JP3010246B2 - 高温用軸受合金 - Google Patents

高温用軸受合金

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は高温の酸化雰囲気の下
で使用される高温用軸受合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の高温用軸受、特にガソリンまたは
ジーゼルエンジンの排気ガス制御バルブやガスタービン
の可変バルブなどの高温用軸受では、７００℃以上にも
達する酸化雰囲気で使用される。このような高温の酸化
雰囲気の下での使用に適合する軸受合金が要望されてい
る。このため、本件出願人により提案した特開平５ー１
７８３９号公報に開示された軸受合金は、９００℃でも
使用することのできるものとしている。
【０００３】この従来の発明においては、全体組成が重
量比でＣｒ：９〜３０％、Ｆｅ：５〜１９％、Ｓｉ：
０．１〜１．５％、Ｃｏ：２〜２２％、Ｍｏ：１．４〜
１１％、残部Ｎｉと不可避不純物からなる合金であっ
て、合金マトリックス中にＣｏーＭｏーＣｒーＳｉ系硬
質粒子が分散した組織を有するものとされている。
【０００４】さらに、この従来の軸受合金の耐酸化性を
優れたものとするには、成形体を焼結した後に熱間圧縮
して緻密化することが不可欠とされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、相手材が析出
硬化型のＮｉ基耐熱合金の場合には、硬度Ｈｖが３００
〜５００と硬いために優れた摺動特性を示すが、例えば
Ｈｖ１００〜３００のオーステナイト系ステンレス鋼な
どからなる軟らかい相手材に適用すると、摩擦係数が小
さいにも係わらず相手材の摩耗量が大きくなり、相手材
の摩耗による耐久性に問題があった。
【０００６】また、その製造工程において、熱間圧縮に
よる緻密化を行なうことが耐酸化性を得るために必要と
され、その製造が容易でなかった。
【０００７】そこで、この発明では、相手材の硬度がＨ
ｖ３００以下の軟らかい材料からなるものであっても相
手材を摩耗することが少なく、且つ熱間圧縮による緻密
化をしていなくても耐酸化性に優れた製造容易な高温用
軸受合金とすることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】請求項１の発
明では、重量比でＣｒ：２〜８％、Ｆｅ：２〜１０％、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｃｏ：２〜２２％、Ｍｏ：
１．４〜１１％、残部Ｎｉと不可避不純物の成分組成を
有し、マトリックス中に重量比で５〜３５％のＣｏーＭ
ｏーＣｒーＳｉ系硬質粒子が分散している組織から構成
されている。 （１）Ｃｒ含量を重量％で２〜８％とする理由は、２％
未満では、マトリックスの耐酸化性に欠け、８％以上で
は粉末圧縮時の圧縮率を高めることができず密度の高い
焼結体を得ることができない。このため、高温時の耐酸
化性が劣るために、２〜８％とし、特に５％〜７％で
は、成形性、耐酸化性の点からより望ましい。 （２）Ｆｅ含量を重量％で２〜１０％とする理由は、２
％未満では高温強度に劣り、１０％を越えると使用粉末
が硬くなって粉末圧縮時の圧縮率を高めることができな
くなる。このため、密度の高い焼結体を得られないこと
から、耐酸化性が劣るために、２〜１０％とする。特に
４％〜６％では、高温強度がより優れ耐酸化性もより優
れることから望ましい。 （３）ＣｏーＭｏーＣｒーＳｉ系硬質粒子を重量比で５
〜３５％とする理由は、５％未満では高温での摺動特性
を高める効果が少なく、３５％を越えると粉末の成形性
が悪くなるとともに、合金が硬くなって摺動時に相手側
シャフトの摩耗量が増大する。また、ＣｏーＭｏーＣｒ
ーＳｉ系硬質粒子が分散している必要があり、特に１０
０〜２００μｍの粒子がマトリックス中に均一に分散し
ていることが望ましい。
【０００９】ＣｏーＭｏーＣｒーＳｉ系硬質粒子は、稠
密六方晶の結晶構造のものが摺動特性を向上するため、
重量％で２６〜３０％Ｍｏ、７．５〜９．５％Ｃｒ、
２．４〜２．６％Ｓｉ、残部Ｃｏからなる稠密六方晶の
結晶構造を有するものである。この稠密六方晶の結晶構
造を有するＣｏーＭｏーＣｒーＳｉ系硬質粒子を形成す
