WO2017131224A1 - 高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材およびその製造方法 - Google Patents

高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材およびその製造方法 Download PDF

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WO2017131224A1
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sintered material
powder
hard particles
temperature
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加藤　健一
幸大 檢見▲崎▼
宮原　正久
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株式会社ダイヤメット
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    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron

Definitions

  • the present invention relates to a Co-free heat-resistant sintered material excellent in high-temperature wear resistance and high-temperature strength and a method for producing the same.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2016-016643 filed in Japan on January 29, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the heat-resistant sintered material by powder metallurgy can obtain a structure in which a hard phase is dispersed in an alloy matrix, and is widely applied to sliding members such as sliding parts and bearings of internal combustion engines.
  • sliding members such as sliding parts and bearings of internal combustion engines.
  • the performance of equipment incorporating sliding members has increased, the use environment has become severer, and the sliding members are expected to have higher wear resistance, environmental resistance, high temperature strength, etc. than ever before. It has become.
  • a high-temperature heat-resistant member for an internal combustion engine a high-temperature EGR (Exhaust Gas Recirculation) bush is known, and conventionally, a Co—Mo-based hard particle dispersion sintered described in Patent Document 1 below is known as this bush. The material is used.
  • the abrasion-resistant sintered member described in Patent Document 1 is a sintered member obtained by compacting and sintering a raw material powder containing a base-forming powder and a hard phase-forming powder, and 90 mass of the base-forming powder. % Or more is a fine powder having a maximum particle size of 46 ⁇ m, and the hard phase forming powder is contained in an amount of 40 to 70 mass% with respect to the raw material powder.
  • the hard phase forming powder is a powder containing Mo, Cr, and Si in a predetermined ratio and having a balance Co composition, and has a structure in which a CoMo hard phase is dispersed in the matrix.
  • the wear-resistant sintered member described in Patent Document 1 achieves improved sinterability and higher strength by pulverizing the base powder constituting the base. In addition, by dispersing CoMo hard particles in the matrix, there is a feature that there is little decrease in strength even if a large amount of hard particles are added, and excellent wear resistance is achieved by adding a large amount of CoMo hard particles. Is realized. However, since the wear-resistant sintered member described in Patent Document 1 contains a large amount of Co in the hard phase, there is a concern about the adverse effect of Co on the human body, which has become a problem in recent years.
  • the appearance of a wear-resistant sintered member that does not contain Co is desired.
  • the conventional wear-resistant sintered material uses hard particles other than CoMo, and has a composition that does not contain Co as a whole, and there is no heat-resistant sintered material that provides both strength and wear resistance. It was a fact.
  • the present inventor has intensively studied the utilization of various hard particles other than the CoMo system for the purpose of achieving both high temperature strength and wear resistance in the sintered material.
  • the inventors discovered that a combination with an Fe-based matrix is effective, and reached the present invention.
  • the present invention has been made in view of the circumstances as described above, and can obtain excellent characteristics in both wear resistance and strength, a Co-free heat-resistant sintered material containing no Co, and a method for producing the same. For the purpose of provision.
  • a heat-resistant sintered material (hereinafter referred to as “heat-resistant sintered material of the present invention”), which is an embodiment of the present invention, is provided with Cr—Fe—B in an Fe-based alloy matrix in order to solve the above-mentioned problems. It is characterized in that 33 to 60% by volume of hard particles of the system are dispersed. By dispersing 33-60% by volume of Cr—Fe—B hard particles in an Fe alloy base, a heat resistant sintered material capable of achieving both excellent wear resistance and high strength can be obtained. In addition, since excellent wear resistance and strength can be realized without including Co in both the base and the hard particles, it is possible to provide a heat-resistant sintered material that does not contain Co.
  • the effective porosity is preferably 5% or less. If the effective porosity is 5% or less, the sintering is good, the Fe-based alloy base and the hard particles are both dense structures, high strength and high wear resistance heat resistant sintering Can provide material.
  • the composite boride is a hardened material in such a form that Fe in the base diffuses during sintering with respect to Cr 2 B, CrB or CrB 2 and a part of Cr is replaced with Fe. It has a strong bonding strength and can achieve both high-temperature strength and wear resistance.
  • the hard particles are composed of Cr: 40 to 64% by mass, B: 8 to 12% by mass, Ni: 0.5 to 5% by mass, balance Fe and inevitable impurities. It is preferable to have. If it is the hard particle
  • the hard particles are composed of Cr: 40 to 64% by mass, B: 8 to 12% by mass, Ni: 0.5 to 5% by mass, balance Fe and inevitable impurities.
  • the total composition of the matrix and the hard particles preferably contains B: 2.9 to 5.5% by mass.
  • the Fe-based alloy base is preferably composed of a Fe—Cr—Ni-based matrix.
  • a method for producing a Co-free heat-resistant sintered material having excellent high-temperature wear resistance and high-temperature strength according to another aspect of the present invention includes a Cr alloy in an Fe-based alloy matrix.
  • an Fe-based alloy powder having an average particle size of 5 to 15 ⁇ m is used.
  • CrB 2 powder, at least one of Cr 2 B powder and CrB powder are added and mixed, the mixed powder is compression molded, and sintered at 1150 to 1250 ° C.
  • CrB 2 powder or CrB powder compression-molded CrB 2 particles or CrB particles diffuses an element mainly composed of Fe from an Fe-based alloy base, and Cr—Fe—B-based hard particles are generated.
  • stainless steel powder can be used as the Fe-based alloy powder.
  • vacuum sintering can be performed for 0.1 to 3 hours during the sintering.
  • a Co-free heat-resistant sintered material having high strength and excellent wear resistance in a high temperature range can be provided.
  • the hard phase does not contain Co, it is possible to provide a Co-free heat-resistant sintered material that has high strength and is excellent in wear resistance in a high-temperature region without fear of adverse effects on the human body.
  • the schematic diagram which shows an example of the metal structure of the Co-free heat-resistant sintered material which concerns on this invention.
  • the graph which shows the relationship between the crushing strength and the hard particle volume ratio in the test piece obtained by the Example and the comparative example.
  • the graph which shows the relationship between the abrasion loss and the hard particle volume ratio in the test piece obtained by the Example and the comparative example.
  • the structure photograph which shows the metal structure of the test piece obtained in the Example.
  • the photograph which shows the SEM image of the metal structure of the test piece obtained in the Example.
  • the Co-free heat-resistant sintered material according to this embodiment has a structure in which 33 to 60% by volume of Cr—Fe—B hard particles are dispersed in an Fe alloy base.
  • 33 to 60% by volume means a range including an upper limit and a lower limit unless otherwise noted.
  • 33 to 60% by volume means a range of 33 to 60% by volume.
