JPS61243155A - 耐摩耗性、摺動性に優れたベーン - 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】 イ）産業上の利用分野 本発明は、液体又は気体の圧縮機に用いるベーンに関す
るものである。

口）従来の技術 従来、液体又はガス体の圧縮機のベーンはＪＩＳＳＫ材
、　Ａｌ５Ｉ　６１５０のバネ用材、　ＪＩＳ　ＳＫＨ
５１相当の溶製法によるものであった。

ハ）発明が解決しようとする問題点 近年、圧縮機の圧縮比の増大、また高速回転化が要求さ
れるようになり従来材程度の耐摩耗性では、不十分とな
シつつある。一方、圧縮機のケーシング材、ロータ材と
しては共晶黒鉛鋳鉄、ノ９−ライト鋳鉄等の鋳物あるい
はＳＣＭｌ等の構造用鋼の鍛造材や焼結材が一般に使用
されているが、ベーンの摺動による被摺動面の摩耗が問
題となっている。つまシ、ベーンの被摺動材（ケーシン
グ。

ロータ）に対する摺動性が良好であるということが、ぺ
−ｙ自体に要求されている。換言すると耐摩耗性に富み
ながらかつ摺動性に優れているという一般には相反する
２つの特性がベーンに要求されている。しかしながら、
現在は以上の要求を満足するよう表ベーンは開発されて
いない。

本発明は耐摩耗性は勿論の事、ケーシングやロータの摩
耗を低減可能な摺動性に優れたベーンの提供を目的とす
るものである。

二）問題点を解決するための手段 本発ｑａ、重量％−Ｔｉｃ　０．７〜３．０　％　、　
８１０．１〜１．５　％　−Ｃｒ　２．５〜７．０　％
　ｔ　Ｗ＋　２　Ｍｏ　１０．０〜２０．０　％　、　
Ｖｏ、５〜６．０　Ｔｏ　、　Ｃｏ　１０．０％以下、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる焼結体で、該焼
結体中に最大直径が１００μ以下の空孔が面積率で１〜
１０％有し、基地部硬さがＨマ８００〜１０００であり
該基地中に平均粒径５β以下のＭ６ＣとＭＣ型結晶構造
で示される炭化物粒子が容積−で９〜１５％均一に分散
されること、ならびに上記組成にさらにＭｎ０．３〜２
．０％、８０．２〜０．７％含有させることにより該基
地中に硫化物系介在物を面積チで０．５〜３．０％均一
微細に分散させたベーンを提供し前記問題点を解決する
ものである。

本発明の骨子は、耐摩耗性付与に関しては主にＨマ８０
０〜１０００の高硬度を有する基地中に高硬度のＭ６Ｃ
、ＭＣ型結晶構造の炭化物粒子を均一に分散させること
、摺動性向上に関しては主に最大直径が１００μ以下の
空孔を面積チで１〜１０％意識的に残留させ、空孔内部
表面を酸化せしめ、酸化皮膜による界面潤滑効果を付与
すること表らびに空孔を利用し空孔内に潤滑油を湿潤さ
せること、更に積極的に硫化物介在物を多量に分散せし
め摩擦係数を下げることにある。

本発明ベーンは、前述の水アトマイズ粉末に黒鉛粉末を
０．７チ以下添加混合し２〜８　■／ｃｍ２の成形圧で
プレス成形をして、成形体を非酸化性雰囲気中で１１５
０〜１２６０℃で焼結して製造される。表お焼結温度は
粉末組成によシ適宜選択されるものである。

ホ）作用 基地硬さは耐摩耗性の向上のためＫＨマが８００未満で
は効果がない。また基地硬さは摩擦係数を低減にも寄与
し、この効果を得るためにもＨｖは８００以上が必要で
あＪ）、ＨｖｌＯＯＯをこえると材料が脆弱化しベーン
としての実用が不可能となる。

