KR20170118904A - Sliding component and sliding structure - Google Patents

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세이신 우에다
쿠니치카 구보타
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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

내마모성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공한다. 그리고, 이 슬라이딩 부품을 구비한 슬라이딩 구조체를 제공한다. 질량%로, C: 0.7∼1.6%, Si: 0.5∼3.0%, Mn: 0.1∼3.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.01∼0.12%, Ni: 0.3∼1.5%, Cr: 7.0∼13.0%, Mo 및 W 중 1종 또는 2종: (Mo+1/2W)의 관계식에서 0.5∼1.7%, V: 0∼0.70%, Cu: 0.1∼1.0%, Al: 0.10∼0.70%, Nb: 0∼0.30%, 잔부 Fe 및 불순물의 성분 조성을 갖고, 경도가 52HRC 이상 58HRC 미만의 슬라이딩 부품이다. 그리고, 상기의 슬라이딩 부품이, 이 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 윤활유가 개재하는 환경하에서, 상대 부품의 슬라이딩면과 슬라이딩하도록 구성된 슬라이딩 구조체이다.A sliding part excellent in wear resistance is provided. And, a sliding structure provided with this sliding part is provided. The steel sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel sheet comprises, by mass%, 0.7 to 1.6% of C, 0.5 to 3.0% of Si, 0.1 to 3.0% of Mn, 0.05% or less of P, 0.01 to 0.12% of S, 0.3 to 1.5% 0.5 to 1.7%, V: 0 to 0.70%, Cu: 0.1 to 1.0%, Al: 0.10 to 0.70%, and Nb: 0 to 1.0% in one or two of Mo, 0.30%, balance Fe and impurities, and has a hardness of 52HRC or more and less than 58HRC. The sliding part is configured to slide with the sliding surface of the mating part under an environment in which lubricating oil intervenes on the sliding surface of the sliding part.

Description

슬라이딩 부품 및 슬라이딩 구조체{SLIDING COMPONENT AND SLIDING STRUCTURE}[0001] SLIDING COMPONENT AND SLIDING STRUCTURE [0002]

본 발명은, 예를 들면, 내연 기관에 조입되는 오일링(oil ring)이나 캠 로브(cam lobe) 등의, 각종 슬라이딩 환경에 이용되는 슬라이딩 부품에 관한 것이다. 그리고, 이들 슬라이딩 부품이 조입되어 구성되는, 내연 기관 등의 슬라이딩 구조체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sliding part used in various sliding environments, such as an oil ring or a cam lobe fitted into an internal combustion engine. In addition, the present invention relates to a sliding structure such as an internal combustion engine in which these sliding parts are assembled.

종래, 내연 기관의 구성 부품인 오일링, 캠 로브, 태핏, 피스톤 핀, 실린더 라이너, 미션 기어, 스러스트 플레이트나 베인 등의, 슬라이딩 구조체를 구성하는 슬라이딩 부품에는, 그 소재로서 JIS 강종인 SUJ2나 SKD11이 이용되어 왔다. SKD11은, 퀀칭 템퍼링에 의해 60HRC 이상의 높은 경도를 달성할 수 있고, 또한, 조직 중의 탄화물도 풍부한 점에서, 내마모성이 우수한 강종이다. 그리고, 소재의 성분 조성을 개량함으로써, 소재가 우수한 슬라이딩 특성(자기 윤활 특성)을 부여하여, 내마모성을 향상시킨 프레스 금형이 제안되어 있다(특허문헌 1).BACKGROUND ART [0002] Conventionally, sliding parts constituting sliding structures such as oil rings, cam lobes, tappets, piston fins, cylinder liners, mission gears, thrust plates and vanes constituting components of an internal combustion engine are made of SUJ2 or SKD11 Has been used. SKD11 is a steel grade that can attain a high hardness of 60 HRC or more by quenching tempering and is also excellent in abrasion resistance because it is rich in carbides in the structure. A press mold has been proposed in which a sliding property (self-lubricating property) of a material is imparted by improving the composition of the material, and the wear resistance is improved (Patent Document 1).

일본공개특허공보 2007-002333호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-002333

특허문헌 1의 프레스 금형은, 그 자기 윤활 특성의 발현에 의해, 우수한 내마모성을 갖는다. 그러나, 특허문헌 1의 프레스 금형의 재료를, 내연 기관의 구성 부품에 적용하는 것은, 고려되고 있지 않았다.The press die of Patent Document 1 has excellent wear resistance due to the manifestation of its self-lubricating properties. However, the application of the material of the press die of Patent Document 1 to the component parts of the internal combustion engine has not been considered.

본 발명의 목적은, 내마모성이 우수한 슬라이딩 부품을 제공하는 것이다. 그리고, 이 슬라이딩 부품을 구비한 슬라이딩 구조체를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a sliding part having excellent abrasion resistance. And, there is provided a sliding structure provided with this sliding part.

본 발명은, 질량%로, C: 0.7∼1.6%, Si: 0.5∼3.0%, Mn: 0.1∼3.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.01∼0.12%, Ni: 0.3∼1.5%, Cr: 7.0∼13.0%, Mo 및 W 중 1종 또는 2종: (Mo+1/2W)의 관계식에서 0.5∼1.7%, V: 0∼0.70%, Cu: 0.1∼1.0%, Al: 0.10∼0.70%, Nb: 0∼0.30%, 잔부 Fe 및 불순물의 성분 조성을 갖고, 경도가 52HRC 이상 58HRC 미만인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품이다.The present invention relates to a ferritic stainless steel comprising, by mass%, 0.7 to 1.6% of C, 0.5 to 3.0% of Si, 0.1 to 3.0% of Mn, 0.05% or less of P, 0.01 to 0.12% of S, 0.3 to 1.5% : 0.5 to 1.7%, V: 0 to 0.70%, Cu: 0.1 to 1.0%, Al: 0.10 to 0.70%, one or both of Mo and W: (Mo + Nb: 0 to 0.30%, balance Fe and impurities, and has a hardness of 52 HRC or more and less than 58 HRC.

