JPH01159352A - 摺動部材を組合わせた摺動構造 - Google Patents

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】 り栗上里■皿１１ 本発明は耐摩耗°性の良好なる鉄系材料製摺動部材の組
合せに関するものである。

および　　が　“　しよ　と　る・ 二つの部材が１習動接触する場合、すべり摩耗を考慮し
なければならない。すべり摩耗は、摺動部材相互の材質
の組合せ９表面状態、摩耗条件などにより種々の形態を
とるが、その摩耗発生の機構からして凝着摩耗、研削摩
耗、腐蝕摩耗に大別される。

凝着摩耗は、機械的性質にさほど差がない金属同志（同
一材質同志を含む）が摩擦接触する場合に生じる摩耗形
態である。固体表面同志が摩擦接触する場合、真実接触
は表面の極く一部の突起部分だｔすで起き、その部分の
圧力が非常に高くなり、真実接触部分で変形を生ずるた
め、その部分の気体分子の吸着層、酸化膜、油膜などの
表面の汚れが取去られ、両固体面間に凝着が起る。その
結果、弱い方の材料が摺動表面層から待人られることに
なる。

研削摩耗は、摩擦面の一方の硬さが他方の硬さより相当
高い場合に起り、接触圧力により硬さの高い方の表面凸
部が軟らかな材料の中に圧入され、すべり運動によって
軟らかい材料が削り取られて摩耗粉を生じる。

例えば、内燃機関のカム軸とロッカアーム、シリンダー
とピストンリング等の摺接関係で問題となるスカッフ現
象（摩擦面同志の凝着が激しく、主として弱い方の材料
が部材表面層から持ち去られる現象）は正に凝着摩耗に
よって生ずる現象であり、本発明では、このスカッフ現
象を抑制することを主な課題としている。

本発明の目的は、互いに摺動接触する二つの摺動部材の
スカッフ発生等による異常摩耗を抑えて耐摩耗性を向上
させることである。

゛　るための　　およ この目的は、少なくとも摺動表面層が、基地相中に粒状
炭化物が分散した組織になされた鉄系材料製第一摺動部
材と、少なくとも摺動表面層が、マルテンサイト基地相
中に網目状炭化物が分散したＩＮ織になされた鉄系材料
製第二摺動部材とを組合せることによって達成される。

摺動部材表面の基地相中に硬質粒子である粒状炭化物を
分散させるのは凝着摩耗を防ぐために有効であり、粒状
炭化物が相手摺動部材と接触して凝着摩耗が抑えられる
。しかしながら、粒状炭化物を基地相中に極めて微細に
分散させた場合には、相手摺動部材と摩擦接触する間に
微細な粒状炭化物が基地相と共に持ち去られるため、さ
ほどの効果を期待できない。第１図は、鉄系材料製摺動
部材の摺動表面層における基地相１中に粗大な炭化物粒
子２を分散させた状態を示しており、該炭化物粒子２が
相手摺動部材と接触し、基地相１が保護される。

第２図に示すように、鉄系材料製摺動部材表面の基地相
３中に硬質の網目状炭化物４を分散させるのも凝着摩耗
を抑える上で有効であるり、このように炭化物ｍが多い
程スカッフの発生、拡大に対抗する効果を得ることがで
きる。第２図は開動表面５に直角な断面を示すが、炭化
物４は摺動表面５に沿う面内においても網目状をなして
いる。

網目状炭化物４は基地相３を細分化するが故に、基地相
３の一部でスカッフ現象が発生しても、その拡大が網目
状炭化物４によって阻止され、主として網目状炭化物４
が相手摺動部材と接触することもあいまって摺動部材の
優れた耐摩耗性が発揮される。

