JPH0360901B2

JPH0360901B2 -

Info

Publication number: JPH0360901B2
Application number: JP58140964A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Urano; Osamu Hirakawa
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1983-08-03
Filing date: 1983-08-03
Publication date: 1991-09-18
Also published as: JPS6033344A; IT8421390A0; EP0152486B1; WO1985000836A1; AU569880B2; DE3484820D1; IT1174196B; EP0152486A1; US4790875A; AU2658684A; EP0152486A4; CA1237920A

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞本発明は内燃機関用摺動部材として使用される
耐摩耗性焼結合金に関するものである。＜従来技術＞近時、内燃機関用の諸部材は高負荷運転に耐え
ることが要求され、特にカムシヤフト、ロツカア
ーム等の摺動部材は高面圧に対する耐久性が要求
されるようになつた。この要求を満たすと共に、
加工費と材料費の節減と軽量化を図るため、摺動
部材に合金粉末の焼結材料を使用することが試み
られてきた。＜発明の目的＞本発明も上記要求に応え得る内燃機関用摺動部
材の材料として、高い耐摩耗性と優れた加工性を
有する焼結合金を提供することを目的とするもの
である。＜発明の構成＞前記目的を達成するため本発明の耐摩耗性焼結
合金は、重量比でC1.5〜4.0％、Si0.5〜1.2％、
Mn1.0％以下、Cr2.0〜20.0％、Mo0.5〜2.5％、
P0.2〜0.8％、残部Feを含み、液相において焼結
されるものであるが、上記の元素の外、重量比で
Niを0.5〜2.5％、又はCuを0.85％以下、もしくは
Niを0.5〜2.5％とCuを0.1〜4.0％含めてもよく、
さらに、それらに加えてＢ、Ｖ、Ti、Nb、Ｗの
中の一種類以上を重量比で0.1〜5.0％含めてもよ
い。ここで、Ｃを1.5〜4.0％とした理由は、Ｃが過
度に添加されると、炭化物、特に粗大なCr炭化
物が成長し、これは、液相焼結の進行途中で粗大
な空孔を生じる要因となる他、基地を脆化させ
る。又、添加量を過小にすると、高硬度に炭化物
が十分に成長せず、したがつて十分な耐摩耗性も
得られないことによる。高負荷、高面圧の機関に
用いる場合、後記するように、Cr量を高くする
と共に、Ｃ量も2.0〜4.0％と高くする。通常の場
合はCr量を低くすると共にＣ量も1.5〜3.0％に下
げる。 Siを0.5〜1.2％にする理由は、Siが1.2％を越え
ると、基地が脆化する外、粉末の圧粉成形性が低
下し、焼結時の変形が大きくなること、又、Siは
Ｃ、Ｐ量が前記の低い範囲内に限定された上で、
液相の発生を促進させる成分であるが、0.5％未
満では液相促進の効果は得られないことによる。 Mnを1.0％以下にする理由は、Mnが1.0％を越
えると、焼結の進行が抑制される結果、粗大な空
孔が残る。又、圧粉成形性も低下することによ
る。 Crを8.0〜20.0％にする理由は、Crが過大に添
加されると、前記のように、Cr炭化物が粗大に
成長し、硬度も過大になり、逆に、添加量が過小
になると、高硬度の炭化物が十分に成長せず、し
たがつて十分な耐摩耗性が得られないことによ
る。先に述べたように、高負荷、高面圧の機関に
用いる場合、Ｃ量を高くすると共に、Cr量も8.0
〜20.0％と高くする。通常の場合はＣ量を下げる
と共に、Cr量も2.0〜8.0％未満に下げる。 Moは基地に固溶して硬度を高め、耐摩耗性を
向上させるが、この効果はMoを2.5％以上に添加
しても変化しない。しかし、Moが0.5％未満では
この効果は得られないので、Moは0.5〜2.5％に
限定する。ＰはFe−Ｃ−Ｐ共晶のステダイトを生じさせ
る。ステダイトは硬度が非常に高く、凝固点が
950℃前後と低いため液相焼結を促進させる。し
かし、Ｐが0.8％を越えると、ステダイトが過多
に生じ、被削性が悪くなる。又、0.2％未満では
ステダイトの析出量が少なくなり、高い耐摩耗性
が得られず、又、液相も生じにくくなる。 Ni添加の目的は基地をマルテンサイト化、ベ
イナイト化して引張り強度を増大させることにあ
る。しかし、Niが2.5％を越えると、残留オース
テナイトが生じ、硬度が低下するため、耐摩耗性
が低下する。又、Niが0.5％未満では引張り強度
を十分に増大させることはできない。 Cu添加の目的は基地強度を増大させることと
液相焼結時の寸法変化を防止して収縮率を調整す
ることにあるが、Cuが4.0％を越えると、脆化す
るだけでなく、焼結時に膨張が生ずる。逆に1.0
％未満では、目的とする効果が得られない。Ｂ、Ｖ、Ti、Nb、Ｗの中の一種類以上を添加
する目的は、液相の成長と炭化物の形成を促進さ
せることにあるが、添加量は相手材の硬度を考慮
して0.1〜5.0％の範囲に限定することが望まし
い。さらに、加工性を改善するためにCaを300ppm
以下添加することも行われる。本発明の合金は液相焼結されるがその理由は本
発明の合金がカムシヤフト、ロツカアーム等の摺
動部として母材に組付けられて使用されることに
ある。粉末焼結合金の液相焼結時の収縮を利用す
れば、母材との強固な固着が得られる。例えば、
シヤフトを鋼管とし、このシヤフトに焼結合金製
のカムロブを組付ける構造のカムシヤフトの場
合、液相焼結により、シヤフトに強固に固着され
た高密度のカムロブが得られる。実施例１合金粉末又は鉄粉にＣ、Ni、Mo等の元素を添
加し、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合
した。粉末混合目標としての成分は重量％で次の
通りである。Ｃ 2.8％ Si 0.9％Ｐ 0.5％ Mn 0.2％ Cr 15.5％ Ni 1.9％ Mo 1.0％Ｖ 3.5％ Fe 残りついで、５〜7t／cm²の面圧でプレス成形後、ア
