JP2016153528A - 焼結合金配合用合金粉末及び耐摩耗性鉄基焼結合金 - Google Patents
焼結合金配合用合金粉末及び耐摩耗性鉄基焼結合金 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016153528A JP2016153528A JP2016044941A JP2016044941A JP2016153528A JP 2016153528 A JP2016153528 A JP 2016153528A JP 2016044941 A JP2016044941 A JP 2016044941A JP 2016044941 A JP2016044941 A JP 2016044941A JP 2016153528 A JP2016153528 A JP 2016153528A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- mass
- sintered alloy
- alloy powder
- blending
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
【課題】 酸化皮膜による潤滑が得られにくい様々な環境においても、優れた耐摩耗性を有する焼結合金配合用合金粉末及び耐摩耗性鉄基焼結合金を提供する。【解決手段】 じん性を改善できる成分であるNi,B,Mnを添加することにより、硬質な金属間化合物相と固溶体相との固着性を改善し、その耐摩耗性を向上した焼結合金配合用合金粉末である。耐摩耗性鉄基焼結合金は、基地中に焼結合金配合用合金粉末を分散させた鉄基焼結合金であって、合金粉末を含む全体の成分組成が、0.30〜12.00質量%のNbと、0.64〜25.60質量%のCoと、0.06〜2.40質量%のSiと、0.6〜1.0質量%のCと、Fe及び不可避不純物とからなることを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金である。【選択図】なし
Description
本発明は、焼結合金配合用合金粉末及び耐摩耗性鉄基焼結合金に関するものである。本発明の合金は、耐摩耗性が要求される部材に適用することができる。
従来、耐摩耗性鉄基焼結合金は、メタルとメタルが接触する箇所や、潤滑材が行き渡らない箇所、高温のため表面が潤滑できない箇所等に用いられてきた。耐摩耗性鉄基焼結合金としては、表1に示すトリバロイ(登録商標)のT−400やT−800に代表される、Moを多く含む合金粉末を基地に分散させた焼結合金が知られている。これらの焼結合金は、自動車、船舶、航空機、コンプレッサー等の例えば軸受け部材、ピストン部材、シール部材といった高い耐摩耗性が要求される用途に用いられている。
一方、上記したトリバロイよりも耐摩耗性を向上させた合金の研究がなされている。その合金はNbを20質量%〜40質量%含み、軟質なコバルト基の固溶体相に、硬質な三元系の金属間化合物相Nb2Co3Siが分散している。Nbは、大気中で400度以上になると急速に酸化することが知られており、大気中で600度以上になると酸化するMoよりも低い温度で酸化皮膜を生成する。また、NbはMoよりも酸化物生成エネルギーが低いため、Moが酸化被膜を生成しにくい雰囲気であっても酸化被膜を維持し、良好な耐摩耗性を確保できると期待できる。
鉄基焼結合金は、鉄粉、黒鉛粉末、合金粉末などを混練し、その混合粉末をプレス機で成形して成形体とし、その成形体を焼結して製造される。一般的に、Fe−C系の場合、パーライト組織等の炭化物組織となることで、硬さが向上する。一方、Nbが黒鉛と反応し、炭化物を生成しやすいことは周知の事実である。このため、鉄基焼結合金の合金粉末として、Nbを多く含む合金粉末を配合した場合、焼結体基地のパーライト量が減ってしまい、焼結合金としての硬さが出ず、耐摩耗性材料として使用できないという問題がある。
本発明は、以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、酸化皮膜が生成しにくい様々な環境においても、優れた耐摩耗性を有する焼結合金配合用合金粉末及び耐摩耗性鉄基焼結合金を提供することである。
