JP2005320621A - Fe系耐摩耗摺動材料および摺動部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、フェライト相およびマルテンサイト相の少なくとも一方を母相とするFe系耐摩耗摺動材料であって、前記母相中に1.5〜20重量%のAlが含有され、前記母相中にセメンタイト、Cr7C3型、Fe3M3C型およびMC型のうちの一種以上の炭化物および黒鉛の少なくとも一方が分散されていることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
前記母相中に1.5〜20重量%のAlが含有され、
前記母相中にセメンタイト、Cr7C3型、Fe3M3C型およびMC型のうちの一種以上の炭化物および黒鉛の少なくとも一方が分散されていることを特徴とする。
少なくとも摺動面を構成する部位において、フェライト相およびマルテンサイト相の少なくとも一方を母相として有し、前記母相中に1.5〜20重量%のAlが含有され、前記母相中にセメンタイト、Cr7C3型、Fe3M3C型およびMC型のうちの一種以上の炭化物および黒鉛の少なくとも一方が分散されていることを特徴とする。
本実施の形態によるFe系耐摩耗摺動材料においては、(1)母相の凝着性改善のために、1.5〜20重量%のAlを固溶させて、規則−不規則変態性を付加させること、(2)耐ヒートクラック性を改善するために、ビッカース硬度Hv500以上に時効硬化するフェライト相もしくは固溶炭素濃度を0.15〜0.8重量%に抑制したHv500以上のマルテンサイト相を母相とすること、(3)その母相中に相手摺動材料に対するアタック性が少なく、かつ硬質なセメンタイト、Cr7C3型、Fe3M3C型およびMC型のうちの一種以上の炭化物を3体積%以上分散させることにより耐凝着性と耐摩耗性を改善すること、(4)耐凝着性とシール摺動面における潤滑油供給性(オイルポケットの形成)に優れた黒鉛およびCu合金相の少なくとも一方を3〜20体積%分散、析出させることによって上記シール摺動面における潤滑性改善による耐焼付き性の向上を図ること、(5)馴染み性を改善するためにγ相もしくは残留γ相量を調整するべく、Si,Al,Ni,Mn,Cr,V,Mo,Wの合金元素を適正に添加すること、が重要である。
なお、前記Cr,Mo,W等の合金元素はセメンタイト中に多く固溶することが可能でセメンタイトをより安定化し、セメンタイトの黒鉛化を防止する作用があることから、黒鉛を分散させる材料系においては添加量を抑制することが必要になる。V,Ti等のMC型炭化物を形成する合金元素はセメンタイトにあまり溶込むことが出来ず、セメンタイトの黒鉛化を防止する作用が無いことから、耐焼付き性に優れ、極めて硬質なMC型炭化物を分散させることによって耐摩耗性の改善を図ることが好ましい。
さらに、炭化物としてセメンタイトを主に分散させるような場合には、前述のようなセメンタイトと合金元素の関係を考慮して、Fe系耐摩耗摺動材料に1.5〜10重量%のAlおよび2.5〜14重量%のCrを含有させ、母相中に40〜75体積%のセメンタイトを分散させることが好ましい。
また、後述するように、浸炭処理を行うことで前記母相を摺動面を構成する表面層部分に形成してもよく、この場合のFe系耐摩耗摺動材料は、2.5〜25重量%のCr、3〜15重量%のMoおよび3〜15重量%のWのうちの一種以上が含有させ、浸炭処理によって摺動面を構成する表層部分に前記母相が形成させ、その母相中にセメンタイト、Cr7C3型、Fe3M3C型およびMC型のうちの一種以上の炭化物が5〜75体積%析出分散させることが好ましい
さらに、本実施の形態においては、上記Fe系耐摩耗摺動材料中にCが0.4〜5重量%添加されるとともに、そのマルテンサイト母相中に5〜40体積%のセメンタイトを分散させた基本組織中に、さらに、黒鉛およびCu合金粒子の少なくとも一方が分散されて、セメンタイト、黒鉛およびCu合金相の総量が10〜70体積%であることが好ましい。これらは前述したセメンタイト、黒鉛、Cu合金相の示す作用とほぼ同じである。
なお、下記の第1〜第4のFe系耐摩耗摺動材料におけるγ相はNi,Mnの添加量によって調整されるものであり、耐摩耗性を顕著に低減することからCu合金相と同様に20体積%以下とすることが好ましいが、マルテンサイト母相中の残留γ相の約50%は摩耗時においてマルテンサイト変態し、耐摩耗性を顕著に劣化させない。
第1のFe系耐摩耗摺動材料は、Cが2.5〜5重量%含有され、フェライト相中にAlが5〜20重量%含有されるとともにNi、CoおよびMnのうちの一種以上が6〜35重量%含有され、前記フェライト相の硬さがHv500以上に時効硬化され、前記フェライト相中に片状、粒状および芋虫状のうちの一種以上の黒鉛が3〜15体積%析出されているものである。
第2のFe系耐摩耗摺動材料は、Cが0.4〜5重量%含有され、フェライト相中にAlが5〜20重量%含有されるとともにNi、CoおよびMnのうちの一種以上が6〜35重量%含有され、前記フェライト相の硬さがHv500以上に時効硬化され、前記フェライト相中に前記炭化物が5〜75体積%析出されているものである。