ンモニア分解ガスふんい気の炉中において1100〜
1200℃（平均1160℃）の温度で焼結した。得られた合金は、第１図の顕微鏡写真に示され
るように、黒く見える基地組織Ａの中に白く見え
る炭化物Ｂが粒子状に分布する。基地Ａはマルテ
ンサイトを主体にベイナイトが混合するものであ
る。硬度と密度の測定値はそれぞれHRC61.5と
7.62g／cm²であるから、高硬度、高密度の焼結合
金であり、耐摩耗性に優れている。実施例２合金粉末又は鉄粉にＣ、Ni、Mo等の元素を加
え、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合し
た。粉末混合目標としての成分は重量％で次の通
りである。Ｃ 2.0％ Si 0.8％ Mn 0.15％Ｐ 0.45％ Cr 6.0％ Ni 1.6％ Mo 1.0％ Fe 残りついで、５〜7t／cm²の面圧でプレス成形後、ア
ンモニア分解ガスふんい気炉中で1050〜1180℃
（平均1120℃）の温度において焼結した。得られ
た合金は、第２図の顕微鏡写真に示されるよう
に、黒く見えるマルテンサイトとベイナイトの混
在する基地組織の中に白く見える炭化物が粒子状
に分布する。その硬度と密度の測定値はそれぞれ
HRC56.5と7.60g／cm²であるから、高硬度で、高
密度の耐摩耗性に優れた焼結合金である。実施例３合金粉末又は鉄粉にCr、Mo等の元素を添加
し、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合し
た。粉末混合目標としての成分は次の通りであつ
た。Ｃ 1.6％ Si 1.2％ Mn 0.2％Ｐ 0.65％ Ni 2.5％ Cr 3.0％ Mo 2.5％ Fe 残りついで、前記実施例と同じ条件でプレス成形し
て焼結した。その物性等の試験結果は第１表に示
す通りである。実施例４合金粉末又は鉄粉にCr、Mo等の元素を添加
し、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合し
た。粉末混合目標としての成分は次の通りであつ
た。Ｃ 3.2％ Si 0.7％ Mn 0.25％Ｐ 0.50％ Ni 1.0％ Cr 10.0％ Mo 0.5％Ｂ 1.0％ Fe 残りついで、前記実施例と同じ条件でプレス成形し
て焼結した。この物性等の試験結果は第１表に示
す通りである。実施例５合金粉末又は鉄粉にCr、Mo等の元素を添加
し、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合し
た。粉末混合目標としての成分は次の通りであつ
た。Ｃ 1.9％ Si 0.9％ Mn 0.15％Ｐ 0.30％ Cu 0.70％ Cr 6.0％ Mo 1.0％ Fe 残りついで、前記実施例と同じ条件でプレス成形し
て焼結した。その物性等の試験結果は第１表に示
す通りである。実施例６合金粉末又は鉄粉にCr、Mo等の元素を添加
し、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合し
た。粉末混合目標としての成分は次の通りであつ
た。Ｃ 3.3％ Si 0.7％ Mn 0.25％Ｐ 0.50％ Cu 0.50％ Cr 10.0％ Mo 0.5％ Fe 残りついで、前記実施例と同じ条件でプレス成形し
て焼結した。その物性等の試験結果は第１表に示
す通りである。実施例７合金粉末又は鉄粉にCr、Mo等の元素を添加
し、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合し
た。粉末混合目標としての成分は次の通りであつ
た。Ｃ 2.1％ Si 0.8％ Mn 0.17％Ｐ 0.45％ Cu 0.80％ Ni 1.0％ Cr 6.5％ Mo 1.2％ Fe 残りついで、前記実施例と同じ条件でプレス成形し
て焼結した。その物性等の試験結果は第１表に示
す通りである。実施例８合金粉末又は鉄粉にCr、Mo等の元素を添加
し、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合し
た。粉末混合目標としての成分は次の通りであつ
た。Ｃ 3.2％ Si 0.6％ Mn 0.20％Ｐ 0.51％ Cu 0.50％ Ni 0.6％ Cr 11.5％ Mo 0.8％ Fe 残りついで、前記実施例と同じ条件でプレス成形し
て焼結した。その物性等の試験結果は第１表に示
す通りである。実施例９合金粉末又は鉄粉にCr、Mo等の元素を添加
し、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合し
た。粉末混合目標としての成分は次の通りであつ
た。Ｃ 1.6％ Si 1.2％ Mn 0.20％Ｐ 0.65％ Cr 3.0％ Mo 2.5％ Fe 残りついで、前記実施例と同じ条件でプレス成形し
て焼結した。その物性等の試験結果は第１表に示
す通りである。実施例 10 合金粉末又は鉄粉にCr、Mo等の元素を添加
し、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合し
た。粉末混合目標としての成分は次の通りであつ
た。Ｃ 3.2％ Si 0.7％ Mn 0.25％Ｐ 0.50％ Cr 10.0％ Mo 0.5％ Fe 残りついで、前記実施例と同じ条件でプレス成形し
て焼結した。その物性等の試験結果は第１表に示
す通りである。実施例 11 合金粉末又は鉄粉にCr、Mo等の元素を添加
し、ステアリン酸亜鉛バインダーを加えて混合し
た。粉末混合目標としての成分は次の通りであつ
た。Ｃ 2.8％ Si 0.9％ Mn 0.20％Ｐ 0.50％ Cr 15.5％ Mo 1.0％ Fe 残りついで、前記実施例と同じ条件でプレス成形し
て焼結した。その物性等の試験結果は第１表に示
す通りである。第１表は全実施例の焼結温度、焼結密度、硬
さ、摩耗試験結果、引張強さを示すものである。
ここで、摩耗試験とは、実施例の合金から製作し
たカムと窒化処理したチル鋳鉄製ロツカーアーム
を組合せ、回転速度2000rpm×500時間、接触面
圧70Kgr／mm²、潤滑湯SAE＃30（100℃）の条件で
テストし、カムとロツカーアームの摩耗量を測定
したものである。第１表から実施例の合金はすべ
て高硬度、高密度で耐摩耗性に優れていることが
わかる。

