JP5858921B2 - 耐摩耗用途のための鉄系焼結粉末金属 - Google Patents
耐摩耗用途のための鉄系焼結粉末金属 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5858921B2 JP5858921B2 JP2012534204A JP2012534204A JP5858921B2 JP 5858921 B2 JP5858921 B2 JP 5858921B2 JP 2012534204 A JP2012534204 A JP 2012534204A JP 2012534204 A JP2012534204 A JP 2012534204A JP 5858921 B2 JP5858921 B2 JP 5858921B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- powder metal
- graphite
- iron
- mixed
- 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.)
- Active
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims description 202
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 67
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 67
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 168
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 152
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 99
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 99
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 78
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 51
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 48
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 37
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 20
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims description 20
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012255 powdered metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 23
- RKISUIUJZGSLEV-UHFFFAOYSA-N n-[2-(octadecanoylamino)ethyl]octadecanamide Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)NCCNC(=O)CCCCCCCCCCCCCCCCC RKISUIUJZGSLEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 6
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 5
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 5
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JZQOJFLIJNRDHK-CMDGGOBGSA-N alpha-irone Chemical compound CC1CC=C(C)C(\C=C\C(C)=O)C1(C)C JZQOJFLIJNRDHK-CMDGGOBGSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical group C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 150000003018 phosphorus compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000010421 standard material Substances 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- RIRXDDRGHVUXNJ-UHFFFAOYSA-N [Cu].[P] Chemical compound [Cu].[P] RIRXDDRGHVUXNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 235000014366 other mixer Nutrition 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- DPTATFGPDCLUTF-UHFFFAOYSA-N phosphanylidyneiron Chemical compound [Fe]#P DPTATFGPDCLUTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009700 powder processing Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/09—Mixtures of metallic powders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0207—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0207—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy
- C22C33/0221—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy comprising S or a sulfur compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0264—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements the maximum content of each alloying element not exceeding 5%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/16—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
発明の背景
１．発明の分野
この発明は、一般的に、粉末冶金に関し、より特定的には、自動車用バルブガイドなどの耐摩耗用途のための鉄系粉金属体に関する。
１．発明の分野
この発明は、一般的に、粉末冶金に関し、より特定的には、自動車用バルブガイドなどの耐摩耗用途のための鉄系粉金属体に関する。
２．先行技術の説明
粉末金属バルブガイドおよび他の高温耐摩耗体は、鉄系粉金属混合物からしばしば形成される。典型的には、該高温耐摩耗体は、さまざまな粉末添加剤を元素鉄粉と混合し、次に、混合物を１０００℃より高い温度で焼結することによって形成される。
粉末金属バルブガイドおよび他の高温耐摩耗体は、鉄系粉金属混合物からしばしば形成される。典型的には、該高温耐摩耗体は、さまざまな粉末添加剤を元素鉄粉と混合し、次に、混合物を１０００℃より高い温度で焼結することによって形成される。
粉末金属体の潤滑性は、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を元素鉄粉と混合することによって、しばしば向上される。混合される二硫化モリブデンは優れた固体潤滑剤であるが、十分な潤滑性を与えるのに十分に多い量で存在すると、焼結過程の間に望ましくない成長をする傾向がある。二硫化モリブデンに関連する歪みは、バルブガイドおよびバルブシート挿入物など、低コスト高精度のネットシェイプ体の製造に悪影響を及ぼす。したがって、高濃度の二硫化モリブデンは、粉末金属用途では、典型的には回避される。
