两个及Si和C。
在调整原料粉末(混合粉末)时，混合至少包含Fe、Cr和Ni的基底粉末和至少包含Si和C且根据需要进一步包含Fe和Cr中的至少一个的添加材粉末。由此，能够在控制基底粉末中所包含的Si量的状态下调整原料粉末。并且，能够通过在烧结时扩散添加材粉末中所包含的Si而将母相侧(母相中)的Si含量提高到2.0～6.0％的范围内。
因此，通过使用上述原料的基底粉末和添加材粉末来得到混合粉末，从而能够提高烧结后的母相的强度，并且与硬质相的析出相结合，能够制造耐磨性优异的耐热烧结材。另外，通过在母相中包含高浓度的Si以及降低气孔率，从而能够得到耐盐性优异的耐热烧结材。
(5)在本发明的一方式的耐热烧结材的制造方法中，也可以在所述基底粉末和所述添加材粉末中混合FeB粉末和FeP粉末中的任一个或两个。
(6)在本发明的一方式的耐热烧结材的制造方法中，也可以通过形成所述烧结体的工序，在所述母相中以10～40体积％的量分散所述硬质相。
在本发明的一方式中，在总体组成中含有特定量的Fe、Cr、Ni、Si和C，具有在包含Fe、Cr、Ni和Si的母相中分散有包含Cr、Fe和C的硬质相的组织。通过提高母相中所含有的Si量而提高母相的强度，并且通过分散碳化铬类的硬质相而使耐磨性优良。另外，通过降低气孔率而设为致密的结构，从而能够得到致密的烧结材。因此，即使暴露于腐蚀性的液体或气体中，也能够减少腐蚀进展至内部的危险，并且得到耐盐性优异的烧结材。
因此，能够提供一种在维持优异的耐氧化性的基础上能够同时实现优异的耐盐性和耐磨性的耐热烧结材。
因此，本发明的一方式的耐热烧结材能够有效地用作组装到涡轮增压器中的轴承或衬套等的机构部件。在该情况下，即便总是暴露于从发动机排出的高温且腐蚀性的废气中，机构部件也难以腐蚀或变差，并且作为可动部件得到优异的滑动特性。
附图说明
图1是表示由本实施方式的烧结滑动材形成的轴承部件的一例的立体图。
图2是表示该轴承部件的金属组织的一例的示意图。
图3是表示在实施例中制造的试样的金属组织的一例的组织照片。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
图1表示由本实施方式的耐热烧结材构成的圆筒状的轴承部件1。作为一例，该轴承部件1作为组装到涡轮增压器用喷嘴机构或阀机构中的轴承来使用。图2是构成轴承部件1的耐热烧结材的放大组织照片的示意图。
作为一例，如图2所示，耐热烧结材在包含Fe、Cr、Ni和Si的母相2中分散有包含Cr、Fe和C且不定形的多个硬质相3。另外，在图2所示的组织内，散布有用黑圆点表示的多个空孔(气孔)5。
作为一例，母相2具有以下组成：以质量％计包含Cr：10.0～28.0％、Ni：9.0～33.0％及Si：2.5～7.0％，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成。为了得到这种母相2，作为总体组成有必要以15～30％的量包含Cr。
作为一例，硬质相3具有以下组成：以质量％计包含Cr：40.0～75.0％、Ni：0.5～3.0％及C：5.0～8.5％，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成。因此，也可以说硬质相3包含Fe、Cr、Ni和C。硬质相3相对于总组织的体积分率优选为10～40％的范围。
