JPH02197554A - 耐摩耗性摺動部材の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐摩耗性摺動部材の製造方法、特にロークリピ
ストンエンジンのアペックスシールなどのように高温下
での耐焼付性と耐摩耗性を発揮し得る耐摩耗性摺動部材
の製造方法に関する。

〔従来技術〕

ロータリピストンエンジンのアペックスシールの頂部は
高温・高圧下にロータハウジングのトロコイド面に常時
摺接して作動室間を気密状にシールするうえ、アペック
スシールの端面ばサイドハウジングの側面に摺接し且つ
アペックスシールはロータのアペックスシール溝に装着
されてシール溝の壁面とも摺接している。そのため、ア
ペックスシールは高温下における耐焼付性・耐摩耗性・
耐熱衝撃性において優れた性能を具備している必要があ
る。

従来よりアペックスシールの種々の製造技術が提案され
、当初は鋳鉄製基材の摺動部を電子ビームによりチル化
したアペックスシールが採用されていた。

次に、上記アペックスシールの高温下での耐摩耗性向上
の為、特開昭６２−４５９０１号公報に記載のように、
合金鋳鉄製基材の摺動部にＣ６（５６〜６２％）とＭｏ
（３０〜３４％）と５ｉ（８〜１０％）を含有する耐摩
耗性合金鋼をプラズマ粉体肉盛り法により肉盛りしてな
るアペックスシールが提案されている。

上記アペックスシールでは、肉盛り時にブローホールが
発生したりまた肉盛り材料が基材で希釈されたりまた製
造コストが割高になるなどの問題がある。そこで、鋼製
基材の摺動部に耐摩耗性合金鋼をプラズマ粉体肉盛り法
により肉盛りしてなるアペックスシールの実用化が要請
されている。

従来より、鋼製基材の摺動部にハイス系材料（例えば、
５ＫＨ５７系など）のような耐摩耗性合金鋼をプラズマ
粉体肉盛り法により肉盛りしてなる摺動部材は一般に知
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、鋼製基材の摺動部にハイス系材料などの
耐摩耗性合金鋼を粉体肉盛りしてなる摺動部材では、肉
盛り層の耐摩耗性は優れているが、基材の硬度が十分で
ないためその耐摩耗性が問題となる。

そこで、ＳＣＭａなどの調質鋼製の基材を用い、その基
材に焼入れ処理と焼戻し処理とを施してから摺動部に耐
摩耗性合金鋼を粉体肉盛りによって肉盛りし、その後そ
の肉盛り層を焼戻し処理することも知られている。

しかし、この摺動部材の製造方法では、基材と肉盛り層
の耐摩耗性はある程度確保できるものの、焼入れと焼戻
しなどの熱処理に３工程も要し、製造コストが高価にな
るという問題がある。

そこで、ＳＣＭなどの調質鋼の基材を用い、その摺動部
に耐摩耗性合金鋼を粉体肉盛りによって肉盛りし、その
後基材と摺動部の全体に対して焼入れ処理と焼戻し処理
とを施すことも考えられるが、この場合基材の耐焼付性
・耐摩耗性を向上させ得るが、摺動部が不完全焼入れさ
れるため摺動部の耐焼付性・耐摩耗性を十分に向上させ
ることが出来ないという問題がある。

本発明の目的は、非調質鋼製の基材を用いて簡単な工程
によって基材・摺動部共に耐焼付性・耐摩耗性に優れた
耐摩耗性摺動部材の製造方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る耐摩耗性摺動部材の製造方法は、非調質鋼
からなる基材を冷し金で冷却しない状態で、上記基材の
摺動部に耐摩耗性合金材料をプラズマ粉体肉盛り法によ
り肉盛りし、次に基材に冷し金を当てた状態で、肉盛り
された耐摩耗性合金材料を再溶融させるものである。

