KR20140114788A

KR20140114788A - 철기 소결 슬라이딩 부재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20140114788A
Application number: KR1020140031645A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 후카에; 히데아키 가와타
Original assignee: 히타치가세이가부시끼가이샤
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2014-09-29
Also published as: US9744591B2; CN107008907B; CN107008907A; EP2781283B1; EP2781283A1; CN104060195B; CN104060195A; JP2014181381A; JP6142987B2; US20140286812A1

Abstract

고체 윤활제가 기공 중 및 분말 입계 만이 아니라, 분말립 내에도 균일하게 분산됨과 함께, 기지에 강고하게 고착되어, 슬라이딩 특성이 우수함과 함께, 기계적 강도가 우수한 철기 소결 슬라이딩 부재를 제공한다.
전체 조성이, 질량비로, S：3.24~8.10%, 잔부：Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 황화물 입자가 분산되는 페라이트 기지와, 기공으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 황화물 입자가, 기지에 대해 15~30체적%의 비율로 분산된다.

Description

철기 소결 슬라이딩 부재 및 그 제조 방법{IRON BASE SINTERED SLIDING MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 예를 들면, 내연 기관의 밸브 가이드나 밸브 시트, 로터리 컴프레서의 베인이나 롤러, 터보 차저의 슬라이딩 부품, 및 차량, 공작 기계, 산업 기계 등의 구동 부위나 슬라이딩 부위와 같이 슬라이딩면에 높은 면압이 작용하는 슬라이딩 부품에 적합한 슬라이딩 부재에 관한 것이며, 특히, 주성분이 Fe로 이루어지는 원료 분말을 압분 성형하여 얻어진 압분체를 소결하는 분말 야금법에 의한 철기(鐵基) 소결 슬라이딩 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

분말 야금법에 의한 소결 부재는, 니어 네트 쉐이프로 조형할 수 있으며, 또한, 대량 생산에 적합하기 때문에 각종 기계 부품에 적용되고 있다. 또, 통상의 용제 재료에서는 얻을 수 없는 특수한 금속 조직을 용이하게 얻을 수 있기 때문에, 상기와 같은 각종 슬라이딩 부품에도 적용되고 있다. 즉, 분말 야금법에 의한 소결 부재에 있어서는, 원료 분말에 흑연이나 황화망간 등의 고체 윤활제의 분말을 첨가하여, 고체 윤활제가 잔류하는 조건에서 소결함으로써, 고체 윤활제를 금속 조직 중에 분산시킬 수 있기 때문에, 각종 슬라이딩 부품에 적용되고 있다(일본국 특허공개 평04-157140호 공보, 일본국 특허공개 2006-052468호 공보, 일본국 특허공개 2009-155696호 공보 참조).

종래부터, 소결 슬라이딩 부재에서는, 흑연이나 황화망간 등의 고체 윤활제를 분말의 형태로 부여하여, 소결 시에 고용시키지 않고 잔류시키고 있다. 이 때문에, 고체 윤활제는 기공 중 및 분말 입계에 편재하고 있다. 이러한 고체 윤활제는, 기공 중 및 분말 입계에 있어서 기지(基地)와 결합하고 있지 않기 때문에, 고착성이 낮아져, 슬라이딩 시에 기지로부터 탈락되기 쉽다.

또, 고체 윤활제로서 흑연을 이용하는 경우는, 흑연을 소결 시에 기지 중에 고용시키지 않고, 소결 후에 유리한 흑연으로서 잔류시킬 필요가 있으며, 그러기 위해서는, 소결 온도를 일반의 철기 소결 합금의 경우보다 낮게 해야 한다. 이 때문에, 원료 분말들의 확산에 의한 입자간 결합이 약해져, 기지 강도가 낮아지기 쉽다.

한편, 황화망간 등의 고체 윤활제는, 소결 시에 기지 중에 용이하게 고용되지 않기 때문에, 일반의 철기 소결 합금의 경우와 동등한 소결 온도로 소결하는 것이 가능하다. 그러나, 분말의 형태로 첨가된 고체 윤활제는 원료 분말 간에 존재한다. 이 때문에, 원료 분말들의 확산을 저해하여, 고체 윤활제를 첨가하지 않는 경우에 비해, 기지 강도가 낮아진다. 그리고, 기지 강도의 저하에 의해, 철기 소결 부재의 강도가 저하됨과 함께, 슬라이딩 시의 기지의 내구성이 저하되어 마모가 진행되기 쉬워진다.

이러한 상황 아래, 본 발명은, 고체 윤활제가 기공 중 및 분말 입계 만이 아니라, 분말립 내에도 균일하게 분산됨과 함께, 기지에 강고하게 고착되어, 슬라이딩 특성이 우수함과 함께, 기계적 강도가 우수한 철기 소결 슬라이딩 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 철기 소결 슬라이딩 부재는, 전체 조성이, 질량비로, S：3.24~8.10%, 잔부：Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 황화물 입자가 분산되는 페라이트 기지와, 기공으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 상기 황화물 입자가, 기지에 대해 15~30체적%의 비율로 분산되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제2 철기 소결 슬라이딩 부재는, 전체 조성이, 질량비로, S：3.24~8.10%, C：0.2~2.0%, 잔부：Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 황화물 입자가 분산되는 기지와, 기공으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 상기 기지가 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 어느 하나, 혹은 이들의 혼합 조직으로 구성됨과 함께, 상기 황화물 입자가, 기지에 대해 15~30체적%의 비율로 분산되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제3 철기 소결 슬라이딩 부재는, 전체 조성이, 질량비로, S：3.24~8.10%, C：0.2~3.0%, 잔부：Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 황화물 입자가 분산되는 기지와, 기공으로 이루어지는 금속 조직을 가지고, 상기 기지가 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 어느 하나, 혹은 이들의 혼합 조직으로 구성됨과 함께, 상기 기지에 고용되어 있는 C량이 0.2 이하이며, C의 일부 혹은 전부가 상기 기공 중에 흑연으로서 분산되어 있으며, 상기 황화물 입자가, 기지에 대해 15~30체적%의 비율로 분산되는 것을 특징으로 한다.

상기의 제1 철기 소결 슬라이딩 부재 및 제2 철기 소결 슬라이딩 부재는, 상기 황화물 입자에 있어서, 원상당 직경으로 최대 입경이 10μm 이상인 황화물 입자의 면적율이, 황화물 입자 전체의 면적율의 60% 이상을 차지하는 것을 바람직한 양태로 한다. 또, Cu를 20질량% 이하 함유하는 것을 바람직한 양태로 하고, Ni 및 Mo 중 적어도 1종을, 각각 13질량% 이하 함유하는 것을 바람직한 양태로 한다.

본 발명의 철기 소결 슬라이딩 부재의 제조 방법은, 철 분말에, 황화철 분말, 황화구리 분말, 이황화몰리브덴 분말, 및 황화니켈 분말 중 적어도 1종의 금속 황화물 분말을, 원료 분말의 S량이 3.24~8.10질량%가 되도록 첨가하여 혼합한 원료 분말을 이용하여, 압형(押型) 내에서 압분 성형하고, 얻어진 성형체를 비산화성 분위기 중에서, 1000~1300℃로 소결하는 것을 특징으로 한다.

