JPS63297542A - 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 - Google Patents
耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金Info
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- JPS63297542A JPS63297542A JP12990087A JP12990087A JPS63297542A JP S63297542 A JPS63297542 A JP S63297542A JP 12990087 A JP12990087 A JP 12990087A JP 12990087 A JP12990087 A JP 12990087A JP S63297542 A JPS63297542 A JP S63297542A
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、耐熱性および＃摩耗性が要求される部品の素
材として利用され、例えば内燃機関のバルブシートや過
給器（ターボチャージャー）のウェストゲートバルブ等
の耐熱性、耐摩耗性さらには耐食性が要求される部品の
素材として適用した場合に、すぐれた耐熱性、＃摩耗性
および耐食性を発揮する高性能の耐熱・耐摩耗性鉄基焼
結合金に関するものである。 （従来の技術） 近年、内燃機関に対する高速化および高出力化などの要
求に伴って、内燃機関の動弁系部材の摩耗が問題となり
つつあり、特にバルブシートは内燃機関の高温燃焼化も
あって摺動特性および耐久性に対する要求がきわめて厳
しいものとなっている。 一般に、バルブシートは高温にさらされるうえに、高速
でたたかれるため、すぐれた耐熱性１ｍ＃摩耗性および
耐ピツテイング性を兼ね備え、かつ相手材であるバルブ
とのなじみ性をも合わせ持つことが要求される。 本発明者は前記事実にかんがみて、特願昭６１−５４１
５０号の願書に添付した明細書において、マトリクス組
織中に微細な炭化物と硼化物および／または炭硼化物が
均一に分散しており、とくに内燃機関の摺動部材用とし
て適する耐摩耗性□鉄基焼結合金の発明を記載した。 また、特願昭６１−２５３６１６号の願書に添付した明
細書においては、上記先願発明に係る鉄基焼結合金中の
Ｃ量、Ｍｏ量、Ｗ量を調整し、希土類元素および／また
は希土類元素の酸化物を含有させた耐熱耐摩耗性鉄基焼
結合金の発明を記載した。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前者の発明に係る＃摩耗性鉄基焼結合金
では、バルブシートの使用温度を４５０℃程度と想定し
、燃料も粗悪なものはさほど考慮していなかったため、
組織的には凝着性をも考慮してオーステナイト系でない
組織としていたことから、一般的な自動車用内燃機関の
部品素材として使用する場合は全く問題ははく、優れた
特性を示すが、ターボチャージャー化、希薄燃焼に伴う
高温燃焼化、さらには′Ｇ＆黄分を多量に含んだ粗悪燃
料の使用時等においては、耐熱性、＃食性において改善
の余地があった。 また、後者の発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金では
、耐熱性の向上がはかられ、耐食性の向上もある程度み
られるが、希土類元素を含有するため、経済性および原
料の供給安定性の面で難点があった。 （発明の目的） 本発明者らは、上述した従来の問題点にかんがみ、優れ
た耐熱性となじみ性を有し、高硫黄の粗悪燃料に対して
も優れた耐食性をもち、比較的安価でかつ供給安定性の
よい合金元素を用いた耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金を開
発することを目的として種々の実験、研究を行った結果
、重量比で、ＭｏおよびＷの合計含有量を５〜２５％と
し、Ｃｒ含有量を２〜２０％とし、Ｃ含有量を０．１〜
１．５％として硬度低下をおさえ、Ｎｉを必須元素とし
て２〜３０％含有させることにより組織中に体積比で４
〜６０％のオーステナイト相を含ませるようにするこに
よって、４５０℃を超える高温下においても優れた耐熱
性となじみ性を示し、高硫黄の粗悪燃料に対しても優れ
た耐食性を持つ耐熱耐摩耗材料が得られることを見出し
