JPH076027B2 - Method for producing wear-resistant iron-based sintered alloy - Google Patents
Method for producing wear-resistant iron-based sintered alloyInfo
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- JPH076027B2 JPH076027B2 JP61187470A JP18747086A JPH076027B2 JP H076027 B2 JPH076027 B2 JP H076027B2 JP 61187470 A JP61187470 A JP 61187470A JP 18747086 A JP18747086 A JP 18747086A JP H076027 B2 JPH076027 B2 JP H076027B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、耐摩耗性が要求される部品の素材として利用
される鉄基焼結合金を製造するのに適しており、例えば
内燃機関のロッカーアームやタペット等の高面圧のかか
る摺動部に使用した場合に、すぐれた耐摩耗性となじみ
性とを発揮する鉄基焼結合金を製造するのに適用される
耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial field of application) The present invention is suitable for producing an iron-based sintered alloy used as a raw material of parts requiring wear resistance. , Applied to the production of iron-based sintered alloys that exhibit excellent wear resistance and conformability when used in sliding parts subject to high surface pressure, such as rocker arms and tappets of internal combustion engines The present invention relates to a method for producing a wear-resistant iron-based sintered alloy.
(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問題となりつ
つあり、特にロッカーアームやタペットとカムシャフト
との摺動部に対する耐久性の要求はきわめて厳しいもの
となっている。(Prior Art) In recent years, wear of valve train members of an internal combustion engine is becoming a problem with the demand for higher speed and higher output of the internal combustion engine, and particularly, a rocker arm or a sliding portion between a tappet and a camshaft. The durability requirements for are extremely stringent.
一般に、ロッカーアームやタペットのカムシャフトとの
摺動部は高い面圧を受けるものであるため、すぐれた耐
摩耗性,耐スカッフィング性および耐ピッチング性を兼
ね備えかつカムシャフトとのなじみ性をも合わせ持つこ
とが要求される。Generally, the sliding parts of the rocker arm and tappet on the camshaft are subject to high surface pressure, so they have excellent wear resistance, scuffing resistance, and pitting resistance, and are also compatible with the camshaft. Required to have.
従来、ロッカーアームには、チル鋳鉄製のもの、ロッカ
ーアーム摺動部にCrめっきや自溶性合金の溶射肉盛など
の表面処理を施したもの(例えば、新編 自動車工学便
覧 第12編 第1−54頁〜第1−55頁)、あるいはFe−
Cr−C系の高合金粉末の圧粉体を液相焼結した高合金高
密度焼結耐摩耗材を用いたもの(例えば、特開昭57−10
8246号)などが使用されている。Conventionally, the rocker arm is made of chill cast iron, and the rocker arm sliding portion is subjected to surface treatment such as Cr plating or spray coating of self-fluxing alloy (for example, new edition Automotive Engineering Handbook 12th edition 1- 54 to 1-55), or Fe-
A high-alloy high-density sintered wear-resistant material obtained by liquid-phase sintering a powder compact of a Cr-C-based high-alloy powder (for example, JP-A-57-10).
No. 8246) is used.
しかしながら、上記のうち、チル鋳鉄製のロッカーアー
ムは耐ピッチング性や耐摩耗性の点で問題があり、Crめ
っきを施したロッカーアームではめっき層の剥離の問題
があり、溶射肉盛を施したロッカーアームではスカッフ
ィングや相手部材のカムシャフトに対する摩耗などの問
題がある。また、Fe−Cr−C系焼結合金製のロッカーア
ームの場合は前記チル鋳物,Crめっき,溶射肉盛製のロ
ッカーアームにくらべるとかなり良好な特性を示すこと
が多いが、面圧が非常に高くなる場合等には自分自身の
耐摩耗性が十分でないばかりでなく、カムシャフトの摩
耗量も大きくなってしまい、要求特性を満足するものに
なっていないのが現状である。However, among the above, the rocker arm made of chill cast iron has a problem in terms of pitting resistance and wear resistance, and there is a problem of peeling of the plating layer in the rocker arm that has been plated with Cr, and thus spray coating has been performed. The rocker arm has problems such as scuffing and wear of the cam shaft of the mating member. Further, in the case of a rocker arm made of a Fe-Cr-C-based sintered alloy, it often shows considerably better characteristics than the rocker arm made of chill casting, Cr plating or thermal spraying, but the surface pressure is very high. In the present situation, not only does the wear resistance of oneself be insufficient, but the wear amount of the camshaft is also increased, so that the required characteristics are not satisfied.
そこで本発明者等は、上述のような観点から、すぐれた
耐摩耗性,耐スカッフィング性および耐ピッチング性を
持つだけでなく、相手部材とのなじみ性をも合わせ持つ
材料を開発することを目的として種々の研究を実施した
結果、次に示す組成の耐摩耗性鉄基焼結合金を開発した
(特願昭61−54150号)。Therefore, the present inventors aim to develop a material having not only excellent wear resistance, scuffing resistance, and pitting resistance, but also having compatibility with a mating member from the above viewpoints. As a result of carrying out various studies as above, a wear-resistant iron-based sintered alloy having the following composition was developed (Japanese Patent Application No. 61-54150).
