JP5122068B2 - Ｆｅ系耐摩耗摺動材料 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械用作業機連結装置のスラスト軸受や歯車減速装置、履帯転輪のフローティングシール等、潤滑性の悪い状況で摺動する摺動面に用いて好適なＦｅ系耐摩耗摺動材料に関するものである。

建設機械の下転輪ローラアッセンブリや歯車減速装置に組み込まれるフローティングシールは、それら内部の潤滑油の漏れを防止するとともに内部への土砂の侵入を防止するものである。このため、そのシール摺動面を焼入れ処理によって高硬度なマルテンサイト組織としたり、硬質なセメンタイト、Ｃｒ_７Ｃ_３炭化物、Ｍ_６Ｃ炭化物、ＭＣ炭化物を３０体積％ほどに多量に晶出させるとともに焼入れ処理によって母相をマルテンサイト組織とすることによって、その耐焼付き性や耐摩耗性を改善したフローティングシール部材が多く製造されている。例えば、０．８重量％Ｃ低合金鋼、ニハード（Ｎｉ−Ｈａｒｄ）鋳鉄、高炭素高Ｃｒ鋳鉄を用いたフローティングシール部材がその例である（例えば特許文献１参照）。

さらに、目的に応じては、前記シール摺動面に耐摩耗性材料を溶射したフローティングシール部材が使用されている。
特開昭５１−５９００７号公報

減速機装置や転輪装置中の潤滑油を密封するフローティングシールは、その機構において、土砂中での籾摺り運動によって微細な土砂粒子がシール面に侵入しながら摩耗が進行するものであるとともに、密封する潤滑油によってそのシール面が潤滑されているものである。このため、耐摩耗性と耐焼付き性に優れ、最も汎用的に利用される高硬度な高炭素高Ｃｒ鋳鉄製のフローティングシールにおいても、それらを組み込む際のセット圧（押し付け力）が高くなるとその摺動面において顕著な焼割れ（ヒートクラック）、焼付き、異常摩耗を発生し、油漏れを引き起こす問題がある。

また、耐焼付き性に優れた冷間工具鋼や高速度鋼（ＳＫＨ材料）等の各種工具鋼をフローティングシールに適用した場合においても、耐焼付き性、耐ヒートクラック性不足によるかじりが発生し易く、また耐摩耗性が十分でない問題があるとともに、極めて高価な鋼材であるために製品形状に仕上げるまでの材料歩留まりを考慮した時の材料費が高価になる問題がある。

さらに、近年のブルドーザ等の建設機械においては、より高速走行による作業効率の向上が要望され、フローティングシールの高速回転化によっても同様のヒートクラック、焼付き、異常摩耗を発生し、油漏れを引き起こす問題がある。

また、建設機械作業機の軸受装置のように、潤滑条件の厳しい高面圧下で低速摺動するラジアル軸受やスラスト軸受においても焼付き、異常摩耗、異音の発生が問題になるので、前記建設機械用減速装置、下転輪装置や軸受装置の摺動時における耐焼付き性の改善と異常摩耗の防止および摩耗寿命の延長化を図ることのできるＦｅ系耐摩耗摺動材料が求められている。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、耐焼付き性、耐摩耗性及び耐ヒートクラック性を改善できるＦｅ系耐摩耗摺動材料を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るＦｅ系耐摩耗摺動材料は、０．１５〜０．５重量％の濃度の炭素が固溶されたマルテンサイト母相を有し、
前記マルテンサイト母相中にＣｒ、Ｍｏ、ＷおよびＶそれぞれの特殊炭化物のうち一種以上が合計で１０〜５０体積％分散されていることを特徴とする。

また、本発明に係るＦｅ系耐摩耗摺動材料において、６．５重量％以上のＣｒ、３．５重量％以上のＭｏおよび３重量％以上のＶのうち一種以上が含有され、前記マルテンサイト母相中にＣｒ_７Ｃ_３型、Ｍ_６Ｃ型およびＭＣ型それぞれの特殊炭化物のうち一種以上が分散されていることが好ましい。

以上説明したように本発明によれば、耐焼付き性、耐摩耗性及び耐ヒートクラック性を改善できるＦｅ系耐摩耗摺動材料を提供することができる。

発明を実施するための形態

本実施の形態においては、Ｆｅ系耐摩耗摺動材料の耐ヒートクラック性を改善するために、オーステナイト相から急冷されて形成されるマルテンサイト相の母相中に固溶する炭素濃度を０．１５〜０．５重量％に抑制し、かつ、耐焼付き性と耐摩耗性を改善するために、少なくともＣｒ、Ｍｏ、ＷおよびＶそれぞれの特殊炭化物のうち一種以上を合計で１０〜５０体積％、指向性を持って分散させた組織を有するものである。

耐ヒートクラック性に優れたマルテンサイト相としては、靭性に優れ、かつ熱処理時の耐焼割れ性に優れる低炭素マルテンサイトを参考にし、また炭化物を分散させないで耐ヒートクラック性が要求される熱間工具鋼（ＳＫＤ６、ＳＫＤ７、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ６２、ＳＫＤ８、３Ｎｉ−３Ｍｏ鋼）等の含有炭素濃度を参考にして、本実施の形態においては、マルテンサイト母相中に固溶する上限の炭素量を０．５重量％とし、下限の炭素量を０．１５重量％とする。さらに、耐土砂摩耗性を考慮した場合においては、そのマルテンサイト相の硬さがロックウエルＣ硬さ（ＨＲＣ）５０以上であることが好ましく、より安定した耐ヒートクラック性を確保するためには、マルテンサイト母相中に固溶する炭素濃度が０．２〜０．４５重量％に調整されることがより好ましい。

また、上記特殊炭化物の分散量は１０〜５０体積％に規定したが、より具体的には、この分散炭化物の分散量の下限値は、例えば極めて耐摩耗性に優れた高速度鋼中の炭化物量が１０体積％以上に調整されていることを参考にして、さらに、厳しい油摺動条件での耐焼付き性を向上させるとともに、土砂の侵入に対する耐摩耗性や耐焼付き性をより改善するために１０体積％に設定されることが好ましい。また、より耐焼付き性を向上させるために硬質な炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等をマルテンサイト中により多く分散させることが有効であり、例えば高炭素高Ｃｒ鋳鉄材において分散析出する炭化物量が５０体積％であることから、上記特殊炭化物の分散量の上限値を５０体積％とする。これ以上の炭化物を分散させた場合においては鋳造フローティングシール部材が脆くなり過ぎることが問題となることから、とりわけ耐摩耗性が必要なフローティングシールに適用するＦｅ系耐摩耗摺動材料中の特殊炭化物の分散量を１０〜５０体積％に調整することがより好ましい。