、とくに内燃機関のバルブシート等の素材として好適な
特性を示すことを確認して本発明を完成した。
材として利用され、例えば内燃機関のバルブシートや過
給器（ターボチャージャー）のウェストゲートバルブ等
の耐熱性、耐摩耗性さらには耐食性が要求される部品の
素材として適用した場合に、すぐれた耐熱性、＃摩耗性
および耐食性を発揮する高性能の耐熱・耐摩耗性鉄基焼
結合金に関するものである。 （従来の技術） 近年、内燃機関に対する高速化および高出力化などの要
求に伴って、内燃機関の動弁系部材の摩耗が問題となり
つつあり、特にバルブシートは内燃機関の高温燃焼化も
あって摺動特性および耐久性に対する要求がきわめて厳
しいものとなっている。 一般に、バルブシートは高温にさらされるうえに、高速
でたたかれるため、すぐれた耐熱性１ｍ＃摩耗性および
耐ピツテイング性を兼ね備え、かつ相手材であるバルブ
とのなじみ性をも合わせ持つことが要求される。 本発明者は前記事実にかんがみて、特願昭６１−５４１
５０号の願書に添付した明細書において、マトリクス組
織中に微細な炭化物と硼化物および／または炭硼化物が
均一に分散しており、とくに内燃機関の摺動部材用とし
て適する耐摩耗性□鉄基焼結合金の発明を記載した。 また、特願昭６１−２５３６１６号の願書に添付した明
細書においては、上記先願発明に係る鉄基焼結合金中の
Ｃ量、Ｍｏ量、Ｗ量を調整し、希土類元素および／また
は希土類元素の酸化物を含有させた耐熱耐摩耗性鉄基焼
結合金の発明を記載した。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前者の発明に係る＃摩耗性鉄基焼結合金
では、バルブシートの使用温度を４５０℃程度と想定し
、燃料も粗悪なものはさほど考慮していなかったため、
組織的には凝着性をも考慮してオーステナイト系でない
組織としていたことから、一般的な自動車用内燃機関の
部品素材として使用する場合は全く問題ははく、優れた
特性を示すが、ターボチャージャー化、希薄燃焼に伴う
高温燃焼化、さらには′Ｇ＆黄分を多量に含んだ粗悪燃
料の使用時等においては、耐熱性、＃食性において改善
の余地があった。 また、後者の発明に係る耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金では
、耐熱性の向上がはかられ、耐食性の向上もある程度み
られるが、希土類元素を含有するため、経済性および原
料の供給安定性の面で難点があった。 （発明の目的） 本発明者らは、上述した従来の問題点にかんがみ、優れ
た耐熱性となじみ性を有し、高硫黄の粗悪燃料に対して
も優れた耐食性をもち、比較的安価でかつ供給安定性の
よい合金元素を用いた耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金を開
発することを目的として種々の実験、研究を行った結果
、重量比で、ＭｏおよびＷの合計含有量を５〜２５％と
し、Ｃｒ含有量を２〜２０％とし、Ｃ含有量を０．１〜
１．５％として硬度低下をおさえ、Ｎｉを必須元素とし
て２〜３０％含有させることにより組織中に体積比で４
〜６０％のオーステナイト相を含ませるようにするこに
よって、４５０℃を超える高温下においても優れた耐熱
性となじみ性を示し、高硫黄の粗悪燃料に対しても優れ
た耐食性を持つ耐熱耐摩耗材料が得られることを見出し
、とくに内燃機関のバルブシート等の素材として好適な
特性を示すことを確認して本発明を完成した。
（問題点を解決するための手段）
本発明の第一発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金は
１重量比で、ＭｏおよびＷのうちのいずれか１種または
２種：５〜２５％、Ｃｒ：２〜２０ ％、 Ｓｉ：０
．１ 〜０．９ ％、 Ｍ ｎ ： ０
、 ７％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｃ：０．１〜１．
５％、 Ｂ：０．５〜２．０％、 Ｎｉ：２〜３０％、
残部Ｆｅおよび不純物からなり、組織中に体積比で４〜
６０％のオーステナイト相を含んでいることを特徴とし
ており、第二発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金は
