JPH0215624B2

JPH0215624B2 -

Info

Publication number: JPH0215624B2
Application number: JP58157309A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Iijima; Shigeyuki Tachibana; Hachiro Matsunaga; Shunzo Iwahashi
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1983-08-29
Filing date: 1983-08-29
Publication date: 1990-04-12
Also published as: JPS6050151A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、すぐれた耐摩耗性および耐スカツ
フイング性を有し、かつ著しく低い相手攻撃性を
有し、特に使用条件が高温および高面圧下での使
用となる内燃機関の摺動部材として使用するのに
適したFe基焼結材料に関するものである。従来、内燃機関のロツカ−アーム摺動面に用い
られるパツト材、カム、バルブガイド、あるいは
スリーブなどの摺動部材の製造に種々のFe基焼
結材料が用いられている。一方、近年、例えば車両の高速化、高効率化、
および高出力化に伴い、これら内燃機関の摺動部
材に対する使用条件は一段と厳しさを増してお
り、これに対応するFe基焼結材料として耐摩耗
性と向上させたものが提案されている。しかし、このような耐摩耗性Fe基焼結材料に
おいては、それ自身の耐摩耗性は改善されるよう
になるものの、反面スカツフイング発生の問題
や、相手攻撃性の一段の増大を避けることができ
ないのが現状である。そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、耐摩耗性および耐スカツフイング性にすぐれ
るが、相手攻撃性は低いFe基焼結材料を得べく
研究を行なつた結果、重要％で（以下組成に関す
る％は重量％を示す）、 Cr：0.5〜５％未満、Ｃ：２〜５％、Ｐ：0.02〜５％、 Mo：0.05〜３％、 Mn：0.05〜３％、 CuおよびSnのうちの１種または２種：６〜20
％、を含有し、さらに必要に応じて、Ｖ、Ti、Zr、Hf、およびNbのうちの１種また
は２種以上：0.02〜５％、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組
成、並びに主としてマルテンサイトからなる素地
（この場合CuやSnの初晶、およびCu−Sn合金や
Cu−Sn−Fe合金の共晶のうちの少くともいずれ
かが分散相を形成して存在する）に、面積率で20
〜60％の主としてM₃C型の炭化物および複炭化
物からなる硬質相が微細に、望ましくは10〜50μ
ｍの平均粒径で、均一に分散した焼入れまたは焼
入れ・焼戻し組織を有し、かつ理論密度比を85％
以上としたFe基焼結材料は、すぐれた耐摩耗性
と耐スカツフイング性を有するにもかかわらず、
相手攻撃性は著しく低く、したがつて、このFe
基焼結材料を、高温および高面圧下での苛酷な条
件で使用される内燃機関の摺動部材の製造に用い
た場合のすぐれた性能を著しく長期に亘つて発揮
するという知見を得たのである。この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、以下に成分組成、硬質相の面積率、
および理論密度比を上記の通りに限定した理由を
説明する。Ａ成分組成 (a) Cr Cr成分には、素地に固溶して、これを強
化すると共に、Ｃ成分と結合して素地中に微
細均一に分散する高硬度の炭化物を形成し、
もつて材料の耐摩耗性を向上させる作用があ
るが、その含有量が0.5％未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方その含有量が
５％以上になると、相手攻撃性が現われるよ
うになることから、その含有量を0.5〜５％
未満と定めた。 (b) ＣＣ成分には、素地に固溶して、これを強化
するほか、Cr、Mo、さらにＶ、Ti、Zr、
Hf、およびNb成分と結合して硬質相の主要
成分たる炭化物（複炭化物も含む）を形成
し、もつて材料の耐摩耗性を向上させる作用
があるが、その含有量が２％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方５％を越え
て含有させると、炭化物の量が多くなりす
ぎ、硬質相の割合が面積率で60％を越えて高
くなつて、相手攻撃性が著しく増大するよう
になることから、その含有量を２〜５％と定
めた。 (c) ＰＰ成分には、焼結時に液相を発生させて焼
結性を向上させ、もつて材料を緻密化すると
共に、素地に固溶して材料を強化し、さらに
Fe−Ｐ−Ｃ系共晶からなるステダイトを形
成して材料の耐摩耗性を向上させる作用があ
るが、その含有量が0.02％未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方５％を越えて