另外，优选如下的耐热烧结材，即，作为总体组成具有以下组成：以质量％计含有Cr：15～30％、Ni：8～30％、Si：2.0～6.0％及C：0.5～2.5％，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，总体组织中的气孔率为2.0％以下。
作为一例，包含Fe、Cr、Ni和Si的所述母相2由Fe-Cr-Ni-Si构成，作为一例，包含Cr、Fe和C的所述硬质相3为由Cr-Fe-C或Cr-Ni-Fe-C构成的碳化物相。
此外，由后述的实施例的试样的EDX分析(能量色散型荧光X射线分析)结果明确母相2和硬质相3的组成为上述组成。
下面，对本实施方式的耐热烧结材中的各组成比(各元素的含量)的限定理由进行说明。
[Cr量：15～30质量％]
关于母相2的Cr量，从耐氧化性的观点来看，最低需要在母相中以12质量％以上的量包含Cr。为了除了满足耐氧化性之外还满足耐盐性，需要在母相中以28质量％以上的量包含Cr。然而，由于Si或Ni也有助于耐氧化性及耐盐性，因此作为总体组成(总体组成中的)Cr量为15质量％以上即可。另外，作为总体组成，Cr量大于30质量％的情况下，还影响Si添加，生成较多的铁素体相。因此，为了得到奥氏体相，优选将总体组成中的Cr量设为30质量％以下。
由于因析出硬质相3而减少母相2的Cr量，因此考虑母相2的Cr量并为了除了满足耐氧化性之外还满足耐盐性，需要将总体(总体组成中的)Cr含量设为15～30质量％。总体组成中的Cr量优选为20～30质量％。
[Ni量：8～30质量％]
Ni为奥氏体相的稳定化元素，还有助于提高耐盐性。为了稳定地得到奥氏体相，需要将总体组成中的Ni量设为8质量％以上。即便总体组成中的Ni量大于30质量％，耐盐性的提高效果也小，只增加昂贵的Ni的使用量。因此，优选将总体组成中的Ni量设为8～30质量％。总体组成中的Ni量更优选为15～30质量％。
[Si量：2.0～6.0质量％]
为了满足耐盐性，需要将总体(总体组成中的)Si量设为2.0质量％以上。在总体组成中的Si量大于6.0质量％的情况下，因过硬而切削性变差，有可能成为加工性差的材料。因此，从耐盐性、耐磨性及量产性的观点来看，需要将总体组成中的Si量设为2.0～6.0质量％。总体组成中的Si量优选为3.5～6.0质量％。
[C量：0.5～2.5质量％]
在总体组成中的C量小于0.5质量％的情况下，析出的硬质相3的量较少，不满足耐磨性。另外，在总体组成中的C量大于2.5质量％的情况下，由于硬质相3的析出量过多，减少母相2的Cr量，因此不满足耐盐性。因此，需要将总体组成中所包含的C量设为0.5～2.5质量％。总体组成中的C量优选为1.5～2.5质量％。
[B：0.08～0.8％]、[P：0.2～1.2％]
也可以根据需要包含B及P中的任一个或两个。总体组成中的B量优选为0.08～0.8％。总体组成中的P量优选为0.2～1.2％。
[气孔率：2.0％以下]
如果气孔率大，则表面积增加且易氧化。因此，气孔率小的情况能够提高耐氧化性及耐盐性，优选气孔率为2.0％以下。
[制造方法]
关于所述耐热烧结材的制造方法将在后面详细描述，但作为一例，通过以作为基底粉末的Fe-Cr-Ni-Si合金粉末、作为添加材粉末的SiC粉末、或FeSi粉末和C粉末、作为烧结助剂的FeB粉末在前述组成范围的方式称重，并均匀地混合而得到混合粉末。以490～980MPa左右的压力对得到的混合粉末进行压制成型。将得到的压制成型体在1100～1280℃下烧结0.5～2小时左右。由此得到耐热烧结材。
