JPS60159154A - 耐摩耗焼結摺動材 - 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】 技術分野 この発明は、内燃ａＩＩｒ！４の動弁系部品のうち特に
耐摩耗性が必要とされる部品に適した高密度で高硬度な
鉄基焼結材料に関するものである。

従来技術 周知のように内燃機関の動弁ｔｉ栖を構成する部品に対
する使用条件は非常に厳しく、そのためそれ等の部品に
用いられる材料に対して要求される強度や耐摩耗性等の
特性の水準はきわめて高い。

特に動弁機構を構成する各種部品のうちでもカムシャフ
ト、バルブリフター、ロッカーアーム、バルブシート等
に対しては優れた耐摩耗性を有することが必要とされて
いる。

ところで同一組成の金屑材料を溶製法によって製造する
場合と、焼結法によって製造する場合とを比較すれば、
焼結法によって製造した場合の方が多くの場合より高い
性能を有する材料が得られることは良く知られるところ
である。そこで焼結法によって製造した焼結材料を内燃
機関の動弁機構を構成する各部品に使用することが従来
から考えられている。例えばカムシャフトやロッカーア
ームチップなどの一部の部品については、Ｑｒを主体と
しＭＯ、ＷおよびＶを加えた合金工具鋼に相当する組成
の焼結材料や、Ｗを主体としてＭＯ１■、Ｇｏを加えた
高速度鋼に相当する組成の焼結材料を用いることが既に
一部で実用化されている。

しかしながら、この発明の発明者等が行なった耐摩耗性
向上効果によれば、上述のような従来の焼結材料を用い
て製造した部品では、それ等の部品が摺動する相手側の
部材を摩耗させる性質、すなわち相手攻撃性が強いとい
う欠点を有することが明らかとなり、それ等の従来の焼
結材料はその点で内燃機関の動弁系欝成部品の材料には
適しないという問題があった。

発明の目的 この発明は、以上の従来の事情に鑑みてなされたもので
あって、高靭性で高硬度であり、しかも相手攻撃性が極
めて小さく耐摩耗性の優れた耐摩耗焼結摺動材を提供す
ることを目的とする。

発明の構成 この発明の耐摩耗焼結摺動材は、全体としての成分組成
が、Ｍ０１０〜３０％、ＣｕＯ，５〜５％、Ｃ１，５〜
３．５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物とされており
、しかもＭ　０２　Ｃを主体とする炭化物が基地中に均
一に分散されていることを特徴とするものである。すな
わちこの発明の焼結摺動材は、Ｆｅを主体とする基地に
Ｃｔｌと、Ｍｏ、Ｃの一部が固溶され、かつその基地に
Ｍ　（ｈ　Ｃが分散された構成とすることによって、相
手攻撃性を低くすると同時に充分な耐摩耗性を確保した
ものである。

発明の実施のための具体的説明 この発明の耐摩耗焼結摺動材では基地および分散相の全
体としての成分含有量が、１０〜３０％、ＣｕＯ，５〜
５％、ＣＩ、５〜３．５％、残部Ｆｅおよび不可避的不
純物と規定される。次にそれらの成分限定理由を説明す
る。

添加されたＭＯは、その一部が基地金属たる「ｅに固溶
して基地を強化し、かつ焼入性を向上させる。その他は
炭素と結合してＭ　ｏｘ　Ｃを生成して、基地中に分散
析出することにより耐摩耗性を向上させる。ここでＭＯ
が１０％０％未満る場合、大部分が基地に固溶して炭化
物が十分に生成されず、耐摩耗性向上効果が得られない
。またＭＯが３０％を越えて加えられても、炭化物の面
積率が増加するわりには１ｉｄｌｌ耗性の向上はみられ
ず、徒らにコストが上昇するという不利益がある。した
がってＭｏの成分量は１０〜３０％の範囲内とする必要
がある。

Ｃ１は基地組織の強化を目的として加えられ、その成分
量が０．５％未満である場合その効果は見られず、一方
５％を越えるとその基地組織を強化するという効果は飽
和し、経済性が損われる。したがってＣｕは０．５％〜
５．０％の範圃で加える必要がある。