含有させると、材料の脆化が著しくなること
から、その含有量を0.02〜５％と定めた。 (d) Mo Mo成分には、上記のように炭化物を形成
して、材料の耐摩耗性を向上させると共に、
素地に固溶して、これを強化する作用がある
が、その含有量が0.05％未満では前記作用に
所望の効果が得られず、一方３％を越えて含
有させると、硬質相の割合が多くなりすぎて
相手攻撃性が著しく増大するようになること
から、その含有量を0.02〜３％と定めた。 (e) Mn Mn成分には、Moとの共存において、素
地に固溶して、焼入性を向上させると共に、
素地の靭性向上および強化に寄与し、かつ複
炭化物を形成して耐摩耗性を向上させるほ
か、なじみ性を改善して相手攻撃性を緩和す
る作用があるが、その含有量が0.05％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方３
％を越えて含有させると、焼入性向上による
素地の硬さ上昇をきたし、相手攻撃性が増大
するようになることから、その含有量を0.05
〜３％と定めた。 (f) CuおよびSn これら両成分には、素地に固溶して、これ
を強化するほか、CuやSnの初晶、およびCu
−Sn合金やCu−Sn−Fe合金の共晶のうちの
少なくともいずれかからなる分散相を形成し
て素地中に存在し、この分散相の存在によつ
て材料の熱伝導性が向上するようになるの
で、摺動面の温度上昇が抑制され、もつて材
料の耐スカツフイング性が向上し、さらに相
手部材とのなじみ性を確保し、相手攻撃性を
一段と抑制する作用があるが、その含有量が
６％未満では前記作用に十分な効果が得られ
ず、一方20％を越えて含有させても前記作用
により一層の向上効果は現われないことか
ら、経済性を考慮して、その含有量を６〜20
％と定めた。 (g) Ｖ、Ti、HfおよびZr これらの成分には、CrおよびMo成分との
共存において、複炭化物を形成し、もつて材
料の耐摩耗性を一段と向上させる作用がある
ので、特にすぐれた耐摩耗性が要求される場
合に必要に応じて含有されるが、その含有量
が0.1％未満では所望の耐摩耗性向上効果が
得られず、一方５％を越えて含有させると、
相手攻撃性が急激に増大するようになること
から、その含有量を0.1〜５％と定めた。Ｂ硬質相の面積率この発明の材料は、焼入れまたは焼入れ・焼
戻し組織であるビツカース硬さで400以上の比
較的高い硬さを有するマルテンサイトを主体と
した素地、およびこの素地中に微細に、望まし
くは10〜50μｍの平均粒径で、均一に分散し、
主としてM₃C型の炭化物および複炭化物から
なる炭化物を主体とする硬質相によつてすぐれ
た耐摩耗性を確保し、一方前記素地中に分散相
として存在するCuやSnの初晶、Cu−Sn合金や
Cu−Sn−Fe合金の共晶によつてすぐれた耐ス
カツフイング性と相手部材とのなじみ性を確保
したものである。したがつて所望のすぐれた耐
摩耗性を確保するには、耐摩耗性に最も影響を
及ぼす硬質相の割合を、面積率で20％以上とす
る必要があるが、面積率で60％を越えた割合に
すると相手攻撃性が急激に増大するようになる
ので、硬質相の割合を面積率で20〜60％としな
ければならない。Ｃ理論密度比材料の理論密度比が85％未満では、材料中に
大きな空孔が存在するようになつて、十分な強
度を確保することができないばかりでなく、こ
の空孔のもつ切欠効果によつて素地が破壊され
やすくなり、ピツチング摩耗が発生しやすくな
ることから、その理論密度比を85％以上と定め
た。つぎに、この発明の材料を実施例により具体的
に説明する。実施例原料粉末として、いずれも粒度−100meshの
Fe粉末、アトマイズFe−Cr合金（Cr：12.5％含
有）粉末、アトマイズFe−Cr−Mn−Mo合金
（Cr：４％、Mn：0.6％、Mo：0.3％含有）粉末、
アトマイズFe−Cr−Mn−Mo合金（Cr：１％、
Mn：0.6％、Mo：0.3％含有）粉末、アトマイズ
Fe−Cr−Mn−Mo合金（Cr：６％、Mn：0.6％、
Mo：0.3％含有）粉末、さらに粒度−350meshの
Fe−Ｐ合金（Ｐ：17％含有）粉末、同−
250meshのFe−Ｐ合金（Ｐ−27.5％含有）粉末、
同一350meshのMo粉末、同−200meshのCu粉
末、同−250meshのSn粉末、同一200meshのFe
−Mn合金（Mn：78％含有）粉末、以下いずれ
も粒度−100meshのFe−Ｖ合金（Ｖ：60％含有）
粉末、アトマイズFe−Cr−Mo−Ｖ合金（Cr：３
％、Mo：0.3％、Ｖ：0.3％含有）粉末、Fe−Cr
−Mo−Mn−Zr合金（Cr：４％、Mo：１％、
Mn：0.8％、Zr：0.5％含有）粉末、Fe−Ti合金
（Ti：40％含有）粉末、Fe−Cr−Mo−Mn−Hf
合金（Cr：４％、Mo：１％、Mn：0.8％、Hf：
１％含有）粉末、および平均粒径：10μｍの黒鉛
粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第１表
に示される配合組成に配合し、潤滑剤としてステ
アリン酸亜鉛：0.5％を加えてＶ型