虽然混合粉末的组成与耐热烧结材的组成几乎一致，但严格来讲优选通过配合作为原料的粉末而得到混合粉末，以得到具有目标组成(前述的组成范围)的耐热烧结材料。
作为所述基底粉末，也可以使用Fe-Cr-Ni合金粉末代替Fe-Cr-Ni-Si合金粉末。即，基底粉末或包含Fe、Cr和Ni、或包含Fe、Cr、Ni和Si。具体而言，作为基底粉末，可列举仅由Fe、Cr和Ni构成的合金粉末或仅由Fe、Cr、Ni和Si构成的合金粉末。
作为烧结助剂，也可以使用FeP粉末代替FeB粉末，也可以使用FeB粉末和FeP粉末这两种粉末。另外，也可以省略烧结助剂。
作为所述添加材粉末，也可以在所述基底粉末中以成为前述的组成范围的方式混合SiC以外的FeSi粉末和C粉末、或CrSi粉末和C粉末等。即，添加材粉末至少包含Si和C，或者包含Fe和Cr中的任一个或两个及Si和C。具体而言，作为添加材粉末，可列举SiC粉末，或可列举FeSi粉末和CrSi粉末中的任一个或两个与C粉末的混合物。
在使用前述的各粉末的情况下，优选将各粉末的粒径(D50)设为5～100μm左右。
在作为烧结助剂使用FeB粉末的情况下，优选以在混合粉末的总体组成中以质量％计B量为0.08～0.8％的范围的方式调整FeB粉末的添加量。
在作为烧结助剂使用FeP粉末的情况下，优选以在混合粉末的总体组成中以质量％计P量为0.2～1.2％的范围的方式调整FeP粉末的添加量。
烧结助剂也可以使用FeB和FeP中的任一个。在所使用的基底粉末等的原料粉末的粒径为5～20μm的细粉末的情况下，也可以省略这些烧结助剂。
在制作混合粉末时作为原料粉末使用粒径为30～100μm左右的粉末的情况下，只要以0.4～4.0％左右的量添加烧结助剂并进行烧结，就能够制造目标耐热烧结材。在未使用烧结助剂的情况下，只要是原料粉末的粒径为5～20μm左右的细粉末，就能够制造目标耐热烧结材。
作为原料粉末，虽然能够充分制造粒径(D50)为10μm的粉末，但如果粒径为10μm以下，则粉末的表面积相对于体积的比例增加，从而粉末的氧量增加，并且烧结性下降。因此，若使用粒径小于5μm的细粉末，则有可能无法实现2.0％以下的气孔率。在细粉末的情况下，例如可使用粒径为5～20μm的粉末。在使用超过该范围的粒径(大于20μm)的原料粉末的情况下，需要添加烧结助剂。
作为基底粉末，可使用Fe-25Cr-20Ni合金粉末或Fe-18Cr-12Ni合金粉末等，但也可以使用JIS规定的SUS310S合金粉末、SUS316合金粉末或SUS304合金粉末等。关于将母相2中的Si量设为必要量以上，能够通过作为Si源添加必要量的SiC粉末、CrSi粉末、FeSi粉末等而进行调整。
通过将所述混合粉末投入到压制装置的模具并进行压制成型，从而得到目标形状例如筒状的压坯。即，通过对混合粉末加压而制作具有目标形状的压坯。
作为成型方法，也可以采用利用压制装置进行的成型、热等静压加压(HIP)或冷等静压加压(CIP)等的各种方法。
例如，在真空气氛或氮气氛中在1100～1280℃的范围内的规定温度下将该压坯烧结0.5～2小时左右。由此，能够得到例如图1所示的筒状的轴承部件1。该轴承部件1由在包含Fe、Cr、Ni和Si的母相中分散有包含Cr、Fe和C的碳化物类的硬质相的耐热烧结材构成。
如图2所示，构成该轴承部件1的耐热烧结材具有在Fe-Cr-Ni-Si类的母相2中分散有Cr-Fe-C类或Cr-Ni-Fe-C类等碳化物类的硬质相3的金属组织。图2是对由后述的实施例制造的耐热烧结材试样的一例利用光学显微镜放大观察一部分组织的照片的示意图。如图2所示，也可以在耐热烧结材1的金属组织中多少(2.0％以下左右)残留有烧结时生成的气孔5。
