JP2005154798A - 硬質相形成用合金粉末およびそれを用いた鉄系混合粉末、ならびに耐摩耗性焼結合金の製造方法および耐摩耗性焼結合金 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】全体組成が、質量比で、Mo:48〜60%、Cr:3〜12%、Si:1〜5%であり、残部がCoおよび不可避的不純物である硬質相形成用合金粉末、及び、前記合金粉末を重量比で5〜40%を鉄合金基地用粉末に添加した耐磨耗性焼結合金用鉄系混合粉末。
【選択図】 図1
Description
(1)硬質相形成用合金粉末
本発明の硬質相形成用合金粉末は、Coを基材とし、主に焼結時にFe基地へ拡散し、Fe基地を強化するとともに、硬質粒子の固着性の向上に寄与し、さらに、硬質相とその周辺の耐熱性を向上させる効果を有する。また、Coの一部はMo、SiとともにMo−Co珪化物を形成し、耐摩耗性を高める効果も有する。以下に、硬質相形成用合金粉末の各成分組成の数値限定の根拠について説明する。
本発明の鉄系混合粉末は、鉄合金基地用粉末に、上記の硬質相形成用合金粉末を質量比で5〜40%添加したものである。ここで、硬質相形成用粉末の添加量は多いほど耐摩耗性が良好となる。しかしながら、鉄系混合粉末全体に対して添加量が5質量%未満では耐摩耗性向上の効果が乏しい。また逆に、添加量が40質量%を超えると、混合粉末の圧縮性が低くなって焼結後の密度や強度が低くなり、耐摩耗性も低下する。よって、硬質相形成用合金粉末の添加量は、鉄系混合粉末全体に対して5〜40質量%とした。
本発明の耐摩耗性焼結合金の製造方法は、全体組成が、質量比で、Mo:48〜60%、Cr:3〜12%、Si:1〜5%、ならびに残部:Coおよび不可避的不純物からなる硬質相形成用合金粉末を、鉄合金基地用粉末に質量比で5〜40%添加した鉄系混合粉末を用意し、所定の形状に圧粉成形した圧粉体を、非酸化性雰囲気中にて1000〜1200℃で焼結することを特徴としている。
基地成形用合金粉末として上記文献2に開示されたFe−6.5Co−1.5Mo−Ni合金粉末を用意し、表1に示す組成の硬質相形成用合金粉末を25質量%と、黒鉛粉末1.1質量%と成形潤滑剤(ステアリン酸亜鉛0.8質量%)とを添加、混合し、混合粉末を成形圧力650MPaでφ30×φ20×h10のリングに成形した。
(摩耗量と硬質相形成用合金粉末中のMo量との関係)
図3に示すように、硬質相形成用合金粉末中のMo量が48〜60質量%の範囲である焼結合金(試料番号02〜05)は、バルブシートおよびバルブの摩耗量が安定して低くなっており、良好な耐摩耗性を示すことが判る。一方、Mo量が48〜60質量%の範囲を逸脱している焼結合金(試料番号01,06)は、とくにバルブシートの摩耗量が顕著に高くなっており、バルブの摩耗量も比較的高い。したがって、硬質相形成用合金粉末中のMo量が48〜60質量%の範囲であれば、優れた耐摩耗性が実現されることが確認された。
図4に示すように、硬質相形成用合金粉末中のCr量が3〜12質量%の範囲である焼結合金(試料番号03,08〜10)は、バルブシートおよびバルブの摩耗量が安定して低くなっており、良好な耐摩耗性を示すことが判る。一方、Cr量が3〜12質量%の範囲を逸脱している焼結合金(試料番号07,11)は、とくにバルブシートの摩耗量が顕著に高くなっている。したがって、硬質相形成用合金粉末中のCr量が3〜12質量%の範囲であれば、優れた耐摩耗性が実現されることが確認された。
図5に示すように、硬質相形成用合金粉末中のSi量が1〜5質量%の範囲である焼結合金(試料番号03,13,14)は、バルブシートおよびバルブの摩耗量が安定して低くなっており、良好な耐摩耗性を示すことが判る。一方、Si量が1〜5質量%の範囲を逸脱している焼結合金(試料番号12,15)は、とくにバルブシートの摩耗量が顕著に高くなっている。したがって、硬質相形成用合金粉末中のSi量が1〜5質量%の範囲であれば、優れた耐摩耗性が実現されることが確認された。