また、上記マルテンサイト母相中に固溶する炭素の濃度範囲が得られ易く、かつより硬質な炭化物を得るために、本実施の形態によるＦｅ系耐摩耗摺動材料は、少なくとも６．５重量％以上のＣｒ、３．５重量％以上のＭｏ、３重量％以上のＶのうち一種以上を含有し、特殊炭化物としては経済的に安価なＣｒ_７Ｃ_３型炭化物、靭性に優れたＭ_６Ｃ型炭化物および極めて硬質なＭＣ型炭化物のうち一種以上が分散されていることが好ましく、より経済的な観点からはＣｒ_７Ｃ_３型炭化物を含む二種以上が分散されていることがさらに好ましい。

フローティングシール用の耐摩耗摺動材料として良く使われている高炭素高Ｃｒ鋳鉄の代表的組成とＳＫＤ１、ＳＫＤ２、ＳＫＤ１１等の高炭素高Ｃｒ系工具鋼の組成を表１に示す。さらに、図１に、これらの適正焼入れ温度９００〜１０００℃におけるＦｅ−Ｃ−Ｃｒ三元系状態図にそのＣ、Ｃｒ組成をプロットして示している。これらからいずれの場合においても、０．５〜１．１重量％の炭素を固溶するマルテンサイト母相中にＣｒ_７Ｃ_３型炭化物が１０〜４０体積％分散する組織を示すことがわかり、これらの耐摩耗摺動材料が十分な耐ヒートクラック性を示さない。このことから、本実施の形態によるＦｅ系耐摩耗摺動材料においては、少なくとも１．５〜４．５重量％のＣおよび１０〜４０重量％のＣｒが含有され、かつ、式
０．１４３×（Ｃｒ重量％）−１．４１≦Ｃ重量％≦０．１６７×（Ｃｒ重量％）−０．３３
の関係に従って、１０〜５０体積％のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物が、０．２〜０．４５重量％の炭素を固溶するマルテンサイト相中に分散された組織からなり、さらに、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ等の合金元素のうち一種以上が必要に応じて含有されていることが好ましい。なお、より耐摩耗性を向上させるために、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物を２０〜５０体積％に調整することが好ましい。

また、境界潤滑下の摺動面での発熱によって、摺動面のマルテンサイト相の硬さがＨＲＣ５０以下に軟化することは、耐摩耗性、耐焼付き性の観点からも良くない。そこで、本実施の形態においては、６００℃での焼戻しでＨＲＣ５０以上、好ましくはＨＲＣ５５以上を維持できるように、マルテンサイト母相中に０．５〜４重量％のＭｏ、０．５〜４重量％のＷおよび０．０５〜０．６重量％のＶのうち一種以上が含有されることが好ましい。マルテンサイト母相のＭｏ濃度およびＷ濃度それぞれの最大値を４重量％とするのは、マルテンサイト母相の焼戻し軟化抵抗性を高めるためであり、焼入れ温度が９００〜１０００℃であることを考慮したためである。Ｍｏ濃度およびＷ濃度それぞれのより好ましい上限値は、最も効率的に焼戻し軟化抵抗性を高める２．５重量％であるが、マルテンサイト相中に分散するＣｒ_７Ｃ_３型炭化物へのＭｏの濃縮量を考慮して、４重量％以下としている。また、Ｍｏ濃度およびＷ濃度それぞれの下限値は、あえて限定されるものではないが、上記熱間工具鋼を参考にして、０．５重量％とするのが好ましく、より好ましくは１．５重量％である。

前記Ｍｏ、Ｗの場合と同様に、Ｖについて検討した場合、Ｖのマルテンサイト母相への最大固溶濃度が約０．６重量％であり、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物中に顕著に濃縮するために、Ｆｅ系耐摩耗摺動材料中においてはＶを約３．５重量％まで、ＭＣ型炭化物が析出することなく添加できる。したがって、マルテンサイト母相中のＶの下限濃度は、焼戻し軟化抵抗性が顕著に出現し始める０．０５重量％とすることが好ましく、５〜４０重量％のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物が分散するＦｅ系耐摩耗摺動材料を想定すると、０．５〜３重量％のＶを添加量とすることが好ましい。

さらに、より優れた耐摩耗性を必要とするフローティングシールにＦｅ系耐摩耗摺動材料を適用する場合、耐摩耗性を高める必要性から、本実施の形態によるＦｅ系耐摩耗摺動材料においては、少なくとも２．２５〜４．５重量％のＣ、６．５〜３５重量％のＣｒ、および総量が３〜８重量％の（Ｖ＋Ｔｉ）のうち一種以上が含有され、かつ、式
０．１４３×（Ｃｒ重量％）−１．４１＋０．２×（Ｖ重量％−０．５＋Ｔｉ重量％）≦（Ｃ重量％）≦０．１６７×（Ｃｒ重量％）−０．３３＋０．２×（Ｖ重量％−０．５＋Ｔｉ重量％）
の関係に従って、固溶炭素量が０．２〜０．５重量％のマルテンサイト母相中にＣｒ_７Ｃ_３型炭化物とそのＣｒ_７Ｃ_３型炭化物よりも硬質なＭＣ型炭化物を分散させることが好ましい。この場合、Ｆｅ系耐摩耗摺動材料の靭性を考慮して、１０〜４０体積％のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物と５〜１５体積％のＭＣ型炭化物を総炭化物量で１５〜５０体積％析出分散させることが好ましく、さらに、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ等の合金元素のうち一種以上を含有させてもよい。

なお、本実施の形態においては、（Ｖ＋Ｔｉ）添加によるＭＣ型炭化物が最大１５体積％析出分散することから、このＦｅ系耐摩耗摺動材料においては、（Ｖ＋Ｔｉ）添加量に対して、適正な炭素量として０．２×（Ｖ重量％−０．５＋Ｔｉ重量％）を追加添加することが必要である。

さらに、高硬度なＳＫＨ２，ＳＫＨ１０，ＳＫＨ５４，ＳＫＨ５７等の高速度鋼は、少なくとも１２００℃以上の焼入れ温度から焼入れ処理されることから、その標準焼入れ状態（焼入れ温度１２００℃以上）においては、５〜１２体積％のＦｅ_３Ｗ_３Ｃの結晶構造を基本とするＭ_６Ｃ型炭化物と１〜９体積％のＶ_４Ｃ_３，ＷＣの構造を基本とするＭＣ型炭化物がマルテンサイト母相中に析出分散されており、その総炭化物量が７〜１２体積％であって、マルテンサイト母相中に固溶する炭素の濃度が０．５〜０．６重量％になるように設定されていることから、前記高炭素高Ｃｒ系工具鋼と同じく、耐ヒートクラック性と耐摩耗性が十分でないことは明らかである。
そこで、本実施の形態によるＦｅ系耐摩耗摺動材料おいては、少なくともＣを０．６〜１．９重量％含有し、Ｃｒを１〜７重量％含有し、Ｖを０〜３重量％含有し、Ｍｏを３．５重量％以上含有するとともに（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）を６〜２５重量％含有し、かつ、式
０．０５×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）≦（Ｃ重量％）≦０．０３８×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）＋０．４２
の関係に従って、０．２〜０．５重量％の炭素を固溶するマルテンサイト母相中に５〜４０体積％のＭ_６Ｃ型炭化物と５体積％以下のＭＣ型炭化物が分散した組織からなることが好ましく、さらに、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ等の合金元素のうち一種以上が必要に応じて含有されていることが好ましい。