遊離黒鉛は、粉末金属混合物で用いられる別の固体潤滑剤である。米国標準ふるい規格約２００メッシュ以下（U.S. standard sieve designation）の粒子などの微細な黒鉛粒子は、処理しやすく、より優れた機械的特性を焼結体に与えることから、粗大な黒鉛粒子よりも好ましい。しかし、微細な黒鉛粒子は、焼結中に元素鉄粉へと容易に拡散するため、焼結体で固体潤滑剤として機能することができない。たとえば、１．０重量％の混合された黒鉛微粉を含む粉末混合物を１０００℃を超える温度で焼結すると、ほとんどすべての混合された黒鉛が、焼結中に元素鉄素地へと容易に拡散し、最終焼結体中には遊離黒鉛はほとんど残存しない。最終焼結体中に有用な濃度の遊離黒鉛を保持するためには、２００メッシュよりも粗大な粒子径を有する混合された黒鉛を使用することにより、焼結中に、粒子径が、混合された黒鉛の元素鉄粉への拡散を制限する必要がある。しかし、２００メッシュよりも粗大な粒子径を有する混合された黒鉛は、しばしば、処理上の問題、および焼結体のより望ましくない機械的特性を引起してしまう。
米国特許第５，５０７，２５７号は、元素鉄粉素地と、混合された粗大黒鉛（２００から３０メッシュ）と、混合された微細黒鉛（２００メッシュよりも微細）と、混合された鉄−リンまたは混合された銅−リン粉と、を含む、バルブガイド用途のための鉄系粉金属混合物を開示している。上述のとおり、混合された微細黒鉛は、混合された粗大黒鉛よりも反応性が高く、焼結中に鉄粉素地へと容易に拡散する。混合された粗大黒鉛は、そのより大きな粒径のためより反応性が低く、焼結体中に高濃度の遊離黒鉛が保持されるように特定的に含有される。しかし、上記のとおり、混合された粗大黒鉛は、望ましくない粉末分離などの処理上の問題を起こしやすい。
第‘２５７号特許の焼結体は、混合物が、混合されたモリブデン粉、鉄素地中の硬質Ｆｅ−Ｃ−Ｐ分散物および、混合された粗大黒鉛による遊離黒鉛を含むとき、炭化物を含む。混合されたリン粉は、過渡的な液相の形成により焼結を促進し、焼結中にアルファ鉄相に対する安定化効果を有する。アルファ鉄相への低い炭素溶解性は、焼結体における遊離黒鉛の有利な存在を促進する。しかし、部分的な液相焼結が、ネットシェイプ用途のための焼結体の公差に悪影響を及し得るような程度まで固化後の寸法変化を引起し得るという点において、混合されたリンは好ましくない。部分的な液相焼結の結果、硬質リン化合物およびセメンタイトが粒界で形成する。硬質リン化合物およびセメンタイトは、粉末金属体の機械加工性およびネットシェイプ安定化に悪影響を及ぼす。したがって、鉄系粉金属用途におけるリンの添加は、典型的には望ましくない。
また、米国特許第６，６３２，２６３号は、バルブガイド用途のための鉄系粉金属混合物を開示している。混合物は、元素鉄粉素地と、混合された粗大黒鉛（３２５から１００メッシュ）と、混合された微細黒鉛（３２５メッシュよりも微細）と、混合された二硫化モリブデンと、混合された銅と、を含む。第‘２５７号特許の混合物と同様、第‘２６３号特許の混合された微細黒鉛は、より反応性が高く、焼結中に鉄粉素地へと容易に拡散する一方、混合された粗大黒鉛は、最終焼結体中に高濃度の遊離黒鉛を保持するために特定的に含有される。ここでも、混合された粗大黒鉛は、処理中に望ましくない粉末分離を起こし、粗大な黒鉛粒子は、高温での望ましい機械的特性を保持し得ない。
発明の概要および利点
粉末金属材料は、プレアロイ型鉄系粉と、粉末金属材料の約０．２５から約１．５０重量％の量で存在する、混合された黒鉛と、を含有する。該鉄系粉は、プレアロイ型鉄系粉の約０．２５から約１．５０重量％の量で存在する、プレアロイ型炭素を含む。粉末金属焼結体は、プレアロイ型鉄系粉の約０．２５から約１．５０重量％の量で存在する炭素を含む、プレアロイ型鉄系粉を含有する。粉末金属焼結体は、焼結体の約０．０５から約１．５０重量％の量で混合された遊離黒鉛を含む。焼結体は、焼結体の約１．０から約２．０重量％の量で、プレアロイ型鉄系粉の炭素と、混合された遊離黒鉛と、を含む、合計炭素含有量を有する。
粉末金属材料は、プレアロイ型鉄系粉と、粉末金属材料の約０．２５から約１．５０重量％の量で存在する、混合された黒鉛と、を含有する。該鉄系粉は、プレアロイ型鉄系粉の約０．２５から約１．５０重量％の量で存在する、プレアロイ型炭素を含む。粉末金属焼結体は、プレアロイ型鉄系粉の約０．２５から約１．５０重量％の量で存在する炭素を含む、プレアロイ型鉄系粉を含有する。粉末金属焼結体は、焼結体の約０．０５から約１．５０重量％の量で混合された遊離黒鉛を含む。焼結体は、焼結体の約１．０から約２．０重量％の量で、プレアロイ型鉄系粉の炭素と、混合された遊離黒鉛と、を含む、合計炭素含有量を有する。
出発粉末金属材料を形成する方法は、鉄系粉を、粉末金属混合物を焼結した後に、混合された黒鉛の少なくとも約５０％を遊離黒鉛として保持するのに十分な量の炭素と、プレアロイ化する工程を含む。粉末金属焼結体は、プレアロイ型鉄系粉の約０．２５から約１．５０重量％の量で存在する炭素を含むプレアロイ型鉄系粉の粉末金属混合物を得て、粉末金属混合物の約０．２５から約１．５０重量％の量の黒鉛粉を混合し、焼結体中に、混合された黒鉛の少なくとも約５０重量％を遊離黒鉛として保持する条件下で、粉末金属混合物を圧縮成形および焼結することによって得られる。
鉄系粉を炭素とプレアロイ化すると、鉄系粉が焼結前に炭素で飽和されて、焼結過程中、混合された黒鉛が鉄系粉と合金化することが防止される。したがって、混合された黒鉛の少なくとも５０％が、焼結体中で安定な遊離黒鉛として残存する。先行技術の粉末金属材料と異なり、混合された黒鉛の９０重量％より多い量で、米国標準ふるい規格約２００メッシュより微細な微粒子を含む混合された黒鉛は、焼結体中で安定な遊離黒鉛として保持される。焼結体中に大量の安定な遊離黒鉛を保持するために黒鉛粗粉は必要ない。
粉末金属焼結体は、自動車用バルブガイドなどの高摩耗高温用途に好適な、優れた潤滑、耐摩耗性、および他の機械的特性を与えるのに十分な遊離黒鉛を含む。粉末金属材料は、標準粉末処理技術を用いて処理しやすく、良好な機械加工性を与え、かつ優れた熱安定性を与える。混合された微細な黒鉛粒子は、混合物から分離したり、焼結体中に炭素空隙を引起こさないため、粗大な黒鉛粒子に関連する処理上の問題は回避される。微細な黒鉛粒子は、高温で優れた機械的特性を維持する。粉末金属材料は、自動車用バルブガイドなどのネットシェイプ、高温、耐摩耗用途のために優れた寸法安定性を与える。
本発明の他の利点は、付随の図面に関連して考慮されると、以下の詳細な説明を参照してよりよく理解されるため、容易に分かるであろう。
発明の詳細な説明
初めに図１を参照して、耐摩耗性鉄系粉金属材料が示される。粉末金属材料は、炭素を含むプレアロイ型鉄系粉と、混合された黒鉛と、混合された二硫化モリブデンと、混合された銅と、を含有する。粉末金属材料は、追加的なプレアロイ型元素および不純物を含み得る。粉末金属材料は、典型的には、圧縮成形および焼結されて、所定のネットシェイプを有し、相当な量の遊離黒鉛を含む焼結体を形成する。焼結体は、焼結体の約１．０から約２．０重量％の量で、プレアロイ型鉄系粉の炭素と、混合された遊離黒鉛と、を含む、合計炭素含有量を有する。粉末金属材料は、内燃機関のバルブガイドおよびバルブシート挿入物など、要求の厳しい摩耗表面への用途に好適である。
初めに図１を参照して、耐摩耗性鉄系粉金属材料が示される。粉末金属材料は、炭素を含むプレアロイ型鉄系粉と、混合された黒鉛と、混合された二硫化モリブデンと、混合された銅と、を含有する。粉末金属材料は、追加的なプレアロイ型元素および不純物を含み得る。粉末金属材料は、典型的には、圧縮成形および焼結されて、所定のネットシェイプを有し、相当な量の遊離黒鉛を含む焼結体を形成する。焼結体は、焼結体の約１．０から約２．０重量％の量で、プレアロイ型鉄系粉の炭素と、混合された遊離黒鉛と、を含む、合計炭素含有量を有する。粉末金属材料は、内燃機関のバルブガイドおよびバルブシート挿入物など、要求の厳しい摩耗表面への用途に好適である。