すなわち、上記耐摩耗性鉄基焼結合金は、重量比で、Mo
およびWのいずれか1種または2種:5〜20%、Cr:2〜10
%、Si:0.1〜0.9%、Mn:0.7%以下、P:0.05%以下、C:
0.1〜0.8%、B:0.5〜2.0%、残部Feおよび不純物からな
る組成を有し、ベイナイトもしくはマルテンサイトから
なるマトリックスに微細な硼化物または炭硼化物と炭化
物が共存する鉄基焼結合金である。That is, the above wear-resistant iron-based sintered alloy, in weight ratio, Mo
One or two of W and W: 5 to 20%, Cr: 2 to 10
%, Si: 0.1 to 0.9%, Mn: 0.7% or less, P: 0.05% or less, C:
0.1-0.8%, B: 0.5-2.0%, the composition consisting of the balance Fe and impurities, an iron-based sintered alloy in which fine boride or carbon boride and carbide coexist in a matrix composed of bainite or martensite. is there.
(発明が解決しようとする問題点) この鉄基焼結合金は、合金鋼粉とFe−B合金粉との混合
粉を成形,焼結および熱処理して得られるものである
が、Fe−B合金粉として、B含有量が多すぎるものを用
いたり、SiやAlが多く含有されているものを用いたりす
ると、下記のような問題点が存在することを本発明者ら
は見い出した。(Problems to be Solved by the Invention) This iron-based sintered alloy is obtained by molding, sintering and heat treating a mixed powder of alloy steel powder and Fe-B alloy powder. The present inventors have found that the following problems exist when alloy powder containing too much B or alloy containing a large amount of Si or Al is used.
すなわち、BがSi,Al量が多すぎるFe−B合金粉を用い
て製造した場合に、得られた鉄基焼結合金の組織を観察
すると、硬質析出物がマトリックスに分散している状態
が希薄な部分と集合している部分とがあって、不均質組
織となっていること、また、結晶粒界にSiO2およびAl2O
3の介在物が多く存在していること、が判明し、機械的
強度とピッチング摩耗およびアブレーシブ摩耗の向上に
限界があるという問題点があった。That is, when the structure of the obtained iron-based sintered alloy was observed when B was manufactured using an Fe-B alloy powder in which the amounts of Si and Al were too large, it was found that hard precipitates were dispersed in the matrix. It has a heterogeneous structure with a dilute portion and an aggregated portion, and SiO 2 and Al 2 O exist at the grain boundaries.
It was found that many inclusions of 3 existed, and there was a problem that there was a limit to improvement of mechanical strength and pitching wear and abrasive wear.
(発明の目的) 本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、鉄基焼結合金
の機械的強度とピッチング摩耗およびアブレーシブ摩耗
の向上を実現することを目的としてなされたもので、微
細な硼化物および炭硼化物を均一に析出させること、お
よびぜい性破壊を促進する介在物(Al2OC,SiO2)を減少
させること、に対して有効な手段を種々研究することに
より完成したものである。(Object of the Invention) In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention has been made for the purpose of achieving improvement in mechanical strength and pitching wear and abrasive wear of an iron-based sintered alloy. Completed by conducting various studies on effective means for uniformly precipitating oxides and carbon borides and reducing inclusions (Al 2 OC, SiO 2 ) that promote brittle fracture Is.
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) すなわち、本発明による耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方
法は、重量比で、C:0.1〜2.0%と、B:0.5〜2.5%と、硼
化物形成元素であるMo,W,Cr,V,Nb,Ta,Coのうちより選ば
れる少なくとも1種:5.5〜34.1%と、を基本成分として
含み、その他Si,Mn,Ni等を含む鉄基焼結合金を製造する
に際し、B供給源としてFe−B合金粉を用い、当該Fe−
B合金粉の組成が、重量比で、B:2〜18%、不純物元素
であるSi:0.5%以下、および同じく不純物元素であるA
l:0.1%以下、残部Feおよび不可避的不純物であるもの
を用いるようにしたことを特徴とするものである。[Structure of the Invention] (Means for Solving Problems) That is, in the method for producing a wear-resistant iron-based sintered alloy according to the present invention, the weight ratio is C: 0.1 to 2.0% and B: 0.5 to 2.5. %, And at least one selected from the boride-forming elements Mo, W, Cr, V, Nb, Ta, Co: 5.5 to 34.1% as a basic component, and other Si, Mn, Ni, etc. In producing an iron-based sintered alloy containing, Fe-B alloy powder is used as a B supply source, and the Fe-
The composition of the B alloy powder is B: 2 to 18% by weight, impurity element Si: 0.5% or less, and the same impurity element A.
l: 0.1% or less, the balance Fe and inevitable impurities are used.