第3のFe系耐摩耗摺動材料は、Cが0.4〜5重量%含有され、フェライト相中にAlが5〜20重量%含有されるとともにNi、CoおよびMnのうちの一種以上が6〜35重量%含有され、前記フェライト相の硬さがHv500以上に時効硬化され、前記フェライト相中にCu合金相が3〜20体積%析出されているものである。
第4のFe系耐摩耗摺動材料は、Cが2.5〜5重量%含有され、前記フェライト相中に5〜40体積%のセメンタイトと3〜10体積%の黒鉛が分散され、前記フェライト相中にCu合金相が分散され、前記セメンタイトと前記黒鉛と前記Cu合金相の総量が10〜70体積%である。
また、前記母相中に5重量%以下のSiが含有されていることも可能である。また、前記鋼材又は前記鋳鉄材にCが0.4〜5重量%含有され、前記鋼材又は前記鋳鉄材にAlが1.5〜10重量%含有されるとともにNi、Co、Mn、Cr、WおよびMoのうちの一種以上が合計で0.05〜7重量%含有され、前記マルテンサイト相の硬さがHv500以上に焼入れ硬化され、前記マルテンサイト相中に炭化物が5〜75体積%析出されていることも可能である。また、前記マルテンサイト相の炭素濃度は0.15〜0.7重量%であることが好ましい。また、前記鋼材又は前記鋳鉄材にSi、Mn、NiおよびCoのうちの一種以上が総量で2〜7重量%含有されるとともに残留オーステナイト相が10〜40体積%存在することも可能である。また、前記鋼材又は前記鋳鉄材にV、Ti、Zr、NbおよびTaのうち一種以上の合金元素が0.05〜4重量%含有されるとともに前記合金元素が主体となる炭化物、窒化物および炭窒化物のうちの一種以上が0.1〜10体積%分散されていることも可能である。
前述したFe系耐摩耗摺動材料又は摺動部材を使って、より高性能な耐摩耗摺動部材を開発する事例としては、前述の建設機械の転輪アッセンブリもしくは歯車減速装置に組込まれるフローティングシール、建設機械の作業機連結装置に組込まれるスラスト軸受機能を有する作業機軸受、建設機械のサスペンション装置に組込まれる球面軸受、建設機械の車体を支えるイコライザ機構に組込まれる球面軸受、油圧ポンプもしくは油圧モータに組込まれる油圧部品、エンジン用バルブ装置に組込まれるバルブ部品、岩盤破砕用くさび装置に組込まれるくさびまたはくさびガイド等への適用が多く考えられる。
Ao=215℃−16×Cr重量%−24×Mn重量%−16×Mo重量%−19×W重量%+3.7×Ni重量%+8.7×Co重量%−57×V重量% (V添加量:0.2重量%以下の場合) ・・・(1)
Ao=181℃−16×Cr重量%−24×Mn重量%−16×Mo重量%−19×W重量%+3.7×Ni重量%+8.7×Co重量% (V濃度が0.6重量%の飽和状態) ・・・(2)
と開示されている。セメンタイト中のV濃度が0.6重量%以上には固溶しないで、セメンタイト磁気変態温度が181℃で一定となることから、本実施の形態においては0.6重量%のVがセメンタイト中に固溶されていることが好ましい。例えば、25体積%のセメンタイトが分散する場合、前記分配係数KV=9を想定すると0.2重量%以上のV添加が必要になることが分かるので、Vが0.2重量%以上添加され、さらに、Mn,Crの添加量を調整することによってセメンタイトの磁気変態温度を60〜180℃に調整することが好ましい。
次に、転輪アッセンブリにおけるフローティングシール装置に本発明が適用された例について説明する。図7は、転輪アッセンブリの要部構造を示す図である。
次に、作業機連結装置における作業機軸受、スラスト軸受に本発明が適用された例について説明する。図12(a)(b)には、作業機連結装置の概略構造図が示されている。また、図13には、作業機ピンの外周面と摺動し合う作業機軸受の代表的形状が示されている。
図16には、サスペンション装置に適用される球面軸受の例が示されている。このサスペンション装置35においては、一側の機械構成要素に支持される支持軸としてのサスペンション支持ピン46およびその支持軸に外嵌される軸受ブッシュとしての球面ブッシュ(自由度2)47を介して、他側の機械構成要素としてサスペンション48が配され、これらサスペンション支持ピン46とサスペンション48とが、互いに回動または回転可能に連結されている。したがって、それら連結部位に、第1の実施形態および第2の実施形態と同様、本発明に係るFe系耐摩耗摺動材料を適用することで、それら実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
図17には、イコライザ機構に適用される球面軸受の例が示されている。このイコライザ機構34においては、一側の機械構成要素としてのメインフレーム41と、この一側の機械構成要素に支持される支持軸としてのイコライザピン42およびその支持軸に外嵌される軸受ブッシュとしてのイコライザブッシュ43を介して、他側の機械構成要素としてイコライザバー44が配され、これらイコライザピン42とイコライザバー44とが、互いに回動または回転可能に連結されている。したがって、それら連結部位に本発明に係るFe系耐摩耗摺動材料を適用することで、前記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
図18には、斜板式油圧ピストンポンプ・モータの要部構造図が示されている。
図19には、エンジン用バルブ装置の概略構造図が示されている。
図20には、岩盤破砕用くさび装置(パワースプリッタ)の概略構造図が示されている。
