JPH09235651A

JPH09235651A - 耐磨耗性材料及び耐磨耗性機械部品

Info

Publication number: JPH09235651A
Application number: JP6923696A
Authority: JP
Inventors: Isamu Shiina; 勇椎名; Tokuichi Umemoto; 篤一梅本
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】衝撃的荷重や高面圧が作用し、且つ、潤滑油
が充分に供給される環境に適応した耐磨耗性材料及び耐
磨耗性機械部品を提供する。【解決手段】基地材料として、含有成分の重量比が
Ｃ：0.13〜0.4％、Ｓｉ：0.15〜0.35％、Ｍｎ：0.60〜
0.85％、Ｐ：0.030％以下、Ｓ：0.030％以下、Ｎｉ：0.
25％以下、Ｃｒ：0.90％〜1.5％、Ｍｏ：0.15〜0.30
％、Ｃｕ：0.30％以下の範囲内にあり、且つ、残部がＦ
ｅからなる鋼材を用いる。上記材料に軟窒化処理を施
し、更に、浸炭焼入れ処理を施す。そして、脱窒により
生じたポーラス層を研削またはショットピーニング等に
より除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、耐磨耗性材料及
び耐磨耗性機械部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、炭素鋼または合金鋼を摺動部品等
に用いる場合、これら鋼材の耐磨耗性を向上させるため
に、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、窒化処理等の表面処理
が行われている。鋼材の表面処理においては、形成され
る表面被膜の硬い処理程、耐磨耗性を向上させることが
できると言える。しかしながら、これら表面硬化処理の
施された材料には靱性がなく、また、形成される表面硬
化層は非常に薄い。このため、これらの材料を衝撃的荷
重や高面圧の作用する機械部品等に用いると、表面硬化
層の剥離(ピッチング)が生じることがある。そこで、耐
磨耗性と共に靱性を備えた材料を得るために、窒化処理
後に高周波焼入れ処理を行う方法が考えられている（特
開昭55-41908号公報、特開昭45-38888号公報）。しかし
ながら、高周波焼入れでは、耐磨耗性が浸炭処理程向上
せず、或いは処理が複雑であるという欠点がある。

【０００３】また、肌焼鋼に軟窒化処理を施し、更に、
浸炭処理を施す方法も考えられている。例えば、特開昭
55-41908号公報には、Ｓ15ＣＫに軟窒化処理を施した後
浸炭焼入れを行うことが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各種肌
焼鋼にそのような軟窒化処理を施して行った発明者らの
実験では、衝撃的荷重と高面圧が作用する部品に用いた
場合、必ずしも耐磨耗性と耐ピッチング性能が十分に改
善されない結果が得られている。

【０００５】また、この従来例には、これらの処理によ
って表面に多数の空隙からなるポーラス層が形成され、
このポーラス層によって初期磨耗を低減することが記載
されているが、これは、潤滑油量が少ない環境下ではポ
ーラス層の空隙が潤滑油溜まりとなって、通常よりも潤
滑性能が向上するためと考えられるが、逆に、潤滑油が
充分に供給されるような環境下では、初期磨耗が増大す
るという結果が得られている。

【０００６】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、衝撃的荷重や高面圧が作用
し、且つ、潤滑油が充分に供給される環境に適応した耐
磨耗性材料及び耐磨耗性機械部品を供給することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、この発明の耐磨耗性材料は、基地の含有成分
の重量比がＣ：0.13〜0.4％、Ｓｉ：0.15〜0.35％、Ｍ
ｎ：0.60〜0.85％、Ｐ：0.030％以下、Ｓ：0.030％以
下、Ｎｉ：0.25％以下、Ｃｒ：0.90％〜1.5％、Ｍｏ：
0.15〜0.30％、Ｃｕ：0.30％以下の範囲内にあり、且
つ、残部がＦｅからなる鋼材に軟窒化処理を施し、更
に、浸炭焼入れ処理を施してなることを特徴とするもの
である。

【０００８】鋼材の含有成分の範囲をこのように定める
ことにより、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｖ、Ｍｏ等の合金成分
を過度に含まず、軟窒化及び浸炭処理を施した際に炭窒
化物をできるだけ析出せず、その結果、相手攻撃性が低
く且つ耐磨耗性の向上が得られるのである。

【０００９】更に、この発明の耐磨耗性材料は、上記軟
窒化処理を施し且つ浸炭焼入れ処理を行って生成された
表面のポーラス層を、研削またはショットピーニング等
の表面層除去手段により除去したものが提供される。

【００１０】ポーラス層からなる表面層の除去範囲は、
表面から通常１０〜５０μｍの深さであり、その除去手
段は、各種の方法が考えられるが、例えば加工の容易な
平面部では研削が、凹部や凸部或いは凹凸のある部分で
はショットピーニングが用いられる。