炭素を含むプレアロイ型鉄系粉は、粉末金属材料の基材を構成する。炭素は、焼結前のプレアロイ型鉄系粉の約０．２５から約１．５０重量％、典型的には、約０．７から約１．１重量％の量で存在する。焼結後、炭素は、焼結条件に依存して、プレアロイ型鉄系粉の約０．２５から約１．５０重量％の量で存在する。鉄系粉を炭素とプレアロイ化することにより、焼結前に鉄系粉が炭素で飽和され、焼結中に、混合された黒鉛粉が鉄系粉と合金化することを制限する。この結果、焼結体は、相当な量の安定な遊離黒鉛を含む。鉄系粉は、粉末金属材料を焼結した後に、混合された黒鉛の少なくとも約５０％を遊離黒鉛として保持するのに十分な量の炭素とプレアロイ化される。鉄系粉を、鉄系粉の約０．２５重量％未満の量の炭素とプレアロイ化しても、鉄系粉は適切に飽和されず、焼結中、混合された黒鉛が鉄系粉と合金化することが防止されない。典型的には、プレアロイ型鉄系粉は、プレアロイ型鉄系粉の約１．２０重量％の量の炭素で完全に飽和されるため、酸素含有量、炉条件、またはさまざまな他の要素により炭素の消失が起きない限り、より多くの量の炭素は必要ない。
プレアロイ型鉄系粉は、主にパーライト組織を含む。パーライト組織により、粉末金属材料を標準粉末冶金技術を用いて、容易に圧縮成形および焼結させることができる。プレアロイ型鉄系粉の鉄は、典型的には、米国標準ふるい規格約１００メッシュの大きさを有する。鉄系粉は、追加的な合金を含み、耐摩耗性を増加させたり、他の機械的特性を改善することができる。このような特性を改善し得る多くの元素の中には、モリブデン、ニッケル、クロム、およびマンガンがある。これらの追加的な合金の各々は、プレアロイ型鉄系粉の約３．０重量％以下の量で、鉄系粉中でプレアロイ化される。鉄系粉は、少量の他の添加剤および不純物も含み得る。
出発粉末金属材料の混合された黒鉛は、粉末金属材料の約０．２５から約１．５０重量％の量で存在する。混合された黒鉛は、約７５ミクロン未満の粒子径に相当する、米国標準ふるい規格約２００メッシュよりも微細な微粒子を含む。これらの微粒子は、混合された黒鉛の約９０．０重量％よりも多い量で存在する。黒鉛の残りの１０．０％は、約１２５ミクロン未満の粒子径に相当する、米国標準ふるい規格約１００メッシュよりも微細である。上述のとおり、鉄系粉を炭素と合金化すると、焼結前に鉄系粉を炭素で飽和させ、焼結過程中に、混合された黒鉛が鉄系粉と合金化することを防止する。したがって、大量の混合された黒鉛粒子が、粉末金属焼結体中に遊離安定黒鉛として残存する。混合された黒鉛の少なくとも５０％が、焼結後に、鉄系粉と合金化されないまま、遊離黒鉛として残る。プレアロイ型鉄系粉が炭素により完全に飽和されていないと、焼結中に、少量の混合された黒鉛が鉄粉と合金化する可能性があるため、焼結体中に存在する遊離黒鉛の量は、出発粉末金属材料中に存在する混合された黒鉛の量よりも若干少なくなり得る。粉末金属焼結体において、遊離黒鉛は、典型的には、焼結体の約０．０５から約１．５０重量％の量で存在する。
焼結体中に存在する遊離黒鉛は、優れた固体潤滑剤として作用する。また、遊離黒鉛は、優れた耐摩耗性、強度、および硬さも与える。混合される黒鉛の少なくとも９０重量％が２００メッシュ以下であるため、従来技術で用いられていた粗大な黒鉛粒子に関連する処理上の問題が回避される。微細な黒鉛粒子は、高温で望ましい機械的特性を維持する点においても、粗大な黒鉛粒子より優れている。したがって、２００メッシュ以下の粒子径を有する混合された黒鉛を含む粉末金属材料は、自動車用バルブガイドなどの高温高摩耗用途に、特に適している。上述のとおり、焼結体は、焼結体の約１．０から約２．０重量％の量で、プレアロイ型鉄系粉の炭素と、混合された遊離黒鉛と、を含む、合計炭素含有量を有する。
粉末金属材料は、焼結前には、二硫化モリブデンを粉末金属材料の約０．１から約４．０重量％の量で含み、焼結後には、４．０重量％未満の量で含んでもよい。混合された二硫化モリブデンは、典型的には、約３２５メッシュの粒子径を有する。混合された二硫化モリブデンは、固体潤滑剤としても機能し、遊離黒鉛と混合された二硫化モリブデンとの組合せは、焼結体において特に有効な固体潤滑剤を与える。二硫化モリブデンを約４．０重量％よりも多い量で混合すると、焼結過程中に、望ましくない成長および、圧縮成形された粉末金属混合物の歪みを起こし得る。二硫化モリブデンを約０．１重量％未満の量で混合すると、粉末金属焼結体の潤滑性の大きな改善が得られない可能性がある。
粉末金属材料は、焼結前には、混合された銅を粉末金属材料の約１．０から約５．０重量％の量で含み、焼結後には、５．０重量％未満の量で含む。混合された銅は、典型的には、約１００メッシュの粒子径を有する。焼結中、混合された銅は、プレアロイ型鉄系粉と合金化し、改善された強度および他の望ましい機械的特性を与える。銅を約５．０重量％より多い量で混合すると、脆化したミクロ組織となり得る一方、銅を約１．０重量％未満の量で混合すると、機械的特性の大きな改善が得られない場合がある。
焼結前、粉末金属材料は、粉末金属材料の約０．２５から約１．５０重量％、典型的には、約０．７５重量％の量で存在する、エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）などの混合された有機ワックスも含む。ＥＢＳワックスは、一時的な圧縮成形潤滑剤として作用し、圧縮成形過程中に圧縮成形設備を潤滑する。しかし、ＥＢＳワックスは、その後、焼結過程中に消失し、焼結体中では検出不可である。
出発粉末金属材料および粉末金属焼結体は、いずれもリンなしで形成される。プレアロイ型鉄系粉および混合される黒鉛の有効性により、従来技術のように、粉末金属焼結体中に遊離黒鉛を促進したり保持するためにリンは必要ない。したがって、リンに関連する処理上の問題、焼結体の歪み、および他の望ましくない効果が回避される。
粉末金属焼結体は、ＡＳＴＭ Ｂ３２８法を用いて試験すると、約６．４０から約７．１０ｇ／ｃｍ3の密度を含む。焼結体は、典型的には、ＡＳＴＭ Ｂ５２８法を用いて試験すると、約６１４ＭＰａの抗折力（ＴＲＳ）、さらに、ＡＳＴＭ Ｅ１８法を用いて試験すると、硬度測定のロックウェル硬度Ｂ（ＨＲＢ）スケールで約７９から約８３の硬度を含む。しかし、焼結体のＴＲＳおよび硬度は変化し、合金、添加剤の量、および焼結体の密度に依存して、開示される値よりも高くも低くもなり得る。
粉末金属焼結体は、典型的な内燃機関に用いられる。このようなエンジンは、典型的には、図４に示すように、排気または吸気通路２２を有して形成されるシリンダヘッド２０と、その中に往復動バルブ２６が配置されるバルブ通路２４と、を含む。粉末金属材料により形成されるバルブガイド２８は、バルブ通路２４内に配置され、往復動バルブ２６のベアリングとして機能する。バルブ２６のステム３０は、典型的には、バルブガイド２８のボア３２内を非常に高速で往復運動する。さらに、バルブガイド２８は、バルブガイド２８の頂部に位置し、バルブガイドボア３２を落ちるエンジンオイルの浸入を制限する、ステムシール３４を含む。バルブガイド２８は、燃焼室３６に近接すること、往復動バルブ２６による高速接触、さらに、ステムシール３４による周辺部の潤滑の結果として、高温に晒される。粉末金属材料は、このような過酷な条件において、高い強度、耐摩耗性、および潤滑性を提供する。粉末金属材料は、バルブシート挿入物３８などの、過酷な条件に晒される他のエンジン部品にも用いられ得る。
上記のとおり、粉末金属材料を形成する方法は、プレアロイ型鉄系粉と、混合された黒鉛粉との粉末金属混合物を得る工程を含む。粉末金属混合物は、粉末金属混合物を焼結した後に、混合される黒鉛の少なくとも約５０％を遊離黒鉛として保持するのに十分な量、典型的には、プレアロイ型鉄系粉の約０．２５から約１．５０重量％で、鉄系粉中の炭素をプレアロイ化することによって形成され得る。方法は、鉄系粉を、モリブデン、ニッケル、クロム、およびマンガンの少なくとも１つとプレアロイ化することも含み得る。次に、方法は、黒鉛、銅、および二硫化モリブデンを粉末金属混合物に混合する工程を含む。方法は、エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）などの有機ワックスを粉末金属混合物に混合する工程も含む。
方法は、炭素を含むプレアロイ型鉄系粉と、混合された黒鉛と、混合された銅と、混合された二硫化モリブデンと、混合されたＥＢＳワックスと、さらに、存在する場合、他の添加剤と、を含有する粉末金属混合物を混合する工程を含む。典型的には、混合は、Ｙ−コーン型ミキサまたはプロシアミキサで行なわれるが、他のミキサも使用できる。混合は、典型的には、約３０分間行なわれるが、混合は、プロセス条件および混合物の成分に依存して、より長い期間またはより短い期間で行なうことができる。次に、方法は、粉末金属混合物を圧縮成形し、混合物を所定の密度にプレスする工程を含む。プレスした粉末金属材料の密度は、約６．４０から約７．１０ｇ／ｃｍ3である。次に、方法は、粉末金属混合物を従来のメッシュベルト炉内で焼結する工程を含む。焼結は、典型的には、約１０３０から約１１５０℃の温度で行なわれる。また、焼結は、典型的には、約１０％水素および約９０％窒素の雰囲気中、または、解離性アンモニアの雰囲気中でも行なわれるが、焼結は他の雰囲気中でも行なわれ得る。