〔作用〕

本発明に係る耐摩耗性摺動部材の製造方法においては、
非調質鋼からなる基材を冷し金で冷却しない状態で、そ
の摺動部に耐摩耗性合金材料をプラズマ粉体肉盛り法に
より肉盛りすると、その肉盛り時に基材が加熱され、そ
の後低い冷却速度で冷却されるので、冷却中に基材中に
はｖ系の炭化物が析出して基材の耐摩耗性が向上する。

次に、基材に冷し金を当てた状態で肉盛りされた耐摩耗
性合金材料を再溶融させるので、再溶融した肉盛り層が
高い冷却速度で冷却され、これにより摺動部の肉盛り層
は硬度が高く耐焼付性・耐摩耗性に優れたものとなる。

〔発明の効果〕

本発明に係る耐摩耗性摺動部材の製造方法によれば、上
記〔作用〕の項に説明したように、基材及び摺動部共に
耐焼付性・耐摩耗性に優れた摺動部材を製造することが
出来る。加えて、熱処理としては肉盛りされた耐摩耗性
合金材料の再溶融の１工程を行なうだけでよいので、製
造工程が筒車化し、製造コストを大幅に低減することが
出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図はロークリピストンエンジンの全体構成を示し、
１はトロコイド状の内周面１ａを有するロータハウジン
グ、２はロータハウジング１の両側に配設されるサイド
ハウジング、３は両ハウジングト２によって構成される
ケーシング内を遊星回転運動する多角形状のロータ、４
は偏心軸である。

上記ロータ３には、各頂部にアペックスシール５、両側
面に弓形のサイドシール６が設けられ、両者の突合せ部
分にコーナシール７が配設されており、アペックスシー
ル５はロータハウジング１の内周面１ａと摺接し、サイ
ドシール６とコーナシール７とがサイドハウジング２と
摺接し、ロータ３の外周部に３つの作動室８が形成され
ている。

前記アペックスシール５は第２図に示すように、ロータ
３のシール溝９に装着され、ロータハウジング１の内周
面１ａと摺接する摺動面部１０ａを有するメインピース
１０とサイドピース１１とに分割され、弓形のスプリン
グ１２によってロータハウジング内周面ｌａ側に付勢さ
れている。

以下、上記アペックスシール５の製造方法について説明
する。

第１工程において、非調質鋼（例えば、住友金属工業０
１製３４８Ｃ３１−Ｖ相当品）を用いて第３図（ａｌに
示すような寸法・形状（単位：龍）のアペックスシール
基材２０（以下、基材という）を製作した。

第２工程において、上記基材２０の上端の摺動部２０ａ
にプラズマトーチ２１を対向させて、プラズマ粉体肉盛
り法により、ハイス系耐摩耗性合金材料（例えば、大同
特殊鋼側型ＤＥＸ８０相当品）の粉末を第１表の肉盛り
条件にて肉盛りし、その後大気中で空冷した。

（本頁以下余白） 第１表　肉盛り条件 この肉盛りの際、基材２０に冷し金を当てない状態で肉
盛りするので、基材２０はプラズマアークで加熱されて
から比較的低い冷却速度で空冷されることになる。従っ
て、基材２０の非調質鋼中に高硬度の■（バナジウム）
の炭化物が多量に析出して基材２０の鋼組織の基地の硬
度が高くなって基材２０の耐焼付性・耐摩耗性が向上す
る。

上記プラズマ粉体肉盛り法は、基材２０とトーチ２１　
（プラズマ電極）との間に移行型のプラズマアークを発
生させるとともに、両者間に合金粉末を供給し、基材２
０の摺動面部に溶着するものであり、上記合金粉末は不
活性ガスによりトーチ２１を介して溶着部分に圧送され
る。このプラズマ粉体肉盛りでは、粉体の供給であるた
め溶融能率が高く、またアークが拘束されているのでエ
ネルギー密度の高いアークが溶融金属池の一部に集中し
、上記溶融能率の高いことと相俟って溶込み深さが小さ
くなるものである。さらに、いわゆる場流れが良好で、
気孔等の欠陥は少なく、肉盛り層２２の表面が平滑にな
る。

