CN1667133A - 铁系密封滑动构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耐热裂性、防烧伤性及耐磨损性优异的铁系密封滑动构件及其制造方法，本发明的铁系密封滑动构件，备有密封滑动面，其特征在于，包括：形成在前述密封滑动面上、0.15～0.6重量％的碳固溶的马氏体母相，分散在前述马氏体母相中的5～70体积％的渗碳体以及0.1～10体积％的MC型碳化物至少其中之一的第一分散物，分散在前述马氏体母相中的1～15体积％的石墨以及1～20体积％的Cu合金相至少其中之一的第二散物，其中，前述第一分散物和前述第二分散物的总量为5～70体积％。

Description

铁系密封滑动构件及其制造方法
技术领域
本发明涉及适合用于建筑机械用滚轮，惰轮，减速装置等的浮动密封构件的铁系密封滑动构件及其制造方法。
背景技术
装入到建筑机械的下滚轮无座圈滚柱轴承及齿轮减速装置中的铁系浮动密封件，防止其内部的润滑油的泄漏，同时防止砂土向其内部的侵入。因此，大多通过将该密封滑动面进行淬火处理形成高硬度的马氏体组织，或者在将硬质渗碳体、Cr7C3碳化物以大约30体积％大量结晶的同时，通过淬火处理，将母相制成马氏体组织，制造成其防烧伤性及耐磨损性得到改进的铁系浮动密封件。例如，利用镍铬冷硬铸铁(Ni-Hard)(标准组成为，C：2.7～3.5重量％，Si：0.4～1.0重量％，Mn：0.4～0.6重量％，Ni：4.2～4.7重量％，Cr：1.4～2.5重量％)，高碳高Cr铸铁(例如，C：3.3～3.6重量％，Cr：15～17重量％，Mo：2.5～3.5重量％，V：0.2～0.5重量％)的铁系浮动密封件就是它的例子(例如，参照专利文献1)。
进而，根据不同的目的，使用在前述密封滑动面上喷镀由WC和自熔性合金构成的加厚用耐磨损性材料的铁系浮动密封件。
[专利文献1]特开昭51-59007号公报
将上述齿轮减速装置及下滚轮装置中的润滑油密封的铁系浮动密封件，在该机构中，由于在砂土中的碾压运动，微细的砂土粒子一面侵入密封面，一面进行磨损，同时，利用密封的润滑油润滑其密封面。因此，要求优异的耐磨损性和防烧伤性，即使在最广泛的利用高硬度的高碳高Cr铸铁制的铁系浮动密封件中，也存在着当将其装入时的调定压力(推压力)增高时，在其滑动面上发生显著的烧裂(热裂纹)、烧熔、异常磨损，引起漏油的问题。
此外，作为提高上述防烧伤性系耐磨损性的材料，即使在采用低温工具钢及高速钢(SKH材料)等各种工具钢的情况下，由于防烧伤性不足，也很容易发生粘着，其结果是，存在着耐热裂性、耐磨损性不足的问题。此外，由于前述各种工具钢是价格极高的钢材，所以，在考虑到一直精加工到制品形状的材料材料利用率时，存在着材料费变成高价的问题。
进而，在近年来的推土机等建筑机械中，希望通过更高速地移动，提高工作效率，由于铁系浮动密封件的高速旋转，同样存在着会发生烧裂、烧熔、异常磨损，引起油的泄漏的问题。
发明内容
本发明考虑到上述情况，其目的是，提供一种耐热裂性、防烧伤性及耐磨损性优异的铁系密封滑动构件及其制造方法。
为了解决上述课题，根据本发明的铁系密封滑动构件，在备有密封滑动面的铁系密封滑动面构件中，其特征在于，它包括：
形成在前述密封滑动面上、0.15～0.6重量％的碳固溶的马氏体母相，
分散在前述马氏体母相中的5～70体积％的渗碳体以及0.1～10体积％的MC型碳化物至少其中之一的第一分散物，
分散在前述马氏体母相中的1～15体积％的石墨以及1～20体积％的Cu合金相至少其中之一的第二散物，
其中，前述第一分散物和前述第二分散物的总量为5～70体积％。
此外，在根据本发明的铁系密封滑动构件中，优选地，构成前述密封滑动面的部位，利用铸铁材料形成，所述铸铁材料含有2～5重量％的碳，0.5～6重量％的Si及0.3～5重量％的Cr，并含有从由Al、Mn、Ni、Cu、Co、Mo、W、V、Ti、Zr、Nb、Ta、P、B、Ca、S构成的组中选择出来的一种以上。
此外，在根据本发明的铁系密封滑动构件中，前述铁系密封滑动构件，也通过利用前述铸铁的铸造形成。
此外，前述铁系密封滑动构件，可以是通过利用前述铸铁材料的铸造形成的浮动密封构件。
根据本发明的铁系密封滑动构件的制造方法，包括铸造含有2～5重量％的碳，0.5～6重量％的Si及0.3～5重量％的Cr，并含有从由Al、Mn、Ni、Cu、Co、Mo、W、V、Ti、Zr、Nb、Ta、P、B、Ca、S构成的组中选择出来的一种以上的铸铁材料的工序，在所述铁系密封滑动构件的制造方法中，其特征在于，
前述铁系密封滑动构件，含有：固溶有0.15～0.6重量％的碳的马氏体母相，
分散在前述马氏体母相中的5～70体积％的渗碳体以及0.1～10体积％的MC型碳化物至少其中之一的第一分散物，
分散在前述马氏体母相中的1～15体积％的石墨以及1～20体积％的Cu合金相至少其中之一的第二散物，
其中，前述第一分散物和前述第二分散物的总量为5～70体积％。
根据以上说明的本发明，可以提供一种耐热裂性、防烧伤性及耐磨损型性优异的铁系密封滑动构件及其制造方法。
附图说明
图1是Fe-4.5重量％Si-C-M(合金元素)系的(铁素体+奥氏体)/奥氏体相平衡纵剖面图。
图2是表示本发明的一种实施形式的滚轮组件的主要部分的结构的图示。
图3是表示分散在铸铁材料中的石墨形状的图示。
图4是表示Ni-hard合金的浇铸组织(a)和热处理组织(b)的照片。
图5是表示浮动密封件形状的剖视图。
图6是浮动密封试验机的简图。
图中：36  滚轮组件，49  滚轮保持架，50  滚轮轴，51滚轮衬套，52  滚轮辊，53  浮动密封装置，54  密封环。
具体实施方式
本发明的实施形式涉及具有以下功能的铸铁系滑动材料，该铸铁系滑动材料，例如用于浮动密封件。
(1)通过在马氏体母相中分散5～50体积％的、对与之匹配的滑动材料的破坏性小并且高韧性的硬质渗碳体，改进耐粘合性和耐磨损性。
(2)通过分散析出1～20体积％的耐粘合性和在密封滑动面上的润滑油供应性(油槽的形成)优异的石墨和Cu合金相至少其中之一，通过改善在上述密封滑动面上的润滑性提高防烧伤性。
(3)为了改进马氏体母相的耐热裂性，将前述马氏体母相中的碳浓度抑制在0.15～0.6重量％。
(4)为了提高马氏体的抗回火软化性以及为了调整改善磨合性的残留奥氏体的量，适当添加Si、Al、Ni、V、Mo、W的合金元素。
(5)分散V、Ti、Zr、Nb、Ta等的MC型碳化物，改进耐粘合性和耐磨损性。
作为根据本实施形式的铁系密封滑动构件的一个例子的浮动密封件，在其使用环境中，要求改进重要的耐热裂性、防烧伤性和耐磨损性。因此，根据本实施形式的浮动密封件，利用铁系密封滑动材料形成，该铁系密封法滑动材料，提高在马氏体母相中固溶0.15～0.6重量％的碳，改进耐热裂性，通过在前述马氏体母相中分散5～70体积％的渗碳体及0.1～10体积％的MC型的碳化物的至少其中之一，改进防烧伤性和耐磨损性，进而，提高在前述马氏体母相中分散1～15体积％的石墨以及1～20体积％的Cu合金相的至少其中之一，改进防烧伤性，分散在前述马氏体母相中的前述渗碳体及前述MC型的碳化物的至少其中之一及前述石墨和前述Cu合金相的至少其中之一的总量，为5～70体积％。