本発明による耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法は、上述
のとおり、重量比で、C:0.1〜2.0%と、B:0.5〜2.5%
と、硼化物形成元素であるMo,W,Cr,V,Nb,Ta,Coのうちよ
り選ばれる少なくとも1種:5.5〜34.1%と、を基本成分
として含み、その他Si,Mn,Ni等を含む鉄基焼結合金に適
用されるが、以下に、その成分組成(重量%)の限定理
由について説明する。The method for producing a wear-resistant iron-based sintered alloy according to the present invention, as described above, in weight ratio, C: 0.1 ~ 2.0%, B: 0.5 ~ 2.5%.
And at least one selected from the boride-forming elements Mo, W, Cr, V, Nb, Ta, Co: 5.5 to 34.1% as a basic component, and other Si, Mn, Ni, etc. Although it is applied to the iron-based sintered alloy containing, the reason for limiting the component composition (% by weight) will be described below.
C: Cはその一部がMo,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上させ、残りはマ
トリッ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、0.1%未満ではその効果が小さく、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
材とのなじみ性が低下することから、本発明を適用する
鉄基焼結合金のC含有量は0.1〜2.0%、より望ましくは
0.1〜0.8%するのが良い。C: C partly combines with carbide forming elements such as Mo, W, Cr and V to form double carbides to improve wear resistance, and the rest forms a solid solution in the matrix to have high room temperature hardness. It has the effect of giving strength, but if it is less than 0.1%, its effect is small, 2.0%
If the content exceeds 0.2%, the precipitation amount of the double carbide increases and the coarsening occurs, and the compatibility with the counterpart material decreases, so the C content of the iron-based sintered alloy to which the present invention is applied is 0.1 to 2.0%, and more desirably.
0.1-0.8% is good.
B: Bは成分中のMo,W,V,Cr,Feとともに複硼化物を形成して
耐摩耗性を耐なじみ性を与え、一部はマトリックス中に
固溶して焼入性を改善する。また、上記複硼化物の一部
はCとも結びついて複硼化物を形成して耐摩耗性を向上
させる。B: B forms a complex boride with Mo, W, V, Cr, Fe in the components to give wear resistance and conformability, and partly forms a solid solution in the matrix to improve hardenability. . Further, a part of the above-mentioned compound boride is combined with C to form compound boride and improve the wear resistance.
このようにBは微細な複硼化物あるいは複炭硼化物を形
成して本発明が適用される鉄基焼結合金の耐摩耗性耐な
じみ性を向上させるのに必須の主要成分であるが、0.5
%未満の添加ではその効果が小さく、一方2.5%を超え
ても一層の改善効果が認められずかえって複硼化物の粗
大化が起り、相手材とのなじみ性が低下することから、
本発明を適用する鉄基焼結合金のB含有量は0.5〜2.5
%、より望ましくは0.5〜2.0%とするのがよい。As described above, B is an essential main component for forming fine double boride or double carbon boride to improve wear resistance and running-in resistance of the iron-based sintered alloy to which the present invention is applied. 0.5
%, The effect is small, while even if it exceeds 2.5%, no further improvement effect is observed, rather the coarsening of the complex boride occurs, and the compatibility with the counterpart material decreases,
The B content of the iron-based sintered alloy to which the present invention is applied is 0.5 to 2.5.
%, And more preferably 0.5 to 2.0%.
Si: Siは0.1%未満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、本発明を適用する焼結合金
のSi含有量は0.1〜0.9%とするのがよい。Si: If Si is less than 0.1%, the deoxidizing effect is small, the oxygen content in the powder increases, the sinterability decreases, and M 2 C-based coarse plate-shaped carbides tend to precipitate, which makes it Familiarity decreases. On the other hand, even if the addition amount exceeds 0.9%, there is no improvement in the deoxidizing effect, the powder becomes round and the formability only decreases, so the Si content of the sintered alloy to which the present invention is applied is 0.1. It is good to set it to ~ 0.9%.
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ッジ部の欠け等
が生じやすくなることから、添加するとしても本発明を
適用する鉄基焼結合金のMn含有量は0.7%以下とするの
がよい。Mn: Mn has the same deoxidizing effect as Si described above, and by adding it reduces the oxygen content in the powder and improves the sinterability, but if it exceeds 0.7%, the shape of the powder becomes round. Since the moldability of the powder is lowered and chipping of the edge portion of the molded body is likely to occur, even if added, the Mn content of the iron-based sintered alloy to which the present invention is applied is preferably 0.7% or less. .
MoおよびW MoおよびWは成分中のFeやCrとともにCや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、一部はマトリックス中に固溶してマトリッ
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、30%を超えて含有させ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、本発明を適用する
焼結合金のMo+W含有量は5〜30%とするのがよい。Mo and W Mo and W combine with Fe and Cr in the components to form C and B to form double carbides, double borides or double carbon borides to provide wear resistance, and some of them form a solid solution in the matrix. It has the effect of strengthening the matrix and increasing the tempering hardening ability, but if it is less than 5%, the desired effect is not obtained and the wear resistance becomes insufficient, and if it exceeds 30%, further improvement effect is recognized. Since it is not economical and is not economical, the Mo + W content of the sintered alloy to which the present invention is applied is preferably 5 to 30%.