第３工程において、上記のようにハイス系の合金材料で
摺動部２０ａに肉盛りＪｉ２２が形成された基材２０を
鋼製の冷し金２３の溝２３ａ内に嵌め、摺動部２０ａを
外部に臨ませた状態で、摺動部２０ａをＴＩＧトーチや
プラズマトーチで加熱して肉盛りされたハイス系合金を
再溶融させた。

この場合、基材２０は冷し金２３に広範囲に接触してい
るので十分に冷却されて加熱されることはないし、また
ハイス系肉盛り層２２は再溶融炉冷し金２３により高い
冷却速度で冷却されるので、その基地組織中にマルテン
サイトが生成する。この摺動部２０ａのハイス系の耐摩
耗性合金鋼は上記マルテンサイト組織と種々の硬い析出
炭化物（Ｓ、　、Ｗ、Ｖなどの炭化物）とを含むため耐
焼付性・耐摩耗性に優れている。

第４工程において、上記摺動部２０ａと基材２０とを研
削することにより、基材２０及び摺動部２０ａともに耐
焼付性・耐摩耗性に優れたアペックスシール５を得るこ
とが出来た。

比較例１においては、調質鋼の３０Ｍ４３５の基材を用
い、上記実施例と同様にプラズマ粉体肉盛りと再溶融を
施した。

比較例２においては、比較例１と同様に再溶融まで行な
ってから、後処理として基材２０と摺動部２０ａに対し
て８５０℃の焼入れ処理と５３０℃の焼戻し処理を施し
た。

比較例３においては、実施例と同様の非調ｘ鋼の基材２
０を用い、基材２０に冷し金２３を当てた状態で実施例
と同様にプラズマ粉体肉盛りを行ない、その後再溶融を
施さなかった。

比較例４においては、実施例と同様の非調質鋼の基材２
０を用い、基材２０に冷し金２３を当てない状態で実施
例と同様にプラズマ粉体肉盛りを行ない、その後再溶融
を施さなかった。

上記実施例と比較例１〜４で得られたアペックスシール
５から第４図に示す摩耗テスト用のテストピース５Ａを
製作、し、ピン・オン・ディスク式試験機を用いて第２
表の摩耗テスト条件にて摩耗テストを行なった結果、第
３表のような結果が得られた。

第２表　摩耗テスト条件 （本頁以下余白） 上記実施例と比較例で得られたアペックスシール５の摩
耗テストの結果について第３表を参照しながら説明する
。

実施例１と実施例２のアペックスシールは５では、基材
２０と摺動部２０ａが高硬度で、耐焼付性・耐摩耗性に
優れ、どちらも目標値を満足している。

比較例１のアペックスシール５の場合、基材２０の焼入
れが不備で基材の耐摩耗性が低いため、テスト中にテス
トピースホルダに接触するテストピースの基材２０の部
分が摩耗してテストピース５Ａが傾いてしまい焼付荷重
を測定できなかった。

比較例２のアペックスシール５の場合、基材２０の耐摩
耗性を改善する為に後処理として焼入れ処理と焼戻し処
理とを施したので、基材２０の耐焼付は性・耐摩耗性は
良好になるものの、摺動一部２０ａの肉盛り［２２が不
完全焼入れされ耐摩耗性が低下している。

比較例３のアペックスシール５の場合、実施例と同様に
非調質鋼製の基材２０を用い、基材２０に冷し金２３を
当てた状態でプラズマ粉体肉盛りを施したことから、摺
動部２０ａの肉盛り層２２の耐摩耗性は良好なものの、
基材２０への■の炭化物の析出が不十分となり、基材２
０の耐摩耗性が低く実用に耐えないものとなる。

