JPH101756A - 鉄系焼結摺動部材ならびにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遊離セメンタイトの生成がなく、素地組織
（フェライト）中に多量の黒鉛が分散含有された鉄系焼
結摺動部材を得る。 【解決手段】 珪素１〜１５重量％、錫１〜８重量％、
黒鉛５〜２５重量％、残部鉄から成り、素地がフェライ
ト組織を呈し、該フェライト組織中に黒鉛が分散含有さ
れていることを特徴とする鉄系焼結摺動部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄を主成分とする
焼結摺動部材、具体的には素地の組織がフェライト組織
を呈し、該組織中に多量の黒鉛が分散含有されてなる鉄
系焼結摺動部材ならびにその製造方法に関するものであ
る。本発明において摺動部材とは、軸受、すべり板、接
触型シール材などを指すものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来より、黒鉛の固体
潤滑作用を利用し、組織中に黒鉛を分散含有させた鉄系
焼結摺動部材は数多く提案されている。しかしながら、
基材が鉄を主成分とする焼結摺動部材においては、鉄粉
末と黒鉛粉末とが焼結過程において反応して組織中に高
硬度の遊離セメンタイト（Ｆｅ₃ Ｃ）を生成し、この遊
離セメンタイトが相手材との摺動において当該相手材を
損傷させるという、摺動部材においては極力避けなけれ
ばならない欠点が現れる。

【０００３】この遊離セメンタイトの生成を防止する方
法として、例えば黒鉛の配合割合を少量とする（１重
量％以下）、遊離セメンタイトを生成し得ない低温度
（１０００℃以下）で焼結する、ことにより一応の解決
は見られるが、上記の方法では配合した黒鉛の固体潤
滑作用を期待することができず、またの方法では摺動
部材としての機械的強度が低く、いずれの方法によって
も得られた摺動部材は黒鉛による固体潤滑作用を十分発
揮させることができず、実用に供し難いという問題を残
す。

【０００４】さらに、別の方法として、黒鉛粉末に銅メ
ッキを施した、所謂被銅黒鉛粉末を使用することにより
遊離セメンタイトの生成のない鉄系焼結摺動部材を得る
ことができるが、この方法においては黒鉛粉末に予め
銅メッキを施す工程を必要とし、コスト高となること、
すべての黒鉛粒子にもれなく銅メッキを施すことは工
業的に困難であること、上記の結果として遊離セメ
ンタイトの生成を完全には防ぎ難い、などの問題があ
る。

【０００５】上述した問題点に鑑み本発明者らは、鉄基
合金の格子構造において体心立方構造（α相：フェライ
ト組織）は面心立方構造（γ相：オーステナイト組織）
に比べて炭素の固溶度が著しく低い点に着目し、鉄系焼
結部材の通常の焼結温度である１１００〜１２００℃の
範囲で鉄粉末と合金化してα相となる金属成分を選択す
ること、また黒鉛粉末を多量に添加した鉄基混合粉末を
α相領域で焼結すること、により遊離セメンタイト及び
パーライトを生成することなく多量の黒鉛を含有した鉄
系焼結摺動部材を得ることができることを確認した。

【０００６】すなわち、本発明は、遊離セメンタイトの
生成がなく、素地組織（フェライト）中に多量の黒鉛が
分散含有された鉄系焼結摺動部材及びその製造方法を得
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、珪素１〜１５重量％、好ましくは３〜８重量％と錫
１〜８重量％、好ましくは１．５〜５重量％と黒鉛５〜
２５重量％、好ましくは１０〜２０重量％と残部鉄から
成り、素地がフェライト組織を呈し、該フェライト組織
中に黒鉛が分散含有されてなる鉄系焼結摺動部材によっ
て達成される。

【０００８】また、本発明によれば上記目的は、珪素粉
末１〜１５重量％または珪素鉄合金粉末の珪素成分とし
て１〜１５重量％と錫粉末１〜８重量％または鉄錫合金
粉末あるいは部分合金化鉄錫粉末の錫成分として１〜８
重量％と黒鉛粉末５〜２５重量％と残部鉄粉末とを混合
して混合粉末を形成し、該混合粉末を金型に装填して所
望の形状に成形して圧粉体を形成したのち、この圧粉体
を中性または還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１１０
０〜１２００℃の温度で３０分〜９０分間焼結すること
を特徴とする鉄系焼結摺動部材の製造方法によっても達
成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の成分において、珪素（Ｓ
ｉ）および錫（Ｓｎ）は素地のα（フェライト）相生成
元素である。珪素は主成分をなす鉄成分と親和性が良好
で、焼結過程において鉄成分に拡散固溶して合金化する
元素で、成分中に１〜１５重量％、好ましくは３〜８重
量％の割合で添加される。珪素は珪素単体粉末のほか
に、鉄珪素合金粉末、具体的には鉄−１８％珪素合金粉
末を珪素成分として１〜１５重量％となるように添加し
て使用することができる。