Cr: CrはMo,W等とともに複炭化物や複硼化物を形成し耐摩耗
性を向上させると同時に、マトリッ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、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材への攻撃性が増大し
てしまうことからその含有量は10%以下とするのがよ
い。Cr: Cr has the effect of forming double carbides and double borides with Mo, W, etc. to improve wear resistance, and at the same time, forms a solid solution in the matrix to increase hardenability and further enhances temper hardening ability. Along with this, it also has the effect of increasing the corrosion resistance of the base, but not only if it is contained in excess of 10%, there is no further improvement effect, but also the mechanical strength decreases and the aggressiveness to the partner material increases. Therefore, its content is preferably 10% or less.
V,Nb,Ta: V,Nb,TaはFeやCrとともにCと化合してきわめてかたい
複炭化物を作るとともに、Mo,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
トリックス中に固溶してマトリッ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V,Nb,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、耐摩耗性や強
度の低下をきたし、一方8%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、添加する
としてもその含有量は0.5〜8%とするのが良い。V, Nb, Ta: V, Nb, Ta combines with Fe and Cr together with C to form an extremely hard double carbide, and also forms a double carbide or double boride in a form in which a part of Mo or W is substituted. Abrasion resistance is provided, and a part of the solid solution forms a solid solution in the matrix to strengthen the matrix and enhances the temper hardening ability. V, Nb, and Ta also have the effect of preventing the coarsening of crystal grains during sintering and the coarsening of carbides. These effects are due to V, Nb, Ta
If it is less than 0.5%, it is not recognized so much, and wear resistance and strength are deteriorated. On the other hand, if it is added over 8%, no further improvement effect is recognized and it is not economical. The content is preferably 0.5-8%.
以上のほか、硼化物形成元素であるCo,Ti,Zr,Hf等を必
要に応じて12%以下添加しても良い。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
リックス中に固溶して赤熱かたさを向上させるため、熱
間での耐摩耗性が要求される場合には添加することが特
に効果的である。In addition to the above, 12% or less of a boride-forming element such as Co, Ti, Zr, or Hf may be added if necessary. In particular, when Co is not only substituted with Mo, W, etc. to form a double boride, but also forms a solid solution in the matrix to improve the red hot hardness, wear resistance during hot is required. It is particularly effective to add to.
これら硼化物形成元素であるMo,W,Cr,V,Nb,Ta,Coのうち
より選ばれる少なくとも1種の含有量は、5.5〜34.1
%、より好ましくは10〜20%とするのが良い。すなわ
ち、5.5%より少ないと硼化物や炭硼化物の生成量が少
なく、マトリックスに固溶する量も少ないため耐摩耗性
不足となり、一方、34.1%を超えるようになると、粉末
の圧縮性が悪くなり、また、焼結合金が硬くかつ脆くな
り、相手材への攻撃性が増大したり、切削加工性が悪化
したりするので好ましくない。The content of at least one selected from these boride-forming elements Mo, W, Cr, V, Nb, Ta, Co is 5.5 to 34.1.
%, More preferably 10 to 20%. That is, if it is less than 5.5%, the amount of boride and carbon boride formed is small, and the amount of solid solution in the matrix is also small, resulting in insufficient wear resistance, while if it exceeds 34.1%, the compressibility of the powder is poor. In addition, the sintered alloy becomes hard and brittle, which increases the aggressiveness to the mating material and deteriorates the machinability, which is not preferable.
また、マトリックスがオーステナイト化しない範囲でNi
を添加しても良い。これはNiを添加するとマトリックス
の耐食性が向上するため、ディーゼルエンジンのEGR仕
様のロッカーアームや油圧リフタのように腐食摩耗が厳
しい部品への適用には特に効果がある。しかし、Niの添
加量が多くなってマトリックスがオーステナイト化して
しまった場合には、かたさが低下するだけでなく、相手
材との凝着性が大きくなってしまうため、添加するとし
てもオーステナイト化しない範囲で添加するのがよい。
さらに、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
いられていが、本発明を適用する焼結合金の場合はPの
添加量が0.05%を超えた場合に、複硼化物あるいは複炭
硼化物が粗大化して相手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複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ッチング特性も低下してし
まうことからその含有量は0.05%以下とするのがよい。In addition, Ni is used as long as the matrix does not become austenite.
May be added. This is especially effective when applied to parts with severe corrosive wear such as rocker arms and hydraulic lifters of EGR specifications for diesel engines because the addition of Ni improves the matrix's corrosion resistance. However, when the amount of Ni added increases and the matrix becomes austenitic, not only does the hardness decrease, but also the cohesiveness with the mating material increases, so even if it is added, it does not become austenitic. It is good to add in the range.