前記Ｆｅ系耐摩耗摺動材料中に析出するＭ_６Ｃ型炭化物は、高速度鋼の主体となる炭化物であり、前記Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物と比べて高温硬さに優れるとともに面心立方の結晶構造を持ち、靭性に優れ、さらにＭｏ濃度、Ｗ濃度が極めて高く、摺動時の耐焼付き性を顕著に改善する特徴を有する。これらのことから、本実施の形態においても、Ｍ_６Ｃ型炭化物が主体となるようにして耐焼付き性の向上を図っている。また、より優れた耐摩耗性が必要とされるフローティングシールに適用する場合においては、Ｍ_６Ｃ型炭化物が２０体積％以上となるように、（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）を８〜２５重量％含有するように調整することがより好ましい。

なお、本実施の形態におけるマルテンサイト母相中に固溶する炭素量の調整方法としては、９００〜１０００℃のＦｅ−Ｃ−Ｍｏ状態図（図２参照）およびＦｅ−Ｃ−Ｗ状態図（図３参照）を参照しながら、Ｆｅ系耐摩耗摺動材料におけるＭｏ、Ｗ、Ｖ添加量に対する炭素量を、式
０．０５×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）≦（Ｃ重量％）≦０．０３８×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）＋０．４２
の関係で適正化して、マルテンサイト母相中に固溶する炭素量を０．２〜０．５重量％に調整することが好ましい。

また、このＦｅ系耐摩耗摺動材料の土砂の侵入に対する耐摩耗性を高速度鋼に比べてより高めるためには、少なくともＣを１．３〜３重量％含有し、Ｃｒを１〜７重量％含有し、Ｖを３〜８重量％含有し、Ｍｏを３．５重量％以上含有すると共に（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）を７〜２５重量％含有し、かつ、式
０．０５×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）＋０．２×（Ｖ重量％−０．５＋Ｔｉ重量％）≦（Ｃ重量％）≦０．０３８×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）＋０．４２＋０．２×（Ｖ重量％−０．５＋Ｔｉ重量％）
の関係に従って、０．２〜０．４５重量％の炭素を固溶するマルテンサイト母相中に１０〜４０体積％のＭ_６Ｃ型炭化物と５〜１５体積％のＭＣ型炭化物が分散した組織からなり、さらに、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ等の合金元素のうち一種以上を含有するのが好ましい。より好ましくは、Ｍｏを７重量％以上含有させると共に（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）を１０〜２０重量％含有させることによって、（Ｍ_６Ｃ＋ＭＣ）型炭化物を２０〜４０体積％に高め、従来の高速度鋼以上の耐摩耗性と耐焼付き性を持たせたＦｅ系耐摩耗摺動材料とするのが良い。

前記のＭｏ、Ｗを主体にしたＦｅ系耐摩耗摺動材料は、前記のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物を主体に分散させたＦｅ系耐摩耗摺動材料に比べて経済的に好ましくない。したがって、本実施の形態においては、少なくともＣが１．５〜３重量％含有され、Ｃｒが７〜２５重量％含有され、（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）が６〜１５重量％含有され、かつ、式
０．０４３×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）＋２×０．０８５×（Ｃｒ重量％−５）≦（Ｃ重量％）≦０．０３８×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）＋０．４２＋２×０．０８５×（Ｃｒ重量％−５）
の関係に従って、０．２〜０．５重量％の炭素を固溶するマルテンサイト母相中に、５〜２５体積％のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物と５〜２５体積％のＭ_６Ｃ型炭化物が総炭化物量で１０〜５０体積％析出分散されることが好ましく、さらに、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ等の合金元素のうち一種以上が必要に応じて含有されていることが好ましい。なお、より耐摩耗性を高めるには、上記総炭化物量が２０〜５０体積％に調整されることがより好ましい。

さらに、上記のＦｅ系耐摩耗摺動材料の耐摩耗性と靭性をより改善するために、本実施の形態によるＦｅ系耐摩耗摺動材料においては、少なくとも１．５〜３．２重量％のＣ、７〜２５重量％のＣｒ、５〜１５重量％の（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）および３〜８重量％の（Ｖ＋Ｔｉ）のうち一種以上を含有し、かつ、式
０．０４３×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）＋２×０．０８５×（Ｃｒ重量％−５）＋０．２×（Ｖ重量％−０．５＋Ｔｉ重量％）≦（Ｃ重量％）≦０．０３８×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）＋０．４２＋２×０．０８５×（Ｃｒ重量％−５）＋０．２×（Ｖ重量％−０．５＋Ｔｉ重量％）
の関係に従って、０．２〜０．５重量％の炭素を固溶するマルテンサイト相中に５〜２５体積％のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物と５〜２５体積％のＭ_６Ｃ型炭化物と５〜１５体積％のＭＣ型炭化物が総炭化物量で１５〜５０体積％析出分散されることが好ましく、さらに、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｓ，Ｂ，Ｎ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ等の合金元素のうち一種以上が含有されることが好ましい。これにより、高硬度なＦｅ系耐摩耗摺動材料が得られる。

前記の実施の形態におけるＦｅ系耐摩耗摺動材料中のＰは、そのＦｅ系耐摩耗摺動材料中に耐焼付き性を高めるＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖが富化された燐化合物（例えば、Ｆｅ_２Ｐ，Ｃｒ_２Ｐ，ＦｅＭｏＰ，Ｖ_２Ｐ，ＦｅＴｉＰ型）それぞれのうち一種以上を０．５〜１０体積％分散させて、耐焼付き性を改善するために、本実施の形態によるＦｅ系耐摩耗摺動材料においては、０．２〜１．５重量％のＰを含有することが好ましい。また、０．２重量％のＰ添加はＦｅ系耐摩耗摺動材料の鋳造時の湯回り性を顕著に改善する特徴があるが、Ｐの過剰な添加はＦｅ系耐摩耗摺動材料の脆弱化をもたらすために、その上限添加量を１．５重量％とし、下限添加量を０．２重量％とした。