상기의 철기 소결 슬라이딩 부재의 제조 방법에 있어서는, 상기 원료 분말에, 구리 분말 혹은 구리합금 분말을 더 첨가함과 함께, 원료 분말의 Cu량이 20질량% 이하이며, 소결 온도가 1090~1300℃인 것을 바람직한 양태로 한다. 또, 상기 철 분말 대신에 Ni 및 Mo 중 적어도 1종을 함유하는 철 합금 분말을 이용함과 함께, 원료 분말의 Ni 및 Mo량이 13질량% 이하인 것, 상기 원료 분말에, 니켈 분말을 더 첨가함과 함께, 원료 분말의 Ni량이 13질량% 이하인 것을 바람직한 양태로 한다. 그리고, 상기 원료 분말에, 흑연 분말 0.2~2질량%를 더 첨가하는 것, 혹은, 상기 원료 분말에, 흑연 분말 0.2~3질량%과, 붕산, 붕산화물, 붕소의 질화물, 붕소의 할로겐화물, 붕소의 황화물 및 붕소의 수소화물의 분말 중 1종 이상 0.1~2.0질량%를 더 첨가하는 것을 바람직한 양태로 한다.

본 발명의 철기 소결 슬라이딩 부재는, 철 기지 중으로부터 황화철을 주체로 하는 금속 황화물 입자가 석출되어 철 기지 중에 분산되기 때문에, 기지에 강고하게 고착되어 있으며, 슬라이딩 특성 및 강도가 우수하다.

도 1은, 본 발명의 철기 소결 슬라이딩 부재의 금속 조직의 일례를 나타내는 도면 대용 사진이다.

이하, 본 발명의 철기 소결 슬라이딩 부재의 금속 조직 및 수치 한정의 근거를 본 발명의 작용과 함께 설명한다. 본 발명의 철기 소결 슬라이딩 부재는, 주성분을 Fe로 한다. 여기서, 주성분이란, 소결 슬라이딩 부재 중의 과반을 차지하는 성분의 의미이며, 본 발명에 있어서는 전체 조성에 있어서의 Fe량이 50질량% 이상, 바람직하게는 60질량% 이상이다. 금속 조직은, Fe를 주체로 하는 황화물 입자가 분산되는 철 기지(철 합금 기지)와 기공으로 이루어진다. 철 기지는, 철 분말 및/또는 철 합금 분말에 의해 형성된다. 그리고, 기공은, 분말 야금법에 기인하여 발생하는 것이며, 원료 분말을 압분 성형했을 때의 분말 간의 공극이, 원료 분말의 결합에 의해 형성된 철 기지 중에 잔류한 것이다.

일반적으로, 철 분말은, 제법에 기인하여 불가피 불순물로서 Mn을 0.03~0.9질량% 정도 함유하고, 이 때문에 철 기지는, 불가피 불순물로서 미량의 Mn을 함유한다. 그리고, S를 부여함으로써, 고체 윤활제로서 황화망간 등의 황화물 입자를 기지 중에 석출시킬 수 있다. 여기서, 황화망간은 기지 중에 미세하게 석출되기 때문에, 피삭성 개선에는 효과가 있지만, 슬라이딩 특성에 기여하려면 너무 미세하기 때문에, 슬라이딩 특성 개선 효과가 작다. 이 때문에, 본 발명에 있어서는, 기지에 미량으로 함유되는 Mn과 반응하는 만큼의 S량뿐만이 아니라, S를 더 부여하여, 이 S를 주성분인 Fe와 결합시켜 황화철을 형성한다.

통상, 황화물은, 전기 음성도의 차가 S와 큰 것일수록 형성하기 쉽다. 전기 음성도의 값(폴링에 의한 전기 음성도)은 S：2.58이며, Mn：1.55, Cr：1.66, Fe：1.83, Cu：1.90, Ni：1.91, Mo：2.16이기 때문에, 황화물은, Mn＞Cr＞Fe＞Cu＞Ni＞Mo의 순서로 형성하기 쉽다. 이 때문에, 철 분말에 함유되는 모든 Mn과 결합하여 MnS를 생성할 수 있는 S량을 넘는 양의 S를 첨가하면, 미량의 Mn과의 반응 이외에, 주성분인 Fe와의 반응이 일어나, 황화망간뿐만이 아니라, 황화철도 석출된다. 따라서, 기지 중에 석출되는 황화물은, 주성분인 Fe에 의해 생성되는 황화철이 주가 되고, 일부가 불가피 불순물인 Mn에 의해 생성되는 황화망간이 된다.

황화철은, 고체 윤활제로서 슬라이딩 특성 향상에 적합한 크기의 황화물 입자이며, 기지의 주성분인 Fe와 결합시켜 형성되기 때문에, 기지 중에 균일하게 석출 분산시킬 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 있어서는, 기지에 함유되는 Mn과 결합시키는 S량과, S를 더 부여하여 기지의 주성분인 Fe와 결합시켜 황화물을 석출시킨다. 단, 기지 중에 석출 분산되는 황화물 입자의 양이 15체적%를 밑돌면, 어느 정도의 윤활 효과는 얻을 수 있지만, 슬라이딩 특성이 저하된다. 한편, 황화물 입자의 양이 30체적%를 넘으면, 기지에 대한 황화물의 양이 과다해져 철기 소결 슬라이딩 부재의 강도가 저하된다. 이것으로부터, 기지 중의 황화물 입자의 양은, 기지에 대해 15~30체적%로 한다.

S는, 상온에서는 화합력이 둔하지만, 고온에서는 매우 반응성이 풍부하여, 금속뿐만이 아니라 H, 0, C 등의 비금속 원소와도 화합한다. 그런데, 소결 부재의 제조에 있어서는, 일반적으로, 원료 분말에 성형 윤활제가 첨가되고, 소결 공정의 승온 과정에 있어서 성형 윤활제를 휘발시켜 제거하는, 이른바 탈납이 행해지지만, S를 유황 분말의 형태로 부여하면, 성형 윤활제가 분해되어 생성되는 성분(주로 H, 0, C)과 화합하여 이탈되기 때문에, 상기의 황화철 형성에 필요한 S를 안정되게 부여하는 것이 어렵다. 이 때문에, S는, 황화철 분말 및 Fe보다 전기 음성도가 낮은 금속의 황화물 분말, 즉 황화구리 분말, 황화니켈 분말, 이황화몰리브덴 분말 등의 금속 황화물 분말의 형태로 부여하는 것이 바람직하다. S를 이들의 금속 황화물 분말의 형태로 부여하는 경우, 탈납 공정이 행해지는 온도역(200~400℃ 정도)에서는 금속 황화물의 형태로 존재하기 때문에, 성형 윤활제가 분해되어 생성되는 성분과 화합하지 않고, S의 이탈이 발생하지 않기 때문에, 상기의 황화철 형성에 필요한 S를 안정되게 부여할 수 있다.

금속 황화물로서 황화철 분말을 이용하는 경우, 소결 공정의 승온 과정에 있어서 988℃를 넘으면 Fe-S의 공정(共晶) 액상을 발생시켜, 액상 소결이 되어 분말 입자 간의 네크의 성장을 촉진한다. 또, 이 공정 액상으로부터 S가 철 기지 중에 균일하게 확산되므로, 황화물 입자를 기지 중으로부터 균일하게 석출 분산시킬 수 있다.