또한, 본 발명은, 상기한 본 발명의 슬라이딩 부품이, 이 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 윤활유가 개재하는 환경하에서, 상대 부품의 슬라이딩면과 슬라이딩하도록 구성된 것을 특징으로 하는 슬라이딩 구조체이다.Further, the present invention is a sliding structure, wherein the sliding part of the present invention is configured to slide with a sliding surface of a mating part under an environment in which lubricating oil exists on the sliding surface of the sliding part.

본 발명에 의하면, 슬라이딩 부품의 내마모성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, wear resistance of a sliding part can be improved.

도 1은 본 발명예 및 비교예의 슬라이딩 부품의, 경도와 피로 강도의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명예 및 비교예의 슬라이딩 부품의, 볼 온 디스크(Ball on disc) 시험으로 측정한 마찰 계수의 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명예 및 비교예의 슬라이딩 부품의, 피로 강도와 볼 온 디스크 시험으로 측정한 마찰 계수가 0.20에 도달했을 때의 슬라이딩 거리의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a view showing an example of a relationship between a hardness and a fatigue strength of a sliding part of the present invention and a comparative example. FIG.
Fig. 2 is a diagram showing an example of the results of the friction coefficient measured by the ball-on-disc test of the sliding parts of the present invention and the comparative example.
Fig. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the fatigue strength of the sliding parts of the present invention and the comparative example and the sliding distance when the friction coefficient measured by the ball-on-disk test reaches 0.20.

(발명을 실시하기 위한 형태)(Mode for carrying out the invention)

각종의 슬라이딩 구조체를 구성하는 대부분의 슬라이딩 부품은, 오일링이나 캠 로브라는 내연 기관의 구성 부품으로 대표되는 바와 같이, 그 슬라이딩면에 윤활유가 개재하는 환경하에서, 상대 부품의 슬라이딩면과 슬라이딩하여, 사용되고 있다. 그리고, 이 환경하에서, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 자기 윤활 특성이 효과적으로 발휘되어, 슬라이딩 부품의 내마모성이 향상하는 것을 밝혀냈다. 이하, 본 발명의 구성 요건에 대해서, 설명한다.Most sliding parts constituting various sliding structures slide on the sliding surfaces of the mating parts under an environment in which lubricating oil is present on the sliding surfaces as represented by the components of internal combustion engines such as oil rings and cam lobes, . Under these circumstances, it has been found that the sliding parts of the present invention exhibit the self-lubricating properties effectively, and the wear resistance of the sliding parts is improved. Hereinafter, constituent requirements of the present invention will be described.

(1) 본 발명의 슬라이딩 부품은, 질량%로, C: 0.7∼1.6%, Si: 0.5∼3.0%, Mn: 0.1∼3.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.01∼0.12%, Ni: 0.3∼1.5%, Cr: 7.0∼13.0%, Mo 및 W 중 1종 또는 2종: (Mo+1/2W)의 관계식에서 0.5∼1.7%, V: 0∼0.70%, Cu: 0.1∼1.0%, Al: 0.10∼0.70%, Nb: 0∼0.30%, 잔부 Fe 및 불순물의 성분 조성을 갖는다.(1) A sliding component according to the present invention comprises, by mass%, 0.7 to 1.6% of C, 0.5 to 3.0% of Si, 0.1 to 3.0% of Mn, 0.05% 0.5 to 1.7%, V: 0 to 0.70%, Cu: 0.1 to 1.0%, and at least one of Al and Al in the relation of (Mo + 1 / 2W) : 0.10 to 0.70%, Nb: 0 to 0.30%, and the balance of Fe and impurities.

상기의 성분 조성에 있어서, 특히, 본 발명의 슬라이딩 부품을 특징짓는 것이, 그 자기 윤활 특성의 발현에 크게 기여하는 「S와 Cu의 공동 첨가」이다. 종래, S 및 Cu는, 철강 재료의 열간 가공성을 저해하는 원소라고 하여, 대부분의 철강 재료에서 적극적으로 첨가되는 일이 없는 없는 원소였다. 이하, 본 발명의 슬라이딩 부품의 성분 조성에 대해서, 그 작용 효과를 설명한다.In particular, the feature of the sliding component of the present invention is the " addition of S and Cu in a cavity ", which contributes greatly to the development of the self-lubricating property. Conventionally, S and Cu are elements that inhibit the hot workability of a steel material and are elements that are not actively added in most steel materials. The action and effect of the composition of the sliding part of the present invention will be described below.

·C: 0.7∼1.6질량%(이하, 간단히 「%」라고 기재함)C: 0.7 to 1.6 mass% (hereinafter simply referred to as "%")

C는, 기지 중에 고용되어, 슬라이딩 부품에 강도를 부여하는 원소이다. 또한, 탄화물을 형성하여, 슬라이딩 부품의 내마모성이나 내소착성을 높이는 원소이다. 그러나, C가 지나치게 많아지면, 기지에 고용되는 C량이 증가하여, 슬라이딩 부품의 형상으로 마무리할 때의 피삭성이 열화한다. 또한, 조대한 탄화물이 생성되어, 퀀칭시의 열처리 변화 치수가 커진다. 따라서, C는, 0.7∼1.6%로 한다. 바람직하게는 0.9% 이상이다. 또한, 바람직하게는 1.3% 이하로 한다. 보다 바람직하게는 1.1% 이하로 한다.C is an element that is employed in the base to impart strength to the sliding part. In addition, it is an element that forms carbide to increase abrasion resistance and resistance to sliding of a sliding part. However, if C is excessively large, the amount of C employed in the matrix increases and the machinability in the finish of the shape of the sliding part deteriorates. In addition, coarse carbides are produced, and the dimensional change of the heat treatment at the time of quenching becomes large. Therefore, C is set to 0.7 to 1.6%. It is preferably 0.9% or more. Further, it is preferably 1.3% or less. It is more preferably 1.1% or less.

