JP2022063501A - 硬質粒子、摺動部材、及び焼結合金の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Cr:5~20質量%、
W:2~19質量%、
Mo:25~40質量%、
Ni:10~22質量%、
Mn:10質量%以下、
C:2.0質量%以下、
Si:2.0質量%以下、及び、
残部:Fe及び不可避不純物
からなる、硬質粒子。
《態様2》
Cr:5~10質量%、
W:3~15質量%、
Mo:25~35質量%、
Ni:15~20質量%、
Mn:6質量%以下、
C:1.4質量%以下、
Si:1.4質量%以下、及び、
残部:Fe及び不可避不純物からなる、態様1に記載の硬質粒子。
《態様3》
Feを主成分とする基地、及び前記基地中に分散している態様1又は2に記載の硬質粒子を有する、摺動部材。
《態様4》
前記基地100質量%に対して、Cu:2~12質量%を含有する、態様3に記載の摺動部材。
《態様5》
前記硬質粒子は、La:1~5質量%を含有する、態様4に記載の摺動部材。
《態様6》
前記基地は、第2の硬質粒子を含有し、
前記第2の硬質粒子は、
Mo:60~70質量%、
Si:2.0質量%以下、及び、
残部:Fe及び不可避不純物からなる、態様3~5のいずれか一態様に記載の摺動部材。
《態様7》
バルブシートである、態様3~6のいずれか一態様に記載の摺動部材。
《態様8》
焼結合金の製造方法であって、
態様1又は2に記載の硬質粒子と、基地形成用粒子とを含む混合粉末を作製する、混合粉末作製工程と、
前記混合粉末を金型で成形して成形体を得る、成形体作製工程と、
前記成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
を含む、焼結合金の製造方法。
《態様9》
前記硬質粒子は、水アトマイズ粉であり、
前記基地形成用粒子は、フラックス粉末を含む、
態様8に記載の焼結合金の製造方法。
本発明の硬質粒子は、必須成分として、Cr、W、Mo、及びNiを含有し、残部がFe及び不可避不純物からなる。
本発明の硬質粒子の平均粒径は、特に限定されるものではないが、50μm以上250μmであってよい。この範囲であれば、硬質粒子を様々な用途に適用することができる。
本発明の硬質粒子は、必須成分として、Cr、W、Mo、Ni、及びFeを含有し、任意成分として、Mn、C、Si、及びLaを含む。
本発明の硬質粒子は、必須成分として、Crを5~20質量%、好ましくは5~10質量%含む。
本発明の硬質粒子は、必須成分として、Wを、2~19質量%、好ましくは3~15質量%含む。
本発明の硬質粒子は、必須成分として、Moを、25~40質量%、好ましくは25~35質量%含む。
本発明の硬質粒子は、必須成分として、Niを、10~22質量%、好ましくは15~20質量%含む。
好ましくは、7.0mass%以下である。
本発明の硬質粒子は、Mn含有率が、10質量%以下、好ましくは6質量%以下である。
本発明の硬質粒子は、C含有率が、2.0質量%以下、好ましくは1.4質量%以下である。
本発明の硬質粒子は、Si含有率が、2.0質量%以下、好ましくは1.4質量%以下である。
本発明の硬質粒子は、任意成分として、La:1~5質量%を含んでいてもよい。好ましくは、2~5質量%含んでいてもよい。
本発明の硬質粒子は、上記の必須成分の残部として、Fe及び不可避不純物を含む。
本発明の硬質粒子の製造方法は、特に限定されるものではない。公知の製法を適用することができ、例えば、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、プラズマ回転電極法、真空アトマイズ法等が挙げられる。
本発明の硬質粒子は、剛性が要求される各種用途に、好適に用いることができる。用途は特に限定されないが、例えば、本発明の硬質粒子を含む混合粉末を焼結させることで、耐摩耗性の高い焼結合金を作製することができる。
本発明の焼結合金の製造方法は、上記した本発明の硬質粒子を含む焼結合金を製造する方法である。そして、混合粉末作製工程と、成形体作製工程と、焼結工程と、を含む。
混合粉末作製工程は、上記した本発明の硬質粒子と、焼結合金としたときに基地となる基地形成用粒子とを含む混合粉末を作製する工程である。
硬質粒子の配合量は、混合粉末の合計量を100質量%としたときに、5~50質量%とすることが好ましく、10~45質量%、15~40質量%であってもよい。
(黒鉛(グラファイト)粒子)
黒鉛(グラファイト)粒子は、基地形成用粒子となる。黒鉛(グラファイト)粒子の配合量は、混合粉末の合計量を100質量%としたときに、0.6~2.0質量%とすることが好ましく、0.7~1.8質量%、0.8~1.6質量%、1.0~1.4質量%であってもよい。
