JPH06207252A - 鉄基摺動部品材料 - Google Patents
鉄基摺動部品材料Info
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- JPH06207252A JPH06207252A JP74393A JP74393A JPH06207252A JP H06207252 A JPH06207252 A JP H06207252A JP 74393 A JP74393 A JP 74393A JP 74393 A JP74393 A JP 74393A JP H06207252 A JPH06207252 A JP H06207252A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、耐摩耗性および耐焼付性が共
に優れ、耐久性が著しく改善された鉄基摺動部品材料を
提供することにある。 【構成】本発明に係る鉄基摺動部品材料は、Cを0.1
〜0.8wt%、Snを0.1〜5wt%、残部実質的
にFeから成り、フェライトおよびパーライト基地にF
e−Sn合金相が分散した組織を有する鉄系焼結合金で
形成したことを特徴とする。また他の構成例としてCを
0.1〜0.8wt%、Cuを1〜10wt%、Snを
0.1〜5wt%、残部実質的にFeから成り、フェラ
イトまたはパーライト基地にCu−Sn合金相およびF
e−Sn合金相が分散した組織を有し、上記Cu−Sn
合金相に含有されるSn量がSnの総添加量の10〜5
0wt%である鉄系焼結合金で形成したことを特徴とす
る。さらに焼結合金の密度を6〜7g/cm3 に設定して
構成するとよい。
に優れ、耐久性が著しく改善された鉄基摺動部品材料を
提供することにある。 【構成】本発明に係る鉄基摺動部品材料は、Cを0.1
〜0.8wt%、Snを0.1〜5wt%、残部実質的
にFeから成り、フェライトおよびパーライト基地にF
e−Sn合金相が分散した組織を有する鉄系焼結合金で
形成したことを特徴とする。また他の構成例としてCを
0.1〜0.8wt%、Cuを1〜10wt%、Snを
0.1〜5wt%、残部実質的にFeから成り、フェラ
イトまたはパーライト基地にCu−Sn合金相およびF
e−Sn合金相が分散した組織を有し、上記Cu−Sn
合金相に含有されるSn量がSnの総添加量の10〜5
0wt%である鉄系焼結合金で形成したことを特徴とす
る。さらに焼結合金の密度を6〜7g/cm3 に設定して
構成するとよい。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は鉄基摺動部品材料に係
り、特に圧縮機用のシリンダ材や軸受材、ベアリングの
ハウジング材料などの摺動部材に好適であり、耐摩耗性
および耐焼付性を改善し耐久性に優れた鉄基摺動部品材
料に関する。
り、特に圧縮機用のシリンダ材や軸受材、ベアリングの
ハウジング材料などの摺動部材に好適であり、耐摩耗性
および耐焼付性を改善し耐久性に優れた鉄基摺動部品材
料に関する。
【0002】
【従来の技術】冷凍機、冷蔵庫、空調機やショーケース
においては冷媒を圧縮する圧縮機が主要機器として装備
されている。上記用途例において一般的に使用されてい
る圧縮機として、図1および図2に示すような密閉型の
ロータリ圧縮機がある。
においては冷媒を圧縮する圧縮機が主要機器として装備
されている。上記用途例において一般的に使用されてい
る圧縮機として、図1および図2に示すような密閉型の
ロータリ圧縮機がある。
【0003】この圧縮機1は、ケ―シング2の内部にモ
ータ3aと圧縮要素3bとを内装し、圧縮要素3bはモ
ータ3から延びる回転軸4を主軸受5と副軸受6に挿通
させ、この主軸受5と副軸受6との間に、仕切板7を介
して2基のシリンダ8a,8bを配設し、各シリンダ8
a,8b内において、前記回転軸4に形成された偏心部
9a,9bにそれぞれ円筒状のローラ10a,10bを
嵌合させる一方、図2に示すように偏心回転するローラ
10a,10bに対して常時押し付けて接触するよう
に、ベーン11a,11bが配設されて構成される。ベ
ーン11a,11bは偏心部9a,9bおよびローラ1
0a,10bの回転に応じて往復動し、各シリンダ8
a,8b内部を圧力的に仕切る役割を果している。こう
して圧縮機1は、モータ3の駆動によって前記ローラ1
0a,10bをシリンダ8a,8b内において偏心回転
させることにより、シリンダ8a,8b内に吸入したガ
スを圧縮して吐出するものである。
ータ3aと圧縮要素3bとを内装し、圧縮要素3bはモ
ータ3から延びる回転軸4を主軸受5と副軸受6に挿通
させ、この主軸受5と副軸受6との間に、仕切板7を介
して2基のシリンダ8a,8bを配設し、各シリンダ8
a,8b内において、前記回転軸4に形成された偏心部
9a,9bにそれぞれ円筒状のローラ10a,10bを
嵌合させる一方、図2に示すように偏心回転するローラ
10a,10bに対して常時押し付けて接触するよう
に、ベーン11a,11bが配設されて構成される。ベ
ーン11a,11bは偏心部9a,9bおよびローラ1
0a,10bの回転に応じて往復動し、各シリンダ8
a,8b内部を圧力的に仕切る役割を果している。こう
して圧縮機1は、モータ3の駆動によって前記ローラ1
0a,10bをシリンダ8a,8b内において偏心回転
させることにより、シリンダ8a,8b内に吸入したガ
スを圧縮して吐出するものである。