·Si: 0.5∼3.0%Si: 0.5 to 3.0%

Si는, 슬라이딩 부품의 고온 연화 특성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Si가 지나치게 많으면, 조직 중의 델타 페라이트의 형성이 현저하게 되어, 슬라이딩 부품의 경도의 유지를 저해한다. 따라서, Si는, 0.5∼3.0%로 한다. 바람직하게는 0.9% 이상이다. 또한, 바람직하게는 2.0% 이하이다. 보다 바람직하게는 1.5% 이하이다. 더욱 바람직하게는 1.1% 이하이다.Si is an element that improves the high-temperature softening characteristics of the sliding part. However, if Si is excessively large, the formation of delta ferrite in the structure becomes remarkable, which hinders the maintenance of the hardness of the sliding parts. Therefore, Si is set to 0.5 to 3.0%. It is preferably 0.9% or more. Further, it is preferably not more than 2.0%. More preferably, it is 1.5% or less. More preferably, it is 1.1% or less.

·Mn: 0.1∼3.0%Mn: 0.1 to 3.0%

Mn은, 퀀칭성을 높이는 원소이다. 그러나, 지나치게 많으면, 피삭성이 열화한다. 따라서, Mn은, 0.1∼3.0%로 한다. 바람직하게는 0.3% 이상이다. 보다 바람직하게는 0.4% 이상이다. 또한, 바람직하게는 1.0% 이하이다. 보다 바람직하게는 0.6% 이하이다.Mn is an element that enhances quenching. However, if it is excessively large, the machinability deteriorates. Therefore, Mn is set to 0.1 to 3.0%. It is preferably at least 0.3%. More preferably, it is 0.4% or more. Further, it is preferably 1.0% or less. More preferably, it is 0.6% or less.

·P: 0.05% 이하· P: not more than 0.05%

P는, 통상, 첨가하지 않아도, 불가피적으로 함유하는 원소이다. 그리고, 슬라이딩 부품의 인성을 저해하는 원소이다. 따라서, 0.05% 이하로 한다. 바람직하게는 0.03% 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.02% 이하로 한다.P is an element that inevitably contains, even if it is not normally added. It is an element that hinders the toughness of the sliding part. Therefore, it should be 0.05% or less. Preferably 0.03% or less. More preferably 0.02% or less.

·S: 0.01∼0.12%S: 0.01 to 0.12%

S는, 후술하는 Cu와 함께, 본 발명의 슬라이딩 부품의 자기 윤활 특성의 향상에 기여하는 원소이다. 본 발명자는, 특허문헌 1의 성분 조성을 갖는 슬라이딩 부품을, 그 슬라이딩면에 윤활유가 개재한 환경에서 사용했을 때에, 슬라이딩면에 발생하고 있는 현상을 조사했다. 그 결과, 이 사용 중에 있어서, 슬라이딩 부품과 상대 부품의 슬라이딩면끼리가 소착을 발생시킬 정도의 높은 면압으로 접촉하면, 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 흡착한 윤활유 중의 유기물 성분이 탈수소화되어, 이것이 다이아몬드나 그래파이트 등의 물질로 변화하는 것을 지견했다. 그리고, 이들 다이아몬드나 그래파이트 등의 중에서도, 주기적으로 황산 이온 또는 황산 분자의 사이에 끼워진 구성을 갖는 「그래파이트 층간 화합물」은, 슬라이딩 부품의 자기 윤활 특성을 향상시켜, 서로의 슬라이딩면 간의 마찰 계수를 낮게 유지할 수 있는 것을 발견했다.S is an element contributing to improvement of the self-lubricating property of the sliding part of the present invention together with Cu described later. The present inventor investigated the phenomenon occurring on the sliding surface when the sliding component having the component composition of Patent Document 1 was used in an environment in which lubricating oil was present on the sliding surface. As a result, when the sliding surfaces of the sliding part and the mating part come into contact with each other with a surface pressure that is high enough to cause the sintering, the organic component in the lubricating oil adsorbed on the sliding surface of the sliding part is dehydrogenated, Graphite and the like. Among these diamonds and graphites, the " graphite intercalation compound " having a structure sandwiched between sulfuric acid ions or sulfuric acid molecules periodically improves the self lubrication characteristics of the sliding parts and lowers the friction coefficient between the sliding surfaces of the sliding parts I found that I could keep it.

그리고, 슬라이딩 부품 중의 S는, 그 사용 중의 슬라이딩면에 있어서 산화되어, 황산 이온을 생성한다. 그리고, 이 생성된 황산 이온이, 그래파이트 층간에 사이에 끼워져, 상기의 그래파이트 층간 화합물의 형성을 촉진한다. 또는, 이 생성된 황산 이온이, 상기한 윤활유의 탈수소화로 생성된 수소 이온과 결합하여, 황산 분자가 되고, 이것이 그래파이트 층간에 사이에 끼워지고, 상기의 그래파이트 층간 화합물의 형성을 촉진한다. 이에 따라, 그래파이트의 C축 방향의 면 간격이 넓어져, 나노 레벨의 상태로 그래파이트가 다이아몬드로 동소 변태하는 것을 억제하고, 슬라이딩의 자유도를 높여 윤활성이 향상된다. 그러나, 슬라이딩 부품 중의 S가 과잉으로 되면, 그래파이트 층간에 사이에 끼워지지 않는 정도의, 과잉의 황산 이온이 슬라이딩면에 생성된다. 그리고, 이 과잉의 황산 이온이 슬라이딩면의 손상을 조장하여, 자기 윤활 특성의 발현을 저해한다. 따라서, S는, 0.01∼0.12%로 한다. 바람직하게는 0.03% 이상이다. 보다 바람직하게는 0.04% 이상이다. 더욱 바람직하게는 0.05% 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.09% 이하이다. 보다 바람직하게는 0.08% 이하이다.Then, S in the sliding parts is oxidized on the sliding surface in use to generate sulfate ions. Then, the produced sulfate ions are sandwiched between the graphite layers to promote the formation of the above-described graphite intercalation compound. Alternatively, the generated sulfate ions combine with the hydrogen ions generated by the dehydrogenation of the lubricating oil to become sulfuric acid molecules, which are sandwiched between the graphite layers, thereby promoting the formation of the above-described graphite intercalation compounds. As a result, the surface interval of the graphite in the C-axis direction is widened to suppress the ingot transformation of the graphite into the diamond in the state of the nano level, and the lubricity is improved by increasing the degree of freedom of sliding. However, when S in the sliding parts becomes excessive, excessive sulfuric acid ions are formed on the sliding surface to such an extent that they are not sandwiched between the graphite layers. Further, this excessive sulfate ion promotes damage to the sliding surface, which hinders the development of self-lubricating properties. Therefore, S is set to 0.01 to 0.12%. It is preferably 0.03% or more. More preferably, it is 0.04% or more. More preferably, it is 0.05% or more. Further, it is preferably 0.09% or less. More preferably, it is 0.08% or less.