特定の実施形態
以下の実施例を本発明の特定の実施形態として、その実施および利点を実証するために設ける。実施例は例示として設けられ、明細書または請求項を限定することを決して意図するものではない。
以下の実施例を本発明の特定の実施形態として、その実施および利点を実証するために設ける。実施例は例示として設けられ、明細書または請求項を限定することを決して意図するものではない。
実施例１
第１の実施例において、以下を含む出発粉末金属材料から例示の粉末金属焼結体を調製した。
第１の実施例において、以下を含む出発粉末金属材料から例示の粉末金属焼結体を調製した。
９０．０重量％が２００メッシュよりも微細な粒子径を有する、１．０重量％黒鉛粉；
１．０重量％二硫化モリブデン；
３．０重量％銅；
０．９４重量％プレアロイ型炭素を含有する、９４．２５重量％鉄系粉；および
０．７５重量％エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）系有機ワックス。
１．０重量％二硫化モリブデン；
３．０重量％銅；
０．９４重量％プレアロイ型炭素を含有する、９４．２５重量％鉄系粉；および
０．７５重量％エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）系有機ワックス。
粉末金属材料をＹ−コーン型ミキサで約３０分間混合した。次に、粉末混合物を圧縮成形およびプレスして、約６．７０ｇ／ｃｍ3の密度を有する標準ＴＲＳ試験バーとした。１０％水素９０％窒素雰囲気中、１０４０℃以下の従来のメッシュベルト炉で試験バーを焼結した。粉末金属焼結体は、６１４ＭＰａの抗折力および、ＨＲＢスケールで８３の平均硬度を有していた。粉末金属焼結体のミクロ組織を図１に示す。
比較例２
第２の例においては、実施例１の焼結体の機械的特性における改善を実証するために、実施例１の焼結粉末金属ＴＲＳ試験バーを、米国特許第５，５０７，２５７号に従って調製した標準ＴＲＳ試験バーと比較した。第‘２５７号特許に従って調製した試験バーは、比較の目的のためのみに製造され、その意図は、実施例１の焼結体によって達成された改善を示すことのみである。
第２の例においては、実施例１の焼結体の機械的特性における改善を実証するために、実施例１の焼結粉末金属ＴＲＳ試験バーを、米国特許第５，５０７，２５７号に従って調製した標準ＴＲＳ試験バーと比較した。第‘２５７号特許に従って調製した試験バーは、比較の目的のためのみに製造され、その意図は、実施例１の焼結体によって達成された改善を示すことのみである。
粉末金属焼結体は、以下を含む出発粉末金属材料から第‘２５７号特許に従って調製した。
１００．０重量％が２００メッシュより微細な粒子径を有する、１．０重量％黒鉛微粉；
１００．０重量％が約２００から約３０メッシュの粒子径を有する、１．０重量％黒鉛粗粉；
３．０重量％銅；
０．３０重量％リン；
０．７５重量％エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）系有機ワックス；および
標準元素鉄粉である残余。
１００．０重量％が約２００から約３０メッシュの粒子径を有する、１．０重量％黒鉛粗粉；
３．０重量％銅；
０．３０重量％リン；
０．７５重量％エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）系有機ワックス；および
標準元素鉄粉である残余。
黒鉛粗粉を、約２００から約３０メッシュの粒子径を有するように、丁寧にふるい分けた。次に、出発粉末金属材料をＹ−コーン型ミキサで約３０分間混合した。次に、粉末混合物を圧縮成形およびプレスして、約６．７０ｇ／ｃｍ3の密度を有するＴＲＳ試験バーとした。試験バーは、１０％水素９０％窒素雰囲気中、１０４０℃以下の従来のメッシュベルト炉で焼結した。粉末金属焼結体は、４４０ＭＰａの抗折力および、ＨＲＢスケールで７５の平均硬度を有しており、その機械的特性は、実施例１の焼結体よりも著しく低いことがわかる。第‘２５７号特許に従って調製した、粉末金属焼結材料のミクロ組織を図２に示す。
比較例３
第３の例においては、実施例１の焼結体の機械的特性における改善をさらに実証するために、実施例１の焼結粉末金属ＴＲＳバーを、米国特許第６，６３２，２６３号に従って調製した標準ＴＲＳ試験バーと比較した。第‘２６３号特許に従って調製した試験バーは、比較の目的のためのみに製造され、その意図は、実施例１の焼結体によって達成された改善を示すことのみである。
第３の例においては、実施例１の焼結体の機械的特性における改善をさらに実証するために、実施例１の焼結粉末金属ＴＲＳバーを、米国特許第６，６３２，２６３号に従って調製した標準ＴＲＳ試験バーと比較した。第‘２６３号特許に従って調製した試験バーは、比較の目的のためのみに製造され、その意図は、実施例１の焼結体によって達成された改善を示すことのみである。
粉末金属焼結体は、以下を含む出発粉末金属材料から第‘２６３号特許に従って調製した。
１００．０重量％が３２５メッシュより微細な粒子径を有する、１．０重量％黒鉛微粉；
１００．０重量％が約３２５から約１００メッシュの粒径を有する、１．０重量％黒鉛粗粉；
３．０重量％銅；
１．０重量％二硫化モリブデン；
０．７５重量％エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）系有機ワックス；および
標準元素鉄粉である残余。
１００．０重量％が約３２５から約１００メッシュの粒径を有する、１．０重量％黒鉛粗粉；
３．０重量％銅；
１．０重量％二硫化モリブデン；
０．７５重量％エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）系有機ワックス；および
標準元素鉄粉である残余。
黒鉛粗粉を、約３２５から約１００メッシュの粒子径を有するように、丁寧にふるい分けた。粉末金属材料をＹ−コーン型ミキサで約３０分間混合した。次に、粉末混合物を圧縮成形およびプレスして、約６．７０ｇ／ｃｍ3の密度を有する標準ＴＲＳ試験バーとした。次に、試験バーを、１０％水素９０％窒素雰囲気中、１０４０℃以下の従来のメッシュベルト炉で焼結した。粉末金属焼結体は、実施例１の焼結体とほぼ同等である６１７ＭＰａの抗折力を有していたが、ＨＲＢスケールでの平均硬度は７５であり、実施例１の焼結体よりも著しく低かった。第‘２６３号特許に従って調製した焼結材料のミクロ組織を図３に示す。
実施例４
第４の例において、以下を含む出発粉末金属材料から例示の粉末金属焼結体を調製した。
第４の例において、以下を含む出発粉末金属材料から例示の粉末金属焼結体を調製した。
９０．０重量％が２００メッシュより微細な粒子径を有する、１．０重量％黒鉛粉；
１．０重量％二硫化モリブデン；
４．０重量％銅；
０．９４重量％のプレアロイ型炭素を含有する、９３．２５重量％鉄系粉；および
０．７５重量％エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）系有機ワックス。
１．０重量％二硫化モリブデン；
４．０重量％銅；
０．９４重量％のプレアロイ型炭素を含有する、９３．２５重量％鉄系粉；および
０．７５重量％エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）系有機ワックス。
粉末金属材料をＹ−コーン型ミキサで約３０分間混合した。次に、粉末混合物を圧縮成形およびプレスして、典型的な自動車用バルブガイドのサイズを代表する、１５．２ｍｍの外径、４．５ｍｍの内径、５５ｍｍの長さ、６．６５ｇ／ｃｍ3の密度を有する長い中空円柱体とした。次に、中空円柱体を、１０％水素９０％窒素雰囲気中、１０５５℃以下の従来のメッシュベルト炉で焼結した。長い円柱体は、実施例１のずっと小さなＴＲＳ試験バーと同様に焼結した。焼結中、円柱体の歪みまたはサイズ変化はほとんどなかった。粉末金属焼結体は、ＨＲＢスケールで８０の平均硬度を有していた。実施例１のＴＲＳ試験バーと比較して、長い円柱状焼結体のより低い硬度値は、該円柱状焼結体のより低い密度を反映している。
実施例５
第５の例においては、以下を含む出発粉末金属材料から例示の粉末金属焼結体を調製した。
第５の例においては、以下を含む出発粉末金属材料から例示の粉末金属焼結体を調製した。
９０．０重量％が２００メッシュより微細な粒子径を有する、１．０重量％黒鉛粉；
１．０重量％二硫化モリブデン；
４．０重量％銅；
１．０１重量％のプレアロイ型炭素を含有する、９３．２５重量％鉄系粉；および
０．７５重量％エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）系有機ワックス。