【0004】上記のような圧縮機1においては、主副軸
受5,6と回転軸4、シリンダ8とベーン11、仕切板
7とローラ10など相互に摺接する摺動部における摩耗
が特に顕著になるため、高い耐摩耗性を有する摺動材で
形成する必要がある。
受5,6と回転軸4、シリンダ8とベーン11、仕切板
7とローラ10など相互に摺接する摺動部における摩耗
が特に顕著になるため、高い耐摩耗性を有する摺動材で
形成する必要がある。
【0005】従来、この種の摺動材としては、高速度鋼
や共晶黒鉛鋳鉄の溶解材、さらにより具体的には2.2
Si−3.4C−残部Feから成るFC200、SMF
4030などのSMF−4種材(鉄−炭素−銅系合金)
など耐摩耗性を高めた材料が一般に使用されている。
や共晶黒鉛鋳鉄の溶解材、さらにより具体的には2.2
Si−3.4C−残部Feから成るFC200、SMF
4030などのSMF−4種材(鉄−炭素−銅系合金)
など耐摩耗性を高めた材料が一般に使用されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
圧縮機は冷凍機用、冷蔵庫用、空調機用などの用途を問
わず、高性能化や使用条件の拡大が求められている。特
に空調機においては、使用者の住空間の変化や快適性の
要求水準の高まりが著しく、インバータを装備したもの
が標準品になりつつある。このような空調機に使用され
る圧縮機では従来以上に苛酷な運転条件、すなわち高負
荷条件下での高速運転や変速運転が要求されている。
圧縮機は冷凍機用、冷蔵庫用、空調機用などの用途を問
わず、高性能化や使用条件の拡大が求められている。特
に空調機においては、使用者の住空間の変化や快適性の
要求水準の高まりが著しく、インバータを装備したもの
が標準品になりつつある。このような空調機に使用され
る圧縮機では従来以上に苛酷な運転条件、すなわち高負
荷条件下での高速運転や変速運転が要求されている。
【0007】ところが、エネルギー効率を高めるために
圧縮機のON−OFF動作の回数を低減して、より低速
域での運転を行なうと、回転軸と主副軸受との間の摺動
部への給油量が減少して焼付きが生じ易くなるととも
に、ジャーナル軸受としての軸受負荷が低下して、回転
軸と主副軸受とが金属接触する機会が増大して摩耗が急
速に進行してしまう問題点がある。
圧縮機のON−OFF動作の回数を低減して、より低速
域での運転を行なうと、回転軸と主副軸受との間の摺動
部への給油量が減少して焼付きが生じ易くなるととも
に、ジャーナル軸受としての軸受負荷が低下して、回転
軸と主副軸受とが金属接触する機会が増大して摩耗が急
速に進行してしまう問題点がある。
【0008】このような問題点を改善し、摺動特性を向
上させるために、給油機構の改善や軸受構造の改良およ
び耐摩耗性に優れた軸受や回転軸の材料開発や摺動材の
表面処理方法が種々検討されている。
上させるために、給油機構の改善や軸受構造の改良およ
び耐摩耗性に優れた軸受や回転軸の材料開発や摺動材の
表面処理方法が種々検討されている。
【0009】例えば、インバータ駆動の圧縮機の低速運
転時のように潤滑状態の悪化により潤滑油膜厚さが充分
に保持できない場合には、摩耗が急速に進行する場合が
あり、この対策として硬度が高い材料を使用したり、表
面処理によって摺動材の表面硬度を高める方法も採用さ
れている。
転時のように潤滑状態の悪化により潤滑油膜厚さが充分
に保持できない場合には、摩耗が急速に進行する場合が
あり、この対策として硬度が高い材料を使用したり、表
面処理によって摺動材の表面硬度を高める方法も採用さ
れている。
【0010】しかしながら、摺動材の表面硬度を高める
のみでは、耐摩耗性は向上するが、摺動部におけるかじ
りを生じ易く、起動直後における初期なじみまたは耐焼
付性が悪化する場合も多い。
のみでは、耐摩耗性は向上するが、摺動部におけるかじ
りを生じ易く、起動直後における初期なじみまたは耐焼
付性が悪化する場合も多い。
【0011】また表面処理による摺動材の表面硬度を高
めることは、形状が単純な回転軸等においては、比較的
に容易である一方、主副軸受などのように凹部を有する
複雑形状の部品では均一な表面処理が困難であり、摺動
特性が全体として低下してしまう問題点もある。
めることは、形状が単純な回転軸等においては、比較的
に容易である一方、主副軸受などのように凹部を有する
複雑形状の部品では均一な表面処理が困難であり、摺動
特性が全体として低下してしまう問題点もある。
【0012】一方、摺動材として鉄系粉末から成る焼結
体を使用する場合もあるが、焼結体には無数の微細な連
通孔が形成されており、この焼結体でシリンダや軸受、
仕切板やローラを形成した場合には、圧縮機内の冷媒の
一部が連通孔を通り抜けることにより圧縮機の体積効率
が大幅に低下してしまう問題点がある。
体を使用する場合もあるが、焼結体には無数の微細な連
通孔が形成されており、この焼結体でシリンダや軸受、
仕切板やローラを形成した場合には、圧縮機内の冷媒の
一部が連通孔を通り抜けることにより圧縮機の体積効率
が大幅に低下してしまう問題点がある。
【0013】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、耐摩耗性および耐焼付性が共に優
れ、耐久性が著しく改善された鉄基摺動部品材料を提供
することを目的とする。
されたものであり、耐摩耗性および耐焼付性が共に優
れ、耐久性が著しく改善された鉄基摺動部品材料を提供
することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段と作用】本発明者らは上記
の目的を達成するため、圧縮機の摺動部を構成する材料
を種々変えて、その摺動特性を比較検討した。その結
果、原料Fe粉末に所定量のC,Cu,Snを添加した
原料混合体を成形、焼結し、フェライトおよびパーライ
トから成るマトリックス中にCu−Sn合金相およびF
e−Sn合金相を分散させることによって、耐摩耗性、
機械的強度が高く、相手攻撃性が少なく摺動特性が優れ
た焼結摺動部材が得られることが判明した。本発明はこ
れらの知見に基づいて完成されたものである。
の目的を達成するため、圧縮機の摺動部を構成する材料
を種々変えて、その摺動特性を比較検討した。その結
果、原料Fe粉末に所定量のC,Cu,Snを添加した
原料混合体を成形、焼結し、フェライトおよびパーライ
トから成るマトリックス中にCu−Sn合金相およびF
e−Sn合金相を分散させることによって、耐摩耗性、
機械的強度が高く、相手攻撃性が少なく摺動特性が優れ
た焼結摺動部材が得られることが判明した。本発明はこ
れらの知見に基づいて完成されたものである。
【0015】すなわち本発明に係る鉄基摺動部品材料
は、Cを0.1〜0.8wt%、Snを0.1〜5wt
%、残部実質的にFeから成り、フェライトおよびパー
ライトから成るマトリックス中にCu−Sn合金相およ
びFe−Sn合金相が分散した組織を有し、上記Cu−
Sn合金相に含有されるSn量がSnの総添加量の10
〜50wt%である鉄系焼結合金で形成したことを特徴
とする。
は、Cを0.1〜0.8wt%、Snを0.1〜5wt
%、残部実質的にFeから成り、フェライトおよびパー
ライトから成るマトリックス中にCu−Sn合金相およ
びFe−Sn合金相が分散した組織を有し、上記Cu−
Sn合金相に含有されるSn量がSnの総添加量の10
〜50wt%である鉄系焼結合金で形成したことを特徴
とする。
【0016】また他の態様としてCを0.1〜0.8w
t%、Cuを1〜10wt%、Snを0.1〜5wt
%、残部実質的にFeから成り、フェライトおよびパー
ライト基地にCu−Sn合金相およびFe−Sn合金相
が分散した組織を有し、上記Cu−Sn合金相に含有さ
れるSn量がSnの総添加量の10〜50wt%である
鉄系焼結合金で形成したことを特徴とする。
t%、Cuを1〜10wt%、Snを0.1〜5wt
%、残部実質的にFeから成り、フェライトおよびパー
ライト基地にCu−Sn合金相およびFe−Sn合金相
が分散した組織を有し、上記Cu−Sn合金相に含有さ
れるSn量がSnの総添加量の10〜50wt%である
鉄系焼結合金で形成したことを特徴とする。
【0017】また上記焼結合金の密度は6〜7g/cm3
に設定するとよい。
に設定するとよい。
【0018】さらに焼結合金の硬さはHRB硬度で60〜
110に設定する。
110に設定する。
【0019】また焼結合金の耐圧性は0.5MPa以上
に設定される。
に設定される。
【0020】以下本発明に係る摺動部品材料の組成等に
ついて順次説明する。
ついて順次説明する。
【0021】Cは、基地を構成するFeと反応して耐摩
耗性を有するパーライトを生成し、部品の耐久性を向上
させる元素であり、0.1〜0.8wt%含有される。
C含有量が0.1wt%未満の場合には耐摩耗性が充分
ではなく、一方、含有量が0.8wt%を超える場合に
は、脆化し成形性が低下し、高密度かつ高強度の焼結体
が得られにくい。
耗性を有するパーライトを生成し、部品の耐久性を向上
させる元素であり、0.1〜0.8wt%含有される。
C含有量が0.1wt%未満の場合には耐摩耗性が充分
ではなく、一方、含有量が0.8wt%を超える場合に
は、脆化し成形性が低下し、高密度かつ高強度の焼結体
が得られにくい。
【0022】特に焼結体の初期摺動特性を改善するため
には、後述するCu−Sn合金相およびFe−Sn合金
相を基地中に分散させることが有効である。
には、後述するCu−Sn合金相およびFe−Sn合金
相を基地中に分散させることが有効である。
【0023】またCuはSnと合金化されて分散した青
銅となり、摺動材の初期摺動特性を改善するために1〜
10wt%含有する。Cuの含有量が1wt%未満の場
合には、添加の効果が少ない一方、含有量が10wt%
を超えると、焼結合金全体の硬度が低下し、摺動材とし
ての耐久性が低下してしまう。
銅となり、摺動材の初期摺動特性を改善するために1〜
10wt%含有する。Cuの含有量が1wt%未満の場
合には、添加の効果が少ない一方、含有量が10wt%
を超えると、焼結合金全体の硬度が低下し、摺動材とし
ての耐久性が低下してしまう。
【0024】Snは、本来多量に合金化されると基地の
靭性低下を引き起こす有害物質となるが、所定の範囲内
において含有させることにより、摺動特性および基地の
機械的強度を増大化させ得ることが本発明者らの実験に
より確認された。すなわち、SnはCuおよびFeと合
金化して、摺動特性を改善するCu−Sn合金相(青
銅)およびFe−Sn合金相を焼結体基地中に分散して
形成するために0.1〜5wt%の範囲で添加される。
Sn含有量が0.1wt%未満の場合にはCu−Sn合
金相、Fe−Sn合金相の生成量が少なく上記改善効果
が不充分になる一方、Sn含有量が5wt%を超える
と、焼結合金全体の靭性が低下してしまう。