また、前記Ｆｅ系耐摩耗摺動材料の耐焼付き性を改善するためには、マルテンサイト母相の焼戻し軟化抵抗性を高めることが重要である。そこで、本実施の形態においては、少なくともＳｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏのうち一種以上が２〜１５重量％含有されることが好ましい。

Ｓｉは、マルテンサイト相に多く固溶し、マルテンサイト相の焼戻し軟化抵抗性を顕著に高める経済的な元素であることから、例えばＳＫＤ６，ＳＫＤ６１，ＳＫＤ６２等の炭化物を分散させないで使用する熱間工具鋼においては積極的に添加されており、その添加量は０．５〜３．５重量％が好ましい。Ａｌは、前記工具鋼に添加されることは少ないが、Ｓｉと同様に顕著な焼戻し軟化抵抗性があることから、積極的に添加されることが望ましい。また、ＮｉとＣｏは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｏとの共存において時効硬化性を出現させる元素であるとともに、とりわけＣｏはＦｅの磁気変態温度を顕著に高め、合金元素の拡散性を抑制してマルテンサイトの焼戻し軟化抵抗性を顕著に高めることから、積極的に添加されることが好ましいが、経済的な観点からその上限を１０重量％とすることが好ましい。

さらに、Ｓｉは、Ｆｅ系耐摩耗摺動材料においては、焼入れ時のオーステナイト相中の炭素活量を顕著に高め、マルテンサイト母相中に固溶する炭素の濃度を０．１×Ｓｉ重量％の関係で低減する作用があることから、耐ヒートクラック性の改善に有効であり、本実施の形態においては、少なくともＳｉを０．５〜３．５重量％含有し、Ｆｅ系耐摩耗摺動材料中の適正な炭素の濃度範囲を０．１×Ｓｉ重量％の関係で高炭素側に調整されることが好ましい。

なお、Ｓｉは、顕著なαＦｅ相を安定化する合金元素であり、Ｓｉの添加によって、Ａ１，Ａ３変態温度を顕著に高温度側に引上げる作用を示すために、摺動面における耐ヒートクラック性を高める作用を示すと考えられる。各種合金元素の単位重量％当りのＡ３変態温度変化（ΔＡ３＝℃／重量％，Ｓｉ：＋４０，Ａｌ：＋７０，Ｍｏ：＋２０，Ｖ：＋４０，Ｗ：＋１２，Ｍｎ：−３０，Ｎｉ：−１５，Ｃ：−２２０）からわかるように、Ｓｉ以外にもＡｌ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗも耐ヒートクラック性を高めることがわかる。しかし、Ｓｉやこれらの合金元素が多く共存する場合においては、よりフェライト相が安定化し、適正な焼入れ処理が出来なくなるので、本実施の形態において、上限Ｓｉ添加量は、熱力学的に計算されるＦｅ−Ｓｉ−Ｃ−Ｘ４元系状態図である図４（ａ），（ｂ），（ｃ）を参考にして、前記のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物を主体的に分散させる実施の形態におけるマルテンサイト母相の組成（０．４５重量％Ｃ−５重量％Ｃｒ）を検討した場合、３．５重量％Ｓｉの添加が可能であることから３．５重量％とした。また、前記のＭ_６Ｃ型炭化物を主体として分散させる実施の形態などにおけるマルテンサイト母相の組成（０．４５重量％Ｃ−３重量％Ｍｏ−０．５重量％Ｖ）では２．５重量％とすることが好ましい（図４（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）。さらに、Ｓｉは、マルテンサイト母相の焼戻し軟化抵抗性を顕著に改善する元素であって、その効果が明確に現れる０．５重量％のＳｉを下限添加量とすることが好ましい。

また、０．５〜３．５重量％のＳｉを添加する場合や、Ｍｏ，Ｗを多く添加する場合においては、その焼入れ温度の低温度化を図るために、オーステナイト相を安定化するＮｉ，Ｍｎを添加することによってＡ１，Ａ３変態温度の低減を図ることが好ましく、１〜６重量％のＮｉおよび０．５〜２重量％のＭｎの少なくとも一方を添加することが好ましいことがわかる（図４（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）。さらに、ＮｉとＡｌが共存添加される場合においては、その金属間化合物の析出による時効硬化性が顕著になることと、靭性が顕著に改善されることから好ましいといえる。

さらに、Ａｌを３〜１５重量％含有し、Ｆｅ_３Ａｌ規則変態性をもつマルテンサイト母相においては、極めて顕著な耐焼付き性の改善が認められることから、本実施の形態においては、このマルテンサイト母相を適用したＦｅ系耐摩耗摺動材料を開発した。

さらに、耐ヒートクラック性を向上させるために、本実施の形態においては、前記Ｆｅ系耐摩耗摺動材料中に軟質なＣｕ合金相を１〜１０体積％分散させることが好ましい。これにより、摺動面における馴染み性を高め、さらに摺動中に局部的なオイルポケットが形成され易くなる。なお、Ｃｕ基合金としては、耐食性の観点からＳｉ、Ａｌ、Ｎｉの一種以上が含有されて、その摺動特性が改善されているのが好ましい。

また、前記のＦｅ系耐摩耗摺動材料は、高強度化を図るために、９００〜１０００℃からの焼入れ処理と１５０〜６００℃での焼戻し処理が施された焼戻しマルテンサイト相であり、少なくとも残留オーステナイト相が３０体積％以下含有されているのが好ましいが、摺動面での馴染み性を考慮した場合には、前記焼戻し温度を１５０〜４５０℃として、残留オーステナイト相を１０〜３０体積％含有させることがより好ましい。

また、歯車減速装置等に利用される大径のフローティングシール装置においては、そのシール面での摺動速度が速くなり、とりわけ耐焼付き性と耐ヒートクラック性に優れ、かつ圧環強度に優れたフローティングシールリングが必要とされる。本実施の形態のＦｅ系耐摩耗摺動材料を使った鋳造フローティングシール部材にあっては、強度的な観点からは分散させる特殊炭化物量を２０〜５０体積％に調整することが好ましいが、鋳造時の冷却速度を高めて分散する炭化物が強い指向性を持ち、耐焼付き性を低下させないこと、Ｃｕ合金相をより細かく分散させるためには、例えば遠心鋳造法で製造された鋳造フローティングシールが好ましい。

さらに、より高強度化を図る上記フローティングシールとしては、少なくともその摺動面の表面層において、浸炭および浸炭浸窒処理の少なくとも一方を施して、前記の実施の形態のいずれかのＦｅ系耐摩耗摺動材料に成分調整した浸炭フローティングシール部材が好ましい。またさらに、このような高強度高靭性な組織構造的特徴を持つ浸炭フローティングシール部材においては、浸炭によって析出させる特殊炭化物がより多く摺動面の表面層に２０〜７０体積％まで分散させることが可能となるなどの優位性がある。さらに、Ｆｅ系耐摩耗摺動材料はフローティングシール部材に用いられ、摺動面に浸炭および浸炭浸窒処理の少なくとも一方が施されることによって、少なくとも前記摺動面の表面層は、０．２〜０．５重量％の炭素が固溶されたマルテンサイト相中に前記特殊炭化物が２０〜７０体積％分散された組織を有することが好ましい。

