JP2001040458A - 耐摩耗性焼結合金及びその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性焼結合金及びその製造方法Info
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Abstract
摩耗性焼結合金及びその製造方法を提供する。 【解決手段】耐摩耗性焼結合金の全体組成は、重量比
で、Co;1.5〜7.0%、Mo;2〜15%、C
r;1〜8%、Ni;1〜8%、W;0.5〜7%、
C;0.8〜2.5%、Si;0.01〜2%、残部が
不可避不純物とFeである。基地組成は、Co;2〜1
5%、Mo;2〜10%、Cr;3%以下、Ni;5%
以下、W;3%以下、C;0.2〜2%、Si;0.5
%以下、残部が不可避不純物とFeである。硬質粒子の
組成は、Co;2%以下、Mo;20%超え〜28%、
Cr;10〜30%、Ni;8〜30%、W;10〜2
5%、C;0.5〜5.0%、Si;0.5〜5.0
%、残部が不可避不純物とFeである。重量比で基地中
に硬質粒子が2〜40%分散している。
Description
よびその製造方法に関する。
る耐摩耗性焼結合金として、FeーCoーMoーC基の
材料にNi基硬質粒子を添加したものが知られている
(特開平7ー138714号公報)。
質粒子を分散させたものであり、全体組成、基地組成、
Ni基硬質粒子組成が限定されている。全体組成は、全
体組成を100%としたとき100%において、Co;
1.4〜15%、Mo;1.5〜16%、Cr;0.4
〜12%、Ni;0.2〜9.0%、W;0.2〜6.
0%、C;0.4〜3.2%、Ni;0.2〜9.0%
を含有し、残部が不可避不純物とFeからなる。基地組
成は、基地組成を100%としたとき100%におい
て、Co;2〜15%、Mo;2〜10%、C;0.2
〜2%、Ni;10%以下を含有し、残部が不可避不純
物とFeからなる。硬質粒子の組成は、硬質粒子の組成
を100%としたとき100%において、Co;2%以
下、Mo;5〜20%、Cr;20〜40%、W;10
〜20%、C;0.5〜5.0%、Fe;5〜30%を
含有し、残部が不可避不純物とNiからなる。そして、
上記組成をもつ基地中に、全体を100%としたとき1
00%において、上記組成をもつ硬質粒子が2〜30%
分散している。
としては、耐摩耗性のほかに耐腐食性及び耐熱性が挙げ
られる。ここで、耐摩耗性は主に硬質粒子が受け持ち、
耐食性および耐熱性は主として基地組織が受け持ち、両
者が相まって耐摩耗性焼結合金の耐久性を良好に確保し
ている。
性焼結合金によれば、耐摩耗性に優れ、殊に熱雰囲気に
おける耐摩耗性に優れており、バルブシート用焼結合金
等のように熱雰囲気で使用される耐摩耗性焼結合金とし
て適する。
用環境はますます厳しくなりつつある。殊に、車両用エ
ンジンにおいては、長寿命化、高出力、高回転化、排ガ
ス浄化、あるいは低燃費化に対する改善要求が一段と高
まっている。このため高温での耐食性を向上させつつ、
耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性をより一層向上させること
が要請されている。
る車両の運転状況を想定して、高温領域における耐摩耗
特性の改善のみならず、アイドリング時のような低温領
域や中温領域における耐摩耗特性も良好に確保すること
が好ましい。上記した事情を考慮すると、上記公報に係
る耐摩耗性焼結合金よりも耐摩耗性を改善する必要があ
る。
のであり、相手攻撃性を過剰にすることなく、耐摩耗性
を改善した耐摩耗性焼結合金及びその製造方法を提供す
ることを課題とする。
のもとに耐摩耗性焼結合金について鋭意開発を進めてい
る。そして、耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性の向上には、
耐摩耗性焼結合金の基地に分散されている硬質粒子の特
性が殊に重要であり、硬質粒子におけるMo量を多めに
含有させて適切化すれば、使用環境温度が低温領域、中
温領域から高温領域にかけて、硬質粒子において固体潤
滑作用を奏する酸化物を良好に形成でき、この固体潤滑
作用により、相手攻撃性を過剰にすることなく耐摩耗性
焼結合金の耐摩耗性を効果的に向上させ、耐摩耗性焼結
合金の耐摩耗性を改善できることを知見した。
硬質粒子の組成に検討を加え、低温領域(一般的には1
00〜200℃付近)から酸化膜を形成し易いMoを硬
質粒子において適量化し、相手攻撃性を過剰にすること
なく、低温領域から高温領域にわたり耐摩耗性を高め得
る本発明の耐摩耗性焼結合金及びその製造方法を完成さ
せたものである。
性焼結合金は、重量比で、全体組成が、全体組成を10
0%としたとき100%において、Co;1.5〜7.
