JPH028350A - 耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金 - Google Patents
耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金Info
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- JPH028350A JPH028350A JP63158199A JP15819988A JPH028350A JP H028350 A JPH028350 A JP H028350A JP 63158199 A JP63158199 A JP 63158199A JP 15819988 A JP15819988 A JP 15819988A JP H028350 A JPH028350 A JP H028350A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、優れた耐熱性および高温での優れた耐摩耗性
が要求される部品の素材として利用され、例えば、内燃
機関のバルブシート、バルブフェース等に使用した場合
に優れた耐熱性、高温耐摩耗性を示すと共に相手部材へ
の攻撃性が小さく良好ななじみ性を発揮する耐熱耐摩耗
性鉄基焼結合金に関するものである。 （従来の技術） 近年、内燃機関に対する高速化および高出力化などの要
求に伴って、内燃機関の動弁系部材の摩耗が重視される
ようになりつつあり、特にバルプシートはエンジンの高
温燃焼化もあって、摺動特性、耐久性に対する要求はか
なり厳しいものとなっている。 般に、バルブシートは高温にさらされるうえに、高速で
たたかれるため、債れた耐熱性、耐摩耗性、耐ピッチイ
ンク性を兼ね備えかつバルブ材との良好ななじみ性をも
合わせ持つことが要求される。 本発明者らは、前記の事実をかんがみて、特願昭６１〜
２５３６１６号において、Ｆｅマトリクス組織中に微細
でかつ十分な量の炭化物と微細な硼化物および／または
炭硼化物が均一に分散しておりかつまたマトリクスにＬ
ａ、Ｃｅ、Ｎｄ等の希土類元素が拡散している内燃機関
用耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金を開示した。 この先願の発明に係る合金では、所定の組織を９１１る
ために、重量％で、ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１
種または２種ニア〜２５％、Ｃｒ：２〜ｌＯ％、Ｓｉ：
０．１〜０．９％、Ｍｎ：０．７％以下、Ｐ：０．０５
％以下、Ｃ：０．５〜２．０％、 Ｂ：０．５〜２．０
％、 Ｌａ。 Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃなどの
希土類元素のうちから選ばれる１種または２種以上二０
．１〜５％および／またはＬａＣｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ
、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃなどの希土類元素の酸化物のう
ちから選ばれる１種または２種以上二０．３〜７％、お
よび必要に応じてＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｈｆ
。 Ｃｏ、Ｎｉのうちから選ばれる１種または２種以上：２
０％以下を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなることを
特徴としているものである。 （発明が解決しようとする課題） 上述した先願の発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金で
は、耐熱性および耐摩耗性がかなり良好であり、相手部
材とのなじみ性にも著しく優れているという特長を有し
ているが、この種の耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金において
その耐熱性および耐摩耗性をさらに向上させることが課
題としてあった。 （発明の目的） 本発明は上述した課題にかんがみてなされたもので、こ
の種の耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金においてその耐熱性お
よび耐摩耗性をさらに優れたものとすることを目的とし
ている。
が要求される部品の素材として利用され、例えば、内燃
機関のバルブシート、バルブフェース等に使用した場合
に優れた耐熱性、高温耐摩耗性を示すと共に相手部材へ
の攻撃性が小さく良好ななじみ性を発揮する耐熱耐摩耗
性鉄基焼結合金に関するものである。 （従来の技術） 近年、内燃機関に対する高速化および高出力化などの要
求に伴って、内燃機関の動弁系部材の摩耗が重視される
ようになりつつあり、特にバルプシートはエンジンの高
温燃焼化もあって、摺動特性、耐久性に対する要求はか
なり厳しいものとなっている。 般に、バルブシートは高温にさらされるうえに、高速で
たたかれるため、債れた耐熱性、耐摩耗性、耐ピッチイ
ンク性を兼ね備えかつバルブ材との良好ななじみ性をも
合わせ持つことが要求される。 本発明者らは、前記の事実をかんがみて、特願昭６１〜
２５３６１６号において、Ｆｅマトリクス組織中に微細
でかつ十分な量の炭化物と微細な硼化物および／または
炭硼化物が均一に分散しておりかつまたマトリクスにＬ
ａ、Ｃｅ、Ｎｄ等の希土類元素が拡散している内燃機関
用耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金を開示した。 この先願の発明に係る合金では、所定の組織を９１１る