11 作業機軸受
12 スラスト軸受
34 イコライザ機構
35 サスペンション装置
36 転輪アッセンブリ
64 エンジン用バルブ装置
65 バルブ
67 バルブガイド
71 斜板式油圧ピストンポンプ・モータ
75 ピストンシュー
89 岩盤破砕用くさび装置
91 くさび
92 くさびガイド
Claims (32)
- フェライト相およびマルテンサイト相の少なくとも一方を母相とするFe系耐摩耗摺動材料であって、
前記母相中に1.5〜20重量%のAlが含有され、
前記母相中にセメンタイト、Cr7C3型、Fe3M3C型およびMC型のうちの一種以上の炭化物および黒鉛の少なくとも一方が分散されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。 - 請求項1において、前記母相中に5重量%以下のSiが含有されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、Cが2.5〜5重量%含有され、前記フェライト相中にAlが5〜20重量%含有されるとともにNi、CoおよびMnのうちの一種以上が合計で6〜35重量%含有され、前記フェライト相の硬さがHv500以上に時効硬化され、前記フェライト相中に片状、粒状および芋虫状のうちの一種以上の黒鉛が3〜15体積%析出されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、Cが0.4〜5重量%含有され、前記フェライト相中にAlが5〜20重量%含有されるとともにNi、CoおよびMnのうちの一種以上が合計で6〜35重量%含有され、前記フェライト相の硬さがHv500以上に時効硬化され、前記フェライト相中に炭化物が5〜75体積%析出されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、Cが0.4〜5重量%含有され、前記フェライト相中にAlが5〜20重量%含有されるとともにNi、CoおよびMnのうちの一種以上が合計で6〜35重量%含有され、前記フェライト相の硬さがHv500以上に時効硬化され、前記フェライト相中にCu合金相が3〜20体積%析出されていることを特徴するFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、Cが2.5〜5重量%含有され、前記フェライト相中に5〜40体積%のセメンタイトと3〜10体積%の黒鉛を分散させた基本組織を有することを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、Cが2.5〜5重量%含有され、Alが1.5〜10重量%含有されるとともにNi、Co、Mn、Cr、WおよびMoのうちの一種以上が合計で0.05〜7重量%含有され、前記マルテンサイト相の硬さがHv500以上に焼入れ硬化され、前記マルテンサイト相中に片状、粒状および芋虫状のうちの一種以上の黒鉛が3〜15体積%析出されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、Cが0.4〜5重量%含有され、Alが1.5〜10重量%含有され、Ni、Co、Mn、Cr、WおよびMoのうちの一種以上が合計で0.05〜7重量%含有され、前記マルテンサイト相の硬さがHv500以上に焼入れ硬化され、前記マルテンサイト相中に炭化物が5〜75体積%析出されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、Cが0.4〜5重量%含有され、Alが1.5〜10重量%含有されるとともにNi、Co、Mn、Cr、WおよびMoのうちの一種以上が合計で0.05〜7重量%含有され、前記マルテンサイト相の硬さがHv500以上に焼入れ硬化され、前記マルテンサイト相中にCu合金相が3〜20体積%析出されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、Cが0.4〜5重量%含有され、前記マルテンサイト相中に5〜40体積%のセメンタイトを分散させた基本組織中に、さらに、黒鉛およびCu合金相の少なくとも一方が分散され、前記セメンタイトと前記黒鉛と前記Cu合金相の総量が10〜70体積%であることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1、2、7乃至10のいずれか一項において、前記マルテンサイト相の炭素濃度が0.15〜0.7重量%であることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1乃至11のいずれか一項において、前記黒鉛は、その平均粒径が10μm以下であって、前記母相中に3〜10体積%分散されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1、2、7乃至11のいずれか一項において、Si、Mn、NiおよびCoのうちの一種以上が総量で2〜7重量%含有され、残留オーステナイト相が10〜40体積%存在することを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、前記母相中にCu合金相が分散され、前記Cu合金相中にAlが7〜15重量%含有され、前記Cu合金相の組織が(α+β)相もしくはβ相からなることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、2.5〜25重量%のCr、3〜15重量%のMoおよび3〜15重量%のWのうちの一種以上が含有され、前記母相中にセメンタイト、Cr7C3型、Fe3M3C型およびMC型のうちの一種以上の炭化物が5〜75体積%析出分散されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項15において、1.5〜10重量%のAlおよび2.5〜14重量%のCrが含有され、前記母相中に40〜75体積%のセメンタイトが析出分散されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1において、2.5〜25重量%のCr、3〜15重量%のMoおよび3〜15重量%のWのうちの一種以上が含有され、浸炭処理によって摺動面を構成する表面層部分に前記母相が形成され、その母相中にセメンタイト、Cr7C3型、Fe3M3C型およびMC型のうちの一種以上の炭化物が5〜75体積%析出分散されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 請求項1乃至17のいずれか一項において、V、Ti、Zr、NbおよびTaのうちの一種以上の合金元素が0.05〜4重量%含有され、前記合金元素が主体となる炭化物、窒化物および炭窒化物のうちの一種以上が0.1〜10体積%分散されていることを特徴とするFe系耐摩耗摺動材料。
- 鋼材又は鋳鉄材からなる摺動部材であって、
少なくとも摺動面を構成する部位において、フェライト相およびマルテンサイト相の少なくとも一方を母相として有し、
前記母相中に1.5〜20重量%のAlが含有され、
前記母相中にセメンタイト、Cr7C3型、Fe3M3C型およびMC型のうちの一種以上の炭化物および黒鉛の少なくとも一方が分散されていることを特徴とする摺動部材。 - 請求項19において、前記母相中に5重量%以下のSiが含有されていることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19において、前記鋼材又は鋳鉄材にCが0.4〜5重量%含有され、前記フェライト相中にAlが5〜20重量%含有されるとともにNi、CoおよびMnのうちの一種以上が合計で6〜35重量%含有され、前記フェライト相の硬さがHv500以上に時効硬化されていることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19において、前記鋼材又は鋳鉄材にCが0.4〜5重量%含有され、Alが1.5〜10重量%含有され、Ni、Co、Mn、CrおよびMoのうちの一種以上が合計で0.05〜7重量%含有され、前記マルテンサイト相の硬さがHv500以上に焼入れ硬化されていることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19において、前記母相中に、前記黒鉛が、片状、粒状および芋虫状のうちの一種以上の黒鉛であって、3〜15体積%析出されていることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19において、前記母相中に、前記炭化物が5〜75体積%析出されていることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19において、前記母相中に、Cu合金相が3〜20体積%析出されていることを特徴する摺動部材。
- 請求項19乃至25のいずれか一項において、前記摺動部材は、建設機械の転輪アッセンブリもしくは歯車減速装置に組込まれるフローティングシールであることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19乃至25のいずれか一項において、前記摺動部材は、建設機械の作業機連結装置に組込まれるスラスト軸受機能を有する作業機軸受であることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19乃至25のいずれか一項において、前記摺動部材は、建設機械のサスペンション装置に組込まれる球面軸受であることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19乃至25のいずれか一項において、前記摺動部材は、建設機械の車体を支えるイコライザ機構に組込まれる球面軸受であることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19乃至25のいずれか一項において、前記摺動部材は、油圧ポンプもしくは油圧モータに組込まれる油圧部品であることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19乃至25のいずれか一項において、前記摺動部材は、エンジン用バルブ装置に組込まれるバルブ部品であることを特徴とする摺動部材。
- 請求項19乃至25のいずれか一項において、前記摺動部材は、岩盤破砕用くさび装置に組込まれるくさびまたはくさびガイドであることを特徴とする摺動部材。
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