  • FIG. An example of the structure of the Co-free heat-resistant sintered material of this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG.
  • the Co-free heat-resistant sintered material A has a structure in which a plurality of amorphous Cr—Fe—B hard particles 2 are dispersed in an Fe alloy base 1.
  • pores 3 are dispersedly formed as shown in black particles in a part of the tissue in FIG. 1, and the effective porosity of the entire tissue is 5% or less.
  • the volume ratio of the hard particles 2 occupying the entire structure is preferably 33 to 60%. If the volume ratio of the hard particles 2 is less than 33% by volume, the wear resistance of the Co-free heat-resistant sintered material A may be insufficient, and if the volume ratio of the hard particles 2 exceeds 60% by volume, the strength may be insufficient. is there.
  • the heat-resistant sintered material A of the present embodiment is obtained when the alloy base 1 is obtained by compression-molding and sintering the raw material powder as will be described later, so that it is sintered when the particle size of the raw material powder is large or the sintering temperature is low. Becomes insufficient, and the effective porosity increases. When the effective porosity increases, the strength decreases and the wear resistance may deteriorate.
  • the Fe-based alloy base 1 has a structure in which austenitic stainless steel powder is compression-molded and sintered.
  • the Cr—Fe—B based hard particles 2 have a composition of Cr: 40 to 64% by mass, B: 8 to 12% by mass, Ni: 0.5 to 5% by mass, the balance Fe and inevitable impurities.
  • Desirable compositions in the entire structure in which the hard particles 2 are dispersed in the alloy base 1 are Cr: 28 to 35% by mass, Ni: 15 to 20% by mass, B: 2.9 to 5.5% by mass, balance Fe and Inevitable impurities. In particular, it is preferable that 2.9 to 5.5% by mass of B is contained in the entire structure.
  • the wear resistance may be insufficient, and if the B content exceeds 5.5% by mass, the strength may be insufficient.
  • the hard particles 2 when Cr is less than 40% by mass, there is too much diffusion of Fe, and the hard phase itself is coarsened, so there is a problem that wear resistance decreases, and Cr exceeds 64% by mass. Then, there is a problem that the diffusion of Fe into the hard phase is insufficient and the strength is lowered. Further, in the hard particles 2, when B is less than 8% by mass, there is a problem that the dispersion amount of the composite boride is lowered and wear resistance is lowered. When B is more than 12% by mass, the dispersion amount of the composite boride is decreased. Since it increases too much, there exists a problem which intensity
  • Cr-Fe-B-based hard particles 2 is when the CrB 2 powder or CrB powder as the raw material powder is sintered after compression molding by mixing a powder of austenitic stainless steel, the stainless steel CrB 2 particles or CrB particles The particles are produced by diffusing elements such as Fe.
  • This hard particle 2 is a composite that can be expressed as (Cr, Fe) 2 B, (Cr, Fe) B 2 or (Cr, Fe) B in which a part of Cr in Cr 2 B, CrB 2 or CrB is replaced with Fe.
  • the hard particles 2 contain Fe and Ni in addition to Cr and B. Further, the hard particles 2 may contain impurities such as Mo, Mn, or Si diffused from the stainless powder.
  • the Co-free heat-resistant sintered material A described above is used for the purpose of forming a bearing incorporated in a nozzle mechanism or a valve mechanism for a turbocharger.
  • Fe-based alloy powder as a raw material of the alloy base for example, austenitic stainless alloy powder and CrB 2 powder or CrB powder are uniformly mixed at a predetermined ratio with a mixer or the like.
  • This raw material powder is put into a molding die and compression molded into a desired bearing shape, for example, a ring shape.
  • the pressure for compression molding can be selected in the range of 6 to 10 t / cm 2 .
  • the Fe-based alloy powder used as a raw material is desirably used in the form of a fine powder in order to reduce the effective porosity.
  • a fine powder having an average particle diameter (D50) of about 5 to 15 ⁇ m is preferably used.
  • D50 average particle diameter of the Fe-based alloy powder
  • the average particle diameter (D50) of the Fe-based alloy powder exceeds 15 ⁇ m, there is a problem that the sinterability deteriorates and the strength decreases.
  • Fe-25Cr-20Ni-based alloy powder can be used as the austenitic stainless powder.
  • austenitic alloy powders such as JIS regulations SUS310 and 316 may be used.
  • the CrB 2 powder, Cr 2 B powder or CrB powder used as the raw material for the hard phase 2 is preferably used in the form of fine powder having an average particle diameter (D50) of about 1 to 15 ⁇ m.
  • the mixed powder is put into a mold of a press apparatus and press-molded to obtain a green compact of a desired shape, for example, a ring shape.
  • various methods such as hot isostatic pressing (HIP) and cold isostatic pressing (CIP) may be adopted in addition to compression molding by a press device.
  • HIP hot isostatic pressing
  • CIP cold isostatic pressing
  • the green compact obtained by compression molding is sintered at 1150 to 1250 ° C., there is a problem that the strength is lowered due to insufficient sintering at a temperature lower than 1150 ° C.
  • the temperature exceeds 1250 ° C. the hard phase and the mother phase There is a problem that crystal grains become coarse and wear resistance decreases.
  • the sintering time if the time is less than 0.1 hour, the sintering may not be completed, and if the sintering time is longer than 3 hours, the crystal grains of the hard phase and the parent phase become coarse and wear resistance decreases. is there.
  • the heat-resistant sintered material A manufactured as described above has a heat-resistant sintered material in which Cr—Fe—B hard particles 2 are dispersed in a base 1 mainly composed of austenitic stainless steel containing Cr and Ni based on Fe. Since it is a sintered material, it has high strength and excellent wear resistance. If it is a Cr—Fe—B hard particle 2, the bonding state with the Fe alloy base 1 is good and can be uniformly dispersed in the alloy base 1. Excellent wear resistance. Moreover, if it is the heat-resistant sintered material A of this embodiment, since Co is not included, there is no bad influence on a human body.
  • the heat-resistant sintered material of the present embodiment is a shaft member provided in a nozzle mechanism or a valve mechanism of a turbocharger.
  • the heat-resistant sintered material of the present embodiment is a shaft member provided in a nozzle mechanism or a valve mechanism of a turbocharger.
  • it can be widely applied to rod members, bearing members, plates and the like.
  • Example 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 4 As raw material powder, Fe-25Cr-20Ni-1Si alloy powder having an average particle diameter (D50) of 10 ⁇ m and CrB 2 powder or CrB powder having an average particle diameter (D50) of 5 ⁇ m were prepared. These powders are shown in Table 1 below. After blending so as to have the final component composition shown and mixing with a V-type mixer for 30 minutes, a green compact was produced by press molding at a molding pressure of 8 t / cm 2 . Next, the green compact was sintered in a vacuum atmosphere at a temperature of 1200 ° C.