ために、重量％で、ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１
種または２種ニア〜２５％、Ｃｒ：２〜ｌＯ％、Ｓｉ：
０．１〜０．９％、Ｍｎ：０．７％以下、Ｐ：０．０５
％以下、Ｃ：０．５〜２．０％、 Ｂ：０．５〜２．０
％、 Ｌａ。 Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃなどの
希土類元素のうちから選ばれる１種または２種以上二０
．１〜５％および／またはＬａＣｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ
、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃなどの希土類元素の酸化物のう
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よび必要に応じてＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｈｆ
。 Ｃｏ、Ｎｉのうちから選ばれる１種または２種以上：２
０％以下を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなることを
特徴としているものである。 （発明が解決しようとする課題） 上述した先願の発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金で
は、耐熱性および耐摩耗性がかなり良好であり、相手部
材とのなじみ性にも著しく優れているという特長を有し
ているが、この種の耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金において
その耐熱性および耐摩耗性をさらに向上させることが課
題としてあった。 （発明の目的） 本発明は上述した課題にかんがみてなされたもので、こ
の種の耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金においてその耐熱性お
よび耐摩耗性をさらに優れたものとすることを目的とし
ている。
（課題を解決するだめの手段）
本発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金は、重量％で、
ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種または２種＝５〜
２５％、Ｃｒ：２〜１０％、Ｓｉ：０．１〜０．９％、
Ｍｎ：０．７％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｃ：０．５
〜２．０％、Ｂ：０．５−２．０％、Ｌａ 、Ｃｅ 、
Ｎｄ 、Ｓｍ。 Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃの硼化物のうちから選ばれ
る１種または２種以上＝０．１〜７．０％を含み、必要
に応じてＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ。 Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選ばれる１種または
２種以上：２０％以下を含み、残部Ｆｅおよび不純物か
らなることを特徴としており、このような合金組成を一
ヒ述した従来の課題を解決するだめの手段としたもので
ある。 本発明者らは、上記の合金組成をもつ耐熱耐摩耗性鉄基
焼結合金において、とくにマトリクス組織中に微細でか
つ十分な量の炭化物と微細な硼化物および／または炭硼
化物が均一に分散しており、かつその硼化物の一部とし
てＬａ 、 Ｃｅ 。 Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、５ｃ（７）硼化物
を含む材料が、優れた耐熱性と共に良好な耐摩耗性を示
し、とりわけＬａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ。 Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、５ｃ（７）硼化物が六硼化物で
あるものがより特性が良いことを見い出し、たとえば内
燃機関のバルブシートおよびバルブフェース等に使用し
た場合に優れた耐熱性と共に良好なる耐摩耗性を発揮す
るという知見を得た。 本発明は、このような知見に基づいてなされたものであ
り、以下に本発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金の成
分組成（重量％）を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 ＭｏおよびＷ： ＭｏおよびＷは成分中のＦｅやＣｒとともにＣとＢと結
合して複炭化物や複硼化物あるいは複炭硼化物を形成し
て耐摩耗性を与え、一部はマドリスク中に固溶してマト
リクスを強化するとともに焼戻し硬化能を高める作用が
あるが、５％未満では所望の効果が得られずに耐摩耗性
不足となり、２５％を超えて含有させてもより一層の改
善効果は認められず、経済的でないことから、その含有
量をＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種または２種の
合計で５〜２５％と定めた。 Ｃｒ： ＣｒはＭｏ、Ｗ等とともに複炭化物や複硼化物を形成し
て耐摩耗性を向」ニさせると同時に、マトリクス中に固
溶して焼入性を増大し、さらに焼戻し硬化能を高める効