１．０重量％二硫化モリブデン；
４．０重量％銅；
１．０１重量％のプレアロイ型炭素を含有する、９３．２５重量％鉄系粉；および
０．７５重量％エチレンビスステアロアミド（ＥＢＳ）系有機ワックス。
粉末金属材料をＹ−コーン型ミキサで約３０分間混合した。次に、粉末混合物を圧縮成形およびプレスして、典型的な自動車用バルブガイドのサイズを代表する、１５．２ｍｍの外径、４．５ｍｍの内径、６０ｍｍの長さ、６．６０ｇ／ｃｍ3の密度を有する長い中空円柱体とした。次に、中空円柱体を、１０％水素９０％窒素雰囲気中、１０５５℃以下の従来のメッシュベルト炉で焼結した。円柱状粒子は、ずっと小さな実施例１のＴＲＳ試験バーおよび実施例４の円柱体と同様に焼結した。焼結中、円柱体の歪みまたはサイズ変化はほとんどなかった。粉末金属焼結体は、ＨＲＢスケールで７７の平均硬度を有していた。実施例１および４の焼結体と比較して、実施例５の焼結体のより低い硬度は、該円柱体のより低い密度を反映している。
フェデラル・モーグル製バルブガイドベンチリグ摩耗試験機（Valve Guide Bench Rig Wear test machine）で、実施例５の焼結体を試験し、既存の産業標準材料であるＰＭＦ−１１およびＰＭＦ−１０と比較した。摩耗試験は、熱および側面からの負荷をかけて（heat and side loading）往復動バルブ行程動作をさせて、所望のバルブステムを、長い円柱状焼結体の内径（Ｉ．Ｄ．）に対して特定の期間動作させることを含んだ。円柱体のＩ．Ｄ．への摩耗の深さを試験後に測定し、結果を図５に示す。バルブステム外径（Ｏ．Ｄ．）上の摩耗の深さも試験後に測定し、図６に結果を示す。試験結果は、産業標準材料であるＰＭＦ−１１およびＰＭＦ−１０よりも、実施例５の粉末金属体を用いた方がより少ない摩耗を示している。
実施例６
粉末金属焼結体を２リットルのＥ８５燃料エンジンにおいても試験した。粉末金属焼結体は、実施例５に従って調製し、次に、約１１ｍｍのＯ．Ｄ．、約５ｍｍのＩ．Ｄ．、約４０ｍｍの長さを有する自動車用バルブガイドへと機械加工した。バルブガイドを２リットルエンジンのシリンダヘッド内に設置し、エンジンを３００時間の全試験時間の間動作させた。各バルブガイドの摩耗を、試験前後のＩ．Ｄ．を比較することによって求めた。
粉末金属焼結体を２リットルのＥ８５燃料エンジンにおいても試験した。粉末金属焼結体は、実施例５に従って調製し、次に、約１１ｍｍのＯ．Ｄ．、約５ｍｍのＩ．Ｄ．、約４０ｍｍの長さを有する自動車用バルブガイドへと機械加工した。バルブガイドを２リットルエンジンのシリンダヘッド内に設置し、エンジンを３００時間の全試験時間の間動作させた。各バルブガイドの摩耗を、試験前後のＩ．Ｄ．を比較することによって求めた。
比較例７
第７の例において、実施例６のバルブガイドの性能を、同じ２リットルエンジンで既存の標準市販バルブガイド（ＰＭＦ−１１グレード）の性能と比較した。標準バルブガイドは、実施例６のバルブガイドと同じ寸法に製造した。実施例６および７のいずれのバルブガイドも、２リットルエンジンにおいて許容可能な程度に機能した。実施例６のバルブガイドと実施例７の標準市販バルブガイドとの間には、有意な統計的差異はなかった。
第７の例において、実施例６のバルブガイドの性能を、同じ２リットルエンジンで既存の標準市販バルブガイド（ＰＭＦ−１１グレード）の性能と比較した。標準バルブガイドは、実施例６のバルブガイドと同じ寸法に製造した。実施例６および７のいずれのバルブガイドも、２リットルエンジンにおいて許容可能な程度に機能した。実施例６のバルブガイドと実施例７の標準市販バルブガイドとの間には、有意な統計的差異はなかった。
当然のことながら、上記の教示に照らして、本発明のさまざまな変形例および変更例が可能であり、添付の請求の範囲内であれば、特定的に記載されたのと異なる形で実施されてもよい。これらの記載は、発明の新規性がその有用性を行使する如何なる組合せも網羅するように解釈されるべきである。さらに、請求項中の参照番号は便宜のためのみであり、決して限定的に読まれるべきではない。
Claims (11)
- 粉末金属材料であって、
プレアロイ型鉄系粉と、
前記粉末金属材料の０．２５から１．５０重量％の量で存在する、混合された黒鉛と、
前記粉末金属材料の０．１から４．０重量％の量で存在する、混合された二硫化モリブデンと、
前記粉末金属材料の１．０から５．０重量％の量で存在する、混合された銅とを含有し、
前記プレアロイ型鉄系粉は、前記プレアロイ型鉄系粉の０．２５から１．５０重量％の量で存在する炭素を含み、
前記プレアロイ型鉄系粉は、パーライト組織を含み、
前記プレアロイ型鉄系粉は、意図的に加えられたモリブデン、ニッケル、クロム、およびマンガンのうち少なくとも１つを含み、各々は、前記プレアロイ型鉄系粉の３．０重量％以下の量で存在し、
前記混合された黒鉛は、米国標準ふるい規格２００メッシュよりも微細な黒鉛微粒子を９０．０重量％よりも多い量で含み、
前記粉末金属材料は、リンを含有しない、
粉末金属材料。 - 前記プレアロイ型鉄系粉の前記炭素は、前記プレアロイ型鉄系粉の１．１重量％未満の量で存在する、請求項１に記載の粉末金属材料。
- 前記プレアロイ型鉄系粉の前記炭素は、前記プレアロイ型鉄系粉の０．７重量％よりも多い量で存在する、請求項１に記載の粉末金属材料。
- 前記粉末金属材料の０．２５から１．５重量％の量で存在する、意図的に加えられた、混合された有機ワックスを含む、請求項１に記載の粉末金属材料。
- 鉄系粉を、炭素とプレアロイ化してプレアロイ型鉄系粉を得る工程と、
前記プレアロイ型鉄系粉と混合された黒鉛粉との粉末金属混合物を得る工程と、
二硫化モリブデンおよび銅を前記粉末金属混合物に混合する工程とを含み
前記鉄系粉は、前記粉末金属混合物を焼結して得られた粉末金属焼結体において、前記混合された黒鉛の少なくとも５０％を遊離黒鉛として保持するのに十分な量である、前記プレアロイ型鉄系粉の０．２５から１．５０重量％の量の炭素でプレアロイ化され、
前記混合された黒鉛粉は、米国標準ふるい規格２００メッシュよりも微細な黒鉛微粒子を９０．０重量％よりも多い量で含み、
前記プレアロイ型鉄系粉は、パーライト組織を含む、
粉末金属材料を形成する方法。 - 鉄系粉を、炭素とプレアロイ化してプレアロイ型鉄系粉を得る工程と、
前記プレアロイ型鉄系粉と混合された黒鉛粉との粉末金属混合物を得る工程と、
前記粉末金属混合物を焼結した後に、前記混合された黒鉛の少なくとも５０％を遊離黒鉛として保持する工程と、を含み
前記鉄系粉は、前記粉末金属混合物を焼結して得られた粉末金属焼結体において、前記混合された黒鉛の少なくとも５０％を遊離黒鉛として保持するのに十分な量である、前記プレアロイ型鉄系粉の０．２５から１．５０重量％の量の炭素でプレアロイ化され、
前記混合された黒鉛粉は、米国標準ふるい規格２００メッシュよりも微細な黒鉛微粒子を９０．０重量％よりも多い量で含み、
前記プレアロイ型鉄系粉は、パーライト組織を含む、
粉末金属焼結材料を形成する方法。 - 前記粉末金属混合物を６．４０から７．１０ｇ／ｃｍ3の密度にプレスする工程を含む
、請求項６に記載の粉末金属焼結材料を形成する方法。 - 前記保持工程は、前記粉末金属混合物を圧縮成形および焼結する工程を含む、請求項６に記載の粉末金属焼結材料を形成する方法。
- 前記焼結工程は、１０３０から１１５０℃の温度で行なわれる、請求項８に記載の粉末金属焼結材料を形成する方法。
- 前記焼結工程は、水素および窒素の雰囲気中で行なわれる、請求項８に記載の粉末金属焼結材料を形成する方法。
- 前記焼結工程は、解離性アンモニアの雰囲気中で行なわれる、請求項８に記載の粉末金属焼結材料を形成する方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/579,772 | 2009-10-15 | ||
| US12/579,772 US8257462B2 (en) | 2009-10-15 | 2009-10-15 | Iron-based sintered powder metal for wear resistant applications |
| PCT/US2010/049600 WO2011046718A2 (en) | 2009-10-15 | 2010-09-21 | Iron-based sintered powder metal for wear resistant applications |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013508540A JP2013508540A (ja) | 2013-03-07 |