0%、Mo;2〜15%、Cr;1〜8%、Ni;1〜
8%、W;0.5〜7%、C;0.8〜2.5%、S
i;0.01〜2%を含有し、残部が不可避不純物とF
eからなり、基地組成が、基地組成を100%としたと
き100%において、Co;2〜15%、Mo;2〜1
0%、Cr;3%以下、Ni;5%以下、W;3%以
下、C;0.2〜2%、Si;0.5%以下を含有し、
残部が不可避不純物とFeからなり、硬質粒子の組成
が、硬質粒子の組成を100%としたとき100%にお
いて、Co;2%以下、Mo;20%超え〜28%、C
r;10〜30%、Ni;8〜30%、W;10〜25
%、C;0.5〜5.0%、Si;0.5〜5.0%を
含有し、残部が不可避不純物とFeからなり、上記組成
をもつ基地中に、全体を100%としたとき100%に
おいて、重量比で、上記組成をもつ硬質粒子が2〜40
%分散していることを特徴とするものである。
合金は、重量比で、全体組成が、全体組成を100%と
したとき100%において、Co;1.5〜7.0%、
Mo;2〜15%、Cr;1〜8%、Ni;1〜8%、
C;0.8〜2.5%、Si;0.01〜2%を含有
し、残部が不可避不純物とFeからなり、基地組成が、
基地組成を100%としたとき100%において、C
o;2〜15%、Mo;2〜10%、Cr;3%以下、
Ni;5%以下、C;0.2〜2%、Si;0.5%以
下を含有し、残部が不可避不純物とFeからなり、硬質
粒子の組成が、硬質粒子の組成を100%としたとき1
00%において、Co;2%以下、Mo;20%超え〜
28%、Cr;10〜30%、Ni;8〜30%、C;
0.5〜5.0%、Si;0.5〜5.0%を含有し、
残部が不可避不純物とFeからなり、上記組成をもつ基
地中に、全体を100%としたとき100%において、
重量比で、上記組成をもつ硬質粒子が2〜40%分散し
ていることを特徴とするものである。
合金の製造方法は、重量比でCo;2〜15%、Mo;
2〜10%を含有し、残部が不可避不純物とFeからな
る組成をもつ基地粉末と、Mo;20%超え〜28%、
Cr;10〜30%、Ni;8〜33%、W;8〜25
%、C;0.5〜5%、Si;0.5〜5%を含有し、
残部が不可避不純物とFeからなる組成をもつ硬質粒子
粉末と、炭素粉末とを用い、重量比で、混合粉末を10
0%としたとき、上記組成をもつ硬質粒子粉末2〜40
%と、炭素粉末0.2〜2%と、残部実質的に基地粉末
とを混合して混合粉末を形成し、混合粉末を成形して成
形体とし、成形体を焼結することを特徴とするものであ
る。
合金の製造方法は、重量比でCo;2〜15%、Mo;
2〜10%を含有し、残部が不可避不純物とFeからな
る組成をもつ基地粉末と、Mo;20%超え〜28%、
Cr;10〜30%、Ni;8〜33%、C;0.5〜
5%、Si;0.5〜5%を含有し、残部が不可避不純
物とFeからなる組成をもつ硬質粒子粉末と、炭素粉末
とを用い、重量比で、混合粉末を100%としたとき、
上記組成をもつ硬質粒子粉末2〜40%と、炭素粉末
0.2〜2%と、残部実質的に基地粉末とを混合して混
合粉末を形成し、混合粉末を成形して成形体とし、成形
体を焼結することを特徴とするものである。
よれば、硬質粒子におけるMo量を多めに含有させて適
切化しているため、使用環境温度が低温領域、中温領域
から高温領域にかけて、硬質粒子において固体潤滑作用
を奏する酸化物を硬質粒子において良好に形成でき、こ
の固体潤滑作用により耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性を効
果的に向上させ、耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性が改善さ
れる。
ば、低温領域、中温領域で適度な酸化を生じ耐摩耗性を
奏するための成分(Co、Mo等)と、高温領域で適度
な酸化を生じ耐摩耗性を奏するための成分(Ni、W、
Mo等)とを適量添加しているため、低温領域・中温度
領域(例えば常温〜250℃)から高温領域(例えば3
00〜600℃)にかけて、耐摩耗性焼結合金の耐摩耗
性が一層改善される。
エンジンに搭載されるバルブシート材(一般的には使用
温度域は200〜500℃)として適用することができ
る。バルブシート材としては、エンジンの燃焼室の排気
口に装備される排気バルブシートでも良いし、燃焼室の
吸気口に装備される吸気バルブシートでも良い。
い組成範囲)表1は、請求項1に係る耐摩耗性焼結合金
の組成範囲の上限値及び下限値を示す。表2は、請求項
1に係る耐摩耗性焼結合金の好ましい組成範囲の上限値
及び下限値を示す。表2に示すように、好ましい組成範
囲の下限値及び上限値を示すと、全体組成では、全体組
成を100%としたとき、Co;3〜5%、Mo;7〜
11%、Cr;3〜6%、Ni;3〜5%、W;1〜4
%、C;0.9〜2.3%、Si;0.1〜0.4%を
含有する。基地組成では、基地組成を100%としたと
き、Co;3〜7%、Mo;4〜7%、Cr;0.8〜
3%、Ni;1.8〜3%、W;0.01〜0.3%、
C;0.2〜1.4%、Si;0.01〜0.4%を含
有する。硬質粒子の組成では、硬質粒子の組成を100
%としたとき、Co;0.3〜0.8%、Mo;21%
〜26%、Cr;12〜18%、Ni;8〜18%、
W;12〜16%、C;1.7〜2.6%、Si;0.