  • each heat-resistant sintered material was formed into a suitable shape for each of the following tests and used for each test. (Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 and 2) Moreover, as a contrast material, the heat-resistant sintered material obtained by changing the Fe25Cr20Ni1Si alloy powder to the Fe17Cr12Ni2Mo1Si alloy powder and performing the same process as the above was manufactured. (Examples 6 to 8) Furthermore, CrB powder was added to the Fe25Cr20Ni1Si alloy powder in place of the CrB 2 powder, and the heat resistant sintered material obtained by the same process as described above was manufactured.
  • Example 9 Instead of Fe25Cr20Ni1Si alloy powder having an average particle size (D50) of 10 ⁇ m, Fe25Cr20Ni1Si alloy powder having an average particle size (D50) of 100 ⁇ m was used, and CrB 2 powder was added so that the hard particle volume ratio would be 40%. A heat-resistant sintered material was produced.
  • Comparative Example 3 A heat-resistant sintered material having an effective porosity of 12% is manufactured by using the Fe25Cr20Ni1Si alloy powder having an average particle size (D50) of 10 ⁇ m and CrB 2 powder, and producing under the same conditions as described above except that the sintering temperature is 1140 ° C. Manufactured. (Comparative Example 4)
  • These green compacts were sintered in a vacuum atmosphere at a temperature of 1250 ° C. for 1.5 hours to obtain heat-resistant sintered materials of Comparative Examples 5 to 11.
  • These heat-resistant sintered materials are sintered materials having a structure in which CoMo-based hard particles are dispersed in an Fe-based alloy matrix.
  • “Comparative Examples 12-17” As raw material powders, Fe25Cr20Ni1Si alloy powder having an average particle diameter (D50) of 10 ⁇ m and Fe-65% Mo powder having an average particle diameter (D50) of 40 ⁇ m are prepared, and these powders have the final component composition shown in Table 3 below. After mixing for 30 minutes with a V-type mixer, the green compact was produced by press molding at a molding pressure of 8 t / cm 2 . Next, this green compact was sintered in a vacuum atmosphere at a temperature of 1250 ° C. for 1.5 hours to obtain heat-resistant sintered materials of Comparative Examples 12 to 17. These heat-resistant sintered materials are sintered materials having a structure in which FeMo-based hard particles are dispersed in an Fe-based alloy matrix.
  • “Comparative Examples 18-22” As raw material powders, Fe25Cr20Ni1Si alloy powder having an average particle diameter (D50) of 10 ⁇ m and Fe-65% Cr powder having an average particle diameter (D50) of 40 ⁇ m are prepared, and these powders have the final composition shown in the following table. After mixing with a V-type mixer for 30 minutes, a green compact was produced by press molding at a molding pressure of 8 t / cm 2 . Next, the green compact was sintered in a vacuum atmosphere at a temperature of 1250 ° C. for 1.5 hours to obtain heat-resistant sintered materials of Comparative Examples 18 to 22. These heat-resistant sintered materials are sintered materials having a structure in which FeCr-based hard particles are dispersed in an Fe-based alloy matrix.
  • Effective porosity The effective porosity (oil content) was measured by the Archimedes method. I tried to.
  • Abrasion resistance test In order to perform the roll-on block test, a test was performed in which a cylindrical shaft was placed on the block and rotated 900 times. The measurement was performed at a temperature of 600 ° C. for 120 minutes, and the amount of wear was evaluated by setting the number of reciprocations to 10,000. The amount of wear was measured by taking a photograph of the wear surface with a 3D microscope and measuring the wear depth.
  • the shape of the abrasion test piece is a rectangular parallelepiped block made of a sintered material having a thickness of 50 ⁇ 10 ⁇ 5 mm.
  • the shaft of the mating member is a stainless steel rod made of SUS316 having a diameter of 8 mm and a length of 150 mm.
  • the stainless steel rod was pressed against the block at a load of 80 N, and tested by reciprocating as a motor rotation shaft.
  • “A” was evaluated as excellent wear resistance.
  • the amount of wear exceeded 20 ⁇ m, the abrasion resistance was inferior and “B” was evaluated.
  • “Compression strength” The crushing strength was measured using a test piece having an outer diameter of 20 ⁇ inner diameter of 12 ⁇ height of 5 mm. The above test results are shown in Tables 1 to 4 below. In the column to the right of the actually measured value in the wear resistance test, when the wear amount was 20 ⁇ m or less, it was evaluated that the wear resistance was excellent and indicated as “A”.
  • the alloy base made of FeCrNi-based stainless steel particles has a structure in which hard particles are dispersed, and the hard particles are a sintered material of 30 to 60% by volume with respect to the entire structure. It can be seen that the sintered materials of Examples 1 to 11 capable of satisfying two properties of high strength (606 to 1005 MPa) and low wear (17 to 20 ⁇ m) were obtained. Further, the sintered materials of Examples 1 to 11 showed an extremely low effective porosity of 0.1 to 0.5%. In contrast to these examples, the sintered material of Comparative Example 1 shown in Table 1 is an example in which the hard particle volume fraction is too large, the strength is low, the amount of wear increases, and the sintered material of Comparative Example 2 is hard.
  • Comparative Examples 5 to 11 shown in Table 2 are samples in which CoMo-based hard particles are selected as the hard particles dispersed in the Fe-based matrix. These samples relate to the conventional wear-resistant sintered material described in Patent Document 1, and are sintered materials having excellent strength and a small amount of wear. However, since the sintered material of these samples contains a large amount of Co in the hard phase and a large amount of Co in the entire structure, there is a concern in terms of influence on the human body. In this respect, the sintered material described in the example of Table 1 had the same high strength and excellent wear resistance as the sintered materials of Comparative Examples 5 to 10 shown in Table 2. Furthermore, it turns out that it is the outstanding heat-resistant sintered material which does not need to worry about the influence with respect to a human body.
  • Comparative Examples 12 to 17 shown in Table 3 are samples in which FeMo-based hard particles are selected as the hard particles dispersed in the Fe-based matrix.
  • the samples shown in Table 3 are mainly samples having a low strength and a large amount of wear, and it can be seen that both strength and wear resistance cannot be achieved even if FeMo hard particles are used in the Fe base.
  • Comparative Examples 18 to 22 shown in Table 4 are samples in which FeCr-based hard particles are selected as the hard particles dispersed in the Fe-based matrix. Many of the samples shown in Table 4 have low strength and a large amount of wear, and it can be seen that both strength and wear resistance cannot be achieved even if FeCr-based hard particles are used in the Fe-based matrix.