また、製造コスト的な観点からも、上記浸炭処理前のＦｅ系耐摩耗摺動素材は、軟質で、加工性に優れることから、鍛造、塑性加工、曲げ加工、溶接等の手段を組み合わせて、より安価に生産される場合が多いことが特徴的である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照してより詳細に説明する。
図５は、本発明の一実施の形態に係る転輪アッセンブリの要部構造を説明する図である。本実施の形態は、転輪アッセンブリにおけるフローティングシール装置に本発明が適用された例を示している。

本実施の形態に係る転輪アッセンブリ３６は、転輪リテーナ４９と、この転輪リテーナ４９に支持される転輪シャフト５０およびその転輪シャフト５０に外嵌される転輪ブッシュ（鍔付ブッシュ）５１を介して配される転輪ローラ５２とが、互いに回転可能に連結された構造とされている。この転輪アッセンブリ３６において、フローティングシール装置５３は、シール面が相接するように配される一対のシールリング５４，５４と、各シールリング５４に外嵌されるＯリング５５を備え、向き合った一対のシール面が、圧縮して取り付けられたＯリング５５の弾性力によって転輪シャフト５０の軸方向に押し付けられ、適当な面圧で接しながら摺動し、外部からの水、土砂等の侵入と内部からの潤滑油の漏洩を防止するように構成されている。そして、一対のシールリング５４，５４のシール面は、少なくとも５〜４５体積％の炭化物と、黒鉛およびＣｕ合金粒子の少なくとも一方が硬質なマルテンサイト母相中に分散する組織に調整されている。

本実施の形態によれば、より耐焼付き性と耐ヒートクラック性に優れたフローティングシール装置を提供することができるが、強度的な観点からは分散させる特殊炭化物量を２０〜５０体積％に調整することがより好ましい。また、鋳造時の冷却速度を高めて分散する炭化物が強い指向性を持ち、耐焼付き性を低下させないこと、Ｃｕ合金相をより細かく分散させるために、例えば遠心鋳造法で製造することが好ましい。さらに、より高強度化を図るには、少なくともその摺動面の表面層に浸炭および浸炭浸窒処理の少なくとも一方を施して、Ｃ、Ｃｒ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ等の成分調整をした浸炭フローティングシール部材を用いるのが好ましい。このような高強度高靭性な組織構造的特徴を持つ浸炭フローティングシール部材においては、浸炭によって析出させる特殊炭化物がより多く摺動面の表面層に２０〜７０体積％まで分散させることが可能となるなどの優位性がある。

次に、本発明によるＦｅ系耐摩耗摺動材料の具体的な実施例について、図面を参照しつつ説明する。

[実施例１]
（Ｆｅ系耐摩耗摺動材料の平衡組成調査）
溶製されるＦｅ系耐摩耗摺動材料における平衡組成調査をＸ線マイクロアナライザーで分析するために、本実施例では、その材料中の組織を調整しやすい焼結合金を準備した。本実施例では、Ｆｅ−０．６重量％Ｃ−０．３重量％Ｓｉ−０．４５重量％Ｍｎ−１５重量％Ｃｒ−３重量％Ｍｏ−１．２重量％Ｖ合金粉末と、Ｆｅ−０．６重量％Ｃ−０．３重量％Ｓｉ−０．３５重量％Ｍｎ−９重量％Ｃｒ−６重量％Ｍｏ−４重量％Ｗ−２重量％Ｖ合金粉末をベースにして、さらに、＃３５０メッシュ以下のＮｉ，Ｃｏ，Ｓｉ，ＦｅＡｌ，ＦｅＰ粉末および６μｍ平均径の黒鉛粉末を調整して表２に示す３種類の焼結合金混合粉末を混合調整し、さらに、混合調整した焼結用混合粉末に３重量％のパラフィンワックスを添加したものを１トン／ｃｍ^２の圧力でプレス成形したＡ，Ｂ組成の成形体を１１９０℃で、Ｃ組成の成形体を１１３５℃でそれぞれ２時間真空焼結し、１０００℃に炉冷した後に、４００ｔｏｒｒの窒素ガスで冷却焼入れを実施し、その焼結体試験片を切断研磨後に、Ｘ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｚｅｒ）によってマルテンサイト母相とその母相に析出分散する炭化物中の各種合金元素濃度を調査した。その調査結果が表２に示されている。

前記焼結合金Ａ，ＢはＣｒ濃度の高い１５Ｃｒ−３Ｍｏ系合金に３重量％のＣｏと４重量％のＮｉを添加した合金であり、マルテンサイト母相とＣｒ_７Ｃ_３型炭化物のみが平衡するものであり、焼結合金ＣはＭｏ，Ｗ濃度を高めて、マルテンサイト母相中にＣｒ_７Ｃ_３型炭化物とＭ_６Ｃ型炭化物が平衡するようにしたものである。

表２中の母相、Ｍ_７Ｃ_３およびＭ_６Ｃ欄はそれぞれの合金元素濃度を示しており、ＫＭ_７はＣｒ_７Ｃ_３型炭化物と母相間の合金元素Ｍの分配係数（Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物中の合金元素重量％／母相中の合金元素重量％）、ＫＭ_６はＭ_６Ｃ型炭化物と母相間の合金元素の分配係数（Ｍ_６Ｃ型炭化物中の合金元素重量％／母相中の合金元素重量％）を示しているが、それら各合金元素の分配係数を比較することによって、各種合金元素の特徴が検討できる。

また、これらの結果を用いて、Ｃｒ_７Ｃ_３型およびＭ_６Ｃ型炭化物中の合金元素濃度とそれと平衡する母相の中の合金元素濃度関係が図６、図７にそれぞれ示されている。各元素に関してはほぼ一定の比率で合金元素が分配されることおよび、焼結製Ｆｅ系耐摩耗摺動材料組成が異なっていた場合においても、分配係数はほぼ同じになることがわかる。

