JP4109023B2 - 鉄系焼結摺動部材の製造方法及び鉄系焼結摺動部材 - Google Patents
鉄系焼結摺動部材の製造方法及び鉄系焼結摺動部材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4109023B2 JP4109023B2 JP2002175695A JP2002175695A JP4109023B2 JP 4109023 B2 JP4109023 B2 JP 4109023B2 JP 2002175695 A JP2002175695 A JP 2002175695A JP 2002175695 A JP2002175695 A JP 2002175695A JP 4109023 B2 JP4109023 B2 JP 4109023B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- iron
- component
- copper
- sliding member
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、鉄を主成分とする鉄系焼結摺動部材、具体的には素地（マトリックス）の組織がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、該素地中に炭素が分散含有されているとともに素地中に遊離セメンタイトの存在しない鉄系焼結摺動部材の製造方法及び鉄系焼結摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄系焼結摺動部材としては、鉄−銅−黒鉛系含油焼結摺動部材あるいは黒鉛の固体潤滑作用を利用した鉄−黒鉛系または鉄−銅−黒鉛系焼結摺動部材がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術における後者の鉄系焼結摺動部材においては、黒鉛の固体潤滑作用を得るには少なくとも３重量％以上の配合量が必要とされるが、この場合、鉄粉末と黒鉛粉末が焼結過程で反応して焼結組織中に高硬度の遊離セメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）を析出するという現象が現れる。この高硬度の遊離セメンタイトの組織中への析出は、相手材、例えば軸との摺動において当該相手材を損傷させるという欠点を惹起することになり、摺動部材においては極力避けなければならない重要な要素である。
【０００４】
この遊離セメンタイトの析出を防止する方法としては、鉄−黒鉛系焼結摺動部材においては、（１）黒鉛の配合量を少量（０．８２重量％以下）とすること、あるいは（２）遊離セメンタイトの析出し得ない低い温度で焼結すること、により一応の解決は見られるが、上記（１）の方法では配合した黒鉛の固体潤滑作用を期待することができず、また（２）の方法では焼結合金化が不充分で摺動部材としての機械的強度が低く、いずれの方法によっても得られた焼結摺動部材は黒鉛による固体潤滑作用を十分発揮させることができず、実用に供し難いという問題を残す。
【０００５】
さらに別の方法として、黒鉛粉末に銅メッキを施した、所謂被銅黒鉛粉末を使用することにより遊離セメンタイトの析出のない鉄系焼結摺動部材を得ることができるが、この方法においては（１）黒鉛粉末に予め銅メッキを施す工程を要し、コスト高になること、（２）すべての黒鉛粒子にもれなく銅メッキを施すことは工業的に困難であること、（３）上記（２）の結果として、焼結時に鉄と黒鉛との反応を生じ、遊離セメンタイトの析出を完全に防ぎ難いこと、などの問題がある。
【０００６】
また、鉄−炭素−Ｘ（金属元素）系の三元系の状態図から、アルミニウム、珪素、錫、チタンなどオーステナイト組織（γ相）にループができる金属元素を配合することにより、組織中に遊離セメンタイトの析出を防止できることが理論づけられている。しかしながら、これら金属元素を単体粉の形態で鉄−炭素系に配合する場合、単体粉の酸化の問題が生じ、該金属元素のフェライト相（α相）への拡散が十分行われず、結果として組織中に遊離セメンタイトが析出することになる。
【０００７】
上述した問題点に鑑み、本発明者らは上記三元系状態図からα相生成元素である珪素に着目し、これら金属元素を合金化させて合金粉の形態で鉄−炭素−Ｘ（金属元素）系に配合することにより、珪素はα相中への拡散が充分に行われ、組織中に遊離セメンタイトの析出しない鉄系焼結体が得られることを知見した。
【０００８】
そして、本願出願人はこの知見に基づき特願平１１−３０６８１２号（特開２００１−１２３２５３号：以下「先行技術」という）において、銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫母合金粉末と銅粉末と炭素粉末と鉄粉末とからなる鉄系焼結摺動部材であって、銅成分１５〜２５重量％、珪素成分１〜５重量％、錫成分１〜５重量％、炭素成分３〜１０重量％、残部鉄成分からなり、素地がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、該組織中に炭素成分が分散含有されている鉄系焼結摺動部材ならびにその製造方法を提案した。
【０００９】
この先行技術からなる鉄系焼結摺動部材は、その素地の組織をパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織に、それぞれ摺動部材の使用用途に応じて適宜制御可能であり、組織中に遊離セメンタイトを析出することなく多量の炭素（黒鉛）が分散含有されているので、該炭素の固体潤滑作用により自己潤滑性が付与されるとともに、潤滑油を含有した摺動部材においては炭素の固体潤滑作用と相俟って一層の自己潤滑作用の向上が図れるという作用効果を奏するものであった。
【００１０】
しかしながら、上述した鉄系焼結摺動部材はその製造方法においては、通常の鉄系焼結摺動部材の焼結温度である１１００〜１１５０℃の範囲で行なっており、当該焼結摺動部材の生産性、焼結炉の寿命などを考慮すると、必ずしも満足のいくものではない。この生産性の向上について、本発明者らはさらに研究を重ねた結果、先行技術の鉄系焼結摺動部材である銅成分１５〜２５重量％、珪素成分１〜５重量％、錫成分１〜５重量％、炭素成分３〜１０重量％、残部鉄成分に対し、一定割合のマンガン成分を配合することにより、鉄成分の素地（マトリックス）と銅−錫成分の液相の接触角を減少し得、かつ鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角を減少し得、銅−錫成分の液相が鉄成分の表面および鉄成分の接触部に速やかに広がる濡れ性が向上し、焼結合金化が促進されることを見出し、結果として先行技術における鉄系焼結摺動部材の摺動特性および機械的性質を損うことなく、低い焼結温度での製造を可能とし、生産性の向上を達成することができることを見出した。
【００１１】
本発明は、上記先行技術の改良に係るもので、生産性を向上させることのできる鉄系焼結摺動部材の製造方法及び鉄系焼結摺動部材を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明の第一の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法は、鉄粉末と、銅粉末と、銅−鉄−珪素−錫母合金粉末または銅−珪素−錫母合金粉末と、マンガン粉末または鉄−マンガン母合金粉末または銅−マンガン母合金粉末または銅−鉄−マンガン母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫−マンガン母合金粉末と、炭素粉末とを準備する工程と、これら粉末を、銅成分が１５〜２５重量％、珪素成分が１〜７重量％、錫成分が１〜５重量％、マンガン成分が０．１〜５重量％、炭素成分が３〜１０重量％、残部鉄成分となるように配合し、混合して混合粉末を形成する工程と、該混合粉末を金型に装填し、所望の圧力で成形して所望の形状の圧粉体を成形する工程と、この圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０００℃〜１０５０℃の温度で２０〜６０分間焼結する工程と、からなり、素地がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、該素地中に炭素成分が分散含有されていることを特徴とする。
【００１３】