果を有するとともに基地の耐食性を高める効果もあるが
、２％未満ではその効果が十分に認められず、１０％を
超えて含有させてもより一層の改善効果がないばかりで
なく、機械的強度が低下して相手部材への攻撃性が増大
してしまうことから、その含有量を２〜ｌＯ％と定めた
。 Ｓｔ ・ Ｓｉは０．１％未満の添加量では脱酸効果が少なく、粉
末中の酸素含有量が多くなって焼結性が低下するととも
にＭ２Ｃ系の粗大な板状の炭化物が析出しやすくなり、
相手部材とのなじみ性が低下する。一方、添加量が０．
９％を超えても脱酸効果の向上もなく、粉末が丸くなっ
てしまい、成形性が低下するだけであることから、その
含有量を０．１〜０．９％と定めた。 Ｍｎ： Ｍｎは前述したＳｉと同じように脱酸効果があり、添加
することにより粉末中の酸素含有量を下げて焼結性を向
上させるが、０．７％を超えると粉末の形状が丸くなっ
て粉末の成形性が低下することにより成形体エツジ部の
欠は等が生じやすくなることから、添加するとしてもそ
の含有量を０．７％以下と定めた。 Ｐ： Ｐは耐摩耗性焼結合金の場合において焼結促進元素とし
て一般に０．２〜０．８％程度添加する手法が広く用い
られているが、本発明に係る焼結合金の場合はＰの添加
量が０．０５％を超えた場合に、複硼化物あるいは復炭
硼化物が粗大化して相手部材とのなじみ性が低下すると
ともに、粒界に複硼化物あるいは復炭硼化物がネットワ
ーク状に析出して強度が低下してしまうことにより、特
に高面圧がかかった場合の耐ピツテイング特性も低下し
てしまうことから、その含有量を０．０５％以下と定め
た。 Ｃ： Ｃはその一部がＭ ｏ 、 Ｗ 、 Ｃｒ 、 Ｖなど
の炭化物形成元素と結合して複炭化物を形成して耐摩耗
性を向」ニさせ、残りはマトリクス中に固溶して高い室
温硬さと強度を与える作用を有するが、０．５％未満で
はその効果が十分に認められず、２．０％を超えると複
炭化物の析出量増加と粗大化が起り、相手部材とのなじ
み性が低下することから、その含有量を０．５〜２．０
％と定めた。 このＣの添加方法としては、真空焼鈍を施したＦｅ−Ｍ
ｏ −Ｗ−Ｃｒ−３ｉ −（Ｖ） −（Ｍｎ）−（
Ｃｏ）−Ｃ系アトマイズ合金粉末の形で添加する必要が
ある。これはＣを単独にグラファイト粉末の形で添加す
ると、後述するＢ源として添加するＦｅ−ＢあるいはＦ
ｅ−Ｃｒ−Ｂと結びついて焼結時に粗大な炭硼化物を粒
界に沿ってネ・ントワーク状に析出させ、相手部材への
攻撃性を増大してしまうためである。 Ｂ： Ｂは成分中ｃｙ）Ｍｏ 、ｗ、 Ｖ 、 Ｃｒ 、 Ｆ
ｅとともに複硼化物を形成し、優れた耐摩耗性と耐熱性
を付与するとともに、一部はマドリスク中に固溶して焼
入性を改善する。また、ＢはＬａ、Ｃｅ。 Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃの硼化物とマ
トリクスとのぬれ性を向上させ、マトリクスの粒界を強
化させる働きがある。さらに、上記複硼化物および／ま
たは粘土類の硼化物の一部はＣとも結びついて炭硼化物
を形成して耐熱性および耐摩耗性を向上させる。 このように、Ｂは本発明合金の必須の成分のひとつであ
るが、０．５％未満の添加ではその効果が十分に認めら
れず、２．０％を超えてもより一層の改善効果が得られ
ず、かえって複硼化物の粗大化が起り、相手部材とのな
じみ性が低下することから、その含有量を０．５〜２．
０％と定めた。 Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ。 Ｙ、Ｓｃの硼化物： Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ。 Ｙ、Ｓｃの硼化物は、硬度が高く、高温安定性にも優れ
、本発明合金では分散粒子として働き、本発明合金の耐
熱性および耐摩耗性をささえている。また、一部は焼結
時に分散して希土類元素がマドリスクに拡散し、温度」
二昇に伴い表面に濃化してＦｅ、Ｃｒ等と共に耐熱性の
良い酸化被膜をつくる。さらに、これらの硼化物は焼結
時に助剤となって活性化して焼結源となったり、結晶粒
の粗大化を防止したり、炭化物の粗大化を防止する作用
もある。特に、これら希土類の硼化物のうち硼素が六つ
化合した六硼化物は高温安定性が強く、１１１ｉ＃熱性
向上のための分散粒子としての作用は大きい。しかし、
これらの硼化物はその合計量が０．１％未満では所望の
効果が十分に得られず、７．０％を超えて含有させても
より一層の効果は認められず、経済的でないことから、
」−記硼化物のうちから選ばれる１種または２種以上の
合計で０．１〜７．０％の範囲とした。 これらの希土類の硼化物は、Ｆｅ−Ｍｏ−ＷＣｒ−（Ｖ
）−３ｉ−（Ｍｎ）−（Ｃｏ）−ｎ土類硼化物−〇系ア
トマイズ合金の形でマトリクス粉中に含有させても良い
し、また、硼化物粉末として別に添加しても良い。 Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ。 Ｎｉ： これらの元素は耐摩耗性や耐腐食摩耗性をさらに向上さ
せるのに有効な元素である。 （Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ） Ｖ、Ｎｂ、ＴａはＦｅ、ＣｒとともにＣと結合してきわ
めて硬い複炭化物を作るとともに、Ｍ ｏ 、 Ｗの一
部と置換した形の複炭化物や複硼化物を形成して耐摩耗
性を与え、一部はマトリクス中に固溶してマトリクスを
強化するとともに、焼戻し硬化能を高める作用がある。 また、ＶＮｂ、Ｔａは焼結時の結晶粒の粗大化を防止す
るとともに炭化物の粗大化を防止する効果もある。 これらの効果は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａが０．５％未満の場合