基地相に発生したスカッフの拡大、伝播は炭化物によっ
て阻止されるので、摺動部材の耐スカツフ性（スカッフ
拡大防止特性）は炭化物間の距離によって支配され、平
均炭化物間距離が大きいと耐スカツフ性が小さく、平均
炭化物間距離が小さいと耐スカツフ性が大きい。いま仮
に２つの摺動部材における網目状炭化物と粒状炭化物の
占有面積率を等しくしたとすれば、網目状炭化物を有す
る摺動部材の平均炭化物間距離は粒状炭化物を有する摺
動部材の平均炭化物間距離より小さくなる。

従って網目状の炭化物組織においては、粒状の炭化物組
織に比べて、より小さい炭化物面積率で大きな耐スカツ
フ性を有することができる。

一方、炭化物分散組織においては、基地相の強度が十分
大きくなければ、相手摺動部材との摺動接触の間に反復
して生じる応力が炭化物組織に集中し、炭化物の疲労破
壊が促進される（ピッチング現填）。従って、繰返し荷
重が作用する摺動部材において、網目状炭化物組織の基
地相をマルテンサイト組織にするのは疲労強度を高める
意味で有効であり、網目状炭化物に作用する負荷を強度
の大きなマルテンサイト基地相に分散させ、網目状炭化
物に対する応力集中を避けることによって優れたピッチ
ング抑制効果を得ることができる。

しかしながら摺動表面における炭化物の占有面積率が大
きくなると基地相が減じて繰り返し応力による疲労強度
の低下を招くため、該占有面積率を５０％以下にするの
が望ましい。

以上のように、マルテンサイト基地組織に網目状炭化物
を分散させることにより、スカッフの発生、拡大および
ピッチングに対抗する効果を得ることができる。しかし
この網目状炭化物組織どうしの粗合せにおいては、基地
相どうじの接触の機会が多くなりスカッフが発生し易く
なる。従って本発明においては、スカッフ発生等による
異常摩耗を押えて耐摩耗性を向上させる摺動部材の好ま
しい組合せとして、マルテンサイト基地の網目状炭化物
分散組織と粒状炭化物分散組織との組合せが提案された
。

なお、網目状炭化物に沿って適固のＭｎＳを分散させる
ならば、基地相の強度低下を抑えながら、切削加工時に
、網目状炭化物に沿って分散したＭｎＳが切くず生成の
際の亀裂発生または伝播源となり、被削性を向上させ得
る。

基地相に炭化物を分散させた鉄系摺動部材の組合せにお
いては、スカッフの発生を防止するには、各摺動部材の
摺動表面における炭化物の占有面積率を互いに異ならせ
るのが有効であることが知られている。網目状炭化物の
面積率を粒状炭化物の面積率より小さくすることで、ス
カッフとピッチングの両面から、耐摩耗性を向上させる
ことができる。

なお、炭化物面積率は次に示す方法に従って求めるもの
とする。

試料の切断面を研磨仕上げして腐蝕し、腐蝕面を顕微鏡
写真に撮影して、第３図に示す線分法により炭化物面積
率を求める。すなわち上記顕微鏡写真上に一定の面積の
矩形の視野を定め、炭化物粒子の大きさに見合う所定間
隔長（ｄｏ　）で、平行な走査線６を引き、各炭化物粒
子７との交線の長さをＪｒ、、ＩＩ、、…ｊｎとし、走
査線６の長さをＬとして、次式により炭化物面積率を求
める。

＝炭化物面積率 （ただし、ｍは走査線６の本数である。）なお、この手
法は、画像解析装置によって実行することも可能である
。

第−摺動部材用の好適な材料は、例えば１ａｃｒ鋳鋼で
あり、第二摺動部材用の好適な材料は、例えば下記組成
で示される。下記組成の材料を鋳造した後、表面層に高
周波焼入れ処理を施して第二摺動部材になす。

Ｃ…０．８〜２．０％、Ｓλ…０．４〜２．０％Ｈｎ…
０．３〜１．５％、　Ｃｒ…６．０〜２０．０％ＨＯ…
０．３〜５．０％、Ｓ…０．０５〜０．３％Ｆｅ…残部
（数字はいずれも重量％） 〈各成分の添加理由〉 ■Ｃ（炭素）…炭化物組織を得るために添加する。