第1発明の焼結合金配合用合金粉末は、20.0質量%〜40.0質量%のニオブと、2.6質量%〜12.7質量%のシリコンと、0.1質量%〜20.0質量%のニッケルと、コバルト及び不可避不純物とからなることを特徴とする。
第2発明の焼結合金配合用合金粉末は、ニッケル,ホウ素,マンガンからなる群より選択される一の元素と、20.0質量%〜40.0質量%のニオブと、2.6質量%〜12.7質量%のシリコンと、コバルト及び不可避不純物とからなることを特徴とする。
第3発明の焼結合金配合用合金粉末は、試験荷重1kgfのビッカース硬さが800〜1250であることを特徴とする、請求項1及び請求項2に記載の焼結合金配合用合金粉末である。
第3発明の焼結合金配合用合金粉末においては、溶湯を噴霧化するアトマイズ法で粉末化することができる。
第4発明の耐摩耗性鉄基焼結合金は、基地中に合金粉末を分散させた鉄基焼結合金であって、合金粉末を含む全体の成分組成が、0.30質量%〜12.00質量%のNbと、0.64質量%〜25.60質量%のCoと、0.06質量%〜2.40質量%のSiと、0.6質量%〜1.0質量%のCと、Fe及び不可避不純物とからなることを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金である。
本発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金により、従来使用されている耐摩耗性鉄基焼結合金では酸化皮膜による潤滑が得られにくい様々な環境においても、優れた耐摩耗性を示すと考えられ、内燃機関や各種産業機械の摺動部材を構成する耐摩耗性鉄基焼結合金に用いることにより、メンテナンス期間の延長や長寿命化を期待できる。
(焼結合金配合用合金粉末)ニオブは、大気中で400度以上になると急速に酸化することが知られており、大気中で600度以上になると酸化するモリブデンよりも低い温度で酸化皮膜を生成することが期待できる。本発明に係わる合金においては、シリコンとコバルトと反応して、硬質な三元系の金属間化合物相Nb2Co3Siを主に形成する。Nb2Co3Siは優れた固体潤滑性を示すため、合金の耐摩耗性に寄与する。ニオブが20.0質量%未満の場合は、十分なNb2Co3Siが得られないため、十分な硬さが得られず、耐摩耗性向上の効果が得られない。また、40.0質量%を超えると、溶解時に高融点化合物を形成し易くなるため、母合金を使用しなければ溶解が困難となることに加え、溶解におけるニオブの歩留まりも低下する。よって、ニオブ量は20.0質量%〜40.0質量%とした。
シリコンは、様々な金属と反応してけい化物を形成するほか、金属の溶解においては、溶湯の流動性を改善させる効果と、脱酸材として働き、酸素量を低減させる効果を持つ。本発明に係わる焼結合金配合用合金粉末においては、ニオブと共にコバルトと反応することにより、硬質な三元系の金属間化合物相Nb2Co3Siを主に形成する。上記した通り、Nb2Co3Siは優れた固体潤滑性を示すため、合金の耐摩耗性向上に寄与する。シリコンが2.6質量%未満の場合は、十分なNb2Co3Siが得られないため、十分な硬さが得られず、耐摩耗性向上の効果が得られない。また、12.7質量%を超えると、Nb2Co3Siのコバルト基固溶体相への固着性が悪化するため、耐摩耗性が不十分となる。よって、シリコン量は2.6質量%〜12.7質量%とした。
コバルトは、鉄やニッケルと比較して耐摩耗性に優れ、高温強度を付与するためのものである。本発明に係わる焼結合金配合用合金粉末においては、ニオブとシリコンと反応して硬質な三元系の金属間化合物相Nb2Co3Siを形成すると共に、Nb2Co3Siが分散する固溶体相を形成する。
ニッケルは、耐熱性の向上や、じん性の向上を目的に添加される元素である。本発明に係わる焼結合金配合用合金粉末においては、じん性の向上により、硬質な三元系の金属間化合物相Nb2Co3Siとコバルト基固溶体相との固着性を改善させ、摩耗粉の発生を抑制し、アブレシブ摩耗を抑えることができる。ニッケルが0.1質量%未満の場合は、硬質な三元系の金属間化合物相Nb2Co3Siのコバルト基固溶体相への固着性が十分ではないため、耐摩耗性向上の効果が得られない。また、20質量%を超えると、じん性が向上することにより、合金塊を粉砕して合金粉末を製造する場合において、粉砕ができなくなる。加えて、硬さも800以下に低下する。よって、ニッケル量は0.1質量%〜20質量%とした。