基地９罠未固溶炭化物として残留させる炭化物は耐摩耗
性に大きな影響を及ぼす。未固溶炭化物はできるだけ高
硬度である仁とが望ましく　、　Ｍ６Ｃ。

ＭＣ型の結晶構造で示される炭化物が好適である。

該炭化物は容積チで９チ未満では耐摩耗性に効果はなく
また１５％を越えると摺動性に悪影響を及ぼす。またこ
の炭化物粒子は平均粒径が５μ以下であることが必要で
ある。平均粒径が５μ以上ではケーシング、ロータに対
するアブレッシブ作用が強すぎまた、研削仕上時の砥石
摩耗量を増加させ、かつ表面仕上状態が粗くな〕圧縮機
作動時に局部的接触による焼付を促進する。

基地中に意識的に残留させる空孔は、摩擦係数の低減に
よる摺動性の向上を図る上で重要な因子である。液体を
圧力媒体とする湿式圧縮機では作動液体の空孔への湿潤
、ガスを圧力媒体とする乾式圧縮機では空孔内の酸化皮
膜が摩擦係数の減少に大きな効果がある。空孔径が最大
１００μを越えると切欠効果でベーンが脆化する。また
空孔が面積率で１０チを越えると空孔が連結しベーンの
強度が低下し欠損が生じ易くなシ、１％未満では上述の
効果が得られない。

以上説明した要件でベーンの摩擦係数は大巾に低減し、
摺動性も向上するが、更に基地中に面積比で０．５〜３
．ＯＪ均一微細に分散させることで、よシ効果的に摩擦
係数の低減が可能である。この硫化物系介在物としては
ＲｈＳが有効でありベーンＫ　Ｍｎ８を分散させる場合
ＭｎＳを形成するのに必要な化学量論的比率のＭｎ　、
　Ｓを予備合金粉末に濃化することで達成できる。この
際Ｍｎの添加量は重量％で０．３〜２．０％の範囲であ
ることが必要である。Ｍｎは一部は溶鋼の脱酸剤として
消費されるため最低０．３チは必要であり２．０％を越
えるとＭｎＳの晶出量が多くなシすぎベーンが脆化する
。また変態温度が低下し、％なまし硬さが下がシにくく
被剛性を低下させる。またＳは０．２〜０．７％添加す
る必要がある。Ｓの添加量が０．２チ未満ではＭｎＳの
晶出量が少なすぎて所望の効果が得にくくまた０、７％
を越えるとやはり晶出量が多く表りすぎベーンが脆化す
る。

Ｆ１ａ　＃　ＭＯ８２ａ　Ｍｎ８　等の粉末を準備し、
合金粉末に添加する方法も当然考えられるが、水アトマ
イズ粉末は平均粒径で２０μ以上であり、潤滑性物質を
混合しても、粉末粒子間にしか、とれらが存在し得ない
ので材料が脆化する。本発明の特徴の一つはＭｎ　、　
Ｓを含む予備合金化された水ア）ｙイズ粉末を出発原料
とすることによシＭｎＳを均一微細に分散させることに
ある。

次に本発明ベーンの成分限定理由を述べる。

Ｃは１部基地に固溶し他はＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ等の炭化
物形成元素と結合して炭化物を形成する。

Ｃが０．７−未満では基地硬さＨマ８００を得るのに困
難で３．０チを越えるとベーンが脆化して実用に耐えな
い。

Ｃｒは基地と炭化物にほぼ均等に固溶し基地の焼入性の
向上と焼戻時の２次硬化度を高める為に必要な元素であ
る。２．５％未満では上記効果がなく、７．０％を越え
ると残留オーステナイトが安定化し、また２次硬化度を
低下させる。

ＷとＭｏは原子比あたり概略同一の作用効果があり　Ｗ
＋　２Ｍｏの総量の効果となる。Ｗ、Ｍｏは１部基地に
固溶し２次硬化の主役割をにない、他はＭ６Ｃ型炭化物
を形成し耐摩耗性の向上に付与する。

Ｗ＋　２　Ｍｏが１０．０−未満では基地硬さＳＯＯ以
上得ることが困難で、２０．０％を越えるとベーンが脆
化する。

Ｖは主としてＣと結合し未固溶の硬いＭＣ型炭化物を形
成し耐摩耗性の付与に効果があるが、一方ではケーシン
グ、ロータに対する摺動性を劣下させる。０．５％以下
では耐摩耗性付与効果が十分でなく、６チ以上になると
ケーシング、ロータへの摺動性が大きくな〕また仕上研
削が難しくなる。