第一の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法によれば、マンガン成分の配合により、主成分をなす鉄成分の素地（マトリックス）と銅−錫成分の液相の接触角を減少させ、かつ鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角を減少させるので、銅−錫成分の液相が鉄成分の表面および鉄成分の接触部に速やかに広がる濡れ性が向上し、焼結合金化が促進される。その結果、１０００℃〜１０５０℃の温度での焼結を可能とする。また、マンガン成分の配合により、鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角が減少することにより、炭素成分と鉄成分の素地との接触が分断されることと、α相生成元素である珪素及び錫成分が銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫−マンガン母合金粉末の形態で鉄成分に配合されるため、焼結過程において当該珪素及び錫成分は鉄成分に優先的に拡散固溶して合金化すること、から鉄成分の素地への炭素成分の拡散が阻害され、素地の組織中に遊離セメンタイトの析出を生じることがない。
【００１４】
本発明の第二の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法は、第一の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法において、炭素粉末は天然黒鉛およびまたは人造黒鉛からなる。
【００１５】
第二の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法によれば、得られた鉄系焼結摺動部材には天然または人造黒鉛が分散含有されることになり、鉄系焼結摺動部材に天然または人造黒鉛の固体潤滑作用により自己潤滑性が付与される。
【００１６】
本発明の第三の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法は、第一又は第二の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法において、圧粉体を焼結して鉄系焼結摺動部材を得たのち、これに含油処理を施すことにより、鉄系焼結摺動部材には１０〜２０ｖｏｌ％の割合で潤滑油が含油される。
【００１７】
第三の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法によれば、鉄系焼結摺動部材には含油処理により１０〜２０ｖｏｌ％の潤滑油が含油されるので、天然黒鉛およびまたは人造黒鉛の固体潤滑作用と相俟って鉄系焼結摺動部材の自己潤滑性がより一層高められる。
【００１８】
第四の態様の鉄系焼結摺動部材は、第一から第三のいずれかの態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法によって得られたものある。
【００１９】
第四の態様の鉄系焼結摺動部材によれば、鉄成分の素地中には遊離セメンタイトが析出していないこと、３〜１０重量％の炭素成分が分散含有されていること、さらには炭素成分に加えて潤滑油が１０〜２０ｖｏｌ％の割合で含有されたものにおいては相手材（例えば軸）との摩擦においては当該相手材を損傷させる虞がなく、また、部材中の炭素成分または炭素成分および潤滑油の含有により自己潤滑性が付与されているので、優れた摺動特性が発揮される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の鉄系焼結摺動部材の製造方法において使用される各成分組成について説明する。
【００２１】
＜銅−珪素−錫合金粉末あるいは鉄−銅−珪素−錫合金粉末について＞
本発明においては、珪素及び錫成分は、銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫母合金粉末の形態で使用される。
【００２２】
合金中の銅−錫成分は、焼結過程において液相を生じて結合材としての役割を果たす。この銅−錫成分の液相は後述するマンガン成分により、鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の接触角が減少し、かつ鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角が減少するので、銅−錫成分の液相は鉄成分の表面および鉄成分の接触部に速やかに広がる濡れ性を向上させる。そして、焼結体を緻密化させて機械的強度および靭性を向上させるとともに鉄系焼結摺動部材の摺動性能を向上させる。
【００２３】
合金中の珪素成分は、主成分をなす鉄成分と親和性が良好で、焼結過程において鉄成分に拡散固溶して合金化する。
【００２４】
本発明で使用する合金の成分組成を例示すると、（１）銅７４重量％−珪素１３重量％−錫１３重量％、（２）銅６４重量％−珪素１２重量％−錫２４重量％、（３）鉄３０重量％−銅３４重量％−珪素１２重量％−錫２４重量％の合金などである。
【００２５】
＜マンガン粉末について＞
マンガン成分は、主成分をなす鉄成分の素地（マトリックス）と前述した銅−錫成分の液相の接触角を減少させ、かつ鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角を減少させるので、銅−錫成分の液相が鉄成分の表面および鉄成分の接触部に速やかに広がる濡れ性を向上させ、焼結合金化を促進させる役割を果たす。また、成分中の珪素成分と錫成分を一定量配合したものにおいては、マンガン成分の配合量によって素地の組織をパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存する組織に制御することが可能となる。そして、マンガン成分の配合量は０．１〜５重量％が適当である。配合量が０．１重量％未満では上述した役割が十分発揮されず、また５重量％を超えて配合しても、上記作用効果のそれ以上の効果は得られない。マンガン成分は、マンガン粉末単体での配合の他に、銅−マンガン母合金粉末、鉄−マンガン母合金粉末、銅−鉄−マンガン母合金粉末、鉄−銅−珪素−錫−マンガン母合金粉末の形態で配合することができる。
【００２６】
マンガン成分を含む母合金の成分組成を例示すると、（１）銅７５重量％−マンガン２５重量％の母合金粉末、（２）鉄２０〜２５重量％−マンガン８０〜７５重量％の母合金粉末、（３）鉄３〜５重量％−マンガン４〜６重量％−銅８９〜９１重量％の母合金粉末、（４）鉄２４重量％−銅―２８重量％−珪素１２重量％−錫２４重量％−マンガン１２重量％の母合金粉末などである。
【００２７】
＜炭素粉末について＞
炭素成分は、本発明においては天然黒鉛およびまたは人造黒鉛が使用される。炭素成分はパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織に分散含有されて固体潤滑作用をなすもので、この固体潤滑作用を発揮させるためには少なくとも３重量％の配合量が必要とされる。また、素地がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、遊離セメンタイトの析出を生じないため、該炭素粉末を１０重量％もの多量の配合が可能となる。しかし、１０重量％を超えて配合すると、摺動部材としての機械的強度が損なわれるため、その配合量は１０重量％が限度である。
【００２８】
この炭素粉末を３〜１０重量％含有するにも係らず素地中に遊離セメンタイトを析出しない理由は、焼結過程において、マンガン成分により鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角が減少し、炭素成分と鉄成分の素地との接触が分断されることと、α相生成元素である珪素および錫成分が銅−珪素−錫の母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫の母合金粉末あるいは鉄−銅−珪素−錫−マンガンの母合金粉末の形態で配合されるため、珪素および錫成分が鉄成分に優先的に固溶すること、から鉄成分の素地への炭素成分の拡散固溶が阻害されるためであると推察される。
【００２９】
＜銅粉末について＞
本発明においては、上記銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫−マンガン母合金粉末と炭素粉末と鉄粉末を混合してなる混合粉末の成形性を高めるために、銅粉末が配合される。
【００３０】
本発明における各成分の形態としては、鉄粉末は平均粒径１００μｍの還元鉄粉末が、銅粉末は平均粒径７５μｍの電解銅粉末が、銅−珪素−錫の母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫の母合金粉末あるいは鉄−銅−珪素−錫−マンガンの母合金粉末は平均粒径１６μｍのアトマイズ合金粉末が、マンガン粉末を単体で配合する場合の当該マンガン粉末は平均粒径１０μｍのスタンプマンガン粉末が使用される。また、炭素粉末はその粒径が７５〜３００μmの天然黒鉛およびまたは人造黒鉛が使用される。
【００３１】
つぎに、鉄系焼結摺動部材の製造方法の一例について説明する。
【００３２】