、上記の成分に加えて、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ。 Ｃｏのうちの１種または２種以上の合計：２０％以下を
含んでいることを特徴としているものである。 本発明者は、上記した組成および組織をもつ耐熱・耐摩
耗性鉄基焼結合金において、とくにマトリクス組織中に
微細でかつ十分な量の炭化物と微細な硼化物および／ま
たは炭硼化物が均一に分散している組織を有するものが
、より優れた耐熱性と共に良好な＃Ｆｓ耗性を示し、と
りわけたとえば内燃機関のバルブシートおよびバルブフ
ェース。 ウェストゲートバルブ等の素材として使用した場合に優
れた耐熱性と共に耐摩耗性を発揮することを確認した。 以下に、本発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金の成
分組成（重量比）および組織の限定理由を説明する。 ＭｏおよびＷ： ＭｏおよびＷは成分中のＦｅやＣｒとともにＣやＢと結
合して複炭化物や複硼化物あるいは復炭硼化物を形成し
て耐摩耗性を与え、一部はマトリクス中に固溶してこの
マトリクスを強化するとともに焼戻し硬化能を高める作
用があるが、これらの１種または２種の合計が５％未満
であると所望の効果が得られずに耐摩耗性不足となり、
２５％を超えて含有させてもより一層の改善効果は認め
られず、経済的でないことからそれらの１種または２種
の合計含有量を５〜２５％と定めた。 Ｃｒ： ＣｒはＭ ｏ 、 Ｗ等と共に複炭化物や複硼化物を形
成し耐摩耗性を向上させると同時に、マトリクスに固′
溶して焼入れ性を増大する。また、Ｎｉと共にオーステ
ナイト相の安定化にも寄与する。さらに、焼戻し効果能
を高める効果もある。しかし、２％未満ではそれらの効
果が十分に認められず、反対に２０％を超えて含有させ
てもより一層の改善効果がないばかりでなく、機械的強
度が低下して相手材への攻撃性が増大してしまうことか
ら、その含有量を２〜２０％と定めた。 Ｓｉ： Ｓｉは０．１％未満の添加量では脱酸効果が少なく、粉
末中の酸素含有量が多くなって焼結性が低下するととも
に、Ｍ２Ｃ系の粗大な板状の炭化物が析出しやすくなり
、相手材とのなじみ性が低下する。一方、添加量が０．
９％を超えても脱酸効果の向上もなく、粉末の形状が丸
くなって粉末の成形性が低下するだけであることがら、
その含有量を０．１〜０．９％と定めた。 Ｍｎ ： Ｍｎは前述したＳｔと同じように脱酸効果があり、添加
することにより粉末中の酸素含有量を下げて焼結性を向
上させるが、０．７％を超えると粉末の形状が丸くなっ
て粉末の成形性が低下することにより成形体エツジ部の
欠は等が生じやすくなることから、添加するとしてもそ
の含有量を０．７％以下と定めた。 Ｐ： Ｐは耐摩耗性焼結合金の場合において焼結促進元素とし
て一般に０．２〜０．８％程度添加する手法が広く用い
られているが、本発明に係る鉄基焼結合金の場合にＰの
添加量が０．０５％を超えたときには、複硼化物あるい
は復炭硼化物が粗大化して相手材とのなじみ性が低下す
るとともに、粒界に複硼化物あるいは復炭硼化物がネッ
トワーク状に析出して強度が低下してしまうことにより
、特に高面圧がかかった場合の耐ピッティング特性を低
下してしまうことから、その含有量を０．０５％以下と
定めた。 Ｃ： Ｃはその一部がＭ ｏ 、 Ｗ 、 Ｃｒ 、 Ｖなど
の炭化物形成元素と結合して複炭化物を形成して耐摩耗
性を向上させ、残りはマドリスク中に固溶して高い室温
硬さと強度を与える作用を有するが、０．１％未満では
そのような効果が認められず、１．５％を超えると複炭
化物の析出量増加と粗大化が起り、相手材とのなじみ性
が低下することから、その含有量をｏ、１〜１．５％と
定めた。 このＣの添加方法としては、真空焼鈍を施したＦｅ−Ｍ
ｏ−Ｗ−Ｃｒ−５ｉ−Ｎｉ −（Ｍｎ）−（Ｖ）−（Ｃ
ｏ）−Ｃ系アトマイズ合金粉末の形で添加する手法を採
用することが必要である。これは、Ｃを単独にグラファ
イト粉末の形で添加すると、後述するＢ源として添加す
るＦｅ−ＢあるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｂと結びついて焼結時
に粗大な炭硼化物を粒界に沿ってネットワーク状に析出
させてしまい、相手材への攻撃性を増大させるためであ
る。 Ｂ： Ｂは成分中のＭ ｏ 、 Ｗ 、 Ｖ 、 Ｃｒ 、
Ｆ ｅとともに複硼化物を形成して耐摩耗性となじみ性
を与えるｉともに、一部はマトリクス中に固溶して焼入
