JP2000144341A - 焼結部材 - Google Patents
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Abstract
ッフィング性と耐ピッチング性に優れた焼結部材を提供
する。 【解決手段】 C1.5〜3.0重量%、Cr2.0〜
12.0重量%、Mo0.5〜3.0重量%、Si0.
2〜1.0重量%、P0.2〜1.0重量%、残部Fe
および不可避不純物からなり、基地組織がパーライトで
ある焼結部材、または、C1.5〜3.0重量%、Cr
2.0〜12.0重量%、Mo0.5〜3.0重量%、
Ni:1.4重量%以下、Si0.2〜1.0重量%、
P0.2〜1.0重量%、残部Feおよび不可避不純物
からなり、基地組織がマルテンサイト、ベーナイトおよ
び残留オーステナイトの混在組織である焼結部材によっ
て、上記課題を解決した。
Description
品として使用される焼結部材に関し、更に詳しくは、例
えば焼結カムシャフト用カムローブとして使用される耐
スカッフィング性および耐ピッチング性に優れた焼結部
材に関する。
は、高負荷運転に耐えることが要求され、特に摺動部品
の接触部分では高面圧に対する耐久性が要求されてい
る。こうした摺動部品は、軽量化、コスト低減、耐摩耗
性等の特性向上を目的として、焼結合金によって製造さ
れている。例えば、特公平3−60901号公報には、
高硬度、高密度で耐摩耗性に優れた焼結合金が開示され
ている。
例えばディーゼルエンジン部品であるカムシャフト用の
カムローブに使用された場合に、カムシャフトの軽量
化、コスト低減、耐摩耗性の向上等を達成することがで
きるので、好ましく使用されている。なお、このカムロ
ーブのように、相手材であるタペットとの間で滑りと転
がりが同時に起こる部材として使用される場合には、高
い耐スカッフィング性と耐ピッチング性(耐孔食性)が
要求される。
摺動部材には、焼入性が向上するように、すなわち冷却
速度が遅くてもマルテンサイト組織の生成を容易にさせ
て高い耐摩耗性を付与することができるように、Cr、
Mo、Ni等の元素を添加している。
等の元素は、焼結後の焼結部材の組織中に多くの残留オ
ーステナイトを残存させるため、焼結されたカムローブ
と滑りタイプのタペットとの間でスカッフが発生し、異
常摩耗が生じるおそれがあった。
内燃機関用摺動部品として使用される耐スカッフィング
性と耐ピッチング性に優れた焼結部材、特に焼結カムシ
ャフト用カムローブとして使用される焼結部材を提供す
ることを目的とする。
は、C:1.5〜3.0重量%、Cr:2.0〜12.
0重量%、Mo:0.5〜3.0重量%、Si:0.2
〜1.0重量%、P:0.2〜1.0重量%、残部Fe
および不可避不純物からなり、基地組織がパーライトで
あることに特徴を有する。この発明によれば、液相にお
いて焼結された焼結部材の合金基地が滑り性のよいパー
ライト組織であると共に、微細炭化物が多く析出するの
で、耐スカッフィング性に優れた焼結部材とすることが
できる。また、この焼結部材では、耐スカッフィング性
を低下させる残留オーステナイト量の残存が抑制され
る。
3.0重量%、Cr:2.0〜12.0重量%、Mo:
0.5〜3.0重量%、Ni:1.4重量%以下、S
i:0.2〜1.0重量%、P:0.2〜1.0重量
%、残部Feおよび不可避不純物からなり、基地組織
が、マルテンサイト、ベーナイトおよび残留オーステナ
イトの混在組織であることに特徴を有する。この発明に
よれば、焼結部材中のNi含有量を1.4重量%以下の
範囲で調節することによって、スカッフの発生要因とな
る熱伝導性の悪い残留オーステナイト量を、異常摩耗等
の発生が起こらない範囲で調節することができる。さら
に、この焼結組織は、微細炭化物が多く析出したもので
あると共に、基地組織がマルテンサイト、ベーナイトお
よび残留オーステナイトの混在組織であるので、耐スカ
ッフィング性と耐ピッチング性に優れた焼結部材とする
ことができる。
であることが好ましい。この発明によれば、残留オース
テナイト量が30%以下であるので、特に滑りタイプの
焼結部材、例えばタペットを相手材とした部材に好適に
用いることができる。
ように、焼結部材の炭化物の大きさと基地組織を制御す
ることによって、相手材との滑り性等を改善することが