基地成形用合金粉末として上記文献2に開示されたFe−6.5Co−1.5Mo−Ni合金粉末を用意するとともに、実施例1の試料03で用いた硬質相形成用合金粉末を用意し、硬質相形成用合金粉末の添加量を表2に示す量に設定して、実施例1と同じ条件でφ30×φ20×h10のリングに成形した。
(摩耗量と硬質相形成用合金粉末の添加量との関係)
図6に示すように、混合粉末全体の質量に対する硬質相形成用合金粉末の添加量が5〜40質量%の範囲である焼結合金(試料番号03,18〜22)は、バルブシートおよびバルブの摩耗量が安定して低くなっており、良好な耐摩耗性を示すことが判る。一方、硬質相形成用合金粉末の添加量が5〜40質量%の範囲を逸脱している焼結合金(試料番号17,23)は、とくにバルブシートの摩耗量が顕著に高くなっている。したがって、混合粉末全体の質量に対する硬質相形成用合金粉末の添加量が5〜40質量%の範囲であれば、優れた耐摩耗性が実現されることが確認された。
基地成形用合金粉末として上記文献2に開示されたFe−6.5Co−1.5Mo−Ni合金粉末を用意するとともに、実施例1の試料03で用いた硬質相形成用合金粉末を用意し、焼結温度を表3に示す温度に設定して、実施例1と同じ条件でφ30×φ20×h10のリングに成形した。
(摩耗量と焼結温度との関係)
図7に示すように、焼結温度が1000〜1200℃の範囲である焼結合金(試料番号3,25〜27)は、バルブシートおよびバルブの摩耗量が安定して低くなっており、良好な耐摩耗性を示すことが判る。一方、焼結温度が1000〜1200℃の範囲を逸脱している焼結合金(試料番号24,28)は、とくにバルブシートの摩耗量が顕著に高くなっている。したがって、焼結温度が1000〜1200℃の範囲であれば、優れた耐摩耗性が実現されることが確認された。
基地形成用合金粉末として、特許文献1に開示のFe−3Cr−0.3Mo−0.3V合金粉末と、Fe−6.5Co−1.5Mo−1.5Ni合金粉末とを単独で用意するか、またはこれらの合金粉末を1:1の割合で混合した混合粉末を用意した。また、硬質相形成用合金粉末として、本発明のCo−50Mo−10Cr−3Si合金と、従来のFe−3Cr−0.3Mo−0.3V合金とをそれぞれ用意した。そして、硬質相形用成合金粉末25質量%と黒鉛粉末1.1質量%を表4に示す割合の基地形成用粉末に添加して実施例1と同じ条件でφ30×φ20×h10のリングに成形した。
(摩耗量と硬質相との関係)
図8に示すように、いずれの基地形成用合金粉末を使用した場合であっても、本発明の硬質相形用成合金粉末を使用した場合(試料番号03,29,30)は、従来の硬質相形成用合金粉末を使用した場合(試料番号16,31,32)よりも、バルブシートおよびバルブの摩耗量が安定して低くなっており、良好な耐摩耗性を示すことが判る。したがって、本発明の硬質相形成用合金粉末を使用すれば、優れた耐摩耗性が実現されることが確認された。
Claims (4)
- 全体組成が、質量比で、Mo:48〜60%、Cr:3〜12%、Si:1〜5%であり、残部がCoおよび不可避的不純物であることを特徴とする硬質相形成用合金粉末。
- 鉄合金基地用粉末に、請求項1に記載の硬質相形成用合金粉末を質量比で5〜40%添加したことを特徴とする耐摩耗性焼結合金用の鉄系混合粉末。
- 請求項2に記載の耐摩耗性焼結合金用の鉄系混合粉末を用意し、所定の形状に圧粉成形した圧粉体を、非酸化性雰囲気中にて1000〜1200℃で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。
- 全体組成が、質量比で、Mo:48〜60%、Cr:3〜12%、Si:1〜5%であり、残部がCoおよび不可避的不純物からなり、鉄合金基地中に、Mo珪化物を主とする析出物が一体化して析出したCo基硬質相が質量比で5〜40%分散していることを特徴とする耐摩耗性焼結合金。
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