Ｃｏは基地に固溶し、二次硬化の絶対値を高めると共に
ベーン表面の酸化皮膜の密着度を高める。

基本的には添加量に応じて焼戻硬さが向上するので所望
する硬さに合せて適宜添加量が決定される。

ただし１０チを越える添加はベーンを脆化させまた経済
的にも無意味である。

へ）実施例 以下実施例に基づき本発明の詳細な説明する。

〔実施例１〕 第１表に示すｒＢ学組成の６種類（Ａ−Ｆ）の水−アト
マイズ粉末（−１００ｍｅｓｈ　）を作成した。また試
料Ｇｔｊ：５ＫＨ５１相当の溶製現用ベーン材である。

試料Ａ−Ｆの水アトマイズ粉末に黒鉛粉末を０．２チ添
加・混合し６　Ｔ／α２の成形圧でプレス成形後。

１２００〜１２５０℃の糧々の温度で真空焼結を実施し
、焼結体を得た。この焼結体は各組成の標準的熱処理条
件で、焼入れ、焼戻しを行なった・また実機試験用に種
々加工を行なって第１図に示す形状のベーンを得た。同
様に試料Ｇ（比較材）よシ第１図に示す形状のベーンを
得た。これらベーンを用い、摩耗試験、摺動性確認のた
め摩擦係数試験、実機での寿命試験を行なった結果を第
２表に示す。

摩耗試験は大違式摩耗試験機を用い、被摺動材をリング
としベーン用材料をプレートとし、該リングを該プレー
）　１ｃ　６．８　ｋｐの荷重で押し込み摩耗速度１．
１ｍ／式、１．９　＠　／ｍｅの２種で摩耗距離４００
ｍの時の比摩耗量を測定した。なお、被摺動材はＦＣＣ
２５（Ｃ’０．６　、　Ｍｎ　０．９、Ｃｒ　０．８）
でＨＯ２７のとＣ３，３ｑｂ１Ｍｎ０．８ｑｂ、Ｃｕ０
．６１の焼入れ、焼戻し材でＨ，ｃ５１の鋳鉄の２種を
用いた。

摩擦係数は松厚式摩耗試験機を用い、軽油中ですベシ速
度１．５　ｒｎ／ｌｌ！ｃ、加圧力４０ｋ１９の試験条
件によシ測定した。

実機での寿命試験はロータリ一方式の圧縮機を用い、面
圧１０　ｋｌｉ／ｃｍ”　、回転数６００　Ｏｒｐｍ　
、作動時間１００ｈｒの条件でのケーシングとロータの
摩耗量で評価した。

第２表よシ以下のととが解る。

■　基地硬さが高くなる程、摩耗試験によるベーンの摩
耗量が減少している。

■　空孔率が試験ム４（比較例）のように面積係で１５
チとなりた場合に摩擦係数が高く、実機試験によるケー
シング、ロータの摩耗量も増加し、ている。これに比べ
本発明ベーンでは摩擦係数も低くケーシング、ロータの
摩耗量も少々い。

■　ＭｎとＳを高め硫化物系介在物を多量に晶出させた
場合は摩耗試験におけるベーンの摩耗量ならびに摩擦係
数も低減し、実機試験によるケーシング、ロータの摩耗
量も低減してお）添加の効果が顕著である。

■　本発明ベーンの組成成分に関しては、Ｖ含有量が多
い場合摩耗量、摩擦係数が、またＣｏを含有している場
合に基地硬さが上昇し、摩耗量、摩擦係数が低下する傾
向にある。

〔実施例２〕 第１表の試料りの粉末を１２１０℃、１２２５℃、１２
４０℃の各温度で焼結した場合の硫化物系介在物および
炭化物の粒径の耐摩耗性と摩擦係数に及ぼす影響を調べ
た。試験方法は実施例１と同様である。その結果を第３
表に示す。

焼結温度が１２４０℃と高くなると平均炭化物粒径が急
激に粗大化している。これは共晶炭化物が溶融したため
である。更に硫化物系介在物粒径も溶融粗大化している
。これに伴ない摩耗量、摩擦係数とも増加した。