でき、耐スカッフィング性と耐ピッチング性を向上させ
ることができる。こうした基地組織が変化するのは、N
i含有量を0〜1.4重量%の範囲内で適宜変化させる
ことによって材料の臨界冷却速度が変化することに依存
している。さらに、基地組織の変化は、同時に焼結部材
の硬さも変化させるので、相手材に応じた特性を有する
焼結部材を得ることができる。
ムローブであることが好ましい。この発明によれば、耐
スカッフィング性および耐ピッチング性に優れたカムシ
ャフト用カムローブを得ることができる。また、上記の
ように、Ni含有量を所定の範囲で変化させることによ
って、得られたカムローブの硬さを調節することが可能
となり、相手材であるタペット等の材質に応じた特性を
有するカムローブを得ることができるので、相手材との
組み合わせ範囲を広くすることができる。
よび第二の焼結部材について説明する。
粉末として、主要成分となる鉄粉または所定の元素を含
んだ鉄系合金粉末中に、焼結後の成分組成がC(炭
素):1.5〜3.0重量%、Cr(クロム):2.0
〜12.0重量%、Mo(モリブデン):0.5〜3.
0重量%、Si(珪素)0.2〜1.0重量%、P(リ
ン)0.2〜1.0重量%となるように所定量を添加
し、焼結用粉末を調製する。次いで、通常の焼結方法に
より、焼結用粉末をプレス成形して圧粉体を形成し、液
相において焼結処理することにより本発明の焼結部材を
製造する。
性のよいパーライト組織となるので、マルテンサイト基
地を伴う従来の焼結部材に比べて滑り性が向上し、耐ス
カッフィング性を向上させると共に、微細炭化物が多く
析出するので耐摩耗性も向上する。また、上記組成の焼
結部材には、耐スカッフィング性を低下させる残留オー
ステナイトがあまり残存しないので、残留オーステナイ
トを要因とした耐スカッフィング性の低下を抑制するこ
とができる。
明する。本発明の第二の焼結部材は、Niが添加された
成分組成となるほかは、上述の第一の焼結部材と同様の
方法で製造される。すなわち、第一の焼結部材は、主要
成分となる鉄粉または所定の元素を含んだ鉄系合金粉末
中に、焼結後の成分組成がC(炭素):1.5〜3.0
重量%、Cr(クロム):2.0〜12.0重量%、M
o(モリブデン):0.5〜3.0重量%、Ni(ニッ
ケル):1.4重量%以下、Si(珪素)0.2〜1.
0重量%、P(リン)0.2〜1.0重量%となるよう
に所定量を添加し、焼結用粉末を調製したものである。
となる熱伝導性の悪い残留オーステナイト量が、異常摩
耗等の発生が起こらない範囲に調節されている。さら
に、この焼結組織は、微細炭化物が多く析出すると共
に、基地組織がマルテンサイト、ベーナイトおよび残留
オーステナイトの混在組織であるので、耐スカッフィン
グ性と耐ピッチング性に優れた焼結部材とすることがで
きる。
後の基地組織をマルテンサイト化して引張り強度を増大
させることができる。焼結部材中のNi量は、スカッフ
の発生要因となる基地中の残留オーステナイト量を調節
して、耐スカッフィング性を維持するため、1.4重量
%以下とした。
%)と、基地中の残留オーステナイト組織の割合(%)
および硬さ(HRC)との関係を示すグラフである。図
1に示すように、Ni含有量が1.4重量%を超える
と、基地中の残留オーステナイト量が30%を超える。
残留オーステナイト量が30%を超えた焼結部材は、ス
カッフの発生するおそれが認められる。基地中の残留オ
ーステナイトは、耐摩耗性を向上させるには好ましい場
合があるが、耐スカッフィング性に対しては好ましくな
い。従って、良好な耐スカッフィング性を得るために
は、基地中の残留オーステナイト組織の割合を30%以
下にすることが好ましい。また、図1に示すように、N
i含有量が1.4重量%以下のときの焼結部材の最高硬
さは、HRC62程度であるが、Ni含有量が1.4重
量%を超えても硬さはほとんど変化することはない。そ
のため、Ni含有量を1.4重量%以下に限定する。得
られた焼結部材は、パーライト、マルテンサイトおよび
残留オーステナイトとの混在組織からなり、高強度で、
耐スカッフィング性および耐ピッチング性に優れてい
る。
た理由について説明する。
な炭化物、特に粗大なCr炭化物が焼結部材中で形成さ
れる。この粗大な炭化物は、液相焼結中に粗大な空孔を
生じさせて、基地を脆化させる。また、C含有量が1.