Further, in the case of a wear-resistant sintered alloy, P is generally widely used as a sintering promoting element by adding about 0.2 to 0.8%, but in the case of the sintered alloy to which the present invention is applied, the amount of P added is If the content exceeds 0.05%, the compound boride or compound carbon boride becomes coarse and its compatibility with the mating material decreases, and at the same time the compound boride or compound carbon boride precipitates in the form of a network at the grain boundaries and the strength increases. When the surface pressure is high, the pitting resistance characteristic is also deteriorated, so that the content is preferably 0.05% or less.
本発明が適用される耐摩耗性焼結合金は、上記の組成を
有するものとすることが望ましいが、次に、このような
焼結合金を製造する場合のB供給源としてFe−B合金粉
を使用し、当該Fe−B合金粉の組成(重量比)が、B:2
〜18%、不純物元素であるSi:0.5%以下、および同じく
不純物元素であるAl:0.1%以下、残部Feおよび不可避的
不純物であるものを用いるようにした理由について説明
する。It is desirable that the wear-resistant sintered alloy to which the present invention is applied has the above composition. Next, Fe-B alloy powder is used as the B supply source when manufacturing such a sintered alloy. And the composition (weight ratio) of the Fe-B alloy powder is B: 2.
.About.18%, impurity element Si: 0.5% or less, and also impurity element Al: 0.1% or less, the balance Fe and the reason why the unavoidable impurities are used will be described.
B: Bは成分中のMo,W,V,Cr,Feとともに複硼化物を形成して
耐摩耗性と耐なじみ性を与え、一部はマトリックス中に
固溶して焼入性を改善する働きをする元素であることは
前述したとおりである。本発明において、このBはFe−
B合金粉の形で供給されるが、B添加量を一定にした場
合、B濃度が高くなるほどFe−B合金粉の添加量は少な
くて済むが、Bリッチな部分の偏在が生じて、局所的な
共晶液相の発生と析出硼化物の粗大化を引き起す。一
方、B濃度が低くなるほどFe−Bの添加量は多く必要と
するが、添加Bの分布は均一化されるため、液相の発生
は全体に平均して起り、それに伴って硼化物も微細なも
のが均一に析出するようになる。しかし、Fe−B合金粉
の添加量が多くなるため、残部合金組成が低下する問題
点がある。B: B forms a complex boride with Mo, W, V, Cr, Fe in the components to provide wear resistance and conformability, and partly forms a solid solution in the matrix to improve hardenability. As described above, it is an element that functions. In the present invention, this B is Fe-
Although it is supplied in the form of B alloy powder, if the B addition amount is kept constant, the higher the B concentration, the smaller the addition amount of Fe-B alloy powder will be, but uneven distribution of the B-rich portion will occur and This causes the generation of a typical eutectic liquid phase and the coarsening of precipitated boride. On the other hand, the lower the B concentration, the larger the amount of addition of Fe-B is required. However, since the distribution of the added B is made uniform, the generation of the liquid phase occurs on average over the whole, and accordingly the boride is also finely divided. Some of them will be evenly deposited. However, since the amount of Fe-B alloy powder added is large, there is a problem that the balance alloy composition is reduced.
より具体的には、Fe−B合金粉のB濃度が2%未満の場
合には、Fe−B合金粉の添加量が多くなり過ぎ、それに
伴って全体の成分組成を維持するために残部合金粉の組
成が高濃度となるため、成形性の焼結性を悪化させる。
一方、B濃度が18%を超えると、局所的な共晶液相の発
生や、硼化物の粗大化が起り、相手材とのなじみ性や耐
摩耗性が低下するばかりでなく、部品形状としての寸法
精度をも悪化させる結果となる。また、Fe−B合金粉の
硬さもMHV1200以上となるため、成形時の金型摩耗の問
題が発生する。そのため、Fe−B合金粉のB含有量を2
〜18%とした。More specifically, when the B concentration of the Fe-B alloy powder is less than 2%, the amount of the Fe-B alloy powder added becomes too large, and accordingly, the balance of the alloy is maintained in order to maintain the overall component composition. Since the powder composition has a high concentration, the sinterability of moldability is deteriorated.
On the other hand, when the B concentration exceeds 18%, local eutectic liquid phase is generated and the boride is coarsened, so that not only the compatibility with the mating material and the wear resistance are deteriorated but also the shape of the part is changed. As a result, the dimensional accuracy of is also deteriorated. Further, since the hardness of the Fe-B alloy powder is MHV 1200 or higher, the problem of die wear during molding occurs. Therefore, the B content of the Fe-B alloy powder should be 2
-18%.
不純物元素(SiおよびAl): Fe−B合金粉の製造において、SiおよびAlは特に含有さ
れやすい不純物元素であり、これらのほとんどはSiO2お
よびAl2O3として存在する。そして、これらの酸化物は
焼結によって結晶粒界に介在物として集まり、液相焼結
による緻密化を阻害して機械的強度を向上させない原因
となる。Impurity elements (Si and Al): In the production of Fe-B alloy powder, Si and Al are impurity elements that are particularly likely to be contained, and most of them are present as SiO 2 and Al 2 O 3 . Then, these oxides collect as inclusions at the crystal grain boundaries by sintering, which hinders the densification due to liquid phase sintering and becomes a cause of not improving the mechanical strength.