금속 황화물 분말로서 황화구리 분말, 황화니켈 분말, 이황화몰리브덴 분말을 이용하는 경우는, 이들 금속 황화물은, 상기의 전기 음성도의 값으로부터 분명한 바와 같이, Fe보다 황화물 형성능이 작고, 철 분말에 첨가한 경우에, 금속 황화물 분말이 소결 시에 분해됨으로써 S가 공급된다. 이 분해된 S는 금속 황화물 분말의 주위의 Fe와 결합하여 FeS를 생성한다. 생성된 FeS는, 주성분인 Fe와의 사이에서 공정 액상을 발생시켜, 액상 소결이 되어 분말 입자 간의 네크의 성장을 촉진한다. 또, 이 공정 액상으로부터 S가 철 기지 중에 균일하게 확산되므로, 주로 황화철로 이루어지는 황화물 입자를 기지 중으로부터 균일하게 석출 분산시킬 수 있다.

금속 황화물 분말의 분해에 의해 발생한 금속 성분(Cu, Ni, Mo)은, 상기와 같이 Fe에 비해 금속 황화물을 형성하기 어렵기 때문에, 대부분이 철 기지에 확산되고 고용되어, 철 기지의 강화에 기여한다. 또, C와 병용한 경우에, 철 기지의 담금질성의 개선에 기여하여, 펄라이트를 미세하게 하여 강도를 높이거나, 소결 시의 통상의 냉각 속도로 강도가 높은 베이나이트나 마르텐사이트를 얻을 수 있다.

이들 금속 황화물 분말 중, 특히 금속 황화물로서 황화구리 분말을 이용한 경우는, 황화구리 분말의 분해에 의해 발생한 Cu는 Cu 액상을 발생시켜 철 분말에 젖어 들어 덮고, 철 분말 중에 확산된다. Cu는 상기대로 Fe보다 전기 음성도가 낮고, 실온에서는 Fe와 비교해 황화물을 형성하기 어렵지만, 고온 하에서는 Fe보다도 표준 생성 자유 에너지가 작아, 황화물을 형성하기 쉽다. 또, Cu는 α-Fe 중으로의 고용한(固溶限)이 작아, 화합물을 만들지 않기 때문에, 고온 하에서 γ-Fe 중에 고용된 Cu는 냉각 과정에서 α-Fe 중에 Cu단체로 석출되는 특성을 가지고 있다. 그 때문에, 소결 중의 냉각 과정에서 한 번 고용된 Cu는 Fe기지 중으로부터 균일하게 석출된다. 이 때, Cu와 철황화물은 기지 중으로부터 석출된 Cu를 핵으로 하여 금속 황화물(황화구리, 황화철 및 철과 구리의 복합 황화물)을 형성함과 함께, 그 주위에 황화물 입자(황화철)의 석출을 촉진하는 작용을 가진다.

또한, 금속 황화물 분말로서 황화니켈 분말이나, 이황화몰리브덴 분말을 이용한 경우는, 상기와 같이, 대부분이 철 기지에 확산되어 고용되지만, 극히 일부에 미분해된 황화니켈이나, 이황화몰리브덴이 잔류하거나, 황화니켈이나, 이황화몰리브덴으로서 석출되는 경우도 있다. 이 경우에 있어서도, 첨가한 황화니켈 분말이나, 이황화몰리브덴 분말의 대부분이 분해되어 철황화물의 생성에 기여함과 함께, 황화니켈이나, 이황화몰리브덴도 윤활성을 가지기 때문에 아무런 문제는 되지 않는다.

상기의 황화물 입자는, 기지 중의 Mn이나 Fe와 S를 결합시켜 석출시키기 때문에, 기지 중으로부터 석출되어 균일하게 분산된다. 따라서, 황화물은 기지에 강고하게 고착되어 있어, 탈락하기 어려워진다. 또, 황화물은 철 기지로부터 석출되어 생성되기 때문에, 소결 시에 있어서의 원료 분말들의 확산을 저해하지 않는 것, 및 Fe-S 액상 및 Cu 액상에 의해 소결이 촉진되는 것 때문에, 원료 분말들의 확산이 양호하게 행해져, 철 기지의 강도가 향상되고, 철 기지의 내마모성이 향상된다.

또한, 기지 중에 석출되는 황화물은, 상대 부재와의 슬라이딩에 있어서 고체 윤활 작용을 발휘하기 때문에, 미세한 것 보다, 소정의 크기인 것이 바람직하다. 이 관점에서, 최대 입경이 원상당 직경으로 10μm 이상인 황화물 입자의 면적이, 황화물 입자 전체의 면적의 30% 이상을 차지하는 것이 바람직하다. 황화물 입자의 최대 입경이 원상당 직경으로 10μm를 밑돌면, 고체 윤활 작용을 충분히 얻기 어려워진다. 또, 최대 입경이 원상당 직경으로 10μm 이상인 황화물 입자의 면적이 황화물 입자 전체의 면적의 30%를 밑돌아도, 충분한 고체 윤활 작용을 얻기 어려워진다.

일반적으로, 철기 소결 합금은, 철 기지의 강화를 위해, C, Cu, Ni, Mo 등의 원소를 철 기지에 고용시켜 철 합금으로서 사용하지만, 본 발명의 철기 소결 슬라이딩 부재에 있어서도 마찬가지로 철 기지를 강화하는 원소를 추가하여 철 합금 기지로 할 수 있다. 이들 원소 중, Ni, Mo는, 상기 서술한 바와 같이, 전기 음성도의 관계로부터, 황화철을 주체로 하는 황화물 입자의 형성을 저해하지 않는다. 또, Cu는, 황화철을 주체로 하는 황화물 입자의 형성을 촉진하는 효과가 있다. 이들 원소는, 철 기지에 고용되어 기지를 강화하는 작용을 가짐과 함께, C와 병용한 경우에, 철 기지의 담금질성을 개선하여, 펄라이트를 미세하게 하여 강도를 높이거나, 소결 시의 통상의 냉각 속도로 강도가 높은 베이나이트나 마르텐사이트를 얻는 것을 용이하게 한다.

Ni, Mo 중 적어도 1종은, 단미 분말(니켈 분말 및 몰리브덴 분말) 또는 다른 성분과의 합금 분말(Fe-Mo 합금 분말, Fe-Ni 합금 분말, Fe-Ni-Mo 합금 분말, Cu-Ni 합금 분말, 및 Cu-Mo 합금 분말 등)의 형태로 첨가할 수 있다. 단, 이들 재료는 고가임과 함께, 단미 분말로 첨가하는 경우, 성분량이 과다해지면 철 기지 중에 미확산된 부분이 잔류하여 황화물의 석출되지 않는 부분이 발생시킨다. 이 때문에, Ni, Mo는 전체 조성에 있어서, 각각 13질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Cu는, 단미(單味) 분말 또는 다른 성분과의 합금 분말의 형태로 첨가할 수 있다. Cu는, 상기 서술한 대로, 황화물 입자의 석출을 촉진하는 효과가 있음과 함께, S량에 비해 Cu량이 많은 경우에, 철 기지 중에 연질의 유리 구리상이 석출되어, 상대 부재와의 친화성을 향상시킨다. 그러나, 다량으로 첨가하면, 석출되는 유리 구리상의 양이 과다해져, 철기 소결 부재의 강도 저하가 현저해진다. 이 때문에, Cu량은 전체 조성에 있어서 20질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

C는, 합금 분말의 형태로 부여하면 합금 분말의 경도가 높아져 원료 분말의 압축성이 저하되기 때문에, 흑연 분말의 형태로 부여한다. C의 첨가량이 0.2질량%를 밑돌면 강도가 낮은 페라이트의 비율이 과다해져, 첨가 효과가 부족해진다. 한편, 첨가량이 과다해지면, 무른 시멘타이트가 네트워크 형상으로 석출되게 된다. 이 때문에, 본 발명에 있어서는, C를 0.2~2.0질량% 함유함과 함께, C의 전량이 기지 중에 고용 혹은 금속 탄화물로서 석출되어 있는 것이 바람직하다.