5重量%未満では、高硬度の微細炭化物が十分に形成さ
れず、十分な耐摩耗性および耐スカッフィング性を満た
すには十分でない。このため、C含有量を1.5〜3.
0重量%に限定する。また、得られる焼結部材を、高負
荷、高面圧の内燃機関の摺動部材として用いる場合に
は、Cr含有量を6.0〜12.0重量%と高めにする
と共に、C含有量も2.0〜3.0重量%と高めにする
ことがより好ましい。
Cr炭化物を微細化させる度合いが小さくなり、硬さも
過大になる。Cr含有量が2.0重量%未満では、Cr
炭化物がやや粗大になってくるので、高硬度の微細炭化
物を十分に形成することができず、十分な耐摩耗性およ
び耐スカッフィング性を満足することができない。この
ため、Cr含有量を2.0〜12.0重量%に限定す
る。また、高負荷、高面圧の内燃機関の摺動部材として
用いる場合には、C含有量との関係において、上述の範
囲とすることが好ましい。
性を向上させる。しかし、この効果は、Mo含有量が
3.0重量%を超えてもほとんど変化しない。また、M
o含有量が0.5重量%未満では、こうした効果を十分
に得ることができない。このため、Mo含有量を0.5
〜3.0重量%に限定する。なお、この範囲内のMo
は、残留オーステナイト量に影響を及ぼさない。
地が脆化するほか、粉末の圧粉成形性が低下し、焼結後
の焼結部材の変形が大きくなる。また、Siは、Cおよ
びP含有量を低くした際に液相の生成を促進させる成分
であるが、Si含有量が0.2重量%未満では液相促進
の効果が得られない。このため、Si含有量を0.2〜
1.0重量%に限定する。
させる。ステダイトは硬度が非常に高く、凝固点が95
0℃前後と低いため液相焼結を促進させる。しかし、P
含有量が1.0重量%を超えると、ステダイトが過多に
生じ、被削性が悪くなる。また、0.2重量%未満で
は、ステダイトの析出量が少なくなって、高い耐摩耗性
が得られず、また、液相も生じにくくなる。このため、
P含有量を0.2〜1.0重量%に限定する。
i、Nb、Wの中の一種類以上を必要に応じて添加する
ことができる。例えば、1.0重量%以下のMnを添加
することができる。Mn含有量が1.0重量%を超える
と、焼結の進行が抑制されるため、粗大な空孔が残って
圧粉成形性が低下する。また、他の元素を添加する目的
は、液相の成長と炭化物の形成を促進させることにある
が、添加量は相手材の硬度を考慮して0.1〜5.0重
量%の範囲内で適宜適量を添加することが望ましい。さ
らに、加工性を改善するために、300ppm以下のC
aを添加することもできる。
成型時の型抜け性を良くするために、例えばステアリン
酸亜鉛等の潤滑剤が添加される。
温度は1100〜1200℃であり、更に好ましくは1
110〜1160℃である。また、この時の焼結時間は
60〜90分間程度が好ましい。また、必要に応じて焼
き戻し処理等を行い、得られる焼結部材の特性を調整す
ることもできる。
動部材としての使用を主目的としているので、通常、液
相焼結される。その結果、液相焼結時の収縮によって、
母材に対して強固に固着させることができる。例えば、
シャフトを鋼管とし、このシャフトに焼結部材であるカ
ムローブを組み付ける構造のカムシャフトの場合、液相
焼結により、シャフトに強固に拡散接合させた高密度の
カムローブを得ることができる。こうして得られた焼結
部材は、耐スカッフィング性および耐摩耗性において優
れた特性を有し、さらに、加工性とコストパフォーマン
スにおいても優れている。
較例によって、更に具体的に説明する。
2.0重量%、Cr:4.0重量%、Mo:1.0重量
%、Si:0.8重量%、P:0.5重量%、Fe:残
り、となるように、各元素を鉄粉中に添加して焼結用粉
末を調整した。さらに、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛
を加えて混合した。次いで、5〜7t/cm2 の面圧で
プレス成形して圧粉体を形成した後、真空焼結炉中で、
1100〜1200℃(平均1160℃)の温度で焼結
し、実施例1の焼結部材を得た。