在混合Fe-Cr-Ni-Si合金粉末、FeB粉末和SiC粉末并进行压制成型后进行烧结的情况下，FeB成为液相并润湿扩散到其他粉末粒子的晶界，起到填埋气孔的作用。因此，能够利用成为液相的FeB来填埋所述Fe-Cr-Ni-Si合金粉末和SiC粉末的晶界。其结果，能够降低烧结后的气孔率。因此，能够设为高密度的烧结材。
关于构成FeB粉末的Fe和B，从FeB二元状态图也明确可知，在Fe-4质量％B的组成的情况下，在1174℃具有共晶点。因此，在烧结温度通过共晶化呈现液相，该液相作为烧结助剂发挥作用，并且提高烧结密度。因此，能够得到气孔生成少且烧结后的密度高的烧结体即气孔率低的致密的烧结体。由于气孔率低，因此腐蚀性的液体或气体难以从外部向烧结体的内部侵入，提高耐氧化性。
在以上述温度进行烧结的情况下，由于存在于Fe-Cr-Ni-Si合金粉末的周围的Fe、Cr、Ni、C彼此扩散，因此析出碳化物类的硬质相3，成为这些硬质相3分散到母相中的组织。即，成为在Fe-Cr-Ni-Si母相中分散有作为Cr-Fe-C或Cr-Ni-Fe-C的组成的碳化物类的析出物的硬质相3的组织。通过分散这些硬质相3，能够得到适当的耐磨性。
母相2在Fe基底中含有Cr、Ni和Si。即，母相2作为主体包含Fe，并且进一步包含Cr、Ni和Si。通过由该Fe-Cr-Ni-Si构成的母相2，确保耐氧化性和耐盐性。此外，母相2含有2.5～7.0％的Si，能够通过该Si的影响来提高母相2的强度。另外，析出与由添加材粉末SiC供应的C量相应的量的Cr-Fe-C类的硬质相3。硬质相3的耐磨性和母相2的强度的提高效果相结合，能够得到优异的耐磨性。
在生成硬质相3时，硬质相3从母相2中夺走一部分Cr。然而，通过使Si扩散到母相中而在母相中含有高浓度(2.5～7.0％)的Si，由此能够提高母相的耐盐性，并且提高母相的强度。
此外，在本实施方式中，对环状的轴承部件1由上述耐热烧结材构成的情况进行了说明，但本实施方式的耐热烧结材当然可以广泛应用到设置于涡轮增压器的喷嘴机构或阀机构的轴部件、杆部件、轴承部件或板等中。
由于在通过以上说明的制造方法得到的耐热烧结材中，母相及硬质相均包含足够量的Cr，因此呈现优良的耐氧化性和耐盐性。硬质相由比母相更硬的相构成。另外，通过包含较多的Si的母相来提高母相的强度。因此，除了具有优良的耐氧化性和耐盐性之外，还具有优良的耐磨性。
因此，上述轴承部件1的耐氧化性、耐盐性及耐磨性优异。因此，上述轴承部件1能够适合用作如涡轮增压器等的轴承部那样暴露于高温废气的同时使轴滑动的部件。
此外。本实施方式的耐热烧结材不仅能够用作涡轮增压器的轴的构成材料，而且当然也能够用作设置于暴露到高温腐蚀气体且要求耐氧化性、耐盐性及耐磨性的各种机构部件的构成材料。
实施例
下面，通过出示实施例对本发明进行更详细说明，但本发明并不限定于这些实施例。
关于原料粉末，将JIS规定的SUS310S合金粉末(粒径D50＝100μm)、SUS316合金粉末(粒径D50＝100μm)和SUS304合金粉末(粒径D50＝100μm)中的任一个用作基底粉末。在该基底粉末中混合FeB粉末(粒径D50＝30μm)(烧结助剂)和以下添加材粉末中的任一个。
作为添加材粉末，使用SiC粉末(粒径D50＝10μm)、CrSi粉末(粒径D50＝10μm)和C粉末(粒径D50＝20μm)的混合物、FeSi粉末(粒径D50＝50μm)和C粉末(粒径D50＝10μm)的混合物中的任一个。