| JP5858921B2 true JP5858921B2 (ja) | 2016-02-10 |
Family
ID=43876791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012534204A Active JP5858921B2 (ja) | 2009-10-15 | 2010-09-21 | 耐摩耗用途のための鉄系焼結粉末金属 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (4) | US8257462B2 (ja) |
| EP (1) | EP2488318B8 (ja) |
| JP (1) | JP5858921B2 (ja) |
| KR (2) | KR101802276B1 (ja) |
| CN (1) | CN102655966B (ja) |
| WO (1) | WO2011046718A2 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8257462B2 (en) | 2009-10-15 | 2012-09-04 | Federal-Mogul Corporation | Iron-based sintered powder metal for wear resistant applications |
| JP5773267B2 (ja) * | 2011-09-30 | 2015-09-02 | 日立化成株式会社 | 鉄基焼結摺動部材およびその製造方法 |
| DE102012222826A1 (de) * | 2012-06-28 | 2014-01-02 | Robert Bosch Gmbh | Kolben-Kraftstoffpumpe |
| CN103667914B (zh) * | 2012-09-06 | 2016-03-30 | 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 | 粉末冶金材料、十字滑环及该十字滑环的制作方法 |
| JP6112473B2 (ja) | 2013-03-13 | 2017-04-12 | 日立化成株式会社 | 鉄基焼結摺動部材 |
| JP5658804B1 (ja) * | 2013-07-26 | 2015-01-28 | 株式会社リケン | 焼結合金製バルブガイド及びその製造方法 |
| DE102013021059A1 (de) | 2013-12-18 | 2015-06-18 | Bleistahl-Produktions Gmbh & Co Kg. | Double/Triple layer Ventilführung |
| CN104342597A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-02-11 | 海安县鹰球粉末冶金有限公司 | 一种自润滑气门导管合金材料及其制备方法 |
| EP3165302A1 (de) | 2015-11-03 | 2017-05-10 | Wachs-Chemie Elsteraue e.K. | Gleitmittel auf basis zuckerrohrwachse |
| RU2631773C1 (ru) * | 2016-10-31 | 2017-09-26 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Шихта для получения железных спеченных изделий |
| JP6519955B2 (ja) * | 2017-01-30 | 2019-05-29 | 日立化成株式会社 | 鉄基焼結摺動部材およびその製造方法 |
| CN107186452A (zh) * | 2017-04-23 | 2017-09-22 | 唐世群 | 一种切割机用耐磨刀片制备方法 |
| CN107099754A (zh) * | 2017-05-22 | 2017-08-29 | 东风汽车零部件（集团）有限公司东风粉末冶金公司 | 一种天然气发动机气门导管材料 |
| CN107262724B (zh) * | 2017-05-22 | 2019-11-05 | 东风汽车零部件（集团）有限公司东风粉末冶金公司 | 一种天然气和汽油双燃料发动机气门导管材料 |
| CN107245670A (zh) * | 2017-05-22 | 2017-10-13 | 东风汽车零部件（集团）有限公司东风粉末冶金公司 | 一种柴油发动机气门导管材料 |
| CN107686938B (zh) * | 2017-07-20 | 2019-06-14 | 中南大学 | 一种铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法 |
| DE112018006150T5 (de) * | 2017-11-30 | 2020-09-10 | Gkn Sinter Metals, Llc. | Pulvermetalllegierungszusammensetzung für Sinterpulvermetalleinsatz für Aluminiumguss |
| CN110340346A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-18 | 九江天时粉末制品有限公司 | 一种粉末冶金材料及其应用 |
| KR102207652B1 (ko) * | 2020-05-04 | 2021-01-26 | 한대용 | 소결 처리된 윤활성 금속 시트 |
| US11988294B2 (en) | 2021-04-29 | 2024-05-21 | L.E. Jones Company | Sintered valve seat insert and method of manufacture thereof |
Family Cites Families (47)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US613959A (en) | 1898-11-08 | Measuring and registering device for looms | ||
| JPS5672154A (en) * | 1979-11-15 | 1981-06-16 | Hitachi Powdered Metals Co Ltd | Sintered iron sliding member |
| JPS5837158A (ja) * | 1981-08-27 | 1983-03-04 | Toyota Motor Corp | 耐摩耗性焼結合金 |
| JPS6164861A (ja) | 1984-09-06 | 1986-04-03 | Tohoku Metal Ind Ltd | 磁気損失が小さく高角形性を有するアモルフアス合金の製造方法 |
| JPS6164851A (ja) | 1984-09-07 | 1986-04-03 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 高剛性を有する焼結合金製シリンダ・スリ−ブ材 |
| JPS61243156A (ja) * | 1985-04-17 | 1986-10-29 | Hitachi Powdered Metals Co Ltd | 耐摩耗性鉄系焼結合金およびその製造方法 |
| ES2053582T3 (es) * | 1986-08-13 | 1994-08-01 | Ciba Geigy Ag | Procedimiento para la obtencion de derivados del acido 5-amino-4-hidroxivalerianico. |
| GB8723818D0 (en) * | 1987-10-10 | 1987-11-11 | Brico Eng | Sintered materials |
| JPH0483801A (ja) | 1990-07-26 | 1992-03-17 | Toyota Motor Corp | 粉流調整用の治具を備えたホッパー |
| US5259860A (en) * | 1990-10-18 | 1993-11-09 | Hitachi Powdered Metals Co., Ltd. | Sintered metal parts and their production method |
| JP2898461B2 (ja) * | 1991-04-22 | 1999-06-02 | 株式会社神戸製鋼所 | 粉末冶金用混合粉末及び結合剤 |