5〜1.5%を含有する。なお、本明細書では特に断ら
ない限り、%は重量%を意味する。重量%は質量%に相
当する。
の組成範囲の下限値及び上限値を示す。表4は、請求項
2に係る耐摩耗性焼結合金の好ましい組成範囲の下限値
及び上限値を示す。
の製造方法に係る基地粉末及び硬質粒子粉末の組成範囲
の下限値及び上限値を示す。表6は、請求項4に係る耐
摩耗性焼結合金の製造方法に係る基地粉末及び硬質粒子
粉末の好ましい組成範囲の下限値及び上限値を示す。
の製造方法に係る基地粉末及び硬質粒子粉末の組成範囲
の下限値及び上限値を示す。表8は、請求項5に係る耐
摩耗性焼結合金の製造方法に係る基地粉末及び硬質粒子
粉末の好ましい組成範囲の下限値及び上限値を示す。
及び上限値は、耐摩耗性、耐熱性、耐食性、使用環境、
コスト等を考慮したものである。
は、全体組成を100%としたとき、要請される耐摩耗
性、コストに鑑み、重量比で、Co;3.6〜4.4
%、Mo;8.4〜9.6%、Cr;3.5〜4.7
%、Ni;3.5〜4.6%、W;2.2〜3.0%、
C;1.2〜2.0%、Si;0.1〜0.35%を含
有し、残部が不可避不純物とFeからなるようにするこ
とができる。
基地の金属組織は、一般的には、オーステナイトを有す
る組織であり、オーステナイトとベイナイトとが混在す
る組織、オーステナイトとベイナイトとパーライトとが
混在する組織であると推察される。かかる基地組織には
Mo炭化物等の炭化物が分散している。
が上記基地組織に多数分散している。耐摩耗性焼結合金
の全体を100%としたとき、上記した組成をもつ硬質
粒子が重量比で2〜40%分散している。2%未満では
硬質粒子が過少であり、耐摩耗性改善効果が充分ではな
く、40%を超えると過剰となり、相手攻撃性が高くな
り、加工性も低下する。硬質粒子の分散量としては、硬
質粒子の組成、耐摩耗性焼結合金に必要される耐摩耗
性、コストなどを考慮して適宜選択できるものの、下限
値としては例えば3%、5%、10%にでき、上限値と
しては例えば35%、30%、25%にできる。分散量
は、硬質粒子の面積率から換算により求めることもでき
るし、あるいは、製造する際に混合粉末に配合した硬質
粒子粉末の配合量から求めることもできる。
地、基地を構成する基地粉末は鉄系であり、基地、基地
粉末にCo及びMoは多く含有されている。基地粉末は
Fe−Co−Mo系であり、表5〜表8に示すように、
Cr、Ni、W、Cを積極的に含まないため、基地粉末
の硬度の過剰化が抑制される。このため基地粉末を含む
混合粉末を圧縮成形する際に、圧縮成形性が良好とな
り、圧粉体、耐摩耗性焼結合金の高密度化に貢献でき
る。
Ni、Wは、焼結の際に基地に拡散し、基地の特性を改
善する。即ち、基地に含まれるNiは、基地の耐酸化性
の向上に寄与でき、また、硬質粒子に対する保持性を高
め得る。また、基地に含まれるCrは基地硬さを高め得
る。
るとともに、耐熱性および耐食性を向上させる効果を主
として示すが、Co含有量が過小ではその効果が不足す
る。一方、Coが過剰であれば、効果の更なる向上が見
られるものの、コスト高となる。このため上記した点を
考慮してCo含有量を上記したように規定した。
るとともに、高温領域における強度の改善に効果を示
す。またMoは前述したように低温領域・中温領域から
高温領域にかけて適量の酸化膜を形成し易いため、基地
における固体潤滑性の向上に寄与できる効果を主として
示す。またCを含む耐摩耗性焼結合金においては、Mo
の一部が基地においてMo炭化物を生成し、基地の耐摩
耗性の改善に効果を示す。Moが過小ではこれらの効果
は不充分である。Moが過剰であると、効果の向上は認
められるものの、基地粉末などを含む混合粉末を圧縮成
形した成形体(一般的には圧粉体)を成形する際、圧縮
成形性の低下を招く。このため上記した点を考慮してM
o含有量を上記したように規定した。
構成する基地粉末の成分の下限値及び上限値は、必要と
される耐摩耗性、耐熱性、耐食性等の性質、更にはコス
トを考慮して選択することができる。基地、基地粉末に
おいてCoは下限値としては例えば3%、4%にするこ
とができ、上限値としては例えば14%、10%、8%
にすることができる。基地、基地粉末におけるMoは下
限値としては例えば2.2%、3%、4.5%のいずれ
かにすることができ、上限値としては例えば9%、8%
のいずれかにすることができる。
ている硬質粒子、硬質粒子を構成する硬質粒子粉末は、
耐摩耗性焼結合金の基地よりも硬質であり、耐摩耗性焼
結合金の耐摩耗性の向上に寄与する。硬質粒子、硬質粒
子粉末の平均硬度は例えばHv600〜1400、Hv
800〜1300にすることができるが、これらに限定
されるものではない。
Mo、W、FeはCを結合した炭化物を生成する機能を
有する。炭化物は、硬質粒子を構成する基地(一般的に
はオーステナイト系組織またはオーステナイトを含む組
織)に分散し、硬質粒子や硬質粒子粉末の硬度を高めて
