JPS5837158A - 耐摩耗性焼結合金 - 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】 本発明は、摺動性能の優れた耐摩耗性焼結合金に関する
ものである。更１；詳しくは、特願昭５５−７４１０７
号及び同５５−２７１０７号に開示されている組成の耐
摩耗性焼結合金に、ＰｂまたはＳを添加することにより
、自己潤滑性が優れ、相手摺動部材とのなじみ性が向上
した耐摩耗性焼結合金に関する。

特願昭５３−７６１０７号明細書中には、０ｒ１５〜２
５％−Ｐ０．３〜α８　％　−Ｏｕ　１〜５９ｋ　−Ｍ
。

３−以下−不純物２ｔｓ以下−グラ７アイト１５〜４．
０チ一残部Ｆｅよりなる組成の耐摩耗性焼結合金につい
て記載されている。また、特願昭５５−２７１０７号Ｆ
ＩＡＩＩｌｌＩ書中に、は、Ｏｒ２．５〜７５Ｓ　−Ｐ
　ａ　２〜（１８％　−Ｏｕ　１〜５　％　−Ｍｏ　３
　Ｓ以下−０１５〜３．５％−不純物２ｔｓ以下−残部
Ｆｅよりなる組成の耐摩耗性焼結合金について記載され
ている。これらの焼結合金は、いずれも耐摩耗性に優れ
、高密度・高硬度であることから、高面圧下で使用され
る摺動部品、例えば［［１車動弁系のカムシャフトやロ
ッカアームバッドに用いられることが記載されている。

しかしながら、自動車の高性能化がますます強く要求さ
れつつある現在、上記ロッカアームやカムの使用条件も
次第に厳しくなりてきている。

本発明は上述の特願昭５５−７６１０７号及び特願昭５
５−２７１０７号に開示された材料の耐摩耗性を更に改
善した材料に関するものであり、自己潤滑性付与に効果
的なＳまたはＰｂを予め微細粒子の形状で分散させるこ
とにより、優れた摺動性能を有する耐摩耗性焼結合金を
得ることを目的とするものである。

すなわち、本発明耐摩耗性焼結合金は１重量比で、Ｏｒ
２．５〜２５．０’ｌ、Ｍｎα１〜３．０　％、Ｐｏ、
１〜０．８％、　Ｏｕ　ｔｏ　〜５．０％、　Ｓｉ　Ｏ
，５〜２−０　’１ｋ　、Ｍｏ　ｌ　Ｏｑ６以下、Ｓ　
ａ　ｓ　〜ｓ　ｏチまたＶｉｐｂｔｏ〜５．０チ、及び
不純物２チ以下、残部Ｆｅからなる合金粉末に、ＣｔＳ
〜五５チとなるように黒鉛を添加して焼結し、１００μ
ｍ以下の硫化物またはＰｂ粒を均−Ｃ：分散せしめたこ
とを特徴とするものである。

各金属元素の組成割合及びその限定理由は、上述の特願
昭５３−７６１０７号および特願昭５５−２７１０７号
に記載されている。このうち、耐摩耗性、耐スカツフイ
ング件の向上に有用１ｋＯｒの場合、１５〜２５．０９
ｇとする。２５チ以下では焼結合金の耐摩耗性が劣り、
２５．０４以上では添加効果が見られず逆に摺動特性が
変化して相手部材への攻撃性が増加し好ましくない。

マンガンは、マトリックスに固溶して強度を高めるとと
もに、鉄基地の焼結を活性化し、また結晶の成長を抑制
して炭化物の微細化ならびに球状化に寄与するため焼結
晶の摺動特性を改善するものである。但し、これらの効
果はマンガン添加量０１０チ未満ではほとんど効果がな
く、マた工０１！を越えると、噴霧合金粉が球状化し硬
化して粉末の圧縮性、成形性が大幅に劣り所望の密度や
硬さが得られなくなるだけでなく、焼結時に残留オース
テナイトが増加して硬さが逆に低下し、たり、酸化によ
って逆に焼結性が阻害されたりし、易いので０１０〜３
．０−に限定したが、総合的に見ると特に０．１０〜１
５％が好ましい。

リンは、本発明合金では焼結時にマトリックスに固溶し
て焼結を活性化させ、より低温での焼結を可能にするだ
けでなく、低融点のステダイト相を形成して液相により
高密度化する。但し、このようなリンの効果は、添加量
がα２％未満では不充分であシ、また０、８チを越える
と液相が過剰となシ、炭化物、ステダイトが異常に成長
して粒界が脆化し摺動性能も低下するので、リンの添加
量は０８２〜０８チに限定した。