【表】＜発明の効果＞上記の通り、本発明の鉄系焼結合金は液相焼結
により生じたマルテンサイトとベイナイトの混在
基地中に炭化物が粒子状に分布する組織であるか
ら高い耐摩耗性を有し、圧粉成型されて液相焼結
により母材に強固に結合するから加工性にも優れ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は及び第２図は本発明のそれぞれの実施
例の合金の顕微鏡写真（倍率200倍、マーブル液
腐食）であり、Ａは基地、Ｂは炭化物を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比でC1.5〜4.0％、Si0.5〜1.2％、Mn1.0
％以下、Cr2.0〜20.0％、Mo0.5〜2.5％、P0.2〜
0.8％、残部Fe及び不純物よりなり、液相におい
て焼結されることを特徴とする耐摩耗性焼結合
金。２Ｃの含有量は1.5〜3.0％であり、Crの含有量
は2.0〜8.0未満であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の耐摩耗性焼結合金。３Ｃの含有量は2.0〜4.0％であり、Crの含有量
は8.0〜20.0％であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の耐摩耗性焼結合金。４重量比でC1.5〜4.0％、Si0.5〜1.2％、Mn1.0
％以下、Cr2.0〜20.0％、Mo0.5〜2.5％、P0.2〜
0.8％、Ni0.5〜2.5％、残部Fe及び不純物よりな
り、液相において焼結されることを特徴とする耐
摩耗性焼結合金。５重量比でC1.5〜4.0％、Si0.5〜1.2％、Mn1.0
％以下、Cr2.0〜20.0％、Mo0.5〜2.5％、P0.2〜
0.8％、Cu0.85％以下、残部Fe及び不純物よりな
り、液相において焼結されることを特徴とする耐
摩耗性焼結合金。６重量比でC1.5〜4.0％、Si0.5〜1.2％、Mn1.0
％以下、Cr2.0〜20.0％、Mo0.5〜2.5％、P0.2〜
0.8％、Ni0.5〜2.5％、Cu1.0〜4.0％、残部Fe及び
不純物よりなり、液相において焼結されることを
特徴とする耐摩耗性焼結合金。７重量比でC1.5〜4.0％、Si0.5〜1.2％、Mn1.0
％以下、Cr2.0〜20.0％、Mo0.5〜2.5％、P0.2〜
0.8％、Ｂ，Ｖ，Ti，Nb，Ｗの中の一種類以上を
0.1〜5.0％、残部Fe及び不純物よりなり、液相に
おいて焼結されることを特徴とする耐摩耗性焼結
合金。