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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs mit hervorragenden Reibungseigenschaften.
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Stand der Technik
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Gusseisen wird weithin als ein Gleitwerkstoff für ein Gleitelement eines Verbrennungsmotors oder Ähnliches verwendet, weil es eine vorteilhafte Verschleißfestigkeit und Resistenz gegen Reibverschweißung/Festfressen aufweist.
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Zum Beispiel offenbart die Patentliteratur 1 als ein Gusseisen für eine Zylinderlaufbuchse, in welcher die Verschleißfähigkeit verbessert ist, einen Werkstoff, welcher eine Zusammensetzung aufweist, die C: 3,0 bis 3,5%, Si: 1,5 bis 2,5%, Mn: 0,5 bis 1,0%, P: 0,2 bis 0,5%, S: 0,12% oder weniger, Cr: 0,1 bis 0,5%, B: 0,09 bis 0,18%, Cu: 0,4 bis 1,0% und Mo: 0,1 bis 0,5%, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen aufgebauten Rest enthält, und er in eine Struktur gebracht ist, die konfiguriert ist durch Beinhalten einer Grundphase, die hauptsächlich aus Perlit aufgebaut ist, die eine harte Phase, die aus Steadit und einer Borverbindung aufgebaut ist, in 14 bis 22% im Sinne von einen Flächenanteil, dispergiert, und gleichzeitig Lamellengraphit dispergiert, um einen durchschnittlichen Graphitabstand von 9 bis 15 µm aufzuweisen. Mit dem Gusseisen für die Zylinderlaufbuchse kann im Vergleich mit einem konventionellen Gusseisen ein Korrosionsverlust auf die Hälfte reduziert werden, und eine Reibverschweißungsgrenzlast kann auf eineinhalbfach größer als die des konventionellen Gusseisens verbessert werden.
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Zusätzlich offenbart, zum Beispiel, Patentliteratur 2 ein stark verschleißfestes Cr-Gusseisen, das eine chemische Zusammensetzung aufweist, die C: 2,7 bis 3,3%, Si: 0,2 bis 1,0%, Mn: 0,4 bis 2,0%, Cr: 18 bis 25%, Mo: 0,5 bis 4%, Ni: 0,5 bis 3% und N: weniger als 0,2%, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und Verunreinigungen aufgebauten Rest enthält; und eine Struktur aufweist, die zu 30 bis 40 Flächen-% aus kristallisiertem Carbid und einer Matrix, die das Carbid umgibt, aufgebaut ist, in welchem die Matrix hauptsächlich aus Martensit gebildet wird, und ein Abschreckgefüge, das teilweise zurückbehaltenes Austenit enthält, wird angelassen/getempert, und feinpräzipitiertes Carbid mit einer Teilchengröße in einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 1 µm oder weniger wird in der Matrix dispergiert, und eine Gesamtmenge des feinpräzipitierten Carbids wird auf der Grundlage der Gesamtstruktur auf 3,0 bis 14 Flächen-% eingestellt. Mit dem stark verschleißbeständigen Gusseisen kann im Vergleich mit dem herkömmlichen Gusseisen der Verschleißverlust auf die Hälfte verringert werden.
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Zusätzlich offenbart, zum Beispiel, die Patentliteratur 3 ein Gusseisen mit Lamellengraphit, das ein Graphit vom A-Typ einschließlich einer Existenzform enthält, in welcher Graphit ungeordnet und gleichmäßig ohne Richtung verteilt ist, und mit einer chemischen Zusammensetzung, die C: 2,8 bis 4,0%, Si: 1,2 bis 3,0%, Mn: 1,1 bis 3,0%, P: 0,01 bis 0,6% und S: 0,01 bis 0,30%, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen aufgebauten Rest enthält, in welchen das Verhältnis des Mn-Gehalts zu dem S-Gehalt (Mn/S) in einem Bereich von 3 bis 300 ist. Mit dem Gusseisen mit Lamellengraphit kann die Zugfestigkeit auf etwa 1,2- bis 2-fach größer als die des herkömmlichen Gusseisens verbessert werden, und es kann ebenfalls eine bevorzugte maschinelle Verarbeitbarkeit erzielt werden.