耐摩耗性の向上に寄与する。また、Moは前述したよう
に固体潤滑性をもつ酸化物を低温領域・中温領域から高
温領域にかけて形成して耐摩耗性の向上に寄与する。ま
た、Mo、W、Cr量が過剰に多くなると、硬質粒子粉
末、ひいては硬質粒子粉末を含む混合粉末の圧縮成形性
の低下を招く。これらの点、コストなどを考慮して、硬
質粒子、硬質粒子粉末におけるCr、Mo、W、Fe、
Cの量は規定されている。
硬質粒子粉末を生成する際における生成性を高めるのに
寄与する。具体的には硬質粒子粉末をアトマイズ処理で
形成する場合には、アトマイズ性が改善される。この点
やコストなどを考慮して、硬質粒子、硬質粒子粉末にお
けるSiの量は規定されている。なお、硬質粒子粉末の
Siは、焼結により耐摩耗性焼結合金の基地に拡散す
る。
剰化を抑制する場合には、請求項2及び請求項5のよう
に、硬質粒子、硬質粒子粉末、基地、基地粉末はWを含
まない。この場合には、相手攻撃性の過剰増大化の防
止、加工性の低下の防止等を図ることができる。
各成分の下限値及び上限値は、必要とされる耐摩耗性、
耐熱性、耐食性等の性質、更にはコスト等を考慮して選
択することができる。即ち、硬質粒子、硬質粒子粉末に
おいてMoは下限値としては例えば20.5%、21
%、22%のいずれかにすることができ、上限値として
は例えば25%、26%、27%のいずれかにすること
ができる。
耐摩耗性を確保するものの、Cr量が過剰であると、C
rの酸化膜の影響を受けて、Moの酸化が抑制される傾
向があるため、Cr含有量は比較的抑えることが好まし
い。即ち、硬質粒子、硬質粒子粉末においてCrは下限
値としては例えば11%、12%、14%のいずれかに
することができ、上限値としては例えば22%、20
%、18%のいずれかにすることができる。硬質粒子、
硬質粒子粉末においてNiは下限値としては例えば9
%、10%、12%のいずれかにすることができ、上限
値としては例えば25%、23%、21%のいずれかに
することができる。
値としては例えば9%、11%、14%のいずれかにす
ることができ、上限値としては例えば18%、20%、
23%のいずれかにすることができる。
値としては0.7%、1%のいずれかにすることがで
き、上限値としては例えば3.5%、4%のいずれかに
することができる。
限値としては例えば0.6%、0.7%、0.8%のい
ずれかにすることができ、上限値としては例えば2.5
%、3.5%、4%のいずれかにすることができる。
硬質粒子粉末はWを含有するものの、請求項5に相当す
る第4発明に係る硬質粒子粉末はWを基本的には含有し
ない。Wを含有しない場合には、硬質粒子粉末の硬度の
過剰化を防止でき、相手攻撃性の緩和、加工性の向上を
図り得る。
制する傾向をもつため、Cr量が多くなると、Moの酸
化物の生成が制約される傾向がある。この点を考慮し、
本発明に係る耐摩耗性焼結合金が使用される温度領域の
全般において良好な耐摩耗性を得る等のため、硬質粒
子、硬質粒子粉末における(Mo/Cr)の重量比率と
しては0.67〜2.8と規定することができる。この
比率としては、下限値が例えば0.7、0.8、0.9
のいずれかにすることができ、また上限値としては例え
ば2.7、2.6、2.5のいずれかにすることができ
る。
結合金の用途等に応じて選択でき、75〜180μm、
45〜180μm、殊に45〜75μmにすることがで
きるが、これに限定されるものではない。なお硬質粒子
の平均粒径は、基本的には硬質粒子粉末の平均粒径に相
当する。
粉末を100%としたとき、硬質粒子粉末の割合は重量
比で2〜40%である。添加量が2%未満では、硬質粒
子粉末が過少となり、耐摩耗性を改善する効果が充分に
得られず、本発明に係る耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性の
向上が不充分である。40%を超えて添加しても耐摩耗
性の向上効果が少なく、また、硬質粒子粉末の量が過剰
となるため、混合粉末の圧縮成形性の低下を招く。この
ため上記した範囲とした。
るCは、前述したように、硬質粒子粉末及び基地粉末の
成分(Mo、Cr、W、Fe等)と結合して、炭化物を
形成することにより、基地の耐摩耗性及び硬質粒子の耐
摩耗性を向上させる役割を主として果たす。この点等を
考慮して、炭素粉末添加量、硬質粒子におけるCの量、
硬質粒子粉末におけるCの量は規定されている。基地粉
末や硬質粒子粉末と共に混合粉末を形成する炭素粉末と
しては、一般的には黒鉛粉末を採用することができる。
する基地粉末の組成は、重量比でCo;2〜15%、M
o;2〜10%を含有する。基地粉末の組成は必要とさ
れる耐摩耗性等の性質、更にはコストを考慮して選択さ
れる。基地粉末においてCoは下限値としては例えば3
%、4%、6%のいずれかにすることができ、上限値と
しては例えば9%、11%、13%のいずれかにするこ
とができる。