例えば、
（１）Ｓｉ，ＡｌはＭ_７Ｃ_３型炭化物にほとんど固溶せずにほぼ全量がマルテンサイト母相中に濃縮し、マルテンサイト相の焼戻し軟化抵抗性を高めること、
（２）ＶはＣｒ，Ｍｏ，Ｗよりもより多くＭ_７Ｃ_３型炭化物へ濃縮し、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物の微細化を図るが、Ｍ_６Ｃ型炭化物へはあまり濃縮せず、Ｍ_６Ｃ型炭化物とマルテンサイト相からなる鋼材においてはＭＣ型炭化物として析出し易く、マルテンサイト相の焼戻し軟化抵抗性を顕著に高めること、
（３）Ｍｏ，ＷはＭ_７Ｃ_３型炭化物よりもＭ_６Ｃ型炭化物に顕著に濃縮すること、
（４）ＣｒはＣｒ_７Ｃ_３型炭化物に顕著に濃縮するが、Ｍ_６Ｃ型炭化物へはほぼ濃縮しないこと、
（５）Ｎｉ，Ｃｏはいずれの炭化物よりもマルテンサイト母相中に濃縮すること等がその分配係数を用いることによって定量的にわかる。

前記各種合金元素の分配係数に基づいて、代表的なＳＫＤ，ＳＫＨ工具鋼材の成分から、それら鋼材の標準焼入れ温度から焼入れたマルテンサイト母相組成と炭化物量を解析した結果が表３に示されている。組成については前記のＸ線マイクロアナライザーにより、また炭化物量については組織写真観察により求められる。ＳＫＤ材料（ＳＫＤ１，ＳＫＤ２，ＳＫＤ１１，Ｄ７：焼入れ温度９５０℃）のマルテンサイト母相は、Ｃｒ：６〜７．５重量％、Ｃ：０．５５〜０．７５重量％に調整され、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物が２０体積％以下分散した組織となっており、マルテンサイト相中の固溶炭素量が高いことから、例えば耐ヒートクラック性を配慮した熱間加工用工具鋼（例えば、ＳＫＤ７，ＳＫＤ６，ＳＫＤ６１，ＳＫＤ６２）と比べて十分でないことがわかる。また、ＳＫＨ材料（ＳＫＨ２，ＳＫＨ９）においてもマルテンサイト相中の固溶炭素量が０．５〜０．５５重量％と比較的高いことから、十分な耐ヒートクラック性が実現されないことがわかる。さらに、耐摩耗性に関しても、硬質な特殊炭化物量が少ないために、前記高炭素高Ｃｒ鋳鉄に比べて十分でないことがわかる。

したがって、ＳＫＤ工具鋼と同等以上の耐摩耗性を発揮させるための１０体積％以上の炭化物を分散させながら、かつ熱間加工用工具鋼の耐ヒートクラック性を兼ね備えるＦｅ系耐摩耗摺動材料を得る方法としては、少なくとも、マルテンサイト相中の固溶炭素量が０．５重量％以下であることが好ましく、さらに、マルテンサイト相中の固溶炭素量が０．４重量％以下であることがより好ましい。

またさらに、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物とマルテンサイト相を主体とするＦｅ系焼結摺動材料においては、焼結接合後の焼入れ温度を９００〜１０００℃とした場合において、マルテンサイト相中の固溶炭素量を０．２〜０．５重量％にする条件として、９００℃におけるＦｅ−Ｃ−Ｃｒ三元状態図（図１）中の２本のＴｉｅ−ＬｉｎｅＡ，Ｂで挟まれるＦｅ系焼結摺動材料中のＣｒ重量％に対する適正な炭素量（Ｃ重量％）が次式で与えられることがわかる。
０．１４３×Ｃｒ重量％−１．４１≦（Ｃ重量％）≦０．１６５×Ｃｒ重量％−０．４１

また図１には、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物が１０，２０，３０，４０，５０体積％分散する組成位置を破線で示しているが、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物を１０体積％分散させる条件として（Ｃｒ重量％）≧１０重量％、５０体積％以下とする条件が（Ｃｒ重量％）≦４０重量％であることがわかる。また、Ｆｅ系耐摩耗摺動材料としては、２０〜５０体積％以上のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物が分散されるように設計されることが好ましい。

さらに、マルテンサイト相の焼戻し軟化抵抗性をより高めることは、境界潤滑下で、かつ土砂の侵入がある摺動面での耐焼付き性と耐摩耗性を顕著に改善することとなり、６００℃の焼戻し処理によってもＨＲＣ５０以上で、さらにＨＲＣ５５以上に維持されることが極めて好ましいことであり、マルテンサイト相中の固溶炭素量が０．１５〜０．５重量％である場合のマルテンサイト相中に固溶する各種合金元素による焼戻し軟化抵抗係数から、
２６．２≦３×（Ｓｉ重量％＋Ａｌ重量％）＋２．８×（Ｃｒ重量％）＋１１×（Ｍｏ重量％）＋７．５×（Ｗ重量％）＋２５．７×（Ｖ重量％）
の関係を満足させることによって合金設計されることが好ましい。

したがって、図１に示されるようにマルテンサイト相中のＣｒ重量％が平均的に約７重量％で、かつＳｉが０．３重量％程度含有されていることから、例えば、焼戻し軟化抵抗の不足分をＭｏ単独で解消させるＭｏの最低添加量が０．５重量％であることがわかる。また、Ｍｏの最大固溶度が図２（Ｆｅ−Ｃ−Ｍｏ系状態図）から約４重量％（ａｔ１０００℃）であり、さらに、前述の１０〜４０体積％のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物に濃縮するＭｏを考慮すると、好ましいＭｏ添加量は０．６〜６．５重量％であることがわかる。

また図３（Ｆｅ−Ｃ−Ｗ状態図）を参考にすると、Ｗについてもほぼ同じ議論ができ、Ｆｅ系耐摩耗摺動材料に対するＭｏ，Ｗの具体的な添加量はほぼ０．６〜７重量％であるが、Ｍｏ，Ｗが最も効率よく焼戻し軟化抵抗性を高める２．５重量％までをマトリックス相の最大固溶量とすることによってＭｏ，Ｗ添加量を４重量％以下に抑えることが経済的にも好ましい。

また、Ｖは前述のようにＣｒ_７Ｃ_３型炭化物に顕著に濃縮し、マルテンサイト相中に留まる量が極めて少なくなるため、マトリックス相の焼戻し軟化抵抗性を高める元素としては非効率である。ＶはＣｒ_７Ｃ_３型炭化物を微細化する作用を示すために、マルテンサイト相中にＶの最大固溶量０．５重量％を固溶させた場合のＦｅ系焼結摺動材料に対するＶ添加量は１．１〜３．９重量％（１０〜４０体積％Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物）であり、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物を主体として分散させるＦｅ系焼結摺動材料においては、３重量％以下に留めることが経済的にも好ましい。

