JPS5982508A - 内燃機関の摺動部材用Ｆｅ−ＴｉＣ系焼結材料 - 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】 この発明は、すぐれた耐摩耗性および著しく低い１１１
手攻撃性を有し、特に使用条件が苛酷にな、りつつある
内燃機関の摺動部材として使用するのに適したＦｅ−Ｔ
ｉＣ系焼結材料に関するものである。

従来、内燃機関のロッカーアーム摺動面に用いられるバ
ット材、カム、バルブガイド、あるいはスリープなどの
摺動部拐の製造には種々の材料が用いられている。

しかし、近年の内−燃機関、例えばディーゼルエンジン
においては、環境保護の立場から、廃ガス規制が強制的
に実施されており、その対策とじてＥＧＲ（排気ガス還
流装置）機構が設けられているため、潤滑油の劣化が激
しくなるばかりでなく、潤滑油中に劣化生成物、すす、
さらに水分が発生混入するようになり、このような詐滑
油にさらされた場合、従来材料の摺動部材では、それ自
身の摩耗が救しく、かつ相手攻撃性も一段と増大するよ
うになるものであった。

そこで、本発明名等は、上述のような観点から、それ自
身の耐摩耗性にすぐれ、かつ４目手攻撃性の低い材料を
得べく研究を行なった結果、乗気％で、Ｃｒ：　１〜１
５％、Ｃ：５〜２０％、ＰおよびＢのうちの１種または
２種、０１〜２％、Ｔｉ：２０〜５５％を含有し、さら
に必要に応じて１〜４ｏ、Ｎｂ、Ｗ。

Ｖ、およびＺｒのうちの１種または２種、０２〜５係と
、Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｃｕ、　およびＭｎのうちの１種ま
たは２種以上：０５〜５％のいずれか、または両方を含
有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成。

並びに主としてマルテンサイトからなる素地に、主とし
て炭化チタンと炭化クロムからなる硬質（目が微細均一
に分散した組織を有するＦｅ−ＴｉＣ系焼結材料は、苛
酷な条件下での使用に際しても、すぐれた耐摩耗性およ
び著しく低い相手攻撃性を示し、したがってこれらの特
性が要求される内燃機関の摺動部拐として使用した場合
に長期に亘ってすぐれた性能を発揮するという知見を得
たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成を上記の通りに限定したＪｌｊ由を
説明する。

（ａｔ　　Ｃｒ Ｃｒ成分には、素地に固溶し、これを強化するほか、Ｃ
成分と結合してビッカース硬さ：１２００り上を有する
炭化クロムを形成し、もって材料の耐摩耗性を向上させ
る作用があるが、その含有量が］％未満では所望の耐摩
耗性を確保することができず、一方１５％を越えて含有
させると相手攻撃性が急激に増大するようになることか
ら、その含有量・を１〜１５％と定めた。

（ｂｌ　　ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して、これを強化すると共に、
　Ｃｒ、およびＴｉ（Ｔｉは通常炭化チタンの形で原料
粉末として使用される）１　さらにＭｏ、Ｎｂ。

Ｗ、Ｖ、およびＺｒと結合して硬い炭化物を形成して、
材料の耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量
が５％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
２０％を越えて含有させると、材料の脆化が著しくなる
ことから、その含有量を５〜２０％と定めた。

（Ｃ１’ＰおよびＢ これらの成分には、焼結時に液相を発生させて焼結性を
向上させ、もって利料を緻密化するほか、素地に固溶し
て、なじみ性を向上させる作用があるが、その含有量が
０．１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方２％を越えて含有させると、利料の脆化が著しくなる
ことから、その含有量を０１〜２％と定めた。

（、ｉｌ　　’ｒｉ Ｔ１成分は、主として炭化チタン（以ト’ＴｉＣで示す
）の形で素地中に存在して硬質相を形成するが、とのＴ
ｉＣは、密度：　４．９　ｙ／ｃＡ　（比較的低密度〕
。

ビッカース硬さ、約３２００．融点：　３２５０℃の特
性をもつことから、それ自身のもつ高硬度によって材料
はすぐれた耐摩耗性をもつように々るばかりでなく、相
手部利との凝着性を緩和する作用があるので、材料のな
じみ性が一段と向上するようになるが、ＴｉＣ含有量が
Ｔｉｉで２０％未満（′１゛ユＣ量で２５％未満）では
前記作用に所望の効果が得られず、一方同じ（’Ｉ’ｉ
計で５５％（’ＴｉＣ／ 量で７０％）を越えて含有させると、材料が脆イヒする
ようになることから、ＴｉＣ含有量を、Ｔｌ量で２０〜
５５％と定めた。