比較例４のアペックスシール５の場合、実施例と同様に
非調質鋼製の基材２０を用いるとともに基材２０に冷し
金２３を当てない状態でプラズマ粉体肉盛りを施したの
で、基材２０にＶの炭化物の析出が生じて基材２０の耐
焼付性・耐摩耗性が向上したけれども、肉盛り層２２の
冷却速度が低くすぎるためにその焼入れが不十分で耐摩
耗性が低くなっている。

以上説明したように、非調質鋼製の基材２０に冷し金２
３を当てない状態でプラズマ粉体肉盛りを施すことによ
り、基材２０への■炭化物の析出を促進して基材２０の
硬さを高めて耐焼付性・耐摩耗性を確保することが出来
る。加えて、基材２０に冷し金２３を当てた状態で肉盛
り層２２を再溶融させ、高い冷却速度で肉盛り層２２を
冷却させてそれに焼入れを施し且つ基材２０の加熱を防
止し、これにより肉盛り層２２の硬さを高めて耐焼付性
・耐摩耗性を高め且つ基材２０の硬さが低下するのを防
止することが出来る。このように、本願の摺動部材の製
造方法では、肉盛り工程と再溶融工程を主体とする僅か
の工程で容易且つ安価に耐摩耗性摺動部材を製造するこ
とが出来る。

尚、前記実施例におけるハイス系の耐摩耗性合金鋼の代
わりに、種々の耐摩耗性合金鋼を用いることも出来る。

尚、本発明は、アペックスシール５以外の種々の摺動部
材であって冷し金で冷却可能な形状・構造の摺動部材の
製造にも同様に適用することが出来ることは勿論である
。

〈別実施例〉 ここで、参考までに調質鋼製の基材を用い、その摺動部
に耐摩耗性合金鋼の粉末を肉盛りして耐摩耗性のアペッ
クスシールを製造する方法について開示しておく。

第１工程において、ＳＣＭ４３５．５Ｃｒ４３５、又は
５ＮＣ８３６などの調質鋼製の基材（９５ｍｍＸ６０ｍ
ｍＸ４■ｍ）を製イ乍する。

第２工程において、上記基材の硬さを高める為に、基材
を焼入れ処理する。

第３工程において、下記第５表の耐摩耗性合金鋼の粉末
を用いて、次の肉盛り条件にて基材の摺動部にプラズマ
粉体肉盛りを施す。

電流＝６０Ａ、電圧＝３０■、　速度−８５鶴／分、粉
末供給料＝１５ｇ／分、　粉末粒度＝１００〜２５０メ
ツシュ、 第５表　５ＫＨ５７相当の肉盛り合金鋼（ｗｔ％）第４
工程において、基材と肉盛り層とに対して共通の焼戻し
を施す、この焼戻しは、５ｏｏ〜６００℃の温度に１時
間保持し、その後大気中で空冷するものである。

上記実施例では、焼戻し温度が５００〜６００℃であり
、焼戻し後の必要硬さがＨ，２５０〜４００の条件を満
たす調質鋼からなる基材を用いることにより、肉盛り後
基材と肉盛り層とに共通の焼戻し処理を施すことが可能
となり、基材単独の焼戻し処理を省略することが出来る
。上記の製造方法で得られるアペックスシールは基材及
び摺動部共に硬さ、耐焼付性及び耐摩耗性において実用
に耐えるものとなっている。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係るもので、第１図はロータリ
ピストンエンジンの側面図、第２図は第１図ＩＩ−ＩＩ
線断面図、第３図（ａ）〜（ｄ）は夫々アペックスシー
ルを製造するときの各工程における基材等の斜視図、第
４図は摩耗テストのテストピースの斜視図である。 ２０・・基材、　２０ａ・・摺動部、　２３・・冷し金
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）非調質鋼からなる基材を冷し金で冷却しない状態
   で、上記基材の摺動部に耐摩耗性合金材料をプラズマ粉
   体肉盛り法により肉盛りし、 次に基材に冷し金を当てた状態で、肉盛りされた耐摩耗
   性合金材料を再溶融させることを特徴とする耐摩耗性摺
   動部材の製造方法。