性を改善する。また、上記複硼化物の一部はＣとも結び
ついて復炭硼化物を形成して耐摩耗性を向上させる。 このようにＢは微細な複硼化物あるいは複炭砿化物を形
成して本発明焼結合金の耐摩耗性となじみ性を向上させ
るのに必須の主要成分であるが、０．５％未満の添加で
はそのような効果が認められず、一方、２．０％を超え
てもより一層の改善効果が認められずかえって複硼化物
の粗大化が起り、相手材とのなじみ性が低下することか
ら、その含有量を０．５〜２．０％と定めた。このＢの
添加方法としては、Ｆｅ−ＢあるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｂ系
合金粉末の形で添加する手法を採用することが好ましい
。 Ｎ１： Ｎｉはマトリクスに固溶し、Ｃｒなどと共にオーステナ
イト相を安定化させ、耐熱性および耐食性を大きく向上
させる作用をもつが、２％未満ではそのような効果が十
分に得られず、３０％を超えて含有させてもより一層の
改善効果がみられず、経済的でないことから、その含有
量を２〜３０％と定めた。 Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ：Ｖ、Ｎｂ、
ＴａはＦｅやＣｒとともにＣと化合してきわめてかたい
複炭化物を作るとともに、Ｍ ｏ 、 Ｗの一部と置換
した形の複炭化物や＃ｉ硼化物を形成して耐摩耗性を与
え、一部はマトリクス中に固溶してマドリスクを強化す
るとともに、焼戻し硬化能を高める作用がある。また、
■。 Ｎｂ、Ｔａは焼結時の結晶粒の粗大化を防止するととも
に炭化物の粗大化を防止する効果もある。 これらの効果はＶ、Ｎｂ、Ｔａが０．５％未満の場合で
はあまり認められず、耐摩耗性や強度の低下をきたし、
一方、８％を超えて添加してもより一層の改善効果は認
められず、経済的でないことから、添加するとしてもそ
れらの合計含有量を０．５〜８％とするのが良い。 また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏは硼化物形成元素であり
、特にＣｏはＭｏ、Ｗなどの一部と置換して複硼化物を
形成するだけなく、マトリクス中に固溶して赤熱かたさ
を向上させるので、含有させることが望ましく、必要に
応じてＶ、Ｎｂ。 Ｔａ、Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏを合計で２０％以下の
範囲で添加することもよい。 オーステナイト相ニ オーステナイト相はＦｅのγ固溶体であり、Ｎｉ 、Ｃ
ｒ等のオーステナイト安定化元素の含有によって安定な
ものとなり、優れた耐食性および耐熱性を示す、しかし
１体積比で４％未満ではそのような効果が十分に得られ
ず、６０％を超えて存在しても材料硬度を低下させるだ
けで特性改善効果はみられないので、４〜６０％と定め
た。なお、本発明合金の残部マトリクス組織は、熱処理
により、パーライト、ソルバイト、マルテンサイト（テ
ンパーマルテンサイトを含む）、ベイナイトおよびこれ
゛らの混合組織とすることができる。 （実施例） 以下、本発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金の実施
例を比較例と対比しながら説明する。 原料粉末として、真空焼鈍を施した粒度−１００メｙシ
、のＦｅ−Ｍｏ−Ｗ−Ｃｒ−３ｉ −Ｎｉ−Ｃ系アトマ
イズ合金粉末（必要に応じ■。 Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏも添加）、−３２５メ−／ ’／ ユ
（７）Ｆ ｅ −Ｍ ｏ粉末あるいは純Ｍｏ粉末、−３
２５メツシユのＦｅ−Ｗ粉末あるいは純Ｗ粉末、−２５
０メッシ、のＦｅ−Ｅ合金粉末（Ｂ：２０％含有）、−
２５０メツシユのＦｅ−Ｐ合金粉末（Ｐ：２６％含有）
、−２５０メツシユのフェロチタン、フェロジルコニウ
ム、フェロハフニウム各合金粉末、−３２５メツシュの
カーボニルＮｉ粉末、等を第１表に示す最終成分組成と
なるように適宜配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加え
て混合し、この混合粉末を７７ｏｎ／ｃｍ２の圧力で加
圧して圧粉体を成形し、ついで前記圧粉体を真空中で１
１５０〜１２５０℃の温度にて６０分間保持して焼結し
た後熱処理を行って、本発明合金Ｎｏ、 １〜１０お