また、ニッケル添加の代替技術として、ホウ素添加があげられる。ホウ素は、0.001質量%〜1.0質量%未満の微量添加で、結晶粒の微細化や焼き入れ性の向上,高温でのじん性を改善させる元素である。本発明に係わる焼結合金配合用合金粉末においても、ホウ素添加によって、硬質な三元系の金属間化合物相Nb2Co3Siのコバルト基固溶体相への固着性を改善できるものと期待できる。過剰に添加すると、ほう化物を形成し、ケイ化物の安定性が損なわれ、耐摩耗性が低下すると考えられる。
さらに、ニッケル添加の代替技術として、マンガン添加もあげられる。マンガンは、数%程度の添加で、じん性や引張強さを改善させる元素である。本発明に係わる焼結合金配合用合金粉末においても、マンガン添加によって、硬質な三元系の金属間化合物相Nb2Co3Siのコバルト基固溶体相への固着性を改善できるものと期待できる。過剰に添加しても、その効果は飽和すると考えられる。
合金の粉末化については、溶湯を凝固させた凝固体を機械的粉砕で粉末化しても良いし、アトマイズ法で粉末化しても良い。合金粉末の粒子サイズについては、10μm〜180μmとするのが望ましい。但し、これに限定されるものではない。
(耐摩耗性鉄基焼結合金)本発明の耐摩耗性鉄基焼結合金は、鉄基からなる基地と基地中に分散した合金粉末から構成される。鉄基からなる基地としては、パーライトを含む組織を採用することができる。パーライトを含む基地組織としては、パーライト組織,パーライト+フェライト系の混合組織,パーライト+セメンタイト系の混合組織,パーライト+オーステナイト系の混合組織にすることができる。配合する合金粉末については、表2の試料No.1と試料No.3の粉砕粉を使用した。また、合金粉末の配合量を1質量%,15質量%,30質量%,40質量%,50質量%に変更して圧粉成形体を作製した結果、配合量が40質量%を超えると、圧粉成形体の強度が低下し、崩れやすくなった。このため、配合量の上限を40質量%とした。合金粉末の配合量が1質量%,15質量%,30質量%,40質量%の焼結体の金属組織においては、基地組織がパーライトを含む基地組織となった。上記理由により、耐摩耗性鉄基焼結合金の成分組成は、0.30質量%〜12.00質量%のNbと、0.64質量%〜25.60質量%のCoと、0.06質量%〜2.40質量%のSiと、0.6質量%〜1.0質量%のCと、Fe及び不可避不純物とからなることを特徴とする。
(焼結合金配合用合金粉末)表2に示すNo.1〜22の試料について、板状の試料を作製し、大越式迅速摩耗試験及びビッカース硬度(HV1)の測定を行った。板状の試料の作製方法を以下に示す。最初に、高周波遠心鋳造によってインゴットを作製し、そのインゴットについて、900度で30分間、焼きなましを行った。焼きなまし後の試料について、所定の寸法に加工し、その表面粗さを6.3Z以下として、板状の試料とした。なお、ビッカース硬度(HV1)については、鏡面仕上げとした試料を用いて測定した。
上記した板状の試料を用いて、大越式迅速摩耗試験及びビッカース硬度(HV1)の測定を行った。大越式迅速摩耗試験は、図1の概略図に示すように、リング状の相手材51に、板状の試料50を所定の荷重(10kgf)で押し当てた状態で、リング状の相手材51を回転させることを10分間継続させる試験である(リング回転速度:1m/s)。リング状の相手材にはS45Cを用い、その表面粗さを12.5Z以下とした。
摩耗体積については、数1に示す式より算出した。
ここで、W:摩耗体積(mm3),B:リングの厚み(mm),b:摩耗痕の幅(mm),r:リングの半径(mm)である。
大越式迅速摩耗試験の結果を図2〜図4に示す。
図2は、ニッケル量を変化させた試料の摩耗体積と硬さを示している。ニッケル量が0.1質量%未満の場合は、硬質な三元系の金属間化合物相Nb2Co3Siのコバルト基固溶体相への固着性が十分ではないため、耐摩耗性向上の効果が得られない。また、20質量%を超えると、じん性が向上することにより、合金塊を粉砕して合金粉末を製造する場合において、粉砕ができなくなる。加えて、硬さも800未満に低下する。よって、ニッケル量は0.1質量%〜20質量%とした。
