WO1985001520A1 - Iron-base abrasion-resistant sintered alloy member - Google Patents

Description

明 細 鉄系耐摩耗性焼結合金部お 技術分野

木発明は内燃機関等に使用 される耐摩耗性焼結 合金部材に関する も の であ り 、 さ ら に詳言する と 鋼管に焼結合金製の カ ム ロ ブ、 ジ ャ - ナ ル等の嵌 合部材 を液相焼結 し て な る組立て式カ ム シ ャ フ ト の カ ム ロ ブ に 適 し た合金部お に 係 わ る も の で あ る 。 背景技術

カ ム シ ャ フ ト の カ ム ロ ブ等の高面圧条件下で使 用 され る 焼結合金部材は極めて優れた耐摩耗性が 要求 される 。 こ の要求に応える ため、 従来、 B 、 C u 、 N b 、 V等を添加 して基地組織中 に高硬度 析出物 を分散 させ る こ と や、 C r 、 M o 、 N i 等 を添加 し て基地を硬化 させる こ とが行われて き た が、 こ の よ う な 自 ら の耐摩耗性を向上さ せた焼結 合金部材は運転初期の潤滑条件が悪い と 、 油膜形 成が不十分なた め ス カ ツ ブ イ ングを生ず る と い う 問題が あ っ た。 こ の ス カ ツ フ ィ ングを防止する た め 、 こ れ ら の耐摩耗性焼結合金部 #の摺接面に憐 酸塩皮膜を施すこ と も試みられて き た。

しか し 、 C r 等の含有量が高い場合は 、 十分な 憐酸塩皮膜を形成す る こ と ほ著 し く 困難でぁ リ 、 搢接面の燒酸塩処理に よ リ ス カ ツ フ ィ ン グを有効 に防止す る こ と は で き なかっ た。

太発明は耐摩耗性 を有する と共に渰酸塩皮膜 も 十分に形成 し得る耐 ス カ ツ フ ィ ン グ性に優れた耐 摩耗性焼結合金部豺を提供 して上記問題を解決す る こ と を 目 的 と する も のであ る 。 癸明の開示

前記 目 的を達成す る ため末発明の耐摩耗性焼結 合金部村は重量比で C 1 . 5 〜 3 . 5 %、 P 0 . 3 〜 1 . 0 %、 M o と Wのいずれか一方又 は 双方を 0 . 5 〜 3 . 0 % , 残部 F e か ら なる液相 焼結合金であ っ て、 摺接部分に憐酸塩皮膜が形成 された も ので あ る 。 ただ し、 Wは 2 量で M o 1 量 に换箕 され る 。 成分 C 、 P、 M o 、 Wの添加理由 と 組成範囲は次の通 リ である。

C は基地組織に 固溶 し て強度及び耐摩耗性を 向 上 させ る ため に含有 させるが、 1 * 5 %未満では 耐摩耗性に必要なセ メ ン タ イ ト 量が不足 し耐摩桌毛 性に欠 け る 。 しか し 、 3 . 5 %を越える と 、 材料 の脆化 に つ な が る 黒鉛 の析 出 が生 ず る だけで な く 、 液相発生温度が下が り すぎる と い う 問題 も 生 ず る 。

P は液相焼結 を 発生 さ せ る た め に 含有 させ る が、 0 . 3 %未満では液相焼結発生 と い う初期の 目 的 を 達成す る こ と ができ ない。 しか し 、 1 . 0

%を越え る と 、 ス テ ダ イ ト 量が過大 と な り 材料が 脆化 し 、 焼結時の収縮量、 変形量も大き く な る か ら実用 に供 し 得ない。

M o は基地の強化、 高硬度炭化物析出 に よ る 耐 摩耗性の向上等の 目 的で添加 されるが、 0 . 5 %

未満で特に P が多い場合、 ステダ イ ト に 固溶 し て

4 元共晶生成 に消費 されて しまい基地組織を強化

O PI WI > する こ と がで き ない。 4元共晶は硬化栢を析出す る ため耐摩耗性の向上に寄与するが、 こ の硬化相 の析出及び基地強化のために添加する M o は 3 .

0 %以下で十分であ る 。

Wは M o と 同様な効果を発揮するから 、 M o の 一部又は全部を W で置換する こ とができ る 。 し か し 、 Wの効果は重量当た リ M o の半分程度であ る か ら、 Wの M o 换箕量は 0 . 5 と しなければな ら ない。 すなわ ち、 Wの量は置換する M o の倍量 と する 。

上記部材の合金は燐酸塩処理を阻害する N i 、 C r を全 く 合まない の で、 摺接部分に十分な燒酸 塩処理 を 施す こ と が可能 で あ り 、 運転初期の ス カ ツ フ ィ ングを防止する こ と ができ る。 又、 じ の 含有量が高 く 、 耐摩耗性寄孚率 の 高 い M o 及び (又は） Wを合有す る ため、 カ ム シ ャ フ ト のカ ム ロ ブ と し て も 十分な耐摩耗性を有する。