ではあまり認められず、一方、８．０％を超えて添加し
ても一層の改善効果は認められず、経済的でないことか
ら、汐加するとしてもその含有量を０５〜８．０％とす
るのが良い。 （Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｈｆ 、Ｃｏ） Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｈｆ 、Ｃｏは硼化物形成元素であり、
これらのＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ等を必要に応じて１２
％以下の範囲で添加しても良い。特にＣｏはＭｏ、Ｗな
どの一部と置換して複硼化物を形成するだけでなく、マ
トリクス中に固溶して高温の硬さを向上させるため、高
温での耐摩耗性が特に必要な場合は添加することが望ま
しい。 （Ｎｉ） Ｎｉを添加するとマトリクスの靭性が向上するだけでな
く、耐食性も向上するので、ティーゼルエンシンのバル
ブシートのように高温腐食摩耗が厳しい部品への適用に
は特に効果がある。 しかし、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｈｆ。 Ｃｏ、Ｎｉは添加量が多くなりすぎると相手部材に対す
る攻撃性が増大し、かつまた経済性を考慮して、これら
の合計で２０％以下とする。 （実施例） 以下、本発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金の実施例
を比較例と対比しながら説明する。 実施例合金１〜７．比較例合金１〜５ 原料粉末として、真空焼鈍を施した粒度−１００メツシ
ユのＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ −Ｗ−３ｉＣ−希土類硼化物系
アトマイズ合金粉末（必要に応じ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇ
ｏも添加）、−３２５メツシユのＦ ｅ −Ｍ ｏ粉末
あるいは純Ｍｏ粉末。 ３２５メツシユのＦｅ−Ｗ粉末あるいは純Ｗ粉宋、−２
５０メツシュ（７）Ｆｅ Ｂ合金粉末（Ｂ：２０％含
有）、−２５０メツシユのＦｅ−２６％Ｐ合金粉末、−
２５０メツシュのフェロチタン。 フェロジルコニウム、フェロハフニウム各合金粉末、−
３２５メンシユのカーボニルＮｉ粉末等を使用し、これ
らの粉末を第１表に示す最終成分組成となるように適宜
配合し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を加えて混合し
、この混合粉末を７ｔｏｎｆ／ｃｍノの圧力で加圧して
圧粉体を成形し、次いでこの圧粉体を真空中で１１５０
〜１２６０°Ｃの温度にて６０分間保持して焼結した後
、熱処理を行って本発明実施例合金１〜７および比較例
合金１〜５を製造した。 実施例合金８〜１２．比較例合金６〜１０原料粉末とし
て、真空焼鈍を施した粒度１００メッシュノＦｅ−Ｃｒ
−Ｍｏ −Ｗ−３ｉＣ系アトマイズ合金粉末（必要に応
じ、Ｖ。 Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏも添加）、−２５０メツシユのＬａ、
Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ。 Ｙ、Ｓｃの硼化物の粉末、−３２５メツシユのＦ ｅ
−Ｍ ｏ粉末あるいは純Ｍｏ粉末、−３２５メツシュの
Ｆｅ−Ｗ粉末あるいは純Ｗ粉末。 ２５０メツシユのＦｅ−３合金粉末（Ｂ：１５％含有）
、−２５０メツシユのＦｅ−２６％Ｐ合金粉末、−２５
０メツシュのフェロチタン、フェロジルコニウム、フェ
ロハフニウム各合金粉末。 ３２５メツシユのカーボニルＮｉ粉末等を使用し、これ
らの粉末を第１表に示す最終成分組成となるように適宜
配合し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を加えて混合し
、この混合粉末を７ｔｏｎｆ／ｃｍ’の圧力で加圧して
圧粉体を成形し、次いでこの圧粉体を真空中で１１５０
〜１２６０℃の温度にて６０分間保持して焼結した後、
熱処理を行って本発明実施例合金８〜１２および比較例
合金６〜ｌＯを製造した。 く摩耗試験〉 ついで、上記の本発明実施例合金１〜１２および比較例
合金１〜１０をバルブシート形状に加工し、実機を模し
たバルブ・バルブシート試験機を用いて摩耗試験を行っ
た。この試験機は、自動温度調整を行いながらプロパン
カスの燃焼によってバルブおよびバルブシートを加熱し
、偏心カムの駆動によりバルブを開閉してバルブおよび
バルブシートのたたき摩耗状況を再現するものである。 試験条件は第２表に示す通りである。 試験後にバルブシートおよびバルブの摩耗深さを測定し
た。これらの測定結果を第１表に合わせて示した。 第１表に示した結果より明らかなように、試験は高温で
行われ、摩耗条件が苛酷なため、比較例合金１〜ｌＯの
ように成分組成の範囲が本発明合金からはずれた合金で
製造されたバルブシートでは、バルブシート自身および
相手部材であるバルブの摩耗が多く、また一部ではバル
ブシートにピッティングが発生しており、満足のできる
特性を示していない。 これに対して本発明実施例合金１〜１２で製造したバル
ブシートでは、バルブシート自身および′相手部材であ
るバルブの摩耗が少なく、バルブシートにはピッティン
グは発生していなかった。 そして、特に希土類の硼化物として六硼化物を含んだも
のは特性がより一層優れていることが確かめられた。
ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種または２種＝５〜