Ｃは１部が基地に固溶して基地を強化し、その他がＭＯ
と結合してＭ　０ｆｆｉ　ｃが生成される６Ｃの成分量
が１．５％未満では耐摩耗性を向上させるに十分な量の
炭化物が得られず、３．５％を越えると炭化物の分量が
過剰となり、摺動材が摺動する相手材への攻撃性が生じ
るという不都合がある。したがって、Ｃは１．５％〜３
．５％の範囲で加える必要がある。

上記各成分量に対する残部はＦｅおよび不可避的不純物
とされる。ここでＦｅは基地組織の本体となるものであ
る。一方不可避的不純物としては通常の鉄系材料に不可
避的に含まれるＭｎ　ｓ　Ｓ　ｉ　ｓＡｌ等が考えられ
るが、これらの不純物は、この発明の材料の場合、強度
等の点から２％以下に抑制することが望ましい。

なお、以上の各成分の混合および圧粉・焼結にあたって
は、先ずＣを除く成分の合金を粉末化し、これに０分と
しての黒鉛を混合して所定の組成として圧粉成形および
焼結するのが好ましい。しかし、純金属粉末あるいは鉄
合金粉（〕ｌロアロイ粉）または炭化物粉等を用い、こ
れらを目標成分となるように混合して圧粉・焼結しても
良い。

以上のようにすることによってＭ　０２　Ｃを主体とづ
゛る炭化物がＣＵによって強化されたＦｅを主体とする
基地に均一に分散された焼結材が得られる。

この発明の耐摩耗焼結摺動材では、基地内に分散する炭
化物の平均粒径が２〜３５　Ｉｔ　ＩＩの範囲とり゛る
ことか好ましい。２μｍ未満では十分な耐摩耗性は得ら
れず、３５μｍを越えれば相手材の摩耗量が増加する。

そしてこの粒径範囲内でも特に５〜２５μ舞の範囲内が
好ましい。ここで炭化物の粒径とは、円形の炭化物では
その直径であり、だ円形あるいは片状の炭化物ではく長
径＋短径）／２が粒径とされ得られた焼結材を切断研摩
して測定する。なお、上述の焼結材における炭化物の粒
径は圧縮粉末の組成や粒径、あるいは粉末の焼結過程に
おける焼結温度や時間等によって制御することができる
。

さらに、この発明の耐摩耗焼結摺動材の炭化物面積率、
すなわち切断研摩面の単位面積における炭化物面積の比
率は、１０〜４０９６とすることが好ましい。炭化物の
面積率が１０％未満である場合、耐摩耗性が十分でなく
、４０％を越えると相手攻撃性が生じ、結果として耐摩
耗性が低下する。

また、焼結体の密度比については、密度比が９０％未満
になると材料の耐摩耗性が十分に発揮されなくなるから
、９０％以上とすることが望ましい。

加えて、焼結体の見掛は硬度については、ビッカース硬
さで４００〜９００とすることが好ましく、Ｈｖ４００
未満では耐摩耗性が劣り、Ｈｖ９００を越えれば相手材
を摩耗させやすくなり、不都合となる。

以下にこの発明の実施例を記す。

実施例１ 鉄、１０％モリブデン、０．５％銅および不可避不純物
とよりなる噴霧合金粉（粒径２５０μ−以下）と、天然
黒鉛粉２．５％に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛（以下
７ｎ−３ｔと略記する）を昇化で１％混じえ、■型混合
機により混粉した。この混合粉を金型成形法を用いて成
形し、密度６．４　ａ／ａｍ”φ３０Ｘ１０形状の圧粉
体を得た。これを水素ガス中で焼結温度を１１９０℃、
焼結時間を６０分として焼結した。