·Ni: 0.3∼1.5%Ni: 0.3 to 1.5%

Ni는, 퀀칭 템퍼링 공정으로, 후술하는 Al과 결합하여 Ni-Al계 금속간 화합물이 석출되어, 슬라이딩 부품의 경도의 유지에 기여하는 원소이다. 그러나, Ni가 지나치게 많으면, 퀀칭 템퍼링 전의 어닐링 상태에 있어서, 슬라이딩 부품의 형상으로 가공할 때의 피삭성이 열화한다. 따라서, Ni는, 0.3∼1.5%로 한다. 바람직하게는 0.4% 이상이다. 또한, 바람직하게는 1.0% 이하이다. 보다 바람직하게는 0.8% 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.6% 이하이다.Ni is an element that contributes to maintaining the hardness of sliding parts by quenching and Ni-Al intermetallic compound precipitates by bonding with Al to be described later in the quenching and tempering process. However, if Ni is excessively large, the machinability in machining into the shape of the sliding part deteriorates in the annealing state before quenching tempering. Therefore, Ni is set to 0.3 to 1.5%. It is preferably 0.4% or more. Further, it is preferably 1.0% or less. More preferably, it is 0.8% or less. More preferably, it is 0.6% or less.

·Cr: 7.0∼13.0%Cr: 7.0 to 13.0%

Cr은, 기지의 퀀칭성을 높이는 원소이다. 또한, 전술의 C와 탄화물을 형성하여, 슬라이딩 부품의 내마모성이나 내소착성을 높이는 원소이다. 그러나, 탄화물의 증가는, 피삭성을 열화시킨다. 따라서, Cr은, 7.0∼13.0%로 한다. 바람직하게는 7.5% 이상이다. 보다 바람직하게는 8.0% 이상이다. 또한, 바람직하게는 11.0% 이하이다. 보다 바람직하게는 10.0% 이하이다. 더욱 바람직하게는 9.0% 이하이다.Cr is an element that enhances the quan- tity of the base. Further, it is an element that forms a carbide with the above-mentioned C to increase wear resistance and anti-seizure property of the sliding part. However, the increase of the carbide deteriorates the machinability. Therefore, Cr is set to 7.0 to 13.0%. Preferably, it is at least 7.5%. More preferably, it is at least 8.0%. Further, it is preferably not more than 11.0%. More preferably, it is 10.0% or less. More preferably, it is 9.0% or less.

·Mo 및 W 중 1종 또는 2종: (Mo+1/2W)의 관계식에서 0.5∼1.7%· One or two kinds of Mo and W: 0.5 to 1.7% in the relation of (Mo + 1 / 2W)

Mo 및 W는, 퀀칭 템퍼링 후의 조직 중에 미세한 탄화물을 형성하여, 슬라이딩 부품에 피로 강도를 부여하는 원소이다. 그러나, 지나치게 많으면, 피삭성이나 인성의 저하를 초래한다. Mo 및 W는, 단독 또는 복합으로 첨가할 수 있다. 그리고, 이때의 첨가량은, W가 Mo의 약 2배의 원자량인 점에서, (Mo+1/2W)의 관계식으로 함께 규정할 수 있다. 그리고, 본 발명에서는, (Mo+1/2W)의 값으로 0.5∼1.7%로 한다. 바람직하게는 0.7% 이상이다. 보다 바람직하게는 0.9% 이상이다. 더욱 바람직하게는 1.0% 이상이다. 또한, 바람직하게는 1.5% 이하이다. 보다 바람직하게는 1.3% 이하이다. 더욱 바람직하게는 1.2% 이하이다.Mo and W are elements that form fine carbides in the structure after quenching and impart fatigue strength to the sliding parts. However, if it is too large, it causes deterioration of machinability and toughness. Mo and W may be added singly or in combination. The addition amount at this time can be defined together with the relational expression (Mo + 1 / 2W) in that W is an atomic weight of about twice that of Mo. In the present invention, the value of (Mo + 1 / 2W) is made 0.5 to 1.7%. It is preferably 0.7% or more. More preferably, it is 0.9% or more. More preferably, it is 1.0% or more. Further, it is preferably 1.5% or less. More preferably, it is 1.3% or less. More preferably, it is 1.2% or less.

·V: 0∼0.70%V: 0 to 0.70%

V는, 퀀칭성의 향상을 위해 함유할 수 있다. 단, V는, 경질의 VC 탄화물을 형성하기 때문에, 과잉의 V의 함유는 피삭성을 저해한다. 따라서, 본 발명에서는, V를 함유하는 경우라도, 0.70% 이하로 한다. 바람직하게는 0.50% 이하이다. 보다 바람직하게는 0.30% 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.20% 이하이다.V can be included for improvement of quenchability. However, since V forms a hard VC carbide, the excessive V content inhibits machinability. Therefore, in the present invention, the content of V is 0.70% or less. And preferably 0.50% or less. More preferably, it is 0.30% or less. More preferably, it is 0.20% or less.