さらに具体的には、Siが0.5%を超えると、結晶粒界に
存在するSiO2介在物が多くなるため粒界破断しやすくな
り、機械的強度が著しく低下する。それに伴って、ピッ
チング摩耗およびアブレーシブ摩耗が増加し、相手をも
摩耗させる。そのため、Siは0.5%以下とした。また、A
lが0.1%を超えると、Slと同様に結晶粒界に存在するAl
2O3介在物が多くなるため粒界破断しやすくなり、機械
的強度を著しく低下させ、耐ピッチング性、耐摩耗性お
よび耐アタック性が悪化する。そのため、Alは0.1%以
下とした。More specifically, if the Si content exceeds 0.5%, the SiO 2 inclusions existing in the crystal grain boundaries are increased, so that the grain boundaries are easily broken and the mechanical strength is significantly lowered. Along with that, pitching wear and abrasive wear increase, and the other party also wears. Therefore, Si is set to 0.5% or less. Also, A
When l exceeds 0.1%, Al existing at the grain boundaries is the same as Sl.
Since the amount of 2 O 3 inclusions increases, grain boundary breakage easily occurs, mechanical strength is significantly reduced, and pitting resistance, wear resistance, and attack resistance deteriorate. Therefore, Al is set to 0.1% or less.
なお、Fe−B合金粉の添加の際、その粒度を微細なもの
とすると、添加Bの分布を均一化させ、均一に液相が発
生して硼化物も微細に析出分散する。それゆえ、Fe−B
合金粉の粒度は350メッシュ(44μm)以下が望ましい
が、工業的には250メッシュ(63μm)以下でよい。し
かし、250メッシュを超える粗大粒子が多量に含まれる
粉末は、析出物が粗大化して機械的強度と摺動相手材と
のなじみ性に悪い影響を与えることがある。When the particle size of the Fe-B alloy powder is made fine, the distribution of the additive B is made uniform, the liquid phase is uniformly generated, and the boride is also finely precipitated and dispersed. Therefore, Fe-B
The particle size of the alloy powder is preferably 350 mesh (44 μm) or less, but industrially it may be 250 mesh (63 μm) or less. However, powders containing a large amount of coarse particles exceeding 250 mesh may coarsen precipitates and adversely affect the mechanical strength and the compatibility with the sliding mating material.
(実施例) 次に、この発明の実施例を比較例とともに示す。(Example) Next, the Example of this invention is shown with a comparative example.
原料粉末として真空焼鈍を施した粒度−100メッシュのF
e−Cr−Mo−W−Si−C系アトマイズ合金粉末と、−325
メッシュのFe−Mo粉末あるいは純Mo粉末と、−325メッ
シュのFe−W粉末あるいは純W粉末と、B含有量,不純
物元素であるSi,Al含有量および粒度の異なる各Fe−B
合金粉とを用いて、第1表の供試材No.1〜12に示す最終
成分組成を持つように適宜配合し、潤滑剤として高級脂
肪酸であるアクラワックスを1.0%加えて混合したの
ち、各混合粉末を7tonf/cm2の圧力で成形し、ついで各
圧粉体を真空中で1150〜1250℃の温度で60分間保持して
焼結した。次いで、各焼結体に焼入れ,焼戻し処理を施
して各供試材とした。なお、Mnは合金鋼粉に通常含まれ
ている元素である。Vacuum-annealed grain size-100 mesh F as raw material powder
e-Cr-Mo-W-Si-C based atomized alloy powder, -325
Fe-Mo powder or pure Mo powder of mesh, Fe-W powder or pure W powder of -325 mesh, B-content, Si and Al contents of impurity elements, and Fe-B having different grain sizes
Using alloy powder and appropriate blending so as to have the final component composition shown in sample materials No. 1 to 12 in Table 1, add 1.0% of higher fatty acid accra wax as a lubricant and mix, Each mixed powder was molded at a pressure of 7 tonf / cm 2 , and then each green compact was sintered by holding it at a temperature of 1150 to 1250 ° C. for 60 minutes in vacuum. Then, each sintered body was subjected to quenching and tempering treatment to obtain each test material. Mn is an element usually contained in alloy steel powder.
また、第1表の供試材No.13〜18は、合金鋼粉末としてF
e−Mo−Cr−Si−C−Ni系としたもの(No.13,14)と、F
e−Mo−Cr−Si−V−C−Nb系としたもの(No.15,16)
と、Fe−Mo−W−Cr−Si−V−C−Co−Nb系としたもの
(No.17,18)についてそれぞれ真空焼鈍した粒度−100
メッシュのアトマイズ粉末を用いた場合を示し、添加原
料粉および製造条件は前述と同様にして各供試材を作製
した。In addition, the test materials Nos. 13 to 18 in Table 1 are F as alloy steel powder.
e-Mo-Cr-Si-C-Ni system (No.13, 14) and F
e-Mo-Cr-Si-VC-Nb system (No.15, 16)
And Fe-Mo-W-Cr-Si-VC-Co-Nb system (No.17, 18) were vacuum-annealed with a grain size of -100, respectively.