另外，作为烧结助剂，代替FeB粉末使用FeP粉末(粒径D50＝30μm)来制作试样。此外，在不使用烧结助剂的情况下，使用粒径(D50)为10μm的原料粉末来制作试样。
以成为以下表1所示的最终成分组成(总体组成)的方式配合这些粉末，并且利用V型混合机混合30分钟。接着，通过以成型压力490～980MPa对得到的混合粉末进行压制成型而制作筒状的压坯。
接着，在真空气氛中，在1100～1280℃的温度下将该压坯烧结0.5～2.0小时，得到筒状的耐热烧结材。
任一耐热烧结材都成型为适合以下各试验的形状并使用于各试验。
[气孔率]
利用阿基米德法来测定气孔率。
[耐氧化性试验]
在耐氧化性试验中，制作具有以下表1所示的总体组成且外径：20mm×内径：10mm×高度：5mm的尺寸的环状耐热烧结材(轴承部件)，并进行了试验。
将耐热烧结材在大气中在800℃保持100小时。测定在800℃保持前后的重量变化量，并由重量变化量和试样的表面积求出氧化增量。氧化增量的判断基准以下所示。将氧化增量为1mg/cm2以下的试样评价为“○”(优)，将氧化增量大于1mg/cm2的试样评价为“×”(差)。
[耐磨性试验]
为了进行滚动块试验，在块(摩擦试验片)上载置圆柱轴，并且进行使该轴往复旋转90°的试验。在测定温度600℃下进行试验30分钟，并且将往复次数设为2000次而评价磨损量。即，在将磨损试验片加热至600℃的状态下，在30分钟内使轴90°往复旋转2000次。
在磨损量的测定中，利用3D显微镜来拍摄磨损面的照片，并且测定磨损深度。
磨损试验片为由耐热烧结材的试样构成的长50mm×宽10mm×厚5mm的长方体形状的块。对方材料(相手材)的轴为由SUS316构成的直径8mm且长度1500mm的不锈钢杆。以负载80N对所述块推压该不锈钢杆的同时，使电动机的旋转轴往复旋转，从而进行了试验。
耐磨性试验的判断基准以下所示。将磨损深度小于40μm的试样评价为“○”(优)，将磨损深度为40μm的试样评价为“×”(差)。
[耐盐性试验]
利用盐水喷雾试验(以JISZ2371为准)来评价耐盐性试验。在35℃向试验片喷出24小时5％NaCl水溶液的盐水。在试验后的试验片的外观中测定锈发生面积率(腐蚀面积率)。
试验片为由耐热烧结材的试样构成的外径20mm、内径10mm及高度5mm的环状试验片。
将发生锈的腐蚀面积率为1％以下的试样设为合格。详细而言，将锈的腐蚀面积率为1％以下的试样评价为“○”(优，合格)，将锈的腐蚀面积率大于1％的试样评价为“×”(差)。
将以上试验结果示于以下的表1、2。
[表1]
Figure GDA0002193655930000111
[表2]
Figure GDA0002193655930000121
对于具有表1所示的总组成(总体组成)的耐热烧结材试样No.1～29，示出气孔率的测定结果、耐氧化性试验结果(氧化增量)及其判断结果、与耐盐性有关的锈面积率的检查结果、与耐磨性有关的磨损量及其判断结果。
关于试样No.1～5、8～10、14、15、18～20、22～23、26～27的耐热烧结材，总体组成具有以下组成：以质量％计含有Cr：15～30％、Ni：8～30％、Si：2.0～6.0％及C：0.5～2.5％，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，母相由Fe-Cr-Ni-Si类合金构成，硬质相由Cr-Fe-C类合金或Cr-Ni-Fe-C类合金构成，气孔率为2.0％以下。