よび比較合金Ｎｏ、 １〜５を製造した。 ついで、上記本発明合金陽、１〜ｌＯおよび比較合金歯
、１〜５をバルブシート形状に加工し、気筒間でのバル
ブシート摩耗の差が小さい直列４気筒デイーゼルエンジ
ンヘツドに圧入し、相手材バルブと共に第２表に示す条
件で摩耗耐久試験を行った。そして、この摩耗耐久試験
後におけるバルブシートおよび相手材バルブの摩耗深さ
を測定した。これらの結果を第１表にあわせて示す。 第 ２ 表 第１表に示す結果より明らかなように、摩耗耐久試験は
高温で行われ、摩耗条件が苛酷であり、燃料も粗悪なも
のを使用したため、比較合金勤。 １〜５で示したように、成分組成範囲および組織が本発
明からはずれた合金で製造されたバルブシートでは、バ
ルブシートおよび相手材バルブの摩耗が大きく、また一
部ではバルブシートにピッティングが発生したり、粒界
割れによるマイクロクラックが発生したりしており、満
足のできる良好な特性を示していない。 これに対して本発明合金歯、１〜１０で製造したバルブ
シートでは、バルブシートおよび相手材バルブの摩耗が
小さく、バルブシートにはピッティングが発生しておら
ず、優れた特性を示していることが認められた。
１重量比で、ＭｏおよびＷのうちのいずれか１種または
２種：５〜２５％、Ｃｒ：２〜２０ ％、 Ｓｉ：０
．１ 〜０．９ ％、 Ｍ ｎ ： ０
、 ７％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｃ：０．１〜１．
５％、 Ｂ：０．５〜２．０％、 Ｎｉ：２〜３０％、
残部Ｆｅおよび不純物からなり、組織中に体積比で４〜
６０％のオーステナイト相を含んでいることを特徴とし
ており、第二発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金は
、上記の成分に加えて、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ。 Ｃｏのうちの１種または２種以上の合計：２０％以下を
含んでいることを特徴としているものである。 本発明者は、上記した組成および組織をもつ耐熱・耐摩
耗性鉄基焼結合金において、とくにマトリクス組織中に
微細でかつ十分な量の炭化物と微細な硼化物および／ま
たは炭硼化物が均一に分散している組織を有するものが
、より優れた耐熱性と共に良好な＃Ｆｓ耗性を示し、と
りわけたとえば内燃機関のバルブシートおよびバルブフ
ェース。 ウェストゲートバルブ等の素材として使用した場合に優
れた耐熱性と共に耐摩耗性を発揮することを確認した。 以下に、本発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金の成
分組成（重量比）および組織の限定理由を説明する。 ＭｏおよびＷ： ＭｏおよびＷは成分中のＦｅやＣｒとともにＣやＢと結
合して複炭化物や複硼化物あるいは復炭硼化物を形成し
て耐摩耗性を与え、一部はマトリクス中に固溶してこの
マトリクスを強化するとともに焼戻し硬化能を高める作
用があるが、これらの１種または２種の合計が５％未満
であると所望の効果が得られずに耐摩耗性不足となり、
２５％を超えて含有させてもより一層の改善効果は認め
られず、経済的でないことからそれらの１種または２種
の合計含有量を５〜２５％と定めた。 Ｃｒ： ＣｒはＭ ｏ 、 Ｗ等と共に複炭化物や複硼化物を形
成し耐摩耗性を向上させると同時に、マトリクスに固′
溶して焼入れ性を増大する。また、Ｎｉと共にオーステ
ナイト相の安定化にも寄与する。さらに、焼戻し効果能
を高める効果もある。しかし、２％未満ではそれらの効
果が十分に認められず、反対に２０％を超えて含有させ
てもより一層の改善効果がないばかりでなく、機械的強
度が低下して相手材への攻撃性が増大してしまうことか
ら、その含有量を２〜２０％と定めた。 Ｓｉ： Ｓｉは０．１％未満の添加量では脱酸効果が少なく、粉
末中の酸素含有量が多くなって焼結性が低下するととも
に、Ｍ２Ｃ系の粗大な板状の炭化物が析出しやすくなり
、相手材とのなじみ性が低下する。一方、添加量が０．
９％を超えても脱酸効果の向上もなく、粉末の形状が丸
くなって粉末の成形性が低下するだけであることがら、
その含有量を０．１〜０．９％と定めた。 Ｍｎ ： Ｍｎは前述したＳｔと同じように脱酸効果があり、添加
することにより粉末中の酸素含有量を下げて焼結性を向