なかでも特に０．３５〜α６５９ｇが好ましい。

モリブデンはクロムと同様にマトリックスを強化し焼入
性を向上させて焼結体の硬さを上昇させるだけでなく、
（ｌｉ’ｅ、　Ｏｒ、、　Ｍｏ＼Ｃを主とする硬質複合
炭化物を形成し、摺動特性を改善する。モリブデンは、
添加しなくてもカム等の摺動部材で必要な性能は確保出
来るが、炭化物の形状をより丸く［７、相手材攻撃性を
抑える効果もあるため、３！１以下で添加すれば有効で
ある。

５％以上加えると、結晶粒界にネットワーク状の炭化物
を形成し、て合金を脆化するとともに摺動特性をも低下
せしめるだけでなくコスト高になるので５％以下が好ま
しい。特に、ｏ５〜ｔ５チが総合的に好ましい。

銅はマトリックスに固溶し、焼結を安定化するはか、基
地を強化して硬さを上げるとともに炭化物の微細化、球
状化にも効果を示すが、ｔｏ１未満では有効でなく、５
．０ｓを越えると逆に結晶粒界を弱くし、摺動性能を低
下せしめるだけで表〈コスト高になるのでｔｏＳｓ、０
％に限定した。と抄わけ１５〜＆ローが好ましい。

シリコンＦｉマトリックスに固溶して鉄基地の焼結を安
定化し、炭化物粒子を球状化させる効果も有している。

またシリコンは、合金粉末を噴霧する際の溶湯の脱酸剤
として必要である。

しかし、（Ｌ５−未満では粉末の酸化が進行して脱酸効
果が望めず、一方２％を越えるとマ）　ｆＪフックス焼
入性が低下して硬さの低下をもたらすだけでなく、炭化
物が粗大化し粒界に偏析して摺動性能が低下するのでα
５〜２−に限定した。＆かでも（Ｌ７〜１５９ｇが好ま
しい。

炭素として使用される黒鉛は、炭素としてマトリックス
に固溶し、硬さを高め、基地を強化するとともに、クロ
ムやモリブデン″または他の添加合金とともに複合炭化
物を形成し、またステダイト相の形成にも寄与して耐摩
耗性を向上させる。しかし、ｔ５−未満ではマトリック
スの硬さおよび炭化物、ステダイトの量が不足し、また
＆５チを越えるとそれらが粗大化し、粒界にネットワー
ク状に成長して摺動性能が大幅に低下し、また相手材攻
撃性４増大するので、１５〜五５−に限定した０表かで
もｔ　１１−Ａ　Ｏチが特に好ましい。

本発明において添加されるＳｔたはＰｂは、自己潤滑性
付与に優れた効果を有するものであり、添加割合は、Ｓ
の場合１５〜五〇％、Ｐｂの場合−〇〜翫０チである。

Ｓｔたはｐｂの添加量は、それぞれ少な過ぎると自己潤
滑効果が十分でなく、また多過ぎると合′金を脆化する
ので好ましくない。従って、８またはｐｂの添加割合は
、それぞれ上述の範囲に限定した。なお、Ｓによる合金
の脆化に関してＦｉ、合金中に鳩がα１絢五〇−あると
好ましい。

本発明においては、特に８またけＰｂの添加方法が重要
である。従来は、ＳまたはＰｂを単体、硫化物またはＰ
ｂ化合物等の形で粉末状に作製した後、第１図（イ）に
示すように他の金属元素からなる合傘粉１と前記別途作
製した粉末２と黒鉛５と゛を混合し、焼結していた。こ
のようにすると焼結後の合金は、第１図（ロ）に示すよ
うに炭化物を含む合金マトリックス５の粒界面に硫化物
（またＦｉｐｂ）粒６が偏析する（なお、図中４Ｆｉ空
隙を表わし、７は焼結合金中の気孔を示す。′１また、
別途粉末を作製し混合する場合には、Ｓ（またＦｉＰｂ
）からなる粉末２０粒径が大きくなってこれが合金粉末
１０表面を覆うため、合金粉床間相互の元素拡散が不十
分となり、焼結が進行しにくいということがあった。こ
のため焼結合金の密度が低下し、硬さ、強度及び耐摩耗
性が低下し、耐摩耗性焼結合金の特性を逆に損なうとい
う結果になっていた。

本発明においては、予めＳ（またはＰｂ）粉末１２を所
定量含む合金粉１１を作製し、これに黒鉛１５を混入し
て焼結する。得られた焼結合金においては、合金粉１１
０間に硫化物（またはｐｂ）粒１３が微細均一に析出す
るので、優れた摺動特性の焼結合金が得られ、また、上
述のように焼結の進行を妨げないので、焼結合金本来の
耐摩耗性が損なわれることがない。このほか、合金粉と
、この合金粉と別に作製したＳまたＶｉｐｂ粉とを混合
焼結する方法に比べて、焼結時の８またＦｉｐｂの飛散
が防止されるので、これら成分の歩留りが向上し、摺動
特性の向上が著しい。