【００１０】錫は上記珪素と同様、主成分をなす鉄成分
と親和性が良好な元素で、鉄成分へ流動して合金化する
とともに焼結過程における２３２℃の温度から液相を生
じて結合材の役割を果たし、焼結体を緻密化させて焼結
体の強度、靱性および機械的強度の向上に寄与する。そ
して、その添加割合は１〜８重量％、好ましくは１．５
〜５重量％が適当である。錫成分としては錫単体粉末の
ほかに、鉄錫合金粉末あるいは部分合金化鉄錫粉末、具
体的には錫２〜４０重量％と鉄６０〜９８重量％の鉄錫
合金粉末あるいは部分合金化鉄錫粉末が使用され、錫成
分として１〜８重量％、好ましくは１．５〜５重量％と
なるように添加される。

【００１１】黒鉛は鉄、珪素および錫からなるα相中に
分散含有されて固体潤滑作用をなすもので、固体潤滑作
用を発揮させるためには少なくとも５重量％以上の添加
量が必要とされる。また、素地がα組織を呈し、遊離セ
メンタイトの生成を生じないため２５重量％もの多量の
添加が可能となる。しかし、２５重量％を越えて添加す
ると、摺動部材としての機械的強度が損なわれるため、
その添加量は２５重量％が限度である。したがって、黒
鉛の添加量は５〜２５重量％、好ましくは１０〜２０重
量％が適当である。

【００１２】つぎに、上記成分組成から成る焼結摺動部
材の製造方法について説明する。

【００１３】鉄粉末、珪素単体粉末または珪素鉄合金粉
末、錫単体粉末または鉄錫合金粉末あるいは部分合金化
鉄錫粉末はそれぞれ粒径が２５μｍのふるいを通過する
粉末が使用される。これらの粉末を使用するのは、焼結
過程において速やかに合金化させγ相を生じさせないで
素地をα相化させるとともに生成する気孔の大きさを小
さく抑えるためである。また、黒鉛は粒径が１００μｍ
以上、１５０μｍ以下の上記金属粉末に比べ大きな粉末
が使用される。これは黒鉛の分散性をよくし、黒鉛によ
る固体潤滑作用を効果的に発揮させるためである。

【００１４】粒径が２５μｍのふるいを通過する鉄粉末
に対し、粒径が１００μｍ以上、１５０μｍ以下の黒鉛
粉末５〜２５重量％、珪素単体粉末または珪素鉄合金粉
末の珪素成分として１〜１５重量％および錫単体粉末ま
たは鉄錫合金粉末あるいは部分合金化鉄錫粉末の錫成分
として１〜８重量％を添加、混合して混合粉末を形成す
る。ついで、この混合粉末を所望の形状を有する金型内
に装填し、２〜５トン／ｃｍ² の圧力下で圧縮成形し、
該混合粉末からなる圧粉体を形成する。このようにして
得た圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱
炉内で１１００〜１２００℃の温度で３０〜９０分間焼
結し、その後炉冷して炉から取り出し、必要に応じて機
械加工により所望の寸法に加工して焼結摺動部材を得
る。ここで、中性もしくは還元性雰囲気としては、アン
モニア分解ガス、窒素ガス、水素ガスなどが使用され
る。

【００１５】このようにして得た焼結摺動部材はその素
地の組織がα相を呈し、該α相中に黒鉛が分散含有され
ている。

【００１６】上述した焼結過程において、成分中の錫は
２３２℃の温度において液相を生じ鉄成分へ流動して合
金化する際に膨張し、合金化によってα相になると焼結
が活性化されて大きく収縮すること、また成分中の珪素
は鉄成分に拡散固溶する際に膨張し、拡散が終わりα領
域になると大きく収縮すること、を見出した。この収縮
現象は黒鉛粉末の周囲の気孔をつぶし、かつ該黒鉛粉末
を素地に強く保持させるので、該黒鉛の脱落がないとい
う効果を生ずる。