織の顕微鏡写真(200倍、ナイタル腐食)を図2に示
し、この金属組織の模式的な説明図を図3に示した。
2.6重量%、Cr:8.0重量%、Mo:2.0重量
%、Ni:1.0重量%、Si:0.8重量%、P:
0.5重量%、Fe:残り、となるように、各元素を鉄
粉中に添加して焼結用粉末を調整した。その他は、実施
例1と同様として、実施例2の焼結部材を得た。
織の顕微鏡写真(200倍、ナイタル腐食)を図4に示
し、この金属組織の模式的な説明図を図5に示した。
2.0重量%、Cr:4.0重量%、Mo:1.0重量
%、Ni:1.3重量%、Si:0.8重量%、P:
0.5重量%、Fe:残り、となるように、各元素を鉄
粉中に添加して焼結用粉末を調整した。その他は、実施
例1と同様として、実施例3の焼結部材を得た。
織の顕微鏡写真(200倍、ナイタル腐食)を図6に示
し、この金属組織の模式的な説明図を図7に示した。
2.4重量%、Cr:12.0重量%、Mo:1.0重
量%、Si:0.8重量%、P:0.5重量%、Fe:
残り、となるように、各元素を鉄粉中に添加して焼結用
粉末を調整した。その他は、実施例1と同様として、実
施例4の焼結部材を得た。物性等の試験結果を表1に示
した。
2.6重量%、Cr:8.0重量%、Mo:1.0重量
%、Ni:2.0重量%、Si:0.8重量%、P:
0.5重量%、Fe:残り、となるように、各元素を鉄
粉中に添加して焼結用粉末を調整した。その他は、実施
例1と同様として、比較例1の焼結部材を得た。物性等
の試験結果を表1に示した。
2.8重量%、Cr:15.5重量%、Mo:1.0重
量%、Ni:1.9重量%、Si:0.9重量%、P:
0.5重量%、V:3.5重量%、Fe:残り、となる
ように、各元素を鉄粉中に添加して焼結用粉末を調整し
た。その他は、実施例1と同様として、比較例2の焼結
部材を得た。物性等の試験結果を表1に示した。
バルブスプリング力を実機エンジンよりも増大させてモ
ータリング試験を実施し、試験後のカムシャフトカムロ
ーブ部を観察することによって評価した。
ペットのジャンピングが発生する高回転域を多用し、カ
ムノーズ部付近のカム/タペット間の接触面圧を過酷に
した条件でのファイアリング試験を実施し、試験後のカ
ムシャフトカムローブ部を観察することによって評価し
た。
C)は従来通りの方法で測定し、炭化物の大きさは拡大
写真から測定し、残留オーステナイト量の測定はX線
(定量)測定により行った。
焼結部材は、図2及び図3に示すように、基地組織が滑
り性のよいパーライトからなり、炭化物が粒子状に分布
していた。また、本発明の第二の焼結部材は、図4〜図
7に示すように、基地組織がマルテンサイト、ベイナイ
トおよび残留オーステナイトの混在組織であり、白く見
える炭化物が粒子状に分布していた。これらは何れも残
留オーステナイトは30%以下であり、この範囲で好ま
しい耐スカッフィング性および耐ピッチング性等を示し
た。
得られた焼結部材は、本発明の第二の焼結部材と同様
に、基地組織がマルテンサイト、ベイナイトおよび残留
オーステナイトの混在組織であったが、これらのうち残
留オーステナイト組織の割合が何れも30%を超えてお
り、スカッフィングの発生によりピッチングが発生する
結果となった。
上させるためには、Niを含まないか、含むとすれば
1.4重量%以下にする必要があることがわかる。
部材によれば、液相において焼結された焼結部材の合金
基地が滑り性のよいパーライト組織であると共に、微細
炭化物が多く析出するので、耐スカッフィング性に優れ
た焼結部材とすることができる。また、この焼結部材で
は、耐スカッフィング性を低下させる残留オーステナイ
ト量の残存が抑制される。
焼結部材中のNi含有量を1.4重量%以下の範囲で調
節することによって、スカッフの発生要因となる熱伝導
性の悪い残留オーステナイト量を、異常摩耗等の発生が
起こらない範囲で調節することができる。さらに、この
焼結組織は、微細炭化物が多く析出したものであると共
に、基地組織がマルテンサイト、ベーナイトおよび残留
オーステナイトの混在組織であるので、耐スカッフィン