The case where the atomized powder of the mesh is used is shown, and the respective test materials are manufactured in the same manner as the above-mentioned added raw material powder and manufacturing conditions.
次いで、各供試材(No.1〜18)の機械的特性を調べると
ともに、ロッカーアームの摺動部に取り付けた場合のロ
ッカーアーム自体の摩耗量および相手材であるカムの摩
耗量を下記の実機エンジンによる摩耗試験条件で測定し
た。Next, the mechanical properties of each test material (No. 1 to 18) were examined, and the wear amount of the rocker arm itself and the wear amount of the mating material cam when attached to the sliding part of the rocker arm were as follows. It was measured under the wear test conditions using an actual engine.
すなわち、実機エンジン試験では、各供試材をラッシュ
ジャスタ内蔵型のロッカーアームのカムシャフトとの摺
動部に使用し、4気筒OHCガソリンエンジンにそれぞれ
組み込み、カムシャフト;チル鋳物、エンジン回転数;6
50rpm、オイル;ガソリン用1万Km走行廃油、運転時間;
600時間、およびその他の条件は実際の市場走行と同一
の条件で摩耗試験を行ない、ロッカーアーム摺動部にお
ける摩耗量および相手材であるカムの摩耗量を測定し
た。In other words, in the actual engine test, each test material was used for the sliding part of the rocker arm with built-in lash justifier and the camshaft, and each was incorporated into a 4-cylinder OHC gasoline engine, and the camshaft; chill casting, engine speed; 6
50rpm, oil; 10,000km running waste oil for gasoline, operating time;
A wear test was performed under the same conditions as in actual market driving for 600 hours and other conditions, and the wear amount at the sliding portion of the rocker arm and the wear amount of the cam as the mating material were measured.
第1表にこれらの試験結果を示した。Table 1 shows the results of these tests.
第1表に示す供試材No.1〜12において、Fe−B合金粉の
B含有量と曲げ強さは相関しており、とくに供試材No.1
〜6より明らかなように、B量が多すぎると曲げ強さは
かなり低い値を示している。また、Fe−B合金粉のB含
有量とロッカーアームおよび相手材カムの摩耗量の和の
関係においても相関しており、B含有量が多いと摩耗が
大きい傾向を示している。さらに、供試材No.7〜12は、
Fe−B合金粉のB含有量を一定にしてSiとAlの含有量を
比較したものであるが、不純物元素であるSiおよびAl含
有量が少ないほど曲げ強さは大きく、摩耗量が少ない傾
向を示している。これらの事実は、各供試材の顕微鏡組
織および電子顕微鏡による元素の分布状態を観察した結
果によっても裏付けられ、Fe−B合金粉のB量ならびに
不純物元素であるSi量およびAl量が少ない試料は、硬質
析出物が均一に分散しており、SiO2およびAl2O3の塊状
介在物がきわめて少なかった。 In the test materials Nos. 1 to 12 shown in Table 1, the B content of the Fe-B alloy powder and the bending strength are correlated, and particularly, the test material No. 1
As is clear from ~ 6, when the amount of B is too large, the bending strength shows a considerably low value. In addition, there is a correlation in the relationship between the B content of the Fe-B alloy powder and the sum of the wear amounts of the rocker arm and the cam of the mating member, and when the B content is high, the wear tends to be large. Furthermore, the sample materials No. 7-12
This is a comparison of the Si and Al contents with the B content of the Fe-B alloy powder kept constant. The smaller the Si and Al content of the impurity elements, the greater the bending strength and the less the amount of wear. Is shown. These facts are supported by the results of observing the microstructure of each test material and the distribution state of elements by electron microscope, and the samples containing a small amount of B in Fe-B alloy powder and the amounts of Si and Al that are impurity elements In Example 1, the hard precipitates were uniformly dispersed, and the number of lumpy inclusions of SiO 2 and Al 2 O 3 was extremely small.
次に、供試材No.13〜18は合金鋼の組成が異なる例を示
したものであり、Fe−B合金粉の組成を従来組成と本発
明における組成とを比較してある。Next, sample materials Nos. 13 to 18 show examples in which the composition of the alloy steel is different, and the composition of the Fe-B alloy powder is compared with the conventional composition and the composition of the present invention.
その傾向は前述したと同様であり、従来のFe−B合金粉
を用いた場合よりも約40%摩耗量が少ないことが明らか
である。The tendency is the same as that described above, and it is clear that the amount of wear is about 40% smaller than that in the case of using the conventional Fe-B alloy powder.