·Cu: 0.1∼1.0%Cu: 0.1 to 1.0%

Cu는, 전술한 S와 함께, 본 발명의 슬라이딩 부품의 자기 윤활 특성의 향상에 기여하는 원소이다. 즉, Cu는, 상기의 「그래파이트 층간 화합물」을 생성하기 위한 촉매 작용을 나타내는 원소이다. Cu는, 퀀칭 템퍼링 후의 슬라이딩 부품에 있어서, 그 슬라이딩면에 극히 미량을 석출시킬 수 있다. 그리고, 슬라이딩면에 석출된 Cu는, 전술의 「그래파이트 층간 화합물」의 형성을 촉진하는 촉매의 기능을 갖는다. 그러나, Cu를 과잉으로 함유하면, 소재의 적열 취화를 초래하여, 열간 가공성이 열화한다. 따라서, Cu는, 0.1∼1.0%로 한다. 바람직하게는 0.2% 이상이다. 보다 바람직하게는 0.3% 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.8% 이하이다. 보다 바람직하게는 0.6% 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.5% 이하이다.Cu, together with the aforementioned S, is an element contributing to improvement of the self-lubricating property of the sliding part of the present invention. That is, Cu is an element showing a catalytic action for producing the above-mentioned "graphite intercalation compound". Cu can precipitate an extremely small amount on the sliding surface of the sliding part after quenching tempering. The Cu precipitated on the sliding surface has a function of promoting the formation of the aforementioned " graphite intercalation compound ". However, if Cu is contained in excess, the hot workability of the workpiece is deteriorated due to heat and brittleness. Therefore, Cu is set to 0.1 to 1.0%. It is preferably at least 0.2%. More preferably, it is 0.3% or more. Further, it is preferably 0.8% or less. More preferably, it is 0.6% or less. More preferably, it is 0.5% or less.

·Al: 0.10∼0.70%Al: 0.10 to 0.70%

Al은, 상기의 Ni와 결합하여 Ni―Al계 금속간 화합물을 형성하여, 슬라이딩 부품의 경도의 유지에 기여하는 원소이다. 그러나, Al이 지나치게 많으면, 조직 중의 델타 페라이트의 형성이 현저하게 되어, 슬라이딩 부품의 경도의 유지를 저해한다. 따라서, Al은, 0.10∼0.70%로 한다. 바람직하게는 0.15% 이상으로 한다. 보다 바람직하게는 0.25% 이상으로 한다. 또한, 바람직하게는 0.50% 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.45% 이하이다.Al is an element contributing to the maintenance of the hardness of the sliding part by bonding with Ni to form a Ni-Al intermetallic compound. However, if Al is excessively large, the formation of delta ferrite in the structure becomes significant, which hinders maintenance of the hardness of the sliding parts. Therefore, Al is set to 0.10 to 0.70%. It is preferably at least 0.15%. More preferably, it is 0.25% or more. Further, it is preferably 0.50% or less. More preferably, it is 0.45% or less.

·Nb: 0∼0.30%Nb: 0 to 0.30%

Nb는, V와 동일하게, 퀀칭성의 향상을 위해 함유할 수 있다. 단, 과잉의 Nb의 함유는 피삭성을 저해한다. 따라서, 본 발명에서는, Nb를 함유하는 경우에서도, 0.30% 이하로 한다. 바람직하게는 0.20% 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.15% 이하로 한다. 또한, 상기의 효과를 얻는 데에 바람직한 함유량은, 0.03% 이상이다. 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다. 더욱 바람직하게는 0.07% 이상이다.Nb, like V, can be included for the purpose of improving the quenchability. However, the presence of excess Nb inhibits machinability. Therefore, in the present invention, the content of Nb is 0.30% or less. Preferably not more than 0.20%. More preferably 0.15% or less. In addition, a preferable content for obtaining the above effect is 0.03% or more. More preferably, it is 0.05% or more. More preferably, it is 0.07% or more.

이상의 성분 조성에 의해, 본 발명의 슬라이딩 부품이 갖는 자기 윤활 특성은, 그 슬라이딩면에 개재하는 윤활유의 「마찰에 의한 변질 거동」을 이용하여 발휘된다. 따라서, 본 발명에 따른 자기 윤활 특성의 발현에는, 그 사용 중의 상대 부품과의 사이에서, 예를 들면, 탄화수소계라고 하는, 윤활유가 개재하고 있기만 하면 좋고, 상대 부품에 대해서, 폭넓은 소재(재질)의 선택이 가능하다.The self-lubrication properties of the sliding parts of the present invention are exerted by using the above composition of compositions by using " alteration behavior due to friction " of the lubricating oil interposed on the sliding surfaces. Therefore, it is sufficient that the lubricating oil according to the present invention is lubricated with a lubricating oil, for example, a hydrocarbon-based lubricant, between the lubricating oil and the lubricating lubricant, ) Can be selected.

(2) 본 발명의 슬라이딩 부품은, 경도가 52HRC 이상 58HRC 미만이다.(2) The sliding part of the present invention has a hardness of 52 HRC or more and less than 58 HRC.