또한, C를 기지에 고용시키지 않고 기공 중에 흑연 상태로 잔류시키면, 이 흑연이 고체 윤활제로서 기능하여, 마찰 계수의 저감, 마모의 억제 등의 효과를 얻을 수 있어, 슬라이딩 특성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 있어서는, C를 0.2~3.0질량% 함유함과 함께, C의 일부 혹은 전부가 기공 중에 흑연으로서 분산되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, C를 흑연 분말의 형태로 첨가한다. C의 첨가량이 0.2질량%를 밑돌면, 분산되는 흑연의 양이 부족해져, 슬라이딩 특성 향상의 효과가 불충분해진다. 한편, 기공 중에 잔류하는 흑연은, 첨가한 흑연 분말의 형상이 유지되기 때문에, 흑연에 의해 기공의 구상화가 저지되어, 강도가 저하되기 쉽다. 이 때문에, C의 첨가량의 상한을 3.0질량%로 한다.

C를 기공 중에 흑연 상태로 잔류시키려면, 원료 분말에, 흑연 분말 0.2~3.0질량%과, 붕산, 붕산화물, 붕소의 질화물, 붕소의 할로겐화물, 붕소의 황화물 및 붕소의 수소화물의 분말 중 1종 이상 0.1~2.0질량%를 첨가하여 부여해 둠으로써 얻을 수 있다. 이들 붕소 함유 분말은, 융점이 낮고, 500℃ 정도에서 산화붕소의 액상을 발생시킨다. 이 때문에, 소결 공정에 있어서 흑연 분말 및 붕소 함유 분말을 함유하는 압분체를 승온하는 과정에서, 붕소 함유 분말이 용융되어, 발생한 산화붕소 액상에 의해 흑연 분말 표면이 젖어 들어 덮인다. 이 때문에, 더 승온했을 때의 800℃ 정도로부터 시작되는 Fe기지 중으로의 흑연 분말의 C의 확산이 방지되어, 흑연 분말을 기공 중에 잔류시켜 분산시킬 수 있다. 붕소 함유 분말은, 이 흑연 분말을 피복하는데 충분한 양인 것이 바람직하고, 과잉하게 첨가해도 산화 붕소가 기지 중에 잔류하여 강도의 저하를 초래하기 때문에, 그 첨가량은 0.1~2.0질량%로 하면 된다.

철 기지의 금속 조직은, C를 부여하지 않는 경우 페라이트 조직이 된다. 또, C를 부여하는 경우에 있어서, C를 기공 중에 흑연 상태로 잔류시켰을 때, 철 기지의 금속 조직은 페라이트가 된다. 그리고, C의 일부 및 전부를 철 기지에 확산시켰을 때, 철 기지의 금속 조직은 페라이트와 펄라이트의 혼합 조직 혹은 펄라이트가 된다. C와 함께, Cu, Ni, Mo 중 적어도 1종을 이용했을 때, 철 기지의 금속 조직은 페라이트와 펄라이트의 혼합 조직, 페라이트와 베이나이트의 혼합 조직, 페라이트와 펄라이트와 베이나이트의 혼합 조직, 펄라이트와 베이나이트의 혼합 조직, 펄라이트, 베이나이트 중 어느 하나의 금속 조직이 된다. 또한 Cu가 첨가되어, S량에 비해 Cu량이 많은 경우에, 상기의 철 기지의 금속 조직 중에 유리 구리상이 분산된 금속 조직이 된다.

상기의 원료 분말은, 종래부터 행해지고 있는 바와 같이, 제품의 외주 형상을 조형하는 형공(型孔)을 가지는 금형과, 금형의 형공과 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰져, 제품의 하단면을 조형하는 하측 펀치와, 경우에 따라서는 제품의 내주 형상 혹은 두께 줄임부를 조형하는 코어 로드로 형성되는 캐비티에 원료 분말을 충전하여, 제품의 상단면을 조형하는 상측 펀치와, 그 하측 펀치에 의해 원료 분말을 압축 성형한 후, 금형의 형공으로부터 뽑아내는 방법(압형법)에 의해 성형체로 성형한다.

얻어진 성형체는, 소결노에서 가열되어 소결이 행해진다. 이 때의 가열 유지 온도, 즉 소결 온도는, 소결의 진행 및 황화물의 형성에 중요한 영향을 준다. 여기서 소결 온도가, 1000℃를 밑돌면 Fe-S공정 액상이 발생하지 않아, 철을 주체로 하는 황화물의 형성이 불충분해진다. 또, 추가의 첨가 원소로서 Cu를 이용하는 경우, Cu의 융점이 1084.5℃이기 때문에, Cu 액상을 충분히 발생시키기 위해 소결 온도를 1090℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 소결 온도가 1300℃보다 높아지면, 액상 발생량이 과다해져 형태 붕괴가 발생하기 쉬워진다. 또한, 소결 분위기는 비산화성의 분위기이면 되지만, 상기 서술한 바와 같이 S는 H, O와 반응하기 쉽기 때문에, 노점이 낮은 분위기를 이용하는 것이 바람직하다.

<실시예>

［제1 실시예］

Mn을 0.03질량% 함유하는 철 분말에, 황화철 분말(S량：36.47질량%)을 표 1에 나타내는 배합비(첨가의 비율)로서 첨가하고, 혼합하여 원료 분말을 얻었다. 그리고, 원료 분말을 성형 압력 600MPa로 성형하여, 외경 25.6mm, 내경 20mm, 높이 15mm의 링형상의 압분체를 제작했다. 다음에, 비산화성 가스 분위기 중에서, 1120℃로 소결하여 시료 번호 01~08의 소결 부재를 제작했다. 이들 시료의 전체 조성을 표 1에 아울러 나타낸다.

금속 조직 중의 황화물의 체적%는, 금속 조직 단면의 황화물의 면적율에 동등하다. 이 때문에, 실시예에 있어서는, 금속 황화물의 체적%의 평가에 있어서, 금속 조직 단면의 황화물의 면적%를 평가하여 행했다. 즉, 얻어진 시료에 대해서 절단하여, 단면을 경면 연마하여 단면 관찰을 행하고, 화상 분석 소프트웨어(미타니 상사 주식회사제 WinROOF)를 이용하여, 기공을 제외한 기지 부분의 면적과 황화물의 면적을 측정하여 기지에 차지하는 황화물의 면적%를 구함과 함께, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적을 측정하여 전체 황화물의 면적에 대한 비율을 구했다. 또한, 각 황화물 입자의 최대 입경은, 각 입자의 면적을 구하고, 이 면적과 동등한 원의 직경으로 환산하는 원상당 직경으로 계측했다. 또, 황화물 입자가 결합하고 있는 경우, 결합한 황화물을 1개의 황화물로서 이 황화물의 면적보다 원상당 직경을 구했다. 이들 결과를 표 2에 나타낸다.