【００１１】ポーラス層の除去手段としては、上記のよ
うに、研削、ショットピーニングなどが考えられるが、
ショットピーニングの場合は、ポーラス層の除去のみな
らず、表面の加工硬化をもたらし、これによって更なる
耐磨耗性、耐ピッチング性能の向上が期待できる。

【００１２】また、上記の課題を解決するためのこの発
明の耐磨耗性機械部品は、少なくとも相手部材との衝合
摺動部を、基地の含有成分の重量比がＣ：0.13〜0.4
％、Ｓｉ：0.15〜0.35％、Ｍｎ：0.60〜0.85％、Ｐ：0.
030％以下、Ｓ：0.030％以下、Ｎｉ：0.25％以下、Ｃ
ｒ：0.90％〜1.5％、Ｍｏ：0.15〜0.30％、Ｃｕ：0.30
％以下の範囲内にあり、且つ、残部がＦｅからなる鋼材
に軟窒化処理を施し、更に、浸炭焼入れ処理を施してな
る耐磨耗性材料で構成したことを特徴とするものが提供
される。

【００１３】同じくこの発明の機械部品は、互いに衝合
し且つ摺動する一対の部材において、一方の部材の少な
くとも前記衝合摺動部分を、鋼材に軟窒化処理を施し、
更に、浸炭焼入れ処理を施して生じた表面のポーラス層
を研削またはショットピーニング等の表面層除去手段に
より除去した耐磨耗性材料で構成するとともに、相手部
材を前記材料または浸炭焼入れ材、高周波焼入れ材、特
殊鋳鉄等の耐磨耗性材料により構成したことを特徴とす
るものが提供される。

【００１４】本発明の機械部品は、高面圧で衝撃荷重の
かかる各種の部品に適用することができ、例えば、内燃
機関の動弁機構におけるプッシュロッド両端、そのプッ
シュロッドに当接するロッカーアーム先端の調整ねじ、
弁頭キャップ、建設機械のピン、ピンブッシュ等に最適
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に従って製作され
る機械部品の一例であって、内燃機関における動弁機構
の調整ねじとプッシュロッドとの当接部を示している。
図に示すように、ロッカーアーム(１)の一方の端部に調
整ねじ(２)が螺合され、ナット(３)で固定されている。
調整ねじ(２)の下端には半球状凸部(５)が形成され、プ
ッシュロッド(４)の上端には、上記調整ねじ(２)下端の
半球状凸部(５)と衝合する凹状の受面(６)が形成されて
いる。

【００１６】カム軸（図示せず）の回転によりプッシュ
ロッド(４)が矢印Ａ方向に押し上げられると、その上端
受面(６)が調整ねじ(２)の下端半球状凸部(５)に強く衝
突し、ロッカーアーム(１)が軸(７)を中心として矢印
Ａ′方向に回転する。この回転により、前記凸部(５)が
受面に沿って高面圧を維持しながら摺動する。また、プ
ッシュロッド(４)が降下するときは、逆に凸部(５)が受
面(６)に少許の隙間を介して衝突する。このように、調
整ねじ(２)下端の半球状凸部(５)及びプッシュロッド
(４)の上端受面(６)は、互いに高面圧及び衝撃的荷重を
作用し合いながら摺動する。

【００１７】このような機械部品において、上記調整ね
じ(２)及びプッシュロッド(４)の前記の受面(６)部分の
双方若しくは一方を、前記のような成分範囲からなる鋼
材に軟窒化処理を施し更に浸炭焼入れを行って得られる
耐磨耗性材料を用いるものである。この場合、これら調
整ねじ(２)若しくはプッシュロッド(４)の全体をかかる
耐磨耗材料で構成する必要はなく、例えば、プッシュロ
ッド(４)の前記受面(６)を含む先端部分のみをそのよう
な材料で製作して棒状部へ一体に接合することも考えら
れる。

【００１８】更に、より耐磨耗性を改善するため、この
発明の請求項２に従って、例えば上記受面(４)の表面層
を除去することによって、前記処理によって生成された
ポーラス層を除去する。その手段としては、前記に述べ
た研削、ショットピーニングなどが考えられ、この受面
(６)の場合には、表面が凹状であるため研削加工が困難
であって、図２のようにショットピーニングで表面を必
要深さまで剥離除去する。前述したように、このショッ
トピーニングは、表面のポーラス層の除去のみならず、
表面の加工硬化をもたらし、これによって更なる耐磨耗
性、耐ピッチング性能の向上が期待できるものである。

【００１９】

【実施例】互いに衝突し且つ摺動する部材において、そ
の一方を固定側とし他方を可動側として、固定側の部品
に軟窒化処理とガス浸炭焼入れを行った各種素材の異な
るテストピース(固定TP)を製作し、可動側の相手部品と
してSCM材にガス浸炭焼入れのみを行ったテストピース
(可動TP)を製作して、その磨耗試験を行った。その結果
は、図３の通りであり、本発明材料を用いたものが最も
磨耗量が少ないという結果が得られた。特に、本発明材
では、その相手部材である可動側の部材についても磨耗
量が最も少ないという結果が得られており、これは本発
明材の相手攻撃性の低さを示している。