ト）発明の詳細 な説明したように本発明によるベーンは、高速回転化の
傾向にある圧縮機に用いた場合でも、耐摩耗性、摺動性
に優れるもので、その価値は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は実機試験に用いたベーンの形状を示す図である
。 第１図 手続補正書（自発）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体又は気体の圧縮機に用いられるベーンにおいて
   、その組成が重量％でＣ０．７〜３．０％、Ｓｉ０．１
   〜１．５％、Ｃｒ２．５〜７．０％、Ｗ＋２Ｍｏ１０．
   ０〜２０．０％、Ｖ０．５〜６．０％、Ｃｏ１０．０％
   以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる焼結体で
   、該焼結体中に最大径が１００μ以下の空孔が面積％で
   １〜１０％有し、基地部硬さがＨｖ８００〜１０００で
   あり、該基地中に平均粒径５μ以下のＭ＿６ＣとＭＣ型
   結晶構造で示される炭化物が容積％で９〜１５％均一に
   分散していることを特徴とする耐摩耗性、摺動性の優れ
   たベーン。 ２、液体又は気体の圧縮機に用いられるベーンにおいて
   、その組成が重量％でＣ０．７〜３．０％、Ｓｉ０．１
   〜１．５％、Ｃｒ２．５〜７．０％、Ｗ＋２Ｍｏ１０．
   ０〜２０．０％、Ｖ０．５〜６．０％、Ｃｏ１０．０％
   以下、Ｍｎ０．３〜２．０％、Ｓ０．２〜０．７％残部
   Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる焼結体で、該基地中
   に最大径が１００μ以下の空孔が面積％で１〜１０％有
   し、基地部硬さがＨｖ８００〜１０００であり、該基地
   中に平均粒径５μ以下のＭ＿６ＣとＭＣ結晶構造で示さ
   れる炭化物が容積％で９〜１５％均一に分散し、更に該
   基地中に硫化物系介在物が面積％で０．５〜３．０％均
   一に分散していることを特徴とする耐摩耗性と摺動性に
   優れたベーン。 ３、重量％でＣ０．７〜３．０％、Ｓｉ０．１〜１．５
   、Ｃｒ２．５〜７．０％、Ｗ＋２Ｍｏ１０．０〜２０．
   ０％、Ｖ０．５〜６．０％、Ｃｏ１０％以下、残部Ｆｅ
   よりなる水アトマイズ粉末に黒鉛粉末を０．７％以下添
   加、混合し、２〜８■／ｃｍ＾２の成形圧でプレス成形
   をし、成形体を非酸化性雰囲気中で１１５０〜１２６０
   ℃で焼結することを特徴とし、空孔が面積％で１〜１０
   ％有し、基地部硬さがＨｖ８００〜１０００であり該基
   地中に平均粒径５μ以下のＭ＿６ＣとＭＣ型結晶構造の
   炭化物が容積％で９〜１５％均一に分散している耐摩耗
   性、摺動性の優れたベーンの製造方法。 ４、重量％でＣ０．７〜３．０％、Ｓｉ０．１〜１．５
   ％、Ｃｒ２．５〜７．０％、Ｗ＋２Ｍｏ１０．０〜２０
   ．０％、Ｖ０．５〜６．０％、Ｃｏ１０％以下、Ｍｎ０
   ．３〜２．０％、Ｓ０．２〜０．７％、残部Ｆｅよりな
   る水アトマイズ粉末に黒鉛粉末を０．７％以下添加、混
   合し、２〜８■／ｃｍ＾２の成形圧でプレス成形を行な
   い、その成形体を非酸化性雰囲気中で１１５０〜１２６
   ０℃で焼結することを特徴とし、空孔が面積％で１〜１
   ０％有し、基地部硬さがＨｖ８００〜１０００であり、
   該基地中に平均粒径５μ以下のＭ＿６ＣとＭＣ型結晶構
   造の炭化物が容積％で９〜１５％均一に分散し、更に該
   基地中に硫化物系介在物が面積比で０．５〜３．０％均
   一に分散している耐摩耗性、摺動性の優れたベーンの製
   造方法。