JPH0121218B2

JPH0121218B2 -

Info

Publication number: JPH0121218B2
Application number: JP59164202A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Nakazawa
Original assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Current assignee: TPR Co Ltd
Priority date: 1984-08-07
Filing date: 1984-08-07
Publication date: 1989-04-20
Also published as: JPS6144152A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、耐摩耗性焼結合金の製法に関するも
のであり、さらに詳しく述べるならば液相焼結法
によつて、例えばロータリーコンプレツサ用ベー
ン、内燃機関用ロツカーアームのチツプの如き摺
動部材の如くすぐれた耐摩耗性が要求される用途
に用いられる焼結合金の製造法に関するものであ
る。（従来の技術）従来、内燃機関用ロツカーアームの如き摺動部
材は高Cr鋳鋼材、合金鋳鉄材等で作製されてい
た。この際、高Cr鋳鋼材等自体の耐摩耗性及び
耐スカツフ性は不十分であるので、焼入、チル、
浸炭等によつて摺動面を硬化させ耐摩耗性及び耐
スカツフ性を附加していた。更に近年、内燃機関の軽量化が重要視されてき
たため、前記鋳鋼、鋳鉄材等に代わりアルミニウ
ム製ロツカーアームが製作されている。但し、ロ
ツカーアームのカム当り部に要求される耐摩耗性
もアルミニウムは備えておらず、一方近年の内燃
機関の高負荷・高出力化に伴い従来の鋳鋼、鋳鉄
材ですらカム当り部の耐摩耗性が不足するに至つ
ているので、アルミニウム製ロツカーアームのカ
ム当り部のみは、耐摩耗性及び耐スカツフ性に優
れた高密度焼結材のチツプをAlで鋳ぐるみ固着
させるロツカーアームが製作されている。ここ
で、高密度焼結材とは、鉄基粉末にＰ、Ｂ、Si、
Ｃ等の粉末を添加混合して液相を発生し易く、か
つ焼結中の液相発生によつて焼結体の空孔を著し
く減少し、更に必要に応じてCr、Mo、Ｖ等の炭
化物を焼結体内に生成させることによりすぐれた
耐摩耗性、耐スカツフ性、及び耐ピツチング性を
そなえた焼結材料である。このような焼結材料
は、例えば、特開昭58−210103号公報に記載され
ている。しかしながら、従来の高密度焼結材は液
相を発生させて高密度化するために、一般的固相
焼結材に比べ寸法変化率が大きく、寸法精度が出
しにくいという欠点がある。また耐摩耗性等向上
の目的で添加されるCr等は少量では、炭化物析
出が少なく耐摩耗性が充分ではなく、多量になる
と自身の耐摩耗性には優れるものの相手材摩耗を
増大させる傾向が現れる。なお、ロツカーアーム
の如くバルブを作動させる部材においては、相手
材摩耗が増大するとバルブ開閉タイミングが狂う
ことになり、特に近年の３バルブ又は４バルブ等
の高性能エンジンでは極めて望ましくない。（発明が解決しようとする問題点）従来のロツカーアーム又はロツカーアームチツ
プあるいはベーン等に用いられる摺動部材を液相
焼結法により製作すると、寸法変化率が大きくな
るために、該部材の精度が不十分になる。この結
果、ロツカーアームの場合はバルブ開閉タイミン
グに合わせるための修正加工が必要になり、また
該部材の耐摩耗性および相手材の耐摩耗性がすぐ
れないために、エンジン使用中にバルブ開閉サイ
クルが狂つてくるという問題があつた。また、ベ
ーンの場合は、ハウジングとベーン間のシールが
不十分になつて、コンプレツサー能力低下等の問
題があつた。本発明者等は、従来の液相焼結法を研究した結
果、従来法では液相を発生させるための添加成分
の選択や焼結温度ひいては液相発生量のコントロ
ールが困難であつて、液相発生量が少ない場合に
は空孔が残留し所望の硬度及び密度が得られず、
また液相発生量が多すぎる場合には製品の形状が
ゆがむ等の問題があることに着目した。本発明は、以上の様な従来技術の欠点を解消す
るためになされたものであり、その目標とすると
ころは、耐摩耗性部材自身の耐摩耗性および耐
スカツフ性をすぐれたものとするのみならず、相
手材の摩耗をも少なくすること、寸法変化率を
少なくすることにより焼結後の寸法精度を改善す
ることを可能にする耐摩耗性焼結合金を製造方法
を提供することにある。（問題点を解決するための手段―その１）而して、本発明者等は種々の実験を重ねた結
果、従来の高密度焼結材（液相焼結材）に適正な
条件の下にCuを溶浸させることにより前記の目
的を達成する材料を創出するに至つたのである。本発明は、Crを含有するFe基合金粉末と、Ｐ、
Si、Ｂのうち１種又は２種以上を含有する粉末
と、を混合して、該Ｐ、Si、Ｂの１種又は２種以
上が0.1〜４重量％、Crが１〜20重量％及びＣが
１〜３重量％含有される混合粉末を調製し、この