  • the FeMo hard particles used in the comparative examples shown in Table 3 and the FeCr hard particles used in the comparative examples shown in Table 4 are both prominent as hard particles. By dispersing them in the Fe base, the strength and Although it is a hard particle that can be expected to exhibit promising features in terms of wear resistance, it has been found by this test that it is impossible to achieve both strength and wear resistance. For this reason, it can be seen that even if known hard particles are simply applied instead of CoMo hard particles in the structure described in Patent Document 1, it is not easy to achieve both strength and wear resistance. In view of this point, it is important to select Cr—Fe—B based hard particles as in the present invention, and CrB particles, Cr 2 B particles or CrB 2 particles are replaced with Cr by element diffusion during sintering. Thus, the advantage of applying hard particles obtained by diffusing Fe into composite borides is clear.
  • FIG. 2 is a graph showing the results of obtaining the correlation between the volume fraction (volume%) of hard particles and the crushing strength in samples using the respective hard particles shown in Tables 1 to 4. As shown in FIG. 2, it can be seen that the heat resistant sintered material in which Cr—Fe—B hard particles are dispersed has a high crushing strength even when the volume fraction of the hard particles is large. It turns out that it has the performance equivalent to the sample which precipitated the hard particle
  • FIG. 3 is a graph showing the results of determining the correlation between the volume fraction (volume%) of hard particles and the amount of wear in the samples using the respective hard particles shown in Tables 1 to 4.
  • the heat-resistant sintered material in which Cr—Fe—B hard particles are dispersed has a low wear amount in the range of 30-60% by volume of the hard particles. It turns out that it has the performance equivalent to the sample which precipitated the outstanding CoMo type hard particle.
  • FIGS. 2 and 3 it can be seen that the heat-resistant sintered material in which Cr—Fe—B-based hard particles are dispersed is superior to the heat-resistant sintered material in which other hard particles are dispersed.
  • FIG. 4 is a structure photograph showing the metal structure of the heat-resistant sintered material sample of Example 3 shown in Table 1. From the structure photograph shown in FIG. 4, a structure in which Cr—Fe—B hard particles 5 are dispersed inside the austenitic metal matrix (Fe—Cr—Ni matrix 4) was confirmed. In addition, it is also clear that the amorphous black part in the structure photograph of FIG. 4 is pores and the effective porosity is low.
  • FIG. 5 shows an SEM image of the other part of the heat-resistant sintered material sample of Example 3 shown in Table 1.
  • a structure in which dark amorphous Cr—Fe—B hard particles were dispersed in a light gray austenitic matrix was confirmed.
  • Cr element mapping, Ni element mapping, Fe element mapping, and B element mapping using characteristic X-rays were performed from the same field of view.
  • elemental mapping it was found that the light gray portion was an austenitic base material, and the dark amorphous portion was Cr—Fe—B hard particles. If it is a Co-free heat-resistant sintered material according to the present invention having such a structure, a sintered material having excellent strength and wear resistance and a small effective porosity can be obtained.
