JPH01108349A

JPH01108349A - 高温耐摩耗性に優れた焼結合金

Info

Publication number: JPH01108349A
Application number: JP26340587A
Authority: JP
Inventors: Akira Manabe; 明真鍋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-10-19
Filing date: 1987-10-19
Publication date: 1989-04-25
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH0772331B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高温における耐酸化性、耐焼付性がよく、し
たがって高温耐摩粍性がよい焼結合金に関する。本発明
の焼結合金は、高温で苛酷な条件下Ｃ摺動する摺動部材
とじで適する。本発明の焼結合金が用いられる代表的な
摺動部材としては、例えば、熱処理炉に用いられる軸受
や、自ａ車の内燃機関に用いられる過給装置のウェイス
トゲートバルブの軸を支えるブツシュがある。

このウェイストゲートバルブは、過給圧が設定した圧力
を越えることを防止する部材である。即ち、このウニイ
ス１−ゲートバルブは、エンジンの回転数の低いどきに
は閉じているが、エンジンの回転数が高くなると開放し
、この開放によりタービン流入排気ガスをタービン出口
にバイパスして、タービン出力を制御し、ちって過給圧
をコントロールするものである。上記した排気ガスは約
７００℃〜９００℃にも達するかなりの高温であるため
、上記したタービンは、劣化の度合がかなり大きく、従
ってウェイストゲートバルブとの摺動不良が生じ易い。

（従来の技術）ＩＳ温で苛酷な条件下でＷｌｖＪする摺動部材は従来よ
り、オーステナイト系ニレジスト鋳鉄などから作製され
ている。しかしながら高温で苛酷な条件下で摺動するｍ
動部材では必ずしも充分ではない場合がある。

例えば、内燃機関に用いられる過給装置において使用さ
れるウェイストゲートバルブでｔよ、−ｐの高温耐摩粍
性、耐焼付性が要望されている。

また過給装置では、最近の高性能化に伴い使用来着は更
に一層苛酷になり、そのためハウジングの材質Ｇｔ耐熱
亀裂性の向」二を考慮してオーステナイト系のニレジス
ト鋳鉄からフェライト系の耐熱鋳鉄に移行しつつある。

従来より使用されているウェイストゲートバルブブツシ
ュでは、フェライト系のハウジングとの間で生じる熱膨
張差に起因してウェイストゲートバルブブツシュの緩み
が生じる。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は一ト記した従来技術を背景としてなされたもの
である。従って本発明の目的は３００℃〜９００℃のｔ
ｆｉ温領域において、耐摩耗性、耐酸化性、耐焼付性が
良好であり、相手材がフェライト系である場合であって
も熱膨張差が小さい焼結合金を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明の焼結合金は、重量比において、（△）モリブデ
ン２５〜４０％、シリコン２〜１０％、クロム０〜２０
％、ニッケルおよび鉄の少なくとも一種０〜８％、残部
コバルトよりなるコバルト合金粉末２〜１０％と、（Ｂ）黒鉛粉末０〜０．３％と、（Ｃ）フェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼
のステンレス鋼粉末とで合計１００％となる混合粉末か
らなる焼結体を焼結して得られる焼結合金であり、（Ｄ）クロム１０〜１８％、モリブデン０．５〜６％、
コバルト０．４〜７％、シリコン０．０４〜１．８％、
炭素０〜０．３％、不可避の不純物２％以下、残部鉄の
組成をもつことを特徴とするものである。

本発明の焼結合金のマトリックスは、通常、フェライト
又はマルテンサイ（−を主体とする。従って本発明の焼
結合金は耐熱性、耐酸化性に優れている。

マトリックスには、一般的に硬質粒子が分散している。

硬質粒子の断面形状は一般に丸く、その大きさは通常１
０〜１００μである。上記した硬質粒子は、金属間化合
物、あるいは複合炭化物で構成される。ここで金属間化
合物は、通常、コバルト、モリブデン、シリコン、クロ
ムのうち二種又は二種以上から成る。又複合炭化物は、
コバルト、モリブデン、シリコン、クロム、鉄のうち二
接又は二種以上と炭素とから成る。

ここで代表的な金属間化合物は、Ｃｏ　３　ＭＯｔＳ＋
がある。この００３Ｍ０２ｓｉは、硬さがＨＶ７００〜
１１００であり、焼結合金の耐摩耗性を向上させるとと
もに、相手材攻撃性も低い。