从表1、2所示的结果明确可知，试样No.1～5、8～10、14、15、18～20、22～23、26～27的耐热烧结材的耐氧化性优异，高温耐磨性优异，并且耐盐性优异。
总体组成中的Cr量的优选范围为15～30％。
试样No.6为总体组成的Cr量比优选范围少的试样，该试样的耐氧化性和耐盐性较差。试样No.7为总体组成的Cr量比优选范围多的试样，是铁素体相多且热膨胀系数小于奥氏体的材料。因此，在周边部件为奥氏体类的情况下，具有因热膨胀差而难以控制间隙而难以用作轴承等产品的问题。
总体组成中的Ni量的优选范围为8～30％。
试样No.11为总体组成的Ni量比优选范围少的试样，在耐盐性方面产生了问题。虽然试样No.9为含有25％以上的Ni的试样，但没有产生特性方面的问题。考虑到是以Fe为主成分的奥氏体类材料，优选将总体组成中的Ni量的上限设为30％。
总体组成中的Si量的优选范围为2.0～6.0％。
试样No.12为总体组成的Si量比优选范围多的试样，烧结产品硬而脆，在切削加工时发生裂纹或缺损，无法进行加工。试样No.13为总体组成的Si量比优选范围少的试样，该试样的耐盐性较差。
总体组成中的C量的优选范围为0.5～2.5％。
试样No.16为总体组成的C量比优选范围多的试样，因硬质相大于40％而析出硬质相。由此，母相的Cr量下降，成为耐盐性差的结果。试样No.17为总体组成的C量比优选范围少的试样，硬质相的析出量小于10％。由此，成为耐磨性差的结果。
试样No.19具有与试样No.1类似的组成，而且不使用烧结助剂，而是使用SUS合金粉末(D50＝10μm)的细粉末来代替。试样No.19的耐氧化性优异，并且耐盐性和耐磨性也优异。虽然在试样No.20中，将烧成温度从试样No.19的烧结温度下降了40℃，但能够得到目标耐热烧结材。
在试样No.21中，以将烧成温度从试样No.20的烧结温度下降40℃并成为低密度的方式进行烧结。其结果，耐热烧结材成为低密度且气孔率高，耐氧化性及耐盐性下降，并且耐磨性也下降。
从这些试样No.19～21的试样结果可知，即便省略烧结助剂，也通过使混合粉末微细化(作为原料粉末使用细粉末)，能够得到目标气孔率，从而能够得到发挥目标效果的耐热烧结材。
试样No.24为使用与试样No.1等同的原料粉末(粒径D50＝100μm)且总体组成的B量少于0.08％的试样。在试样No.24中，作为烧结助剂的FeB的添加量较少，耐氧化性、耐盐性及耐磨性均差。试样No.25为使用与No.1等同的原料粉末(粒径D50＝100μm)且总体组成的B量多于0.8％的试样。在试样No.25中，作为烧结助剂的FeB的添加量较多且特性优良，但产生无法设为目标尺寸精度的产品形状的问题。
试样No.22及23的特性优异。从这些结果判断出在使用粒径大的基底粉末等原料粉末且作为烧结助剂使用FeB的情况下，优选以总体组成中的B量在0.08～0.8质量％的范围内的方式调整烧结助剂FeB的添加量。
试样No.28具有与试样No.1几乎等同的组成，并且为作为烧结助剂的FeP的添加量少且总体组成的P量少于0.2％的试样。试样No.29为FeP的添加量多且总体组成的P量多于1.2％的试样。这些试样No.28、29的试验结果较差，试样No.26、27的结果优良。根据这些结果判断出在使用粒径大的基底粉末等的原料粉末且作为烧结助剂使用FeP的情况下，优选以总体组成中的P量在0.2～1.2质量％的范围内的方式调整烧结助剂FeP的添加量。