此外，前述铁系滑动材料采用铸铁材料，该铸铁材料至少含有2～5重量％的碳，0.5～6重量％的Si以及0.3～5重量％的Cr，进而，含有从由Al、Mn、Ni、Cu、Co、Mo、W、V、Ti、Zr、Nb、Ta、P、B、Ca、S构成的组中选择出来的一种以上。
在本实施形式中，如上所述，为了改进浮动滑动面上的耐热裂性，将固溶在该马氏体母相中的碳浓度调整到0.15～0.6重量％的范围内的理由如下。由于推断前述高碳高Cr铸铁等浮动密封件的马氏体相中的碳浓度为0.8重量％，所以，可以认为，固溶到马氏体相中的碳的上限浓度优选地，为0.7重量％，进而，当参考要求耐热裂性的高温工具钢(SKD6、SKD7、SKD61、SKD62、SKD8、3Ni-3Mo钢)等含有的碳浓度时，马氏体相中固溶的碳的上限浓度更优选地为0.6重量％，下限浓度优选地为0.15重量％。
进而，在考虑到耐砂土磨损性的情况下，该马氏体母相的硬度优选地在Hv500以上，为了确保更稳定的耐热裂性，更优选地，将固溶到马氏体母相中的碳浓度调整到0.15～0.5重量％。
另外，对于将固溶到淬火硬化的马氏体母相中的碳浓度调整到上述范围内的方法进行说明。为了将铸铁材料制成稳定的珠光体组织，优选地含有0.3重量％以上的Cr。(方法1)在铸造时将成为珠光体组织的铸铁材料淬火的情况下，Fe-C系的珠光体组织的共析碳浓度约为0.8重量％，进而，通过添加显著提高奥氏体相中的碳活度的Si，利用以大约0.1重量％C/重量％Si的比例能够降低上述共析碳浓度这一点，以将奥氏体相(淬火后的马氏体相)中的Si浓度调整到2重量％以上作为基础，但是，优选地，将该Si的浓度调整到3重量％以上。
此外，Si几乎不固溶到石墨、渗碳体以及MC型碳化物中，在马氏体中，基本上全部的Si都被浓缩。因此，马氏体相中的Si浓度的控制，例如，为了获得在40体积％分散的渗碳体的铸铁材料中含有3重量％的Si的马氏体母相，可以在铸铁材料中添加1.8重量％的Si。此外，在后面描述的(渗碳体+石墨)量的优选的下限值16体积％，为了将前述马氏体母相中固溶的碳浓度范围调整到0.15～0.6重量％，可以在铸铁材料中添加1.5～6重量％的Si。此外，作为降低共析碳浓度的元素，由于Cr和Si显示出大致相同的作用，所以，以马氏体母相中的(Si重量％+Cr重量％)在2重量％以上为基础，更优选地，调整到3～6.5重量％。从而，在本实施形式中，在铸铁材料中，至少含有1.8～6重量％的Si，优选地，将马氏体母相中的Si浓度调整到3～6.5重量％。之所以令前述铸铁系的Si含量的上限值为6重量％，是为了确保韧性。
进而，对于调整固溶到前述马氏体母相中的碳浓度的其它方法进行说明。
(方法2)例如，在石墨和铁素体析出的铸铁材料中，在适当地加热到A1温度以上，使碳从石墨中扩散固溶到奥氏体中，使铁素体相消失的热处理之后，直接淬火的方法也是很理想的。
(方法3)对于在上述(方法2)的热处理之后，一度冷却，将母相调整成珠光体组织或粒状渗碳体分散的组织的铸铁材料进行淬火处理的方法也是很理想的。
此外，该淬火处理限定在滑动面上，通过以150℃/sec以上的加热速度进行高频淬火，使珠光体状的片状渗碳体和粒状渗碳体在未固溶的状态残留在马氏体母相中的方法，也很理想的方法。在这种情况下的马氏体中固溶的碳浓度，利用渗碳体中的Cr浓度加以控制，通过将渗碳体中的Cr浓度调整到4～15重量％，可以将固溶到马氏体母相中的碳的浓度调整到大约为0.15～0.6重量％。此外，该碳浓度被奥氏体中的Si浓度以0.1重量％C/重量％Si的比例降低，例如，在含有4重量％的Si的情况下，由于渗碳体中的Cr浓度可以是2.5重量％，所以，作为渗碳体中的Cr的浓度范围，优选地为2.5～15重量％。从而，在本实施形式中，在铸铁材料中至少含有0.5～1.5重量％的Si，0.9～5重量％的Cr，优选地，将马氏体母相中的(Si+Cr)浓度调整为2～4重量％，渗碳体中的Cr浓度调整为2.5～15重量％。
此外，除借助马氏体母相中共晶反应结晶的渗碳体之外，在马氏体母相中以极微细的珠光体状分散渗碳体的组织，由于提高浮动密封件的滑动面上的润滑油供应性能以及提高母相的耐磨损性，所以，作为本实施形式的铁系密封滑动材料，是十分理想的组织。
进而，在马氏体相的Si浓度为4重量％以上，如从HANSEN(汉森)的Fe-Si系平衡相图预测的那样，发现Fe3Si规则、不规则相变性，由于显著改进抗回火软化性和改进滑动面上的粘合性，在7重量％的Si以上，因规则相的出现会显著变得脆化，所以，优选地，将马氏体母相中的Si浓度调整到4～6.5重量％，优选地，将固溶到前述马氏体母相中碳的浓度调整到0.15～0.4重量％的范围内。
此外，如后面将要描述的，作为显示上述规则、不规则相变性的合金元素，可以列举出与Si一样的几乎在渗碳体中不固溶的Al，所以，在本实施形式中，添加Al也是很理想的。此外，由于降低固溶到马氏体母相中的碳的浓度的作用小，所以，用马氏体母相中的Si浓度调整固溶碳浓度，进而通过复合添加Al，实现规则、不规则相变性，因此，对于避免脆弱性、提高防烧伤性和耐磨损性，是很理想的。
此外，在本实施形式中，优选地，在前述铸铁材料中含有0.5～6重量％的Al，将马氏体母相中的Al浓度调整到1～12重量％。
此外，马氏体相中的Si，作为提高抗回火软化性的元素是众所周知的，特别是，在450℃以下的低温区域，显示出优于Mo、W的作用，但是对于450℃以上的高温区域的抗回火软化性，Mo、W显示出优异的作用，所以，优选地，积极地固溶Mo、W等合金元素。在Mo、W和Si共存添加的情况下，由于在有效作用最大的Mo添加量为Mo＝2.3-0.5×Si重量％的范围内添加Mo时，可以发挥Mo的抗回火软化性，以及，在凝固过程中结晶的渗碳体和奥氏体之间的Mo的分配系数(渗碳体中的Mo重量％/奥氏体中的Mo重量％)γKMo为2～2.5，Mo向渗碳体中的最大固溶度约为2重量％，所以，当考虑到这时的马氏体母相中的Mo的浓度约为1重量％时，在本实施形式的铁系密封滑动材料中，优选地，至少在铸铁材料中含有1～3重量％的Si的同时，以总计0.5～2重量％含有Mo和W，在将马氏体母相中的Si浓度调整到2～4重量％的同时，将Mo和W的总计浓度调整到0.5～1重量％。此外，为了提高在低温区域的抗回火软化性，进而提高在高温区域的抗回火软化性，为了能够将马氏体母相中的Mo浓度调整到0.3～1重量％，优选地，在前述铸铁材料中添加0.5～2重量％的Mo。此外，关于W，考虑到γKW约为1.5，向渗碳体中的最大固溶度为2重量％，进行和Mo同样的研究的结果，可以说，在和Mo大致相同程度以上是有效的。因此，在本实施形式中，优选地，在前述铸铁材料中，总计添加0.5～2重量％的Mo和W。此外，在Mo、W上限添加量，少量析出Fe3Mo3C6型特殊碳化物，使得在马氏体母相中固溶与渗碳体共存时的最大Mo、W，添加到超过该量以上，从经济是是不理想的。此外，由于Mo特殊碳化物(Fe3Mo3C)利用在通用的高碳高CrMo系浮动密封件用的材料中，不会降低防烧伤性和耐磨损性。