靭性低下を引き起こす有害物質となるが、所定の範囲内
において含有させることにより、摺動特性および基地の
機械的強度を増大化させ得ることが本発明者らの実験に
より確認された。すなわち、SnはCuおよびFeと合
金化して、摺動特性を改善するCu−Sn合金相(青
銅)およびFe−Sn合金相を焼結体基地中に分散して
形成するために0.1〜5wt%の範囲で添加される。
Sn含有量が0.1wt%未満の場合にはCu−Sn合
金相、Fe−Sn合金相の生成量が少なく上記改善効果
が不充分になる一方、Sn含有量が5wt%を超える
と、焼結合金全体の靭性が低下してしまう。
【0025】したがって、Cu−Sn合金相およびFe
−Sn合金相に取り込まれるSn量を最適な範囲に設定
することにより、靭性や機械的強度を損うことなく、焼
結合金の摺動特性を改善することができる。すなわちC
u−Sn合金相に含有されるSn量はSnの総添加量の
10〜50wt%の範囲に設定することが重要である。
−Sn合金相に取り込まれるSn量を最適な範囲に設定
することにより、靭性や機械的強度を損うことなく、焼
結合金の摺動特性を改善することができる。すなわちC
u−Sn合金相に含有されるSn量はSnの総添加量の
10〜50wt%の範囲に設定することが重要である。
【0026】なお本発明者らの実験によれば、C含有量
を0.1〜0.8wt%と低く設定することによって、
硬度60〜110HRB(ロックウェル硬度Bスケール)
を有し、フェライトとセメンタイトとの共存組織を有す
る焼結体が得られ、この焼結体で摺動部品を形成した場
合においても、優れた耐摩耗性を発揮できることも確認
されている。また上記のようにC含有量を低く抑制して
いるため、鉄と炭素とが反応して生じるセメンタイトな
どの極めて高硬度の炭化物が生成することが少なく、相
手攻撃性が低くなることも確認された。
を0.1〜0.8wt%と低く設定することによって、
硬度60〜110HRB(ロックウェル硬度Bスケール)
を有し、フェライトとセメンタイトとの共存組織を有す
る焼結体が得られ、この焼結体で摺動部品を形成した場
合においても、優れた耐摩耗性を発揮できることも確認
されている。また上記のようにC含有量を低く抑制して
いるため、鉄と炭素とが反応して生じるセメンタイトな
どの極めて高硬度の炭化物が生成することが少なく、相
手攻撃性が低くなることも確認された。
【0027】さらに材料の耐摩耗性および摺動特性をよ
り改善するために上記Sn,Cの他にNi,Moなどの
元素を所定量含有するとよい。
り改善するために上記Sn,Cの他にNi,Moなどの
元素を所定量含有するとよい。
【0028】すなわちNiは、摺動部品材料の焼付きを
防止するために、0.5〜4wtwt%の範囲で含有す
るとよい。含有量が0.5wt%未満の場合には上記効
果が少なくなる一方、含有量が4wt%を超える過量に
含有しても効果の大幅な改善が見られず、基地の硬度が
低下したり、充分な耐摩耗性が得られなくなる。また成
形性の悪化により、所定の密度が得られない。
防止するために、0.5〜4wtwt%の範囲で含有す
るとよい。含有量が0.5wt%未満の場合には上記効
果が少なくなる一方、含有量が4wt%を超える過量に
含有しても効果の大幅な改善が見られず、基地の硬度が
低下したり、充分な耐摩耗性が得られなくなる。また成
形性の悪化により、所定の密度が得られない。
【0029】さらにMoは焼入れ性および高温強度を改
善して摺動部品の耐久性を向上させるために、0.5〜
10wt%含有するとよい。含有量が0.5wt%未満
の場合には、耐久性の向上効果が少ない一方、添加量が
10wt%を超えるように含有しても、それ以上の大き
な改善効果は見られずNiと同様に基地硬度の低下、耐
摩耗性の低下、成形性の悪化を招き、所定の密度が得ら
れなくなる。
善して摺動部品の耐久性を向上させるために、0.5〜
10wt%含有するとよい。含有量が0.5wt%未満
の場合には、耐久性の向上効果が少ない一方、添加量が
10wt%を超えるように含有しても、それ以上の大き
な改善効果は見られずNiと同様に基地硬度の低下、耐
摩耗性の低下、成形性の悪化を招き、所定の密度が得ら
れなくなる。
【0030】本発明に係る鉄基摺動部品材料は、鉄粉に
0.1〜0.8wt%のカーボン粉末、1〜10wt%
のCu粉末および0.1〜5wt%のSn粉末を添加混
合して原料混合体を調製し、その原料混合体を所定形状
に成形した後に、成形体を1100〜1150℃程度の
温度によって0.5〜2時間焼結し、さらに必要に応じ
て得られた焼結体を水蒸気処理法等によって封孔処理す
るとともに、鉄酸化物を生成せしめて製造される。ここ
で上記原料混合体の調製に際してSn成分は単体のSn
粉末として添加することが肝要である。すなわち単体の
Sn粉末を添加することにより、焼結時に低融点のSn
成分が早くから固溶し、基地強度を改善する作用を発揮
する。もし、Cu−Sn合金粉末として添加した場合に
は、Cu−Sn合金相の分散割合は高くなるが、Snの
Fe中への固溶は少なくなり、摺動性の改善効果が少な
くなる。
0.1〜0.8wt%のカーボン粉末、1〜10wt%
のCu粉末および0.1〜5wt%のSn粉末を添加混
合して原料混合体を調製し、その原料混合体を所定形状
に成形した後に、成形体を1100〜1150℃程度の
温度によって0.5〜2時間焼結し、さらに必要に応じ
て得られた焼結体を水蒸気処理法等によって封孔処理す