グ性と耐ピッチング性に優れた焼結部材とすることがで
きる。このとき、残留オーステナイト量を30%以下と
することにより、特に滑りタイプの焼結部材、例えばタ
ペットを相手材とした部材に好適に用いることができ
る。
ように、焼結部材の炭化物の大きさと基地組織を制御す
ることによって、相手材との滑り性等を改善することが
でき、耐スカッフィング性と耐ピッチング性を向上させ
ることができる。こうした基地組織が変化するのは、N
i含有量を0〜1.4重量%の範囲内で適宜変化させる
ことによって材料の臨界冷却速度が変化することに依存
している。さらに、基地組織の変化は、同時に焼結部材
の硬さも変化させるので、相手材に応じた特性を有する
焼結部材、特に焼結カムシャフト用カムローブを得るこ
とができる。
の残留オーステナイト組織の割合(%)および硬さ(H
RC)との関係を示すグラフである。
図面代用写真である。
図面代用写真である。
図面代用写真である。
Claims (4)
- 【請求項1】 C:1.5〜3.0重量%、Cr:2.
0〜12.0重量%、Mo:0.5〜3.0重量%、S
i:0.2〜1.0重量%、P:0.2〜1.0重量
%、残部Feおよび不可避不純物からなり、基地組織が
パーライトであることを特徴とする焼結部材。 - 【請求項2】 C:1.5〜3.0重量%、Cr:2.
0〜12.0重量%、Mo:0.5〜3.0重量%、N
i:1.4重量%以下、Si:0.2〜1.0重量%、
P:0.2〜1.0重量%、残部Feおよび不可避不純
物からなり、基地組織が、マルテンサイト、ベーナイト
および残留オーステナイトの混在組織であることを特徴
とする焼結部材。 - 【請求項3】 前記残留オーステナイト量が、30%以
下であることを特徴とする請求項2に記載の焼結部材。 - 【請求項4】 前記の焼結部材が、焼結カムシャフト用
カムローブであることを特徴とする請求項1乃至請求項
3の何れかに記載の焼結部材。
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JP34654198A JP3440008B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 焼結部材 |
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ID=18384130
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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KR (1) | KR100409137B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-11-18 JP JP34654198A patent/JP3440008B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-11-13 KR KR10-1999-0050406A patent/KR100409137B1/ko active IP Right Grant
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2001227618A (ja) * | 2000-02-17 | 2001-08-24 | Nippon Piston Ring Co Ltd | カムシャフト |
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Publication number | Publication date |
---|---|
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JP3440008B2 (ja) | 2003-08-25 |
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