JPS59222555A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、炭化物分散型の耐摩耗性焼結合金に関し、
この発明による焼結合金は、耐摩耗性、耐ピツチング性
および高強度が要求される部品の安和ルで利用するのに
適したものであり、特に自動車用内燃機関のカムおよび
ロッカーアームチップの素材として利用するのに適した
ものである。

（発明の背景） 近年、自動車用内燃機関に対する出力向上ならびに効率
向上の要求が高まってきているために、その運転条件は
次第に厳しくなっており、と１１わけカムやロッカーア
ームチップなどの摺動部材には優れた耐摩耗性、耐ピツ
チング性および高い強度が要求されるようになってきて
いる。

（従来技術） 従来、この種の耐摩耗性焼結合金としては、例えば、Ｆ
ｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ−（Ｐ、Ｂ）−Ｃ系の焼結合金があ
った（特開昭５７−１０８２４６号毎報）。

しかしながら、このような従来の耐摩耗性焼結合金では
、Ｃｕが含有されていなっかたため、■炭化物のエツジ
が鋭く、相手材を摩耗させやすいこと。

■硬質相の分布が粗く、耐摩耗性が劣っているこなどの
問題点があった。

（発明の目的） この発明は、上述したような従来の問題点に着目してな
されたもので、耐摩耗性および耐ピツチング性に優れて
いると同時に高強度であり、相手材に対する摩耗も少な
い炭化物分散型の耐摩耗性焼結合金を提供することを目
的とするものである。

（発明の構成） この発明による炭化物分散型の耐摩耗性焼結合金は、Ｃ
ｒ：２〜７重量％、 Ｍｏ：０．１〜１．５重量％、 Ｖ：０．１〜３重量％、残部実質的にＦｅからなる合金
粉末８５重量％以上と、全体で Ｃｕ：１〜１０重量％、Ｐ：Ｏ，１〜２重量％、・ｔ Ｃ：０．５〜３重量％となるように添加したＰを含む合
金粉末、Ｃｕ粉末またはＣｕを含む合金粉末および炭素
粉末からなる混合粉末を、非酸化性雰囲気中で液相焼結
して成ることを特徴とするものであり、以下にその成分
範囲の限定理由について説明する。

Ｃｒ：２〜７重量％ Ｃｒはマトリックス中に固溶してこのマトリックスを強
化し、焼入性を向上させると共に、Ｃと反応して硬質の
炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。しかし、２重
量％未満ではこのような効果を得ることができず、７重
量％を超えると粉末の成形性が悪化し、材料の脆化およ
び被削性の低下なども生ずるので、２〜７重量％の範囲
とした。

Ｖ：０．１〜３重量％ ＶはＣと反応して炭化物を形成することにより耐摩耗性
を向上させる。しかし、０．１重量％未満ではこのよう
な効果を得ることができず、３重量％を超えると成形性
が悪化し、材料の脆化および被削性の低下を生ずるので
、０．１〜３重量％の範囲とした。

Ｍｏ：０．１〜１．５重量％ ＭＯはマトリックス中に固溶してこのマトリックスを強
化し、焼入性を向上させると共に、Ｃと反応して硬質の
炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。しかし、０．
１重量％未満ではこのような効果を得ることができず、
１．５重量％を超えると成形性が悪化し、相手材に対す
る摩耗も大きくなるので、０．１〜１．５重量％の範囲
とした。

Ｃ：０．５〜３重量％ Ｃはマトリックス中に固溶してこのマトリックスを強化
し、焼入性を向上させると共に、ＣｒおよびＶと反応し
て硬質相を析出させたり、Ｐと共にＦｅと反応してＦｅ
−Ｐ−Ｃ系の硬質相を析出させ、耐摩耗性を向上させる
。しかし、０．５重量％未満ではこのような効果を得る
ことができず、３重量％を超えると成形性の悪化や靭性
の低下をきたすので、０．５〜３重量％の範囲とした。

Ｐ：０．１〜２重量％ Ｐは焼結中に液相を生じることにより焼結を活性化Ｘせ
、得られる焼結体の密度を高める効果がある。しかし、
０．１重量％未満ではこのような効果が得られず、２重
量％を超えると焼結時の液相量が過剰となり、焼結前後
の寸法変化が大きくなるので、０．１〜２重量％の範囲
とした。