Ｍ_６Ｃ型炭化物が主体となり、さらにＭＣ型炭化物が分散するＳＫＨ系焼結摺動材料のマルテンサイト相中の固溶炭素濃度に関しては、佐藤、西沢の報告（「金属学会報」２（１９６３）、Ｐ５６４、第３図 炭化物の固溶に伴う基質中の炭素濃度変化）を参考にして、そのマルテンサイト相中に固溶する炭素の濃度を０．４重量％以下に調整するための簡便な方法が焼結接合後の焼入れ温度を９００〜１１００℃の温度範囲に設定することであり、通常のＳＫＨ系高速度鋼における焼入れ温度が１２００〜１３５０℃であることに比べ、著しく低温度側での焼入れ操作が本発明の基本の１つとなる。

さらにまた、上述のＦｅ−Ｃ−Ｃｒ系状態図を使ったものと同様の検討が、図２と図３に示したＦｅ−Ｃ−Ｍｏ，Ｆｅ−Ｃ−Ｗ系状態図に基づいて展開できる。Ｍ_６Ｃ型炭化物と平衡するマルテンサイト相の炭素固溶度が０．１５，０．４重量％を通るＴｉｅ−ＬｉｎｅＡ，Ｂは、同図中に数値化して示した通りであって、Ｆｅ−Ｃ−Ｍｏ系とＦｅ−Ｃ−Ｗ系のＴｉｅ−Ｌｉｎｅを比較すると、Ｆｅ−Ｃ−Ｗ系のＴｉｅ−Ｌｉｎｅの勾配はＭｏのそれの約１／２であること、Ｍ_６Ｃ型炭化物と平衡するマルテンサイト相中のＭｏ，Ｗの重量％濃度がほぼ同じであることから、ＭｏとＷが共存添加された場合のＭ_６Ｃ型炭化物とマルテンサイト相の組成平衡関係が０．５×Ｗ重量％＝Ｍｏ重量％として、Ｆｅ−Ｃ−Ｍｏ系状態図から読み取れることがわかり、前記Ｔｉｅ−ＬｉｎｅＡ，Ｂから数値化されるＦｅ系焼結摺動材料中の適正炭素濃度（Ｃ重量％）が、式
０．０４３×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）≦（Ｃ重量％）≦０．０３８×（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）＋０．４２
で簡略的に記述できる。

また、このことから、Ｍｏを主体的に使用して、Ｗ添加量を極力抑えることがより経済的であること、さらに、Ｆｅ系焼結摺動材料の焼結性やマルテンサイト相の焼戻し軟化抵抗性を高める観点からもＭｏを主体として添加することが好ましく、Ｗを添加しなくてもよいことがわかる。

さらに、先のＭｏ，Ｗ，Ｃｒ等の合金元素の分配係数ＫＭ_６から、Ｍ_６Ｃ型炭化物１０〜４０体積％に相当するＭｏ，Ｗを（Ｍｏ重量％＋０．５×Ｗ重量％）：６〜２０重量％と適正に求めることができることがわかる。

[実施例２]
（Ｆｅ系耐摩耗摺動材とその摺動特性評価）
本実施例では図８に示される形状の鍔付きスラスト軸受を用いて、図９に示される揺動試験機により、試験片（鍔付きスラスト軸受）の摺動面が向かい合うように設置し、揺動角を１２０°、揺動速度を２ｍ／ｓｅｃとし、傾斜角２°の片当り状態で、荷重（図中Ｐ）を１トン毎に増加させ、各荷重に対する揺動回数１０００サイクルを繰り返した後に荷重を増加させて揺動を繰り返す揺動試験を行い、ヒートクラックもしくは焼付きの発生する荷重により耐ヒートクラック性と耐焼付き性を評価した。比較鋼材としては、ＳＵＪ２，ＳＫＤ６，ＳＫＤ１１，ＳＫＨ９の標準焼入れ焼戻し鋼材とＳＣＭ４２０Ｈ材に表面炭素量が０．８重量％になるように９３０℃で浸炭焼入れ焼戻したスラスト軸受を用いた。

表４に示すＦｅ系耐摩耗摺動材料は鍛造後に十分焼鈍した後、機械加工を施し、真空炉で９６０℃×２ｈｒ加熱、５００ｔｏｒｒのＮ_２ガス冷却によって焼入れ、さらに、２００℃で２ｈｒの焼戻し、摺動面の仕上げ研削加工を施し、Ｓ５０Ｃ炭素鋼の鍔部に取り付け、図９の試験片とした。表４中には、ヒートクラックもしくは焼付きの発生する荷重（ｔｏｎ）も示されている。

Ｎｏ．１〜４の合金と比較１の結果比較から、マルテンサイト母相中に固溶させる炭素の濃度を０．２〜０．５重量％に調整することによって耐荷重性が顕著に改善されるとともに、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物を２０体積％以上で増量させること、および、Ｖ添加によるＭＣ型炭化物の析出によっても耐荷重性が改善されることがわかる。

なお、Ｎｏ．１とＮｏ．５合金はマルテンサイト相中に固溶する炭素の濃度をほぼ同じにして、２０体積％のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物とＭ_６Ｃ型炭化物をそれぞれ分散させたものであり、Ｍ_６Ｃ型炭化物分散がその耐荷重性を良く改善することがわかる。

また、Ｍ_６Ｃ型炭化物を分散させたＮｏ．５〜Ｎｏ．８合金の結果比較から、Ｍ_６Ｃ型炭化物とＭＣ型炭化物の増加とともに、耐面圧性が改善されることがわかる。

Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０合金は、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物とＭ_６Ｃ型炭化物を混在させたものであり、比較２との結果比較から、マルテンサイト相中に固溶した炭素の濃度を０．２〜０．５重量％に調整することによって、耐荷重性が顕著に改善されること、および、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４合金との結果比較からＣｒ_７Ｃ_３型炭化物とＭ_６Ｃ型炭化物を同時に分散させることによって耐面圧性がより改善されることがわかる。

Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１７合金は、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｐ、Ａｌ、Ｃｕ、（Ａｌ＋Ｃｕ）、Ｎｉのそれぞれの添加作用を調べたものであって、それぞれ耐面圧性の改善が認められることがわかるが、とりわけ、Ｃｏ、Ａｌ、（Ａｌ＋Ｃｕ）の添加による耐面圧性の改善効果は大きなものであることがわかる。また、Ｎｏ．１７合金のＮｉ添加増量によって母相中の残留オーステナイト相が増大し、耐面圧性が向上することがわかる。