るとともに、鉄酸化物を生成せしめて製造される。ここ
で上記原料混合体の調製に際してSn成分は単体のSn
粉末として添加することが肝要である。すなわち単体の
Sn粉末を添加することにより、焼結時に低融点のSn
成分が早くから固溶し、基地強度を改善する作用を発揮
する。もし、Cu−Sn合金粉末として添加した場合に
は、Cu−Sn合金相の分散割合は高くなるが、Snの
Fe中への固溶は少なくなり、摺動性の改善効果が少な
くなる。
【0031】こうして得られた鉄基摺動部品材料は、フ
ェライトおよびパーライト合金相から成る主相マトリッ
クス基地中に第2相としてのCu−Sn合金相(青銅)
と、第3相としてのFe−Sn合金相とが分散した複合
金属組織を有する。また上記Cu−Sn合金相は一般に
Cu−3〜25wt%Snの組成を有するように形成さ
れる。
ェライトおよびパーライト合金相から成る主相マトリッ
クス基地中に第2相としてのCu−Sn合金相(青銅)
と、第3相としてのFe−Sn合金相とが分散した複合
金属組織を有する。また上記Cu−Sn合金相は一般に
Cu−3〜25wt%Snの組成を有するように形成さ
れる。
【0032】ここで焼結体の密度は6〜7g/cm3 の範
囲が好ましい。この密度が6g/cm3 未満であると摺動
部品としての構造強度が低下する一方、密度が7g/cm
3を超えると、潤滑油の保油性が優れる鉄酸化物の生成
量が減少して摺動特性および耐久性が共に低下してしま
う。
囲が好ましい。この密度が6g/cm3 未満であると摺動
部品としての構造強度が低下する一方、密度が7g/cm
3を超えると、潤滑油の保油性が優れる鉄酸化物の生成
量が減少して摺動特性および耐久性が共に低下してしま
う。
【0033】ここで水蒸気処理は温度500〜650
℃、圧力0.03〜0.1MPaの過熱水蒸気中に焼結
体を2〜3時間保持するものである。
℃、圧力0.03〜0.1MPaの過熱水蒸気中に焼結
体を2〜3時間保持するものである。
【0034】この水蒸気処理により焼結体の基地組織の
空孔に鉄酸化物が分散生成される。この鉄酸化物量は焼
結体の全容積に対して5〜20vol%に設定するとよい。
この鉄酸化物は焼結体の耐摩耗性を向上させるととも
に、焼結体の基地組織の空孔を封じる役割(封孔作用)
を果して耐圧性(気密性)を与える。特に高い耐圧性を
確保するためには、焼結体の内部まで鉄酸化物を生成さ
せる必要がある。この封孔処理を行なうことにより、焼
結体の耐圧性を0.5MPa以上にすることが可能にな
り、圧縮機内の冷媒ガスが焼結体中を通り抜けることが
防止できるため、圧縮機の体積効率を大幅に改善するこ
とができる。
空孔に鉄酸化物が分散生成される。この鉄酸化物量は焼
結体の全容積に対して5〜20vol%に設定するとよい。
この鉄酸化物は焼結体の耐摩耗性を向上させるととも
に、焼結体の基地組織の空孔を封じる役割(封孔作用)
を果して耐圧性(気密性)を与える。特に高い耐圧性を
確保するためには、焼結体の内部まで鉄酸化物を生成さ
せる必要がある。この封孔処理を行なうことにより、焼
結体の耐圧性を0.5MPa以上にすることが可能にな
り、圧縮機内の冷媒ガスが焼結体中を通り抜けることが
防止できるため、圧縮機の体積効率を大幅に改善するこ
とができる。
【0035】また鉄酸化物は同時に潤滑油の保油性に優
れている。鉄酸化物の生成量が5Vol %未満であると上
記効果が少なく、一方生成量が20Vol %を超えると、
焼結体自体の強度が低下してしまう。
れている。鉄酸化物の生成量が5Vol %未満であると上
記効果が少なく、一方生成量が20Vol %を超えると、
焼結体自体の強度が低下してしまう。
【0036】上記組成範囲を有し、水蒸気処理した摺動
部品材料は、フェライトおよびパーライト基地中にCu
−Sn合金相、Fe−Sn合金相および鉄酸化物が分散
しているため、硬度も60〜110HRBの範囲になり、
従来一般的に使用される耐摩耗材とのなじみも優れてい
る。
部品材料は、フェライトおよびパーライト基地中にCu
−Sn合金相、Fe−Sn合金相および鉄酸化物が分散
しているため、硬度も60〜110HRBの範囲になり、
従来一般的に使用される耐摩耗材とのなじみも優れてい
る。
【0037】上記部品材料で形成した摺動部品と摺接す
る相手材としては、FC材(ねずみ鋳鉄材)またはFC
D材(球状黒鉛鋳鉄材)のような鉄系鋳物材、SCM材
(クロムモリブデン鋼)、SNCM材(ニッケル・クロ
ム・モリブデン鋼)のような鋼材、あるいはシリコンを
含有するアルミニウム鋳物材や鍛造材で形成するとよ
い。これらの材料で形成された摺動材は、上記の焼結体
で形成した本発明に係る鉄基摺動部品材料とのなじみが
良く、かじり等を発生することが少なく、優れた摺動特
性を発揮する。
る相手材としては、FC材(ねずみ鋳鉄材)またはFC
D材(球状黒鉛鋳鉄材)のような鉄系鋳物材、SCM材
(クロムモリブデン鋼)、SNCM材(ニッケル・クロ
ム・モリブデン鋼)のような鋼材、あるいはシリコンを
含有するアルミニウム鋳物材や鍛造材で形成するとよ
い。これらの材料で形成された摺動材は、上記の焼結体
で形成した本発明に係る鉄基摺動部品材料とのなじみが
良く、かじり等を発生することが少なく、優れた摺動特
性を発揮する。
【0038】このようにして本発明材料から製造された
摺動部品は、従来一般に使用されているSMF−4種材
やFC材から製造した摺動部品と比較して強靭な基地組