上させるが、０．７％を超えると粉末の形状が丸くなっ
て粉末の成形性が低下することにより成形体エツジ部の
欠は等が生じやすくなることから、添加するとしてもそ
の含有量を０．７％以下と定めた。 Ｐ： Ｐは耐摩耗性焼結合金の場合において焼結促進元素とし
て一般に０．２〜０．８％程度添加する手法が広く用い
られているが、本発明に係る鉄基焼結合金の場合にＰの
添加量が０．０５％を超えたときには、複硼化物あるい
は復炭硼化物が粗大化して相手材とのなじみ性が低下す
るとともに、粒界に複硼化物あるいは復炭硼化物がネッ
トワーク状に析出して強度が低下してしまうことにより
、特に高面圧がかかった場合の耐ピッティング特性を低
下してしまうことから、その含有量を０．０５％以下と
定めた。 Ｃ： Ｃはその一部がＭ ｏ 、 Ｗ 、 Ｃｒ 、 Ｖなど
の炭化物形成元素と結合して複炭化物を形成して耐摩耗
性を向上させ、残りはマドリスク中に固溶して高い室温
硬さと強度を与える作用を有するが、０．１％未満では
そのような効果が認められず、１．５％を超えると複炭
化物の析出量増加と粗大化が起り、相手材とのなじみ性
が低下することから、その含有量をｏ、１〜１．５％と
定めた。 このＣの添加方法としては、真空焼鈍を施したＦｅ−Ｍ
ｏ−Ｗ−Ｃｒ−５ｉ−Ｎｉ −（Ｍｎ）−（Ｖ）−（Ｃ
ｏ）−Ｃ系アトマイズ合金粉末の形で添加する手法を採
用することが必要である。これは、Ｃを単独にグラファ
イト粉末の形で添加すると、後述するＢ源として添加す
るＦｅ−ＢあるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｂと結びついて焼結時
に粗大な炭硼化物を粒界に沿ってネットワーク状に析出
させてしまい、相手材への攻撃性を増大させるためであ
る。 Ｂ： Ｂは成分中のＭ ｏ 、 Ｗ 、 Ｖ 、 Ｃｒ 、
Ｆ ｅとともに複硼化物を形成して耐摩耗性となじみ性
を与えるｉともに、一部はマトリクス中に固溶して焼入
性を改善する。また、上記複硼化物の一部はＣとも結び
ついて復炭硼化物を形成して耐摩耗性を向上させる。 このようにＢは微細な複硼化物あるいは複炭砿化物を形
成して本発明焼結合金の耐摩耗性となじみ性を向上させ
るのに必須の主要成分であるが、０．５％未満の添加で
はそのような効果が認められず、一方、２．０％を超え
てもより一層の改善効果が認められずかえって複硼化物
の粗大化が起り、相手材とのなじみ性が低下することか
ら、その含有量を０．５〜２．０％と定めた。このＢの
添加方法としては、Ｆｅ−ＢあるいはＦｅ−Ｃｒ−Ｂ系
合金粉末の形で添加する手法を採用することが好ましい
。 Ｎ１： Ｎｉはマトリクスに固溶し、Ｃｒなどと共にオーステナ
イト相を安定化させ、耐熱性および耐食性を大きく向上
させる作用をもつが、２％未満ではそのような効果が十
分に得られず、３０％を超えて含有させてもより一層の
改善効果がみられず、経済的でないことから、その含有
量を２〜３０％と定めた。 Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏ：Ｖ、Ｎｂ、
ＴａはＦｅやＣｒとともにＣと化合してきわめてかたい
複炭化物を作るとともに、Ｍ ｏ 、 Ｗの一部と置換
した形の複炭化物や＃ｉ硼化物を形成して耐摩耗性を与
え、一部はマトリクス中に固溶してマドリスクを強化す
るとともに、焼戻し硬化能を高める作用がある。また、
■。 Ｎｂ、Ｔａは焼結時の結晶粒の粗大化を防止するととも
に炭化物の粗大化を防止する効果もある。 これらの効果はＶ、Ｎｂ、Ｔａが０．５％未満の場合で
はあまり認められず、耐摩耗性や強度の低下をきたし、
一方、８％を超えて添加してもより一層の改善効果は認
められず、経済的でないことから、添加するとしてもそ
れらの合計含有量を０．５〜８％とするのが良い。 また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏは硼化物形成元素であり
、特にＣｏはＭｏ、Ｗなどの一部と置換して複硼化物を
形成するだけなく、マトリクス中に固溶して赤熱かたさ
を向上させるので、含有させることが望ましく、必要に
応じてＶ、Ｎｂ。 Ｔａ、Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏを合計で２０％以下の
範囲で添加することもよい。 オーステナイト相ニ オーステナイト相はＦｅのγ固溶体であり、Ｎｉ 、Ｃ