上記した代表的な複合炭化物は、一般にＭ６Ｃは、硬さ
が一般に：１−ＩＶＩ　１００〜１５００テアＧｌ）、
焼結合金の耐摩耗性を向上させる。ここでＭ６ＣのＭは
、コバルト、モリブデン、シリコン、クロム、鉄のうち
二接又は三種以上を意味する。

上記した硬質粒子が組織中で占める面積率は、０．２〜
２０％が望ましい。その理由は０．２％以下では、硬質
粒子が少なすぎて高温耐摩粍性の向上に寄与せず、又２
０％以上ではコスト高、相手材攻撃性が高くなる傾向に
あるからである。該面積率は更に望ましくは、０．５〜
４％が良い。

上記した硬質粒子は、マトリックスに均一に分散してい
ることが望ましい。

（コバルト系合金粉末）コバルト系合金粉末は、相手材との間で生じゃすい摺動
固着を防止する上で必要であり、２％未満では、その効
果が不十分であり相手材との間で焼付が発生する。一方
１０％を越えると、耐酸化性を悪化させ、焼結合金自体
の酸化膨張が生じ、相手材との公差を失いロック状態に
至る可能性があり、従ってコバルト系合金粉末は２〜１
０％が適当である。

黒鉛Ｏ％の場合においてはコバルト系合金粉末は例えば
ＧＯ３ＭＯｔＳｉの構造を有する金属間化合物として、
又黒鉛添加の場合においてはＭ６Ｃ型の複炭化物を生じ
、耐摩耗性や耐焼付性の向上に寄与する。

コバルト系合金粉末の組成としてはＣｏを基材とし、原
料費低減の為、Ｎｉ又はＦｅの一方又は両方にて希釈す
ることも可能であるが、Ｎｉ％Ｆｅの増加とともにコバ
ルト系合金粉末の上述の効果が低減する為、Ｎ１及びＦ
ｅの合計量は８％以下が望ましい。

コバルト系合金粉末中のＭｏ、Ｓｉは必須元素であり、
Ｃｒは耐摩耗性において不足する場合に添加する。Ｍｏ
は２５％未満、ｓｉは２％未満では上述の効果が低減し
、ＭＯ４０％、５ｉ１０％、０ｒ２０％を越えるとコバ
ルト系合金粉末の硬度上昇により、圧粉体の密度が十分
に上昇せず、結果として耐酸化性が低下するのみならず
、成形の際に金型に傷をつけ金型寿命を低下させる為、
実用的でない。

（黒鉛粉末）黒鉛はそれほど厳しくない使用条件下においては添加す
る必要はなく、熱的に厳しい条件下において焼結合金を
使用する場合に添加する。これによりコバルト系合金粉
末中に存在するＣ０１Ｍ０１Ｃｒ等との複炭化物が形成
される。複炭化物が形成されると、焼結合金の硬さが（
黒鉛粉末の添加なしくＤｇ４合ＨＶ７００〜１１００）
ＨＶｌ　１００〜１５００に向上し、耐摩耗性を向上さ
せるのみならず、複炭化物がマトリックス中に拡散し、
マトリックスを強化させる。但し、黒鉛添加により耐酸
化性が低下するとともに一部に残留オーステナイトを形
成する為、０．３％を越えて添加すると、かえって焼結
合金の性能を低下させる。

（ステンレス鋼粉末）ステンレス鋼粉末は、重量化でクロム１１〜１８％、モ
リブデン０〜２％、炭素０．０３％以下を含むステンレ
ス鋼の粉末を採用できる。クロム１１％以下では耐酸化
性が不十分であり、１８％を越える゛とステンレス鋼粉
末の硬さが高く、圧縮性が低下する。ステンレス鋼粉末
にはモリブデンは必要に応じ添加される。モリブデンは
マトリックスを強化する。但しステンレス鋼粉末に含ま
れるモリブデンが２％を越えると圧縮性が低下する。

ステンレス鋼に含まれる炭素は圧縮性確保の観点から０
．０３％以下が望ましい。代表的なステンレス鋼粉末と
しテハ、Ｊ　ｌ５−８ＵＳ４１０Ｌ［末を用いることが
できる。上記したステンレス鋼の粉末の平均粒径は５０
〜１００μが望ましい。

