JPS608293B2 - 耐摩耗性ならびに潤滑性にすぐれた耐食性鉄系焼結合金の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐摩耗性ならびに潤滑性にすぐれる耐食性鉄系
焼結合金の製造方法に関し、とくに鉄道車覇、台車その
他に附説されるブレーキ装置のブッシュ材、ならびに水
、熱湯、水蒸気などを通すバルブのパッキング、ワッシ
ャー材等に好適であって、耐摩耗性ならびに潤滑性にす
ぐれ、さらに耐食性がありかつ相手方のピンその他の接
触部材の摩耗や嫁付き、さび付きによる固着を減少防止
できる耐食性鉄系焼結合金の製造法に関する。

現在、鉄道章節、台車その他に使用されるブッシュ材と
しては、高負荷のこともあって鉄系合金が主流を占め、
鉄系合金としては鋼、鋳鉄等のいわゆる溶製材料が中心
である。この漆製材料は潤滑成分が少なく、相手方接触
部材との間で暁付が生じ易く、その際接触部材を著しく
摩耗させるとともにブッシュ材自体も摩耗することが多
い。また鉄道車鯖その他のブッシュ材は保守が難しく塵
挨の多いところに附設されるので、欠油や硬質異物介入
等により接触部材が損傷し著しく摩耗されやすい。これ
ら溶製材の欠点を解消した材料として特願昭５１一４７
２５号に示す耐摩耗性ならびに潤滑性にすぐれる鉄系焼
結合金が鉄道車輪その他のブッシュ材として使用されつ
つあるが、この材料は特に負荷の大きな箇所ではなお摩
耗が多く、またさび付きが問題になる箇所には使用でき
ないという欠点がある。本発明は上記欠点の解決を目的
とし、具体的には特に耐摩耗性にすぐれかつ潤滑性にも
すぐれ、相手方のピン等の接触部材を損傷、摩耗させた
り、燐付きを起こしたりすることがなく、さらにはさび
付きの少ない耐食性鉄系焼結合金を提供するものである
。

すなわち本発明は重量百分率で銅１０〜４０％、モリブ
デン０．５〜４％ならびに硫黄０．２〜３％をこれら単
体または合金もしくは化合物の粉末の形態で、残余クロ
ーム１１．５〜１８％を含む合金鉄粉末、または全体に
対して０．８％以下の炭素成分を混合もしくは合金させ
たクローム１１．５〜１８％を含む合金鉄粉末に混合し
てから成形ならびに暁結し、素地中に銅相と硫化物相と
を分散させることを特徴とする。

以下本発明につき詳しく説明する。

まず本発明は鉄系の暁結合金であり、クロームを含む合
金鉄の粉末に対して銅、モリブデンならびに硫黄の単体
または合金もしくは化合物の粉末を配合する。つぎにこ
の配合もしくは混合粉末を例えばブッシュ材の如き形状
に成形し、その後この成形体を銅や硫黄が合金鉄に拡散
しすぎて耐食性を著しく損うことのないような温度で焼
結すればよい。斯かる焼結条件としては例えば約１０７
０〜１１３０ｑｏで２０分間程度暁結するのが好ましい
。以上の通りに本発明に係る耐食性鉄系焼結合金が得ら
れるが、この合金においてその配合もしくは混合に先立
って銅、モリブデン、硫黄等の単体または合金もしくは
化合物の粉末の配合割合および合金鉄中のクロームの割
合を次の通りに特定し、これにより耐摩耗性と耐食性の
大きなクロームを含む合金鉄の素地中に銅相と硫化物相
とを分散させる。

このような複合組織にすることにより、耐摩耗性ならび
に潤滑性が向上し、相手方の接触部材との間でも焼付き
や摩耗をほとんどおこすことがなく、しかも耐食性がか
なり大きいため、さび付きやさび付によるブッシュ材と
相手方ピンとの固着を起す恐れがなくなる。そこで、そ
の配合割合を説明すると次の通りである。

【ィー 銅単体またはその合金もしくは化合物の粉末（
以下単に銅成分という）銅成分自体は相手方の接触部材
との間で嫁付きを防止する効果を有するほか、クローム
を含む合金鉄に一部分合金化して談合金鉄の耐食性を高
める。