鉄粒子は、基地形成用粒子となる。鉄粒子は、本発明の焼結合金の作製方法にて作製される焼結合金において、基地の大部分を形成するものである。鉄粒子としては、例えば、純鉄粉や低合金鋼粉末を使用することができる。
混合粉末作製工程で作製する混合粉末には、基地形成用粒子として、任意に、Cuを配合してもよい。Cuは、銅粉末として使用することができる。
混合粉末作製工程で作製する混合粉末には、基地形成用粒子として、任意に、第2の硬質粒子を配合してもよい。第2の硬質粒子を配合することで、得られる焼結合金の耐摩耗性を、更に向上することができる。
成形体作製工程では、混合粉末作製工程で作製した混合粉末を、金型で成形して成形体を得る。
焼結工程では、成形体作製工程で作製した成形体を焼結して、焼結体を得る。そして、得られる焼結体は、焼結合金となる。
本発明の焼結合金の製造方法が適用できる好適な態様としては、例えば、混合粉末に配合する本発明の硬質粒子を、水アトマイズ法により製造された水アトマイズ粉とし、混合粉末に、基地形成用粒子としてフラックス粉末を含有させる態様が挙げられる。
本発明の焼結合金の製造方法によって得られる焼結合金は、Feを主成分とする基地を有し、本発明の硬質粒子が基地中に分散している構造を有する。
<硬質粒子の作製>
表1に示す組成となるよう秤量した原料を用い、ガスアトマイズ法又は水アトマイズ法によって粉末を作製し、得られた粉末を44~250μmに分級して、硬質粒子として用いた。硬質粒子の平均粒径は、100μmであった。
(混合粉末作製工程)
表1に示す組成となるように、以下の材料を用いた混合粉末を作製した。各混合粉末には、潤滑剤として、混合粉末の合計量を100質量%としたときに、0.8質量%のステアリン酸亜鉛を配合した。
・黒鉛粒子:グラファイト粒子(CPB-S、日本黒鉛工業)
・鉄粒子:還元鉄粉(JIP255M-90、JFEスチール)
・Cu粒子:アトマイズ銅粉(Cu-At-G-100、福田金属箔粉工業)
・フラックス:NOCOLOK FLUX、SOLVAY
・第2の硬質粒子:平均粒径25μmのFeMo粒子(Mo:65質量%、Si:1質量%。残部:Fe)
上記で作製した混合粉末を、型に充填し、面圧784MPaで加圧成形し、成形体を作製した。
上記で作製した成形体を、窒素雰囲気において1100℃で30分間焼結し、焼結合金となるシートを作製した。
実施例及び比較例で作製した焼結合金を、バルブシートとして用いて、図1に示す装置により、以下の試験方法による耐摩耗性試験に付した。結果を、表1に示す。
実施例及び比較例で得られた焼結合金を、バルブシート3として用いて、エンジンバルブ1の摺動部に配置した。プロパンガスバーナー5を加熱源にし、バルブフェース2と、バルブシート3との摺動部を、プロパンガス燃焼雰囲気とした。バルブシート3の温度を300℃に制御し、スプリング6により、バルブフェース2とバルブシート3との接触時に18kgfの荷重を付与して、2000回/minの割合で、バルブフェース2とバルブシート3とを接触させて、8時間の摩耗試験を行った。
Claims (9)
- Cr:5~20質量%、
W:2~19質量%、
Mo:25~40質量%、
Ni:10~22質量%、
Mn:10質量%以下、
C:2.0質量%以下、
Si:2.0質量%以下、及び、
残部:Fe及び不可避不純物
からなる、硬質粒子。 - Cr:5~10質量%、
W:3~15質量%、
Mo:25~35質量%、
Ni:15~20質量%、
Mn:6質量%以下、
C:1.4質量%以下、
Si:1.4質量%以下、及び、
残部:Fe及び不可避不純物からなる、請求項1に記載の硬質粒子。 - Feを主成分とする基地、及び前記基地中に分散している請求項1又は2に記載の硬質粒子を有する、摺動部材。
- 前記基地100質量%に対して、Cu:2~12質量%を含有する、請求項3に記載の摺動部材。
- 前記硬質粒子は、La:1~5質量%を含有する、請求項4に記載の摺動部材。
- 前記基地は、第2の硬質粒子を含有し、
前記第2の硬質粒子は、
Mo:60~70質量%、
Si:2.0質量%以下、及び、
残部:Fe及び不可避不純物からなる、請求項3~5のいずれか1項に記載の摺動部材。 - バルブシートである、請求項3~6のいずれか1項に記載の摺動部材。
- 焼結合金の製造方法であって、
請求項1又は2に記載の硬質粒子と、基地形成用粒子とを含む混合粉末を作製する、混合粉末作製工程と、
前記混合粉末を金型で成形して成形体を得る、成形体作製工程と、
前記成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
を含む、焼結合金の製造方法。 - 前記硬質粒子は、水アトマイズ粉であり、
前記基地形成用粒子は、フラックス粉末を含む、
請求項8に記載の焼結合金の製造方法。
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