るために、合金全体に対する重量％は、Ｓｉ：０．１〜
１．５％、Ｃｏ：２〜２２％、Ｍｏ：１．４〜１１％と
する。
【００１０】また、請求項２の発明では、請求項１の発
明に、ＢＮが重量％で１．５〜５％含有されている。Ｂ
Ｎ含量を１．５％以上添加することによって、粉末成形
時に成形金型との焼き付きが防止される。しかし、添加
することにより軟らかくなるとともに、７００℃を越え
ると耐酸化性が低下することから１．５％〜５％とす
る。
【００１１】請求項３の発明では、請求項１または請求
項２の軸受合金からなる軸受と、この軸受に支持される
Ｈｖ１００〜３００の硬度を有するシャフトとされ、こ
の硬度を有するシャフトとを組み合わせることにより、
請求項１または請求項２の高温用軸受合金からなる軸受
によってシャフトの摩耗量の少ない高温用の摺動用材料
とすることができる。
【００１２】
【発明の効果】請求項１の発明では、重量比でＣｒ：２
〜８％、Ｆｅ：２〜１０％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、
Ｃｏ：２〜２２％、Ｍｏ：１．４〜１１％、残部Ｎｉと
不可避不純物の成分組成を有し、マトリックス中に重量
比で５〜３５％のＣｏーＭｏーＣｒーＳｉ系硬質粒子が
分散している組織からなる高温用軸受合金とすることに
よって、焼結後に熱間圧縮処理を行なわなくても耐酸化
性に優れるとともに耐摩耗性に優れ、かつ、シャフトの
摩耗量の少ない高温用軸受合金とすることができる。
【００１３】請求項２の発明では、請求項１の発明に重
量％で１．５〜５％のＢＮを含有することによって、粉
末成形時に成形金型との焼き付きが防止されて、製造容
易な高温用軸受合金とすることができる。
【００１４】請求項３の発明では、請求項１または請求
項２記載の軸受合金からなる軸受と、この軸受に支持さ
れるＨｖ１００〜３００の硬度を有するシャフトを組み
合わせた高温用摺動材料とすることにより、請求項１ま
たは請求項２の発明のシャフトの摩耗量を少なくする効
果を最も発揮する高温用摺動材料とすることができる。
【００１５】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。各実施
例及び比較例の供試試料を製作するために、次の粉末を
原料粉末として混合した。純Ｎｉ粉末は粒子径がー２５
０メッシュ（６０μｍ以下）のものを、ＦｅーＣｒ合金
粉は粒子径がー２５０メッシュ（６０μｍ以下）でその
成分は重量％で、Ｃｒ：４６％、残部Ｆｅ及び不可避成
分のものを、ＣｏーＭｏーＣｒーＳｉ合金粉末は粒子径
がー１００メッシュ（１５０μｍ以下）で、その成分は
重量％でＭｏ：２８％、Ｃｒ：８．５％、Ｓｉ：２．５
％、残部Ｃｏ及び不可避成分のものを、ＢＮは平均粒子
径３００μｍの粉末を用いた。
【００１６】この原料粉末を表１に示す配合比率で混合
して、表２に示す成分からなる実施例１〜１１及び比較
例１２〜１９の各混合粉末を作成した。なお、混合時に
は成形性を高めるために１％のステアリン酸亜鉛を混合
した。このようにして得られた混合粉末を成形圧力６ｔ
／ｃｍ2で直径２２ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱に成形し
た。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】 これを５００℃に加熱して、ステアリン酸亜鉛を十分に
脱ろうした後、Ｈ2＋Ｎ2雰囲気中で１１５０℃にて１時
間焼結した。これにより以下の試験を行うための供試試
料とした。なお、実施例１１においては、９００℃に加
熱して成形圧力６ｔ／ｃｍ2で熱間圧縮を行った。
【００１９】このようにして得られた実施例１〜１１及
び比較例１２〜１９の供試試料について、硬度測定、耐
酸化試験、及び摺動特性試験の各試験を行った。
【００２０】硬度測定は、室温（２０°Ｃ）、５００°
Ｃ及び９００°Ｃの各温度で行なった。この得られた硬
度Ｈｖの値を表３に示す。
【００２１】
【表３】 この結果、温度が上がるほど硬度Ｈｖは低くなり、室温
と９００℃では、約半分まで低くなることが判明した。
また、実施例１〜３、実施例６〜８及び比較例１２〜１
４により、Ｆｅ又はＣｒの含量が増加するとともにマト