또, 링형상의 소결 부재에 대해서, JIS 규격에 규정된 SCM435H의 조질재를 상대재로서 이용하여, 링 온 디스크 마찰 마모 시험기에 의해, 주속 477rpm, 5kgf/cm²의 하중 하에서 무윤활로 슬라이딩 시험을 행하여, 마찰 계수를 측정했다. 또한, 링형상의 소결 부재에 대해서 압환 시험을 행하여 압환 강도를 측정했다. 이들 결과에 대해서도 표 2에 아울러 나타낸다.

또한, 이하의 평가에 있어서는, 마찰 계수 0.6 이하 및 압환 강도 150MPa 이상이 되는 시료를 합격으로 하여 판정을 행했다.

표 1 및 표 2로부터, 황화철 분말을 첨가함으로써 황화물이 석출되고, 황화철 분말의 첨가량의 증가에 따라, 전체 조성 중의 S량이 증가하여, 황화물의 석출량이 증가하고 있다. 또, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물은, S량의 증가에 따라 그 비율이 증가하여, S량이 본 발명의 상한치인 8.10%일 때에, 황화물의 대부분의 최대 입경이 10μm 이상이 되어 있다. 이러한 황화물의 석출에 의해, 전체 조성 중의 S량이 증가함에 따라 마찰 계수가 저하된다. 압환 강도는, 황화철 분말의 첨가에 의해 소결 시에 액상이 발생하여 소결이 촉진되기 때문에 증가한다. 그러나, 기지 중에 석출되는 황화물의 양이 증가하면 기지의 강도가 저하되기 때문에, S량이 많은 영역에서는 황화물의 석출량이 많아 기지의 강도가 저하되어 압환 강도가 저하된다.

여기서, 전체 조성 중의 S량이 3.24질량%에 미치지 않는 시료 번호 02의 시료에서는, S량이 부족하기 때문에, 황화물의 석출량이 15면적%를 밑돌아, 마찰 계수의 개선 효과가 부족하다. 이에 반해, 전체 조성 중의 S량이 3.24질량%인 시료 번호 03의 시료에서는, 황화물의 석출량이 15면적%로, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적이 전체 황화물의 면적에 대해 차지하는 비율이 60%를 넘고, 마찰 계수가 0.6으로 개선되어 있다. 한편, 전체 조성 중의 S량이 8.1질량%를 넘으면, 기지에 차지하는 황화물의 양이 30면적%를 넘는 결과, 압환 강도의 저하가 현저해져, 압환 강도가 150MPa를 밑돈다. 이상과 같이, 전체 조성 중의 S량은 3.24~8.1질량%의 범위에서, 양호한 마찰 계수와 강도를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

도 1에, 시료 번호 05의 철기 소결 슬라이딩 부재의 금속 조직(경면 연마)을 나타낸다. 철 기지는 흰색의 부분이며, 황화물 입자는 회색의 부분이다. 기공은 흑색의 부분이다. 도 1로부터 황화물 입자(회색)는 철 기지(흰색) 중에 석출되어 분산되어 있으며, 기지로의 고착성이 양호하다는 것을 알 수 있다. 또, 황화물 입자는 각 처에서 서로 결합되어 어느 정도의 크기로 성장하고 있어, 이와 같이 큰 형태로 기지 중에 분산되기 때문에, 고체 윤활제로서의 작용이 커, 마찰 계수의 저감에 기여한 것으로 생각할 수 있다. 또한, 기공(흑색)은 비교적 둥그스름한 형상으로 되어 있지만, 이것은 FeS 액상의 발생에 의한 것으로 생각할 수 있다.

［제2 실시예］

Mn을 0.8질량% 함유하는 철 분말에, 황화철 분말(S량：36.47질량%)을 표 3에 나타내는 배합비로 바꿔 첨가하고, 혼합하여 원료 분말을 얻었다. 그리고, 제1 실시예와 동일하게 하여, 성형, 소결을 행하여 시료 번호 09~16의 소결 부재를 제작했다. 이들 시료의 전체 조성을 표 3에 아울러 나타낸다. 이들 시료에 대해서, 제1 실시예와 동일하게 하여, 황화물의 면적 및 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적이 전체 황화물의 면적에 차지하는 비율을 측정함과 함께, 마찰 계수 및 압환 강도의 측정을 행했다. 이들 결과를 표 4에 나타낸다.

제2 실시예는, 제1 실시예에서 이용한 철 분말(Mn량：0.03질량%)과 상이한 Mn량의 철 분말을 이용한 경우의 예이지만, 제1 실시예와 동일한 경향을 나타내고 있다. 즉, 표 3 및 표 4로부터, 황화철 분말의 첨가량의 증가에 따라, 전체 조성 중의 S량이 증가하여, 황화물의 석출량이 증가하고 있다. 또, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물은, S량의 증가에 따라 그 비율이 증가하여, S량이 본 발명의 상한치인 8.10%일 때에, 황화물의 대부분의 최대 입경이 10μm 이상이 되어 있다. 이러한 황화물의 석출에 의해, 전체 조성 중의 S량이 증가함에 따라 마찰 계수가 저하된다. 황화철 분말의 첨가에 의해 소결 시에 액상이 발생하여 소결이 촉진되기 때문에, 압환 강도는 증가하지만, 기지 중에 석출되는 황화물의 양이 증가하면 기지의 강도가 저하되기 때문에, S량이 많은 영역에서는 황화물의 석출량이 많아 강도가 저하되기 때문에, 압환 강도가 저하된다.

또, 제1 실시예와 마찬가지로, 전체 조성 중의 S량이 3.24질량%에 미치지 않는 시료 번호 10의 시료에서는, S량이 부족하기 때문에, 황화물의 석출량이 15면적%를 밑돌아, 마찰 계수의 개선 효과가 부족하다. 이에 반해, 전체 조성 중의 S량이 3.24질량%인 시료 번호 11의 시료에서는, 황화물의 석출량이 15면적%로, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적이 차지하는 비율이 60%가 되어, 마찰 계수가 0.6 이하로 개선되어 있다. 한편, 전체 조성 중의 S량이 8.1질량%를 넘으면, 기지에 차지하는 황화물의 양이 30면적%를 넘는 결과, 압환 강도의 저하가 현저해지며, 압환 강도가 150MPa를 밑돈다. 이상과 같이, 전체 조성 중의 S량은 3.24~8.1질량%의 범위에서, 양호한 마찰 계수와 강도를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

［제3 실시예］

제1 실시예에서 이용한 철 분말(Mn을 0.03질량% 함유하는 철 분말)에, 황화구리 분말(S량：33.53질량%)을 표 5에 나타내는 배합비로 바꿔 첨가하고, 혼합하여 원료 분말을 얻었다. 그리고, 제1 실시예와 동일하게 하여, 성형, 소결을 행하여 시료 번호 17~23의 소결 부재를 제작했다. 이들 시료의 전체 조성을 표 5에 아울러 나타낸다. 이들 시료에 대해서, 제1 실시예와 동일하게 하여, 황화물의 면적 및 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적이 전체 황화물의 면적에 차지하는 비율을 측정함과 함께, 마찰 계수 및 압환 강도의 측정을 행했다. 이들 결과를 표 6에 아울러 나타낸다. 또한, 표 6에는 제1 실시예의 시료 번호 01의 시료(금속 황화물 분말을 포함하지 않는 예)의 결과를 아울러 나타낸다.