えば3%、4%、6%のいずれかにすることができ、上
限値としては例えば9%、8%、7%のいずれかにする
ことができる。基地粉末にはCは積極的には含まれな
い。
粉末の組成は、Mo;20%超え〜28%、Cr;10
〜30%、Ni;8〜33%、W;8〜25%、C;
0.5〜5%、Si;0.5〜5%、残部Feを含有す
る。硬質粒子粉末の成分の下限値及び上限値としては、
必要とされる耐摩耗性等の性質、更にはコストを考慮し
て選択することができる。即ち、硬質粒子粉末において
Moは下限値としては例えば21%、22%、23%の
いずれかにすることができ、上限値としては例えば24
%、25%、27%のいずれかにすることができる。硬
質粒子粉末においてCrは下限値としては例えば12
%、14%、15%のいずれかにすることができ、上限
値としては例えば25%、26%、27%のいずれかに
することができる。
は例えば10%、12%、14%のいずれかにすること
ができ、上限値としては例えば25%、26%、28%
のいずれかにすることができる。硬質粒子粉末がWを含
むときには、Wは下限値としては例えば9%、10%、
12%のいずれかにすることができ、上限値としては例
えば18%、20%、23%のいずれかにすることがで
きる。
例えば0.7%、1%にすることができ、上限値として
は3.5%、4%にすることができる。硬質粒子粉末に
おいてSiは下限値としては例えば0.7%、1%にす
ることができ、上限値としては例えば2.5%、3%に
することができる。
含有するものの、第4発明に係る硬質粒子粉末はWを基
本的には含有しない。
うに、重量比で混合粉末を100%としたとき、上記組
成をもつ硬質粒子粉末2〜40%と、炭素粉末0.2〜
2%と、残部実質的に基地粉末とを混合して混合粉末を
形成する。混合にあたってはV型混合機等の公知の混合
機を用いることができる。均一に混合するため、混合時
間を確保する必要がある。硬質粒子粉末の添加量が2%
未満では、本発明に係る耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性の
向上が不充分であり、40%を超えて添加しても耐摩耗
性の向上効果が少なく、また硬質粒子粉末が過剰とな
り、混合粉末の圧縮成形性の低下を招き、成形体の密度
を高めるのに不利となる。
成形して成形体とする。成形体としては圧縮成形した圧
粉体を採用することができる。成形体を加熱保持して焼
結し、本発明に係る耐摩耗性焼結合金を製造する。焼結
温度は混合粉末の組成にもよるが一般的には1050〜
1250℃程度、1100〜1200℃程度にできる。
焼結温度が過剰に低いと、焼結進行が不充分となり、耐
摩耗性が不足気味となる。焼結温度が過剰に高いと、液
相が生じたり、空孔が生じたりする。焼結後に鍛造など
の強圧塑性加工を施すことができる。鍛造としては熱間
鍛造が好ましいが、場合によっては温間鍛造、冷間鍛造
とすることもできる。なお熱間鍛造は、焼結による高温
状態を利用すべく、焼結直後に行うことができる。
る製造方法においては、基地粉末は耐摩耗性焼結合金の
基地を構成するものであり、粉末状態ではC、Ni、C
r等の合金元素を積極的には含まないので、基地粉末の
硬度は過剰に高くない。このため成形体を成形する際
に、基地を構成する基地粉末の圧縮成形性は確保され
る。従って成形体である圧粉体、ひいては本発明に係る
耐摩耗性焼結合金を高密度化するのに有利である。硬質
粒子粉末に含まれているNiは、成形体を焼結する際に
基地に拡散して、基地の耐酸化性、特に高温における耐
酸化性や耐熱性を向上させる。
基地粉末及び硬質粒子粉末と共に配合し、Cを基地粉末
や硬質粒子粉末に拡散させるため、上記炭素粉末の割合
が必要される。炭素粉末を基地粉末及び硬質粒子粉末の
他に別途添加するため、原料粉末である基地粉末及び硬
質粒子粉末のC量を抑えることができる。この意味にお
いても、成形体を成形する際に、基地を構成する基地粉
末の圧縮成形性は確保される。
耐摩耗性焼結合金の密度(単位体積あたりの重量)とし
ては、適宜選択できるものの、6.7〜7.3g/cm
3 することができる。更に耐摩耗性焼結合金に形成され
ている微細な気孔を減少させるため、前述したように、
鍛造等の強圧塑性加工を施し、耐摩耗性焼結合金の密度
を7.3〜8g/cm3 とすることもできるが、密度は
これらに限定されるものではない。
気孔をもつ場合には、Pb、Pb系合金、Cu、Cu系
合金、Pb−Cu系合金の少なくとも1種を基材とした
溶浸剤が気孔内に溶浸されている形態を採用することが
できる。溶浸は、より激しい条件で耐摩耗性焼結合金が
使用される場合に適する。溶浸剤は本発明の耐摩耗性焼
結合金と相手材との間に介在し、潤滑剤として機能する
ことができ、耐摩耗性、耐焼付性を高め得る。
たとき100%に対して、101〜125%となるよう
に、溶浸剤は1〜25%溶浸されている形態を採用する
ことができる。溶浸剤の量は必要される耐摩耗性、耐焼