作为显示出与提高上述奥氏体相中的碳活度、减少固溶碳浓度的Si同样的作用的元素，可以列举出P。但是，由于P向奥氏体中的固溶度不足1重量％，所以减少固溶的碳浓度的作用较小。但是，由于析出的Fe3P磷化合物改进滑动面的耐烧伤性，所以，不会显著使铸铁材料脆化，优选地，在铸铁材料中添加1.5重量％以下。
此外，如前面所述，在本实施形式中，规定将MC型碳化物分散0.1～10体积％，但是，通过分散0.1体积％以上的极为硬质的耐粘合性优异的MC型碳化物，在显著改进滑动面上的防烧伤性的同时，还显著改进在滑动面上的粘合磨损性(称作硬质粒子分散效应)。进而，在分散有约10体积％的V4C3的高速钢中，由于其耐砂土磨损性得到显著改进，所以，当考虑到使MC型碳化物析出的经济性时，MC型碳化物的上限值，优选地为10体积％。从而，在前述马氏体母相中分散MC型碳化物和改进滑动面的润滑性的石墨以及Cu合金相的至少其中之一的铸铁系耐磨损滑动材料适用于浮动密封构件，从进一步提高耐砂土磨损性的观点出发，更优选地，将MC型碳化物调整到2～10体积％。
进而，在适用于对砂土侵入的耐磨损性成为必要的浮动密封构件的铸铁材料中，优选地，分散更多的硬质碳化物，所以，在本实施形式中，将廉价的渗碳体的分散量规定为5～70体积％。将5体积％作为该分散渗碳体的下限值的理由，例如，是参考了耐磨损性极其优异的高速钢中的淬火后的碳化物的量，被调整到5～17体积％。进而，为了提高在严苛的油滑动条件下的防烧伤性和耐磨损性，更多的硬质粒子分散效应是有效的，特别是，在重视耐磨损性的情况下，当参考现有技术中的上述高速钢时，优选地，将15体积％作为下限值。从而，通过使上述渗碳体和MC型碳化物混合存在，可以更有效地改进前述防烧伤性和耐磨损性。进而，通过分散石墨和Cu合金相至少其中之一，进一步改进防烧伤性和耐粘合磨损性。此外，优选地，前述马氏体母相中的Cu合金的分散量为1～10体积％。
进而，在改进对砂土侵入的耐磨损性和防烧伤性的情况下，更多地分散渗碳体的量是有效的。因此，在本实施形式中，将上限渗碳体的量规定为70体积％，但是，例如，在利用前述高碳高Cr铸铁材料的浮动密封构件中，当参考碳化物的量在50体积％以上变得过分脆的情况，优选地，令上限渗碳体分散量为50体积％。
从而，优选地，上述铸铁材料的碳添加量，根据渗碳体的量的上、下限，分别为2～5重量％。当该碳添加量超过4重量％时，大量结晶出极其粗大的初晶渗碳体，并脆化，所以，优选地，使碳添加量的一部分作为石墨析出分散，加以利用。因此，优选地，在前述马氏体母相中分散1～10体积％的平均粒径15μm以下的粒状石墨。
此外，如本实施形式所述，在添加高浓度的Si的铸铁系耐磨损滑动构件中，Si是石墨化形成元素，以通常的冷却速度的凝固组织，根据Maurer(毛氏)铸铁组织图的关系，通过添加Si的添加重量％＝0.6×(4.3-C添加重量％)以下的Si，变成白铸铁组织，此外，通过添加超过该Si添加量以上的Si，变成在珠光体母相中分散石墨的组织，进而，通过添加Si重量％≥1.65×(4.3-C添加重量％)以上的Si，变成在铁素体母相中分散石墨的组织。如前面所述，在添加更多的Si的本发明的铸铁材料中分散共晶的渗碳体变得很难，所以，为了使共晶渗碳体稳定化，添加0.9重量％以上的Cr，为了通过石墨化处理，渗碳体易于石墨化，优选地，添加0.9～3.5重量％范围浓度Cr，以便渗碳体中的Cr处于2.5～6重量％的范围内。此外，在分散下限值15体积％的渗碳体的情况下，由于在凝固过程中结晶的渗碳体和奥氏体之间的分配系数(渗碳体中的Cr重量％/奥氏体中的Cr重量％)γKCr约为4，所以，对于铸铁材料的下限添加量，计算为0.9重量％。此外，当渗碳体中的Cr超过10重量％时，即使通过长时间的石墨化处理，也不能进行石墨化。因此，如后面描述的，在积极灵活地通过石墨化处理在短时间使适量的石墨分散的本耐磨损滑动材料中，令渗碳体中的Cr的浓度成为6重量％的Cr添加量3.5重量％作为上限是优选的，是更经济的。
此外，Mn也是使渗碳体稳定化、抑制渗碳体石墨化的元素，并且，0.1重量％以上的Mn，很容易不可避免地包含在铸铁材料中，进而，在铸铁材料中添加5重量％以上的情况下，白口化，由这一结果看出，Mn的分配系数γKMn为1.5～2，共晶的渗碳体中的Mn浓度在10重量％以时，共晶渗碳体稳定化。从而，不能期待Mn能够起到与前述Cr那样大的稳定化作用，但是，是优选积极添加的元素。进而，如后面将要描述的，Mn和Ni同样，是将奥氏体显著稳定化的元素，并且提高淬硬性，是形成残留奥氏体相的廉价的元素，所以，积极地添加0.7～5重量％的Mn是很理想的。例如，在分散50体积％的渗碳体的铸材料中添加5重量％的Mn的情况下，马氏体母相中的Mn的浓度变成3.3重量％，由于奥氏体的稳定化，可以确保在凝固时的铁素体生成的抑制和显著的淬硬性和最佳的残留奥氏体。
此外，作为在马氏体母相中的残留奥氏体的体积％的F与马氏体母相的Ms温度(马氏体相变开始温度)，由下式(d)的关系式，经验地计算出
F＝100exp(-0.011×(Ms-Q))……(d)
此外，Ms温度，根据马氏体母相中的组成，由下述近似式(e)计算出
Ms(K)＝993-514×(C重量％)1/2-20×Si重量％+23×Al重量％-46×Mn重量％-30×Cr重量％-21×Ni重量5-9×Cu重量％-20×Mo重量％……(e)
此外，Q由冷却温度303K(开尔文(Kelvin)绝对温度)给出，所以，可以很容易实施残留奥氏体量的调整。
此外，在前述近似式(e)中，前述C重量％，是马氏体母相中的C含量，前述Si重量％，是前述马氏体母相中的Si含量，前述Al重量％是前述马氏体母相中的Al含量，前述Mn重量％是前述马氏体母相中的Mn含量，前述Cr重量％是前述马氏体母相中的Cr含量，前述Ni重量％是前述马氏体母相中的Ni含量，前述Cu重量％是前述马氏体母相中的Cu含量，前述Mo重量％是前述马氏体母相中的Mo含量。
在本实施形式中，在前述铸铁材料中，含有0.7～5重量％的Mn，前述马氏体母相中的Mn浓度为2～4重量％，将由前述近似式(e)给出的Ms温度，调整到95～260℃，前述马氏体母相中的残留奥氏体，优选地，残留10～50体积％。
此外，Ni、Cu的分配系数，分别为γKNi：0.3，γKCu：0，它们是促进渗碳体石墨化的元素，但是比Mn更有效地在马氏体母相中浓缩，是将奥氏体显著稳定化的元素，是提高淬硬性、形成残留奥氏体的元素，是积极地含有的优选的元素。此外，在马氏体母相中2重量％的Cu的奥氏体稳定化作用(将在后面描述)和上Ms温度下降作用，相当于1重量％的Ni。