제3 실시예는, 황화철 분말 대신에 황화구리 분말에 의해 S를 부여한 경우의 예이지만, 제1 실시예와 동일한 경향을 나타내고 있다. 즉, 표 5 및 표 6으로부터, 황화구리 분말의 첨가량의 증가에 따라 전체 조성 중의 S량이 증가하여, 황화물의 석출량이 증가하고 있다. 또, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물은, S량의 증가에 따라 그 비율이 증가하여, S량이 본 발명의 상한치인 8.10%일 때에, 황화물의 대부분의 최대 입경이 10μm 이상이 되어 있다. 이러한 황화물의 석출에 의해, 전체 조성 중의 S량이 증가함에 따라 마찰 계수가 저하되어 있다. 황화구리 분말의 첨가에 의해 소결 시에 액상이 발생하여 소결이 촉진되기 때문에, 압환 강도는 증가한다. 그러나, 기지 중에 석출되는 황화물의 양이 증가하면 기지의 강도가 저하되기 때문에, S량이 많은 영역에서는 황화물의 석출량이 많아져 강도가 저하되어, 압환 강도가 저하되어 있다.

또, 제1 실시예와 마찬가지로, 전체 조성 중의 S량이 3.24질량%에 미치지 않는 시료 번호 17의 시료에서는, S량이 부족하기 때문에 황화물의 석출량이 15면적%를 밑돌아, 마찰 계수의 개선 효과가 부족하다. 이에 반해, 전체 조성 중의 S량이 3.24질량%인 시료 번호 18의 시료에서는, 황화물의 석출량이 15면적%로, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적이 전체 황화물의 면적에 대해 차지하는 비율이 60%가 되어, 마찰 계수가 0.6 이하로 개선되어 있다. 한편, 전체 조성 중의 S량이 8.1질량%를 넘으면, 기지에 차지하는 황화물의 양이 30면적%를 넘는 결과, 압환 강도가 150MPa를 밑돌고 있다.

황화철 분말 대신에 황화구리 분말에 의해 S를 부여한 경우, 황화구리 분말이 분해되어 발생한 Cu는, 황화물 입자의 석출을 촉진하는 작용이 있어, 황화철 분말에 의해 S를 공급하는 경우(제1 실시예)보다 석출량이 많아, 마찰 계수가 작아져 있다. 또 이 Cu가 액상 발생에 의한 치밀화(소결의 촉진) 및 기지의 강화에 작용하기 때문에, 황화철 분말에 의해 S를 공급하는 경우(제1 실시예)보다 압환 강도는 높아져 있다.

이상과 같이, 전체 조성 중의 S량은 3.24~8.1질량%의 범위에서 양호한 마찰 계수와 강도를 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 또, 황화철 분말 대신에 황화구리 분말을 이용하며 S를 부여해도 동일한 결과를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

［제4 실시예］

제1 실시예에서 이용한 철 분말(Mn을 0.03질량% 함유하는 철 분말)에, 이황화몰리브덴 분말(S량：40.06질량%)을 표 7에 나타내는 배합비로 바꿔 첨가하고, 혼합하여 원료 분말을 얻었다. 그리고, 제1 실시예와 동일하게 하여, 성형, 소결을 행하여 시료 번호 24~30의 소결 부재를 제작했다. 이들 시료의 전체 조성을 표 7에 아울러 나타낸다. 이들 시료에 대해서, 제1 실시예와 동일하게 하여, 황화물의 면적 및 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적이 전체 황화물의 면적에 차지하는 비율을 측정함과 함께, 마찰 계수 및 압환 강도의 측정을 행했다. 이들 결과를 표 8에 나타낸다. 또한, 표 8에는 제1 실시예의 시료 번호 01의 시료(금속 황화물 분말을 포함하지 않는 예)의 결과를 아울러 나타낸다.

제4 실시예는, 황화철 분말 대신에 이황화몰리브덴 분말에 의해 S를 부여한 경우의 예이지만, 제1 실시예와 동일한 경향을 나타내고 있다. 즉, 표 8로부터, 이황화몰리브덴 분말의 첨가량의 증가에 따라 전체 조성 중의 S량이 증가하여, 황화물의 석출량이 증가하고 있다. 또, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물은, S량의 증가에 따라 그 비율이 증가하여, S량이 본 발명의 상한치인 8.10%일 때에, 황화물의 대부분의 최대 입경이 10μm 이상이 되어 있다. 이러한 황화물의 석출에 의해, 전체 조성 중의 S량이 증가함에 따라 마찰 계수가 저하되어 있다. 황화구리 분말의 첨가에 의해 소결 시에 액상이 발생하여 소결이 촉진되기 때문에, 압환 강도는 증가한다. 그러나, 기지 중에 석출되는 황화물의 양이 증가하면 기지의 강도가 저하되기 때문에, S량이 많은 영역에서는 황화물의 석출량이 많아지고 강도가 저하되어, 압환 강도가 저하되어 있다.

또, 제1 실시예와 마찬가지로, 전체 조성 중의 S량이 3.24질량%에 미치지 않는 시료 번호 24의 시료에서는, S량이 부족하기 때문에 황화물의 석출량이 15면적%를 밑돌아, 마찰 계수의 개선 효과가 부족하다. 이에 반해, 전체 조성 중의 S량이 3.24질량%인 시료 번호 25의 시료에서는, 황화물의 석출량이 15면적%로, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적이 전체 황화물의 면적에 대해 차지하는 비율이 60%가 되어, 마찰 계수가 0.6 이하로 개선되어 있다. 한편, 전체 조성 중의 S량이 8.1질량%를 넘으면, 기지에 차지하는 황화물의 양이 30면적%를 넘어, 압환 강도의 저하가 현저해짐과 함께, 마찰 계수는 첨가량에 비해 감소하고 있지 않다. Mo는 고가이고, 이황화몰리브덴 분말도 고가인 것을 감안하면, 강도의 저하가 현저해지는 것 및 비용에 비해 효과가 부족한 것 때문에, Mo량은 13질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

황화철 분말 대신에 이황화몰리브덴 분말에 의해 S를 부여한 경우, 이황화몰리브덴 분말이 분해되어 발생한 Mo는 철 기지 중에 확산되어 고용되고, 이것이 기지의 강화에 작용하기 때문에, 압환 강도는, 황화철 분말에 의해 S를 공급하는 경우(제1 실시예)보다 높은 값이 되어 있다.

이상과 같이, 전체 조성 중의 S량은 3.24~8.1질량%의 범위에서, 양호한 마찰 계수와 강도를 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 또, 황화철 분말 대신에 이황화몰리브덴 분말을 이용하여 S를 부여해도 동등한 효과를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

이상의 제1 실시예 내지 제4 실시예로부터, 전체 조성 중의 S량이 3.24~8.1질량%의 범위에서, 기지에 차지하는 황화물의 양이 15~30면적%의 범위가 되고, 또한 전체 황화물 입자의 면적에 차지하는 최대 입경이 10μm 이상인 황화물 입자의 면적이 60% 이상이 되며, 마찰 계수 0.6 이하인 것과 함께 압환 강도가 150MPa 이상인 양호한 마찰 계수와 강도를 겸비한 것이 되는 것이 확인되었다. 또, 철 분말이 불순물로서 함유하는 정도의 Mn량에 있어서는, Mn량이 바뀌어도 동일한 결과를 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 전기 음성도의 값이 Fe 이하인 금속의 황화물 분말을 이용함으로써, 상기의 황화물을 형성할 수 있는 것이 확인되었다.