その連山は、ステンレス鋼粉末の平均粒径が５０μ以下
であると圧粉体をつくる際の圧縮性、成形性が低下し、
一方１００μ以上であると焼結性が低下するからである
。

（マトリックス）相手材、例えば焼結合金がウェイストゲートバルブブツ
シュに用いられる場合には、相手材としてのハウジング
は、従来のニレジスト系鋳鉄では熱負荷の厳しい条件化
では耐熱亀裂性が不」−分であるため、近年ではフェラ
イト系耐熱ｖＩ鋼に移行しつつある。この為、焼結合金
のマトリックスが、オーステラナイト系では、フェライ
ト系のハウジングとの熱膨張差により熱降伏を生じ、不
具合が発生する。例えば焼結合金がつ１イストゲートバ
ルブブツシコに用いられる場合には、ブツシュ、シャフ
ト間の圧入代を失う。そのため熱膨張差緩和の為、焼結
合金のマトリックスはフェライト系又はマルテンサイト
系を主体とするものであることが望ましい。

（製造方法）本発明の焼結合金を形成するにあたっては、上記したよ
うな合金粉末、黒鉛粉末、ステンレス鋼粉末を混合した
混合粉末を、所定の形状に圧縮成形して汁粉体とした後
、咳圧粉体を焼結する。圧縮は、金型成形による通常の
手段の他、ラバープレス等の手段を用いることができる
。成形圧力は、５〜８ｔｏｎ／ｃ１で行なうとよい。圧
粉体の密度は均一であることが望ましい。圧粉体の密度
は６．０〜６．８！Ｊ　／Ｃ１３がよい。

上記した密度値とする理由は以下のとおりである。即ち
、密度６．０す７０１３未満では、気孔を通しての焼結
合金の酸化が著しく進行する為、又強度が低下する。一
方、６．８ｇ／ｃｍ３を越える成形は金型寿命低下によ
り実用的でない。圧粉体の焼結は還元性雰囲気又は真空
中焼結がよい。この理由は、これ以外の雰囲気では、雰
囲気によりステンレス鋼粉末の粒界にそって酸化が進行
し強度低下をまねく。焼結は、通常、１１５０〜１２５
０℃で例えば３０〜６０分間加熱して行なう。

温度は１１５０℃未満では焼結進行が不十分であり、１
２５０℃を越えると、変形が大きく実用的でない。焼結
時間ｌよ３０分未満では焼結進行が不十分であり、６０
分を越えても焼結進行がほとんど飽和する為、焼結時間
は３０分〜６０分間が良い。

ところで本発明の焼結合金の組成は、重着比でクロム１
０〜１８％、モリブデン０．５〜６％、コバルト０．４
〜７％、シリコン０．０４〜１゜８％、炭素０〜０．３
％及び不可避の不純物２％以下、残部鉄の組成である。

［発明の効果］本発明の焼結合金は以」−説明した様な構成である。か
かる構成の焼結合金は、高温における耐酸化性、耐焼付
性が良好である。故に高温耐摩粍性が優れている。更に
、相手材がフェライト系である場合であっても、熱膨張
差に起因する緩みの問題を改善できる。

従って高温において苛酷な条件下で摺動される摺動部材
に、特には自動車の内燃機関の過給装置に用いられるウ
ェイストゲートバルブのブツシュに、本発明の焼結合金
を適用すると、著しく耐久性を増し摺動面の摩耗ｍも少
なくなる。

［試験例］（本発明品の試料の作製）ステンレス鋼粉末としてＪ　ｌ５−８ＵＳ４１０Ｌ　（
Ｆｅ−１２％Ｃｒ）粉末（平均粒径５ｏ〜１００μｍ）
をｔＰ＝備し、コバルト系合金粉末として重量比で２８
％ＭＯ−８％Ｃｒ−２％３ｉのコバルト系合金粉末（平
均粒径７０〜１００μｍ）を準備した。

次に」上記したステンレス鋼粉末にコバルト系合金粉末
５％、更に金型潤滑剤としてスデリアン耐亜鉛を体重量
で１％添加した。そして上記した各粉末をＶ型混合機に
３０分間混合して混合粉末を（りだ。そして、混合粉末
を５ｔ：ｏｎｆ／ｃｍ２での成形圧力で汁粉体く密度６
．２ｇ／Ｃｌ１１３　）を成形し、該圧粉体を還元性雰
囲気中（水素ガス）で１２００℃で４５分間加熱して焼
結を行なった。そして焼結体を機械加工し、これを試料
とした。尚試料の形状は、円筒形状であり、その大きさ
は外径が１３１１１１．内径が８ｍ１１１全長が２６ｕ
ｉである。

同様な製造方法にて実施例２〜実施例４についても、第
１表に示すｙＪ造条件にて試料を形成した。

なお、実施例４では、実施例１で用いたコバルト系合金
粉末を用いた。

（本発明の試料の試験）上記したような実施例１〜実施例４にかかる試料の高温
における試験は下記の（１）〜（７）の条件下で行ない
、円筒形状の試料の内径寸法収縮量と、焼付状態、締結
状態を測定することにより行なった。