  • This sintered material can be used, for example, as a material for a high-temperature heat-resistant member of an internal combustion engine.
  • a Heat-resistant sintered material 1 Alloy base 2 Hard particles 3 Porosity 4 Austenitic (Fe—Cr—Ni) parent phase 5 Cr—Fe—B based hard phase

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Abstract

本願発明は、Ｆｅ系の合金基地（１）中にＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子（２）が３３～６０体積％分散された高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材（Ａ）に関する。また、本願発明の製造方法は、平均粒径５～１５μｍのＦｅ系の合金粉末にＣｒＢ２粉末とＣｒ２Ｂ粉末とＣｒＢ粉末の少なくとも１種または２種以上を添加混合し、混合した粉末を圧縮成形し、１１５０～１２５０℃で焼結することを特徴とする。

Description

高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材およびその製造方法
　本願発明は、高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材およびその製造方法に関する。
　本願は、２０１６年１月２９日に、日本に出願された特願２０１６－０１６６４３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　粉末冶金による耐熱焼結材は硬質相を合金基地中に分散させた構造を得ることが可能であり、内燃機関の摺動部品や軸受け等の摺動部材に広く適用されている。しかしながら摺動部材が組み込まれる機器の高性能化に伴い、使用環境が厳しくなってきており、摺動部材にはこれまで以上の高い耐摩耗性や耐環境性、高温強度などが要求されるようになっている。
　内燃機関の高温用耐熱部材として、高温ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）用ブッシュが知られており、このブッシュには従来、以下の特許文献１に記載されているＣｏ－Ｍｏ系の硬質粒子分散焼結材が使用されている。
　特許文献１に記載の耐摩耗性焼結部材は、基地形成粉末と硬質相形成粉末を含む原料粉末を圧粉成形し、焼結して得られる焼結部材であり、基地形成粉末の９０質量％以上が最大粒径４６μｍの微粉末であり、硬質相形成粉末が原料粉末に対し４０～７０質量％含まれている。また、硬質相形成粉末は、ＭｏとＣｒとＳｉを所定の割合で含有し、残部Ｃｏの組成を有する粉末であり、ＣｏＭｏ系の硬質相が基地中に分散された構造となっている。
日本国特開２００７－１０７０３４号公報（Ａ）
　特許文献１に記載の耐摩耗性焼結部材は、基地を構成するベースとなる粉末を微粉化することで焼結性の向上、高強度化を達成している。また、ＣｏＭｏ系の硬質粒子を基地中に分散させることで硬質粒子を多量添加しても強度低下が少ない特徴を有しており、ＣｏＭｏ系の硬質粒子を多量添加することにより優れた耐摩耗性を実現している。
　ところが、特許文献１に記載されている耐摩耗性焼結部材は、硬質相に多量のＣｏを含んでいるので、近年になって問題視されるＣｏの人体への悪影響が懸念される。特に、Ｃｏが１％以上含有されているＣｏ含有材は、特定化学物質に指定されることがあるので、Ｃｏを含まない耐摩耗性焼結部材の登場が望まれる。
　ところが、従来の耐摩耗性焼結材においてＣｏＭｏ系以外の硬質粒子を用い、全体としてＣｏを含まない組成であって、強度と耐摩耗性を両立できる耐熱焼結材が提供されていないのが実情であった。
　以上の背景において、本願発明者が焼結材における高温強度と耐摩耗性の両立を目的としてＣｏＭｏ系以外の種々の硬質粒子の活用について鋭意研究したところ、Ｃｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子とＦｅ系の母相との組み合わせが有効であることを知見し、本願発明に到達した。
　本願発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性と強度の両面で優れた特性を得ることができ、Ｃｏを含まないＣｏフリー耐熱焼結材及びその製造方法の提供を目的とする。
（１）本願発明の一態様である耐熱焼結材（以下、「本願発明の耐熱焼結材」と称する）は前記課題を解決するために、Ｆｅ系の合金基地中にＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子が３３～６０体積％分散されたことを特徴とする。
　Ｆｅ系の合金基地中にＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子を３３～６０体積％分散させることで優れた耐摩耗性と高い強度を両立できる耐熱焼結材を得ることができる。また、基地と硬質粒子の両方にＣｏを含まなくとも優れた耐摩耗性と強度を実現できるので、Ｃｏを含まない耐熱焼結材を提供できる。
（２）本願発明の耐熱焼結材において、有効多孔率が５％以下であることが好ましい。
　有効多孔率が５％以下であるならば、焼結が良好になされてＦｅ系の合金基地と硬質粒子がいずれも緻密な組織となっており、強度が高く耐摩耗性の良好な耐熱焼結材を提供できる。
（３）本願発明の耐熱焼結材において、前記Ｃｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子が（Ｃｒ，Ｆｅ）２Ｂ、（Ｃｒ，Ｆｅ）Ｂあるいは（Ｃｒ，Ｆｅ）Ｂ２で示される複合硼化物であることが好ましい。
　上記の複合硼化物は、Ｃｒ２Ｂ、ＣｒＢあるいはＣｒＢ２に対して焼結時に基地中のＦｅが拡散し、Ｃｒの一部をＦｅで置換する形態で硬化物になっているので、基地との結合力が強く、高温強度と耐摩耗性の両立を実現できる。
（４）本願発明の耐熱焼結材において、前記硬質粒子が、Ｃｒ：４０～６４質量％、Ｂ：８～１２質量％、Ｎｉ：０.５～５質量％、残部Ｆｅ及び不可避不純物の組成を有することが好ましい。
　上述の組成の硬質粒子であるならば、強度が高く耐摩耗性の良好な耐熱焼結材を提供できる。
（５）本願発明の耐熱焼結材において、前記硬質粒子が、Ｃｒ：４０～６４質量％、Ｂ：８～１２質量％、Ｎｉ：０.５～５質量％、残部Ｆｅ及び不可避不純物の組成を有し、基地と硬質粒子を合わせた全体組成においてＢ：２．９～５．５質量％を含む事が好ましい。
　上述の組成の硬質粒子であるならば、強度が高く耐摩耗性の良好な耐熱焼結材を提供できる。また、焼結時にＦｅ系の合金基地とＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子との間で元素の相互拡散が生じる結果、強度が向上する。
（６）本願発明の耐熱焼結材において、Ｆｅ系の合金基地がＦｅ－Ｃｒ－Ｎｉ系の母相からなる事が好ましい。
（７）本願発明の他態様の高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材の製造方法（以下、「本願発明の製造方法」と称する）は、Ｆｅ系の合金基地中にＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子が３３～６０体積％分散された高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材を製造するに際し、平均粒径５～１５μｍのＦｅ系の合金粉末にＣｒＢ２粉末、Ｃｒ２Ｂ粉末とＣｒＢ粉末の少なくとも１種または２種以上を添加混合し、混合した粉末を圧縮成形し、１１５０～１２５０℃で焼結することを特徴とする。