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Außerdem offenbart, zum Beispiel, die Patentliteratur 4 ein Gusseisen mit Lamellengraphit, welches eine Zusammensetzung aufweist, die C: 2,4 bis 3,6%, Si: 0,8% oder mehr und weniger als 2,8%, Mn: 1,1 bis 3,0%, und außerdem P: 0,01 bis 0,6% und B: 0,001 bis 0,2% oder außerdem S: mehr als 0,01% und 0,15% oder weniger und eines oder mehrere Sorten ausgewählt aus Cu, Cr, Mo und Ni in 0,1 bis 6,0% insgesamt, oder eine oder mehrere Sorten ausgewählt aus W, V und Nb zu 0,01 bis 5,0% insgesamt, und eine Sorte oder zwei oder mehrere Sorten ausgewählt aus Sn: 0,3% oder weniger und Sb: 0,3% oder weniger, im Sinne von Massen-%, aufweist, und außerdem eine Struktur aufweist, in welcher Carbid zu 8% oder weniger, im Sinne von Flächen-%, dispergiert ist. Mit dem Gusseisen mit Lamellengraphit kann die Zugfestigkeit auf 1,5-fach größer als die des herkömmlichen Gusseisens verbessert werden.
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Zitatliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 2006-206986 A
- Patentliteratur 2: JP 2009-007597 A
- Patentliteratur 3: JP 2013-117071 A
- Patentliteratur 4: JP 2014-062318 A
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Nichtpatentliteratur
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Ushioda et al, Effect of Low Viscosity Passenger Car Motor Oils on Fuel Economy Engine Tests, SAE international, 2013-01-2606
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DE 21 09 186 A beschreibt ein gleitender Reibung unterworfenes Maschinenteil, insbesondere Dichtteil und/oder Gleitpartner in Verbrennungskraftmaschinen mit in den Gleitflächen eingearbeiteten Vertiefungen zur Aufnahme von Schmierstoffen, wobei die Vertiefungen kapillarartig ausgebildet sind und sich von der Gleitfläche relativ weit in den Gleitflächenwerkstoff erstrecken. Eine galvanisch aufgebrachte Chromschicht auf dem Maschinenteil wird beschrieben.
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DE 24 28 821 C3 beschreibt eine verschleißfeste Gusseisenlegierung, die Kohlenstoff (C) und Eisen (Fe) und Chrom (Cr) umfasst, mit lamellarer bis knötchenförmiger Graphitausscheidung.
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DE 24 28 822 A1 beschreibt eine Sphärogusseisenlegierung, die Kohlenstoff (C) und Eisen (Fe) und Chrom (Cr) umfasst.
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EP 2 578 669 B1 beschreibt die Verwendung einer Schmiermittel-Ölzusammensetzung zum Schmieren eines reibungsarmen Gleitmaterials, das ein Diamant-artiger Kohlenstoff (DLC) ist, worin die Schmiermittel-Ölzusammensetzung eine organische Molybdän-Verbindung enthält, die zumindest ein Stickstoff (N)-Atom im Molekül davon enthält und wahlweise ein Schwefel (S)-Atom enthalten kann, worin ein Schwefel-Gehalt der organischen Molybdän-Verbindung 0,5 mass% oder weniger ist, bezogen auf die organische Molybdän-Verbindung, die Mischungsmenge der organischen Molybdän-Verbindung 0,03 bis 0,2 mass% ist, ausgedrückt als Molybdän, bezogen auf ein Gesamtgewicht der Zusammensetzung, und ein Massenverhältnis (p/q) eines Stickstoffgehaltes (p) zu einem Molybdän-Gehalt (q) in der organischen Molybdän-Verbindung 0,05 oder mehr und 1,0 oder weniger ist.
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DE 10 2006 052 205 A1 beschreibt ein Gleitteil, in dem eine Überzugsschicht mit einer Gleitoberfläche an die Oberfläche eines Basismaterials angefügt ist, wobei die Überzugsschicht kein Harzbindemittel enthält, sondern ein Plättchen-Kristallpartikel des festen Schmiermittels darauf geschichtet aufweist, wobei das Plättchen-Kristallpartikel des festen Schmiermittels eine schichtartige Kristallstruktur besitzt, in der eine (001)-Ebene (wobei 1 für eine ganze Zahl von eins oder größer steht) parallel gestapelt ist, und wobei zumindest in der Gleitoberfläche der Orientierungsindex der (001)-Ebene des Plättchen-Kristallpartikels des festen Schmiermittels 90% oder mehr beträgt.