일반적으로, 슬라이딩 부품의 경도를 내리는 것은, 슬라이딩 부품의 내마모성의 저하로 연결된다고 고려되고 있었다. 따라서, 종래의 슬라이딩 부품은 60HRC 이상의 경도로 조정되어 있었다. 그러나, 본 발명의 슬라이딩 부품은, 전술한 성분 조성에 의해, 종래의 SKD11보다도 높은 피로 강도를 갖고 있다. 그리고, 그 피로 강도의 값은, 슬라이딩 부품의 경도를 적당히 내림으로써, 보다 현저하게 향상된다. 즉, 도 1에 나타내는 바와 같이, 종래의 SKD11(도 1 중의 ×표)은, 일반적인 슬라이딩 부품의 경도인 60HRC로 조정했을 때의 피로 강도가 약 560㎫였다. 그리고, 그 피로 강도의 값은, 경도를 내려가도, 약 600㎫ 정도까지 밖에 상승하지 않는다. 한편, 본 발명에 따른 성분 조성의 재료(도 1 중의 ○표)의 경우, 그 피로 강도의 값은, 경도를 58HRC로 내렸을 때에 약 630㎫의 높은 피로 강도를 나타낸다. 그리고, 그 이후, 낮은 경도역에 있어서 상기의 높은 피로 강도를 유지한다.In general, it has been considered that lowering the hardness of a sliding part leads to a decrease in wear resistance of the sliding part. Therefore, the conventional sliding parts have been adjusted to hardness of 60HRC or more. However, the sliding part of the present invention has a fatigue strength higher than that of the conventional SKD11 due to the above-described composition of the components. Further, the value of the fatigue strength is improved remarkably by lowering the hardness of the sliding part moderately. That is, as shown in Fig. 1, the conventional SKD11 (x in Fig. 1) had a fatigue strength of about 560 MPa when adjusted to 60 HRC, which is the hardness of a general sliding part. Then, the value of the fatigue strength does not rise to about 600 MPa even if the hardness is lowered. On the other hand, in the case of the material composition of the composition according to the present invention (circle in Fig. 1), the value of the fatigue strength shows a high fatigue strength of about 630 MPa when the hardness is reduced to 58 HRC. Thereafter, the high fatigue strength is maintained at a low hardness region thereafter.

그리고, 전술한 성분 조성으로 이루어지는 본 발명의 슬라이딩 부품에 있어서, 그것이 나타내는 사용 중의 마찰 계수는, 그 슬라이딩 부품이 갖는 피로 강도의 값의 상승과 함께 효과적으로 감소하여, 본 발명의 자기 윤활 특성이 상승적으로 향상된다(도 3 참조). 그리고, 이 상승적으로 향상된 자기 윤활 특성을 안정적으로 얻어지는 피로 강도로서, 본 발명에서는, 종래의 SKD11에서는 도달이 곤란한 600㎫을 초과하는 피로 강도를 갖는 슬라이딩 부품을 목적으로 한다. 바람직하게는 630㎫을 초과하는 피로 강도이다. 그리고, 본 발명의 슬라이딩 부품의 경도는, 이 600㎫을 초과하는 피로 강도를 용이하게 달성할 수 있는 범위로서, 58HRC 미만으로 한다. 바람직하게는 57HRC 이하이다.In the sliding component according to the present invention having the above-described composition, the coefficient of friction during use is effectively reduced along with the increase in the value of the fatigue strength of the sliding component, so that the self- (See FIG. 3). The present invention aims at a sliding component having a fatigue strength exceeding 600 MPa, which is difficult to attain in the conventional SKD11, as the fatigue strength stably achieving this synergistically improved self-lubricating property. Preferably greater than 630 MPa. The hardness of the sliding part of the present invention is set to be less than 58 HRC as a range in which the fatigue strength exceeding 600 MPa can be easily achieved. Preferably not more than 57 HRC.

단, 본 발명의 슬라이딩 부품을 사용할 때에, 그 상대 부품의 경도가 높은 것을 상정하면, 본 발명의 슬라이딩 부품의 경도를 낮게 하는 것은 득책이 아니다. 예를 들면, 상대 부품에 JIS 강종의 베어링강인 SUJ2를 이용한 경우, 그 경도는, 통상, 60∼62HRC로 조정되어 있고, 본 발명의 슬라이딩 부품보다도 경도가 높다. SUJ2는, JIS-G-4805로 규격화되어 있는 「고탄소 크롬 베어링강 강재」로서, 그 성분 조성은, 질량%로, 이하와 같다.However, when the sliding part of the present invention is used, it is not a coincidence to lower the hardness of the sliding part of the present invention, assuming that the relative part has a high hardness. For example, when SUJ2, which is a bearing steel of JIS grade steel, is used for a relative part, its hardness is usually adjusted to 60 to 62 HRC, which is higher than that of the sliding part of the present invention. SUJ2 is a "high carbon chrome bearing steel material" which is standardized by JIS-G-4805, and its composition is as follows, in mass%.

C: 0.95∼1.10%, Si: 0.15∼0.35%, Mn: 0.50% 이하, P: 0.025% 이하, S: 0.025% 이하, Cr: 1.30∼1.60%, 잔부 Fe 및 불순물The steel sheet according to any one of the above items (1) to (3), wherein the steel sheet contains 0.95 to 1.10% of C, 0.15 to 0.35% of Si, 0.50% or less of Mn, 0.025% or less of P,

그리고, 본 발명의 슬라이딩 부품이 오일링이나 캠 로브라면, 그 슬라이딩면은, 회전 또는 왕복 운동이라고 하는 “간헐적인” 접촉 형태로, 상대 부품의 슬라이딩면과 슬라이딩한다. 이러한 접촉 형태에 있어서, 본 발명의 슬라이딩 부품의 경도가 상대 부품의 그 보다도 대폭으로 낮으면, 부하되는 헤르츠 응력이 상승한다. 그리고, 이 헤르츠 응력이, 슬라이딩 부품의 피로 강도를 초과하면, 슬라이딩면에 미세한 소성 변형이 발생한다. 그리고, 슬라이딩 부품의 박리 마모를 유발하여, 슬라이딩면 간의 마찰 계수가 상승하여, 본 발명의 자기 윤활 특성을 저해한다. 따라서, 본 발명의 슬라이딩 부품의 경도는, 하한을 52HRC로 한다. 이 하한에 있어서, 바람직하게는 53HRC이다. 보다 바람직하게는 54HRC이다. 더욱 바람직하게는 55HRC이다.And, when the sliding part of the present invention is an oil ring or a cam lobe, the sliding surface thereof slides with the sliding surface of the mating part in an " intermittent " In this contact form, when the hardness of the sliding part of the present invention is significantly lower than that of the counterpart, the Hertz stress to be applied is increased. Then, when this Hertz stress exceeds the fatigue strength of the sliding part, fine plastic deformation occurs on the sliding surface. Then, the wear of the sliding part is caused to cause wear, and the friction coefficient between the sliding surfaces increases, thereby hindering the self-lubricating property of the present invention. Therefore, the lower limit of the hardness of the sliding part of the present invention is 52 HRC. The lower limit is preferably 53 HRC. More preferably, it is 54 HRC. More preferably, it is 55HRC.

