JPH0387331A - 鉄系焼結耐摩耗性材料の製造法 - 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】 本発明は銅を含有する鉄系耐摩耗性材料、特に内燃機関
の動弁機構を構成する部材に好適な調合４４鉄系耐摩耗
性焼結合金に関する。

ここで動弁機構の代表的な型式のひとつであるＯＨＣ式
について説明すると、第１図に示すように、カム２の回
転に従って、ロッカーアーム１がその軸を支点としてシ
ーソー運動を行ない、弁３を開閉するようになっている
。この機構においてはカム２と当接するロッカーアーム
１の耐摩耗性が重要であるが、カム２自体の耐摩耗性も
非常に重要である。

ロッカーアームの摺動面のパッド用材料としては、高速
度ｔｊＡ′や合金工具鋼のように微細な炭化物がマルテ
ンサイト基地に分散している組織を有し且つ空孔率が２
〜３％程度の高密度材料が知られている。本出願人もま
たこの種の材料を開発し、既に出願している（特許１１
ｉ（，５７−１０８２４５号公報）。

しかしながら、特に本出願人に係る合金材料は重社比で
２〜７％Ｃｒ、０．１〜２％Ｐ、０．５〜３％Ｃ１０１
〜１．５％ＭＯ，０，５〜７％Ｗ、０．１〜３％Ｖおよ
び残部Ｆｅの組成でマルテンサイトの基地に金属炭化物
からなる硬質相が分散するＩ］織を呈し、耐摩耗性が極
めて高く、パッドの度粍員が少ない反面、相手部材のカ
ムに対する攻撃性がその分だけ強いところに改良の余地
があった。

本発明の主な目的は、１習動する相手部材の１！を粍を
著しく減少させ、しかも自己自身の耐摩耗性も従来材と
同等以上である鉄系焼結銅１１耗性材料を捉供すること
にある。

本発明によれば、この目的は重患比でＣｒ３〜２５％、
Ｐ０．１〜２％、［ＭｏＯ，５〜７％、Ｗ０１〜８％、
■　０１〜３％、Ｎｉ　０．５〜２％］の群のうち少な
くとも２種１〜１３％、銅または銅合金１０〜２５％、
炭素０５〜３％および残部Ｆｅからなる組成で、炭化物
を含有する硬質相と銅または銅合金（ＣＬＩ−８ｎまた
はＣｕ−Ｎ＋）の軟質相が混在づる組織の焼結合金によ
って達成することができる。即ち、本発明の合金は従来
の焼結合金に比べて多量の銅を含むため硬軟両相が適度
に釣り合い、その結果相手部材とのなじみ性が改善され
双方の摩耗が減少する訳である。

本発明に係る合金の代表的な組成の類型を例示すれば次
の通りである。

なお、上記各組成中の銅を同項の銅合金でｉｄ換したも
のも本発明の範驕に属づる。

ここで各添加元素とその組成範囲について説明する。耐
摩耗性の向上を目的とする合金元素の添加は古くから行
なわれているが、添加元素はその挙動１作用効果から２
種類に、即ｔ５ｃｒ　、　ＭＯ。

ｖ、Ｗなどのように添加元素が炭化物を形成するものと
Ｎｉのように素地中に固溶して組織を強化するものとに
人別でき、共に、浦膜切れを生じるような高面圧の作用
する尉初部の耐摩耗性を改良する効果がある。

クロム二塁地の強化にイノ１せて、炭素と反応して硬質
の炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。

ただし後述の実施例および比較例のデータが示づように
、添加蟻３％未満では所東の効果が得られず、一方、２
５％を越えると基地が脆化し、また相手部材のカムを傷
つけ易くなる。

リン：焼結時に液相を生じて焼結体を高密度化する元素
であるが、添加ｆｆｉ　０．１％未満では所要の効果が
得られず、一方、２％を越えて添加すると過剰の液相が
生じ、焼結時の寸法変化率が大さ゛くなるので好ましく
ない。

モリブデンニクロムと同様、基地の強化と只に炭素と反
応して硬質の炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。

ただし、添加拗が７％を越えると相手部材のカムを傷つ
け易くなる。

タングステンニクロムと同様、基地の強化と共に炭素と
反応して硬質の炭化物を形成し、１ｌｉ４摩耗性を向Ｊ
二させる。ただし、添加ｍ０１％未満では所要の効果が
得られず、一方、８％をこえて添加すると、基地の脆化
をきたす。