リックスが硬くなる。また、実施例１，４、または、実
施例２，５などを比較することにより、ＣｏーＭｏーＣ
ｒーＳｉ系硬質粒子が増加するとともに硬くなることが
判明した。さらに、ＢＮを３％添加することにより硬度
Ｈｖが低下することが判明した。
【００２２】耐酸化試験は、供試試料を外径１６×内径
１０×長さ２０ｍｍの軸受形状に切削加工し、これを大
気雰囲気中９００℃に１０，２０，５０，１００時間の
各時間保持し、この後の重量増加から、加熱前と加熱後
の重量増加率、１００×（処理後重量ー処理前重量）／
処理前重量を求めた。この結果を表４に示す。
【００２３】
【表４】 この結果、１００時間後の重量増加率は、実施例１〜実
施例５では０．１〜０．３となり、比較例１２〜１６と
比較して、焼結後の熱間圧縮処理をしなくても耐酸化性
に優れていることが判明した。また、実施例１，４、ま
たは、実施例２，５などを比較することにより、Ｃｏー
ＭｏーＣｒーＳｉ系硬質粒子が増加するとともに酸化さ
れ易くなることが判明した。なお、熱間圧縮処理が施さ
れた実施例１１では、０．１とほとんど酸化しないこと
が判明した。また、ＢＮを添加した実施例６〜１０で
は、７００℃付近からＢＮが酸化するためにやや高い重
量増加率の値を示した。
【００２４】摺動特性試験は、供試試料を切削加工によ
り板状のテストピースを作成し、これに、硬度Ｈｖ２５
０のＳＵＳ３０４（成分Ｎｉ：９．３，Ｃｒ：１９残部
Ｆｅおよび不回避成分）の直径４ｍｍのピンを摺動相手
として摩擦摩耗試験により行った。２ｋｇの荷重をピン
に加えた上で平均速度１ｍ／ｍｉｎ．で１時間往復動を
繰り返すことにより行った。摺動特性試験の試験温度は
５００℃及び９００℃について行った。この結果を表５
に示す。
【００２５】
【表５】 摩擦係数は、５００℃よりも９００℃の方が摩擦係数が
小さくなる傾向を示すが、実施例１〜１１と比較例１２
〜１９の間には、大きな差異がみられなかった。また、
ピン摩耗体積では、５００℃、９００℃のいずれの温度
でも、比較例より実施例の方が小さな値を示し、相手材
のシャフトを摩耗しないことが判明した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 幸樹 名古屋市北区猿投町２番地 大同メタル 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−96014（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−17839（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−24249（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 19/00 - 19/07

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量比でＣｒ：２〜８％、Ｆｅ：２〜１
    ０％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｃｏ：２〜２２％、Ｍ
    ｏ：１．４〜１１％、残部Ｎｉと不可避不純物の成分組
    成を有し、マトリックス中に重量比で５〜３５％のＣｏ
    ーＭｏーＣｒーＳｉ系硬質粒子が分散している組織から
    なる高温用軸受合金。
  2. 【請求項２】 重量比でＣｒ：２〜８％、Ｆｅ：２〜１
    ０％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｃｏ：２〜２２％、Ｍ
    ｏ：１．４〜１１％、ＢＮ：１．５〜５％、残部Ｎｉと
    不可避不純物の成分組成を有し、マトリックス中に重量
    比で５〜３５％のＣｏーＭｏーＣｒーＳｉ系硬質粒子が
    分散している組織からなる高温用軸受合金。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の軸受合金
    からなる軸受と、この軸受に支持されるＨｖ１００〜３
    ００の硬度を有するシャフトからなる高温用摺動材料。
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