主成分をなす鉄粉末に対し、炭素粉末３〜１０重量％と、銅−珪素−錫の母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫の母合金粉末と、銅粉末を、銅成分として１５〜２５重量％、珪素成分として１〜７重量％、錫成分として１〜５重量％となるように配合し、さらにマンガン粉末０．１〜５重量％を配合し、混合して混合粉末を形成する。ついで、該混合粉末を金型に装填して所望の形状の圧粉体を成形し、この圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０００℃〜１０５０℃の温度で２０〜６０分間焼結し、その後炉から取出し、鉄系焼結摺動部材素材を得る。その後、この鉄系焼結摺動部材素材に必要に応じて機械加工を施し、所望の寸法に加工して鉄系焼結摺動部材を得る。ここで、中性もしくは還元性雰囲気としては、アンモニア分解ガス、炭化水素分解ガス、窒素ガス、水素ガスなどが使用される。
【００３３】
上述した製造方法において、焼結温度は、通常の鉄系焼結材料における焼結温度（１１００〜１１５０℃）よりも低い１０００℃〜１０５０℃の温度で行われる。これは、成分中のマンガン成分により鉄成分の素地（マトリックス）と銅−錫成分の液相の接触角を減少し得、かつ鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角を減少し得、銅−錫成分の液相が鉄成分の表面および鉄成分の接触部に速やかに広がる濡れ性が向上するとともに、珪素およびマンガン成分は液相を介しての拡散となるため、鉄の素地中に短時間で速やかに拡散し、焼結合金化が促進されるためである。したがって、低い焼結温度での製造を可能とし、生産性の向上を達成することができる。
【００３４】
このようにして得た鉄系焼結摺動部材は、その素地の組織がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、該組織中に炭素が分散含有されている。また、成分中のマンガン成分により、（１）鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角が減少することにより、炭素成分と鉄成分の素地との接触が分断されること、（２）α相生成元素である珪素及び錫成分が銅−珪素−錫の母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫の母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫−マンガンの母合金粉末の形態で鉄成分に配合されるため、焼結過程において当該珪素及び錫成分は鉄成分に優先的に拡散固溶して合金化すること、から鉄成分の素地への炭素成分の拡散が阻害され、素地の組織中に遊離セメンタイトの析出を生じることがない。
【００３５】
上記製造方法で得た鉄系焼結摺動部材は、その使用目的、用途に応じて含油処理を施し、含油焼結摺動部材としての適用が可能である。この含油焼結摺動部材においては、該焼結摺動部材中に含油される潤滑油の含油量が１０〜２０ｖｏｌ％であり、焼結摺動部材に含有された炭素成分の固体潤滑作用と相俟って該摺動部材により一層の自己潤滑性を付与することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の鉄系焼結摺動部材の製造方法および鉄系焼結摺動部材をその実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に何等限定されないのである。
【００３７】
実施例１〜６
平均粒径１００μｍの還元鉄粉末７３〜７５．８重量％に対し、平均粒径１６μｍの銅７４重量％−珪素１３重量％−錫１３重量％のアトマイズ合金粉末を、銅成分として５．７重量％、珪素成分として１重量％、錫成分として１重量％となるように７．７重量％配合し、さらに平均粒径７５μｍの電解銅粉末を１１．３重量％および平均粒径１０μｍの搗砕マンガン粉末を０．２〜３重量％配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合したのち、炭素粉末として、７５μｍ以上３００μｍ以下の天然黒鉛粉末を５重量％配合し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合して混合粉末〔（１）鉄成分：７５．８重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：０．２重量％、炭素成分：５重量％、（２）鉄成分：７５．４重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：０．６重量％、炭素成分：５重量％、（３）鉄成分：７５重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：１重量％、炭素成分：５重量％、（４）鉄成分：７４．６重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：１．４重量％、炭素成分：５重量％、（５）鉄成分：７４重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：２重量％、炭素成分：５重量％、（６）鉄成分：７３重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：３重量％、炭素成分：５重量％〕を得た。
【００３８】
ついで、これらの混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して円筒状圧粉体を得た。これらの円筒状圧粉体をそれぞれアンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、１０２０℃の温度で２０分間焼結したのち炉から取出し、鉄系焼結摺動部材素材を得た。この鉄系焼結摺動部材素材に機械加工を施し、それぞれ内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍ、長さ１５ｍｍの鉄系焼結摺動部材を得た。
【００３９】
これらの鉄系焼結摺動部材に含油処理を施した。このようにして得た鉄系焼結摺動部材の成分組成、密度、含油率および素地の組織を表１に示す。
【００４０】
【表１】
表１中、Ｆｅは鉄成分を、Ｃｕは銅成分を、Ｓｉは珪素成分を、Ｓｎは錫成分を、Ｍｎはマンガン成分を、Ｃは炭素成分をそれぞれ示す。密度の単位はｇ／ｃｍ３で、含油率はｖｏｌ％で示す。
【００４１】
実施例７〜１２
平均粒径１００μｍの還元鉄粉末６９．５〜７２．３重量％に対し、平均粒径１６μｍの鉄３０重量％−銅３４重量％−珪素１２重量％−錫２４重量％のアトマイズ合金粉末を８．３３重量％（鉄成分：２．５重量％、銅成分：２．８３重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％）配合し、さらに平均粒径７５μｍの電解銅粉末を１４．１７重量％および平均粒径１０μｍの搗砕マンガン粉末を０．２〜３重量％配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合したのち、炭素粉末として、７５μｍ以上３００μｍ以下の天然黒鉛粉末を５重量％配合し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合して混合粉末〔（７）鉄成分：７４．８重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：０．２重量％、炭素成分：５重量％、（８）鉄成分：７４．４重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：０．６重量％、炭素成分：５重量％、（９）鉄成分：７４重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：１重量％、炭素成分：５重量％、（１０）鉄成分：７３．６重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：１．４重量％、炭素成分：５重量％、（１１）鉄成分：７３重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：２重量％、炭素成分：５重量％、（１２）鉄成分：７２重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：３重量％、炭素成分：５重量％〕を得た。
【００４２】
ついで、これらの混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して円筒状圧粉体を得た。この円筒状圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、１０００℃の温度で２０分間焼結したのち炉から取出し、鉄系焼結摺動部材素材を得た。この鉄系焼結摺動部材素材に機械加工を施し、それぞれ内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍ、長さ１５ｍｍの鉄系焼結摺動部材を得た。
【００４３】
このようにして得た鉄系焼結摺動部材の成分組成、密度および素地の組織を表２に示す。
【００４４】
【表２】