０．８％未満では炭化物組織が得られず、２．０％を超
えると炭化物量が過大になり、機械加工性が低下する。

■Ｓ＾…鋳造性を改善するために添加する。

０．４％未満では鋳造性が悪く、２．０％を超えると材
料の脆化を招く。

■Ｈｎ…基地相を強化するために添加する。材料にＳを
添加する場合にはＭｎＳを生成して材料の被削性を向上
させる。０．３％未満では基地相が強化されず、１．５
％を超えると高周波焼入れ時に残留オーステナイトが増
加して硬度が低下し、寸法の安定性が低下する。

■Ｃｒ…炭化物を形成させ、セメンタイトを安定にし、
パーライトを微細にして材料の硬さ、耐摩耗性、耐熱性
を増大させるために添加する。６．０％未満では炭化物
・（ｃｒ炭化物）が晶出せず、１５．０％を超えると機
械加工性が悪化するが、上限２０．０％までは工具を適
当に選定することにより許容される。

■Ｎｏ…基地相を強化し、高周波焼入れ侵の焼戻し軟化
を防ぐために添加する。０．３％未満では焼戻し軟化抵
抗効果が得られず、５．０％を超えても軟化抵抗効果に
著しい向上が見られない。

■Ｓ…材料の被削性を向上させる場合に添加する。

０．０５％未満では硫化物の分散が見られず、０．３％
を超えると被削性向上効果が少なく靭性を低下させる。

筬−辰−１ ■１８Ｃｒｌ鋼で形成した部材（４０．φＸ　４０．　
）を試験材へとして用意した。その基地はマルテンサイ
ト組織で摺動表面の粒状炭化物占有面積率は４０％であ
った。

■Ｃ−１．４％、ＳＬ・　１．２％、　Ｈｎ・０．７％
、　Ｃｒ…１３％、　Ｎｏ…０．７％、Ｓ…０．１５％
（いずれも重量％）、Ｆｅ…残部なる組成の材料をＷＩ
造１１（網目状炭化物の炭化物占有面積率１３％）、高
周波焼入れして基地をマルテンサイトとしたもの（ＨＩ
ｔＣ５５）に、初期なじみ性を向上させるための表面処
理を施して試験材Ｂ（４０ｍ＋φＸ４０ｍ）とした。表
面処理とは、焼入れ処理した部材を飽和水蒸気中で温度
５００″Ｃ〜６００°Ｃに３０〜９０分間保持すること
により部材表面にＦｅ３Ｏ４皮膜を形成せしめる処理で
ある。なお、他の表面処理法としては、酸洗→ショツト
ブラスト処理→リン酸マンガン皮膜形成→ＨＯ３２吹付
け→焼付け（温度１８０°Ｃ１６０分間）なるＨＯ３２
焼付は処理があり、この表面処理を施しても良い。

■チル鋳鉄で形成した部材（炭化物占有面積率６０％）
に液体浸炭窒化処理を施し、更に初期なじみ性を向上さ
せるための表面処理（前項■参照）を施して試験材Ｃ（
４０＃ｌ１ｌＩφｘ４０＋＋ｍ）とした。

■クロム鋳鉄で形成した部材（炭化物占有面積率２０％
）に液体浸炭窒化処理を施し、更に初期なじみ性を向上
させるための表面処理（前項■参照）を施して試験材Ｄ
（４０馴φ×４０Ｍ）とした。

■試験材Ａと試験材Ｂ、試験材へと試験材Ｃ２および試
験材Ａと試験材りをいずれもその外周面で接触させ（面
圧８０に９／ｍ”）、摺動面に潤滑油を滴下させつつ、
試験材Ａを２０００ｒｐｎ＋で、試験材Ｂ、Ｃ，Ｄを２
ｓｏｏｒｐｍ　ｒそれぞれ回転させ、１５０時間経過模
の各試験材の表面状態を調べた。結果を数表に示す。