上記合金に必要に応 じて燒酸塩皮膜の十分な形 成を妨げない程度に N i 、 C u 、 C r 、 の中の一 種又は二種以上を添加する こ と に よ つ て も 太癸明 の 目 的 を達成する こ と ができ る 。 これ ら の成分の 添加理由 と組成範囲 は次の通 り であ る。

N i は基地組織を べ イ ナィ ト 組織、 マルテ ン サ ィ ト 組織に変えて基地を強化するため に添加す る が、 重量比で 0 . 5 %未満では基地強化の 目 的は 達成 され ない。 しか し 、 5 . 0 %を越え る と 、 基 地の耐蝕性が増 し 、 摺接部分に燐酸塩皮膜が形成 されに く く な る ので、 ス カ ツ フ ィ ン グ効果が低下 す る 。 し た が っ て 、 添加量 は重量比 で 0 . 5 〜

5 . 0 % と す る 。

C u は N i と 同様 な効果を発揮する の で、 Ν ί

の一部又は全部を C u で置換する こ と が で き る 。

し か し 、 C u の効果は重量当 り N i の半分程度 で あ る か ら 、 C u の N i 換箕率は 0 . 5 で あ る 。 す なわ ち 、 C u の量は置換する N i の倍量 と し な け ればな ら ない。

C r は ク α ム炭化物を析出 させて耐摩耗性 を 向 上 させ る た め に添加する が、 重量比で 0 . 3 %未 満では炭化物が耐摩耗性の向上に寄与す る 程度 に 析出 し な い。 しか し 、 8 %を越える と 、 基地の耐

O PI 蝕性が増加 し て、 摺接部分に施される燐酸塩皮膜 の形成が不十分に な り 、 スカ ツ フ ィ ング防止効果 を低下 させる 。 又、 C r と N i を共有させる と 、 基地の耐蝕性が増加 し て燐酸塩皮膜の形成が不十 分にな る の で 、 と共存させる場合、 C r の添 加量の上限は 7 . 0 % とする。

さ ら に、 N b 、 V 、 B が重量比で 2 %以下添加 され る と 、 基地の硬化及び炭化物の祈出 に よ る 耐 摩耗性の向上が得 られる。

上記 の 通 リ 、 本発玥 の耐摩耗性焼結合金部豺 は、 従来の も の と 異 な り 、 スカ ツ フ ィ ン グ防止 に 有効な渰酸塩皮膜の十分な形成を妨げる 合金成分 の C r 、 N i を全 く 含有 しないか、 舍有する と し て も そ の量は燐酸塩皮膜の十分な形成に は支障を き た さ な い程度の 量で あ る た め 、 摺接面に は ス カ ツ フ ィ ン グを有効 に防止 し得る渰酸塩皮膜が形 成 され る の で 、 十分 な ス カ ツ フ ィ ング防止効果を 奏する こ と がで き る 。 又、 本発明の部材は C r 、 N i を全 く 含 ま ないか、 含む と して も そ の量は従 来の も の よ リ は少な いが、 含有する成分の相乗効 果に よ り 、 従来の も の よ り も勝る と も劣 ら ない優

れた耐摩耗性を発揮する。 図面の簡単な説明

第 1 図ない し第 4 図は本癸明各実施例の憐酸塩

皮膜が形成 された耐摩耗性焼結合金部材摺接面の

顕微鏡 ス ン プ写真 （倍率 2 0 0 倍） で あ る 。 第 5

図は エ ン ジ ン テ ス ト に お け る実施例 と比較例の 力 ム ロ ブ及 び タ ぺ ッ 卜 の摩耗畺 を 示す グ ラ フ で あ る ° 発明 を実施す る ための最良の形態

次に 、 术発明の耐摩耗性焼結合金部材 を従来の

部材 と 比較す る ため に行 っ た試験につい て説明 す

る 。

実施例 I 、 II 、 ΠΙ、 17、 は *発明の合金部材か

ら な る カ ム ロ ブ であ り 、 比較例 V は従来の部材か

ら な る カ ム ロ ブであ る 。 いずれ も密度は 同 じ 7 .

6 g / c m³で あ り 、 成分 と硬さは第 1 表 に示す通

り であ る 。 各 カ ム ロ ブの タぺ ッ ト と の摺接部分 に

OMPI

WIPO一 - は烽酸塩皮膜が施される。 その瀵酸塩皮膜処理の 条件は、 焼酸マ ン ガ ン系化成処理液 （ 日 *パ - 力 ラ イ ジ ン グ株式会社製 リ ュ ー ブラ イ ト A 1 , 1 4 0 g / ϋ ) 、 処理温度 9 6で、 処理時間 6 分で あ る 。 実施例 I 、 β、 m、 17の処理後の摺接面は、 第 1 図ない し第 4 図の顕微鏡ス ン ブ写真 （ 2 0 0 倍） に示す通 リ 、 い ずれも 白色の燒酸塩皮膜が十 分に形成 されてい る 。