２５％、Ｃｒ：２〜１０％、Ｓｉ：０．１〜０．９％、
Ｍｎ：０．７％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｃ：０．５
〜２．０％、Ｂ：０．５−２．０％、Ｌａ 、Ｃｅ 、
Ｎｄ 、Ｓｍ。 Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃの硼化物のうちから選ばれ
る１種または２種以上＝０．１〜７．０％を含み、必要
に応じてＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ。 Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから選ばれる１種または
２種以上：２０％以下を含み、残部Ｆｅおよび不純物か
らなることを特徴としており、このような合金組成を一
ヒ述した従来の課題を解決するだめの手段としたもので
ある。 本発明者らは、上記の合金組成をもつ耐熱耐摩耗性鉄基
焼結合金において、とくにマトリクス組織中に微細でか
つ十分な量の炭化物と微細な硼化物および／または炭硼
化物が均一に分散しており、かつその硼化物の一部とし
てＬａ 、 Ｃｅ 。 Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、５ｃ（７）硼化物
を含む材料が、優れた耐熱性と共に良好な耐摩耗性を示
し、とりわけＬａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ。 Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、５ｃ（７）硼化物が六硼化物で
あるものがより特性が良いことを見い出し、たとえば内
燃機関のバルブシートおよびバルブフェース等に使用し
た場合に優れた耐熱性と共に良好なる耐摩耗性を発揮す
るという知見を得た。 本発明は、このような知見に基づいてなされたものであ
り、以下に本発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金の成
分組成（重量％）を上記の通りに限定した理由を説明す
る。 ＭｏおよびＷ： ＭｏおよびＷは成分中のＦｅやＣｒとともにＣとＢと結
合して複炭化物や複硼化物あるいは複炭硼化物を形成し
て耐摩耗性を与え、一部はマドリスク中に固溶してマト
リクスを強化するとともに焼戻し硬化能を高める作用が
あるが、５％未満では所望の効果が得られずに耐摩耗性
不足となり、２５％を超えて含有させてもより一層の改
善効果は認められず、経済的でないことから、その含有
量をＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種または２種の
合計で５〜２５％と定めた。 Ｃｒ： ＣｒはＭｏ、Ｗ等とともに複炭化物や複硼化物を形成し
て耐摩耗性を向」ニさせると同時に、マトリクス中に固
溶して焼入性を増大し、さらに焼戻し硬化能を高める効
果を有するとともに基地の耐食性を高める効果もあるが
、２％未満ではその効果が十分に認められず、１０％を
超えて含有させてもより一層の改善効果がないばかりで
なく、機械的強度が低下して相手部材への攻撃性が増大
してしまうことから、その含有量を２〜ｌＯ％と定めた
。 Ｓｔ ・ Ｓｉは０．１％未満の添加量では脱酸効果が少なく、粉
末中の酸素含有量が多くなって焼結性が低下するととも
にＭ２Ｃ系の粗大な板状の炭化物が析出しやすくなり、
相手部材とのなじみ性が低下する。一方、添加量が０．
９％を超えても脱酸効果の向上もなく、粉末が丸くなっ
てしまい、成形性が低下するだけであることから、その
含有量を０．１〜０．９％と定めた。 Ｍｎ： Ｍｎは前述したＳｉと同じように脱酸効果があり、添加
することにより粉末中の酸素含有量を下げて焼結性を向
上させるが、０．７％を超えると粉末の形状が丸くなっ
て粉末の成形性が低下することにより成形体エツジ部の
欠は等が生じやすくなることから、添加するとしてもそ
の含有量を０．７％以下と定めた。 Ｐ： Ｐは耐摩耗性焼結合金の場合において焼結促進元素とし
て一般に０．２〜０．８％程度添加する手法が広く用い
られているが、本発明に係る焼結合金の場合はＰの添加
量が０．０５％を超えた場合に、複硼化物あるいは復炭
硼化物が粗大化して相手部材とのなじみ性が低下すると
ともに、粒界に複硼化物あるいは復炭硼化物がネットワ
ーク状に析出して強度が低下してしまうことにより、特
に高面圧がかかった場合の耐ピツテイング特性も低下し
てしまうことから、その含有量を０．０５％以下と定め
た。 Ｃ： Ｃはその一部がＭ ｏ 、 Ｗ 、 Ｃｒ 、 Ｖなど
の炭化物形成元素と結合して複炭化物を形成して耐摩耗
性を向」ニさせ、残りはマトリクス中に固溶して高い室
温硬さと強度を与える作用を有するが、０．５％未満で
はその効果が十分に認められず、２．０％を超えると複
炭化物の析出量増加と粗大化が起り、相手部材とのなじ
み性が低下することから、その含有量を０．５〜２．０
％と定めた。 このＣの添加方法としては、真空焼鈍を施したＦｅ−Ｍ
ｏ −Ｗ−Ｃｒ−３ｉ −（Ｖ） −（Ｍｎ）−（
Ｃｏ）−Ｃ系アトマイズ合金粉末の形で添加する必要が
ある。これはＣを単独にグラファイト粉末の形で添加す
ると、後述するＢ源として添加するＦｅ−ＢあるいはＦ
ｅ−Ｃｒ−Ｂと結びついて焼結時に粗大な炭硼化物を粒
界に沿ってネ・ントワーク状に析出させ、相手部材への
攻撃性を増大してしまうためである。 Ｂ： Ｂは成分中ｃｙ）Ｍｏ 、ｗ、 Ｖ 、 Ｃｒ 、 Ｆ
ｅとともに複硼化物を形成し、優れた耐摩耗性と耐熱性
を付与するとともに、一部はマドリスク中に固溶して焼