【００２０】次ぎに、本発明材を実部品に使用した結果
を確かめるため、前記図１のようなプッシュロッドと調
整ねじについて、軟窒化処理と浸炭焼入れを行った本発
明材と、そのような複合処理を行わない従来材とを用い
て実機試験を行いその磨耗量を測定した。その結果は図
４の通りであり、給気側及び排気側とも本発明のプッシ
ュロッド及び調整ねじの磨耗量が、従来例に比較して大
幅に少ないことが判る。

【００２１】更に、ポーラス層の耐磨耗性に与える影響
について調べるため、前記成分割合の鋼材に軟窒化処理
と浸炭処理を行った本発明材において、そのまま表面層
のポーラス層を残したものと、表面研削を行って除去し
たものについて磨耗試験を行った。その結果は図５の通
りであり、研削を行っていない材料は、研削加工を行っ
た材料に比べて２倍以上もの磨耗量が確認された。な
お、そのときの相手材はSUJ2であり、試験条件は、摩擦
速度：2.01m/s、荷重：123.6Nであり、使用した潤滑油
は10W30であった。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る耐磨耗性
材料及び耐磨耗性機械部品は、衝撃的荷重や高面圧に対
する耐久性を備え、内燃機関動弁機構の調整ねじ、プッ
シュロッド及び弁頭キャップ、建設機械のピン及びピン
ブッシュ等の衝撃的荷重が作用し且つ高面圧で摺動する
ものにおいて、耐磨耗性、耐剥離性能を大幅に改善する
ことができる。

【００２３】また、この発明の耐磨耗性材料及び機械部
品は、相手攻撃性が低く、相手部材の磨耗量や表面剥離
をも低減できる優れた効果がある。

【００２４】更に、この発明の請求項２及び４の発明で
は、軟窒化処理と浸炭処理を行った後の表面のポーラス
層を除去するので、特に潤滑油の充分ある環境下での磨
耗及び表面剥離を大幅に改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の動弁機構を示すプッシュロッドと調
整ねじとの当接部の一部縦断側面図である。

【図２】プッシュロッド上端受面にショットピーニング
処理を行う原理説明図である。

【図３】本発明材と各種耐磨耗材料の磨耗試験の結果を
示すグラフである。

【図４】調整ねじ及びプッシュロッドの磨耗試験の結果
を示すグラフである。

【図５】表面除去を行ったものと行わないものの磨耗試
験の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

(１) ロッカーアーム (２) 調整ねじ (４) プッシュロッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基地の含有成分の重量比がＣ：0.13〜0.
4％、Ｓｉ：0.15〜0.35％、Ｍｎ：0.60〜0.85％、Ｐ：
0.030％以下、Ｓ：0.030％以下、Ｎｉ：0.25％以下、Ｃ
ｒ：0.90％〜1.5％、Ｍｏ：0.15〜0.30％、Ｃｕ：0.30
％以下の範囲内にあり、且つ、残部がＦｅからなる鋼材
に軟窒化処理を施し、更に、浸炭焼入れ処理を施してな
ることを特徴とする耐磨耗性材料。
【請求項２】軟窒化処理を施し、更に、浸炭焼入れ処
理を施して生じた表面のポーラス層を、研削またはショ
ットピーニング等の表面層除去手段により除去してなる
ことを特徴とする耐磨耗性材料。
【請求項３】少なくとも相手部材との衝合摺動部を、
基地の含有成分の重量比がＣ：0.13〜0.4％、Ｓｉ：0.1
5〜0.35％、Ｍｎ：0.60〜0.85％、Ｐ：0.030％以下、
Ｓ：0.030％以下、Ｎｉ：0.25％以下、Ｃｒ：0.90％〜
1.5％、Ｍｏ：0.15〜0.30％、Ｃｕ：0.30％以下の範囲
内にあり、且つ、残部がＦｅからなる鋼材に軟窒化処理
を施し、更に、浸炭焼入れ処理を施してなる耐磨耗性材
料で構成したことを特徴とする内燃機関の動弁機構等の
耐磨耗性機械部品。
【請求項４】互いに衝合し且つ摺動する一対の部材に
おいて、一方の部材を、鋼材に軟窒化処理を施し、更
に、浸炭焼入れ処理を施して生じた表面のポーラス層を
研削またはショットピーニング等の表面層除去手段によ
り除去した耐磨耗性材料で構成するとともに、相手部材
を前記材料または浸炭焼入れ材、高周波焼入れ材、特殊
鋳鉄等の耐磨耗性材料により構成したことを特徴とする
耐磨耗性機械部品。