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DE 601 07 790 T2 beschreibt die Verwendung einer Schmierfett-Zusammensetzung für eine elektrische Vorrichtung von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen oder See- bzw. Meeresfahrzeugen bzw. marinen Fahrzeugen mit elektrischem Kontakt, wobei die Schmierfett-Zusammensetzung umfasst: (A) ein Silicium-freies synthetisches Öl mit einer kinematischen Viskosität von 10 bis 60 mm2/s bei 40°C; (B) ein Harnstoff-Verdickungsmittel; (C) Melamincyanurat; und (D) Polytetrafluorethylen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Jedoch ist die Reduktion der Viskosität von Maschinenöl in den vergangenen Jahren vorangeschritten, um den Rührwiderstand des Maschinenöls zu verringern, dadurch wird bei Hochlastbetriebsbedingungen und Ähnlichen ein Anstieg im direkten Kontakt von Metall miteinander und ein Anstieg der Reibung verursacht (siehe, zum Beispiel, Nichtpatentliteratur 1), welcher zu der Möglichkeit der Verursachung von Reibverschweißung oder Ähnlichen führt. Daher wird ein Reibungsmodifikationsmittel zu dem Maschinenöl gegeben, um die Reibung zu verringern. Als das bisher am häufigsten verwendete Reibungsmodifikationsmittel ist MoDTC (Molybdändithiocarbamat oder Molybdändialkyldithiocarbamat) erhältlich. Außerdem wurde bisher der Wirkungsmechanismus des Reibungsmodifikationsmittels, das Mo (Molybdän) als einen Zusatzstoff enthält, oder der Grund, warum eine Wirkung des Modifikationsmittels unterschiedlich in Abhängigkeit von einem Material ist, nicht näher beschrieben. Daher ist es erwünscht, die Mechanismen zu erhellen, wodurch die Wirkung des Reibungsmodifikationsmittels maximal entwickelt wird, um die Reibung zu verringern. Außerdem wies eine große Menge an bisher bereitgestellten Werkstoffen, in welchen die Härte erhöht ist, um die Eigenschaften, wie etwa Verschleißbeständigkeit, zu verbessern, das Problem auf, dass sie Schwierigkeiten beim Verarbeiten und eine geringe Produktivität aufzuweisen.
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Die Erfindung erfolgte auf der Grundlage derartiger Probleme, und fasste die Bereitstellung einer Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs ins Auge, bei welchem hervorragende Gleiteigenschaften erhalten werden können.
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Lösung des Problems
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Ein erfindungsgemäß verwendeter Gusseisenwerkstoff enthält C und Fe als Bestandteile des Werkstoffs, und Cr zu 2,6 bis 3,5%, im Sinne von Massen-%, als Bestandteil des Werkstoffs, und beinhaltet Graphit als eine molekulare Kohlenstoffstruktur, und wird als ein Gleitbauteil verwendet, das in einer Umgebung eines Schmieröls gleitet, das einen Zusatzstoff enthält, der Molybdän (Mo) als ein konstituierendes Element enthält.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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In einem erfindungsgemäß verwendeten Gusseisenwerkstoff enthält der Gusseisenwerkstoff Cr zu 2,6% oder mehr, im Sinne von Massen-%, und daher fördert an einer Oberfläche aufgrund des Gleitens exponiertes aktives Cr eine Zersetzungsreaktion eines Zusatzstoffs, der in dem Schmieröl enthalten ist, und ein Film aus Molybdändisulfid kann gebildet werden, wobei der Film eine niedrige Reibung aufweist. Demgemäß kann die Reibung verringert werden, und der Verschleiß kann ebenfalls verringert werden, und das Reibverschweißen oder Ähnliches kann unterdrückt werden. Zusätzlich wird Cr auf 3,5% oder weniger, im Sinne von Massen-%, eingestellt, und daher wird verhindert, dass der Gusseisenwerkstoff unnötig hart wird und leicht bearbeitet werden kann.
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Außerdem wird der verwendete Gusseisenwerkstoff so eingestellt, dass er wenigstens Si aus der Gruppe bestehend aus Si, Cu und Ni als Bestandteil enthält, wobei ein Gehalt daran auf 2 bis 6,5% Si, 0 bis 1,5% Cu und 0 bis 1,5% Ni, im Sinne von Massen-%, eingestellt wird, und daher kann der Gusseisenwerkstoff auf eine geeignete Härte eingestellt und leicht bearbeitet werden.
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Wenn außerdem der Gusseisenwerkstoff so angeordnet wird, um in einem Gleitelement der Maschine verwendet zu werden, kann die Reibung verringert und ebenfalls die Brennstoffeffizienz verbessert werden.
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Figurenliste
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- Die 1 zeigt ein Beispiel einer Struktur eines Gusseisenwerkstoffs, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, und ist ein optisches Kleingefügebild der Struktur, das die Struktur einschließlich des Lamellengraphits zeigt.