Ｃｕ：１〜１０重量％ Ｃｕはマトリックス中に固溶してこのマトリックスを強
化すると共に、析出炭化物の微細化および球状化に大き
く寄与する元素である。さらに、焼結温度の低下にも効
果がある。しかし、１重量％未満ではこのような効果を
得るこのができず、１０重量％を超えると靭性および耐
摩耗性が低下するので、１−１０重量％の範囲とした。

また、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ−Ｆｅ系の合金粉末の量を８５重
量％以上としたのは、８５重量％未満では炭化物の量が
少なくなり、十分な硬度が得られないためである。

そして、このような成分の混合粉末を焼結するに際して
は、粉末の酸化を防止して良好な焼結体が得られるよう
に、真空あるいは窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気とする
。また、焼結温度は、焼結中におけるＰの適度の液相発
生により焼結を活性化させるように、液相焼結が可能で
ある温度とする。しかし、液相の発生が多すぎる焼結は
、焼結前後の寸法変化が大きくなりすぎるので、成分割
合に対応して適切な焼結温度を採用することが必要であ
る。

（発明の作用） この発明による焼結合金は上記の組成を有しているから
、Ｃｒ、Ｖ、ＭｏとＣとの反応により硬質の炭化物が生
成され、耐摩耗性を向上させると共に、Ｃｕの添加によ
って析出炭化物の微細化および球状化をはかることが可
能であるため、相手材への摩耗を少なくし、Ｃｕの添加
によって焼結温度も低下する。

（実施例１）１ Ｆｅ−３重量％Ｃｒ−０，３重量％Ｍ　ｏ　−０，３重
量％Ｍ合金粉に、アトマイズ銅粉。

Ｆｅ−２７重量％Ｐ合金粉、黒鉛粉を、重量比・２　　
　　　　　　　で、Ｃｒ：２．７％、Ｃｕ：５．０％、
ＭＯ：０．２７％、Ｖ：０．２７％、 Ｐ：０．２７％、Ｃ：２．５％、Ｆｅ：残部の組成とな
るように配合した後、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を
０．７５重量％添加し、Ｖ型ブレンダーで３０分間混合
した。次に、この混合粉を成形圧カフ　ｔｏｎ　ｆ　／
　ｃｍ２で第１図に示すカム形状に圧粉成形した。次い
で、得られた圧粉成形体を脱ろうした後、露点−３０℃
の窒素雰囲気中で、１１２５℃×１時間の加熱処理を行
って焼結し、第１図に示す焼結カムピース１を作製した
。

なお、この焼結カムピースｌは中空孔２を有する。

（実施例２） Ｆｅ−３重量％Ｃｒ−０，３重量％Ｍｏ−０，３重量％
Ｍ合金粉に、Ｃｕ−８重量％Ｐ合金粉、黒鉛粉を重量比
で、Ｃｒ：２．８％、Ｃｕ：５．０％、Ｍｏ：０．２８
％、Ｖ：０．２７％、Ｐ：０．４％、Ｃ：２．５％、Ｆ
ｅ：残部の組成となるように配合した後、実施例１と同
様にステアリン酸亜鉛を添加して混合し、成形したのち
同じ雰囲気中で、１０９０℃×１時間の条件で焼結して
第１図に示す焼結カムピースｌを作製した。

（比較例１） Ｆｅ−３重量％Ｃｒ−０，３重量％Ｍ　ｏ　−０，３重
量％Ｍ合金粉に、Ｆｅ−２７重量％Ｐ合金粉、黒鉛粉を
、重量比で、Ｃｒ：２．９％、Ｍ　ｏ　：　０　、２９
％、Ｖ：０．２９％、Ｐ：０．２７％、Ｃ：２．０％、
Ｆｅ：残部の組成となるように配合した後、実施例１と
同様にステアリン酸亜鉛を添加して混合し、成形した後
同じ雰囲気中で、１１５０’ＣＸ１時間の条件で焼結し
て第１図に示す焼結カムピースを作製した。

（比較例２） 低合金鋳鉄（重量比で、Ｃ：　３．４％、Ｃｒ：０．７
％、Ｍｎ：０．７％、Ｓｉ　：２．３％、Ｆｅ：残部）
を１４００°Ｃで溶製した後、１３５０°Ｃの鋳込温度
で第１図に示すカムピース形状の鋳造空間を有する鋳型
に鋳込んだ。このとき、カム部は冷し金によってチル硬
化させた。