： カ ム ロ ブ

成分 (重量％ 、 残部 F 8 ) 硬 さ

' 実施例 C P Mo N i Cr H C

I 2 . 0.8 1.5 — 44

II 2 .5 0 - 5 1.5 2.5 57 m 2 .2 0.4 1.0 — 7.5 53

17 2 ， 3 0.6 1.0 2.0 4.0 54

V 2 - 1 0.5 1.0 2.0 18.5 58 これ ら の カ ム π ブ を取付けた力 ム シ ャ フ ト を ガ ソ リ ン エ ン ジ ン に組付けて運転試験を行 っ た。 そ g

の条件は次の通 り で あ る。

供試機関 ： 水冷 4 気筒ガソ リ ン エ ン ジ ン O H C 、 排気量 1 8 0 0 C C

試験条件 ： 回転数 1 2 0 0 r p m

潤滑油 S A E # 3 0

運転時間 1 0 0 時間 供試 タ ぺ ッ ト 銬鉄製焼入れ、 成分

は第 2 表に 示.す。 第 2 表 ： タ ぺ ッ ト 成-分 （重量 硬 さ

Si n N i C H o RHC

3.3 2.1 0. 0.3 0.9. 0.5 58

1 0 0 時間運転後の各カ ム ロ ブ と タ ぺ ッ ト，の摺 接面の摩耗量は、 第 5 図に示す通 り であ る 。 こ の 図か ら 、 実施例 I 〜 ！ 7 の カ ム ロ ブ と タ ぺ ッ ト の摩 耗量は比較例 V の摩耗量に比べる と著 し く 小 さ い こ と が わ か る 。 これ は ス カ ツ フ イ ン グが比較例 の

O PI IPO 1Q

摺接面に は癸生 しているが、 実施例の摺接面に は 癸生 し てい な い こ と に よる。

なお、 タ ぺ ッ ト 等の相手材と しては、 第 3 表 に 示す成分の銬鉄材を使用する と最良の結果が得 ら れる こ と が実験に よ り 確かめ られた。 第 3 表 （重量

T C 2 . 8 0 〜 3 . 5 0

S i 1 . . 5 0 〜 2 . 5 0

M π 0 . . 5 0 〜 1 . 0 0

P 0 . . 3 0 以下

S 0 , , 1 0以下

N i / C 0 . . 2 0 〜 0 . 8 0

C r 0 . . 7 0 〜 1 . 6 0

Μ ο 0 , . 2 0 〜 0 . 8 0

V 0 , . 5 ο以下

Β 0 . . 0 0 5 〜 1 1 0

ΟΜΡΙ

Claims

求 の

1 ) 重畺比で C 1 . 5 〜 3 . 5 %、 P 0 . 3 〜 1 . 0 %、 M 0 と Wのいずれか一方又は双方 を

一一

M o 換算 （ Wの目换箕率は 0 . 5 とする） 0 . 5 〜 3 . 0 %、 残部 F e か ら な リ 、 摺接部分 に憐酸塩 皮膜が形成 された こ と を特徴 と する鉄系耐摩耗性 焼結合金部材。

2 ) 重畺比で C 1 . 5 〜 3 . 5 %、 P 0 . 3 〜 1 . 0 % 、 M 0 と Wの いずれか一方又 は双方 を M 0 換算 （ W の換算率は 0 . 5 とする） 0 . 5 〜 3 . 0 % , N i と C u のいずれか一方又 は双方 を N i 换箕 （ C u の換箕率は 0 . 5 と する ） 0 . 5 〜 5 . 0 % , 残部 F e か らな リ 、 摺接部分に憐酸 塩皮膜が形成 された こ と を特徵 とする鉄系耐摩耗 性焼結合金部お。

3 ) 重量比 で C 1 . 5 〜 3 . 5 %、 P 0 . 3 〜 1 . 0 %、 M 0 と Wのいずれか一方又は双方 を M 0 換算 （ W の換算率は 0 . 5 とする） 0 . 5 〜 3 . 0 % , C r 0 . 3 〜 8 . 0 % , 残部 F e か ら

OMPI WAT10 1； な り 、 摺接部分に烽酸塩皮膜が形成された こ と を 特徴 と する鉄系耐摩耗性焼結合金部材。

4 ) 重量比で C 1 . 5 〜 3 . 5 %、 P 0 . 3

〜 1 . Q % 、 M 0 と Wのいずれか一方又は双方 を

M 0 換箕 （Wの换箕率は 0 . 5 とする） 0 . 5 〜

3 . 0 % , N i と C ii のいずれか一方又は双方を

N i 換算 （ C u の換算率は 0 . 5 とする） 0 . 5

〜 5 · 0 % , C r 0 . 3 〜 7 . 0 % , 残部 F e か ら な リ 、 摺接部分に燐酸塩皮膜が形成された こ と を特徴 と する鉄系耐摩耗性焼結合金部封。

ΟΜΡΙ