（１）第１図に示す過給装置を模した高温摺動試験機に
て試験した。試料１をハウジング２に圧入代４０〜６０
μｍにて圧入した。なお試料１の孔に挿入されたシャフ
ト材３はＪＡＳ　　５ＵＳ３０４！１１材である（試料
１との公差隙間２０〜４５μｍ）。

（２）シャフト材３の揺動角度は±２０°である。

（３）シャフト材３の揺動速度は３０回／分である。

（４）試験温度８００℃（ヒータ４で加熱して、熱電対
５にて測定）（５）ハウジング２はフェライト系耐熱鋳鋼（Ｆｅ−７
Ｏｒ−３３ｉ−１，３０）から作製さレテいる。

（６）試験時間は１００時間である。

（本発明品の試料の試験結果）実施例１〜実施例４にかかる試験結果を、第２表に示す
。実施例１〜実施例４にかかる試料内径寸法収縮間は１
３〜２５μ程度であった。これは耐酸化性がよいためで
ある。

第２表に示すように実施例１〜実施例４にかかる試料と
相手材たるシャフト材３との焼付傷もほとんど無かった
。又、ハウジング２と試料１との間の締結状態にも緩み
は生じなかった。実施例１〜実施例４にかかる試料１と
ハウジング２との間の熱膨張差が少ないためである。

（比較例）比較例１〜比較例５についても試料を形成した。

比較例１〜比較例５の試料の製造条件は第１表に示され
ている。なお、比較例５の試料は、溶製材からなるＪＴ
Ｓ　　５ＵＳ４１０Ｌの鋼材で形成した。

比較例の試料の試験は、本発明品の試料と同様な条件で
行なった。比較例の試料の試験結果を、第２表に示す。

収縮間は、比較例１では２０μ、比較例２では１０μで
あったが、比較例３では４８μ、比較例４では２７μと
大きかった。

また、比較例５の試料ではシセフト材３との間で焼付を
生じてしまった。又比較例３．４ではハウジング２と試
料１との間で緩みが生じた。

以上の様に本発明品は比較例と比べて極めて安定な高温
耐酸化性、耐焼付性を示し、結果として高温耐摩粍性に
優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は試験状態を示す模式図である。特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社代理人　　　　
弁理士　大川　宏

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比においてモリブデン２５〜４０％、シリコ
ン２〜１０％、クロム０〜２０％、ニッケルおよび鉄の
少なくとも一種０〜８％、残部コバルトよりなるコバル
ト系合金粉末２〜１０％と、黒鉛粉末０〜０．３％と、フェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼のステ
ンレス鋼粉末とで合計１００％となる混合粉末からなる
圧粉体を焼結して得られる焼結合金であり、クロム１０〜１８％、モリブデン０．５〜６％、コバル
ト０．４〜７％、シリコン０．０４〜１．８％、炭素０〜０．３％、不可避の不純物２％以下、残
部鉄の組成をもつことを特徴とする高温耐摩粍性に優れ
た焼結合金。
（２）マトリックスは、フェライト又はマルテンサイト
を主体としており、該マトリックスは、硬質粒子を分散
して有している特許請求の範囲第１項記載の高温耐摩耗
性に優れた焼結合金。
（３）硬質粒子は、コバルト、モリブデン、シリコン、
クロムのうち二種又は二種以上からなる金属間化合物で
ある特許請求の範囲第２項記載の高温耐摩耗性に優れた
焼結合金。
（４）硬質粒子は、コバルト、モリブデン、シリコン、
クロム、鉄のうち二種又は二種以上と、炭素との複合炭
化物を含む特許請求の範囲第２項記載の高温耐摩耗性に
優れた焼結合金。
（５）金属間化合物、Ｃｏ＿３Ｍｏ＿２Ｓｉである特許
請求の範囲第３項記載の高温耐摩耗性に優れた焼結合金
。
（６）複合炭化物はＭ＿６Ｃ（Ｍはコバルト、モリブデ
ン、シリコン、クロム、鉄のうち二種又はそれ以上であ
る）である特許請求の範囲第４項記載の高温耐摩耗性に
優れた焼結合金。
（７）ステンレス鋼粉末の組成は、重量％でクロム１１
〜１８％、モリブデン０〜２％、炭素０．０３％以下である特許請求の範囲第１項記載の高温耐摩
耗性に優れた焼結合金。
（８）自動車の過給装置に用いられるウエイストゲート
バルブのブッシュに使用される特許請求の範囲第１項記
載の高温耐摩耗性に優れた焼結合金。