〈試験結果の評価〉 ■試験材Ｂの網目状炭化物の炭化物占有面積率は１３％
であり、これと摺接する試験材Ａの炭化物占有面積率は
４０％であるが、８０ｋｔｌ／ｌＲ１１２の高い面圧下
においても両者共に異常摩耗の発生はなく、網目状炭化
物がマルテンサイト基地相中に分散した組ｍ構造の試験
材８は炭化物占有面積率が小さいにもかかわらず優れた
耐摩耗性を有することが判る。

ｌ旦立皇１ 以上の説明から明らかなように、少なくとも摺動表面層
が、基地相中に粒状炭化物が分散した組織になされた鉄
系材料製箔−廖動部材と、少なくとも摺動表面層が、マ
ルテンサイト基地相中に網目状炭化物が分散した組織に
なされた鉄系材料製第二摺動部材から成る摺動部材の組
合せが提案された。

この組合せでは、第一１ＦＪ肋部材の粒状炭化物分散組
織と第二摺動部材のマルテンサイト基地網目状炭化物分
散相ｖＡとの組合せによって、両店動部材の異常摩耗が
効果的に抑えられる。特に、第−摺動部材の粒状炭化物
の摺動表面における炭化物占有面積率を第二摺動部材に
おける網目状炭化物の占有面積率よりも大きくすること
により、スカッフとピッチングの両面から耐摩耗性を向
上させることができる。さらに、第二摺動部材の網目状
炭化物に沿って適ｍのＭｎＳを分散さ「ることにより、
該第二摺動部材の被剛性を向上させ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は基地相中に粗大な粒状炭化物が分散された鉄系
材料製第一摺動部材の摺動表面層を示す断面図、第２図
は基地相中に網目状炭化物粒子が分散された鉄系材料製
第二摺動部材の摺動表面層を示す断面図、第３図は炭化
物面積率を測定する方法を示す図面である。 １…基地相、２…炭化物粒子、３…基地相、４…網目状
炭化物、５…摺動表面、６…走査線、７…炭化物粒子。 ・・・炭化物粒子。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに摺動接触する第一摺動部材と第二摺動部材
   の組合せにおいて、 少なくとも摺動表面層が、基地相中に粒状炭化物が分散
   した組織になされた鉄系材料製第一摺動部材と、少なく
   とも摺動表面層が、マルテンサイト基地相中に網目状炭
   化物が分散した組織になされた鉄系材料製第二摺動部材
   から成る摺動部材の組合せ。
2. （２）前記第一摺動部材の摺動面に占める炭化物の面積
   率を、前記第二摺動部材の摺動面に占める炭化物の面積
   率よりも大きくしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載された摺動部材の組合せ。
3. （３）前記網目状炭化物中にＭｎＳが分散していること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載
   された摺動部材の組合せ。
4. （４）前記第二摺動部材が、Ｃ…０．８〜２．０％、Ｓ
   ｉ…０．４〜２．０％、Ｍｎ…０．３〜１．５％、Ｃｒ
   …６．０〜２０．０％、Ｍｏ…０．３〜５．０％（いず
   れも重量％）、残部…Ｆｅおよび不可避不純物なる組成
   の鋳鋼で形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項に記載された摺動部材の組合せ。
5. （５）前記第２摺動部材が、Ｃ…０．８〜２．０％、Ｓ
   ｉ…０．４〜２．０％、Ｍｎ…０．３〜１．５％、Ｃｒ
   …６．０〜２０．０％、Ｍｏ…０．３〜５．０％、Ｓ…
   ０．０５〜０．３％（いずれも重量％）、残部…Ｆｅお
   よび不可避不純物なる組成の鋳鋼で形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載された摺動部
   材の組合せ。