本発明焼結合金においては、析出する硫化物は、Ｆｅｄ
、　Ｏｒ２８．　Ｍｎ８のようなものであり、また、ｐ
ｂは通常は粒状単体で析出する。

本発明焼結品においては、焼結品中の硫化物またはｐｂ
の粒径が１００μ飢以下となり、かつ均一に分散させる
ことが重要である。粒径が１００μ惰以上であると焼結
合金が脆化し、耐摩耗性が劣化するので好ましくない。

焼結は、常法に従い、例えば温度１０２０−１１８０℃
にて行なわれる。

以下、本発明について実施例及び比較例を用いてさらに
詳しく説明する。各例中、襲は全て重量−である。

実施例１ Ｆｅ　−２，５Ｏｒ　−０，１Ｍｎ−α１Ｐ　−ｔ　Ｏ
Ｃｕ　−ａｓ８ｉ−α５Ｓなる組成の噴霧合金粉末を作
製し、黒鉛１６ｇ６を添加混合した後、圧縮成形圧６　
ｔｏｎ／ｄで圧粉体を成形し、還元ガス宴囲気中１１８
０℃で６０分暁結して、Ｆ’ｅ　−２，５Ｏｒ　−ａｌ
Ｍｎ−〇ＩＰ−１ｏＯｔｔ−＋１５ｓｉ−（１５８−１
５０の本発明焼結合金を得た。

実施例２ Ｆｅ　−５，０Ｏｒ　−１０Ｍｎ−αｓ　ｐ　−２，Ｑ
　Ｏｕ　−ｔｏｓｉ−１ＯＭｏ−１０８なる組成の噴霧
合金粉末を作製し、黒鉛２．７チを添加混合し７、実施
例１と同様にして１１１０℃で焼結し５、ｒｅ　−４，
９Ｏｒ−１ＯＭｎ−１５Ｐ　−２，ＯＯｕ　−ｔ　ＯＳ
ｉ　−１ＯＭｏ　−ｔ　ＯＳ　−２，５０の本発明焼結
合金を得た。

実施例３ Ｆｅ　−２５０Ｏｒ　−５，ＯＭｎ−往８Ｆ−５，０Ｏ
ｕ−２、　ＯＳｔ　−５，０Ｍｏ　−！Ｌ　Ｏ８六る組
成の噴霧合金粉末を作製し、黒鉛器８チを添加混合し、
実施例１と同様にして１１００℃で焼結し、ｒｅ−２４
，０Ｏｒ−１０Ｍｎ　−（１８Ｐ　−Ｓ、　ＯＯｕ　−
２，０８ｉ　−１０Ｍｏ　−２，８８−＆　５０の本発
明焼結合金を得た。

実施例４ Ｆｅ　−２，、５０ｒ　−（Ｌ　Ｉ　Ｍｎ　−ａ　Ｉ　
Ｐ　−ｔ　Ｑ　Ｏｕ　−α５８ｉ　−ｔ　ＯＰｂなる組
成の噴霧合金粉末を作製し、黒鉛ｔ６チを添加混合し、
実施例１と同様にして１１８０℃で焼結しｍＦｅ−２−
５Ｏｒ　−０、１Ｍｕ　−（Ｌ　Ｉ　Ｐ　−’ｔ　ＯＣ
ｕ−α５８ｉ　−（Ｌ　９　Ｐｂなる組成の本発明焼結
合金を得た。

実施例５ Ｆｅ　−５，０Ｏｒ　−ｔ　ＯＭｎ　−０，５Ｐ　−２
Ｑ　Ｏｕ　−ｔ　ａ　ｓｔ　−１，ｏ　ＭＯ−＆　ｏ　
ｐｂなる組成の噴霧合金粉末を作製し、黒鉛２．７　％
を添加混合し、実施例１と同様にして１１２０℃で焼結
して、Ｆｅ−４，９Ｏｒ　−ｔ　ＯＭｎ　−ｆｉ、　５
　Ｆ　−１００ｕ　−ｔ　０Ｏ８１−１Ｏリ−２，８Ｐ
ｂの本発明焼結合金を得た。