- Die 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer Struktur eines Gusseisenwerkstoffs, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, und ist ein optisches Kleingefügebild der Struktur, das die Struktur zeigt, die kugelförmiges Graphit beinhaltet.
- Die 3 ist ein Transmissionselektronen-Kleingefügebild, das ein Beispiel einer Querschnittstruktur von Reibungsspuren nach Durchführen eines Reibungstests an einem erfindungsgemäßen Gusseisenwerkstoff zeigt.
- Die 4 ist ein vergrößertes Diagramm eines Rahmenteils in der 3, und ein Transmissionselektronen-Kleingefügebild, das das gebildete Molybdändisulfid zeigt.
- Die 5 ist ein charakteristisches Diagramm, das, im Vergleich, einen Reibungskoeffizienten in einer Umgebung eines Schmieröls, zu welchem MoDTC zugegeben ist, mit Blick auf den Gusseisenwerkstoff in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.
- Die 6 ist ein weiteres charakteristisches Diagramm, das, im Vergleich, einen Reibungskoeffizienten in einer Umgebung eines Schmieröls, zu welchem MoDTC zugegeben ist, mit Blick auf den Gusseisenwerkstoff in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.
- Die 7 ist eine Tabelle, die einen Unterschied in den Reibungseigenschaften in Abhängigkeit von einer Zusammensetzung eines Gusseisenwerkstoffes in einer Umgebung mit Schmieröl, zu welchem MoDTC zugegeben ist, mit Blick auf den Gusseisenwerkstoff in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.
- Die 8 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse, nach Zubereiten eines Teststücks mit einem Kreisbogenquerschnitt unter Verwendung des Gusseisenwerkstoffs erhalten werden, und Durchführen eines Reibungstests in einer Umgebung mit Schmieröl, zu welchem MoDTC zugegeben ist, in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Hiernach werden ausführlich die Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
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Die 1 und die 2 zeigen jeweils ein Beispiel einer Struktur eines Gusseisenwerkstoffs, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Die 1 zeigt die Struktur einschließlich Lamellengraphit als Graphit, und die 2 zeigt die Struktur, die kugelförmiges Graphit als Graphit beinhaltet. Der Gusseisenwerkstoff wird in einem Gleitelement verwendet, das in einer Umgebung mit Schmieröl gleitet, das Molybdän (Mo) enthält, und kann insbesondere bevorzugt in dem Gleitelement einer Maschine/eines Motors verwendet werden. Zusätzlich bedeutet der Begriff „Schmieröl, das Mo enthält“, das Schmieröl, zu welchem ein Zusatzstoff zugegeben ist, der Mo als ein konstituierendes Element enthält, und bedeutet zum Beispiel Schmieröl, zu welchem organisches Molybdän, wie etwa MoDTC als der Zusatzstoff zugegeben wurde. Der Zusatzstoff, der Mo als das konstituierende Element in dieser Weise enthält, wird zum Beispiel als ein Reibungsmodifikationsmittel verwendet.
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Der Gusseisenwerkstoff, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, enthält Kohlenstoff (C) und Eisen (Fe) und außerdem Chrom (Cr) als Bestandteile. C verstärkt eine Perlitbasis in einem Grundmaterial und kristallisiert gleichzeitig als Graphit, um die Gleitfähigkeit, Verschleißbeständigkeit und Beständigkeit gegen Reibverschweißung zu verbessern. Ein Gehalt an C ist, zum Beispiel, bevorzugt von 2,0 bis 6,5%, im Sinne von Massen-%. Der Grund dafür ist, dass, wenn der Gehalt an C klein ist, das Lamellengraphit nicht kristallisiert, und die Verarbeitbarkeit oder Ähnliches beeinträchtigt.
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Cr ist ein Material, das eine Zersetzungsreaktion des Zusatzstoffs, wie etwa MoDTC, das Mo als ein konstituierendes Element enthält, fördert, der zu dem Schmieröl gegeben wird, um eine größere Menge eines Films aus Molybdändisulfid zu bilden, wobei der Film eine niedrige Reibung aufweist. Wenn der Film von Molybdändisulfid gebildet wird, kann die Reibung verringert werden, und Verschleiß kann ebenfalls verringert werden, und Reibverschweißen oder Ähnliches kann ebenfalls unterdrückt werden.