接着，使用EDX(能量色散型荧光X射线分析装置)对试样No.19的试样进行母相和硬质相的组成分析。其结果，母相具有以质量％计Cr：19.3％、Ni：21.6％、Si：3.5％且剩余部分为Fe的组成。硬质相具有以质量％计Cr：65.1％、Ni：1.7％、C：6.1％且剩余部分为Fe的组成。
由该分析结果可知，母相为Fe-Cr-Ni-Si相，硬质相为Cr-Fe-C相。此外，严格来讲，硬质相为Cr-Ni-Fe-C相，但由于Ni量少，因此记载为Cr-Fe-C相。
图3是表1、2所示的试样No.19的表面组织(金属组织)的放大照片。如该组织照片所示，耐热烧结材的试样呈现在母相(Fe-Cr-Ni-Si相)中分散有不定形的硬质相(Cr-Fe-C相)的组织。另外，在组织中分散有用黑圆点表示的微细的多个气孔。
产业上的可利用性
根据本实施方式，能够提供一种耐氧化性、耐盐性及耐磨性优异的耐热烧结材。因此，本实施方式能够适合应用到组装于涡轮增压器的轴承或衬套等的机构部件、设置于涡轮增压器的喷嘴机构或阀机构的轴部件、杆部件、轴承部件和板以及它们的制造工艺中。
附图标记说明
1：轴承部件(耐热烧结材)；2：母相(Fe-Cr-Ni-Si相)；3：硬质相(Cr-Fe-C相)；5：气孔(空孔)。

Claims (4)

1.一种高温耐磨性及耐盐性优异的耐热烧结材，其特征在于，
作为总体组成具有以下组成：以质量％计，仅由Cr：15～30％、Ni：8～30％、Si：2.0～6.0％、C：0.5～2.5％、B：0.08～0.8％以及作为剩余部分的Fe和不可避免的杂质构成，
所述耐热烧结材具有在母相中分散有硬质相的组织，所述母相包含Fe、Cr、Ni和Si，所述硬质相包含Fe、Cr和C，
所述母相含有2.5～7.0％的Si，
所述耐热烧结材的气孔率为2.0％以下。
2.根据权利要求1所述的高温耐磨性及耐盐性优异的耐热烧结材，其特征在于，
所述母相由奥氏体基体构成，所述硬质相为包含Fe、Cr和C的硬质粒子，在所述奥氏体基体中以10～40体积％的量分散有所述硬质粒子。
3.一种高温耐磨性及耐盐性优异的耐热烧结材的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
通过混合基底粉末、添加材粉末及FeB粉末，得到具有以下组成的混合粉末：以质量％计，仅由Cr：15～30％、Ni：8～30％、Si：2.0～6.0％、C：0.5～2.5％、B：0.08～0.8％以及作为剩余部分的Fe和不可避免的杂质构成；
通过对所述混合粉末以490～980MPa的压力进行加压而制作压坯；
通过在1100～1280℃下加热0.5～2小时所述压坯而形成烧结体，所述烧结体具有在包含Fe、Cr、Ni和Si的母相中分散有包含Fe、Cr和C的硬质相的组织，所述烧结体的气孔率为2.0％以下，
所述基底粉末包含Fe、Cr和Ni，或者包含Fe、Cr、Ni和Si，
所述添加材粉末至少包含Si和C，或者包含Fe和Cr中的任一个或两个及Si和C，
所述基底粉末、所述添加材粉末及所述FeB粉末的粒径D50为30～100μm。
4.根据权利要求3所述的高温耐磨性及耐盐性优异的耐热烧结材的制造方法，其特征在于，
通过形成所述烧结体的工序，在所述母相中以10～40体积％的量分散所述硬质相。
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