織を備えることに加え、硬度が大きく耐摩耗性が大幅に
向上している。さらに基地組織中に存在する錫、Cu−
Sn合金相やFe−Sn合金相の潤滑作用により摺動部
品の耐焼付性および初期摺動特性が大幅に向上し、苛酷
な使用条件に耐え得る優れた耐摩耗摺動部品となる。し
たがってこれらの摺動部品を軸受と回転軸、シリンダと
ベーン、仕切板とローラなどの摺動部に使用した圧縮機
は、優れた耐摩耗性および耐焼付性を有し、長期間に亘
って安定した状態で運転することができる。
摺動部品は、従来一般に使用されているSMF−4種材
やFC材から製造した摺動部品と比較して強靭な基地組
織を備えることに加え、硬度が大きく耐摩耗性が大幅に
向上している。さらに基地組織中に存在する錫、Cu−
Sn合金相やFe−Sn合金相の潤滑作用により摺動部
品の耐焼付性および初期摺動特性が大幅に向上し、苛酷
な使用条件に耐え得る優れた耐摩耗摺動部品となる。し
たがってこれらの摺動部品を軸受と回転軸、シリンダと
ベーン、仕切板とローラなどの摺動部に使用した圧縮機
は、優れた耐摩耗性および耐焼付性を有し、長期間に亘
って安定した状態で運転することができる。
【0039】特に封孔処理を行なった焼結体で形成した
摺動部品は、耐圧性(気密性)に優れ、冷媒ガス等の被
圧縮ガスを透過させることがないため、圧縮機の体積効
率を高く維持することができる。
摺動部品は、耐圧性(気密性)に優れ、冷媒ガス等の被
圧縮ガスを透過させることがないため、圧縮機の体積効
率を高く維持することができる。
【0040】
【実施例】次に本発明に係る鉄基摺動部品材料で形成し
た摺動部品の特性を従来材と比較して説明する。
た摺動部品の特性を従来材と比較して説明する。
【0041】適用する摺動部として、図1に示すロータ
リ式圧縮機の回転軸4と副軸受6とで構成される摺動部
を例にとり、上記副軸受6に本発明の圧縮機用摺動部品
材料を使用する一方、回転軸4としては従来のFCD材
で形成したものを使用した場合について示す。
リ式圧縮機の回転軸4と副軸受6とで構成される摺動部
を例にとり、上記副軸受6に本発明の圧縮機用摺動部品
材料を使用する一方、回転軸4としては従来のFCD材
で形成したものを使用した場合について示す。
【0042】すなわち実施例1〜5として、以下に述べ
る方法で製造した焼結体で各副軸受を形成した。すなわ
ち粒径145μm以下のFe粉末を約88〜97wt
%、粒径44μm以下のSn粉末を1.0〜3.0wt
%、粒径44μm以下のCu粉末を5〜9wt%、黒鉛
粉末を0.3〜0.7wt%、および潤滑剤を1wt%
添加して、最終的な焼結体の組成が、表1の左欄に示す
値となるように、各原料粉末の配合割合をそれぞれ調整
して5種類の混合粉末を調製した。次に各混合粉末を成
形圧5〜6ton/cm2 で加圧して外径65mm×内径16mm
×厚さ14mmの寸法を有し、成形密度が6.6g/cm3
の円筒ブロック状の成形体を得た。そして各成形体を非
酸化性雰囲気中で温度1100〜1150℃で30分間
焼結して徐冷した。得られた焼結体の密度は6.5〜
6.7g/cm3 であった。
る方法で製造した焼結体で各副軸受を形成した。すなわ
ち粒径145μm以下のFe粉末を約88〜97wt
%、粒径44μm以下のSn粉末を1.0〜3.0wt
%、粒径44μm以下のCu粉末を5〜9wt%、黒鉛
粉末を0.3〜0.7wt%、および潤滑剤を1wt%
添加して、最終的な焼結体の組成が、表1の左欄に示す
値となるように、各原料粉末の配合割合をそれぞれ調整
して5種類の混合粉末を調製した。次に各混合粉末を成
形圧5〜6ton/cm2 で加圧して外径65mm×内径16mm
×厚さ14mmの寸法を有し、成形密度が6.6g/cm3
の円筒ブロック状の成形体を得た。そして各成形体を非
酸化性雰囲気中で温度1100〜1150℃で30分間
焼結して徐冷した。得られた焼結体の密度は6.5〜
6.7g/cm3 であった。
【0043】次に製造された各焼結体を温度500〜6
50℃で圧力が0.13〜0.2MPaの過熱水蒸気中
に60〜240分間保持する水蒸気処理を施すことによ
り、封孔処理を行なうとともに焼結体の内部まで鉄酸化
物を生成させる酸化処理を行なった。得られた各焼結体
中に分散して含有される鉄酸化物量は13〜17Vol%
であり、耐圧性は約1.0MPaであった。そしてこの
各焼結体を研削研磨加工して同一寸法の5種類の副軸受
を製造した。
50℃で圧力が0.13〜0.2MPaの過熱水蒸気中
に60〜240分間保持する水蒸気処理を施すことによ
り、封孔処理を行なうとともに焼結体の内部まで鉄酸化
物を生成させる酸化処理を行なった。得られた各焼結体
中に分散して含有される鉄酸化物量は13〜17Vol%
であり、耐圧性は約1.0MPaであった。そしてこの
各焼結体を研削研磨加工して同一寸法の5種類の副軸受
を製造した。
【0044】上記いずれの副軸受も、フェライトおよび
パーライトの混成組織にCu−Sn合金相、Fe−Sn
合金相および鉄酸化物が分散した均一な合金組織を有し
ていた。
パーライトの混成組織にCu−Sn合金相、Fe−Sn
合金相および鉄酸化物が分散した均一な合金組織を有し
ていた。
【0045】また各焼結体組織に分散しているCu−S
n合金相およびFe−Sn合金相の組成をX線マイクロ
アナライザ(EPMA)によって調査し、Snの総添加
量に対するCu−Sn合金相に含有されるSn量を測定
したところ、30〜45wt%の範囲であった。