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Der Mechanismus, gemäß dem Cr den Zusatzstoff zersetzt, der Mo als das konstituierende Element enthält, wie etwa MoDTC, ist wahrscheinlich wie im Folgenden beschrieben. Zunächst wird, wenn eine Oxidschicht in einer Oberflächenschicht des Gusseisenwerkstoffs durch Reibung verursacht durch Gleiten ausgeschieden wird, ein aktives Metall (wie etwa Fe und Cr) exponiert. Zusätzlich wird der Zusatzstoff, wie etwa MoDTC, der in dem Schmieröl enthalten ist, durch Wärme zersetzt, und Molybdänoxysulfid (MoS2-xOx), das ein Zwischenprodukt ist, existiert in dem Schmieröl. Die Ionisierungstendenz des Metalls wird durch eine Reihe: Cr>Fe≈Mo näher beschrieben, und daher entzieht Cr, welches weiter leichter als Fe oxidiert wird, Molybdänoxysulfid, das in dem Schmieröl enthalten ist, Sauerstoff und wird zu Chromoxid. Währenddessen wird Molybdänoxysulfid, welchem der Sauerstoff entzogen wird, in Molybdändisulfid (MoS2) umgewandelt, um den Film auf dem Gusseisenwerkstoff zu bilden. Wenn zusätzlich der Reibungstest an dem Gusseisenwerkstoff, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, in einer Umgebung mit Schmieröl, zu welchem MoDTC zugegeben ist, durchgeführt wird, wurde bestätigt, dass ein Reaktionsfilm, wie in der 3 gezeigt, auf der Oberfläche des Gusseisenwerkstoffs nach dem Testen gebildet wird, und Schichtfilme aus Molybdändisulfid werden, wie in der 4 gezeigt, gebildet.
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Der Gehalt an Cr ist im Bereich von 2,6 bis 3,5%, im Sinne von Massen-%. Der Grund dafür ist, dass, wenn der Gehalt davon weniger als 1,0 Massen-% ist, die Wirkung der Bildung des Films von Molybdändisulfid durch Cr nicht ausreichend erhalten werden kann, und wenn der Gehalt davon mehr als 3,5 Massen-% wird, der Gusseisenwerkstoff unnötig hart wird, wodurch es schwierig wird, ihn leicht zu verarbeiten.
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Außerdem enthält der Gusseisenwerkstoff, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, bevorzugt wenigstens Silicium (Si) aus der Gruppe bestehend aus Silicium (Si), Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) als Bestandteil. Si ist ein Material mit einer Wirkung der Unterdrückung, dass Cr Carbid bildet, um zu unterdrücken, dass der Gusseisenwerkstoff hart ist, was die Verarbeitung erleichtert. Ein Gehalt an Si ist bevorzugt eingestellt auf 2 bis 6,5%, im Sinne von Massen-%. Der Grund dafür ist, dass, wenn der Gehalt daran weniger als 2 Massen-% ist, der Gusseisenwerkstoff in einigen Fällen übermäßig hart wird, und, wenn der Gehalt davon mehr als 6,5 Massen-% wird, der Gusseisenwerkstoff spröde wird und eine Möglichkeit des Verlusts an Festigkeit aufweist.
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In einer zu Si ähnlichen Art und Weise, weisen Cu und Ni ebenfalls eine Wirkung auf, dass Cr daran gehindert wird, Carbid zu bilden; aber der Gusseisenwerkstoff kann oder muss nicht notwendigerweise Cu und Ni enthalten. Der Gehalt an Cu ist bevorzugt auf 0 bis 1,5% eingestellt, und ein Gehalt an Ni ist bevorzugt auf 0 bis 1,5%, im Sinne von Massen-%, eingestellt. Der Grund dafür ist, dass innerhalb der vorhergehenden Bereiche die Wirkung der Behinderung von Cr Carbid zu bilden und Vermeidung einer exzessiven Härte und dadurch eine Erleichterung der Verarbeitbarkeit erhalten werden kann.
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Zusätzlich wird die Härte des Gusseisenwerkstoffs bevorzugt in dem Bereich von HB200 bis HB380, im Sinne von Brinell-Härte, eingestellt. Der Grund dafür ist, dass, wenn seine Härte mehr als HP380 wird, die maschinelle Verarbeitbarkeit verschlechtert wird und die Bearbeitung schwierig wird.
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Als Struktur des Gusseisenwerkstoffs, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist das Grundmaterial aus der Perlitbasis aufgebaut, und Lamellengraphit oder kugeliges Graphit und kristallisiertes Carbid werden in dem Grundmaterial dispergiert. Außerdem ist Cr in dem Grundmaterial dispergiert, wodurch eine Reaktion des Mo-enthaltenden Reibungsmodifizierers gefördert wird, um Molybdändisulfid zu bilden. Auf diese Weise können hervorragende Reibungseigenschaften erhalten werden.