［제5 실시예］

제1 실시예에서 이용한 철 분말에, 15질량%의 황화철 분말, 및 구리 분말을 첨가함과 함께, 표 9에 나타내는 구리 분말의 첨가의 비율(배합비)로 바꿔 첨가하고, 혼합하여 원료 분말을 얻었다. 그리고, 제1 실시예와 동일하게 하여, 성형, 소결을 행하여 시료 번호 31~35의 소결 부재를 제작했다. 이들 시료의 전체 조성을 표 9에 아울러 나타낸다. 이들 시료에 대해서, 제1 실시예와 동일하게 하여, 황화물의 면적 및 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적이 전체 황화물의 면적에 차지하는 비율을 측정함과 함께, 마찰 계수 및 압환 강도의 측정을 행했다. 이들 결과를 표 10에 나타낸다. 또한, 표 10에는 제1 실시예의 시료 번호 05의 시료(구리 분말을 포함하지 않는 예)의 결과를 아울러 나타낸다.

표 9 및 표 10으로부터, 구리 분말의 첨가량을 변화시켜 전체 조성 중의 Cu량을 변화시키면, Cu량의 증가에 따라, 황화물 입자의 석출이 촉진되어 황화물의 양이 증가함과 함께, 10μm를 넘는 황화물 입자의 양이 증가하는 경향을 나타내고 있으며, 이 때문에 마찰 계수가 저하되는 경향을 나타내고 있다. 압환 강도는, Cu량이 증가함에 따라 액상 발생량이 증가하여 치밀화되는 것, 및 기지 강화의 작용에 의해, Cu량이 15질량%까지는 증가한다. 그러나, Cu량이 15질량%를 넘으면 기지 중에 분산되는 유리 구리상의 양이 많아져 압환 강도는 감소되어 있으며, Cu량이 20질량%를 넘으면, 압환 강도가 150MPa를 밑돈다.

이상의 결과 및 제3 실시예의 결과로부터, Cu의 첨가에 의해, 황화물 입자의 석출이 촉진되어 마찰 계수를 저감할 수 있는 것이 확인되었다. 단, Cu량이 20질량%를 넘으면 강도의 저하가 현저해지기 때문에, Cu를 첨가하는 경우, 상한을 20질량% 이하로 하는 것이 바람직한 것도 확인되었다.

［제6 실시예］

제1 실시예에서 이용한 철 분말에, 15질량%의 황화철 분말, 10질량%의 구리 분말, 및 니켈 분말을 첨가함과 함께, 표 11에 나타내는 니켈 분말의 첨가의 비율(배합비)로 바꿔 첨가하고, 혼합하여 원료 분말을 얻었다. 그리고, 제1 실시예와 동일하게 하여, 성형, 소결을 행하여 시료 번호 36~40의 소결 부재를 제작했다. 이들 시료의 전체 조성을 표 11에 아울러 나타낸다. 이들 시료에 대해서, 제1 실시예와 동일하게 하여, 황화물의 면적 및 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적이 전체 황화물의 면적에 차지하는 비율을 측정함과 함께, 마찰 계수 및 압환 강도의 측정을 행했다. 이들 결과를 표 12에 나타낸다. 또한, 표 12에는 제5 실시예의 시료 번호 32의 시료(니켈 분말을 포함하지 않는 예)의 결과를 아울러 나타낸다.

표 11 및 표 12로부터, 니켈 분말의 첨가량을 변화시켜 전체 조성 중의 Ni량을 변화시키면, Ni량의 증가에 따라 기지 강화의 작용에 의해 Ni량이 5질량%까지는 압환 강도가 증가한다. 그러나, Ni량의 증가에 따라 철 기지 중에 계속 확산되지 않고 잔류하는 Ni 리치상(고Ni 농도상)의 양이 증가하여 강도가 저하되기 때문에, 5질량%를 넘어 10질량%까지는, 기지 강화의 작용과 Ni 리치상의 영향이 균형을 이루어 압환 강도가 동등해져 있다. 그리고, Ni량이 10질량%를 넘으면 Ni 리치상의 영향이 커져, 압환 강도가 감소하고 있다. 한편, Ni량이 증가함에 따라 황화물의 석출이 부족한 Ni 리치상이 증가하기 때문에, 마찰 계수는 완만하게 증가하고 있다. 그러나, Ni량이 13질량%를 넘으면, Ni 리치상이 너무 증가하기 때문에, 마찰 계수가 현저하게 증가하여, 6을 넘는 값이 되어 있다.

이상과 같이, Ni의 첨가에 의해 강도를 향상시킬 수 있는 것, 단 Ni량이 13질량%를 넘으면 강도의 저하와 함께 마찰 계수가 증가하는 것 때문에 상한을 13질량% 이하로 하는 것이 바람직한 것이 확인되었다. 또, 이 제6 실시예 및 상기의 제4 실시예로부터, Ni, Mo를 각각 13질량% 이하인 범위에서 첨가함으로써 강도를 향상할 수 있는 것이 확인되었다.

［제7 실시예］

제1 실시예에서 이용한 철 분말에, 15질량%의 황화철 분말, 10질량%의 구리 분말, 및 흑연 분말을 첨가함과 함께, 표 13에 나타내는 흑연 분말의 첨가의 비율(배합비)로 바꿔 첨가하고, 혼합하여 원료 분말을 얻었다. 그리고, 제1 실시예와 동일하게 하여, 성형, 소결을 행하여 시료 번호 41~51의 소결 부재를 제작했다. 이들 시료의 전체 조성을 표 13에 아울러 나타낸다. 이들 시료에 대해서, 제1 실시예와 동일하게 하여, 황화물의 면적 및 최대 입경이 10μm 이상인 황화물이 전체 황화물에 차지하는 비율을 측정함과 함께, 마찰 계수 및 압환 강도의 측정을 행했다. 이들 결과를 표 14에 나타낸다. 또한, 표 14에는 제5 실시예의 시료 번호 32의 시료(흑연 분말을 포함하지 않는 예)의 결과를 아울러 나타낸다.

제7 실시예는, 철기 소결 슬라이딩 부재에 C를 부여함과 함께, C의 전량을 철 기지에 고용하여 부여하는 경우의 예이다. 제5 실시예의 시료 번호 32의 시료는 C를 함유하지 않으며, 철 기지의 금속 조직은 강도가 낮은 페라이트 조직이다. 여기서, 흑연 분말을 첨가하여 C를 부여하면, 철 기지의 금속 조직 중에 페라이트상보다 단단하고 강도가 높은 펄라이트상이 페라이트 조직 중에 분산되어, 압환 강도가 증가함과 함께, 마찰 계수가 저하된다. 그리고, C량이 증가함에 따라 펄라이트상의 양이 증가하고 페라이트상이 감소하여, C량이 1질량% 정도에서 철 기지의 금속 조직이 전면 펄라이트 조직이 된다. 이 때문에, C량이 1질량%까지는, C량의 증가에 따라 압환 강도가 증가함과 함께, 마찰 계수가 저하된다. 한편, C량이 1질량%를 넘으면 펄라이트 조직 중에 높고 또한 무른 시멘타이트가 석출되게 되어, 압환 강도가 저하됨과 함께, 마찰 계수가 증가한다. 그리고, C량이 2질량%를 넘으면, 펄라이트 조직 중에 석출되는 시멘타이트의 양이 과대해져, 압환 강도가 현저하게 저하되고, C를 첨가하지 않는 시료 번호 32의 시료보다 압환 강도가 저하됨과 함께, 마찰 계수도 커져, 0.6을 넘는 값이 되어 있다.