（ｅｌ　Ｍｏ、　Ｎｂ、　、ｗ、　ｖ、およびＺｒこれ
らの成分には、素地に固溶して、これを強化するほか、
Ｃ成分と結合して硬い炭化物を形成し、もって材料の耐
摩耗性を一段と向上させる４作用があるので、特により
一層の耐摩耗性が要求される場合に必要に応じて含有さ
れるが、その含有量が０２％未満では所望の耐摩耗性向
上効果力＼得られず、一方５％を越えて含有させると相
手攻撃性が急激に増大するようになることから、その含
有量を０２〜５％と定めた。

（ｆ）　　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｃｕ、　　およびＭｎこれ
らの成分には、素地に固溶して、材料の、靭性を一段と
向上させる作用があるので、特に靭性が要求される場合
に必要に応じて含有されるが、その含有量が０５％未満
では所望の靭性向上効果が得られず、一方５％を越えて
含有はせてもより一層の靭性向上効果は現われないこと
から、その含有量を０５〜５％と定めた。

なお、この発明の材料においては、材料の密度比が９０
％未満では、素地の強度が低く、かつ大きな空孔が存在
するようになり、この空孔のもつ切欠効果によって素地
が破壊されやすくなって、ピッチング摩耗が発生しやす
くなることから、９０係以」二の密度比をもつことが望
ましく、また硬′招相の割へか面積率で３０％未満では
所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができないこと
から。

硬質相が素地中に面積率で３０％以上存在するのが望ま
しい。さらに素地のマルテンサイトも、所望の耐摩耗性
を確保するためには面積率で６０％以−Ｌを占めること
が望ましい。

つぎに、この発明の焼結材料を実施例により具体的に説
明する。

実施例 原料粉末として、粒度−１００ｍｅｓｈのアトマイズＦ
ｅ−Ｃｒ合金（Ｃｒ：１２．５％含有）粉末、同一１０
０ｍｅｓｈの高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金（Ｃｒ：　６０％含
有）粉末、同一２５０　ｍｅｓｈのＴｉＣ（Ｃ：２０％
含有）２５．７％含有）粉末、同一２００　ｍｅｓｈの
Ｆｅ−Ｂ合金（３：２０％含有）粉末、りん片状黒鉛粉
末。

粒度’−３５０ｍｅｓｈのＭＯ粉末、　　−２００’ｍ
ｅｓｈのＦｅ−Ｎｂ合金（Ｎｂ：１５％含有）粉末、　
　−２００ｍｅｓｈのＦｅ−■合金（Ｖ：’７０％含有
）粉末、いずれも平均粒径：１０μｍのＷ粉末、　Ｎｉ
粉末、およびＣＯ粉末１粒度−２００ｍｅｓｈのＣｕ粉
末、同一２００ｍｅｓｈのＦｅ−Ｚｒ合金（Ｚｒ：６０
％含有）粉末、同一２００ｍｅｓ　ｂのＦｅ−Ｍｎ合金
（Ｍｎニア８％含有）粉末を用意し、これら原料粉末を
それぞれ第１表に示される−４′ｌ 配合組成に配合し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛：０
．５ｑｂを加えてＶ型ミキサーで混合した後、５　ｔ、
ｏｎ／ｃｎｔ　　の圧力で圧粉体に成形し、ついで前記
圧粉体を、真空中または還元性雰囲気中、１０００〜１
２５０℃の温度範囲内の所定温度に６０分間作漬して焼
結し、真空焼結の場合は、焼結後、温度二１０００℃か
ら強制空冷して焼入れし、また還元性雰囲気焼結の場合
は、焼結後、滲炭性雰囲気とし、８７０℃の温度に冷却
した時点で油焼入れを行なうことによって、実質的に配
合組成と同一の組成を有し、かつ同じく第１表に示され
る組織および密度比をもった本発明焼結材料１〜３３お
よび比較焼結材料１〜６をそれぞれ製造した。