図3は、ニオブ量を変化させた試料の摩耗体積と硬さを示している。ニオブ量が20.0質量%未満では、固体潤滑性を持つNb2Co3Siの形成量が不十分であるため、硬さ(HV1)が800未満と低くなり、耐摩耗性が不十分となる。40.0質量%を超えると、固体潤滑性を持つNb2Co3Siの形成量が増えるため、硬さ(HV1)が1250まで高くなり、良好な耐摩耗性が得られるが、溶解時に高融点化合物を形成し易くなるため、母合金を使用しなければ溶解が困難となる。さらに、溶解におけるニオブの歩留まりも低下する。このため、ニオブ量は上記した範囲とした。
図4は、シリコン量を変化させた試料の摩耗体積と硬さを示している。シリコン量が2.6質量%未満では、固体潤滑性を持つNb2Co3Siの形成量が不十分であるため、硬さ(HV1)が800未満と低くなり、耐摩耗性が不十分となる。12.7質量%を超えると、固体潤滑性を持つNb2Co3Siのコバルト基固溶体相への固着性が悪化するため、耐摩耗性が不十分となる。このため、シリコン量を上記した範囲とした。
粉末化の方法としては、高周波遠心鋳造によって作製したインゴットについて、900度で30分間、焼きなましを行い、焼きなまし後の試料を機械的粉砕で粉末化した。粉砕の手順としては、粗粉砕をジョークラッシャーにより行った後、ハンマークラッシャーにより中粉砕を行い、微粉砕を振動ミルにて行った。粉末のサイズ調整については、振動ふるいにより行い、そのサイズを−180μmとした。
(耐摩耗性鉄基焼結合金)焼結合金配合用合金粉末として、上記方法により、試料No.1及び試料No.3の粉砕粉を準備し、耐摩耗性鉄基焼結合金を作製した。表3に混合粉末の配合を示す。混合粉末作製後、混合粉末を金型に充填させ、7t/cm2の圧力で加圧成形し、圧粉成形体を作製した。次に、この圧粉成形体を焼結した。焼結は1120℃で40分間行い、焼結雰囲気は5%水素−アルゴン雰囲気とした。
作製した焼結体の金属組織について、その代表例を図5に示す。基地の組織が炭化物相、主にパーライトとなっており、その基地中に合金粉末が分散していることが観察された。本焼結合金は、Nbを多く含む合金粉末がFe−C系の基地に分散している、これまでにない構成の耐摩耗性鉄基焼結合金である。
本発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金は、酸化物生成エネルギーが低いNbを多く含む合金粉末が、パーライトを主とする炭化物相の基地に分散した焼結合金であることから、優れた固体潤滑性を示すと期待できる。例えば、内燃機関の摺動部分の摺動部材や各種産業機械の摩耗箇所に用いられる鉄基焼結合金に適用できる可能性がある。
また、本発明に係わる焼結合金配合用合金粉末として、表4の合金粉末が考えられる。これらの合金粉末を焼結合金に配合しても良い。但し、その用途は焼結合金配合用合金粉末に限定しない。
50 板状の試料
51 リング状の相手材
51 リング状の相手材
Claims (5)
- 20.0質量%〜40.0質量%のニオブと、2.6質量%〜12.7質量%のシリコンと、0.1質量%〜20.0質量%のニッケルと、コバルト及び不可避不純物とからなることを特徴とする焼結合金配合用合金粉末。
- ニッケル,ホウ素,マンガンからなる群より選択される一の元素と、20.0質量%〜40.0質量%のニオブと、2.6質量%〜12.7質量%のシリコンと、コバルト及び不可避不純物とからなることを特徴とする焼結合金配合用合金粉末。
- 試験荷重1kgfのビッカース硬さが800〜1250であることを特徴とする、請求項1及び請求項2に記載の焼結合金配合用合金粉末。
- 溶湯を噴霧化するアトマイズ法で粉末化することを特徴とする、請求項3に記載の焼結合金配合用合金粉末の製造方法。
- 基地中に合金粉末を分散させた鉄基焼結合金であって、合金粉末を含む全体の成分組成が、0.30質量%〜12.00質量%のNbと、0.64質量%〜25.60質量%のCoと、0.06質量%〜2.40質量%のSiと、0.6質量%〜1.0質量%のCと、Fe及び不可避不純物とからなることを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015045249 | 2015-02-18 | ||