此外，进一步分散防烧伤性优异的特殊碳化物、氮化物、碳氮化物等更硬质的粒子，对于耐磨损性的改进是有效的。大量添加的Cr、Mn，可以在渗碳体中固溶36重量％以上，但是，对于Mo和W，Mo只能固溶2重量％，W只能固溶1.5重量％，进而，对于V和Ti，V只能固溶到0.6重量％，Ti大致只能固溶0重量％。由于这些合金元素的大部分作为特殊碳化物、氮化物析出，所以，几乎不具备进一步稳定渗碳体、防止石墨化的功能，在分散前述石墨的铸铁材料中可以高效率地分散改进防烧伤性和耐磨损性的Mo、W、V、Ti等的特殊碳化物。进而，仿照高速钢，将形成防烧伤性更优异、极为硬质的MC碳化物的V、Ti、Nb、Zr、Ta、Hf等合金元素添加1重量％以上，提高分散2～10重量％的MC型碳化物，以期改进防烧伤性和耐磨损性是优选的。
即，在本实施形式中，优选地，在前述铸铁材料中，含有V、Ti、Zr、Nb、Ta等构成的组中选择的一种以上的合金元素1～5重量％，同时，在前述马氏体母相中，分散2～10体积％的以前述合金元素成为主体的MC型碳化物、氮化物及碳氮化物的至少一种。
进而，在形成调整前述固溶碳浓度的马氏体母相的前述(方法2)及前述(方法3)中，在制造工序中，在片状石墨、球状石墨以及蠕虫状石墨的至少其中的一种石墨分散到由铁素体及(铁素体+珠光体)的至少一种组织构成的母相中的铸铁材料中，加热到A1温度以上，使上述石墨一部分固溶，形成前述固溶碳浓度后，淬火成为必要的。进而，更优选地，加热到上述A1温度之后，一度冷却，进行淬火将母相珠光体组织化。此外，在上述铸造工序中，优选地，在大的共晶渗碳体分散到马氏体、贝氏体、珠光体组织的铸铁材料中，在为了石墨化使Cr在渗碳体中浓缩用的热处理之后，进行淬火。此外，作为上述淬火方法，优选地，利用前述的急速感应加热将滑动面淬火，特别是，在以150℃/sec以上、优选地、500℃/sec以上的加热速度加热到A1温度～(900～1100℃)的淬火温度范围之后，进行淬火。借此，除大的结晶渗碳体之外，在马氏体母相中可以分散未固溶状态的微细的渗碳体。此外，在马氏体相中以珠光体状分散渗碳体的组织，由于提高浮动密封件的滑动面使得润滑油的润滑性，所以，作为铸铁系耐磨损滑动材料是优选的。
如前面所述，本实施形式，利用含有2～5重量％的碳，0.5～6重量％的Si及0.3～5重量％的Cr，并含有从由Al、Mn、Ni、Cu、Co、Mo、W、V、Ti、Zr、Nb、Ta、P、B、Ca、S构成的组中选择出来的一种以上制作一种铁系密封滑动构件，该铁系密封滑动构件具有：固溶有0.15～0.6重量％的碳的马氏体母相，分散在前述马氏体母相中的5～70体积％的渗碳体以及0.1～10体积％的MC型碳化物至少其中之一的第一分散物，分散在前述马氏体母相中的1～15体积％的石墨以及1～20体积％的Cu合金相至少其中之一的第二散物，其中，前述第一分散物和前述第二分散物的总量为5～70体积％。
前述石墨，可以是在铸铁的凝固过程中形成的片状、球状、蠕虫状至少其中的一种石墨，但是，在尽可能多地分散渗碳体的同时，为了更微细并且均匀地分散成为前述固体润滑剂的极软质的石墨，所以，在本实施形式中，优选地是，将一度白铸铁化的材料石墨化退火，平均粒径在15μm以下的粒状石墨。此外，提高将上述石墨化退火条件最佳化，一面使前述大的共晶渗碳体均匀分散化，一面使之残存大量的渗碳体(15～50体积％)，可以提高防烧伤性及耐磨损性。
此外，如上所述，优选地，渗碳体的分散量，为15～50体积％。此外，石墨分散量，将固体润滑剂及作为油槽的石墨润滑改进作用明显出现的1体积％作为下限值，将现有技术中铸铁中的石墨最大量的15体积％作为上限，但是，更优选地，将其润滑改进饱和、具有韧性的10体积％作为上限值。此外，石墨量下限值，参考在1体积％的粒子分散量显著发现滑动材料的防烧伤性的改进作用，但更优选地，使3体积％以上的石墨分散。
进而，一般地，由于Cu合金粒子与铁系合金材料的耐粘合性十分优异，所以，作为滑动材料可很好地加以利用。进而，分散在上述马氏体母相中的Cu合金相是软质的，滑动时，只被浮动密封材料中的碳化物稍稍磨损，形成辅助向滑动面上进行润滑油供应的油槽，显示出在滑动面上的润滑改进作用。在滑动面上发生微小的热裂纹的情况下，其抑制裂纹扩大的作用是很显著的。因此，在本实施形式中，优选地，将开始显示润滑改进作用的1体积％，作为马氏体母相中的Cu合金相的下限分散量。此外，Cu合金相，不会由于析出分散导致浮动密封构件的脆弱化，但是，由于伴随着软质Cu合金粒子的增加，浮动密封构件的耐磨损性降低，所以，优选地，令马氏体母相中的Cu合金相的上限分散量为10体积％。
此外，在上述马氏体母相和分散有珠光体状渗碳体的马氏体母相的形成方法中，由于淬火处理成为必要的，其制造成本的经济性成为问题，所以，优选地，提高铸造时的冷却速度、在铸造过程中形成马氏体母相。在凝固过程中析出软质的铁素体相的情况下，存在着不能改进防烧伤性和耐磨损性的问题。特别是，Si是显著的铁素体稳定化元素。在马氏体母相(加热时，奥氏体母相)的固溶碳浓度为0.15～0.5重量％，含有2～6.5重量％的高浓度Si的铸铁材料中，容易析出铁素体，为了防止该铁素体析出，有必要添加恰当的铁素体稳定化元素。因此，在本实施形式中，优选地，在奥氏体母相中至少含有总量为2～7重量％的Mn、Ni、Cu中的一种以上。
图1是利用热力学计算出来的含有4.5重量％的Si时的Fe-4.5重量％Si-C-M(合金元素)系的(铁素体+奥氏体)/奥氏体相平衡纵剖面平衡相图。为了获得0.2～0.5重量％的固溶碳浓度的奥氏体母相(淬火后马氏体)，Mn、Ni、Cu等奥氏体稳定化元素的添加是极为有效的，可以看出，总计含有(Mn+Ni+0.5×Cu)2重量％以上是很理想的，反之，在奥氏体中含有大量的Mo、W、V是不理想的。如前面所述，在奥氏体中固溶1重量％以上的Mo、W的情况下，由于Mo的特殊碳化物析出，Mo、W使奥氏体不稳定的作用受到限制。进而，对于V，由于作为V4C3(MC型碳化物)析出，所以，在奥氏体中几乎不固溶，所以，铁素体的稳定化作用受到极大的限制。从而，在本实施形式中，优选地，至少调整到马氏体母相中的Mn浓度为2～4重量％以及(Mn+Ni+0.5×Cu)的浓度为2～7重量％的范围的至少其中之一，但是，优选地，含有Mo、W总计在1重量％以下，含有Ni在3重量％以下。
此外，渗碳体或后面描述的MC型碳化物，越是大量的分散在马氏体母相中，作为浮动密封构件的耐砂土磨损性越得到提高，但是，磨合性变差，密封接触宽度显著变窄，在滑动面上由于发热容易发生烧伤系热裂纹。因此，优选地，至少在铸铁材料含有0.7～5重量％的Mn，将马氏体母相中的Mn浓度调整到2～4重量％，或者，至少在铸铁材料中含有0.1～5重量％的Mn、1～2.5重量％的Ni及1～10重量％的Cu中的两种以上，将马氏体母相中的(Mn+Ni+0.5×Cu)调整到2～7重量％。同时，根据前述Ms温度的计算公式，将Ms温度调整到95～260℃，为了改进滑动面上的磨合性和韧性，优选地，在马氏体母相中存在有10～50体积％的残留奥氏体。
此外，在前面所述的实施形式中利的用前述铸铁材料中的共晶渗碳体的石墨化处理的情况下，规定除Cr之外的石墨化阻止元素(Mn、Mo)与石墨化促进元素在渗碳体中的浓度与石墨化的关系，是十分重要的。渗碳体中的合金元素M的浓度CΘM，根据铸铁材料中合金元素M的浓度CM和渗碳体中的分散量VΘ(体积百分率)以及γKM，由关系式