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Der Gusseisenwerkstoff kann, zum Beispiel, durch Schmelzformen einer Schmelze mit der vorher beschriebenen Zusammensetzung durch ein gewöhnliches Schmelzformverfahren unter Verwendung eines Kuppelofens, eines elektrischen Ofens oder Ähnliches, Gießen des resultierenden Materials durch ein allgemein bekanntes Gießverfahren und Verfestigen des resultierenden Materials erhalten werden.
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Auf diese Weise enthält der Gusseisenwerkstoff, der gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, Cr zu 2,6% oder mehr, im Sinne von Massen-%, und daher kann an der Oberfläche durch Gleiten exponiertes aktives Cr die Zersetzungsreaktion des Reibungsmodifikationsmittels fördern, das in dem Schmieröl enthalten ist, um den Film aus Molybdändisulfid zu bilden. Demgemäß kann die Reibung verringert werden, der Verschleiß kann ebenfalls verringert werden und das Reibverschweißen oder Ähnliches kann ebenfalls unterdrückt werden. Zusätzlich wird Cr auf 3,5% oder weniger, im Sinne von Massen-%, eingestellt, und daher kann verhindert werden, dass der Gusseisenwerkstoff unnötig hart wird, und kann leicht bearbeitet werden.
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Außerdem wird der Gusseisenwerkstoff eingestellt, dass dieser wenigstens Si aus der Gruppe bestehend aus Si, Cu und Ni als einen Bestandteil enthält, und der Gehalt wird auf 2 bis 6,5% Si, 0 bis 1,5% Cu; und 0 bis 1,5% Ni, im Sinne von Massen-%, eingestellt. Daher kann der Gusseisenwerkstoff auf eine geeignete Härte eingestellt und einfach bearbeitet werden.
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Wenn außerdem der Gusseisenwerkstoff angeordnet wird, um in einem Gleitteil eines Maschinenteils oder eines Antriebsteils verwendet zu werden, kann die Reibung verringert und die Kraftstoffeffizienz kann verbessert werden.
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Beispiele
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(Beispiele 1-1 bis 1-6 und Vergleichsbeispiele 1-1 bis 1-6)
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Ein Gusseisenwerkstoff wurde zubereitet, in welchem der Gusseisenwerkstoff eine Zusammensetzung aufwies, die 2,6% C, 2,6% Cr, 4,4% Si und 1,0% Cu, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und Verunreinigungen bestehenden Rest aufwies, und der eine Struktur aufwies, in welcher ein Grundmaterial auf einer Perlitbasis gebildet wurde, und Lamellengraphit und kristallisiertes Carbid in dem Grundmaterial dispergiert wurden. An dem auf diese Weise erhaltenen Gusseisenwerkstoff wurde ein Kolbengleitreibungstest in einer Umgebung mit Schmieröl durchgeführt. Als das Schmieröl wurde für alle ein Testöl verwendet, zu welchem MoDTC zugegeben war, und dieses wurde in den Beispielen 1-1 bis 1-6 geändert. Als ein Werkstoffpartner wurde Lagerstahl (SUJ2) verwendet. Der Test wurde für 30 Minuten durch Einstellung einer Belastung von 80 N, einer Frequenz von 10 Hz und einer Temperatur von 80°C durchgeführt, und ein Reibungskoeffizient während der Stabilisierung wurde gemessen.
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Bei Vergleichsbeispielen 1-1 bis 1-6 wurde ein Reibungstest ähnlich zu dem Test in dem vorliegenden Beispiel unter Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs mit einer Zusammensetzung durchgeführt, die kein Cr enthält und 3,0% C, 2,2% Si, im Sinne von Massen-% und einen aus Fe und Verunreinigungen bestehenden Rest enthält, der eine Struktur aufweist, in welcher ein Grundmaterial auf einer Perlitbasis gebildet wurde, und Lamellengraphit und kristallisiertes Carbid wurden in dem Grundmaterial dispergiert und ein Reibungskoeffizient wurde gemessen. Als Schmieröl wurde das gleiche Schmieröl in Beispiel 1-1 und Vergleichsbeispiel 1-1, in Beispiel 1-2 und Vergleichsbeispiel 1-2, in Beispiel 1-3 und Vergleichsbeispiel 1-3, in Beispiel 1-4 und Vergleichsbeispiel 1-4, in Beispiel 1-5 und Vergleichsbeispiel 1-5 bzw. in Beispiel 1-6 und Vergleichsbeispiel 1-6 verwendet.