表２中、Ｆｅは鉄成分を、Ｃｕは銅成分を、Ｓｉは珪素成分を、Ｓｎは錫成分を、Ｍｎはマンガン成分を、Ｃは炭素成分をそれぞれ示す。密度の単位はｇ／ｃｍ３で、含油率はｖｏｌ％で示す。
【００４５】
比較例１
銅粉末５重量％、天然黒鉛粉末０．６重量％、不可避的不純物粉末３重量％、残部鉄粉末をＶ型ミキサーにて２０分間混合し混合粉末を得た。ついで、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して円筒状圧粉体を得た。この円筒状圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、１１４０℃の温度で３０分間焼結したのち炉から取出し、鉄系焼結摺動部材素材を得た。この鉄系焼結摺動部材素材に機械加工を施し、内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍ、長さ１５ｍｍの鉄系焼結摺動部材を得た。この鉄系焼結摺動部材の密度は５．６５ｇ／ｃｍ３であった。
【００４６】
この鉄系焼結摺動部材の素地の組織はパーライトとフェライトが共存する組織を呈し、組織中に遊離セメンタイトの析出はないことを確認した。ついで、該鉄系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率２０．０ｖｏｌ％の含油鉄系焼結摺動部材を得た。
【００４７】
比較例２
平均粒径１００μｍの還元鉄粉末７５重量％に対し、平均粒径１６μｍの鉄３０重量％−銅３４重量％−珪素１２重量％−錫２４重量％のアトマイズ合金粉末を８．３３重量％（鉄成分：２．５重量％、銅成分：２．８３重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％）配合し、さらに平均粒径７５μｍの電解銅粉末を１４．１７重量％配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合したのち、炭素粉末として、７５μｍ以上３００μｍ以下の粒度を有する天然黒鉛粉末を５重量％配合し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合して混合粉末（鉄成分：７５重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、炭素成分：５重量％）を得た。ついで、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して円筒状圧粉体を得た。この円筒状圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、１１００℃の温度で３０分間焼結したのち炉から取出し、鉄系焼結摺動部材素材を得た。この鉄系焼結摺動部材素材に機械加工を施し、内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍ、長さ１５ｍｍの鉄系焼結摺動部材を得た。
【００４８】
この鉄系焼結摺動部材の密度は５．８３ｇ／ｃｍ３を示し、鉄系焼結摺動部材の素地の組織はパーライト組織であった。ついで、この鉄系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１６．８ｖｏｌ％の含油鉄系焼結摺動部材を得た。
【００４９】
つぎに、前記実施例１、３、５、８、１０および比較例１、２で得た含油鉄系焼結摺動部材の摺動特性について、下記の条件で試験した結果を説明する。
＜試験条件＞
すべり速度 ２ｍ／ｍｉｎ
負荷面圧 ２５０ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ２０時間
試験方法 ジャーナル回転試験（相手軸連続回転運動）
【００５０】
上記試験条件で行なった摺動特性の試験結果は表３に示すとおりである。
【００５１】
【表３】
表３中、摺動部材摩耗量および相手軸摩耗量は試験時間２０時間後の寸法変化量を示したもので、その単位はｍｍである。
【００５２】
上述した試験結果から、実施例１、３、５、８、１０の含油鉄系焼結摺動部材と比較例２（先行技術の含油鉄系焼結摺動部材に相当）の含油鉄系焼結摺動部材は、いずれも摩擦係数が低く、とくに相手軸の摩耗量は極めて低い値を示した。試験後の相手軸表面には、該摺動部材に含有されている炭素（黒鉛）の固体潤滑作用による黒鉛被膜が形成されていることが確認され、結果として相手軸の摩耗量を低く抑えることができたものと推察される。一方、比較例１の含油鉄系焼結摺動部材は、試験開始後８時間で摩擦係数が０．３を超えたため、その時点で試験を中止した。したがって、表３中の比較例１については、摺動部材摩耗量および相手軸摩耗量は測定できなかったので、表３には値は示していない。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の鉄系焼結摺動部材の製造方法においては、先行技術および通常の鉄系焼結摺動部材の製造方法における焼結温度を最大で１５０℃下げることができ、生産性を大幅に向上させ得るものである。また、得られた鉄系焼結摺動部材の摺動特性は、先行技術の鉄系焼結摺動部材の摺動特性を損なうことなく同等の特性を有するものである。
【発明が属する技術分野】
本発明は、鉄を主成分とする鉄系焼結摺動部材、具体的には素地（マトリックス）の組織がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、該素地中に炭素が分散含有されているとともに素地中に遊離セメンタイトの存在しない鉄系焼結摺動部材の製造方法及び鉄系焼結摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄系焼結摺動部材としては、鉄−銅−黒鉛系含油焼結摺動部材あるいは黒鉛の固体潤滑作用を利用した鉄−黒鉛系または鉄−銅−黒鉛系焼結摺動部材がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術における後者の鉄系焼結摺動部材においては、黒鉛の固体潤滑作用を得るには少なくとも３重量％以上の配合量が必要とされるが、この場合、鉄粉末と黒鉛粉末が焼結過程で反応して焼結組織中に高硬度の遊離セメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）を析出するという現象が現れる。この高硬度の遊離セメンタイトの組織中への析出は、相手材、例えば軸との摺動において当該相手材を損傷させるという欠点を惹起することになり、摺動部材においては極力避けなければならない重要な要素である。
【０００４】
この遊離セメンタイトの析出を防止する方法としては、鉄−黒鉛系焼結摺動部材においては、（１）黒鉛の配合量を少量（０．８２重量％以下）とすること、あるいは（２）遊離セメンタイトの析出し得ない低い温度で焼結すること、により一応の解決は見られるが、上記（１）の方法では配合した黒鉛の固体潤滑作用を期待することができず、また（２）の方法では焼結合金化が不充分で摺動部材としての機械的強度が低く、いずれの方法によっても得られた焼結摺動部材は黒鉛による固体潤滑作用を十分発揮させることができず、実用に供し難いという問題を残す。
【０００５】
さらに別の方法として、黒鉛粉末に銅メッキを施した、所謂被銅黒鉛粉末を使用することにより遊離セメンタイトの析出のない鉄系焼結摺動部材を得ることができるが、この方法においては（１）黒鉛粉末に予め銅メッキを施す工程を要し、コスト高になること、（２）すべての黒鉛粒子にもれなく銅メッキを施すことは工業的に困難であること、（３）上記（２）の結果として、焼結時に鉄と黒鉛との反応を生じ、遊離セメンタイトの析出を完全に防ぎ難いこと、などの問題がある。
【０００６】
また、鉄−炭素−Ｘ（金属元素）系の三元系の状態図から、アルミニウム、珪素、錫、チタンなどオーステナイト組織（γ相）にループができる金属元素を配合することにより、組織中に遊離セメンタイトの析出を防止できることが理論づけられている。しかしながら、これら金属元素を単体粉の形態で鉄−炭素系に配合する場合、単体粉の酸化の問題が生じ、該金属元素のフェライト相（α相）への拡散が十分行われず、結果として組織中に遊離セメンタイトが析出することになる。
【０００７】
上述した問題点に鑑み、本発明者らは上記三元系状態図からα相生成元素である珪素に着目し、これら金属元素を合金化させて合金粉の形態で鉄−炭素−Ｘ（金属元素）系に配合することにより、珪素はα相中への拡散が充分に行われ、組織中に遊離セメンタイトの析出しない鉄系焼結体が得られることを知見した。
【０００８】
そして、本願出願人はこの知見に基づき特願平１１−３０６８１２号（特開２００１−１２３２５３号：以下「先行技術」という）において、銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫母合金粉末と銅粉末と炭素粉末と鉄粉末とからなる鉄系焼結摺動部材であって、銅成分１５〜２５重量％、珪素成分１〜５重量％、錫成分１〜５重量％、炭素成分３〜１０重量％、残部鉄成分からなり、素地がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、該組織中に炭素成分が分散含有されている鉄系焼結摺動部材ならびにその製造方法を提案した。