なお、比較焼結材料１〜６は、いずれも構成成分のうち
のいずれかの成分含有量（第１表に※印を付したもの）
がこの発明の範囲から外れた組成をもつものである。

ついで、この結果得られた本発明焼結材料１〜３３およ
び比較焼結材料１〜６から、自動車エンジンのロッカー
アームのバット面に適合したチップ材を製作し、このチ
ップ材を、ロッカーアーム鋳造時に鋳包み、とのＡＱ合
金製ロッカーアームを４気筒ＯＨＣエンソンに組込み、
使用オイル：、５ＡＥＩＯＷ劣化油９回転数二８５０　
ｒ、ｐ、ｍｏ、　＋運転時間：２００時間の条件で耐摩
耗性試験を行ない、ロッカーアームのバット面、および
相手部材たるチル鋳物（Ｃ：３．５％、Ｓｉ：２％、Ｍ
ｎ：０．７％、Ｃｒ：０．８％、Ｐ：０．２％含有の鋳
鉄）製カムの摩耗量を測定した。これらの結果を第２表
に示した。第２表には前記チップ材を前記組成の鋳鉄の
チル鋳物とした場合の結果も示した。

第２表に示される結果から、本発明焼結材料１〜３３は
、従来チル鋳物に比して、いずれもすぐれた耐摩耗性を
有し、しかも相手攻撃性も著しく低いものでらるのに対
して、比較焼結材料１〜６に見られるように構成成分の
うちのいずれかの成分含有量がこの発明の範囲から外れ
ると、前記の両特性のうちの少なくともいずれかの特性
が劣ったものになることが明らかである。

上述のように、この発明のＦｅ−ＴｉＣ基焼結拐料材料
すぐれた耐摩耗性を有すると共に、相手攻撃性の著しく
低いものであるので、特に苛酷な条件下での使用を予義
なくされつつある内燃機関の摺動部拐として用いた場合
に、すぐれた性能を長期に亘って安定的に発揮するもの
である。

出願人　　三菱金属株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｃｒ：　１〜１５　％、　　Ｃ：　５〜２０
   　％、　　ＰおよびＢのうちの１種または２種：０１〜
   ２％、Ｔ１：２０〜５５チを含有し、残りがＦｅと不可
   避不純物からなる組成（以上重量％）、並びに主として
   マルテンサイトからなる素地に、主として炭イヒチタン
   と炭化クロムからなる硬質相カー微細均一に分散した組
   織を有することを特徴とする内燃機関の摺動部材用１１
   ｉ’６−ＴｉＣ系焼結材料。
2. （２）　　Ｃｒ　：　１〜１５　％　＋　　Ｃ：　５〜
   ２０　％　、ＰおよびＢのうちの１種または２種：０．
   １〜２％、Ｔｉ：２０〜５’５％を含有し、さらにＭｏ
   、Ｎｂ、　Ｗ、　　Ｖ。 およびＺｒのうちの１種または２種以上二０．２〜５チ
   を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）、並びに主としてマルテンサイトからなる素
   地に、主として炭化チタンと炭化クロムからなる硬質相
   が微細均一に分散した組織を有することを特徴とする内
   燃機関の摺動部材用Ｆｅ−ＴｉＣ系焼結材料。
3. （３）　　Ｃｒ：　１−１５％、Ｃ：５〜２０％、Ｐお
   よびＢのうちの１種または２種：０１〜２％、Ｔｉ：２
   ０〜５５％を含有し、さらにＮｉ、　Ｃｏ、　Ｃｕ、お
   よびＭｎのうちの１種または２種以上：０．５〜５係を
   含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成（以上
   重量％）、並びに主としてマルテンサイトからなる素地
   に、主として炭化チタンと炭化クロムからなる硬質相が
   微細均一に分散した組織を有することを特徴とする内燃
   機関の摺動部材用Ｆｅ−ＴｉＣ系焼結材料。
4. （４）　　Ｃｒ：　１〜１５％、Ｃ；５〜２０％、Ｐお
   よびＢのうちの１種または２種：０１〜２％、Ｔ１゜２
   ０〜５５％を含有し、さらにＭｏ、Ｎｂ、　　ｗ、　　
   ｖ。 およびＺｒのうちの１種または２種以上：０２〜５係と
   、　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｃｏ、およびＭｎのうちの１種ま
   たは２種以」二、０５〜５％を含有し、残りがＦｅと不
   可避不純物からなる組成（以上重量％）、並びに主とし
   てマルテンサイトからなる素地に、主として炭イヒチタ
   ンと炭化クロムからなる硬質相が微細均一に分散した組
   織を有することを特徴とする内燃機関の摺動部材用Ｆｅ
   −ＴｉＣ系焼結材料。