入性を改善する。また、ＢはＬａ、Ｃｅ。 Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃの硼化物とマ
トリクスとのぬれ性を向上させ、マトリクスの粒界を強
化させる働きがある。さらに、上記複硼化物および／ま
たは粘土類の硼化物の一部はＣとも結びついて炭硼化物
を形成して耐熱性および耐摩耗性を向上させる。 このように、Ｂは本発明合金の必須の成分のひとつであ
るが、０．５％未満の添加ではその効果が十分に認めら
れず、２．０％を超えてもより一層の改善効果が得られ
ず、かえって複硼化物の粗大化が起り、相手部材とのな
じみ性が低下することから、その含有量を０．５〜２．
０％と定めた。 Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ。 Ｙ、Ｓｃの硼化物： Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ。 Ｙ、Ｓｃの硼化物は、硬度が高く、高温安定性にも優れ
、本発明合金では分散粒子として働き、本発明合金の耐
熱性および耐摩耗性をささえている。また、一部は焼結
時に分散して希土類元素がマドリスクに拡散し、温度」
二昇に伴い表面に濃化してＦｅ、Ｃｒ等と共に耐熱性の
良い酸化被膜をつくる。さらに、これらの硼化物は焼結
時に助剤となって活性化して焼結源となったり、結晶粒
の粗大化を防止したり、炭化物の粗大化を防止する作用
もある。特に、これら希土類の硼化物のうち硼素が六つ
化合した六硼化物は高温安定性が強く、１１１ｉ＃熱性
向上のための分散粒子としての作用は大きい。しかし、
これらの硼化物はその合計量が０．１％未満では所望の
効果が十分に得られず、７．０％を超えて含有させても
より一層の効果は認められず、経済的でないことから、
」−記硼化物のうちから選ばれる１種または２種以上の
合計で０．１〜７．０％の範囲とした。 これらの希土類の硼化物は、Ｆｅ−Ｍｏ−ＷＣｒ−（Ｖ
）−３ｉ−（Ｍｎ）−（Ｃｏ）−ｎ土類硼化物−〇系ア
トマイズ合金の形でマトリクス粉中に含有させても良い
し、また、硼化物粉末として別に添加しても良い。 Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ。 Ｎｉ： これらの元素は耐摩耗性や耐腐食摩耗性をさらに向上さ
せるのに有効な元素である。 （Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ） Ｖ、Ｎｂ、ＴａはＦｅ、ＣｒとともにＣと結合してきわ
めて硬い複炭化物を作るとともに、Ｍ ｏ 、 Ｗの一
部と置換した形の複炭化物や複硼化物を形成して耐摩耗
性を与え、一部はマトリクス中に固溶してマトリクスを
強化するとともに、焼戻し硬化能を高める作用がある。 また、ＶＮｂ、Ｔａは焼結時の結晶粒の粗大化を防止す
るとともに炭化物の粗大化を防止する効果もある。 これらの効果は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａが０．５％未満の場合
ではあまり認められず、一方、８．０％を超えて添加し
ても一層の改善効果は認められず、経済的でないことか
ら、汐加するとしてもその含有量を０５〜８．０％とす
るのが良い。 （Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｈｆ 、Ｃｏ） Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｈｆ 、Ｃｏは硼化物形成元素であり、
これらのＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ等を必要に応じて１２
％以下の範囲で添加しても良い。特にＣｏはＭｏ、Ｗな
どの一部と置換して複硼化物を形成するだけでなく、マ
トリクス中に固溶して高温の硬さを向上させるため、高
温での耐摩耗性が特に必要な場合は添加することが望ま
しい。 （Ｎｉ） Ｎｉを添加するとマトリクスの靭性が向上するだけでな
く、耐食性も向上するので、ティーゼルエンシンのバル
ブシートのように高温腐食摩耗が厳しい部品への適用に
は特に効果がある。 しかし、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｈｆ。 Ｃｏ、Ｎｉは添加量が多くなりすぎると相手部材に対す
る攻撃性が増大し、かつまた経済性を考慮して、これら
の合計で２０％以下とする。 （実施例） 以下、本発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金の実施例
を比較例と対比しながら説明する。 実施例合金１〜７．比較例合金１〜５ 原料粉末として、真空焼鈍を施した粒度−１００メツシ
ユのＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ −Ｗ−３ｉＣ−希土類硼化物系
アトマイズ合金粉末（必要に応じ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇ
ｏも添加）、−３２５メツシユのＦ ｅ −Ｍ ｏ粉末
あるいは純Ｍｏ粉末。 ３２５メツシユのＦｅ−Ｗ粉末あるいは純Ｗ粉宋、−２
５０メツシュ（７）Ｆｅ Ｂ合金粉末（Ｂ：２０％含
有）、−２５０メツシユのＦｅ−２６％Ｐ合金粉末、−
２５０メツシュのフェロチタン。 フェロジルコニウム、フェロハフニウム各合金粉末、−
３２５メンシユのカーボニルＮｉ粉末等を使用し、これ
らの粉末を第１表に示す最終成分組成となるように適宜
配合し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を加えて混合し