【０００９】
この先行技術からなる鉄系焼結摺動部材は、その素地の組織をパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織に、それぞれ摺動部材の使用用途に応じて適宜制御可能であり、組織中に遊離セメンタイトを析出することなく多量の炭素（黒鉛）が分散含有されているので、該炭素の固体潤滑作用により自己潤滑性が付与されるとともに、潤滑油を含有した摺動部材においては炭素の固体潤滑作用と相俟って一層の自己潤滑作用の向上が図れるという作用効果を奏するものであった。
【００１０】
しかしながら、上述した鉄系焼結摺動部材はその製造方法においては、通常の鉄系焼結摺動部材の焼結温度である１１００〜１１５０℃の範囲で行なっており、当該焼結摺動部材の生産性、焼結炉の寿命などを考慮すると、必ずしも満足のいくものではない。この生産性の向上について、本発明者らはさらに研究を重ねた結果、先行技術の鉄系焼結摺動部材である銅成分１５〜２５重量％、珪素成分１〜５重量％、錫成分１〜５重量％、炭素成分３〜１０重量％、残部鉄成分に対し、一定割合のマンガン成分を配合することにより、鉄成分の素地（マトリックス）と銅−錫成分の液相の接触角を減少し得、かつ鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角を減少し得、銅−錫成分の液相が鉄成分の表面および鉄成分の接触部に速やかに広がる濡れ性が向上し、焼結合金化が促進されることを見出し、結果として先行技術における鉄系焼結摺動部材の摺動特性および機械的性質を損うことなく、低い焼結温度での製造を可能とし、生産性の向上を達成することができることを見出した。
【００１１】
本発明は、上記先行技術の改良に係るもので、生産性を向上させることのできる鉄系焼結摺動部材の製造方法及び鉄系焼結摺動部材を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明の第一の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法は、鉄粉末と、銅粉末と、銅−鉄−珪素−錫母合金粉末または銅−珪素−錫母合金粉末と、マンガン粉末または鉄−マンガン母合金粉末または銅−マンガン母合金粉末または銅−鉄−マンガン母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫−マンガン母合金粉末と、炭素粉末とを準備する工程と、これら粉末を、銅成分が１５〜２５重量％、珪素成分が１〜７重量％、錫成分が１〜５重量％、マンガン成分が０．１〜５重量％、炭素成分が３〜１０重量％、残部鉄成分となるように配合し、混合して混合粉末を形成する工程と、該混合粉末を金型に装填し、所望の圧力で成形して所望の形状の圧粉体を成形する工程と、この圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０００℃〜１０５０℃の温度で２０〜６０分間焼結する工程と、からなり、素地がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、該素地中に炭素成分が分散含有されていることを特徴とする。
【００１３】
第一の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法によれば、マンガン成分の配合により、主成分をなす鉄成分の素地（マトリックス）と銅−錫成分の液相の接触角を減少させ、かつ鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角を減少させるので、銅−錫成分の液相が鉄成分の表面および鉄成分の接触部に速やかに広がる濡れ性が向上し、焼結合金化が促進される。その結果、１０００℃〜１０５０℃の温度での焼結を可能とする。また、マンガン成分の配合により、鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角が減少することにより、炭素成分と鉄成分の素地との接触が分断されることと、α相生成元素である珪素及び錫成分が銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫−マンガン母合金粉末の形態で鉄成分に配合されるため、焼結過程において当該珪素及び錫成分は鉄成分に優先的に拡散固溶して合金化すること、から鉄成分の素地への炭素成分の拡散が阻害され、素地の組織中に遊離セメンタイトの析出を生じることがない。
【００１４】
本発明の第二の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法は、第一の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法において、炭素粉末は天然黒鉛およびまたは人造黒鉛からなる。
【００１５】
第二の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法によれば、得られた鉄系焼結摺動部材には天然または人造黒鉛が分散含有されることになり、鉄系焼結摺動部材に天然または人造黒鉛の固体潤滑作用により自己潤滑性が付与される。
【００１６】
本発明の第三の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法は、第一又は第二の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法において、圧粉体を焼結して鉄系焼結摺動部材を得たのち、これに含油処理を施すことにより、鉄系焼結摺動部材には１０〜２０ｖｏｌ％の割合で潤滑油が含油される。
【００１７】
第三の態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法によれば、鉄系焼結摺動部材には含油処理により１０〜２０ｖｏｌ％の潤滑油が含油されるので、天然黒鉛およびまたは人造黒鉛の固体潤滑作用と相俟って鉄系焼結摺動部材の自己潤滑性がより一層高められる。
【００１８】
第四の態様の鉄系焼結摺動部材は、第一から第三のいずれかの態様の鉄系焼結摺動部材の製造方法によって得られたものある。
【００１９】
第四の態様の鉄系焼結摺動部材によれば、鉄成分の素地中には遊離セメンタイトが析出していないこと、３〜１０重量％の炭素成分が分散含有されていること、さらには炭素成分に加えて潤滑油が１０〜２０ｖｏｌ％の割合で含有されたものにおいては相手材（例えば軸）との摩擦においては当該相手材を損傷させる虞がなく、また、部材中の炭素成分または炭素成分および潤滑油の含有により自己潤滑性が付与されているので、優れた摺動特性が発揮される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の鉄系焼結摺動部材の製造方法において使用される各成分組成について説明する。
【００２１】
＜銅−珪素−錫合金粉末あるいは鉄−銅−珪素−錫合金粉末について＞
本発明においては、珪素及び錫成分は、銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫母合金粉末の形態で使用される。
【００２２】
合金中の銅−錫成分は、焼結過程において液相を生じて結合材としての役割を果たす。この銅−錫成分の液相は後述するマンガン成分により、鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の接触角が減少し、かつ鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角が減少するので、銅−錫成分の液相は鉄成分の表面および鉄成分の接触部に速やかに広がる濡れ性を向上させる。そして、焼結体を緻密化させて機械的強度および靭性を向上させるとともに鉄系焼結摺動部材の摺動性能を向上させる。
【００２３】
合金中の珪素成分は、主成分をなす鉄成分と親和性が良好で、焼結過程において鉄成分に拡散固溶して合金化する。
【００２４】
本発明で使用する合金の成分組成を例示すると、（１）銅７４重量％−珪素１３重量％−錫１３重量％、（２）銅６４重量％−珪素１２重量％−錫２４重量％、（３）鉄３０重量％−銅３４重量％−珪素１２重量％−錫２４重量％の合金などである。
【００２５】
＜マンガン粉末について＞