【表】

【表】ミキサにて混合した後、３〜6ton／cm²の範囲内の
所定圧力にてプレス成形して圧粉体とし、この圧
粉体を真空中、または還元性雰囲気中、1000〜
1200℃の範囲内の所定温度に60分間保持の条件で
焼結し、真空焼結の場合は、焼結後、900〜1100
℃の範囲内の所定温度から強制冷却して焼入れ
し、また還元性雰囲気焼結の場合は、焼結後、滲
炭性雰囲気とし、800〜1000℃の範囲内の所定温
度から油冷して焼入れを行なうことによつて、実
質的に配合組成と同一の組成をもつた本発明材料
１〜30および比較材料１〜15をそれぞれ製造し
た。なお、比較材料１〜15は、成分組成、硬質相の
面積率、および理論密度比のうちの少なくともい
ずれかの条件（第１表に※印を付したもの）がこ
の発明の範囲から外れた条件で製造されたもので
ある。ついで、この結果得られた本発明材料１〜30お
よび比較材料１〜15について、硬質相の面積率、
理論密度比、およびビツカース硬さを測定す

【表】

【表】ると共に、これより自動車エンジンのロツカーア
ームのパツト面に適合したチツプ材を切出し、こ
のチツプ材を、ロツカーアームの鋳造時に鋳包
み、この結果得られたAl合金製ロツカーアーム
を４気筒OHCエンジンに組込み、使用オイル：
LPG劣化油、回転数：850r.p.m.、運転時間：200
時間の条件で耐摩耗性試験を行ない、前記チツプ
材の最大摩耗深さと、相手部材たるチル処理を施
した鋳鉄製カム（鋳鉄組成は、Ｃ：3.3％、Si：
２％、Mn：0.7％、Cr：0.5％、Cu：0.5％、Feお
よび不可避不純物：残りからなり、かつチル部の
硬さは、ビツカース硬さで480）の最大摩耗深さ
を測定した。これらの測定結果を第２表に示し
た。第２表に示される結果から、本発明材料１〜30
は、いずれもすぐれた耐摩耗性を有し、かつスカ
ツフイングの発生もなく、しかも相手部材とのな
じみ性にすぐれているので、相手攻撃性が著しく
低いものであるのに対して、比較材料１〜15に見
られるように、構成成分のうちのいずれかの成分
含有量、硬質相の面積率、および理論密度比のう
ちのいずれかの条件がこの発明の範囲から外れる
と、前記の特性のうち少なくともいずれかの特性
が劣つたものになることが明らかである。なお、
上記実施例では、材料中のCuおよびSn成分を、
原料粉末に配合して含有させた場合について述べ
たが、焼結後の材料に溶浸法により含有させても
よいことは勿論である。上述のように、この発明のFe基焼結材料は、
すぐれた耐摩耗性と耐スカツフイング性を有し、
かつ相手攻撃性の著しく低いものであるので、特
に苛酷な条件下での使用を予犠なくされつつある
ターボ付内燃機関や、燃料として高鉛ガソリンや
LPGガスを使用する内燃機関などの摺動部材と
して用いた場合にもすぐれた性能を長期に亘つて
発揮するのである。

Claims

【特許請求の範囲】１ Cr：0.5〜５％未満、Ｃ：２〜５％、Ｐ：0.02〜５％、 Mo：0.05〜３％、 Mn：0.05〜３％、 CuおよびSnのうちの１種または２種：６〜20
％、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）、並びに主としてマルテンサイ
トからなる素地に、面積率で20〜60％の主として
炭化物からなる硬質相が微細均一に分散した焼入
れまたは焼入れ・焼戻し組織を有し、かつ理論密
度比：85％以上を有することを特徴とする内燃機
関の摺動部材用Fe基焼結材料。２ Cr：0.5〜５％未満、Ｃ：２〜５％、Ｐ：0.02〜５％、 Mo：0.05〜３％、 Mn：0.05〜３％、 CuおよびSnのうちの１種または２種：６〜20
％、を含有し、さらに、Ｖ、Ti、ZrおよびHfのうちの１種または２種
以上：0.02〜５％、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組
成（以上重量％）、並びに主としてマルテンサイ
トからなる素地に、面積率で20〜60％の主として
炭化物からなる硬質相が微細均一に分散した焼入
れまたは焼入れ・焼戻し組織を有し、かつ理論密
度比：85％以上を有することを特徴とする内燃機
関の摺動部材用Fe基焼結材料。