이들 조건에 의해, 예를 들면, 상대 부품의 소재에 SUJ2 등의 금속 재료를 이용할 수 있고, 소착(응착) 손상의 억제와, 피로 수명의 향상의 양립을 도모한 수명이 긴 슬라이딩 구조체의 기구를 얻을 수 있다.Under these conditions, for example, a metal material such as SUJ2 can be used as a material of a relative part, and a mechanism of a sliding structure having a long lifetime, which achieves both suppression of adhesion (adhesion) damage and improvement in fatigue life Can be obtained.

실시예Example

표 1의 시료 No.1, 2의 성분 조성을 갖는, 각각의 슬라이딩 부품 1, 2를 준비했다. 또한, 시료 No.2는 SKD11이다.Each of the sliding parts 1 and 2 having the composition of the samples Nos. 1 and 2 in Table 1 was prepared. Sample No. 2 is SKD11.

Figure pct00001
Figure pct00001

다음으로, 슬라이딩 부품 1, 2의 각각에 대해서, 목표 경도가 A: 50HRC, B: 55HRC, C: 60HRC의 3종류로 조정한 것을 준비했다. 이때, 각각의 슬라이딩 부품의 실제의 경도는, 슬라이딩 부품 1-A가 50.4HRC, 1-B가 56.2HRC, 1-C가 62.0HRC, 2-A가 50.0HRC, 2-B가 55.8HRC, 2-C가 61.0HRC였다. 그리고, 목표 경도가 60HRC의 SKD11로 이루어지는 슬라이딩 부품 2-C가, 종래의 슬라이딩 부품에 상당한다. 그리고, 이들 슬라이딩 부품의 피로 강도를 측정했다. 피로 강도의 측정 방법은, 각각의 슬라이딩 부품을 회전 굽힘 피로 시험편으로 가공하여, 이에 오고시(Ogoshi)식 회전 굽힘 피로 시험을 행하는 것으로 했다. 시험편의 형상으로부터 정해지는 단면 2차 모멘트와, 시험편의 평행부의 중앙에 매다는 추의 중량의 조정에 의해, 시험편의 표면 응력을 조정했다. 응력 진폭은, 시험편의 1회전에 있어서, 인장 및 압축의 응력이 동일해지는 조건(진폭비 -1이라고 함)으로 했다. 시험편의 회전 속도는, 50㎐(3,000rpm)로 했다. 그리고, 회전 굽힘 피로 시험편이 파단에 이를 때의 응력을, 피로 강도로 했다. 결과를 도 1에 나타낸다.Next, with respect to each of the sliding parts 1 and 2, the three pieces of the target hardness A: 50HRC, B: 55HRC, and C: 60HRC were prepared. At this time, the actual hardness of each of the sliding parts is 50.4 HRC for the sliding parts 1-A, 56.2 HRC for 1-B, 62.0 HRC for 1-C, 50.0 HRC for 2-A, 55.8 HRC for 2-B, C was 61.0 HRC. The sliding part 2-C having the target hardness SKD11 of 60 HRC corresponds to a conventional sliding part. Then, the fatigue strength of these sliding parts was measured. In the method of measuring the fatigue strength, each of the sliding parts is processed into a rotary bending fatigue test piece and subjected to an Ogoshi rotary bending fatigue test. The surface stress of the test piece was adjusted by adjusting the secondary moment of inertia determined from the shape of the test piece and the weight of the weight hanging at the center of the parallel portion of the test piece. The stress amplitude was set under the condition that the stresses in the tensile and compressive directions (in the amplitude ratio-1) were the same in one revolution of the test piece. The rotation speed of the test piece was set to 50 Hz (3,000 rpm). Then, the stress when the rotational bending fatigue test piece reached the fracture was regarded as the fatigue strength. The results are shown in Fig.

그리고, 각각의 슬라이딩 부품에 볼 온 디스크 시험을 행하여, 각 슬라이딩 부품이 갖는 자기 윤활 특성을 평가했다. 시험 조건은, 이하와 같다. 그리고, 슬라이딩 거리가 100m에 도달할 때까지의 사이에서, 마찰 계수의 변화를 연속적으로 측정했다. 결과를 도 2에 나타낸다.Then, a ball-on-disk test was conducted on each of the sliding parts to evaluate the self-lubricating characteristics of each sliding part. The test conditions are as follows. Then, the change of the friction coefficient was continuously measured until the sliding distance reached 100 m. The results are shown in Fig.