マンガン成分は、主成分をなす鉄成分の素地（マトリックス）と前述した銅−錫成分の液相の接触角を減少させ、かつ鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角を減少させるので、銅−錫成分の液相が鉄成分の表面および鉄成分の接触部に速やかに広がる濡れ性を向上させ、焼結合金化を促進させる役割を果たす。また、成分中の珪素成分と錫成分を一定量配合したものにおいては、マンガン成分の配合量によって素地の組織をパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存する組織に制御することが可能となる。そして、マンガン成分の配合量は０．１〜５重量％が適当である。配合量が０．１重量％未満では上述した役割が十分発揮されず、また５重量％を超えて配合しても、上記作用効果のそれ以上の効果は得られない。マンガン成分は、マンガン粉末単体での配合の他に、銅−マンガン母合金粉末、鉄−マンガン母合金粉末、銅−鉄−マンガン母合金粉末、鉄−銅−珪素−錫−マンガン母合金粉末の形態で配合することができる。
【００２６】
マンガン成分を含む母合金の成分組成を例示すると、（１）銅７５重量％−マンガン２５重量％の母合金粉末、（２）鉄２０〜２５重量％−マンガン８０〜７５重量％の母合金粉末、（３）鉄３〜５重量％−マンガン４〜６重量％−銅８９〜９１重量％の母合金粉末、（４）鉄２４重量％−銅―２８重量％−珪素１２重量％−錫２４重量％−マンガン１２重量％の母合金粉末などである。
【００２７】
＜炭素粉末について＞
炭素成分は、本発明においては天然黒鉛およびまたは人造黒鉛が使用される。炭素成分はパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織に分散含有されて固体潤滑作用をなすもので、この固体潤滑作用を発揮させるためには少なくとも３重量％の配合量が必要とされる。また、素地がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、遊離セメンタイトの析出を生じないため、該炭素粉末を１０重量％もの多量の配合が可能となる。しかし、１０重量％を超えて配合すると、摺動部材としての機械的強度が損なわれるため、その配合量は１０重量％が限度である。
【００２８】
この炭素粉末を３〜１０重量％含有するにも係らず素地中に遊離セメンタイトを析出しない理由は、焼結過程において、マンガン成分により鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角が減少し、炭素成分と鉄成分の素地との接触が分断されることと、α相生成元素である珪素および錫成分が銅−珪素−錫の母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫の母合金粉末あるいは鉄−銅−珪素−錫−マンガンの母合金粉末の形態で配合されるため、珪素および錫成分が鉄成分に優先的に固溶すること、から鉄成分の素地への炭素成分の拡散固溶が阻害されるためであると推察される。
【００２９】
＜銅粉末について＞
本発明においては、上記銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫−マンガン母合金粉末と炭素粉末と鉄粉末を混合してなる混合粉末の成形性を高めるために、銅粉末が配合される。
【００３０】
本発明における各成分の形態としては、鉄粉末は平均粒径１００μｍの還元鉄粉末が、銅粉末は平均粒径７５μｍの電解銅粉末が、銅−珪素−錫の母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫の母合金粉末あるいは鉄−銅−珪素−錫−マンガンの母合金粉末は平均粒径１６μｍのアトマイズ合金粉末が、マンガン粉末を単体で配合する場合の当該マンガン粉末は平均粒径１０μｍのスタンプマンガン粉末が使用される。また、炭素粉末はその粒径が７５〜３００μmの天然黒鉛およびまたは人造黒鉛が使用される。
【００３１】
つぎに、鉄系焼結摺動部材の製造方法の一例について説明する。
【００３２】
主成分をなす鉄粉末に対し、炭素粉末３〜１０重量％と、銅−珪素−錫の母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫の母合金粉末と、銅粉末を、銅成分として１５〜２５重量％、珪素成分として１〜７重量％、錫成分として１〜５重量％となるように配合し、さらにマンガン粉末０．１〜５重量％を配合し、混合して混合粉末を形成する。ついで、該混合粉末を金型に装填して所望の形状の圧粉体を成形し、この圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０００℃〜１０５０℃の温度で２０〜６０分間焼結し、その後炉から取出し、鉄系焼結摺動部材素材を得る。その後、この鉄系焼結摺動部材素材に必要に応じて機械加工を施し、所望の寸法に加工して鉄系焼結摺動部材を得る。ここで、中性もしくは還元性雰囲気としては、アンモニア分解ガス、炭化水素分解ガス、窒素ガス、水素ガスなどが使用される。
【００３３】
上述した製造方法において、焼結温度は、通常の鉄系焼結材料における焼結温度（１１００〜１１５０℃）よりも低い１０００℃〜１０５０℃の温度で行われる。これは、成分中のマンガン成分により鉄成分の素地（マトリックス）と銅−錫成分の液相の接触角を減少し得、かつ鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角を減少し得、銅−錫成分の液相が鉄成分の表面および鉄成分の接触部に速やかに広がる濡れ性が向上するとともに、珪素およびマンガン成分は液相を介しての拡散となるため、鉄の素地中に短時間で速やかに拡散し、焼結合金化が促進されるためである。したがって、低い焼結温度での製造を可能とし、生産性の向上を達成することができる。
【００３４】
このようにして得た鉄系焼結摺動部材は、その素地の組織がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、該組織中に炭素が分散含有されている。また、成分中のマンガン成分により、（１）鉄成分の素地と銅−錫成分の液相の二面角が減少することにより、炭素成分と鉄成分の素地との接触が分断されること、（２）α相生成元素である珪素及び錫成分が銅−珪素−錫の母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫の母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫−マンガンの母合金粉末の形態で鉄成分に配合されるため、焼結過程において当該珪素及び錫成分は鉄成分に優先的に拡散固溶して合金化すること、から鉄成分の素地への炭素成分の拡散が阻害され、素地の組織中に遊離セメンタイトの析出を生じることがない。
【００３５】
上記製造方法で得た鉄系焼結摺動部材は、その使用目的、用途に応じて含油処理を施し、含油焼結摺動部材としての適用が可能である。この含油焼結摺動部材においては、該焼結摺動部材中に含油される潤滑油の含油量が１０〜２０ｖｏｌ％であり、焼結摺動部材に含有された炭素成分の固体潤滑作用と相俟って該摺動部材により一層の自己潤滑性を付与することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の鉄系焼結摺動部材の製造方法および鉄系焼結摺動部材をその実施例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に何等限定されないのである。
【００３７】
実施例１〜６
平均粒径１００μｍの還元鉄粉末７３〜７５．８重量％に対し、平均粒径１６μｍの銅７４重量％−珪素１３重量％−錫１３重量％のアトマイズ合金粉末を、銅成分として５．７重量％、珪素成分として１重量％、錫成分として１重量％となるように７．７重量％配合し、さらに平均粒径７５μｍの電解銅粉末を１１．３重量％および平均粒径１０μｍの搗砕マンガン粉末を０．２〜３重量％配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合したのち、炭素粉末として、７５μｍ以上３００μｍ以下の天然黒鉛粉末を５重量％配合し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合して混合粉末〔（１）鉄成分：７５．８重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：０．２重量％、炭素成分：５重量％、（２）鉄成分：７５．４重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：０．６重量％、炭素成分：５重量％、（３）鉄成分：７５重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：１重量％、炭素成分：５重量％、（４）鉄成分：７４．６重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：１．４重量％、炭素成分：５重量％、（５）鉄成分：７４重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：２重量％、炭素成分：５重量％、（６）鉄成分：７３重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：１重量％、マンガン成分：３重量％、炭素成分：５重量％〕を得た。