付性、コスト等を考慮して選択する。即ち、溶浸剤の下
限値としては例えば2%、5%、7%のいずれかにで
き、上限値としては例えば20%、18%、15%のい
ずれかにできるが、これらに限定されるものではない。
説明し、本発明の特徴を明らかにする。
部が実質的にFeである鉄基噴霧合金粉末Aを用いた。
また、Mo2.2%、Co4.7%、残部が実質的にF
eである鉄基噴霧合金粉末Bを用いた。更に、重量比で
Mo1.2%、Co4.6%、残部が実質的にFeであ
る鉄基噴霧合金粉末Cを用いた。
地粉末に相当する。一方、鉄基噴霧合金粉末CはMoが
少なく、比較例の基地粉末に相当する。
末A、B、CはFe−Co−Mo系であり、Cr、N
i、W、Si、Cを積極的には含んでいないため、硬度
は抑えられており、圧縮成形を良好に実行でき、成形体
である圧粉体の密度を高めるのに有利となる。なお、上
記の鉄基噴霧合金粉末A、B、Cは、いずれも粒径17
7μm以下である。
4.7%、W13.8%、Fe18.5%、C2.7
%、Si1.1%、残部が不可避不純物と実質的にNi
(Ni:約18%)である硬質粒子粉末Dを用いた。ま
た、重量比でCr19.8%、Mo25.5%、Fe1
8.9%、C3.1%、Si1.2%、残部が不可避不
純物と実質的にNi(Ni:約31%)である硬質粒子
粉末Eを用いた。更に、重量比でCr35.1%、Mo
12.7%、W13.8%、Fe23.6%、C3.5
%、Si1.3%、残部が不可避不純物と実質的にNi
である硬質粒子粉末F(Ni:約10%)を用いた。
結合金を構成するものであり、本発明に係る硬質粒子粉
末に相当し、Moが多く、Crがやや少なく、且つ、W
も含む。硬質粒子粉末Eは本発明に係る耐摩耗性焼結合
金を構成するものであり、本発明に係る硬質粒子粉末に
相当し、Moが多く、Crがやや少なく、Wは積極的に
含まない。硬質粒子粉末Fは比較例に係る硬質粒子粉末
に相当し、比較例に係る耐摩耗性焼結合金を構成し、M
oが少なく、Crが多い。
も粒径149μm以下である。
と、硬質粒子粉末D〜Fと、炭素粉末である黒鉛粉末と
を用い、表9に示す配合になるように各粉末をそれぞれ
秤量し、V型混合機で所定時間混合し、混合粉末を得
た。なお基地粉末、硬質粒子粉末、黒鉛粉末の合計が1
00%となる。
を7tonf/cm2 にて成形型により圧縮成形し、成
形体である圧粉体を得た。得られた圧粉体をアンモニア
分解ガス中で、1393K温度(1120℃)で45分
間焼結した。これにより各実施例に係る試験片を作製し
た。
し、緻密化を図った。実施例5では、焼結後に銅の溶浸
を行なっている。溶浸は、試験片の上に溶浸剤の塊を置
いた状態で、アンモニア分解ガス雰囲気において、11
20℃に所定時間加熱保持することにより行った。な
お、試験片は車両用エンジンに使用されるバルブシート
形状をなす。
た。
金についての組成を分析した。なお基地組成及び硬質粒
子組成はEPMA分析における平均値に基づいた。全体
組成は化学分析に基づいた。その分析結果を表10に示
す。
地を構成する基地粉末に相当するものであり、前述した
ようにいずれもFe−Co−Mo系であり、Cr、N
i、W、Si、Cを積極的には含んでいないので、圧縮
成形性が良好である。しかし表10から理解できるよう
に、耐摩耗性焼結合金の基地には、Fe、Co、Moの
他に、Cr、Ni、W、Si、Cが含有されている。焼
結の際の熱により硬質粒子粉末から拡散されたものであ
る。これにより基地の特性が改善される。
5は請求項1に相当する。溶浸を行っている実施例5は
請求項3にも相当する。実施例6、7は、Wを含有して
おらず、請求項2に相当する。
ついて、バルブ−バルブシート摩耗試験機(弁座試験
機)を用い、摩耗試験を行った。この試験では、相手材
であるバルブの材質をJIS−SUH35とし、バルブ
の温度を1120K(=847℃)、試験片であるバル
ブシートの温度を620K(=347℃)に保つように
制御した。更に、カムの回転数を3250rpm、運転
時間14.4ksecの条件で行った。この試験では、
試験片であるバルブの沈み込み量を測定して試験片の評
価を行った。その試験結果を図1に示す。
いる比較例1、比較例2では、硬質粒子の割合を30重
量%に設定しているにもかかわらず、図1に示すよう
に、沈み込み量が100〜123μmと大きかった。こ
れは比較例1、比較例2に係る耐摩耗性焼結合金では、
摩耗量が大きいことを意味する。
に係る硬質粒子粉末D、Eを使用している本発明品に相
当する実施例1〜7では、沈み込み量が41〜75μm
であり少なかった。これは実施例1〜実施例7に係る耐
摩耗性焼結合金の摩耗量が大きいことを意味する。硬質
粒子のMoの酸化膜に基づく固体潤滑作用によるものと
考えられる。これにより本発明の耐摩耗性焼結合金は相
手攻撃性を緩和しつつ耐摩耗性に優れていることが確認
された。
重量%であり、比較例1,2に対して硬質粒子の割合が