このため本発明においては銅成分は必須の添加成分であ
って含有量が１０〜４０％になるように添加配合する。
この理由は銅成分が１０％未満しか含まれていない場合
は、合金素地中の銅相が少なくなり、暁付き防止の効果
が十分達成できないからであり、銅成分が４０％以上含
まれている場合は銅相が多くなり過ぎて、かえつて合金
素地中におけるクロームを含む合金鉄粉末相互間の結合
が阻止され、素地強度ならびに耐摩耗性が損なわれるか
らである。【口｝ モリブデンまたはその合金もしくは
化合物の粉末（以下単にモリブデン成分という）モリブ
デン成分の一部は焼結時に、クロームを含む合金鉄と合
金化して合金素地の強度ならびに耐摩耗性を向上させ、
モリブデン成分の他の一部は硫黄と合金化して合金素地
中に粒状に散在して潤滑性を向上させる。

このため本発明においてはモリブデン成分は必須の添加
成分であって含有量が０．５〜４％になるように添加配
合する。この理由はモリブデン成分が０．５％未満しか
含まれていない場合は、クロームを含む合金鉄との合金
化率が低下し、それほど耐摩耗性は向上せず、また合金
素地中での硫化物の分散の仕方が変わって潤滑性も大し
て向上しないからであり、モリブデン成分が４％以上含
まれている場合は、かえってモリブデン成分の未合金化
部分が多くなって合金素地の耐摩耗性が低下するからで
ある。し一 硫黄単体またはその合金もしくは化合物の
粉末（以下単に硫黄成分という）硫黄成分は銅、モリブ
デン、鉄筆の各成分間で硫化物相を生成し、この硫化物
相は上記の銅相と複合組織を生成して上記の通りの効果
が達成できる。

このため本発明においては硫黄成分は必須の添加成分で
あって含有量が０．２〜３％になるように添加配合する
。この理由は硫黄成分が０．２％未満しか含まれていな
い場合は、硫化物相の生成量が不十分になって潤滑作用
が低下し、相手方の接触部材との間での燐付き等を生じ
やすいからであり、硫黄成分が３％以上含まれている場
合は硫化物相の生成量が多くなり過ぎて合金素地の強度
や耐摩耗性が低下するからである。９ クロームを含む
合金鉄の粉末（以下単に合金鉄成分という）クローム成
分は鉄に合金化してその耐食性を向上させる。

このため本発明においてはクロ−ム成分は必須の合金成
分であってクローム含有量が１１．５〜１８％であるク
ロームー鉄の合金を用いる。この理由はクロームが１１
．５％未満しか含まれていない場合は、合金鉄表面の不
働態被膜の生成が不充分になって耐食性が低下するから
であり、クロームが１８％以上含まれている場合は高温
度での材料特性が劣化しやすいからである。合金鉄成分
は本発明合金のベース金属であって素地の耐摩耗性と耐
食性を向上させるもので、合金鉄成分は他の成分に比べ
て残余として最も多く添加配合されるものである。以上
の通り本発明は合金鉄成分に対し上記各成分を配合して
暁結し、これによって合金鉄中の素地中に銅相と硫化物
相とを分散せしめて耐摩耗性ならびに潤滑性を向上させ
、しかも良好な耐食性を持たせたものである。

そして本発明においては上記合金鉄成分の代りに全体に
対する割合で０．８％以下の炭素成分を混合もしくは合
金させたクローム１１．５〜１８％を含有する合金鉄粉
末を使用することにより、合金素地は更に強化され耐摩
耗性がいちじるしく向上する。すなわち炭素成分は合金
鉄に固溶し、このため合金素地のカタサが高まり、強度
や耐摩耗性が向上する。

しかし炭素成分が０．８％をこえると合金素地のカタサ
が高くなり過ぎて、相手方の接触部材との間で糠付きが
生じ易く、該接触部材の摩耗量が多くなり、また材料の
耐食性がいちじるしく劣化する。このため炭素成分は０
．８％以下で添加するのが好ましい。次に実施例を挙げ
て本発明について説明する。

実施例 １鋼成分１５％、モリブデン成分１．２％、硫
黄成分０．８％ならびに残余、クローム１３％を含む合
金鉄になるように、銅粉末（粒径１０５ミクロン以下）
、二硫化モリブデン粉末（粒径４４ミクロン以下）およ
び合金鉄粉末（粒径１４９ミクロン以下）を配合して混
合した。

なお成形時の金型との離形剤として０．５％のステアリ
ン酸亜鉛を余分に添加した。つぎにこの混合粉末を肋ｎ
／洲の圧力で加圧成形し、その後成形体を水素雰囲気中
で５００℃内外で３０分間加熱してステアリン酸亜鉛を
除去するための処理、いわゆる脱ろう処理を行い、さら
にその後アンモニア分解ガス雰囲気中（霧点−１５ｏｏ
以下）、１１００『０内外で２び分間暁結した。以上の
通りにして得られた焼結合金について、密度、カタサ、
引張強さ、衝撃値、耐摩耗性、相手方接触部材の摩耗度
合ならびに耐食性について求めたところ第１表の通りで
あった。なお第１表においてカタサはロックウェルＢス
ケールを示し、耐摩耗性、相手方の摩耗度合は摩耗試験
によって求め、試験は大越式迅速摩耗試験機を用いてつ
ぎの通りに行った。すなわち直径３２ｈｍ、中３ｈｍの
Ｓ４丈浸炭焼入れリングを相手方の接触部村とし、これ
に上記焼結合金を１８．９ｋｇの力で押付けて、該リン
グを回転させて、その摺動距離を２０血、沼動速度を０
．１２ｈ／ｓｅｃとして摺動させて試験を行った。