混合粉末を所定形状に成型し、得られた成型体の
表面に銅溶浸材を配置し、そして該成型体の液相
発生温度以上且つ銅溶浸材の溶融温度以上に加熱
を行うことを特徴とする。次に、本発明の限定理由を述べる。Ｐ、Ｂ及び
Siは成型体中に液相を発生させ焼結体を緻密化す
るために従来の液相焼結材と同様必要となるが
Ｐ、Ｂ、Siの１種又は２種以上が合計で0.1％未
満では液相発生量が少なく、また、４％を越える
場合には液相発生量が過多になり、Cuが溶浸す
る空孔の量が不充分となつて寸法変化率が大とな
るので、所望の焼結体が得られなくなる。好まし
いＰ、Ｂ、Siの量は２％以下である。Crは焼結
合金のマトリツクスに固溶すると共にＣと結合し
てCrの炭化物を作り、硬度や耐摩耗性を向上さ
せるものであり、１％未満では炭化物の生成量が
少なく、硬度や所望する耐摩耗性向上は期待でき
ない。一方、Crの量が20％を越えても、焼結合
金の耐摩耗性向上の度合は小さく、しかも焼結合
金のコストが上昇するので、Crの添加量は１〜
20％とする。なお、本発明では焼結の進行と併行
して成型体中に侵入するCuによりCrの網状炭化
物の発達が妨げられるので、20％もの多量のCr
を使用することができる。ＣはCrを結合し炭化
物を形成するが１％未満では炭化物析出量が少な
く所望の硬度や耐摩耗性が得られない。またＣを
３％を越えて添加すると炭化物の粗大化をきたし
相手材摩耗を増加させる傾向にあり、好ましくな
いのでＣは１〜３％に限定する。なお、CrおよびＣの添加方法はFe基合金粉末
とは別にフエロクロムとして一緒に添加するか、
Fe基合金中にCrを所定量含有させ、不足量のＣ
を黒鉛として添加するなどの方法が可能である。なお、銅の溶浸量は圧粉体の空孔量により決ま
るので、本発明において必須の要件ではない。但
し一般に得られる圧粉体中の空孔量より銅の溶浸
量は約20％以下になる。成型体の加熱温度を、その液相発生温度以上且
つ銅溶浸材溶融温度以上としたのは、液相焼結と
ともに銅溶浸を、一回の加熱処理で行わしめるた
めである。（作用）本発明における銅溶浸と液相焼結の作用は冶金
的に十分解明されてはいないが、成型体がその液
相発生温度までに加熱される過程で固相焼結が行
われ、スケルトンが充分に強化され、その後、液
相が発生しそして晶出する過程において溶浸材の
Cuが溶融され、そして焼結されつつある焼結体
中に浸透するものと考えられる。一つの典型的焼
結過程によれば、最高加熱温度を1070〜1100℃と
すると、約950℃で成型体中に液相が発生し、そ
して約950―960℃間で液相が晶出する。一方、約
1070℃から銅の溶浸が始まる。また液相はFe―
Ｐ―Ｃ、等の共晶組成を有すると考えられ、この
液相中にCrが富化してCr炭化物が析出して耐摩
耗性を向上させる。かかる液相の発生及び晶出に
よつて、スケルトン内の空孔が液相により部分的
に満たされ且つ粉末粒子が結晶によりさらに結合
される。銅は残存空孔にさらに浸透して粉末粒子
をさらに結合する。ここで、液相は小さい空孔を
優先的に満たし、一方銅は大きい空孔を満たすと
考えられる。本発明によると、成型体中に液相発生が起こる
のとほぼ同時に成型体中に溶融銅が浸透するため
に、そして従来の液相焼結材のように成型体寸法
変化率が多くならない。（問題点を解決するための手段―その２）本発明においては、Ｐ、Si、Ｂの１種以上及び
Crの添加又は含有成分の他に、Mo、Ｖ及びNiの
１種以上をFe基粉末に添加又は含有してもよい。
これらの添加（含有）成分のうち特にMo、Ｖは
Crと共に炭化物を形成しマトリツクスの強化に
役立つ上焼入性も向上させる。又、Niはマトリ
ツクスに固溶し焼入性を向上させる。又、本発明においては焼結后の成型体の寸法変
化率が３％以内となるように、Ｐ、Si、Ｂの１種
以上が0.8％〜1.2％、焼結温度1120―1150℃、焼
結温度での保持時間20―40分、常温から焼結温度
までの平均昇温速度５―８℃／分とすることが好
ましい。また、焼結後の冷却を急冷で行うと焼結合金の
マトリツクスがマルテンサイトになり、相手材が
セラミツク、チルド鋳鉄、焼入鋳鉄、焼入鋼等の
硬質材である場合に望ましい耐摩耗性を有する焼
結合金が得られる。一方焼結後の冷却を徐冷で行
うとマルテンサイトがパーライトになり、相手材
が普通鋳鉄、鋼又は非鉄金属等比較的軟質材であ
る場合に望ましい耐摩耗性が得られる。（実施例） Cr含有粉末としては、60％Cr含有フエロクロ
ムを用い、またＰ、Ｂ、Si含有粉末としては、そ
れぞれ26％Ｐ、10％Ｂ、75％Si含有フエロアロイ
を用い、さらに黒鉛粉を用いて第１表に示す組成
の混合粉末を調製した。この混合粉末を6ton／cm²
の圧力で圧縮成形してロツカーアームチツプ形状
の成形体とした。この上にCu―Fe―Mn―Zn系
銅溶浸材を成型体重量に対して約17重量％配置し
たものをアンモニア分解ガス中において930℃で
30分加熱保持後1100〜1150℃まで昇温しそして30
分間保持した。更に焼結体を950℃の温度から空
冷した。なお、比較材としては銅溶浸をしない焼
結材を調製した。