　ＣｒＢ２粉末またはＣｒＢ粉末が圧縮成形されたＣｒＢ２粒子またはＣｒＢ粒子に対し焼結時にＦｅ系の合金基地からＦｅを主体とする元素が拡散し、Ｃｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子が生成される。この元素拡散により生成される硬質粒子はＦｅ系の合金基地と強固に結合しているので強度が高く、高温域での耐摩耗性に優れた焼結材が得られる。
（８）本願発明の製造方法において、前記Ｆｅ系の合金粉末として、ステンレス鋼の粉末を用いることができる。
（９）本願発明の製造方法において、前記焼結する際に０．１～３時間真空焼結することができる。
　本願発明によれば、高強度かつ高温域での耐摩耗性に優れるＣｏフリー耐熱焼結材を提供できる。本願発明によれば、硬質相にＣｏを含まないので、人体への悪影響の懸念がない高強度かつ高温域での耐摩耗性に優れるＣｏフリー耐熱焼結材を提供できる。
本願発明に係るＣｏフリー耐熱焼結材の金属組織の一例を示す模式図。 実施例と比較例で得られた試験片における圧環強度と硬質粒子体積率との関係を示すグラフ。 実施例と比較例で得られた試験片における摩耗量と硬質粒子体積率との関係を示すグラフ。 実施例で得られた試験片の金属組織を示す組織写真。 実施例で得られた試験片の金属組織のＳＥＭ像を示す写真。
　以下、本願発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
　本実施形態に係るＣｏフリー耐熱焼結材はＦｅ系の合金基地中にＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子が３３～６０体積％分散された組織を有する。なお、本願明細書において３３～６０体積％のように範囲を表す場合、特に注記しない限り上限と下限を含む範囲を意味する。このため、３３～６０体積％は３３体積％以上６０体積％以下の範囲を意味する。
　本実施形態のＣｏフリー耐熱焼結材の組織の一例を図１に示す。図１に示すようにＣｏフリー耐熱焼結材ＡはＦｅ系の合金基地１中に不定形のＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子２が複数分散された組織を有する。また、図１の組織の一部に黒色の粒子状に示すように気孔３が分散形成され、組織全体における有効多孔率が５％以下とされている。
　組織全体に占める硬質粒子２の体積率は３３～６０％であることが好ましい。硬質粒子２の体積率が３３体積％未満ではＣｏフリー耐熱焼結材Ａの耐摩耗性が不足するおそれがあり、硬質粒子２の体積率が６０体積％を超えるようでは強度不足となるおそれがある。
　本実施形態の耐熱焼結材Ａは後述する如く合金基地１が原料粉末を圧縮成形し焼結して得られるので原料とする粉末の粒径が大きい場合あるいは焼結温度が低い場合に焼結が不充分となり、有効多孔率が大きくなる。有効多孔率が大きくなると、強度が低下し、耐摩耗性が悪化するおそれがある。
　Ｆｅ系の合金基地１は一例としてオーステナイト系ステンレスの粉末を圧縮成形して焼結した組織からなる。
　Ｃｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子２はＣｒ：４０～６４質量％、Ｂ：８～１２質量％、Ｎｉ：０.５～５質量％、残部Ｆｅ及び不可避不純物の組成を有する。
　合金基地１中に硬質粒子２が分散された組織全体における望ましい組成は、Ｃｒ：２８～３５質量％、Ｎｉ：１５～２０質量％、Ｂ：２．９～５．５質量％、残部Ｆｅおよび不可避不純物である。
　中でも組織全体においてＢを２．９～５．５質量％含むことが好ましい。
　組織全体においてＢ含有量が２．９質量％未満であると耐摩耗性が不足するおそれがあり、Ｂ含有量が５．５質量％を超えると強度不足となるおそれがある。
　硬質粒子２において、Ｃｒが４０質量％未満では、Ｆｅの拡散が多すぎる状態であり、硬質相自体が粗大化する為、耐摩耗性が低下する問題があり、Ｃｒが６４質量％を超える状態では、硬質相へのＦｅの拡散が不十分であり、強度が低下する問題がある。
　また、硬質粒子２において、Ｂが８質量％未満では、複合硼化物の分散量が低下し、耐摩耗性が低下する問題があり、Ｂが１２質量％を超えると複合硼化物の分散量が増加し過ぎる為、強度が低下する問題がある。
　Ｃｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子２は、原料粉末としてＣｒＢ２粉末あるいはＣｒＢ粉末をオーステナイト系ステンレスの粉末と混合して圧縮成形後に焼結された際、ＣｒＢ２粒子あるいはＣｒＢ粒子にステンレスの粉末からＦｅなどの元素が拡散されて生成された粒子である。
　この硬質粒子２は、Ｃｒ２Ｂ、ＣｒＢ２あるいはＣｒＢのＣｒの一部をＦｅで置換した（Ｃｒ，Ｆｅ）２Ｂ、（Ｃｒ，Ｆｅ）Ｂ２あるいは（Ｃｒ，Ｆｅ）Ｂと表記できる複合硼化物からなる。
　このため硬質粒子２にはＣｒとＢに加えてＦｅとＮｉが含まれている。また、硬質粒子２にはステンレスの粉末から拡散されたＭｏやＭｎあるいはＳｉなどの不純物が含まれていても良い。
　以上説明のＣｏフリー耐熱焼結材Ａはターボチャージャー用のノズル機構やバルブ機構に組み込まれる軸受けを形成する目的などのために用いられる。
　「耐熱焼結材の製造方法」
　Ｃｏフリー耐熱焼結材Ａを製造するためには、合金基地の原料となるＦｅ系合金粉末、例えば、オーステナイト系ステンレス合金粉末とＣｒＢ２粉末あるいはＣｒＢ粉末を混合機などで所定の割合で均一混合した原料粉末を用意する。この原料粉末を成形型に投入し目的の軸受け形状、例えば、リング状に圧縮成形する。圧縮成形する場合の圧力は６～１０ｔ／ｃｍ２の範囲を選択できる。
　この成形体を真空雰囲気中あるいは窒素雰囲気などの非酸化性雰囲気中において１１５０～１２５０℃で０．１～３時間程度焼結することによりＣｏフリー耐熱焼結材Ａを得ることができる。
　原料となるＦｅ系合金粉末は有効多孔率を低くするために微粉末の状態で用いることが望ましく、例えば平均粒径（Ｄ５０）５～１５μｍ程度の微粉末を用いることが好ましい。
　Ｆｅ系合金粉末の平均粒径（Ｄ５０）が５μｍ未満では、粉末製造時に酸化し易く、Fe系合金粉末の酸化の影響により焼結性が阻害され、強度が低下する問題がある。
　Ｆｅ系合金粉末の平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍを超えるようでは、焼結性が悪化し、強度が低下する問題がある。
　オーステナイト系ステンレス粉末として例えば、Ｆｅ－２５Ｃｒ－２０Ｎｉ基合金粉末を用いることができる。この他、ＪＩＳ規定ＳＵＳ３１０、３１６などのオーステナイト系合金粉末を用いても良い。
　硬質相２の原料とするＣｒＢ２粉末、Ｃｒ２Ｂ粉末あるいはＣｒＢ粉末として例えば、平均粒径（Ｄ５０）１～１５μｍ程度の微粉末の状態で用いることが好ましい。
　次いで、前記混合粉末をプレス装置の型に投入し、プレス成形して目的の形状、例えば、リング状などの圧粉体を得る。
　圧縮成形する場合、プレス装置による圧縮成形の他に熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）など、種々の方法を採用しても良い。
　圧縮成形により得た圧粉体に１１５０～１２５０℃で焼結する場合、１１５０℃未満の温度では焼結不十分で強度が低下する問題があり、１２５０℃を超える温度では硬質相、母相の結晶粒が粗大化し、耐摩耗性が低化する問題がある。
　焼結する時間については、０．１時間未満では焼結が完了しないおそれがあり、３時間を超える焼結では硬質相、母相の結晶粒が粗大化し、耐摩耗性が低化する問題がある。
　以上説明の如く製造された耐熱焼結材Ａは、ＦｅをベースにＣｒとＮｉを含有させたオーステナイト系ステンレスを主体とする基地１にＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子２を分散させた耐熱焼結材であるため、高強度であり、耐摩耗性に優れる。
　Ｃｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子２であるならばＦｅ系の合金基地１との結合状態が良好であり、合金基地１の中に均一分散させることができ、また、均一分散させた場合に優れた耐摩耗性を発揮できる。
　また、本実施形態の耐熱焼結材Ａであるならば、Ｃｏを含んでいないので、人体への悪影響もない。
　なお、本実施形態においては耐熱焼結材を用いてリング状の軸受け部材を構成した場合について説明したが、本実施形態の耐熱焼結材はターボチャージャーのノズル機構やバルブ機構に設けられる軸部材やロッド部材、軸受け部材、プレート等に広く適用できるのは勿論である。
　以下、実施例を示して本願発明を更に詳細に説明するが、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
「実施例１～１１、比較例１～４」
　原料粉末として、平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのＦｅ-２５Ｃｒ-２０Ｎｉ-１Ｓｉ合金粉末と、平均粒径（Ｄ５０）５μｍのＣｒＢ２粉末あるいはＣｒＢ粉末を用意し、これらの粉末を以下の表１に示す最終成分組成となるように配合し、Ｖ型混合機で３０分間混合した後、成形圧力８ｔ／ｃｍ２にてプレス成形して圧粉体を作製した。
　次に、この圧粉体を真空雰囲気中において、１２００℃の温度で１.５時間焼結し、耐熱焼結材を得た。いずれの耐熱焼結材も以下の各試験毎に好適な形状に成形し各試験に供した。（実施例１～５、比較例１、２）
　また、対比材として、Ｆｅ２５Ｃｒ２０Ｎｉ１Ｓｉ合金粉末をＦｅ１７Ｃｒ１２Ｎｉ２Ｍｏ１Ｓｉ合金粉末に替え、他は前記と同等の工程を経ることにより得た耐熱焼結材を製造した。（実施例６～８）
　更に、Ｆｅ２５Ｃｒ２０Ｎｉ１Ｓｉ合金粉末に対しＣｒＢ２粉末に替えてＣｒＢ粉末を加え、他は前記と同等の工程により得た耐熱焼結材を製造した。（実施例９～１１）
　平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのＦｅ２５Ｃｒ２０Ｎｉ１Ｓｉ合金粉末に替えて平均粒径（Ｄ５０）１００μｍのＦｅ２５Ｃｒ２０Ｎｉ１Ｓｉ合金粉末を用い、硬質粒子体積率４０％となるようにＣｒＢ２粉末を加え、他は同等の条件で耐熱焼結材を製造した。（比較例３）
　平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのＦｅ２５Ｃｒ２０Ｎｉ１Ｓｉ合金粉末とＣｒＢ２粉末を用い、焼結温度を１１４０℃とする以外は、前記と同等の条件で製造することで有効多孔率１２％の耐熱焼結材を製造した。（比較例４）
　「比較例５～１１」
　原料粉末として、平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのＦｅ２５Ｃｒ２０Ｎｉ１Ｓｉ合金粉末と、平均粒径（Ｄ５０）４０μｍのＣｏ２８Ｍｏ９Ｃｒ２．５Ｓｉ粉末を用意し、これらの粉末を以下の表２に示す最終成分組成となるように配合し、Ｖ型混合機で３０分間混合した後、成形圧力８ｔ／ｃｍ２にてプレス成形して圧粉体を作製した。また、平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのＦｅ２５Ｃｒ２０Ｎｉ１Ｓｉ合金粉末に替えて平均粒径（Ｄ５０）１００μｍのＦｅ２５Ｃｒ２０Ｎｉ１Ｓｉ合金粉末を用い、その他の工程は上述の工程と同等として圧粉体を作製した。
　次に、これらの圧粉体を真空雰囲気中において、１２５０℃の温度で１.５時間焼結し、比較例５～比較例１１の耐熱焼結材を得た。これらの耐熱焼結材は、Ｆｅ系の合金基地の中にＣｏＭｏ系の硬質粒子が分散された構造の焼結材である。
　「比較例１２～１７」
　原料粉末として、平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのＦｅ２５Ｃｒ２０Ｎｉ１Ｓｉ合金粉末と、平均粒径（Ｄ５０）４０μｍのＦｅ－６５％Ｍｏ粉末を用意し、これらの粉末を以下の表３に示す最終成分組成となるように配合し、Ｖ型混合機で３０分間混合した後、成形圧力８ｔ／ｃｍ２にてプレス成形して圧粉体を作製した。
　次に、この圧粉体を真空雰囲気中において、１２５０℃の温度で１.５時間焼結し、比較例１２～比較例１７の耐熱焼結材を得た。これらの耐熱焼結材は、Ｆｅ系の合金基地の中にＦｅＭｏ系の硬質粒子が分散された構造の焼結材である。
　「比較例１８～２２」
　原料粉末として、平均粒径（Ｄ５０）１０μｍのＦｅ２５Ｃｒ２０Ｎｉ１Ｓｉ合金粉末と、平均粒径（Ｄ５０）４０μｍのＦｅ－６５％Ｃｒ粉末を用意し、これらの粉末を以下の表に示す最終成分組成となるように配合し、Ｖ型混合機で３０分間混合した後、成形圧力８ｔ／ｃｍ２にてプレス成形して圧粉体を作製した。
　次に、この圧粉体を真空雰囲気中において、１２５０℃の温度で１.５時間焼結し、比較例１８～比較例２２の耐熱焼結材を得た。これらの耐熱焼結材は、Ｆｅ系の合金基地の中にＦｅＣｒ系の硬質粒子が分散された構造の焼結材である。
「有効多孔率」
　アルキメデス法にて有効多孔率（含油率）を測定した。
してみました。
「耐摩耗性試験」
　ロールオンブロック試験を行うために、ブロックの上に円柱のシャフトを載せ９００往復回転させる試験を行った。測定温度６００℃、１２０分間行い、往復回数を１００００回として摩耗量を評価した。
　摩耗量測定は、３Ｄマイクロスコープにより摩耗面の写真を撮影し、摩耗深さを測定した。摩耗試験片の形状は５０×１０×５ｍｍ厚の焼結材からなる直方体形状のブロックである。相手材のシャフトは、ＳＵＳ３１６からなる直径８ｍｍ、長さ１５０ｍｍのステンレスロッドであり、前記ブロックに、加重８０Ｎで、このステンレスロッドを押し付けつつ、モーターの回転軸として、往復回転させて試験した。摩耗量が２０μｍ以下であった場合、優れた耐摩耗性として「Ａ」と評価した。摩耗量が２０μｍを越えた場合、耐摩耗性が劣るとして「Ｂ」と評価した。
「圧環強度」
　外径２０×内径１２×高さ５ｍｍサイズの試験片を用いて圧環強度を測定した。
　以上の試験結果を以下の表１～表４に示す。
　耐摩耗性試験での実測値の右の欄には、摩耗量が２０μｍ以下であった場合、耐摩耗性が優れると評価して「Ａ」と示した。摩耗量が２０μｍを越えた場合、耐摩耗性が劣ると評価して「Ｂ」と示した。
　同様に、圧環強度試験での実測値の右の欄には、圧環強度が６００ＭＰａ以上であった場合、圧環強度が優れると評価し「Ａ」と示した。圧環強度が６００ＭＰａ未満の場合、圧環強度が劣ると評価し「Ｂ」と示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表１に示す試験結果から、ＦｅＣｒＮｉベースのステンレスの粒子からなる合金基地に硬質粒子が分散した組織を有し、組織全体に対し硬質粒子が３０～６０体積％の焼結材であるならば、強度が高く（６０６～１００５ＭＰａ）、摩耗量が少ない（１７～２０μｍ）という２つの特性を両立できる実施例１～１１の焼結材を得られたことがわかる。また、これら実施例１～１１の焼結材は０．１～０．５％の極めて低い有効多孔率を示した。
　これらの実施例に対し、表１に示す比較例１の焼結材は硬質粒子体積率が大きすぎた例であり、強度が低く、摩耗量も多くなり、比較例２の焼結材は硬質粒子体積率が小さすぎて摩耗量が増加した例である。
　比較例３の焼結材はＦｅ-２５Ｃｒ-２０Ｎｉ-１Ｓｉ合金粉末の粒径が大きすぎたため、有効気孔率が６．０％と大きくなり、強度が低下し、摩耗量も増大した。
　比較例４の焼結材は、焼結温度が１１４０℃と低く、焼結不十分であることが原因で気孔率が大きいため、強度が低下し、摩耗量も増大した。
　表２に示す比較例５～比較例１１はＦｅ系の基地に分散させる硬質粒子としてＣｏＭｏ系の硬質粒子を選択した試料である。これらの試料は、特許文献１に記載されている従来の耐摩耗性焼結材に係り、強度に優れ、摩耗量も少ない特徴を有する焼結材である。しかし、これら試料の焼結材は硬質相に多量のＣｏを含み、組織全体に多量のＣｏを含んでいるため、人体に対する影響の面で懸念がある。