CΘM＝CM×γKM/(1-VΘ+γKM×VΘ)计算出来。因此，在本实施形式中，将Cr、Mn、Mo、Ni作为对象，由关系式
2重量％≤CΘCr+0.3×CΘMn+0.3×CΘMo-CΘNi≤6重量％给出。下限值的2重量％，是由于考虑到通过前述0.8重量％的Cr添加，一般的铸铁材料白口化，这时的共晶渗碳体中的Cr浓度约为1.6重量％设定的。进而，通过前述5重量％的Mn的添加引起的白口铸铁化，由这时的渗碳体中的Mn浓度推断出系数为0.3。此外，由于Mo的渗碳体的稳定化与前述分配系数基本上相同，所以，成为和Mn相同的系数0.3倍。Ni是石墨化形成元素，但由于通过后面描述的实施例中的镍铬冷硬铸铁材料的950×1小时的石墨化处理，Cr浓度为5.7重量％、Ni浓度为1.91重量％的渗碳体在十分短的时间内石墨化，所以，将上限值设定为6重量％，将Ni浓度的系数设定为1，优选地，其上限值为4重量％。
更具体地说，在将渗碳体以35体积％分散的平均的铸铁材料中，优选地，以各个元素的添加量满足如下关系的方式调整铸铁材料的成分，
2重量％≤0.4×CΘMn+0.4×CΘMo+2.0×CΘCr-0.4×CΘNi≤5重量％。
残留奥氏体，为了在滑动时其半数以上具有磨合性，马氏体相变硬质化，由于未硬化的残留奥氏体是软质的，所以，可以期待在滑动面上具有前述油槽的功能，但是，由于在过多的情况下，耐磨损性恶化，所以将残留奥氏体调整到10～40体积％的范围内是最佳的。
进而，当提高上述马氏体母相的抗回火软化性时，显示出更优异的耐磨损性，所以，优选地，积极地添加显著改进抗回火软化性的Si、Al、Mo、V、W。特别是，马氏体母相中的Al，和Si同样具有显著的提高抗回火软化性的作用，进而，在3重量％以上开始显示出Fe3Al规则相的规则、不规则相变性，具有显著的防烧伤性改进作用，进而，在Al和Ni、Co共存的情况下，显示出显著的时效硬化，Al和Si同样从渗碳体中排出，显示出在马氏体母相中浓缩等效果。因此，在本实施方式中，在前述铸铁材料中至少添加Al0.5～6重量％，马氏体母相中的Al浓度为1～12重量％。此外，在本实施形式中，优选地，在前述铸铁材料中至少添加1～7重量％的Ni以及2～15重量％的Co中之一和1～6重量％的Al。
此外，Co使磁性转变显著上升，通过降低碳、合金元素的扩散系数，可以提高Mo、V、W、Al、Si等的抗回火软化性。在本实施形式中，从经济观点出发，优选地，添加15重量％以下的Co。
进而，在本实施形式中，为了在前述马氏体母相中分散1～10体积％的Cu合金相，优选地，在铸造浮动密封材料中，至少添加1～10重量％的Cu。进而，优选地，为了提高Cu合金相的防烧伤性，铸铁系耐磨损滑动材料，由分散的Cu合金相含有3～12重量％的(Si+Al)的Cu-Si-Al系合金构成，此外，优选地，分散有β相或金属间化合物相。
进而，MC型碳化物，是以V、W、Ti、Zr、Nb、Ta为主体形成的碳化物，是碳化物中最硬质的，可以极大地改进耐磨损性，但是，向渗碳体中的固溶度小，几乎不能使渗碳体稳定化，妨碍石墨的析出。因此，在本实施形式的铸铁系耐磨损性滑动材料中，通过添加1～5重量％的由V、Ti、Zr、Nb、Ta构成的组中选择出来的一种以上的合金元素，使之分散2～10体积％的MC型碳化物、氮化物、碳氮化物的一种以上，借此，可以改进耐磨损性。例如，在作为MC型碳化物选定TiC的情况下，由于TiC的比重基本上为4.9gr/cm3，所以，通过添加1～5重量％的Ti，分散2～10体积的TiC，有效地改进耐磨损性。这些合金元素的上限添加量之所以为5重量％，是因为在前述高速钢中的MC型碳化物的量不会超过约10体积％，进而，也是因为当超过前述5重量％时，作为浮动密封构件的初期磨合型变差。
此外，由于通过微量地分散磷化物及MC型碳化物，可以显著地改进滑动面上的防烧伤性，所以，在磷化物之外，可以期待同样的前述粒子分散效应，从而，在本实施形式中，优选地，以总量0.2～5体积％(更优选地，1～5体积％)分散Fe、V、Ti中的一种以上的合金元素成为主体的磷化物，此外，优选地，以总量0.2～5体积％(更优选地，1～5体积％)分散以Mn、Ti至少其中之一成为主体的硫化物，此外，优选地，以以总量0.2～5体积％(更优选地，1～5体积％)分散前述磷化物及前述硫化物。
此外，在本实施形式中，前述铁系密封滑动材料，可以将前述铸铁系耐磨损滑动材料应用于由铸铁形成的浮动密封构件。此外，根据本实施形式的铁系密封滑动构件，例如，浮动密封件，优选地，通过利用前述铸铁材料铸造形成。
此外，上述铁系密封滑动构件，作为上述浮动密封构件，更优选地，利用离心铸造法制成的急冷冷硬化铁形成，但是，优选地，将金属模加热到铸铁材料母相的前述Ms温度以上实施离心铸造法，制成浮动密封构件，通过在Ms温度以上的状态将该浮动密封构件从金属模中脱模之后淬火硬化，以期减少发生铸造时的裂纹和应变。
根据本发明的实施形式的铁系密封滑动构件的制造方法，包括铸造铸铁材料的工序，所述铸铁材料含有2～5重量％的碳，0.5～6重量％的Si及0.3～5重量％的Cr，并含有从Al、Mn、Ni、Cu、Co、Mo、W、V、Ti、Zr、Nb、Ta、P、B、Ca、S构成的组中选择出来的一种以上。
前述铁系密封滑动构件，优选地，包括：固溶有0.15～0.6重量％的碳的马氏体母相，分散在前述马氏体母相中的5～70体积％的渗碳体以及0.1～10体积％的MC型碳化物至少其中之一的第一分散物，分散在前述马氏体母相中的1～15体积％的石墨以及1～20体积％的Cu合金相至少其中之一的第二散物，前述第一分散物和前述第二分散物的总量为5～70体积％。
此外，在本实施形式中，前述铸造工序，可以是利用加热到铸铁材料母相的Ms温度以上的金属模铸造前述铸铁材料，从前述金属模脱模后进行淬火处理的工序。此外，在前述铸造工序后，可以进一步包括再次加热到铸铁材料的A1温度以上、实施石墨化处理后进行淬火处理的工序。
其次，参照附图，对根据本发明的实施形式的铸铁系耐磨损滑动材料进行更详细的说明。
图2，是表示根据本发明的一种实施形式的滚轮组件的主要部分的结构的图示。本实施形式表示应用于图中所示的滚轮组件中的浮动密封装置的例子。
根据本实施形式的滚轮组件36，将滚轮保持架49和滚轮辊52可相互旋转地连接起来构成，其中，所述滚轮辊52经由支承该滚轮保持架49的滚轮轴50和外套在该滚轮轴50上的滚轮衬套51配置。在该滚轮组件36中，浮动密封装置53，包括：与密封面相切配置的一对密封环54、54，外套在各密封环54上的O环55，相互对向的一对密封面，被压缩安装的O环55的弹性力向滚轮轴50的轴向方向推压，一面以适当的表面压力接触一面滑动，防止水、砂土等从外部侵入，并防止润滑油从内部泄漏。同时，一对密封环54、54的密封面，含有5～70体积％的渗碳体及1～10体积％的MC型碳化物至少其中之一，进而，调整成石墨及Cu合金相至少其中之一分散到马氏体母相中的组织。