、この混合粉末を７ｔｏｎｆ／ｃｍノの圧力で加圧して
圧粉体を成形し、次いでこの圧粉体を真空中で１１５０
〜１２６０°Ｃの温度にて６０分間保持して焼結した後
、熱処理を行って本発明実施例合金１〜７および比較例
合金１〜５を製造した。 実施例合金８〜１２．比較例合金６〜１０原料粉末とし
て、真空焼鈍を施した粒度１００メッシュノＦｅ−Ｃｒ
−Ｍｏ −Ｗ−３ｉＣ系アトマイズ合金粉末（必要に応
じ、Ｖ。 Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏも添加）、−２５０メツシユのＬａ、
Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ。 Ｙ、Ｓｃの硼化物の粉末、−３２５メツシユのＦ ｅ
−Ｍ ｏ粉末あるいは純Ｍｏ粉末、−３２５メツシュの
Ｆｅ−Ｗ粉末あるいは純Ｗ粉末。 ２５０メツシユのＦｅ−３合金粉末（Ｂ：１５％含有）
、−２５０メツシユのＦｅ−２６％Ｐ合金粉末、−２５
０メツシュのフェロチタン、フェロジルコニウム、フェ
ロハフニウム各合金粉末。 ３２５メツシユのカーボニルＮｉ粉末等を使用し、これ
らの粉末を第１表に示す最終成分組成となるように適宜
配合し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を加えて混合し
、この混合粉末を７ｔｏｎｆ／ｃｍ’の圧力で加圧して
圧粉体を成形し、次いでこの圧粉体を真空中で１１５０
〜１２６０℃の温度にて６０分間保持して焼結した後、
熱処理を行って本発明実施例合金８〜１２および比較例
合金６〜ｌＯを製造した。 く摩耗試験〉 ついで、上記の本発明実施例合金１〜１２および比較例
合金１〜１０をバルブシート形状に加工し、実機を模し
たバルブ・バルブシート試験機を用いて摩耗試験を行っ
た。この試験機は、自動温度調整を行いながらプロパン
カスの燃焼によってバルブおよびバルブシートを加熱し
、偏心カムの駆動によりバルブを開閉してバルブおよび
バルブシートのたたき摩耗状況を再現するものである。 試験条件は第２表に示す通りである。 試験後にバルブシートおよびバルブの摩耗深さを測定し
た。これらの測定結果を第１表に合わせて示した。 第１表に示した結果より明らかなように、試験は高温で
行われ、摩耗条件が苛酷なため、比較例合金１〜ｌＯの
ように成分組成の範囲が本発明合金からはずれた合金で
製造されたバルブシートでは、バルブシート自身および
相手部材であるバルブの摩耗が多く、また一部ではバル
ブシートにピッティングが発生しており、満足のできる
特性を示していない。 これに対して本発明実施例合金１〜１２で製造したバル
ブシートでは、バルブシート自身および′相手部材であ
るバルブの摩耗が少なく、バルブシートにはピッティン
グは発生していなかった。 そして、特に希土類の硼化物として六硼化物を含んだも
のは特性がより一層優れていることが確かめられた。
以上説明してきたように、本発明に係る耐熱耐摩耗性鉄
基焼結合金は、重量％で、ＭｏおよびＷのうちから選ば
れる１種または２種＝５〜２５％、Ｃｒ：２−１０％、
Ｓｉ：０．１〜０．９％、Ｍｎ＋０．７％以下、Ｐ：０
．０５％以下、Ｃ：０．５〜２．０％、Ｂ：０．５〜２
．０％、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ。 Ｙ、Ｓｃの硼化物のうちから選ばれる１種または２種以
上二０．１〜７，０％、必要に応じてＶ。 Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから
選ばれる１種または２種以上＝２０％以下を含み、より
望ましくは希土類硼化物の一部または全部が六硼化物か
らなるものであり、残部Ｆｅおよび不純物からなるもの
であるため、マトリクス中に硬質粒子としてＦｅ 、ｎ
ｏ 、Ｗ、 Ｃｒ 、 Ｖ等の微細な複炭化物と複硼化
物および／または復炭硼化物とが均一に分散しており、
かつまたマトリクス中に高硬度でかつ高温安定化合物で
ある希土類の硼化物が分散したものであり、さらには硼
化物を特に高温安定性の優れた硼化物とすることができ
、希土類による活性化焼結によって密度を上げることも
可能であることから、本発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼
結合金を例えばかなり高温となる内燃機関のバルブシー
ト等の素材として使用した場合に、希土類硼化物、複硼
化物等により得られる著しく優れた耐熱性およびこれら
化合物による著しく優れた耐摩耗性を示し、かつまた、
これらの化合物は摺動の際の相手部材に対する攻撃性も
小さいため、相手部材との間で著しく優れたなじみ性を
示し、相手部材の摩耗を少なくさせることができるなど
、工業上極めて有益な特性を有するものである。 特許出願人 日産自動車株式会社
基焼結合金は、重量％で、ＭｏおよびＷのうちから選ば
れる１種または２種＝５〜２５％、Ｃｒ：２−１０％、
Ｓｉ：０．１〜０．９％、Ｍｎ＋０．７％以下、Ｐ：０
．０５％以下、Ｃ：０．５〜２．０％、Ｂ：０．５〜２
．０％、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ。 Ｙ、Ｓｃの硼化物のうちから選ばれる１種または２種以
上二０．１〜７，０％、必要に応じてＶ。 Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ、Ｎｉのうちから
選ばれる１種または２種以上＝２０％以下を含み、より
望ましくは希土類硼化物の一部または全部が六硼化物か
らなるものであり、残部Ｆｅおよび不純物からなるもの
であるため、マトリクス中に硬質粒子としてＦｅ 、ｎ
ｏ 、Ｗ、 Ｃｒ 、 Ｖ等の微細な複炭化物と複硼化