이상과 같이, C를 첨가하여 철 기지에 고용시킴으로써 강도를 향상할 수 있는 것, 단 C량이 2질량%를 넘으면 강도의 저하와 함께 마찰 계수가 증가하는 것 때문에 상한을 2질량% 이하로 하는 것이 바람직한 것이 확인되었다.

［제8 실시예］

제1 실시예에서 이용한 철 분말에, 15질량%의 황화철 분말, 10질량%의 구리 분말, 0.5질량%의 산화붕소 분말 및 흑연 분말을 첨가함과 함께, 표 15에 나타내는 흑연 분말의 첨가의 비율(배합비)로 바꿔 첨가하고, 혼합하여 원료 분말을 얻었다. 그리고, 제1 실시예와 동일하게 하여, 성형, 소결을 행하여 시료 번호 52~62의 소결 부재를 제작했다. 이들 시료의 전체 조성을 표 15에 아울러 나타낸다. 이들 시료에 대해서, 제1 실시예와 동일하게 하여, 황화물의 면적 및 최대 입경이 10μm 이상인 황화물의 면적이 전체 황화물의 면적에 차지하는 비율을 측정함과 함께, 마찰 계수 및 압환 강도의 측정을 행했다. 이들 결과를 표 16에 나타낸다. 또한, 표 16에는 제5 실시예의 시료 번호 32의 시료(흑연 분말을 포함하지 않는 예)의 결과를 아울러 나타낸다.

제8 실시예는, 철기 소결 슬라이딩 부재에 C를 부여함과 함께, C를 철 기지에 확산시키지 않고, 기공 중에 잔류시켜 고체 윤활제로서 이용하는 경우의 예이다. 표 15 및 표 16으로부터, 흑연 분말의 첨가량을 변화시켜 전체 조성 중의 C량을 변화시키면, C량의 증가에 따라 기공 중에 분산되는 흑연 분말이 고체 윤활제로서 작용하여, 마찰 계수가 저하된다. 한편, 흑연 분말의 양이 증가한 만큼 철 기지의 양이 감소되기 때문에, 압환 강도는 저하된다. 그리고, 흑연 분말의 첨가량이 3질량%를 넘으면, 압환 강도가 현저하게 저하되어 150MPa를 밑도는 값이 되어 있다.

이상과 같이, 흑연 분말을 첨가함과 함께 이것을 기공 중에 잔류시켜 부여하면, 마찰 계수의 저감에 효과가 있지만, C량이 3질량%를 넘으면 강도의 저하가 현저하기 때문에 상한을 3질량% 이하로 하는 것이 바람직한 것이 확인되었다.

본 발명의 철기 소결 슬라이딩 부재는, 철 기지 중으로부터 황화철을 주체로 하는 금속 황화물 입자가 석출되어 철 기지 중에 분산되기 때문에, 기지에 강고하게 고착되어 있으며, 슬라이딩 특성 및 강도가 우수하기 때문에, 각종 슬라이딩 부품에 적용 가능하다.

Claims

전체 조성이, 질량비로, S：3.24~8.10%, 잔부：Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 황화물 입자가 분산되는 페라이트 기지(基地)와, 기공으로 이루어지는 금속 조직을 가지고,
상기 황화물 입자가, 기지에 대해 15~30체적%의 비율로 분산되는 것을 특징으로 하는 철기(鐵基) 소결 슬라이딩 부재.
전체 조성이, 질량비로, S：3.24~8.10%, C：0.2~2.0%, 잔부：Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 황화물 입자가 분산되는 기지와, 기공으로 이루어지는 금속 조직을 가지고,
상기 기지가 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 어느 하나, 혹은 이들의 혼합 조직으로 구성됨과 함께,
상기 황화물 입자가, 기지에 대해 15~30체적%의 비율로 분산되는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.
전체 조성이, 질량비로, S：3.24~8.10%, C：0.2~3.0%, 잔부：Fe 및 불가피 불순물로 이루어지며, 황화물 입자가 분산되는 기지와, 기공으로 이루어지는 금속 조직을 가지고,
상기 기지가 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 어느 하나, 혹은 이들의 혼합 조직으로 구성됨과 함께, 고용되어 있는 C량이 0.2 이하이며, C의 일부 혹은 전부가 상기 기공 중에 흑연으로서 분산되어 있으며,
상기 황화물 입자가, 기지에 대해 15~30체적%의 비율로 분산되는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.
청구항 1에 있어서,
상기 황화물 입자에 있어서, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물 입자가, 황화물 입자 전체의 60% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.
청구항 1에 있어서,
Cu를 20질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.
청구항 1에 있어서,
Ni 및 Mo 중 적어도 1종을, 각각 13질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.
철분말에, 황화철 분말, 황화구리 분말, 이황화몰리브덴 분말, 및 황화니켈 분말 중 적어도 1종의 금속 황화물 분말을, 원료 분말의 S량이 3.24~8.10질량%가 되도록 첨가하여 혼합한 원료 분말을 이용하여, 압형(押型) 내에서 압분 성형하고, 얻어진 성형체를 비산화성 분위기 중에서 1000~1300℃로 소결하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 원료 분말에, 구리 분말 혹은 구리합금 분말을 더 첨가함과 함께, 원료 분말의 Cu량이 20질량% 이하이며, 소결 온도가 1090~1300℃인 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 철분말 대신에 Ni 및 Mo 중 적어도 1종을 함유하는 철합금 분말을 이용함과 함께, 원료 분말의 Ni 및 Mo량이 13질량% 이하인 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 원료 분말에, 니켈 분말을 더 첨가함과 함께, 원료 분말의 Ni량이 13질량% 이하인 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 원료 분말에, 흑연 분말 0.2~2질량%를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 원료 분말에, 흑연 분말 0.2~3질량%과, 붕산, 붕산화물, 붕소의 질화물, 붕소의 할로겐화물, 붕소의 황화물 및 붕소의 수소화물의 분말 중 1종 이상 0.1~2.O질량%를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 황화물 입자에 있어서, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물 입자가, 황화물 입자 전체의 60% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.
청구항 2에 있어서,
Cu를 20질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.
청구항 2에 있어서,
Ni 및 Mo 중 적어도 1종을, 각각 13질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.
청구항 3에 있어서,
상기 황화물 입자에 있어서, 최대 입경이 10μm 이상인 황화물 입자가, 황화물 입자 전체의 60% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.
청구항 3에 있어서,
Cu를 20질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.
청구항 3에 있어서,
Ni 및 Mo 중 적어도 1종을, 각각 13질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 철기 소결 슬라이딩 부재.