n合金相およびFe−Sn合金相の組成をX線マイクロ
アナライザ(EPMA)によって調査し、Snの総添加
量に対するCu−Sn合金相に含有されるSn量を測定
したところ、30〜45wt%の範囲であった。
【0046】一方、上記焼結体製の副軸受と比較するた
めに、従来材であるFC材の研削研磨加工によって製造
した副軸受(比較例1)、および従来材であるSMF−
4種材で形成した副軸受(比較例2)を、それぞれ実施
例1〜5と同一寸法を有するように形成した。
めに、従来材であるFC材の研削研磨加工によって製造
した副軸受(比較例1)、および従来材であるSMF−
4種材で形成した副軸受(比較例2)を、それぞれ実施
例1〜5と同一寸法を有するように形成した。
【0047】こうして得られた実施例1〜5、比較例1
〜2の各副軸受を、FCD200材で形成した回転軸を
有する圧縮機の副軸受として実装し高負荷でかつ低周波
数条件という最も潤滑条件が悪化する条件下で、各圧縮
機を連続的に1000時間運転する耐久試験を行ない、
回転軸および副軸受の摩耗量および表面粗さの測定を行
なうとともに、圧縮機の体積効率をそれぞれ測定し、下
記表1右欄に示す結果を得た。
〜2の各副軸受を、FCD200材で形成した回転軸を
有する圧縮機の副軸受として実装し高負荷でかつ低周波
数条件という最も潤滑条件が悪化する条件下で、各圧縮
機を連続的に1000時間運転する耐久試験を行ない、
回転軸および副軸受の摩耗量および表面粗さの測定を行
なうとともに、圧縮機の体積効率をそれぞれ測定し、下
記表1右欄に示す結果を得た。
【0048】
【表1】
【0049】表1に示す結果から明らかなように、実施
例1〜5に係る摺動部品材料で形成した副軸受を使用し
ている圧縮機においては、耐摩耗性に優れた摺動材で副
軸受を構成しているため、過酷な運転条件下で長時間運
転した後においても、回転軸および副軸受の双方の摩耗
量が、比較例1または2で示す従来材で形成した副軸受
を使用したものよりも小さくなり、優れた耐久性を有し
ている。また摺動部の表面粗さも小さくなっており、摺
動部におけるかじりの発生が少なく、初期摺動特性が改
善されることが実証された。
例1〜5に係る摺動部品材料で形成した副軸受を使用し
ている圧縮機においては、耐摩耗性に優れた摺動材で副
軸受を構成しているため、過酷な運転条件下で長時間運
転した後においても、回転軸および副軸受の双方の摩耗
量が、比較例1または2で示す従来材で形成した副軸受
を使用したものよりも小さくなり、優れた耐久性を有し
ている。また摺動部の表面粗さも小さくなっており、摺
動部におけるかじりの発生が少なく、初期摺動特性が改
善されることが実証された。
【0050】一方、副軸受として、同一組成の焼結体を
使用した場合においても、焼結体に封孔処理を施した副
軸受の方が潤滑油の保持性が優れているため摩耗量が小
さくなることが確認された。さらに封孔処理を施した副
軸受を使用した圧縮機では、冷媒ガスが副軸受を透過す
ることがないため、封孔処理を行なわない他の焼結摺動
部材製の副軸受を使用した圧縮機と比較して圧縮機全体
としての体積効率が5〜6%改善される。
使用した場合においても、焼結体に封孔処理を施した副
軸受の方が潤滑油の保持性が優れているため摩耗量が小
さくなることが確認された。さらに封孔処理を施した副
軸受を使用した圧縮機では、冷媒ガスが副軸受を透過す
ることがないため、封孔処理を行なわない他の焼結摺動
部材製の副軸受を使用した圧縮機と比較して圧縮機全体
としての体積効率が5〜6%改善される。
【0051】以上の実施例においては、摺動部を構成す
る一対の摺動材としてロータリー式圧縮機の回転軸と副
軸受との組合せを例にとって説明したが、摺動部はこれ
に限定されない。すなわち本発明者らは、図1に示すよ
うな圧縮機1の圧縮要素3bを形成するシリンダ8a,
8bを上記鉄系焼結体で形成する一方、シリンダの半径
方向に進退するようにシリンダに摺接し、シリンダ内の
高圧側と低圧側とを仕切るベーン11a,11bを鉄系
スチール材で形成して、耐久試験を行なったところ、実
施例1〜5と同傾向の効果が得られた。
る一対の摺動材としてロータリー式圧縮機の回転軸と副
軸受との組合せを例にとって説明したが、摺動部はこれ
に限定されない。すなわち本発明者らは、図1に示すよ
うな圧縮機1の圧縮要素3bを形成するシリンダ8a,
8bを上記鉄系焼結体で形成する一方、シリンダの半径
方向に進退するようにシリンダに摺接し、シリンダ内の
高圧側と低圧側とを仕切るベーン11a,11bを鉄系
スチール材で形成して、耐久試験を行なったところ、実
施例1〜5と同傾向の効果が得られた。
【0052】また図1に示す圧縮機1において、隣接す
る複数の圧縮部を仕切る仕切板7と、この仕切板7に回
転しながら摺接するローラ10a,10bとで形成され
る摺動部についても、同様に適用することができる。
る複数の圧縮部を仕切る仕切板7と、この仕切板7に回
転しながら摺接するローラ10a,10bとで形成され
る摺動部についても、同様に適用することができる。
【0053】さらに上記実施例においては、ロータリ圧
縮機に本願発明を適用した例で示しているが、適用対象
はロータリ圧縮機に限定されず、例えば、スクロール圧
縮機、レシプロ圧縮機等の種々の形式の圧縮機について
も同様に適用することができる。例えば、スクロールタ
イプの圧縮機において、旋回スクロールの位置規制を行
なうとともに自転の防止を図るために用いるオルダムリ