【表】

【表】上記表より本発明によると、寸法変化率が極め
て小さくなることが分かる。第１Ａ図及び第１Ｂ図に本発明材No.６の顕微鏡
組織を示す。なお第１Ａ図及び第１Ｂ図の倍率は
それぞれ100倍及び400倍である。第１Ａ図及び第１Ｂ図において、白色相はクロ
ム炭化物、灰色相は溶浸銅、黒色相はマルテンサ
イトマトリツクスである。これらの図面より、本
発明の合金、は、ボアが銅で溶浸充填せしめられ
消失しており、稠密な合金が得られるばかりでな
く、相手材の摩耗が少なくなる。一方クロム炭化
物は銅相より微細かつ均一に分散せしめられてい
ることが分かる。かかるクロム炭化物は耐摩耗性
向上に顕著な効果を奏しかつまた相手材を摩耗さ
せることも少ない。上記各合金及びクロムメツキ（硬さHv950）し
た鋳鉄を下記条件による摩耗試験に供した。供試機関―水冷式直列４気筒OHCデイーゼルエ
ンジンエンジン回転数―1000rpm 油温―60℃ 潤滑油―＃ 30デイーゼルエンジンオイル（劣化
油）試験時間―50Hr 相手材―C3.24％（重量％、以下同じ）Si1.96％、
Mo0.66％、P0.03％、Cr0.45％、Ni0.46％、
Cu0.37％及び残部Feよりなる鋳鉄を、供試材
ロツカーアームチツプとの摺動面を冷し金によ
りチルして、硬さHRC49−55としたカムシヤ
フト。試験の結果を第２図に示す。第２図に示されて
いるように従来部材である液相焼結材（No.１〜
４）は特にCrが５％を越える場合（No.２、４）
カム摩耗が多い。また、Crメツキ（No.５）もカ
ム摩耗が著しい。これに対し、本発明材は自身の
耐摩耗性に優れるばかりでなく、カム摩耗も低減
することが明らかである。本発明品においては、
Cr5％を越える場合でもカム摩耗を増大させるこ
とはない。（効果）本発明材はロツカーアームチツプに限らず高面
圧下で耐摩耗性が要求される用途においても相手
材摩耗を低減するという特長をもつ。さらに、本発明材は焼結中の寸法変化率が小さ
いため焼結部品のゆがみ又は有害な歪等が少な
い。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図は本発明に係る焼結合金
のそれぞれ100倍及び400倍の金属顕微鏡写真。第
２図は耐摩耗試験結果を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１ Crを含有するFe基合金粉末と、Ｐ、Si、Ｂ
のうち１種又は２種以上を含有する粉末と、を混
合して、該Ｐ、Si、Ｂの１種又は２種以上が0.1
〜４重量％、Crが１〜20重量％及びＣが１〜３
重量％含有される混合粉末を調製し、この混合粉
末を所定形状に成型し、得られた成型体の表面に
銅溶浸材を配置し、そして該成型体の液相発生温
度以上且つ銅溶浸材の溶融温度以上に加熱を行う
ことを特徴とする高密度耐摩耗性焼結合金の製造
方法。