JP2015045249 | 2015-02-18 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016153528A true JP2016153528A (ja) | 2016-08-25 |
Family
ID=56760971
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016044941A Pending JP2016153528A (ja) | 2015-02-18 | 2016-02-18 | 焼結合金配合用合金粉末及び耐摩耗性鉄基焼結合金 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016153528A (ja) |
-
2016
- 2016-02-18 JP JP2016044941A patent/JP2016153528A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4891421B2 (ja) | 粉末冶金用混合物及びこれを用いた粉末冶金部品の製造方法 | |
JP4368245B2 (ja) | 硬質粒子分散型鉄基焼結合金 | |
JP4582587B2 (ja) | 耐摩耗性焼結部材の製造方法 | |
JP5308123B2 (ja) | 高強度組成鉄粉とそれを用いた焼結部品 | |
JP5481380B2 (ja) | 冶金粉末組成物及び製造方法 | |
KR102350989B1 (ko) | 소결 구성요소를 생성하는 방법 및 소결 구성요소 | |
JP2010280957A (ja) | 鉄基焼結合金、鉄基焼結合金の製造方法およびコンロッド | |
JP3865293B2 (ja) | 耐摩耗性硬質相形成用合金粉末およびそれを用いた耐摩耗性焼結合金の製造方法 | |
CN104583436A (zh) | 用于合并到烧结合金中的硬粒子和耐磨铁基烧结合金及其制造方法 | |
US10619229B2 (en) | Manufacturing method of wear-resistant iron-based sintered alloy and wear-resistant iron-based sintered alloy | |
JP6392796B2 (ja) | 耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法、焼結合金用成形体、および耐摩耗性鉄基焼結合金 | |
JP4201830B2 (ja) | クロム、モリブデンおよびマンガンを含む鉄基粉末、および、焼結体の製造方法 | |
JP6352959B2 (ja) | 耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法、焼結合金用成形体、および耐摩耗性鉄基焼結合金 | |
JP6635664B2 (ja) | Fe基焼結用硬質粉末およびこれを用いた耐摩耗性の優れたFe基焼結体 | |
WO2020050211A1 (ja) | 耐熱焼結合金材 | |
JP6528899B2 (ja) | 粉末冶金用混合粉および焼結体の製造方法 | |
JP4121383B2 (ja) | 寸法精度、強度および摺動特性に優れた鉄基燒結合金およびその製造方法 | |
JP2016153528A (ja) | 焼結合金配合用合金粉末及び耐摩耗性鉄基焼結合金 | |
US5808214A (en) | Powder-produced material having wear-resistance | |
JP2003166025A (ja) | 硬質粒子分散型焼結合金及びその製造方法 | |
JP5266601B2 (ja) | 耐摩耗性コバルト基合金 | |
CN112207272B (zh) | 硬质粒子和使用了该硬质粒子的烧结滑动构件 | |
JPH10317002A (ja) | 低摩擦係数粉末とその焼結体及び焼結体の製造方法 | |
JP2018178143A (ja) | 耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法 | |
JP5358131B2 (ja) | 耐摩耗性焼結合金およびその製造方法 |