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Die erhaltenen Ergebnisse werden in der 5 gezeigt. Wie in der 5 gezeigt, war es gemäß den vorliegenden Beispielen möglich, den Reibungskoeffizienten für alle zu reduzieren. Spezifischer wurde gefunden, dass die Reibung in dem Gusseisenmaterial, das Cr in der Zusammensetzung enthält, verringert werden kann.
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(Beispiele 2-1 bis 2-4 (Referenzbeispiele) und Vergleichsbeispiele 2-1 bis 2-4)
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Ein Gusseisenwerkstoff wurde zubereitet, in welchem der Gusseisenwerkstoff eine Zusammensetzung aufwies, die 3,2% C, 2,5% Cr und 4,9% Si, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und Verunreinigungen bestehenden Rest enthält, und eine Struktur aufwies, in welcher ein Grundmaterial auf einer Perlitgrundlage gebildet wurde und ein kugeliges Graphit und kristallisiertes Carbid wurden in dem Grundmaterial dispergiert. An dem auf diese Weise erhaltenen Gusseisenwerkstoff wurde ein Kolbengleitreibungstest in einer Umgebung mit Schmieröl durchgeführt. Als das Schmieröl wurde ein Testöl, zu welchem MoDTC zugegeben war, für alle verwendet, und dieses wurde in den Beispielen 2-1 bis 2-4 geändert. Als ein Werkstoffpartner wurde Lagerstahl (SUJ2) verwendet. Der Test erfolgte für 30 Minuten durch Einstellung einer Last auf 80 N, einer Frequenz auf 10 Hz und einer Temperatur auf 80°C, und ein Reibungskoeffizient während der Stabilisierung wurde gemessen.
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Bei Vergleichsbeispielen 2-1 bis 2-4 wurde ein Reibungstest ähnlich zu dem Test in den vorliegenden Beispielen unter Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs durchgeführt, der eine Zusammensetzung ohne Cr zu enthalten aufweist, und 3,5% C und 2,4% Si, im Sinne von Massen-%, und einen aus Fe und Verunreinigungen bestehenden Rest enthält, und eine Struktur aufweist, in welcher ein Grundmaterial auf einer Perlitgrundlage gebildet wurde, und ein kugeliges Graphit und kristallisiertes Carbid in dem Grundmaterial dispergiert wurden, und ein Reibungskoeffizient wurde gemessen. Als Schmieröl wurde das gleiche Schmieröl in Beispiel 2-1 und Vergleichsbeispiel 2-1, in Beispiel 2-2 und Vergleichsbeispiel 2-2, in Beispiel 2-3 und Vergleichsbeispiel 2-3 bzw. in Beispiel 2-4 und Vergleichsbeispiel 2-4 verwendet.
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Die erhaltenen Ergebnisse werden in der 6 gezeigt. Wie in der 6 gezeigt, war es gemäß dem vorliegenden Beispiel möglich, den Reibungskoeffizienten für alle zu reduzieren. Spezifischer wurde gefunden, dass die Reibung in dem Gusseisenwerkstoff, der Cr in der Zusammensetzung enthält, reduziert werden kann.
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(Beispiele 3-1 bis 3-4 (Referenzbeispiele) und Vergleichsbeispiele 3-1 bis 3-3)
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Ein Gusseisenwerkstoff mit einer Zusammensetzung, in welcher eine Menge an Cr, eine Menge an Si, eine Menge an Ni und eine Menge an Cu unterschiedlich voneinander waren und ein Rest aus Fe und Verunreinigungen besteht, wurde zubereitet. An dem auf diese Weise erhaltenen Gusseisenwerkstoff wurde ein Reibungstest in einer Umgebung mit Schmieröl, das MoDTC enthält, durchgeführt. Als der Reibungstest wurde ein Reibungstest vom Kugel-Auf-Scheibe-Typ durchgeführt, und als ein Werkstoffpartner wurde Lagerstahl (SUJ2) verwendet. Der Test wurde für 30 Minuten durch Einstellen einer Last auf 80 N, einer Reibungsgeschwindigkeit auf 0,5 m/s und einer Temperatur auf 80°C durchgeführt, und ein Reibungskoeffizient während der Stabilisierung wurde gemessen.