物および／または復炭硼化物とが均一に分散しており、
かつまたマトリクス中に高硬度でかつ高温安定化合物で
ある希土類の硼化物が分散したものであり、さらには硼
化物を特に高温安定性の優れた硼化物とすることができ
、希土類による活性化焼結によって密度を上げることも
可能であることから、本発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼
結合金を例えばかなり高温となる内燃機関のバルブシー
ト等の素材として使用した場合に、希土類硼化物、複硼
化物等により得られる著しく優れた耐熱性およびこれら
化合物による著しく優れた耐摩耗性を示し、かつまた、
これらの化合物は摺動の際の相手部材に対する攻撃性も
小さいため、相手部材との間で著しく優れたなじみ性を
示し、相手部材の摩耗を少なくさせることができるなど
、工業上極めて有益な特性を有するものである。 特許出願人 日産自動車株式会社
Claims (2)
- （１）重量％で、ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種
または２種：５〜２５％、Ｃｒ：２〜１０％、Ｓｉ：０
．１〜０．９％、Ｍｎ：０．７％以下、Ｐ：０．０５％
以下、Ｃ：０．５〜２．０％、Ｂ：０．５〜２．０％、
Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃ
の硼化物のうちから選ばれる１種または２種以上：０．
１〜７．０％を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなるこ
とを特徴とする耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金。 - （２）重量％で、ＭｏおよびＷのうちから選ばれる１種
または２種：５〜２５％、Ｃｒ：２〜１０％、Ｓｉ：０
．１〜０．９％、Ｍｎ：０．７％以下、Ｐ：０．０５％
以下、Ｃ：０．５〜２．０％、Ｂ：０．５〜２．０％、
Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｃ
の硼化物のうちから選ばれる１種または２種以上：０．
１〜７．０％、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃ
ｏ、Ｎｉのうちから選ばれる１種または２種以上：２０
％以下を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなることを特
徴とする耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63158199A JP2777373B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金 |
| US07/373,053 US4966626A (en) | 1988-06-28 | 1989-06-28 | Sintered ferro alloy having heat and wear resistance and process for making |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63158199A JP2777373B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH028350A true JPH028350A (ja) | 1990-01-11 |
| JP2777373B2 JP2777373B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=15666440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63158199A Expired - Fee Related JP2777373B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4966626A (ja) |
| JP (1) | JP2777373B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10342521A1 (de) * | 2003-09-12 | 2005-04-14 | Röhm GmbH & Co. KG | Mischungen zur Herstellung transparenter Kunststoffe, transparente Kunststoffe sowie Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung |
| KR20190030480A (ko) * | 2017-09-14 | 2019-03-22 | (주)성철기계금속 | 고경도 및 고내마모성을 갖는 쇼트기용 휠 블레이드 및 그 제조방법 및 휠 블레이드 제조용 금형 |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE468466B (sv) * | 1990-05-14 | 1993-01-25 | Hoeganaes Ab | Jaernbaserat pulver och noetningsresistent varmhaallfast komponent framstaelld av detta samt saett att framstaella komponenten |
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