JPH0456747A - 耐摩耗性鉄系焼結合金の製造方法 - 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） この発明は、内燃機関の弁座なとに好適な耐摩耗性鉄系
焼結合金の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来より、例えば自動車などの内燃機関の弁座には、特
開昭６２−１０２４４号公報、特開昭６４−６８４４７
号公報などに開示されているような分散硬化型焼結合金
が用いられている。

すなわち、この種の焼結合金は、比較的柔らかい鉄合金
基地中に金属間化合物や高合金のような硬質相を分散さ
せた焼結合金であり、良好な耐摩耗性を示すため、上記
したように内燃機関の弁座などに好適な部祠として用い
られているものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような分散硬化型焼結合金を製造
する場合には、基地を構成する粉末に硬質な粉末を添加
するため、混合粉の圧縮性が悪くしかも成形金型を摩耗
させやすいという造形上の問題がある。

また、硬質↑３°ｌ子として金属間化合物粉末を用いた
場合には、焼結時に鉄基地への金属間化合物の拡散を抑
えるために低い温度で焼結する必要があるか、このよう
にすると基地と硬質粒子との接合が弱くなり、しかも硬
質粒子を多量に添加する吉脆い合金が得られてしまうと
いう問題点を有している。

さらに、硬質粒子として高速度工具鋼のような高合金粉
末を用いた場合には、黒鉛粉の形で添加した炭素は焼結
時に硬質粒子へ優先して浸炭するため、鉄基地の炭素量
が少なくなり基地と硬質粒子の硬さが不調和な合金にな
りやすい。

また、この焼結体は焼き入れすることにより基地へ炭素
を供給することかできるが、急冷によって粒子相互間に
歪みまたは割れを生ずるため、材料が脆化して所望の耐
摩耗性が得られないという問題点を有している。

この発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、比較的柔らかな鉄合金
基地中に金属炭化物が析出した鉄合金硬質相が分散した
組織の焼結合金であり、粉末の成形性がよく、良好な耐
摩耗性を示す分散硬化型鉄系焼結合金の製造方法を提供
することにある。

（課題を解決するための手段） この発明は、上記のような目的を達成するために、重量
比で炭素の供給源となる黒鉛粉を０．８〜１．２％、硬
質相形成の供給源としてその組成がＣｒ２−４％、　Ｍ
ｏｂ、　２〜０．４％、Ｖｏ。

２〜０．４％、残部Ｆｅの合金鉄粉を２０〜５０％、比
較的柔らかな鉄合金相形成の供給源として鉄粉または炭
化物生成元素であるＣ　ｒ、　Ｍｏ、　Ｗ。

■の合計が１．５％以下の合金鉄粉が残部である混合粉
を得るとともに、この混合粉を所定形状に圧粉成形した
後に還元性雰囲気中で焼結して浸炭させ、次いでこの焼
結体を焼き入れした後に温度３００〜６００°Ｃで焼き
戻［７、金属炭化物が粒状に析出した鉄合金硬質相と、
この硬質相より炭素量が少ない鉄合金の硬質相とが斑点
状に混在した組織の鉄系焼結合金を製造することを特徴
とする。

すなわち、この焼結合金は、全体組成はＣｒが０、４〜
２％、　Ｍｏｂ、Ｊ：びＶがそれぞれＣ１，０４〜０．
２％、残部がＦｅである基本組成と、さらにＣｒ、　Ｍ
ｏ、　Ｗ、　Ｖの合計が１．２％以下で追加された組成
、および上記Ｆｅ量と置換して炭化物を形成しない元素
Ｃｏ、　Ｎｉ、　　Ｃｕ、　　Ｂ、　　Ｓｉ。

Ｍｎ等が含まれる組成が包含され、その組織は、金属炭
化物が粒状に析出した鉄合金硬質相と、硬質相より炭素
量が少ない鉄合金相とが面積比で約２二８〜５：５の斑
状に混在している鉄系焼結合金である。

硬質相を受は持つＣｒ−Ｍｏ−Ｖ系合金鉄粉は、特公昭
４９−１７９６８号公報に示されているようなＣｒ２〜
４％、　Ｍｏ０．　２〜０．　４％、ｖｏ。

２〜０．４％、残部Ｆｅの合金鉄粉が適している。

Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは、焼結時および焼き入れ時に炭化物と
なり、焼き戻しによって丸みを帯びた炭化物として析出
して相の硬さおよび強靭化に寄与する。

Ｃｒが２％、Ｍｏが０．２％、および■が０゜２％より
少ないと、炭化物析出が少なくなって基地相との差かな
くなり、所望する斑組織にならないため耐摩耗性が悪い
。

一方、上記のような炭化物生成元素社が増えるにしたか
って祠料が硬くなり耐摩耗性も向上するが、各々上記し
た上限念台量までで機能」−充分てあり、それを越える
添加量は粉末が硬くなり思わしくない。