1/6(=5/30)であるにもかかわらず、沈み込み
量は75μm程度であり、耐摩耗性は良好であった。実
施例2では、硬質粒子の割合は18重量%であり、比較
例1,2よりも少ないにもかかわらず、沈み込み量は6
8μm程度であり、耐摩耗性は良好であった。
%であり、沈み込み量は58μm程度であり、耐摩耗性
は良好であった。
%であり、比較例1,2に対して硬質粒子の割合が67
%(=20/30)とかなり少ないにもかかわらず、沈
み込み量は41μm程度であり、耐摩耗性は最も良好で
あった。
%であり、比較例1,2に対して硬質粒子の割合が57
%(=17/30)とかなり少ないにもかかわらず、沈
み込み量は60μm程度であり、耐摩耗性は良好であっ
た。
%であり、比較例1,2に対して硬質粒子の割合が67
%(=20/30)とかなり少ないにもかかわらず、沈
み込み量は70μm程度であり、耐摩耗性は良好であっ
た。
%であり、比較例1,2に対して硬質粒子の割合が57
%(=17/30)とかなり少ないにもかかわらず、沈
み込み量は72μm程度であり、耐摩耗性は良好であっ
た。
を大気雰囲気において加熱昇温し、硬質粒子粉末の重量
増加が開始される温度を本発明者は求めた。この温度と
しては、実施例1〜実施例5で使用しているMoが多い
硬質粒子粉末D、実施例6及び実施例7で使用している
硬質粒子粉末Eでは、約620℃であった。
に係るMoが少ない硬質粒子粉末Fでは約720℃であ
り、硬質粒子粉末D、Eに比較して約100℃も高温で
あった。このことは、Moが多い実施例に係る硬質粒子
粉末D、Eは、Moが少ない比較例に係る硬質粒子粉末
Fよりも、耐摩耗性の改善に寄与する固体潤滑性をもつ
酸化膜を温度が低くても生成させ易いことを意味すると
推察される。
られるには、酸化膜がかなりの量が生成しているときで
ある。耐摩耗性の改善に寄与する酸化膜は薄くても改善
に充分機能できると考えられている。従って、重量増加
としては顕著に発現されないものの、上記温度(620
℃)以下の温度領域である低温領域・中温度領域におい
て、硬質粒子粉末の表面では、固体潤滑性を奏する酸化
膜が良好に生成しているものと推察される。
(倍率:100倍)を図2に示す。図2において、白っ
ぽい海状の基地に、灰色気味の島状の硬質粒子が多数分
散している。図2に示す試験片は焼結後のものであり、
鍛造していないため、基地おける島状の黒色部分は、気
孔と思われる。
合金を車両エンジンのバルブシート材に適用した例であ
るが、これに限らず、ターボチャージャ、バルブ、ブッ
シュ、ガイド、摺動材料等に適用することもできる。
示す数字の値は、耐摩耗性焼結合金に必要される特性、
耐摩耗性焼結合金の用途などに鑑み、特許請求の範囲に
おける組成の各成分の上限値または下限値として規定す
ることができるものである。
も把握することができる。 ・請求項4または5に係る成形体を焼結した焼結体は気
孔をもち、焼結体に溶浸することを特徴とする耐摩耗性
焼結合金の製造方法。 ・請求項4または5に係る成形体を焼結した焼結体を強
圧塑性加工(例えば鍛造)して緻密化を図ることを特徴
とする耐摩耗性焼結合金の製造方法。 ・請求項1〜5のうちの一項に係る耐摩耗性焼結合金で
形成されたことを特徴とするバルブシート材。 ・請求項4〜5のうちの一項に係る耐摩耗性焼結合金で
バルブシート材を形成することを特徴とするバルブシー
ト材の製造方法。
ば、硬質粒子におけるMo量を適量化しており、相手攻
撃性を過剰にすることなく、耐摩耗性を改善することが
できる。
によれば、硬質粒子粉末におけるMo量を適量化してお
り、相手攻撃性を過剰にすることなく、耐摩耗性を改善
した耐摩耗性焼結合金を提供することができる。
方法によれば、基地粉末は耐摩耗性焼結合金の基地を構
成するFe−Co−Mo系であり、Ni、Cr、C等の
合金元素を積極的には含まないので、基地粉末の硬度は
過剰ではない。このため成形体を成形する際に、基地を
構成する基地粉末を含む混合粉末の圧縮成形性を確保で
きる。従って本発明に係る耐摩耗性焼結合金を高密度化
するのに有利である。
微鏡写真(倍率:100倍)である。
20)
Claims (5)
- 【請求項1】重量比で、全体組成が、全体組成を100
%としたとき100%において、Co;1.5〜7.0
%、Mo;2〜15%、Cr;1〜8%、Ni;1〜8
%、W;0.5〜7%、C;0.8〜2.5%、Si;
0.01〜2%を含有し、残部が不可避不純物とFeか
らなり、 基地組成が、基地組成を100%としたとき100%に
おいて、Co;2〜15%、Mo;2〜10%、Cr;
3%以下、Ni;5%以下、W;3%以下、C;0.2
〜2%、Si;0.5%以下を含有し、残部が不可避不
純物とFeからなり、 硬質粒子の組成が、硬質粒子の組成を100%としたと
き100%において、Co;2%以下、Mo;20%超
え〜28%、Cr;10〜30%、Ni;8〜30%、
W;10〜25%、C;0.5〜5.0%、Si;0.