| US5217683A (en) * | 1991-05-03 | 1993-06-08 | Hoeganaes Corporation | Steel powder composition |
| US5108493A (en) * | 1991-05-03 | 1992-04-28 | Hoeganaes Corporation | Steel powder admixture having distinct prealloyed powder of iron alloys |
| US5217682A (en) * | 1991-05-17 | 1993-06-08 | Atomic Energy Of Canada Limited | Passive indirect shutdown cooling system for nuclear reactors |
| JP2977941B2 (ja) | 1991-05-20 | 1999-11-15 | 日立粉末冶金株式会社 | 低摩擦係数焼結軸受の製造方法 |
| GB9207139D0 (en) * | 1992-04-01 | 1992-05-13 | Brico Eng | Sintered materials |
| AU4826693A (en) | 1992-09-25 | 1994-04-26 | Powdrex Limited | A method of producing sintered alloy steel components |
| JPH06228603A (ja) * | 1993-01-29 | 1994-08-16 | Iwate Seitetsu Kk | 焼結金属用原料鉄粉およびその製造方法 |
| JPH06225603A (ja) | 1993-02-05 | 1994-08-16 | Kubota Corp | ロータリ耕耘機の弾性カバー取り付け装置 |
| US5507257A (en) * | 1993-04-22 | 1996-04-16 | Mitsubishi Materials Corporation | Value guide member formed of Fe-based sintered alloy having excellent wear and abrasion resistance |
| US5571305A (en) * | 1993-09-01 | 1996-11-05 | Kawasaki Steel Corporation | Atomized steel powder excellent machinability and sintered steel manufactured therefrom |
| KR950014352B1 (ko) | 1993-11-02 | 1995-11-25 | 대우중공업주식회사 | 밸브시트용 철계소결합금 및 그 제조방법 |
| JPH07228901A (ja) | 1994-02-16 | 1995-08-29 | Kobe Steel Ltd | 粉末冶金用混合粉末の見掛密度調整法および粉末冶金用混合粉末 |
| GB9405946D0 (en) * | 1994-03-25 | 1994-05-11 | Brico Eng | Sintered valve seat insert |
| SE9402672D0 (sv) * | 1994-08-10 | 1994-08-10 | Hoeganaes Ab | Chromium containing materials having high tensile strength |
| JPH08143901A (ja) | 1994-11-28 | 1996-06-04 | Daido Steel Co Ltd | 流動性の高い粉末冶金用合金粉末およびその製造方法 |
| JP3340908B2 (ja) | 1996-02-29 | 2002-11-05 | 大同メタル工業株式会社 | 焼結摺動部材及びその製造方法 |
| JPH09310142A (ja) * | 1996-05-20 | 1997-12-02 | Hitachi Koki Co Ltd | 高強度高耐摩耗焼結機構部品 |
| JP3862392B2 (ja) * | 1997-02-25 | 2006-12-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 粉末冶金用鉄基混合粉 |
| JP3410326B2 (ja) * | 1997-04-25 | 2003-05-26 | 日立粉末冶金株式会社 | 鉄系焼結合金の製造方法およびこの製造方法により製造された鉄系焼結合金並びにベアリングキャップ |
| JP3871781B2 (ja) | 1997-10-14 | 2007-01-24 | 株式会社日立製作所 | 金属質粉成形素材及びその製造方法 |
| KR19990049340A (ko) | 1997-12-12 | 1999-07-05 | 정몽규 | 스플라인 허브용 철계 소결합금 및 이를 이용한스플라인 허브의 제조방법 |
| JP3537126B2 (ja) * | 1998-11-17 | 2004-06-14 | 日立粉末冶金株式会社 | 快削性鉄系焼結合金およびその製造方法 |
| US6139598A (en) * | 1998-11-19 | 2000-10-31 | Eaton Corporation | Powdered metal valve seat insert |
| GB9917510D0 (en) * | 1999-07-27 | 1999-09-29 | Federal Mogul Sintered Prod | Sintered steel material |
| CN1143743C (zh) * | 2000-05-16 | 2004-03-31 | 钢铁研究总院 | 一种高密度粉末冶金气门座的制造方法 |
| GB2368348B (en) * | 2000-08-31 | 2003-08-06 | Hitachi Powdered Metals | Material for valve guides |
| US6679932B2 (en) * | 2001-05-08 | 2004-01-20 | Federal-Mogul World Wide, Inc. | High machinability iron base sintered alloy for valve seat inserts |
| US6599345B2 (en) * | 2001-10-02 | 2003-07-29 | Eaton Corporation | Powder metal valve guide |
| JP4615191B2 (ja) * | 2002-02-20 | 2011-01-19 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鉄基焼結体の製造方法 |
| US6632263B1 (en) * | 2002-05-01 | 2003-10-14 | Federal - Mogul World Wide, Inc. | Sintered products having good machineability and wear characteristics |
| SE0201824D0 (sv) * | 2002-06-14 | 2002-06-14 | Hoeganaes Ab | Pre-alloyed iron based powder |
| US20060032328A1 (en) | 2004-07-15 | 2006-02-16 | Katsunao Chikahata | Sintered valve guide and manufacturing method thereof |
| US20060086204A1 (en) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Edmond Ilia | Impact of copper and carbon on mechanical properties of iron-carbon-copper alloys for powder metal forging applications |
| US20080146467A1 (en) * | 2006-01-26 | 2008-06-19 | Takemori Takayama | Sintered Material, Ferrous Sintered Sliding Material, Producing Method of the Same, Sliding Member, Producing Method of the Same and Coupling Device |