硬質相の量は、重量比（または断面面積比）で２０％よ
り少ないと、他方の基地相の作用が多くなって良好な耐
摩耗性が得られない。

また、硬質相の量が多くなるとともに耐摩耗性は向上す
るが、耐摩耗性の向上は重量比で５０％を越えても顕著
な効果は認められない。

基地相を受は持つ粉末は純鉄粉で充分であるが、基地を
強化する目的で炭化物を形成しない元素ｃｏ、　Ｎｉ、
　Ｃｕ、　Ｂ、　Ｓｉ、　Ｍｎ等を含む合金鉄粉であっ
てもよく、いずれにしても所望する斑組織が得られる。

なお、同じ目的でＣｕを銅粉の形で添加したり、リン鉄
粉を添加して液相焼結しても同様の結果を得られる。

また、基地用合金鉄粉にＣｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｖのよ
うな炭化物生成元素を含む場合は、炭化物生成元素の合
＝１か上記硬質相のＣｒ、Ｍｏ、Ｖの合計量より約１％
以−Ｌ少ないことが必要で、その含台量があまり近似す
ると斑組織が得られない。

黒鉛粉は焼結により基地相および硬質相に浸炭されるが
、どうし２ても硬質相の炭素量が多くなる。

そして、黒鉛粉の添加量が０．８％より少ないと、基地
相および硬質相の炭素量が少ないため全体の硬さが低く
て耐摩耗性が悪い。

たたし、１．２％を越えて添加すると、基地相にセメン
タイトが析出するようになり脆くなる。

焼結体を焼き入れするとほぼ−様なマルテンサイト状お
よびトルースタイト状の組織を示すか、それを３００〜
６００°Ｃて焼き戻しすると硬質相に炭化物が析出する
。

この状態は、顕微鏡組織では白色粒状物か点在している
状態として観察されるが、基地相はツルバイＩ・状およ
びトルースタイト状になっている。

マイクロヒラカース硬さは、硬質相が５００〜６００程
変であって、基地相が３００〜４００程度を示す。

なお、焼き戻しは鉛溶湯を兼ねて鉛溶湯中で行なっても
よい。

（作用） この発明によれば、炭素の供給源に黒鉛粉を、また比較
的柔らかな鉄合金相形成の供給源に鉄粉または炭化物生
成元素であるＣ　ｒ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｖの含有量か少
ない合金鉄粉を、さらに硬質相形成の供給源に炭化物生
成元素の添加量を最小限に抑えたＣｒ−Ｍｏ−Ｖ系合金
鉄粉を配合した混合粉とすることにより、材料コストお
よび粉末成形性を改善することができる。

また、この圧粉成形体を粒子が接合するのに充分な温度
で焼結して炭素を拡散させ、これを焼き入れして全体の
組織をマルテンサイトまたはトルスタイトとし、その後
やや高い温度で焼き戻しすることにより、硬質相部分に
金属炭化物を析出させて硬さと靭性を確保するとともに
、焼き戻しされた基地相は比較的柔らかく構成された焼
結合金を得ることかできる。

（実施例） 以下、実施例によりこの発明を説明する。

実施例−１ ア）・マイス鉄粉、３％Ｃｒ−０，３％〜１ｏ−０゜３
％Ｖの合金鉄粉、６５％Ｍｏ合金鉄粉、黒鉛粉およびス
テアリン酸亜鉛を用意した。

黒鉛粉１％およびステアリン酸亜鉛１％は同じで、アト
マイス鉄粉に対し上記Ｃｒ−ＭＯ−Ｖ６金鉄粉とＭＯ合
金鉄粉（金属間化合物）のそれぞれの添加量変化が及は
す材料強度と耐摩耗性について調べた。

その結果を第１表に示す。

第１表 この発明に係るＣｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鉄粉を添加した各試
料は、圧粉成形体を還元性ガス中１２５０℃で焼結し、
その焼結体を浸炭性ガス中で９００℃に加熱後急冷し、
４００℃で１時間焼き戻しをした。

なお、Ｍｏ合金鉄粉である金属間化合物を添加した各試
料は焼結体である。

また、それぞれの試料の強度は、リング状試料の圧環強
さで、かつ耐摩耗性はリング状試料をノくルブシート形
状に加工し、バルブシート摩耗試験機によりシート部温
度り００℃、相手バルブ作動速度５２００回／分、試験
時間３０時間で試験した後の総摩耗量で評価した。