実施例６ Ｆｅ　−２ａ　ＯＯｒ　−Ｋ　ＯＭｎ　−Ｑ、　Ｂ　Ｐ
　−５，Ｑ　Ｏｕ−２，０８ｉ　−１０Ｍｏ　−！ＬＯ
Ｐｂなる組成の噴霧合金粉末を作製し、黒鉛器８チを添
加混合し、実施例１と同様にして１１００℃で焼結し、
Ｆｅ−２４，０Ｏｒ　−Ｉ　Ｑ　Ｍｎ　−（１８Ｆ　−
５，０Ｏｕ　−２，Ｄ８ｉ　−１０Ｍｎ　−ｔツルｂな
る組成の本発明焼結合金を得た。

比較例１ Ｆｅ　−５，ＯＣ３ｒ　−ｔ　ＯＭｎ　−（Ｌ　５　Ｐ
　−２−００ｕ　−ｔｏｓｔ−１ＣＭｏなる組成の噴霧
合金粉末を作製し、黒鉛２．７慢を添加混合し、実施例
２及び５と同様にしてＦｅ　−４，９Ｏｒ　−ｔ　Ｑ　
Ｍｎ　−Ｑ、　５Ｐ−２，ＱＯｕ−１Ｏ８ｉ−１ＯＭｏ
−２，５０（Ｄ焼結合金（特願昭５５−２７１（１７号
）を得た。

比較例２ 比較例１０合金粉末を用い、とれに１３−の８粉末と黒
鉛２．７−を添加混合１７％実施例２と同様にしてｒｅ
　−４，９Ｏｒ　−ｔ　ＯＭｎ　−０，５Ｐ　−２、Ｑ
　Ｃｕ　−１，ＯＳｔ　−ｆ、　ＯＭｏ　−１，０８−
２，５０の焼結合金を得た。

比較例３ 比較例１の合金粉末を用い、これに４．　Ｑ　％のＰｈ
粉末と黒鉛２．７優を添加混合し、実施例５と同様Ｉニ
ジてＦｅ　−４，９Ｏｒ　−ｔ　ｏ　Ｍｎ　−ｏ、　Ｓ
　Ｐ−２，０Ｏｕ　−１，ＯＳｉ　−１，０Ｍｏ　−２
，９Ｐｂ　−２，５Ｃの焼結合金を得た。

上記各実施例及び比較例で得た焼結合金で内燃機関のカ
ムを試作し、高クロム鋳鉄製ロッカアームとの組合せで
無潤滑条件下３０００ｒｐｍで５時間の耐久試験を行な
い、初期なじみ性の評価を行なった。結果をｔＥ１表に
示す。

第１表 ８またはｐｂの添加効果は、実施例１〜６と比較例１と
を比べると明らかであり、耐摩耗性に著しく優れている
。また、Ｓまたけｐｂを合金粉に含ませることの効果Ｆ
ｉ、実施例２と比較例２を、また実施例５と比較例Ｓと
を比べると明らかである、Ｓまたｔｉｐｂを合金粉４：
別添混合した場合は、粉末成形体密度も低くなり、また
焼結時の飛散によりＳまたはＰｂの歩留シも慈く、焼結
体特性が劣化する。耐久性能も比較例１（−比べて逆に
著しく悪化している。

以上の配賦から明らかなように、本発明耐摩耗性焼結合
金は、Ｓｔたはｐｂを予め添加して合金粉末を作製し、
この粉末を用いて焼結することによシ、従来の焼結合金
に比べて著しく優れた耐摩耗性を示し、同時になじみ性
も向上するので相手部材の摩耗も良好に防止できる等の
利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は従来法による焼結前の混合粉末状態を示
す模式図、同（ロ）は焼結後の合金状態を示す模式図、 第２図ビ）は本発明による焼結前の混合粉末状態を示す
模式図、同（ロ）は焼結後の合金状態を示す模式図を示
す。 図中、１・・・合金粉、２・・・Ｓｔたはｐｂ粉、３１
．黒鉛％５・・・合金マトリックス、６・・・硫化物ま
た＃ｉｐｂ粒、１１・・・合金粉、１３・・・硫化物ま
たはＰｂ粒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量比で、　Ｏｒ　２．５−２５．０％、Ｍｎα１〜五
   〇−１Ｐα１〜α８Ｉｓ、０ｎｔＯ〜５．０−１８ｉＱ
   、　５〜２．０　’７６　、　Ｍｏ　３　Ｓ　以下、ｓ
   ｏ、ｓ　〜ｘｏｓまたはｐｂ　ｔ　ｏ〜ａｏ１．及び不
   純物２チ以下、残部Ｆｅからなる合金粉末に、Ｃ１５〜
   五５−となるように黒鉛を添加して焼結し、１００μ例
   以下の硫化物またはｐｂ粒を均一に分散せしめた耐摩耗
   性焼結合金。