5〜5.0%を含有し、残部が不可避不純物とFeから
なり、 上記組成をもつ基地中に、全体を100%としたとき1
00%において、重量比で、上記組成をもつ硬質粒子が
2〜40%分散していることを特徴とする耐摩耗性焼結
合金。 - 【請求項2】重量比で、全体組成が、全体組成を100
%としたとき100%において、Co;1.5〜7.0
%、Mo;2〜15%、Cr;1〜8%、Ni;1〜8
%、C;0.8〜2.5%、Si;0.01〜2%を含
有し、残部が不可避不純物とFeからなり、 基地組成が、基地組成を100%としたとき100%に
おいて、Co;2〜15%、Mo;2〜10%、Cr;
3%以下、Ni;5%以下、C;0.2〜2%、Si;
0.5%以下を含有し、残部が不可避不純物とFeから
なり、 硬質粒子の組成が、硬質粒子の組成を100%としたと
き100%において、Co;2%以下、Mo;20%超
え〜28%、Cr;10〜30%、Ni;8〜30%、
C;0.5〜5.0%、Si;0.5〜5.0%を含有
し、残部が不可避不純物とFeからなり、 上記組成をもつ基地中に、全体を100%としたとき1
00%において、重量比で、上記組成をもつ硬質粒子が
2〜40%分散していることを特徴とする耐摩耗性焼結
合金。 - 【請求項3】請求項1または請求項2に係る耐摩耗性焼
結合金は気孔をもち、Pb、Pb系合金、Cu、Cu系
合金、Pb−Cu系合金の少なくとも1種を基材とした
溶浸剤が気孔内に溶浸されており、 耐摩耗性焼結合金を重量比で100%としたとき100
%に対して、101〜125%となるように溶浸剤は1
〜25%溶浸されていることを特徴とする溶浸済みの耐
摩耗性に優れた耐摩耗性焼結合金。 - 【請求項4】重量比で、Co;2〜15%、Mo;2〜
10%を含有し、残部が不可避不純物とFeからなる組
成をもつ基地粉末と、 Mo;20%超え〜28%、Cr;10〜30%、N
i;8〜33%、W;8〜25%、C;0.5〜5%、
Si;0.5〜5%を含有し、残部が不可避不純物とF
eからなる組成をもつ硬質粒子粉末と、炭素粉末とを用
い、 重量比で混合粉末を100%としたとき、上記組成をも
つ硬質粒子粉末2〜40%と、炭素粉末0.2〜2%
と、残部実質的に基地粉末とを混合して混合粉末を形成
し、 混合粉末を成形して成形体とし、成形体を焼結すること
を特徴とする耐摩耗性焼結合金の製造方法。 - 【請求項5】重量比で、Co;2〜15%、Mo;2〜
10%を含有し、残部が不可避不純物とFeからなる組
成をもつ基地粉末と、 Mo;20%超え〜28%、Cr;10〜30%、N
i;8〜33%、C;0.5〜5%、Si;0.5〜5
%を含有し、残部が不可避不純物とFeからなる組成を
もつ硬質粒子粉末と、炭素粉末とを用い、 重量比で混合粉末を100%としたとき、上記組成をも
つ硬質粒子粉末2〜40%と、炭素粉末0.2〜2%
と、残部実質的に基地粉末とを混合して混合粉末を形成
し、 混合粉末を成形して成形体とし、成形体を焼結すること
を特徴とする耐摩耗性焼結合金の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2835850A1 (fr) * | 2002-02-12 | 2003-08-15 | Winsert Inc | Alliage resistant a l'usure contenant de l'austenite residuelle, pour siege de soupape rapporte |
US7754142B2 (en) | 2007-04-13 | 2010-07-13 | Winsert, Inc. | Acid resistant austenitic alloy for valve seat inserts |
JP2015178649A (ja) * | 2014-03-19 | 2015-10-08 | 株式会社リケン | 鉄基焼結合金製バルブシート |
JP2022063501A (ja) * | 2020-10-12 | 2022-04-22 | トヨタ自動車株式会社 | 硬質粒子、摺動部材、及び焼結合金の製造方法 |
-
1999
- 1999-07-29 JP JP21505799A patent/JP3569166B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US7754142B2 (en) | 2007-04-13 | 2010-07-13 | Winsert, Inc. | Acid resistant austenitic alloy for valve seat inserts |
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