試料番号９〜１３は比較材であるが、金属間化合物粉の
増加につれ摩耗量が減少し、２０％添加のとき最少にな
り、それ以上では増加傾向を示す。

また、圧環強さは急に低下傾向を示し、２０％添加では
バルブシート要求強さを満足しない。

試料番号１〜８はこの発明に係る試料で、圧環強さは合
金粉添加量が５０％を越えると急に低下する。

そして、摩耗量も合金粉添加量２０〜５０％のとき最も
よく、５０％を越えるとかえって増加している。

実施例−２ 実施例１の試料番号１〜９で用いたアトマイズ鉄粉に代
えて、２％Ｎｉ−０，５％Ｍｏ合金鉄粉を用いた。

この各試料においても、圧環強さおよび摩耗量の特性傾
向は実施例１と同様であった。

実施例−３ 実施例１の試料番号４と同様で製作された焼き入れ体、
すなわち鉄粉にＣｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鉄粉３０％と各１％
ずつの黒鉛粉およびステアリン酸亜鉛を添加した混合粉
の汁粉成形体を１２５０℃で焼結した後、浸炭性ガス中
で９００℃に加熱後急冷した試料を各種温度で１時間焼
き戻し、実施例１と同様にその圧環強さおよび摩耗量を
調べた。

第２表にその結果を示す。

なお、焼き戻し温度３００〜５００℃のとき、圧環強さ
および摩耗量は安定して良好なことがわかる。

第２表 実施例−４ 実施例１および実施例２と同様な混合粉と、電解銅粉を
用意した。

この場合の試料は、アトマイズ鉄粉６１．５％。

Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鉄粉を３５％、電解銅粉１゜５％、
黒鉛粉およびステアリン酸亜鉛をれぞれ１％配合した混
合粉を用い、成形、焼結、焼き入れおよび焼き戻しは実
施例１と同様にして製作した試料１と、アトマイズ鉄粉
１３％＋　　２９６Ｎｉ　　ｏ。

５％Ｍｏ合金鉄粉５０％、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鉄粉を３
５％、黒鉛粉およびステアリン酸亜鉛それぞれ１％配合
した混合粉を用い、上記と同様にして製作した試料２で
ある。

また、比較試料として実施例１の試料番号９、ずなわち
６５％Ｍｏ合金鉄粉を５％添加した焼結体試料を製作し
た。

各試料はバルブシートに加工され、２０００ｃｃガソリ
ンエンジンのインテーク側に装着して、回転数６００Ｏ
ｒｐｍで２００時間運転した後の摩耗量、およびそのバ
ラツキ（最大値と最、小値）を調べた。

その結果、比較試料の摩耗量は平均値が２８μｍ、バラ
ツキが２５μｍであるのに対し、この場合の試料１の摩
耗量は平均値３５μｍでバラツキが５μｍ、試料２は平
均値３２μｍでバラツキが５μｍと、平均値ではやや劣
るがバラツキが小さく優れていることがわかる。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明に係る耐摩耗性鉄系焼結
合金の製造方法は、所定量の炭化物生成元素を含有する
合金鉄粉と、鉄粉またはそれより炭化物生成元素か少な
い合金鉄粉と、黒鉛粉とを混合し、この混合粉の圧粉成
形体を焼結した後、これを焼き入れおよび焼き戻しする
ように構成されているので、所定量の炭化物生成元素を
含有する合金鉄相に金属炭化物を粒状に析出させた硬質
相と、この硬質相より炭素量が少なく比較的軟質の金属
合金相を斑点状に形成させることができる。

よって、材料コストが低く、粉末の成形性がよくて生産
性に優れ、しかも耐摩耗特性のバラツキが少ない品質の
耐摩耗性鉄系焼結合金を提供することができる。

特許出願人　日立粉末冶金株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．重量比で炭素の供給源となる黒鉛粉を０．８〜１．
   ２％、硬質相形成の供給源としてその組成がＣｒ２〜４
   ％，Ｍｏ０．２〜０．４％，Ｖ０．２〜０．４％，残部
   Ｆｅの合金鉄粉を２０〜５０％、比較的柔らかな鉄合金
   相形成の供給源として鉄粉または炭化物生成元素である
   Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖの合計が１．５％以下の合金鉄粉が
   残部である混合粉を得るとともに、この混合粉を所定形
   状に圧粉成形した後に還元性雰囲気中で焼結して浸炭さ
   せ、次いでこの焼結体を焼き入れした後に温度３００〜
   ６００℃で焼き戻し、金属炭化物が粒状に析出した鉄合
   金硬質相と、この硬質相より炭素量が少ない鉄合金の硬
   質相とが斑点状に混在した組織の鉄系焼結合金を製造す
   ることを特徴とする耐摩耗性鉄系焼結合金の製造方法。