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Als Vergleichsbeispiele wurde in Vergleichsbeispiel 3-1 ein Material verwendet, das Cr in einer Menge von weniger als 1,0% enthält, und in Vergleichsbeispiel 3-2 und 3-3 wurden Werkstoffe verwendet, die jeweils Cr in einer Menge von mehr als 3,5% enthalten. In Beispielen 3-1 und 3-2 wurden Werkstoffe verwendet, die jeweils Cr in etwa 1,0% enthalten, und in Beispielen 3-3 und 3-4 wurden Werkstoffe verwendet, die jeweils Cr zu 2,3 bis 2,55% enthalten. Eine Menge an Si und eine Menge an Cu waren in Beispielen 3-1 und 3-2 und in Beispielen 3-3 und 3-4 jeweils unterschiedlich zueinander.
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Die erhaltenen Ergebnisse werden in der 7 gezeigt. Wie in der 7 gezeigt, wurde gefunden, dass, während der Reibungskoeffizient in Vergleichsbeispiel 3-1 hoch ist, in welchem die Menge an Cr niedrig ist, war in den Beispielen 3-1 bis 3-4 der Reibungskoeffizient bis auf die Hälfte oder weniger niedriger. Es wurde gefunden, dass, während der Reibungskoeffizient in Vergleichsbeispielen 3-2 und 3-3 niedrig ist, in welchen die Menge an Cr groß ist, der Gusseisen übermäßig hart wird.
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(Beispiele 4-1 bis 4-3 und Vergleichsbeispiele 4-1 und 4-2)
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Ein Teststück mit einem Kreisbogenquerschnitt wurde unter Verwendung eines Gusseisenwerkstoffs mit einer Zusammensetzung zubereitet, in welcher eine Menge an Cr, eine Menge an Si, eine Menge an Ni und eine Menge an Cu unterschiedlich voneinander waren, und ein Rest wurde aus Fe und Verunreinigungen aufgebaut. An dem auf diese Weise erhaltenen Teststück erfolge ein Reibungstest in einer Umgebung mit Schmieröl, das MoDTC enthält. Der Test erfolgte für 30 Minuten durch Einstellen einer Last auf 80 N, einer Frequenz auf 10 Hz und einer Temperatur auf 80°C, und ein Reibungskoeffizient während der Stabilisierung wurde gemessen.
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Als Vergleichsbeispiele 4-1 und 4-2 wurde ein Material verwendet, das Cr in einer Menge von weniger als 1,0 % enthält, und als Beispiele 4-1 bis 4-3 wurde ein Material, das Cr zu 3,08 bis 3,28% enthält, verwendet. In den Beispielen 4-1 bis 4-3 waren die Menge an Si und die Menge an Cu unterschiedlich voneinander.
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Die erhaltenen Ergebnisse werden in der 8 gezeigt. Wie in der 8 gezeigt, wurde gefunden, dass, im Vergleich mit Vergleichsbeispielen 4-1 und 4-2, in welchen die Menge an Cr weniger als 1,0% ist, der Reibungskoeffizient um etwa 20% in den Beispielen 4-1 bis 4-3 verringert war, in welchen die Menge an Cr von 1,0 bis 3,5% war. Aus den Ergebnissen wurde aufgezeigt, dass die Reibung durch Verwendung des erfindungsgemäßen Gusseisenwerkstoffs ebenfalls in einer Zylinderlaufbuchse, die entlang eines Kolbenrings als ein Werkstoffpartner gleitet und einen Automobilmotor simuliert, reduziert ist.
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Wie vorher beschrieben, wird die Erfindung durch beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, aber die Erfindung ist nicht auf die vorher beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und kann in verschiedenen Arten und Weisen modifiziert werden. Zum Beispiel ist die Zusammensetzung des Gusseisens spezifisch in den vorher beschriebenen Ausführungsformen beschrieben, aber die Zusammensetzung kann jedes andere Element enthalten. Zum Beispiel schließt jedes andere Element Mg, Mn, S, P oder ähnliche ein.
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Die Erfindung ist ebenfalls als ein Gleitmechanismus zu verstehen, der ein Paar an Gleitelementen beinhaltet, die jeweils eine Gleitoberfläche, die miteinander gleitet, und ein zwischen den einander gegenüberliegenden Gleitoberflächen angeordnetes Schmieröl aufweisen, in welchem wenigstens eine der Gleitoberflächen aus einem Gusseisenwerkstoff gebildet ist, der Kohlenstoff (C) und Eisen (Fe) als Bestandteile, und ferner Chrom (Cr) zu 1,0 bis 3,5%, im Sinne von Massen-%, enthält, und Graphit als eine molekulare Kohlenstoffstruktur enthält, und das Schmieröl enthält Molybdän (Mo) als einen Zusatzstoff.