実施例 上記実施例１．２および比較例１，２において作製した
カムピース１を第２図に示すように５２ＯＣ製のシャフ
ト３に嵌合し、ピン４で固定して４気筒のカムシャフト
を組立てた。そして、このカムシャフトを水冷式直列４
気筒１８００ｃｃエンジンに組み込んで台上試験により
ロッカーアームチップとの摩耗量を比較した。なお、ロ
ッカーアームチップは高Ｏｒ鉄系焼結品を用いた。

台上試験では、５ＡＥ２０Ｗ−２０のエンジン油を７０
℃±５℃に保温して用い、回転速度６５０ｒｐｍとして
２００時間連続運転し、その際の最大摩耗量を測定した
。この結果を第３図に示す。

第３図に示すように、比較例１の場合には、カムの摩耗
量は少ないものの、カムにＣｕが含まれていないため相
手材への攻撃性が強く、ロッカーアームチップを大きく
摩耗させていることが明らかである。また、比較例２の
場合には、低合金鋳鉄製のカム自体の摩耗量が大きいこ
とが明らかである。これに対して実施例１．２の場合に
は、カムおよびロッカーアームチップの両方の摩耗量が
少ないことが明らかであり、この発明による焼結合金を
用いることによって、カム自体の摩耗量を少なくするこ
とができると同時に、相手材への攻撃性が小さいために
、ロッカーアームチップの摩耗量をも小さくできること
が明らかとなった。

（組織観察） 次に、実施例１により作製したカムピースと、比較例１
により作製したＣｕを含才ないカムピースを各々供試材
として光学顕微鏡組織を調べた。

その結果を各々第４図および第５図に示す。図において
、白い塊状の粒径２０７ｐｍ程度のものはセメンタイト
；　　（Ｆｅ　、Ｃｒ　、Ｖ）　３　Ｃテあり、白い線
状のものはステダイト；γＦｅ−Ｆｅ５Ｃ−Ｆｅ３Ｐで
あり、灰色のマトリックスはベイナイトである。そして
、これらの組織のうち、耐摩耗性は、硬質相のセメンタ
イトとステダイトの各々形状、密度および分布状態など
に依存する。

・Ｆ　　　　　　　　　　　第４図（実施例１）および
第５図（比較例１）に示すように、実施例１の組織は比
較例１の組織に比べてセメンタイトの形状が丸く、分布
も均一］　　で数多く存在しており、ステダイトについ
ても高密度に析出しており、組織からいって実施例１の
場合には比較例１の場合よりも耐摩耗性および相手材へ
の攻撃性の著しい改善が期待される結果となっているが
、この結果は前記台上耐久試験の結果と良く一致してい
る。

なお、実施例２の場合、Ｃｕを合金粉の形で添加してい
るため、Ｃｕの偏析を抑制することができた。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明による焼結合金は、
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ合金粉に、ｐ、ｃおよびＣｕを添
加した混合粉を、非酸化性雰囲気中で液相焼結して成る
ものであるから、Ｃｒ。

Ｍｏ　、Ｖの炭化物からなる硬質相が密に析出した組織
が得られるため耐摩耗性に著しく優れたものであり、Ｃ
ｕの添加によって上記析出炭化物の微細化および球状化
がはかられるため相手材への攻撃性が小さく、相手材の
摩耗量をも少なくするものであり、焼結温度を低下する
と共に焼結性の向上をはかり、総合的に、耐摩耗性およ
び耐ピッチング性に優れていると同時に高強度であり、
相手材に対する摩耗も少ないという非常に優れた特性を
有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例および比較例において作製し
たカムピースの形状を示す正面図、第２図はこの発明の
実験例において作製したカムシャフトの部分斜視図、第
３図は摩耗試験結果を示すグラフ、第４図および第５図
は組織観察結果を示す組織写真（各４００倍）である。 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人弁理士　小　　塩　　　　豊 第・ 】−２Ｃ１（× 第５ＩＩ ４００）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ：２〜７重量％ Ｍｏ：Ｏ，１〜１．５重量％ Ｖ：０．１〜３重量％、残部実質的にＦｅからなる合金
   粉末が８５重量％以上、残部がＰを含む合金粉末、Ｃｕ
   粉末またはＣｕを含む合金粉末および炭素粉末からなり
   、かつＣｕを１〜１０重量％、Ｐを０．１〜２重量％、
   Ｃを０．５〜３重量％含む混合粉末を、非醇化性雰囲気
   中で液相焼結してなることを特徴とする炭化物分散型の
   耐摩耗性焼結合金。