[実施例３]
（Ｆｅ系耐摩耗摺動材料のフローティングシール特性評価）
本実施例では、実施例２の表４に示した組成の合金を用いて、図１０に示すフローティングシール素材を遠心鋳造法によって製造し、９６０℃に炉冷却した後に、３０分間保持して４００ｔｏｒｒのＮ_２ガス雰囲気下で焼入れ処理を施し、焼入れ後に２００℃で２時間の焼戻し処理を施したものを、球面研削後、図中に示すシール面部をラップ加工して仕上げた。これを図１１に示される摺動試験機（フローティングシールテスター）を用いて耐ヒートクラック性と耐焼付き性および耐摩耗性の調査を実施した。フローティングシールテスターは、作成した試験片を、シール面が相接するように配される一対のシールリングとする、フローティングシール装置を用いて、一方のシールリングと接するＯリングを固定し、他方のシールリングと接するＯリングに荷重及びシールリング中心軸周りの回転を与える。

なお、耐ヒートクラック性と耐焼付き性は、空気中において、シール荷重（線圧Ｐ＝荷重／シール位置長さ）を２ｋｇｆ／ｃｍとした条件で、ＥＯ＃３０のエンジンオイルをフローティングシール装置内に封入し、回転速度（周速Ｖ）を変えながら、摺動抵抗が増大する回転速度を調査することによって求め、耐摩耗性は、ＳｉＯ_２を約５０重量％含有する水中において、線圧２ｋｇｆ／ｃｍ、シール面での周速１ｍ／ｓｅｃの条件で、同じくＥＯ＃３０のエンジンオイルをフローティングシール装置内に封入し、５００ｈｒ連続試験後のシール当たり位置の移動量（摩耗幅、ｍｍ）で評価し、表４の右欄に耐ヒートクラック性を示すＰＶ値（Ｐ×Ｖ、単位：ｋｇｆ／ｃｍ・ｍ／ｓｅｃ）と摩耗幅として示した。

表４中に示した各合金のＰＶ値はほぼ実施例２で評価した耐ヒートクラック限界荷重（耐荷重、ｔｏｎ）と同じ傾向を示し、マルテンサイト母相中の固溶炭素濃度を０．２〜０．５重量％に調整することによってその耐焼付き性が顕著に改善されることがわかる。

また、現状の建設機械のフローティングシールとして多く利用されている比較１、比較２の摩耗幅を基準にした場合においては、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物が約２０体積％以上に分散される本発明合金が耐摩耗性の観点から十分にその性能を満足していることがわかり、さらに、Ｖを添加し、ＭＣ型炭化物を分散させた合金がより優れた耐摩耗性を示すことがわかる。この結果は、耐焼付き性の低い比較１，２合金が凝着摩耗性を強く示すことを明らかにしている。

Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ三元状態図（ａｔ１０００℃）。 Ｆｅ−Ｃ−Ｍｏ三元状態図（ａｔ１０００℃）。 Ｆｅ−Ｃ−Ｗ三元状態図（ａｔ１０００℃）。 Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃ−Ｘ４元系状態図であり、（ａ）はＦｅ_２Ｓｉ系状態図γ／（α＋γ）であり、（ｂ）はＦｅ_３Ｓｉ状態図γ／（α＋γ）であり、（ｃ）はＦｅ_４．５Ｓｉ状態図γ／（α＋γ）。 転輪アッセンブリの要部構造説明図。 Ｃｒ_７Ｃ_３とγＦｅ間の合金元素の分配を示す図であり、Ｃｒ_７Ｃ_３型炭化物中の合金元素濃度とそれに平衡する母相中の合金元素濃度との関係を示すグラフ。 Ｍ_６ＣとγＦｅ母相間の合金元素の分配を示す図であり、Ｍ_６Ｃ型炭化物中の合金元素濃度とそれに平衡する母相中の合金元素濃度との関係を示すグラフ。 鍔付きスラスト軸受の試験片形状を示す断面図。 （ａ），（ｂ）は揺動試験機の説明図。 フローティングシールの形状を示す断面図。 フローティングシールテスターの概略図。

符号の説明

３６ 転輪アッセンブリ
５１ 転輪ブッシュ
５３ フローティングシール装置

Claims (11)

1. Ｃが１．５〜４．５質量％含有され、（Ｓｉ＋Ｎｉ）が２〜１５質量％含有され、Ｍｎが０．５〜２質量％含有され、Ｃｒが１０〜４０質量％含有され、Ｍｏが０．６〜６．５質量％含有され、Ｖが３質量％以下含有され、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
   マルテンサイト母相を有し、
   下記式の関係に従って、前記マルテンサイト母相に０．２〜０．４５質量％の炭素が固溶され、１０〜５０体積％のＣｒ_７Ｃ_３型炭化物が前記マルテンサイト母相中に分散され、
   前記マルテンサイト母相中にＣｒ、Ｍｏ、ＷおよびＶそれぞれの特殊炭化物のうち一種以上が合計で１０〜５０体積％分散されていることを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。
   ０．１４３×（Ｃｒ質量％）−１．４１≦Ｃ質量％≦０．１６７×（Ｃｒ質量％）−０．３３
2. 請求項１において、３．５質量％以上のＭｏが含有され、前記マルテンサイト母相中にＭ_６Ｃ型およびＭＣ型それぞれの特殊炭化物のうち一種以上が分散されていることを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。
3. 請求項１又は２において、前記マルテンサイト母相中に０．５〜４質量％のＭｏ、０．５〜４質量％のＷおよび０．０５〜０．６質量％のＶのうち一種以上が含有されることを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。
4. 請求項２において、Ｐが０．２〜１．５質量％含有され、Ｆｅ_３Ｐ，Ｃｒ_２Ｐ，ＦｅＭｏＰ，Ｖ_２Ｐ，ＦｅＴｉＰ型それぞれの燐化物のうち一種以上が０．５〜１０体積％分散されていることを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏのうち一種以上が２〜１５質量％含有されることを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。
6. 請求項５において、前記Ｓｉは０．５〜３．５質量％含有されることを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、前記マルテンサイト母相は、Ａｌが３〜１５質量％含有され、規則変態性を有することを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項において、Ｃｕ合金相が１〜１０体積％分散されていることを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項において、前記マルテンサイト母相は、９００〜１０００℃からの焼入れ処理と１５０〜４５０℃での焼戻し処理が施された焼戻しマルテンサイト相であり、前記マルテンサイト母相には残留オーステナイト相が１０〜３０体積％含有されていることを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。
10. 請求項１乃至８のいずれか一項において、前記Ｆｅ系耐摩耗摺動材料は鋳造フローティングシール部材に用いられ、前記特殊炭化物の分散量が２０〜５０体積％であることを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。
11. 請求項１乃至８のいずれか一項において、前記Ｆｅ系耐摩耗摺動材料はフローティングシール部材に用いられ、摺動面に浸炭および浸炭浸窒処理の少なくとも一方が施されることによって、少なくとも前記摺動面の表面層は、０．２〜０．５質量％の炭素が固溶されたマルテンサイト相中に前記特殊炭化物が２０〜７０体積％分散された組織を有することを特徴とするＦｅ系耐摩耗摺動材料。

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