ｒ等のオーステナイト安定化元素の含有によって安定な
ものとなり、優れた耐食性および耐熱性を示す、しかし
１体積比で４％未満ではそのような効果が十分に得られ
ず、６０％を超えて存在しても材料硬度を低下させるだ
けで特性改善効果はみられないので、４〜６０％と定め
た。なお、本発明合金の残部マトリクス組織は、熱処理
により、パーライト、ソルバイト、マルテンサイト（テ
ンパーマルテンサイトを含む）、ベイナイトおよびこれ
゛らの混合組織とすることができる。 （実施例） 以下、本発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金の実施
例を比較例と対比しながら説明する。 原料粉末として、真空焼鈍を施した粒度−１００メｙシ
、のＦｅ−Ｍｏ−Ｗ−Ｃｒ−３ｉ −Ｎｉ−Ｃ系アトマ
イズ合金粉末（必要に応じ■。 Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏも添加）、−３２５メ−／ ’／ ユ
（７）Ｆ ｅ −Ｍ ｏ粉末あるいは純Ｍｏ粉末、−３
２５メツシユのＦｅ−Ｗ粉末あるいは純Ｗ粉末、−２５
０メッシ、のＦｅ−Ｅ合金粉末（Ｂ：２０％含有）、−
２５０メツシユのＦｅ−Ｐ合金粉末（Ｐ：２６％含有）
、−２５０メツシユのフェロチタン、フェロジルコニウ
ム、フェロハフニウム各合金粉末、−３２５メツシュの
カーボニルＮｉ粉末、等を第１表に示す最終成分組成と
なるように適宜配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加え
て混合し、この混合粉末を７７ｏｎ／ｃｍ２の圧力で加
圧して圧粉体を成形し、ついで前記圧粉体を真空中で１
１５０〜１２５０℃の温度にて６０分間保持して焼結し
た後熱処理を行って、本発明合金Ｎｏ、 １〜１０お
よび比較合金Ｎｏ、 １〜５を製造した。 ついで、上記本発明合金陽、１〜ｌＯおよび比較合金歯
、１〜５をバルブシート形状に加工し、気筒間でのバル
ブシート摩耗の差が小さい直列４気筒デイーゼルエンジ
ンヘツドに圧入し、相手材バルブと共に第２表に示す条
件で摩耗耐久試験を行った。そして、この摩耗耐久試験
後におけるバルブシートおよび相手材バルブの摩耗深さ
を測定した。これらの結果を第１表にあわせて示す。 第 ２ 表 第１表に示す結果より明らかなように、摩耗耐久試験は
高温で行われ、摩耗条件が苛酷であり、燃料も粗悪なも
のを使用したため、比較合金勤。 １〜５で示したように、成分組成範囲および組織が本発
明からはずれた合金で製造されたバルブシートでは、バ
ルブシートおよび相手材バルブの摩耗が大きく、また一
部ではバルブシートにピッティングが発生したり、粒界
割れによるマイクロクラックが発生したりしており、満
足のできる良好な特性を示していない。 これに対して本発明合金歯、１〜１０で製造したバルブ
シートでは、バルブシートおよび相手材バルブの摩耗が
小さく、バルブシートにはピッティングが発生しておら
ず、優れた特性を示していることが認められた。
以上説明してきたように、本発明の第一発明に係る鉄基
焼結合金は、重量比で、ＭｏおよびＷのうちのいずれか
１種または２種＝５〜２５％、Ｃｒ；２〜２０％、Ｓｉ
；０．１−０．９％、Ｍ ｎ ； ０ 、７％以下、Ｐ
；０．０５％以下、Ｃ，０，１〜１．５％、Ｂ、０．５
〜２．０％、Ｎｉ；２〜３０％、残部Ｆｅおよび不純物
からなり、組織中に体積比で４〜６０％のオーステナイ
ト相を含むものであり、第二売切に係る鉄基焼結合金は
、上記の成分に加えて、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ。 Ｔｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏのうちの１種または２種以上の
合計；２０％以下を含有し、組織中に体積比で４〜６０
％のオーステナイト相を含むものであるから、いずれの
発明による合金においても、耐熱性および耐食性にすぐ
れた十分な量のオーステナイト相を含むマトリクス中に
、硬質粒子として微細な複炭化物と複硼化物および／ま
たは復炭硼化物とが均一に分散する組織を有するもので
あり、著しく優れた耐熱性および耐摩耗性を有し、さら
には十分に優れた耐食性をも兼ね備えた特性の著しく優
れた合金であるという効果がもたらされる。 したがって、本発明に係る合金を高温でかつ粗悪燃料を