【００３８】
ついで、これらの混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して円筒状圧粉体を得た。これらの円筒状圧粉体をそれぞれアンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、１０２０℃の温度で２０分間焼結したのち炉から取出し、鉄系焼結摺動部材素材を得た。この鉄系焼結摺動部材素材に機械加工を施し、それぞれ内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍ、長さ１５ｍｍの鉄系焼結摺動部材を得た。
【００３９】
これらの鉄系焼結摺動部材に含油処理を施した。このようにして得た鉄系焼結摺動部材の成分組成、密度、含油率および素地の組織を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
実施例７〜１２
平均粒径１００μｍの還元鉄粉末６９．５〜７２．３重量％に対し、平均粒径１６μｍの鉄３０重量％−銅３４重量％−珪素１２重量％−錫２４重量％のアトマイズ合金粉末を８．３３重量％（鉄成分：２．５重量％、銅成分：２．８３重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％）配合し、さらに平均粒径７５μｍの電解銅粉末を１４．１７重量％および平均粒径１０μｍの搗砕マンガン粉末を０．２〜３重量％配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合したのち、炭素粉末として、７５μｍ以上３００μｍ以下の天然黒鉛粉末を５重量％配合し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合して混合粉末〔（７）鉄成分：７４．８重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：０．２重量％、炭素成分：５重量％、（８）鉄成分：７４．４重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：０．６重量％、炭素成分：５重量％、（９）鉄成分：７４重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：１重量％、炭素成分：５重量％、（１０）鉄成分：７３．６重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：１．４重量％、炭素成分：５重量％、（１１）鉄成分：７３重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：２重量％、炭素成分：５重量％、（１２）鉄成分：７２重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、マンガン成分：３重量％、炭素成分：５重量％〕を得た。
【００４２】
ついで、これらの混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して円筒状圧粉体を得た。この円筒状圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、１０００℃の温度で２０分間焼結したのち炉から取出し、鉄系焼結摺動部材素材を得た。この鉄系焼結摺動部材素材に機械加工を施し、それぞれ内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍ、長さ１５ｍｍの鉄系焼結摺動部材を得た。
【００４３】
このようにして得た鉄系焼結摺動部材の成分組成、密度および素地の組織を表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
比較例１
銅粉末５重量％、天然黒鉛粉末０．６重量％、不可避的不純物粉末３重量％、残部鉄粉末をＶ型ミキサーにて２０分間混合し混合粉末を得た。ついで、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して円筒状圧粉体を得た。この円筒状圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、１１４０℃の温度で３０分間焼結したのち炉から取出し、鉄系焼結摺動部材素材を得た。この鉄系焼結摺動部材素材に機械加工を施し、内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍ、長さ１５ｍｍの鉄系焼結摺動部材を得た。この鉄系焼結摺動部材の密度は５．６５ｇ／ｃｍ３であった。
【００４６】
この鉄系焼結摺動部材の素地の組織はパーライトとフェライトが共存する組織を呈し、組織中に遊離セメンタイトの析出はないことを確認した。ついで、該鉄系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率２０．０ｖｏｌ％の含油鉄系焼結摺動部材を得た。
【００４７】
比較例２
平均粒径１００μｍの還元鉄粉末７５重量％に対し、平均粒径１６μｍの鉄３０重量％−銅３４重量％−珪素１２重量％−錫２４重量％のアトマイズ合金粉末を８．３３重量％（鉄成分：２．５重量％、銅成分：２．８３重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％）配合し、さらに平均粒径７５μｍの電解銅粉末を１４．１７重量％配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合したのち、炭素粉末として、７５μｍ以上３００μｍ以下の粒度を有する天然黒鉛粉末を５重量％配合し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合して混合粉末（鉄成分：７５重量％、銅成分：１７重量％、珪素成分：１重量％、錫成分：２重量％、炭素成分：５重量％）を得た。ついで、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して円筒状圧粉体を得た。この円筒状圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、１１００℃の温度で３０分間焼結したのち炉から取出し、鉄系焼結摺動部材素材を得た。この鉄系焼結摺動部材素材に機械加工を施し、内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍ、長さ１５ｍｍの鉄系焼結摺動部材を得た。
【００４８】
この鉄系焼結摺動部材の密度は５．８３ｇ／ｃｍ３を示し、鉄系焼結摺動部材の素地の組織はパーライト組織であった。ついで、この鉄系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１６．８ｖｏｌ％の含油鉄系焼結摺動部材を得た。
【００４９】
つぎに、前記実施例１、３、５、８、１０および比較例１、２で得た含油鉄系焼結摺動部材の摺動特性について、下記の条件で試験した結果を説明する。
＜試験条件＞
すべり速度 ２ｍ／ｍｉｎ
負荷面圧 ２５０ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ２０時間
試験方法 ジャーナル回転試験（相手軸連続回転運動）
【００５０】
上記試験条件で行なった摺動特性の試験結果は表３に示すとおりである。
【００５１】
【表３】
【００５２】
上述した試験結果から、実施例１、３、５、８、１０の含油鉄系焼結摺動部材と比較例２（先行技術の含油鉄系焼結摺動部材に相当）の含油鉄系焼結摺動部材は、いずれも摩擦係数が低く、とくに相手軸の摩耗量は極めて低い値を示した。試験後の相手軸表面には、該摺動部材に含有されている炭素（黒鉛）の固体潤滑作用による黒鉛被膜が形成されていることが確認され、結果として相手軸の摩耗量を低く抑えることができたものと推察される。一方、比較例１の含油鉄系焼結摺動部材は、試験開始後８時間で摩擦係数が０．３を超えたため、その時点で試験を中止した。したがって、表３中の比較例１については、摺動部材摩耗量および相手軸摩耗量は測定できなかったので、表３には値は示していない。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の鉄系焼結摺動部材の製造方法においては、先行技術および通常の鉄系焼結摺動部材の製造方法における焼結温度を最大で１５０℃下げることができ、生産性を大幅に向上させ得るものである。また、得られた鉄系焼結摺動部材の摺動特性は、先行技術の鉄系焼結摺動部材の摺動特性を損なうことなく同等の特性を有するものである。
Claims (4)
- 鉄粉末と、銅粉末と、銅−鉄−珪素−錫母合金粉末または銅−珪素−錫母合金粉末と、マンガン粉末または鉄−マンガン母合金粉末または銅−マンガン母合金粉末または銅−鉄−マンガン母合金粉末または鉄−銅−珪素−錫−マンガン母合金粉末と、炭素粉末とを準備する工程と、