実施例２ 鉄、２０％モリブデン、２．５％銅および不可避不純物
とよりなる噴霧合金粉（粒径１４９μ讃以下）ト天然黒
鉛粉１．５％と、ｚｎ−ｓｔｉ％（昇化）とを■型混合
機により混粉した。この混合粉を金型成形法により成形
し、密度６．４　Ｑ／ｃｍ３φ３０×１０形状の圧粉体
を得た。これを水素ガス中で焼結温度を１２００℃、焼
結時間を６０分として焼結した。

実施例３ 鉄、３０％モリブデン、５％銅および不可避不純物とよ
りなる噴霧合金粉（粒径１７７μ−以下）と天然黒鉛粉
３．５％およびＺ　ｎ−３ｔｌ、０％（昇化）とを、■
型混合機で混粉した。この混合粉を金型成形法により成
形し、密度６．４　ｇ／ｃ＋ｇ３φ３０Ｘ１０形状の圧
粉体を得た。この圧粉体を水素ガス中で焼結温度を１１
９０℃、焼結時間を６０分として焼結した。

比較例１ 鉄、５％モリブデン、２％銅および不可避不純物とより
なる噴霧合金粉（粒径１４９μｍ以下）と、天然黒鉛粉
２．５％およびＺｎ−８ｔ１％（昇化）とを■型温合気
により混粉した。この混合粉を金型成形法により成形し
、密度６．４　ｇ／ｃｍ３φ３０×１０形状の圧粉体を
得た。この圧粉体を焼結温度を１１９０℃、焼結時間を
６０分として水素ガス中で焼結した。

比較例２ 鉄、２０％モリブデンおよび不可避不純物とよりなる噴
霧合金粉（粒径１４９μｍ以下）と天然黒鉛粉１．５％
およびＺ　ｎ−３ｔｌ、０％（昇化）とを■型混合機に
より混粉した。この混合粉を金型成形法により成形し、
密度６．４１７ｃｍ３φ３０Ｘ１０形状の圧粉体を得た
。この圧粉体を焼結温度を１２００℃、焼結時間を６０
分として水素ガス中で焼結した。

比較例３ 鉄、２０％モリブデン、２％銅および不可避不純物とよ
りなる噴霧合金粉（粒径１４９μｍ以下）と、天然黒鉛
粉０．５％およびＺｎ−３ｔ１％（昇化）とをＶ型混合
機で混粉した。この混合粉を金型成形法で成形し、密度
６．４ｇ７／Ｃｌ１１３φ３０Ｘ１０形状の圧粉体を得
た。この圧粉体を焼結温度を１２００℃、焼結時間を６
０分として水素ガス中で焼結した。

比較例４ 鉄、１２％クロム、１％モリブデン、０．４％バナジウ
ムおよび不可避不純物とよりなる噴震合金粉（粒径１４
９μｎ＋以下（Ｊ　ｌ５ＳＫＤＩ　１に相当））と、天
然黒鉛粉２．５％およびＺ　ｎ−３ｔｌ、０％（昇化）
とをＶ型混合機により混粉した。これを金型成形法によ
り成形し、密度６．４　ｇ／’ｃｍ３φ３０×１０形状
の圧粉体を得た。この圧粉体を１２００℃で６０分間水
素ガス中で焼結した。

以上の各実施例および各比較例によって得られた焼結体
について、密度比、硬さ、炭化物平均径、炭化物面積率
等の特性を測定した。各焼結体の組成を第１表に、各焼
結体の特性測定結果を第２表に示す。

また、以上の各実施例および比較例により得られた焼結
体について摩耗試験を行なった。摩耗試験としてはブロ
ック−リング式摩耗試験を適用した。

ブロックを実施例および比較例によって得られた焼結体
によって製作し、相手リング材の材質はＦｅ１２　（Ｊ
　Ｉｓ）とした。リングの摺動面をチル化させ、表面硬
さがごッカース硬さで４８０±２０となるようにした。

なお、試験はエンジン油（ＳＡＥ　１０Ｖ１３０）の油
滴下状態で、リング回転数１５Ｑｒｐｍ１荷重６０ｋ（
１、試験時間３０分として行ない、ブロック摺動向の摩
耗深さ、およびリング材の重量減少量を測定した。その
結果を第１図に示す。