此外，在齿轮减速装置等中使用的大直径的浮动密封装置中，在其滑动面上的滑动速度变快，特别有需要防烧伤性和耐热裂性优异的浮动密封，根据本实施形式，优选地，在前述滑动速度超过1m/sec使用的铸造浮动密封材料中，在3～10体积％的范围内分散石墨及Cu合金相至少其中之一。
根据本实施形式，可以提供防烧伤性和耐热裂性更优异的浮动密封装置，但是，为了进一步改进耐热裂性和防烧伤性，为了马氏体相中的固溶碳浓度变成0.15～0.7重量％，优选地，调整Si、Cr、Cu、Mo、W、V合金元素的添加量，以及将淬火温度设定在850～1000℃，进行150℃/sec以上的急剧加热淬火，作为渗碳体，为了在60～180℃具有磁性转变点，以V、Mn、Cr为主进行调整，并且分散促进润滑性的石墨及Cu合金相的至少其中之一。此外，优选地，以使固溶在马氏体母相中的碳浓度变成0.15～0.6重量％的方式调整Si、Cr的合金元素的添加量，以及，将马氏体母相中的(Si+Al)浓度提高到4重量％以上，使之具有规则、不规则相变性，将发现显著的硬质粒子分散效应的MC型碳化物、磷化物、硫化物分散到马氏体母相中，分散促进润滑性的石墨以及Cu合金相至少其中之一。进而，优选地，用V、Mn、Cr进行调整，以便将铸铁材料中的渗碳体的居里温度变成60～150℃，使之具有在滑动面的润滑油开始恶化时的吸热作用。此外，在石墨化处理中将石墨分散之后实施淬火处理的情况下，优选地，借助能够急速加热的感应加热，以150℃/sec以上的升温速度迅速地加热到850～1050℃的淬火温度，之后通过急冷，在上述马氏体母相中除共晶渗碳体和粒状石墨之外还分散珠光体状片状渗碳体及粒状渗碳体。
图3中表示在用铸造法制作的铸铁材料中结晶、分散的石墨的形状。该图3所示的为，在凝固过程中大多出现的(a)片状石墨，(b)球状化石墨，(c)蠕虫状石墨，其母相为铁素体，针状铁素体，珠光体，贝氏体，马氏体的各种组织。在本实施形式中，是一种通过添加0.3重量％以上的Cr，在凝固过程中把应该成为珠光体组织的铸铁材料急冷，将母相马氏体化，进而，至少在马氏体母相中分散1～10体积％的MC型碳化物的铸铁系耐磨损滑动材料。
此外，在图4中，分别表示出后面将要描述的实施形式中的Nihard(镍铬冷硬铸铁)比较材料的浇铸组织(a)和石墨化处理后的热处理组织(b)。如图4(a)所示，冷硬化的铸铁组织，在马氏体母相中分散大量共晶渗碳体，然后，在950℃石墨化退火，从该温度直接淬火的组织，如图4(b)所示，变成粗大的共晶渗碳体分解，析出微细的粒状石墨，在马氏体母相中，该石墨微细化并且均匀分散的未分解的共晶渗碳体分散的组织，在韧性强这一点是是优选的。
此外，Cu向铸铁系耐磨损滑动材料中的固溶度，因碳量及Ni、Mn量不同而变，但是，由于大致为5～6重量％左右，所以，通过添加7重量％的Cu，可以获得Cu合金相在上述铸造材料中呈粒状分散的组织。从而，在图3、图4的各个组织中的Cu合金分散的组织也包含在本发明的范畴之内。
此外，从进一步提高铸铁系耐磨损滑动材料的防烧伤性和耐磨损性的观点出发，优选地，分散渗碳体和V4C3的碳化物。
其次，参照附图，说明对于根据本发明的实施例的铸铁系耐磨损滑动材料。
在本实施例中，将表1所示的铸造浮动密封材料和铸造比较材料铸造到壳型铸模中，铸造后在950℃再加热(石墨化)施行淬火处理，然后磨削成图5所示的浮动密封件的形状，在图中所示的密封面上施行抛光加工，用图6的简图所示的浮动密封试验机对其防烧伤性进行评价。
[表1]
浮动密封材料组成(重量％)和临界PV值
                                                          As Case 950℃
此外，浮动密封试验机，利用将制成的试验片作为与密封面相切的方式配置的一对密封环的浮动密封装置，将与一个密封环接触的O环固定，向与另一个密封环接触的O环赋予负荷和绕密封环的中心轴的旋转。令浮动密封件彼此间的推压负荷63kgf(线压P：2kgf/cm，线压＝负荷/密封位置的长度)一定，封入EO#30发动机油，一面改变在空气中的旋转速度(圆周速度V，单位：m/sec)，一面利用滑动阻力急剧增大烧伤时刻的PV(P×V)值，评价防烧伤性。其结果示于表1的“PV值1”和“PV值2”各栏中。此外，“PV值1”是对于铸造的浮动密封件求出的结果，“PV值2‘是对于施行上述热处理的浮动密封件求出的结果。进而，在表2上参考地表示出对于各个合金元素利用考察的分配系数γKM计算出来的冷硬化铸铁材料的马氏体母相中的固溶碳浓度，渗碳体分散率，母相中的合金元素浓度，渗碳体中的合金元素浓度。
[表2]
浮动密封材料组成(合金元素浓度等)
                                                                                      γKM：合金元素M的分配系数    As Cast 950℃
    γKM＝     马氏体中的合金元素浓度(重量％)          渗碳体中的合金元素浓度(重量％)
    0     1.9     0.3     4     2.3     6     0     0     0
    No.     固溶碳％     θ体积％     Si     Mn     Ni     Cr     Mo     V     P     Al     Cu     Mn     Ni     Cr     Mo     石墨化
    No.1     0.56     0.48     2.0     0.62     3.08     0.40     0.01     0.00     0.06     0.0     0.0     1.17     0.92     1.59     0.01     1.85
    No.2     0.36     0.52     4.0     0.59     3.08     0.37     0.01     0.00     0.06     0.0     0.0     1.13     0.92     1.50     0.01     1.72
    No.3     0.62     0.22     1.3     0.92     2.80     0.44     0.00     -     0.00     0.00     0.0     1.76     0.84     1.78     0.00     2.69
    no.4     0.43     0.42     3.5     1.14     1.41     0.15     0.00     -     0.03     0.0     0.0     2.17     0.42     0.58     0.00     2.33
    No.5     0.18     0.52     5.8     0.75     6.07     0.42     0.00     --     0.00     0.0     0.0     1.43     1.82     1.68     0.00     1.29