　この点、上述した表１の実施例に記載の焼結材であるならば、表２に示す比較例５～比較例１０の焼結材と同等の高い強度と優れた耐摩耗性を有した上に、人体に対する影響を懸念する必要もない優れた耐熱焼結材であることがわかる。
　表３に示す比較例１２～比較例１７はＦｅ系の基地に分散させる硬質粒子としてＦｅＭｏ系の硬質粒子を選択した試料である。表３に示す試料は強度が低く、摩耗量も多い試料が主体であり、Ｆｅ系の基地にＦｅＭｏ系の硬質粒子を用いても強度と耐摩耗性の両立はできないことがわかる。
　表４に示す比較例１８～比較例２２はＦｅ系の基地に分散させる硬質粒子としてＦｅＣｒ系の硬質粒子を選択した試料である。表４に示す試料は強度が低い試料が多く、摩耗量も多いので、Ｆｅ系の基地にＦｅＣｒ系の硬質粒子を用いても強度と耐摩耗性の両立はできないことがわかる。
　表３に示す比較例で用いたＦｅＭｏ系硬質粒子、表４に示す比較例で用いたＦｅＣｒ系硬質粒子は、いずれも硬質粒子として著名であり、Ｆｅ系の基地に分散させることで、強度と耐摩耗性の面で有望な特徴を発揮できると期待できる硬質粒子であるが、今回の試験により強度と耐摩耗性の両立ができないことがわかった。
　このため、特許文献１に記載の構造においてＣｏＭｏ系の硬質粒子の代わりに公知の硬質粒子を単に適用したとしても、強度と耐摩耗性の両立は容易ではないことがわかる。この点に鑑み、本願発明の如くＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子を選択する事が重要であり、焼結時の元素拡散によりＣｒＢ粒子、Ｃｒ２Ｂ粒子あるいはＣｒＢ２粒子に対しＣｒに置換するようにＦｅを拡散させて複合硼化物とした硬質粒子を適用することの優位性が明らかである。
　図２は表１～表４に示すそれぞれの硬質粒子を利用した試料において、硬質粒子の体積率（体積％）と圧環強度の相関関係を求めた結果を示すグラフである。
　図２に示すように、Ｃｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子を分散させた耐熱焼結材は硬質粒子の体積率が大きい場合においても圧環強度が高いことがわかり、従来材として優れたＣｏＭｏ系の硬質粒子を析出させた試料と同等の性能を有していることがわかる。
　図３は表１～表４に示すそれぞれの硬質粒子を利用した試料において、硬質粒子の体積率（体積％）と摩耗量の相関関係を求めた結果を示すグラフである。
　図３に示すように、Ｃｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子を分散させた耐熱焼結材は硬質粒子の体積率が３０～６０体積％の範囲において摩耗量が低いことがわかり、従来材として優れたＣｏＭｏ系の硬質粒子を析出させた試料と同等の性能を有していることがわかる。
　図２、図３に示すようにＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子を分散させた耐熱焼結材は他の硬質粒子を分散させた耐熱焼結材に対比し優れていることがわかる。
　図４は、表１に示す実施例３の耐熱焼結材試料の金属組織を示す組織写真である。図４に示す組織写真から、オーステナイト系金属基地（Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ母相４）の内部にＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子５が分散されている組織を確認することができた。また、図４の組織写真において不定形の黒い部分は気孔であり、有効多孔率が低いことも明らかである。
　図５は表１に示す実施例３の耐熱焼結材試料の他の部分のＳＥＭ像を示す。図５に示すように薄い灰色のオーステナイト系母相中に暗色の不定形のＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子が分散されている組織を確認できた。
　また、同じ視野から特性Ｘ線を用いたＣｒの元素マッピングとＮｉの元素マッピングと、Ｆｅの元素マッピングと、Ｂの元素マッピングを行った。元素マッピングの結果、薄い灰色の部分がオーステナイト系母材であることがわかり、暗色の不定形の部分がＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子であることがわかった。
　このような組織を有する本願発明に係るＣｏフリー耐熱焼結材であるならば、強度と耐摩耗性に優れ、有効多孔率が小さい焼結材が得られる。
　人体への悪影響が少なく、かつ高温耐摩耗性及び高温強度に優れる焼結材を提供することができる。この焼結材は、例えば内燃機関の高温用耐熱部材などの材料として利用することができる。
　Ａ　　耐熱焼結材
　１　　合金基地
　２　　硬質粒子
　３　　気孔
　４　　オーステナイト系（Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ）母相
　５　　Ｃｒ－Ｆｅ－Ｂ系硬質相

Claims (9)

  1. 　Ｆｅ系の合金基地中にＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子が３３～６０体積％分散された高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材。
  2. 　有効多孔率が５％以下である請求項１に記載の高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材。
  3. 　前記Ｃｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子が（Ｃｒ，Ｆｅ）Ｂ、（Ｃｒ，Ｆｅ）２Ｂあるいは（Ｃｒ，Ｆｅ）Ｂ２で示される複合硼化物である請求項１または請求項２に記載の高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材。
  4. 　前記硬質粒子が、Ｃｒ：４０～６４質量％、Ｂ：８～１２質量％、Ｎｉ：０.５～５質量％、残部Ｆｅおよび不可避不純物の組成を有する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材。
  5. 　前記硬質粒子が、Ｃｒ：４０～６４質量％、Ｂ：８～１２質量％、Ｎｉ：０.５～５質量％、残部Ｆｅおよび不可避不純物の組成を有し、基地と硬質粒子を合わせた全体組成においてＢ：２．９～５．５質量％を含む請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材。
  6. 　Ｆｅ系の合金基地がＦｅ－Ｃｒ－Ｎｉ系の母相からなる請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材。
  7. 　Ｆｅ系の合金基地中にＣｒ－Ｆｅ－Ｂ系の硬質粒子が３３～６０体積％分散された高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材を製造するに際し、
    　平均粒径５～１５μｍのＦｅ系の合金粉末にＣｒＢ２粉末、Ｃｒ２Ｂ粉末とＣｒＢ粉末の少なくとも１種または２種以上を添加混合し、混合した粉末を圧縮成形し、１１５０～１２５０℃で焼結する高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材の製造方法。
  8. 　前記Ｆｅ系の合金粉末としてステンレス鋼の粉末を用いる請求項７に記載の高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材の製造方法。
  9. 　前記焼結する際に０．１～３時間真空焼結することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の高温耐摩耗性、高温強度に優れるＣｏフリー耐熱焼結材の製造方法。
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