장치: CSM 제조 마찰 마모 시험기Device: CSM Manufacturing Friction Abrasion Tester

시험편: Specimen:

   ·디스크(슬라이딩 부품): 직경 20㎜×두께 5㎜· Disc (sliding part): 20 mm diameter × 5 mm thickness

   ·볼(상대 부품): SUJ2(직경 6㎜, 경도 62HRC)· Ball (relative parts): SUJ2 (diameter 6mm, hardness 62HRC)

볼 하중: 10NBall load: 10N

디스크 회전수: 500rpmNumber of disk rotations: 500 rpm

슬라이딩 반경: 3.3㎜Sliding radius: 3.3 mm

슬라이딩 거리: 100mSliding distance: 100m

도유량(塗油量): 0.1㎕Oil content (coating amount): 0.1 μ

유종(윤활유): Oil (lubricating oil):

   ·기유: 시판 파라핀유· Base oil: Commercial paraffin oil

   ·포름산: 첨가량 2.9×10-4ppmFormic acid: Addition amount 2.9 x 10 -4 ppm

도 2로부터, 자기 윤활 특성을 발현하지 않는 성분 조성인 슬라이딩 부품 2-A, 2-B, 2-C는, 그 마찰 계수가 상승하여, 0.30을 초과하는 마찰 계수의 값을 계측했다. 그리고, 슬라이딩 부품 2-B, 2-C는, 슬라이딩 거리가 100m에 도달하기 전에, 소착이 발생하여, 마찰 계수가 급격하게 상승했다.From Fig. 2, the friction coefficients of the sliding parts 2-A, 2-B, and 2-C, which are component compositions that do not exhibit the self-lubricating property, increase and the frictional coefficient values exceeding 0.30 are measured. In the sliding parts 2-B and 2-C, the sliding occurred before the sliding distance reached 100 m, and the friction coefficient rapidly increased.

이에 대하여, 자기 윤활 특성을 발현하는 성분 조성인 슬라이딩 부품 1-A, 1-B, 1-C는, 100m의 슬라이딩 거리의 사이에서, 소착이 발생하지 않았다. 그리고, 슬라이딩 부품 1-A, 1-B는, 그 사이의 마찰 계수의 값이, 0.30 이하를 유지했다. 그리고, 상기의 자기 윤활 특성을 발현하는 성분 조성에 더하여, 경도를 「52HRC 이상 58HRC 미만」으로 조정한 본 발명의 슬라이딩 부품 1-B는, 자기 윤활 특성이 상승적으로 향상하여, 마찰 계수가 추가로 저하하고, 그 값은 0.20 이하였다.On the other hand, the sliding parts 1-A, 1-B, and 1-C, which are component compositions that exhibit self-lubricating properties, did not occur in the sliding distance of 100 m. The values of the friction coefficient between the sliding parts 1-A and 1-B were maintained at 0.30 or less. The sliding part 1-B of the present invention in which the hardness is adjusted to "less than 58HRC and less than 58HRC" in addition to the component composition that exhibits the above-mentioned self-lubrication property has a self-lubricating property synergistically improved, And the value was 0.20 or less.

도 3에, 각 슬라이딩 부품의 피로 강도와, 상기에서 계측한 마찰 계수가 0.20에 도달했을 때의 슬라이딩 거리의 관계를 나타낸다. 여기에서 「0.20」의 마찰 계수의 값은, 전술한 대로, 본 실시예의 시험 조건에 있어서, 슬라이딩 부품이 상승적인 자기 윤활 특성을 발휘하고 있을 때의 마찰 계수의 지표이다. 도 3으로부터, 본 발명의 슬라이딩 부품 1-B는, 피로 강도가 600㎫을 초과하고 있다. 그리고, 슬라이딩 거리가 100m에 도달했을 때에도, 0.20 이하의 낮은 마찰 계수를 유지하고 있었다(도 3에 있어서는, 편의상, 그 「100m」의 위치에 나타내고 있음). 본 발명의 슬라이딩 부품 1-B는, 슬라이딩 부품 1-A, 1-C에 비해, 자기 윤활 특성이 향상하고 있고(마찰 계수가 작고), 또한, 그 향상된 자기 윤활 특성이, 긴 슬라이딩 거리에서 안정적으로 유지되었다.
Fig. 3 shows the relationship between the fatigue strength of each sliding part and the sliding distance when the friction coefficient measured above reaches 0.20. Here, the value of the friction coefficient of " 0.20 " is an index of the friction coefficient when the sliding part exhibits a synergistic self-lubricating property under the test conditions of this embodiment, as described above. 3, the sliding part 1-B of the present invention has a fatigue strength exceeding 600 MPa. Further, even when the sliding distance reached 100 m, a low friction coefficient of 0.20 or less was maintained (in FIG. 3, it is shown at the position of "100 m" for convenience). The sliding part 1-B of the present invention is improved in self-lubrication characteristics (the coefficient of friction is small) and improved in its self-lubricating property as compared with the sliding parts 1-A and 1-C, Respectively.

Claims (2)

질량%로, C: 0.7∼1.6%, Si: 0.5∼3.0%, Mn: 0.1∼3.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.01∼0.12%, Ni: 0.3∼1.5%, Cr: 7.0∼13.0%, Mo 및 W 중 1종 또는 2종: (Mo+1/2W)의 관계식에서 0.5∼1.7%, V: 0∼0.70%, Cu: 0.1∼1.0%, Al: 0.10∼0.70%, Nb: 0∼0.30%, 잔부 Fe 및 불순물의 성분 조성을 갖고, 경도가 52HRC 이상 58HRC 미만인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부품.The steel sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel sheet comprises, by mass%, 0.7 to 1.6% of C, 0.5 to 3.0% of Si, 0.1 to 3.0% of Mn, 0.05% or less of P, 0.01 to 0.12% of S, 0.3 to 1.5% 0.5 to 1.7%, V: 0 to 0.70%, Cu: 0.1 to 1.0%, Al: 0.10 to 0.70%, and Nb: 0 to 1.0% in one or two of Mo, 0.30%, balance Fe and impurities, and has a hardness of 52 HRC or more and less than 58 HRC. 제1항에 기재된 슬라이딩 부품이, 당해 슬라이딩 부품의 슬라이딩면에 윤활유가 개재하는 환경하에서, 상대 부품의 슬라이딩면과 슬라이딩하도록 구성된 것을 특징으로 하는 슬라이딩 구조체.

The sliding structure according to claim 1, wherein the sliding part is configured to slide with the sliding surface of the mating part under an environment in which lubricating oil is present on the sliding surface of the sliding part.

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