[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明による耐摩耗性鉄基焼
結合金の製造方法によれば、焼結合金の成分にCおよび
Bを含みかつ炭化物,硼化物を形成する元素を含む合金
系の焼結合金、とくに、重量比で、C:0.1〜2.0%と、B:
0.5〜2.5%と、硼化物形成元素であるMo,W,Cr,V,Nb,Ta,
Coのうちより選ばれる少なくとも1種:5.5〜34.1%とを
基本成分として含む鉄基焼結合金を製造するに際し、B
供給源としてFe−B合金粉を用い、当該Fe−B合金粉の
成分が、重量比で、B:2〜18%、不純物元素であるSi:0.
5%以下、および同じく不純物元素であるAl:0.1%以
下、残部Feおよび不可避的不純物であるものを用いるよ
うにしたから、Bリッチな部分の偏在が生じて局所的な
共晶液相の発生と析出硼化物の粗大化がもたらされてい
るようなことがなくなり、組織がち密で均一なものにで
きるとともに、結晶粒界においてSiO2,Al2O3介在物の少
ないものとすることができるために、機械的強度を著し
く優れたものとすることが可能であり、機械的強度の改
善に伴なってぜい性破壊に起因する摩耗を大幅に低減さ
せることができるという著大なる効果を有し、特に内燃
機関の動弁系機構部材の製造においてきわめて有効な方
法である。[Effects of the Invention] As described above, according to the method for producing a wear-resistant iron-based sintered alloy according to the present invention, an element containing C and B in the components of the sintered alloy and forming carbides and borides. Sintered alloys containing alloys, especially C: 0.1-2.0% by weight, B:
0.5-2.5%, the boride forming elements Mo, W, Cr, V, Nb, Ta,
In producing an iron-based sintered alloy containing at least one selected from Co: 5.5 to 34.1% as a basic component, B
Fe-B alloy powder is used as a supply source, and the components of the Fe-B alloy powder are B: 2 to 18% in weight ratio, and Si: 0.
5% or less and Al: 0.1% or less, which is also an impurity element, the balance Fe and unavoidable impurities are used, so that the B-rich portion is unevenly distributed and a local eutectic liquid phase is generated. It is possible to prevent the coarsening of precipitated borides and to make the structure dense and uniform and to reduce the inclusion of SiO 2 and Al 2 O 3 in the grain boundaries. Therefore, it is possible to make the mechanical strength extremely excellent, and it is possible to significantly reduce the wear caused by brittle fracture as the mechanical strength is improved. And is a very effective method especially in the manufacture of valve train mechanism members for internal combustion engines.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加納 眞 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 谷本 一郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 遠藤 弘之 千葉県我孫子市つくし野3丁目3−208 (72)発明者 池ノ上 寛 千葉県松戸市常盤平3−26−3−102 (72)発明者 石井 啓 神奈川県横浜市港南区芹が谷3丁目31−15 (56)参考文献 特開 昭61−44152(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Makoto Kano 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. (72) Ichiro Tanimoto 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. ( 72) Inventor Hiroyuki Endo 3-chome 3-208 Tsukushino, Abiko-shi, Chiba (72) Inventor Hiroshi Ikenoue 3-26-3-102 Tokiwadaira, Matsudo-shi, Chiba (72) Inventor Kei Ishii 3 Serigaya, Konan-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 31- (15) (56) References JP-A-61-44152 (JP, A)
Claims (1)
%、硼化物形成元素であるMo,W,Cr,V,Nb,Ta,Coのうちよ
り選ばれる少なくとも1種:5.5〜34.1%と、を基本成分
として含む鉄基焼結合金を製造するに際し、B供給源と
してFe−B合金粉を用い、当該Fe−B合金粉の成分が、
重量比で、B:2〜18%、不純物元素であるSi:0.5%以
下、および同じく不純物元素であるAl:0.1%以下、残部
Feおよび不可避的不純物であるものを用いることを特徴
とする耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法。1. A weight ratio of C: 0.1 to 2.0% and B: 0.5 to 2.5.
%, At least one selected from Mo, W, Cr, V, Nb, Ta and Co which are boride forming elements: 5.5 to 34.1%, when manufacturing an iron-based sintered alloy containing as a basic component. , Fe-B alloy powder is used as the B supply source, and the component of the Fe-B alloy powder is
By weight, B: 2-18%, impurity element Si: 0.5% or less, and also impurity element Al: 0.1% or less, balance
A method for producing a wear-resistant iron-based sintered alloy, which comprises using Fe and inevitable impurities.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP61187470A JPH076027B2 (en) | 1986-08-08 | 1986-08-08 | Method for producing wear-resistant iron-based sintered alloy |
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JPS6342350A JPS6342350A (en) | 1988-02-23 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20150117369A (en) * | 2014-04-09 | 2015-10-20 | 한국생산기술연구원 | Abrasion resistant cast iron alloy |
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JPS6144152A (en) * | 1984-08-07 | 1986-03-03 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | Manufacture of wear resistant sintered alloy |
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- 1986-08-08 JP JP61187470A patent/JPH076027B2/en not_active Expired - Fee Related
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