この際暁結合金の摩耗中を求めて耐摩耗性を判定し、該
リングの摩耗重量を求めて相手方の摩耗度合とした。ま
た耐食性の判定は暴露試験によって行った。すなわち試
験用試料を風雨の当る戸外に約２週間放置してそのサビ
の発生度合を見た。実施例 ２鋼成分１５％、モリブデ
ン成分１．２％、硫黄成分０．８％、炭素成分０．１％
ならびに残余クローム１３％を含む合金鉄になるように
、実施例１と同様な銅粉末、二硫化モリブデン粉末、合
金鉄粉末のほかに、黒鉛粉末（粒径４４ミクロン以下）
を配合し、ステアリン酸亜鉛０．５％を余分に添加して
混合し、さらに実施例１と同じ条件で加圧成形脱ろう、
蛾結して嘘結合金をつくった。

得られた競結合金の材料特性、摩擦試験、耐食試験の結
果を同様第１表に示す。実施例 ３ 銅成分３０％、モリブデン成分２．４％、硫黄成分１．
６％ならびに残余クローム１７％を含む合金鉄となるよ
うに、実施例１と同様な銅粉末、二硫化モリブデン粉末
、合金鉄粉末を配合し、ステアリン酸亜鉛０．５％を余
分に添加して混合し、さらに実施例１と同じ条件で加圧
成形、脱ろう、焼結して焼結合金を作った。

得られた焼結合金の材料特性、摩擦試験、耐食試験の結
果を同様第１表に示す。実施例 ４ 銅成分２０％、モリブデン成分１．２％、硫黄成分０．
８％、炭素成分０．５％ならびに残余クローム１３％を
含む合金鉄になるように、実施例２と同様に配合物を得
、これに更にステアリン酸亜鉛０．５％を添加混合し、
同条件で加圧成形、脱ろう、暁結して凝結合金を作った
。

得られた暁結合金の材料特性、摩擦試験、耐食試験の結
果を同様第１表に示す。比較例 １ 銅成分１５％、錫成分１．５％、モリブデン成分１．２
％、硫黄成分０．８％、炭素成分０．８％ならびに残余
鉄成分からなるよう、銅粉、錫粉、二硫化モリブデン粉
、鉄粉のほかに粒径４４ミクロンの黒鉛粉を配合して混
合し、４トン／地の圧力で加圧成形し、その後成形体を
水素雰囲気中で１０５０ｑｏ内外で１時間暁結した。

この比較例１は前記特厭昭５１−４７２５号明細書の実
施例２に示された暁結合金の欄猪油を含浸しないものに
あたる。この焼結合金の試験結果を同様第１表に示す。
第１表から本発明焼結合金は耐摩耗性と潤滑性にすぐれ
、相手材料を摩耗させたり競付かせたりすることが殆ど
ないことが明らかである。

また本発明合金と比較合金とを対比すると明らかな通り
、本発明合金は耐摩耗性がかなり向上しており、耐食性
については極めて良好であることが判る。表１表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量百分率で銅１０〜４０％、モリブデン０．５〜
   ４％ならびに硫黄０．２〜３％をこれら単体または合金
   もしくは化合物の粉末の形態で、残余クローム１１．５
   〜１８％を含む合金鉄粉末に混合してから成形ならびに
   焼結し、素地中に銅相と硫化物相とを分散させることを
   特徴とする耐摩耗性ならびに潤滑性にすぐれた耐食性鉄
   系焼結合金の製造方法。 ２ 重量百分率で銅１０〜４０％、モリブデン０．５〜
   ４％ならびに硫黄０．２〜３％をこれら単体または合金
   もしくは化合物の粉末の形態で、残余、全体に対して０
   ．８％以下の炭素成分を混合もしくは合金させたクロー
   ム１１．５〜１８％を含む合金鉄粉末に混合してから成
   形ならびに焼結し、素地中に銅相と硫化物相とを分散さ
   せることを特徴とする耐摩耗性ならびに潤滑性にすぐれ
   た耐食性鉄系焼結合金の製造方法。