バナジウム：炭素と反応して炭化物を形成し、ｆＪ４摩
耗性の向−Ｅに奇５する。ただし、添加ｆｉ１０．１％
未満では所要の効果が得られず、一方、３％を越えて添
加すると被剛性が俄下し、また相手部（Ａを藺つ（〕易
くなる。

ニッケル二基地となる合金に固溶して強化し、耐摩耗性
を向上させる。ただし添加量０．５％未満では固溶量が
不充分で清明の効果が期待できず、一方２％を越えて添
加するとＣｒその他の炭化物を分解する作用が強くなり
、結果的に耐摩耗性を低下させる逆効果をＩｎ　＜。

これらの元素のうちＭｏ　、Ｗ、ＶおよびＮ１は用途に
応じて２種類以上組合せて使用するものであるが、その
合計は下記の理由により１〜１３％の範囲になければな
らない。即ち、１％未満では所要の効果を期待できるだ
けの炭化物相が得られず、一方、１３％を越えると脆化
をきたし、相手部材のカムを傷つけ易くなるからである
。

炭素：銅粉または銅合金粉と共に通常は黒鉛粉の形で添
加され、基地の強化に併せクロムその他の添加成分と反
応して硬質相を析出し耐摩耗性を向上させる。ただし添
加１０．５％未満では、基地がフェライト主体となるた
め強度の著しい低下を生じる。一方、３％を越えると、
混合粉の偏析や見掛は密度の低下、成形性の劣化などの
悪影響が出てくる。

銅または銅合金（Ｃｕ　−８ｎ　、Ｃｕ　−Ｎ＋　）：
前述のように炭化物を含む硬質相の間に軟質相を９改さ
せて摩耗を減少するための成分であるが、添加量が１０
％未満では銅の大部分が基地に固溶し、それを硬くする
。またこれに伴い′ｔ１頭鋼相が減少するため、相手部
材を摩耗させる傾向が出てくる。ただし２５％を越えて
添加すると焼結時に銅が吹き出したり、焼結体の変形を
生じるので、添加量は１０〜２５％を適損とする。銅添
加填と摩耗量の関係は第２図のグラフからも理解できる
が、これについては後に述べる。

本発明に係る焼結合金の製造に際し、各成分の単味配合
による誤差や偏析を避けて所望の組織を確保するため、
黒鉛と銅（または銅合金）以外の成分は合金粉として配
合される。焼結条（Ｔは分解アンモニアガスの雰囲気中
１１３０℃での焼結がとくに適している。この合金を熱
処理して用いる場合の処理条件は、アルゴンガス中９０
０℃より油焼入れ後、１８０℃焼戻しが好ましい。

以下、実施例および比較例を含む試験の結果に基づいて
本発明の詳細な説明する。

試料の作成 先ず黒鉛粉、銅粉（一部の試料では銅合金粉）およびこ
の２成分を除いた組成の合金粉の３者を第１表、第２表
の各行に示す組成割合に配合し、これに潤滑剤としてス
テアリン酸亜鉛１％を添加してＶ型混合機で２０分間混
合した。

次にこれらの混合粉それぞれを６ｊ／ｃｍの成形圧力で
所要のパッド形状に成形し分解アンモニアガス中温度１
１３０℃で３０分間焼結した後、下記の条件で熱処理を
施した。なお各試料の密度比および硬さの測定値を表中
に示した。

焼入れ条件：アルゴンガス中油焼入れ 焼入れ温度：９００℃ 焼戻し温度：１８０℃ 試験の方法 ＯＨＣ型４気筒１８００ｃｃエンジンを利用したモータ
リング試験装置（シュミレーション装置の一種で、カム
軸をモーターで回転させて動弁機構の各種試験を行なう
装置）を用い、前記の各試料をロッカーアームのパッド
部に取付けてこの装置に組み込んで下記の条件で試験を
行ない、パッドおよび相手部材のカムの摩耗量を測定し
た。

カム材質：チル化した鋳鉄材 回転数　：６５０ｒｐｍ 試験時間：５０時間連続運転 潤滑油　：通常のエンジンオイルに体積比で水を２．５
％添加して、摩耗条件を 過酷に設定した。

試験の結果 第１表は前述した既出願の合金（特開昭５７１０８２４
５Ｍ）を基本にその改良を図った結果を示したもので、
試料Ｎ０１１はこの既出願の合金そのものである。試料
ＮＯ１２および３は銅含有量が１０％未満の比較例であ
り、試料Ｎ０１４〜７が適正量の銅を含有する本発明の
実施例、Ｎ０．８と９はそれぞれ、試料Ｎ　０．　６の
銅を同項の銅合金で貯換した実施例である。