図からも明らかな様に、実施例１〜３の焼結体は、比較
例１〜４の焼結体に比べ、自身の摩耗深さは小さく、ま
た相手リングの摩耗重量も少なく、耐摩耗性が優れてい
る。

比較例１の焼結体は、実施例１〜３の焼結体と同じ元素
を含んでいるが、ＭＯ量が低いため、充分な炭化物が得
られず、炭化物自体もＦｅＣが主体どなっているため、
耐摩耗性は低い。比較例２の焼結体はＣＩＪを含まない
ため基地金属の強化がなされず、ＭＯおよびＣ量が比較
例２と同量である実施例２のｍ粘体と比較するとブロッ
ク摩耗深さは約４倍であり、耐摩耗性は著しく劣る。

比較例３の焼結体は、Ｃ息が少ないため、炭化物がほと
んど生成されず、ｌｄ摩耗性は低い。

比較例４の焼結材はＪＩＳ　５ＫＤ１１に相当する材料
であり、耐摩耗材料として使用実績の多い焼結材である
。しかし、ブロック摩耗深さ、リングｉ粍組量ともに大
きく、名実流刑のものと比較して耐摩耗性は低い。また
この材料はＣｒ７　Ｃａを主体とする炭化物を分散させ
たｖＪ利であるため、比較例２の焼結体と比較すると、
ブロック摩耗深さはわずかに少ないものの、その反面リ
ンク摩耗量ｎは逆に２倍〜弱はど増加しており、モリブ
デン炭化物を分散した各実施例の材料より、相手攻撃性
が格段に高い。

なお、本発明者°らは５ＫＤ１１以外の市販工具鋼（Ｓ
ＫＤ６１など）を用いた摩耗試験においても、Ｃｒ系炭
化物あるいはＷ系炭化物を主体に分散させた材料はこの
発明の材料より耐摩耗性が劣っている事を確認している
。

以上のようにこの発明の耐摩耗焼結摺動材は全体として
の組成がＭＯ１０〜３０％、ＣｕＯ，５〜５％、Ｃ１，
５〜３．５％、残部がＦｅおよび不可避的不純物とされ
ており、Ｆｅを主体とする基地にＣｕと、ＭＯｌＣの一
部が固溶され、かつその基地にＭ　Ｏｆ　Ｇが分散され
た構成とすることによって、強度が大きく耐摩耗性が優
れ、特に相手攻撃性が極めて小さいものとすることがで
きる。そのため、この発明の耐摩耗焼結摺動材を用いれ
ば、内燃機関の動弁機構を構成する部品等、使用条件の
非常に厳しい部品を焼結材料によって好適に！！！造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実旅例の焼結体と比較例の□□ジー
−′ 焼結体とについてブロック−リング式摩耗試験を行ない
、ブロック摺動面の摩耗深さ、およびリング材の重量減
少員を測定し、その結果を比較して示した図である。 出願人　トヨタ自動車株式会社 代理人　弁理士　豊　１）武　久 （ほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）全体としての成分組成が、ＭＯ１０〜３０％（型
   組％、以下同じ）、ＣｕＯ，５〜５％、Ｃ１，５〜３．
   ５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物とされ、かつＭ　
   Ｏａ　Ｇを主体とする炭化物が基地中に均一に分散され
   ていることを特徴とする耐摩耗焼結摺動材。 ＜　２　）　Ｍｏｗ　Ｃを主体とする炭化物の平均粒径
   が２〜３５μ論の範囲内であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の耐摩耗焼結摺動材。 （３）Ｍｏ、Ｃを主体とする炭化物の面積率が１０〜４
   ０％のＲＩ！Ｉｌ内であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の耐摩耗焼結摺動材。 特許請求の範囲第１項、または第２項、もしくは第３項
   記載の耐摩耗焼Ｉｉ！ｉ摺動材。 （５）見掛硬さがビッカース硬さで４００〜９００ひあ
   る事を特徴とする特許請求の範囲第１項、または第２項
   、もしくは第３項記載の耐摩耗焼結摺動材。