【００１７】以下、本発明の焼結摺動部材をその実施例
に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例
に何ら限定されないのである。

【００１８】

【実施例】２５μｍのふるいを通過する還元鉄粉末に対
し、２５μｍのふるいを通過するアトマイズ鉄−１８％
珪素合金粉末を珪素成分として５重量％、２５μｍのふ
るいを通過するアトマイズ錫粉末２重量％および粒径が
１００μｍ以上、１５０μｍ以下の黒鉛粉末１７重量％
を乳鉢で混合し、混合粉末を得た（鉄７６重量％、珪素
５重量％、錫２重量％、黒鉛１７重量％）。

【００１９】この混合粉末を金型内に装填し、２トン／
ｃｍ² の圧力で圧縮成形し、圧粉体を得た。この圧粉体
を水素雰囲気に調整された加熱炉内で、１１５０℃の温
度で６０分間焼結し、その後炉冷して炉から取り出し、
機械加工により一辺が３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法に加
工して焼結摺動部材を得た。

【００２０】このようにして得た焼結摺動部材の組織は
図１の顕微鏡写真（倍率１００倍）に示すように、素地
がフェライト組織を呈するとともに該組織中に遊離セメ
ンタイト及びパーライトの生成はなく、黒鉛Ａは該組織
中に分散含有されているのが確認された。

【００２１】つぎに、上記実施例で得た焼結摺動部材の
摺動特性について、下記の試験条件で試験した結果を説
明する。

【００２２】（試験条件） すべり速度：１６．７ｍｍ／ｓｅｃ 荷 重：５０ｋｇｆ／ｃｍ² 時 間：３０分 潤 滑：無潤滑 相 手 材：機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）からなる円
筒体 試験方法 ：スラスト試験

【００２３】上記試験条件により行なった結果、摩擦係
数は０．１５〜０．２０と低い値を示し、また摩耗量
（摩耗深さ）は０．０５ｍｍ以下と低い値を示した。

【００２４】

【発明の効果】本発明の鉄系焼結摺動部材は、その素地
の組織がフェライト組織を呈し、該組織中に多量の黒鉛
が分散含有されているので、該黒鉛の固体潤滑作用がい
かんなく発揮される。また、製造方法においては鉄粉
末、珪素粉末および錫粉末を２５μｍのふるいを通過す
る粉末を使用することにより、焼結過程において速やか
に合金化させ素地をα相化させるとともに生成する気孔
の大きさを小さく抑えることができる。さらに、錫成分
と珪素成分が鉄成分へ拡散固溶した後の収縮現象によ
り、黒鉛粉末の周囲の気孔をつぶし、かつ該黒鉛粉末を
素地に強く保持させるので、該黒鉛の脱落がないという
効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鉄系焼結摺動部材の焼結組織を示す顕
微鏡写真である。

【符号の説明】

Ａ 黒鉛

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白坂 康宏 神奈川県藤沢市桐原町８番地 オイレス工 業株式会社藤沢事業場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 珪素１〜１５重量％、錫１〜８重量％、
   黒鉛５〜２５重量％、残部鉄から成り、素地がフェライ
   ト組織を呈し、該フェライト組織中に黒鉛が分散含有さ
   れていることを特徴とする鉄系焼結摺動部材。
2. 【請求項２】 珪素３〜８重量％、錫１．５〜５重量
   ％、黒鉛１０〜２０重量％、残部鉄から成り、素地がフ
   ェライト組織を呈し、該フェライト組織中に黒鉛が分散
   含有されていることを特徴とする鉄系焼結摺動部材。
3. 【請求項３】 珪素粉末１〜１５重量％または珪素鉄合
   金粉末の珪素成分として１〜１５重量％と錫粉末１〜８
   重量％または鉄錫合金粉末あるいは部分合金化鉄錫粉末
   の錫成分として１〜８重量％と黒鉛粉末５〜２５重量％
   と残部鉄粉末とを混合して混合粉末を形成し、該混合粉
   末を金型に装填して所望の形状に成形して圧粉体を形成
   したのち、この圧粉体を中性または還元性雰囲気に調整
   した加熱炉内で１１００〜１２００℃の温度で３０分〜
   ９０分間焼結することを特徴とする鉄系焼結摺動部材の
   製造方法。