    No.6     0.17     0.53     5.9     0.59     5.97     0.41     0.00     -     0.00     0.0     0.0     1.12     1.79     1.63     0.00     0.96
    No.7     0.16     0.42     6.0     1.49     2.79     0.42     0.01     -     0.05     0.0     0.0     2.84     0.84     1.68     0.03     3.71
    No.8     0.35     0.39     4.2     1.51     2.97     0.28     0.09     -     0.06     0.0     0.0     2.86     0.89     1.12     0.22     3.31
    No.9     0.49     0.47     2.8     1.34     2.96     0.30     0.00     -     0.30     0.0     0.0     2.54     0.89     1.21     0.00     2.86
    No.10     0.51     0.48     2.8     1.35     3.09     0.13     0.98     -     0.04     0.0     0.0     2.57     0.93     0.52     2.25     4.41
    No.11     0.42     0.47     3.6     0.58     2.94     0.22     0.00     -     0.02     0.0     8.9     1.10     0.88     0.87     0.00     1.09
    No.12     0.28     0.46     4.7     0.55     3.30     0.45     0.10     -     0.04     0.0     17.2     1.05     0.99     1.78     0.23     2.08
    No.13     0.50     0.42     2.6     0.62     5.61     0.47     0.10     -     0.05     3.5     16.2     1.18     1.68     1.87     0.24     1.60
    No.14     0.57     0.46     1.9     1.10     6.65     0.44     0.10     -     0.04     6.5     0.0     2.09     2.00     1.75     0.23     2.07
    冷硬化铸铁     0.65     0.43     1.5     0.45     0.07     0.00     0.01     -     0.19     0.0     2.9     0.85     0.02     0.02     0.01     0.86
    Nihard     0.50     0.39     1.6     0.34     5.92     1.42     0.01     -     0.03     0.0     0.0     0.65     1.78     5.69     0.02     4.58
    FC15Cr3Mo
    FC9Cr6Mo     -
No.1、2是类似于铸造比较材料的镍铬冷硬铸铁(Ni-hard)冷硬铸铁材料的合金。通过比较材料的冷硬铸铁、镍铬冷硬铸铁材料与No.1、2的结果进行比较，可以看出，防烧伤性得到了改进，进而，通过热处理(950℃×1小时)分散析出石墨，进一步改进密封面的防烧伤性。在图4(a)、(b)上，表示出镍铬冷硬铸铁材料的代表性的组织，可以看出，在密封面上分散有不引起漏油的平均粒径约5μm的石墨粒子，和微细均匀地分散的共晶渗碳体粒子。但是，由于引起显著共晶渗碳体的减少，引起耐磨损性不足的担心，所以，作为更轻度的耐砂土磨损性用的密封件是有效的。
No.3、4，是以No.1、2的耐磨损性作为改进基准，进一步分散V的MC型碳化物(V4C3)的材料，通过V4C3碳化物的分散，可以确认防烧伤性显著改进的同时，耐磨损性获得改进。此外，可以看出通过石墨加热处理析出石墨，通过石墨粒子分散防烧伤的改进，作为重视耐磨损性的浮动密封材料是有效的。因此，可以说，代替V添加使Ti、Zr、Nb等的MC型碳化物析出分散的合金元素是有效的。特别是，优选地，由于Ti是不阻碍石墨化的元素，所以是更优选的。
No.5、6、7、8，进一步增加Si添加量，使马氏体母相中的Si浓度变成5重量％以上，发现Fe3Si的规则相变性、进一步在其中分散V4C3型碳化物的材料，可以获得防烧伤性和耐磨损性极其优异的浮动密封材料。此外，在添加高浓度的V、大量分散V4C3的No.8中，可以看出，增加Mn的量，通过使残留渗碳体大量残留，改进密封面上的磨合性，进一步改进防烧伤性。
No.9、10，是增加Mn量，提高分散前述共晶渗碳体、共晶渗碳体和石墨粒子的马氏体母相中的残留奥氏体的量，进而，提高Fe3P磷化无的作用通过在马氏体母相中添加Mo提高抗回火软化性的材料，可以看出，与铸造比较材料相比，获得优异的防烧伤性。由此，可以说，通过代替磷化物分散硫化物等，可以改进防烧伤性。
No.11、12，是研究分散Cu合金相的影响的水准，但是，通过Cu合金相的增大，改进防烧伤性。此外，在Cu合金相中含有Al的No.13获得进一步的改进，所以，通过该Cu-Si-Al系合金相的增加，改进防烧伤性。
此外，No.14是通过添加Al提高马氏体母相的Fe3Al规则相变性的水准，显著改进防烧伤性，进而，在No.14中，由于增加Ni的量，赋予时效硬化性，所以，其耐磨损性优异。此外，使前述MC型碳化物分散到这些水准中，对于提高耐磨损型是有效的。
此外，本发明并不局限于上述实施形式和上述实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以实施种种变更。

Claims (18)

1、一种铁系密封滑动构件，备有密封滑动面，其特征在于，包括：
形成在前述密封滑动面上并且固溶有0.15～0.6重量％的碳的马氏体母相，
分散在前述马氏体母相中的5～70体积％的渗碳体以及0.1～10体积％的MC型碳化物中的至少之一的第一分散物，
分散在前述马氏体母相中的1～15体积％的石墨以及1～20体积％的Cu合金相中的至少之一的第二散物，