| US7722803B2 (en) * | 2006-07-27 | 2010-05-25 | Pmg Indiana Corp. | High carbon surface densified sintered steel products and method of production therefor |
| US8257462B2 (en) * | 2009-10-15 | 2012-09-04 | Federal-Mogul Corporation | Iron-based sintered powder metal for wear resistant applications |
-
2009
- 2009-10-15 US US12/579,772 patent/US8257462B2/en active Active
-
2010
- 2010-09-21 CN CN201080057255.1A patent/CN102655966B/zh active Active
- 2010-09-21 KR KR1020177021113A patent/KR101802276B1/ko active IP Right Grant
- 2010-09-21 JP JP2012534204A patent/JP5858921B2/ja active Active
- 2010-09-21 KR KR1020127011909A patent/KR101988271B1/ko active IP Right Grant
- 2010-09-21 EP EP10823808.0A patent/EP2488318B8/en active Active
- 2010-09-21 WO PCT/US2010/049600 patent/WO2011046718A2/en active Application Filing
-
2012
- 2012-08-03 US US13/566,432 patent/US8801828B2/en active Active
-
2014
- 2014-06-18 US US14/308,030 patent/US10232438B2/en active Active
-
2019
- 2019-03-18 US US16/356,449 patent/US20190210105A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10232438B2 (en) | 2019-03-19 |
| KR101988271B1 (ko) | 2019-06-12 |
| KR101802276B1 (ko) | 2017-11-28 |
| US20130028780A1 (en) | 2013-01-31 |
| WO2011046718A2 (en) | 2011-04-21 |
| US8257462B2 (en) | 2012-09-04 |
| KR20170091173A (ko) | 2017-08-08 |
| US20140301886A1 (en) | 2014-10-09 |
| CN102655966B (zh) | 2014-04-09 |
| JP2013508540A (ja) | 2013-03-07 |
| WO2011046718A3 (en) | 2011-07-21 |
| EP2488318A2 (en) | 2012-08-22 |
| CN102655966A (zh) | 2012-09-05 |
| US8801828B2 (en) | 2014-08-12 |
| US20110091344A1 (en) | 2011-04-21 |
| KR20120095898A (ko) | 2012-08-29 |
| EP2488318A4 (en) | 2017-07-26 |
| US20190210105A1 (en) | 2019-07-11 |
| EP2488318B8 (en) | 2019-03-27 |
| EP2488318B1 (en) | 2019-01-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5858921B2 (ja) | 耐摩耗用途のための鉄系焼結粉末金属 | |
| KR101399003B1 (ko) | 개선된 분말 야금 조성물 | |
| JP2010216016A (ja) | 粉末冶金用混合物及びこれを用いた粉末冶金部品の製造方法 | |
| JP6112473B2 (ja) | 鉄基焼結摺動部材 | |
| US20020084004A1 (en) | Iron-based sintered alloy material for valve seat and valve seat made of iron-based sintered alloy | |
| US4021205A (en) | Sintered powdered ferrous alloy article and process for producing the alloy article | |
| JP6142987B2 (ja) | 鉄基焼結摺動部材 | |
| CN104759618B (zh) | 一种钛铁基含油减摩材料 | |
| KR100420264B1 (ko) | 밸브 가이드용 재료 | |
| US6632263B1 (en) | Sintered products having good machineability and wear characteristics | |
| US5937268A (en) | Sintered sliding member and production method thereof | |
| JP4323069B2 (ja) | バルブガイド材 | |
| JP4323070B2 (ja) | バルブガイド材 | |
| JP6384687B2 (ja) | 鉄基焼結摺動部材の製造方法 | |
| JP6519955B2 (ja) | 鉄基焼結摺動部材およびその製造方法 | |
| JP6341455B2 (ja) | 鉄基焼結摺動部材の製造方法 | |
| JP3795391B2 (ja) | 鋳鉄系焼結摺動部材及びその製造方法 | |
| JP3795402B2 (ja) | 鋳鉄系焼結摺動部材及びその製造方法 | |
| JP4917869B2 (ja) | 鋳鉄系焼結摺動部材の製造方法 | |
| JP3264092B2 (ja) | 耐摩耗性鉄基焼結合金およびその製造方法 | |
| JPH06271998A (ja) | 耐摩耗性鉄基焼結合金およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130402 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140401 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140609 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150203 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150603 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20150603 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20150727 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150825 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151106 |
|
| 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: 20151208 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151215 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5858921 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| 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 |