用いるターボチャージャー付き大型ディーゼルエンジン
のバルブシート材料に使用した場合に、すぐれた耐熱性
および耐摩耗性ならびに耐食性を示し、さらには相手材
であるバルブの摩耗をも少なくすることが可能となるな
どの著大なる効果があり、工業上きわめて有益な特性を
有するものである。
焼結合金は、重量比で、ＭｏおよびＷのうちのいずれか
１種または２種＝５〜２５％、Ｃｒ；２〜２０％、Ｓｉ
；０．１−０．９％、Ｍ ｎ ； ０ 、７％以下、Ｐ
；０．０５％以下、Ｃ，０，１〜１．５％、Ｂ、０．５
〜２．０％、Ｎｉ；２〜３０％、残部Ｆｅおよび不純物
からなり、組織中に体積比で４〜６０％のオーステナイ
ト相を含むものであり、第二売切に係る鉄基焼結合金は
、上記の成分に加えて、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ。 Ｔｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏのうちの１種または２種以上の
合計；２０％以下を含有し、組織中に体積比で４〜６０
％のオーステナイト相を含むものであるから、いずれの
発明による合金においても、耐熱性および耐食性にすぐ
れた十分な量のオーステナイト相を含むマトリクス中に
、硬質粒子として微細な複炭化物と複硼化物および／ま
たは復炭硼化物とが均一に分散する組織を有するもので
あり、著しく優れた耐熱性および耐摩耗性を有し、さら
には十分に優れた耐食性をも兼ね備えた特性の著しく優
れた合金であるという効果がもたらされる。 したがって、本発明に係る合金を高温でかつ粗悪燃料を
用いるターボチャージャー付き大型ディーゼルエンジン
のバルブシート材料に使用した場合に、すぐれた耐熱性
および耐摩耗性ならびに耐食性を示し、さらには相手材
であるバルブの摩耗をも少なくすることが可能となるな
どの著大なる効果があり、工業上きわめて有益な特性を
有するものである。
Claims (2)
- （１）重量比で、ＭｏおよびＷのうちのいずれか１種ま
たは２種：５〜２５％、Ｃｒ：２〜２０％、Ｓｉ：０．
１〜０．９％、Ｍｎ：０．７％以下、Ｐ：０．０５％以
下、Ｃ：０．１〜１．５％、Ｂ：０．５〜２．０％、Ｎ
ｉ：２〜３０％、残部Ｆｅおよび不純物からなり、組織
中に体積比で４〜６０％のオーステナイト相を含むこと
を特徴とする耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金。 - （２）重量比で、ＭｏおよびＷのうちのいずれか１種ま
たは２種：５〜２５％、Ｃｒ：２〜２０％、Ｓｉ：０．
１〜０．９％、Ｍｎ：０．７％以下、Ｐ：０．０５％以
下、Ｃ：０．１〜１．５％、Ｂ：０．５〜２．０％、Ｎ
ｉ：２〜３０％、およびＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ、Ｃｏのうちの１種または２種以上の合計：２０％
以下、残部Ｆｅおよび不純物からなり、組織中に体積比
で４〜６０％のオーステナイト相を含むことを特徴とす
る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12990087A JPS63297542A (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12990087A JPS63297542A (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63297542A true JPS63297542A (ja) | 1988-12-05 |
Family
ID=15021156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12990087A Pending JPS63297542A (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63297542A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1987
- 1987-05-28 JP JP12990087A patent/JPS63297542A/ja active Pending
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