其中，前述第一分散物和前述第二分散物的总量为5～70体积％。
2、如权利要求1所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，构成前述密封滑动面的部位，利用铸铁材料形成，所述铸铁材料含有2～5重量％的碳，0.5～6重量％的Si及0.3～5重量％的Cr，并含有选自由Al、Mn、Ni、Cu、Co、Mo、W、V、Ti、Zr、Nb、Ta、P、B、Ca、S构成的组中的一种以上。
3、如权利要求2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，前述铸铁材料含有1.8～6重量％的Si，前述马氏体母相中的Si浓度为3～6.5重量％。
4、如权利要求2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，在前述铸铁材料中，含有1～3重量％的Si，同时含有总计0.5～2重量％的Mo及W，前述马氏体母相中的Si浓度为2～4重量％，同时Mo及W的合计浓度为0.5～1重量％。
5、如权利要求2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，在前述铸铁材料中，含有0.5～1.5重量％的Si及0.9～5重量％的Cr，前述马氏体母相中的Si及Cr的合计浓度为2～4重量％，前述渗碳体中的Cr浓度为2.5～15重量％。
6如权利要求1或2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，前述马氏体母相中的渗碳体的分散量为15～50体积％，前述马氏体母相中分散有1～10体积％的平均粒径15μm以下的粒状石墨。
7、如权利要求1或2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，前述马氏体母相中的渗碳体的分散量为15～50体积％，前述马氏体母相中的Cu合金相的分散量为1～10体积％。
8、如权利要求1或2所示的铁系密封滑动构件，其特征在于，前述马氏体母相中的MC型碳化物的分散量为2～10体积％，前述马氏体母相中的石墨分散量为1～10体积％。
9、如权利要求2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，前述铸铁材料中含有0.7～5重量％的Mn，前述马氏体母相中的Mn浓度为2～4重量％，将由下式给出的Ms温度调整到95～260℃，残留奥氏体以10～50体积％残留在前述马氏体母相中，
Ms＝993-514×(C重量％)1/2-20×Si重量％+23×Al重量％-46×Mn重量％-30×Cr重量％-21×Ni重量％-9×Cu重量％-20×Mo重量％，
其中，前述C重量％是前述马氏体母相中的C含量，前述Si重量％是前述马氏体母相中的Si含量，前述Al重量％是前述马氏体母相中的Al含量，前述Mn重量％是前述马氏体母相中的Mn含量，前述Cr重量％是前述马氏体母相中的Cr含量，前述Ni重量％是前述马氏体母相中的Ni含量，前述Cu重量％是前述马氏体母相中的Cu含量，前述Mo重量％是前述马氏体母相中的Mo含量。
10、如权利要求2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，在前述铸铁材料中，含有0.1～5重量％的Mn、1～2.5重量％的Ni以及1～10重量％的Cu中的两种以上，前述马氏体母相中的Mn和Ni和0.5×Cu的总计浓度为2～7重量％，将由下式给出的Ms温度调整到95～260℃，前述马氏体母相中残留的残留奥氏体为10～50体积％，
Ms＝993-514×(C重量％)1/2-20×Si重量％+23×Al重量％-46×Mn重量％-30×Cr重量％-21×Ni重量％-9×Cu重量％-20×Mo重量％，
其中，前述C重量％是前述马氏体母相中的C含量，前述Si重量％是前述马氏体母相中的Si含量，前述Al重量％是前述马氏体母相中的Al含量，前述Mn重量％是前述马氏体母相中的Mn含量，前述Cr重量％是前述马氏体母相中的Cr含量，前述Ni重量％是前述马氏体母相中的Ni含量，前述Cu重量％是前述马氏体母相中的Cu含量，前述Mo重量％是前述马氏体母相中的Mo含量。
11、如权利要求2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，在前述铸铁材料中，含有0.5～6重量％的Al，前述马氏体母相中的Al浓度为1～12重量％。
12、如权利要求2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，在前述铸铁材料中，含有1～7重量％的Ni及2～15重量％的Co中的至少之一，并含有1～6重量％的Al。
13、如权利要求2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，在前述铸铁材料中，含有1～5重量％的选自由V、Ti、Zr、Nb、Ta构成的组中的一种以上的合金元素，同时，在前述马氏体母相中，分散有2～10体积％的以前述合金元素为主体的MC型碳化物、氮化物及碳氮化物中的至少一种。
14、如权利要求2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，在前述马氏体母相中，以总量为0.2～5体积％分散有以Fe、V、Ti中的一种以上的合金元素成为主体的磷化物以及以Mn、Ti中一种以上的合金元素成为主体的硫化物中的至少一种。
15、如权利要求2所述的铁系密封滑动构件，其特征在于，前述铁系密封滑动构件通过利用铸铁材料的铸造形成。
16、一种铁系密封滑动构件的制造方法，包括铸造含有2～5重量％的碳、0.5～6重量％的Si及0.3～5重量％的Cr，并含有选自由Al、Mn、Ni、Cu、Co、Mo、W、V、Ti、Zr、Nb、Ta、P、B、Ca、S构成的组中的一种以上的铸铁材料的工序，其特征在于，
前述铁系密封滑动构件，含有：固溶有0.15～0.6重量％的碳的马氏体母相，
分散在前述马氏体母相中的5～70体积％的渗碳体以及0.1～10体积％的MC型碳化物中的至少之一的第一分散物，
分散在前述马氏体母相中的1～15体积％的石墨以及1～20体积％的Cu合金相中的至少之一的第二散物，
其中，前述第一分散物和前述第二分散物的总量为5～70体积％。
17、如权利要求16所述的铁系密封滑动构件的制造方法，其特征在于，前述铸造工序，是利用加热到铸铁材料母相的Ms温度以上的金属模的离心铸造法铸造前述铸铁材料，从前述金属模脱模后进行淬火处理的工序。
18、如权利要求16所述的铁系密封滑动构件的制造方法，其特征在于，在前述铸造工序之后，进一步包括再次加热到铸铁材料的Al温度以上，在实施石墨化处理后进行淬火处理的工序。
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Open date: 20050914