ングを上記の鉄系焼結合金で形成する一方、旋回スクロ
ールおよび固定スクロールを鋳物あるいはアルミニウム
系鋳物で構成した場合においても、従来材を使用した場
合よりも、優れた耐摩耗性および耐焼付性が発揮され耐
久性が優れた圧縮機とすることができた。
縮機に本願発明を適用した例で示しているが、適用対象
はロータリ圧縮機に限定されず、例えば、スクロール圧
縮機、レシプロ圧縮機等の種々の形式の圧縮機について
も同様に適用することができる。例えば、スクロールタ
イプの圧縮機において、旋回スクロールの位置規制を行
なうとともに自転の防止を図るために用いるオルダムリ
ングを上記の鉄系焼結合金で形成する一方、旋回スクロ
ールおよび固定スクロールを鋳物あるいはアルミニウム
系鋳物で構成した場合においても、従来材を使用した場
合よりも、優れた耐摩耗性および耐焼付性が発揮され耐
久性が優れた圧縮機とすることができた。
【0054】
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る鉄基摺動
部品材料によれば、従来材と比較して耐摩耗性、潤滑性
および耐焼付性に優れた特性を有しているため、この材
料で形成した摺動部品を備えた圧縮機は、長期間に亘っ
て過酷な条件で運転した場合においても、優れた耐久性
を発揮する。
部品材料によれば、従来材と比較して耐摩耗性、潤滑性
および耐焼付性に優れた特性を有しているため、この材
料で形成した摺動部品を備えた圧縮機は、長期間に亘っ
て過酷な条件で運転した場合においても、優れた耐久性
を発揮する。
【図1】密閉型ロータリ圧縮機の構造を示す縦断面図。
【図2】図1に示す圧縮機のロータ部を示す平断面図。 1 圧縮機 2 ケ―シング 3a モータ 3b 圧縮要素 4 回転軸 5 主軸受 6 副軸受 7 仕切板 8,8a,8b シリンダ 9,9a,9b 偏心部 10,10a,10b ローラ 11,11a,11b ベーン
Claims (3)
- 【請求項1】 Cを0.1〜0.8wt%、Snを0.
1〜5wt%、残部実質的にFeから成り、フェライト
およびパーライト基地にFe−Sn合金相が分散した組
織を有する鉄系焼結合金で形成したことを特徴とする鉄
基摺動部品材料。 - 【請求項2】 Cを0.1〜0.8wt%、Cuを1〜
10wt%、Snを0.1〜5wt%、残部実質的にF
eから成り、フェライトまたはパーライト基地にCu−
Sn合金相およびFe−Sn合金相が分散した組織を有
し、上記Cu−Sn合金相に含有されるSn量がSnの
総添加量の10〜50wt%である鉄系焼結合金で形成
したことを特徴とする鉄基摺動部品材料。 - 【請求項3】 焼結合金の密度が6〜7g/cm3 である
ことを特徴とする請求項1または2記載の鉄基摺動部品
材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP74393A JPH06207252A (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 鉄基摺動部品材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP74393A JPH06207252A (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 鉄基摺動部品材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06207252A true JPH06207252A (ja) | 1994-07-26 |
Family
ID=11482189
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP74393A Pending JPH06207252A (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 鉄基摺動部品材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06207252A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1013926A1 (de) * | 1998-12-18 | 2000-06-28 | Hydraulik Ring GmbH | Hydraulische Verdrängermaschine, insbesondere Verdrängerpumpe |
-
1993
- 1993-01-06 JP JP74393A patent/JPH06207252A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1013926A1 (de) * | 1998-12-18 | 2000-06-28 | Hydraulik Ring GmbH | Hydraulische Verdrängermaschine, insbesondere Verdrängerpumpe |
US6450792B1 (en) | 1998-12-18 | 2002-09-17 | Hydraulik-Ring Gmbh | Hydraulic displacement machine |
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