この表およびこれをグラフ化した第２図から、基本の組
成に銅を添加すると、初めは相手部材のカムが逆に摩耗
すること、さらに添加量を増して銅量が１０％以上にな
ると、意外にもノノムの摩耗が著しく減少することが判
る。この事実が本発明の骨子とする新知見である。ＮＯ
６８はＣｕ　−８ｎ合金を、Ｎ０．９はＣＬＩ−Ｎｉ合
金を銅と置換した例で、Ｎ０９６と効果は同等以上であ
り、本発明の目的においては銅と銅合金が均等物である
ことを示している。ただし価格は若干高くなる。

Ｎ　０．　１０〜１３はＰの効果を示す例で、本発明の
範囲外であるＮ　Ｏ，１０１３よび１３は本発明材のＮ
　０．　１１および１２より摩耗量が増加している。

Ｎ　０．　１４〜１７はＣの効果を示す例で、Ｐの場合
と同様なことがいえる。

Ｎ　０．　１４〜１７はＣの効果を示す例で、本発明の
範囲外であるＮ　０．１４６よび１７はカムの摩耗が本
発明材のＮ０．１５および１６より多い。

次の第２表は５ＫＤ−６１などの既存の合金を基本とし
て、銅の添加によるその改良効果を示したもので、罫線
で区画された各欄の最初の行は、ぞの備考に記した合金
規格に相当している。

Ｎ　０．　１８〜２４の欄について説明すると、本発明
の実流例であるＮ　０．　２１〜２４では総摩耗品がＮ
　０．　１８の１７３以下に減少し、銅添加の効果が大
きく現われている。銅ｆｆ１１０％未満のＮ　０．　１
９および２０では、逆に摩耗量が増加している。

次のＳＫロー９（Ｎ０．２５〜３１のｌｌｉ！Ｉ）の場
合もほぼ同様の傾向を示し、本発明の実施例であるＮ　
０．　２８〜３１ではカムの摩耗および総摩耗出が大幅
に減少しているのに対して、銅１０％未満のＮ　Ｏ，２
６および２７では、銅添加の効果に有意差が認められな
い。

次のＮ０．３２／３３　：３４／３５　：３６／３７お
よび３８／３９の各群については説明しなくても明白で
あろう。即ち、各群とも分母側の試料が所要量の銅を含
有する本発明の実施例であって、分子側の銅を無添加の
比較例に比べて耐摩耗性が明らかに向上している。

ちなみに、第１表のＮ０９４〜７．１１．１２゜１５．
１６は本発明に係る合金の実施態様とじて先に列挙した
中の類型１に相当し、第２表のＮ　ｏ。

２１〜２４は類型２に、Ｎ　Ｏ，２８〜３１は類型３に
、Ｎ　０．　３３は類型４に、Ｎ　０．　３５は類型５
に、Ｎ　０．　３７は類型６に、Ｎ　Ｏ，３９は類型７
に、それぞれ相当する。

以上に詳述したように、本発明の方法によればＭｏ　、
Ｗ、Ｖ、Ｎｉなどの炭化物を含む硬質相が冬場の銅を主
とする軟質相に分散した焼結合金を容易に得ることがで
きる。この合金は従来の合金に比べて相手部材とのなじ
み性がよく、自己の１↑耗はもとより相手部材の摩耗を
著しく減少させる点に浸れた特徴がある。なおその用途
はロッカーアームのパッドに限らず、例えばバルブシー
ｈ　。

カムシャフトカム、ベーンポンプのベーンなとの囲動部
材にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関の代表的な動弁機構の構成を開示する
図面、第２図は調合有量と摩耗ｂ′ｉの関係を示すグラ
フである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　重量比でＣｒ３〜２５％、Ｐ０．１〜２％、［Ｍｏ
   ０．５〜７％、Ｗ０．１〜８％、Ｖ０．１〜３％、Ｎｉ
   ０．５〜２％］の群から選択される少なくとも２種の元
   素１〜１３％および残部Ｆｅからなる合金粉に銅粉また
   は銅合金粉を１０〜２５％と炭素粉０．５〜３％を配合
   し、粉末冶金の通常の条件で所要の形状に成形および焼
   結を行なうことを特徴とする鉄系焼結耐摩耗性材料の製
   造法。