これら粉末を、銅成分が１５〜２５重量％、珪素成分が１〜７重量％、錫成分が１〜５重量％、マンガン成分が０．１〜５重量％、炭素成分が３〜１０重量％、残部鉄成分となるように配合し、混合して混合粉末を形成する工程と、
該混合粉末を金型に装填し、所望の圧力で成形して所望の形状の圧粉体を成形する工程と、
この圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０００℃〜１０５０℃の温度で２０〜６０分間焼結する工程と、
からなり、素地がパーライト組織またはフェライト組織またはパーライトとフェライトが共存した組織を呈し、該素地中に炭素成分が分散含有されていることを特徴とする鉄系焼結摺動部材の製造方法。 - 炭素成分は、天然黒鉛およびまたは人造黒鉛からなる請求項１に記載の鉄系焼結摺動部材の製造方法。
- 圧粉体を焼結して鉄系焼結摺動部材を得たのち、これに含油処理を施し、１０〜２０ｖｏｌ％の割合で潤滑油を含有する請求項１又は２に記載の鉄系焼結摺動部材の製造方法。
- 請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法によって得られた鉄系焼結摺動部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002175695A JP4109023B2 (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | 鉄系焼結摺動部材の製造方法及び鉄系焼結摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002175695A JP4109023B2 (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | 鉄系焼結摺動部材の製造方法及び鉄系焼結摺動部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004018940A JP2004018940A (ja) | 2004-01-22 |
| JP4109023B2 true JP4109023B2 (ja) | 2008-06-25 |
Family
ID=31174270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002175695A Expired - Lifetime JP4109023B2 (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | 鉄系焼結摺動部材の製造方法及び鉄系焼結摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4109023B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102471853A (zh) * | 2009-08-19 | 2012-05-23 | 奥依列斯工业株式会社 | 铁系烧结滑动部件及其制造方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BRPI0803956B1 (pt) * | 2008-09-12 | 2018-11-21 | Whirlpool S.A. | composição metalúrgica de materiais particulados e processo de obtenção de produtos sinterizados autolubrificantes |
| JP2012162771A (ja) * | 2011-02-07 | 2012-08-30 | Oiles Corp | 鉄系焼結摺動部材及びその製造方法 |
| JP6114512B2 (ja) | 2012-07-26 | 2017-04-12 | Ntn株式会社 | 焼結軸受およびその製造方法 |
| WO2019059248A1 (ja) | 2017-09-20 | 2019-03-28 | 株式会社ダイヤメット | 焼結含油軸受 |
-
2002
- 2002-06-17 JP JP2002175695A patent/JP4109023B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102471853A (zh) * | 2009-08-19 | 2012-05-23 | 奥依列斯工业株式会社 | 铁系烧结滑动部件及其制造方法 |
| CN102471853B (zh) * | 2009-08-19 | 2013-07-17 | 奥依列斯工业株式会社 | 铁系烧结滑动部件及其制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004018940A (ja) | 2004-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5367502B2 (ja) | 鉄系焼結摺動部材及びその製造方法 | |
| WO2007080824A1 (ja) | 銅系焼結摺動部材 | |
| JP4234865B2 (ja) | 鉄系焼結摺動部材ならびにその製造方法 | |
| JPH11293368A (ja) | 銅系摺動合金 | |
| JP4109023B2 (ja) | 鉄系焼結摺動部材の製造方法及び鉄系焼結摺動部材 | |
| JPS58189361A (ja) | なじみ性および潤滑性のすぐれたＦｅ基焼結合金製含油軸受 | |
| JP2009007433A (ja) | 銅系含油焼結摺動部材及びその製造方法 | |
| JPH09235646A (ja) | 焼結摺動部材及びその製造方法 | |
| JP2004018941A (ja) | 銅系焼結摺動部材 | |
| JPH045745B2 (ja) | ||
| JP2012162771A (ja) | 鉄系焼結摺動部材及びその製造方法 | |
| JPH039181B2 (ja) | ||
| JPS6140027B2 (ja) | ||
| JP2748667B2 (ja) | Ｎｉ合金粉末およびその製造法 | |
| JP3381626B2 (ja) | 高面圧下ですぐれた耐摩耗性を発揮する遊離黒鉛析出鉄系焼結材料製軸受 | |
| JP3803947B2 (ja) | 銅基焼結軸受材料およびその製造方法 | |
| JP3331963B2 (ja) | 焼結バルブシートおよびその製造方法 | |
| JP3270970B2 (ja) | 高強度焼結鉄材料及びその製造方法 | |
| JP3346292B2 (ja) | 高強度Ｆｅ基焼結バルブシート | |
| JP2748666B2 (ja) | Ｃｕ合金粉末およびその製造法 | |
| JPS62133043A (ja) | Ｃｕ含浸Ｆｅ系焼結材料 | |
| JPS6346140B2 (ja) | ||
| JP3346310B2 (ja) | 高強度鉄基焼結合金 | |
| JPH0158243B2 (ja) | ||
| JP3246211B2 (ja) | 耐焼付性のすぐれた耐摩耗性遊離黒鉛析出鉄系焼結材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050615 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070226 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070320 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070516 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080325 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080403 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110411 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4109023 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120411 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130411 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130411 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140411 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |