JP2634103B2 - 高温用軸受合金およびその製造方法 - Google Patents

高温用軸受合金およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温酸化雰囲気中で使
用される高温用Ｎｉ基軸受合金およびその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来より高温における酸化雰囲気中にて
適用される軸受として銅や鉄を主としたベース金属中に
黒鉛等の固体潤滑剤を分散させたり埋め込んだタイプの
材料が使用されている。しかしそれらが適用できる温度
は、ベース金属及び固体潤滑剤の耐熱性によって制約さ
れ５００℃程度までが限界となっている。また最近高温
での摺動特性を向上させる目的でＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓ
ｉ系硬質粒子を粉末冶金手法により耐熱鋼中に分散させ
た材料が開発されており７００℃程度までの高温域に軸
受として適用されている例も特開平３−２４２４９号公
報に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年ガ
ソリン又はジーゼルエンジンの排気ガス制御バルブやガ
スタービンの可変バルブ等、より一層の高温領域、例え
ば９００℃までの雰囲気で使用される軸受が検討されて
いる。これらの軸受として、耐熱鋼などＦｅベースの中
に硬質粒子を分散させた粉末冶金材料では９００℃のよ
うな高温中で適用すると材料表面および内部の酸化が著
しく、材料の酸化膨張が進行するため軸受としての機能
を果たすことができなかった。また、耐熱Ｎｉ合金やセ
ラミック材料では耐酸化特性は優れるが、摺動特性とし
ては摩擦係数が高く、軸受としての適用は制限があっ
た。本発明の目的は、耐熱性、耐酸化性として９００℃
まで適用可能とし、摺動特性としても優れた高温用Ｎｉ
基軸受合金およびその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題が解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は耐熱性の向上のため合金マトリックスをＮ
ｉ合金とし摺動特性向上のためＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ
系硬質粒子、場合によっては固体潤滑剤として高温で有
効なＢＮを均一に分散させ全体の成分が、重量比でＣ
ｒ：９−３０％，Ｆｅ：５−１９％，Ｓｉ：０．１−
１．５％，Ｃｏ：２−２２％，Ｍｏ：１．４−１１．０
％，Ｍｎ：０−２．０％，Ｃ：０−０．１５％，ＢＮ：
０−５％，残部Ｎｉと不可避不純物から成り、該残部Ｎ
ｉの含有量は約３２．１．％以上である高温用Ｎｉ基軸
受合金を特徴とする。
【０００５】更に、上記軸受合金を得る製造方法とし
て、粉末冶金手法で行うにあたりＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合
金粉末を使用すると粉末の硬さが高いため粉末成形する
のが非常に困難であるので使用粉末を純Ｎｉ粉末とＦｅ
−Ｃｒ係合金粉末とに分け、更にＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓ
ｉ合金粉末、場合によってはＢＮ粉末を添加混合して得
られる粉末を用い粉末成形をすることを特徴とする。更
に、製造方法において焼結して得られた材料の緻密化を
図り高温時における耐酸化特性を向上させるために熱間
圧縮又は、熱間等方圧縮（ＨＩＰ）を行うことを特徴と
する。
【０００６】
【作用】次に、本発明の高温用Ｎｉ基軸受合金成分範囲
の限定理由を述べる（重量％）。 （１） Ｃｒ：９〜３０％ ９％未満ではマトリックス合金の耐熱性に劣り、３０％
以上では焼結性が悪くなるのでＣｒ含有量は、９〜３０
％とした。 （２） Ｆｅ：５〜１９％ ５％未満では高温時の強度に劣り、１９％以上では使用
粉末の硬さが高く粉末の粉成形性が悪くなるのでＦｅ含
有量は５〜１９％とした。 （３） Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ合金硬質粒子は 配合比で全体の５〜３５％が好ましく、５％未満では高
温での摺動特性を向上させる効果がなく、３５％を越え
ると合金の硬さが高く、粉末の成形性が悪くなり、また
摺動時に相手材を損傷させる恐れがある。Ｃｏ−Ｍｏ−
Ｃｒ−Ｓｉ合金硬質粒子は２６〜３０％Ｍｏ、７．５〜
９．５％Ｃｒ、２．４〜２．６％Ｓｉ及び残部Ｃｏから
成る。また、摺動特性向上に有効な稠密六方晶の結晶構
造を有する粒子を形成させるために合金全体に対するＣ
ｏ，Ｍｏ，Ｓｉの含有量はＳｉ：０．１〜１．５％、Ｃ
ｏ：２〜２２％、Ｍｏ：１．４〜１１．０％に限定す
る。 （４） Ｍｎ：２．０％以下Ｍｎは任意成分（即ち含有量が零の場合も含む）であ
る。 Ｍｎは マトリックス合金を強化し、また組織を安定
させるために添加し、２．０％を越えると合金が脆化す
るのでＭｎの含有量は、２．０％以下とした。 （５） Ｃ：０．１５％以下Ｃは任意成分（即ち含有量が零の場合も含む）である。
Ｃは マトリックス合金を強化する。０．１５％を越える
とＣｒと化合物を形成し、合金が脆化するのでＣの含有
量は、０．１５％以下とした。 （６） ＢＮ：５．０％以下ＢＮは任意成分（即ち含有量が零の場合も含む）であ
る。 ＢＮは 高温での摺動特性を改善させる効果がある
が、５．０％を越えると材料の強度が著しく低下するの
でＢＮの含有量は、５．０％以下とした。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。−２５０
メッシュ（６０μｍ以下）の粒度の純Ｎｉ粉末、−２５
０メッシュ（６０μｍ以下の直径）の粒度のＦｅ−Ｃｒ
合金粒（本発明品Ｎｏ．１０及び１１では重量で４４％
Ｃｒ、１７．５％Ｎｉ、４．１％Ｍｏ、１．５％Ｓｉ、
残部Ｆｅからなり、また本発明品Ｎｏ．１〜９及び比較
材Ｎｏ．１２〜１７では上記組成に更に重量で０．５％
Ｍｎ及び０．１％Ｃを含んだ成分から成る）、−１００
メッシュ（１５０μｍ以下の直径）の粒度のＣｏ−Ｍｏ
−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末（重量で２８％Ｍｏ、８．５％Ｃ
ｒ、２．５％Ｓｉ及び残部Ｃｏから成る）及び、平径粒
径１０μｍのＢＮ粉末を表１に示す配合比にて混合し、
表２に示す成分の粉末を作製した。また、比較材Ｎｏ．
１８はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金粉末（重量で２５％Ｃｒ、
２０％Ｎｉ、残部Ｆｅから成る）と、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ
−Ｓｉ合金粉末（上記と同じ組成）を表１に示す配合比
にて混合した。混合時には、成形性を良くするためステ
アリン酸亜鉛を１重量％添加し、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓ
ｉ合金粉末の粒子は細かく均一にマトリックスに分散さ
せるため−１００メッシュ（１５０μｍ以下）とした。
そして得られた粉末を成形圧力６ｔ／ｃｍ２で、径２２
ｍｍ，長さ５０ｍｍの形状に成形し、ステアリン酸亜鉛
を４８０℃にて十分脱ろうした後、Ｈ２＋Ｎ２雰囲気中
１１５０℃にて１時間焼結した。その後緻密化をはかる
ため９００℃に加熱した材料を成形圧力６ｔ／ｃｍ２に
て熱間圧縮を行った。こうして得られた直径２２ｍｍ×
長さ５０の丸棒形状の材料を加工し、室温５００℃、９
００℃の各温度にて引張試験をした。その引張強さの結
果を表３に示す。また、高温での耐酸化特性を調べるた
め得られた丸棒を外径１６×内径１０×長さ２０の軸受
形状に加工し、９００℃の温度にて酸化雰囲気中５Ｈ
ｒ，１０Ｈｒ，２０Ｈｒ，５０Ｈｒ，１００Ｈｒ後の重
量増加量を調査した。その結果を表４に示す。さらに、
摺動特性を調べるために得られた丸棒から板状の試験片
を作製し、Ｎｉ−Ｃｒ系耐熱合金を摺動相手ピンとして
高温における摩擦摩耗試験を実施した。直径４ｍのピン
に２ｋｇの荷重をかけ、平均速度１ｍ／ｍｉｎ，試験時
間１Ｈｒの往復動条件にて行った。摩擦係数、プレート
摩耗量を表５に示す。
【０００８】
【発明の効果】本発明品のＮｉ基軸受合金は、比較材の
Ｆｅ基合金（Ｎｏ．１８）と比べ表４からわかるように
９００℃での耐高温酸化特性が極めて優れていることが
わかる。さらに表５の摺動試験においても、９００℃に
おける摩擦計数がＦｅ基合金（Ｎｏ．１６）より低く、
また摩耗も少ないことがわかる。以上より、本発明品の
軸受合金は、９００℃のような高温域での摺動材料とし
て優れた性能を有するものと言える。
【０００９】
【表１】
【００１０】
【表２】
【００１１】
【表３】
【００１２】
【表４】
【００１３】
【表５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 健至 愛知県一宮市丹陽町多加木484番地の２ (56)参考文献 特開 平３−24249（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−96014（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−5631（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−270736（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 全体組成が重量比でＣｒ：９−３０％，
    Ｆｅ：５−１９％，Ｓｉ：０．１−１．５％，Ｃｏ：２
    −２２％，Ｍｏ：１．４−１１．０％，Ｍｎ：０−２．
    ０％，Ｃ：０−０．１５％，ＢＮ：０−５％，残部Ｎｉ
    と不可避不純物から成り、該残部Ｎｉの含有量は３２．
    １％以上であり、該合金中にＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ系
    硬質粒子が均一に分散した組織を有する高温用Ｎｉ基軸
    受合金。
  2. 【請求項２】 全体組成が重量比でＣｒ：９．３−２
    ７．５％，Ｆｅ：５．４−１８．４％，Ｓｉ：０．７−
    １．４％，Ｃｏ：３．１−２１．４％，Ｍｏ：２．８−
    １０．８％，Ｍｎ：０−０．３％，Ｃ：０−０．０６
    ％，ＢＮ：０−５％，残部Ｎｉと不可避不純物から成
    り、該残部Ｎｉの含有量は３２．１％以上であり、該合
    金中にＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ系硬質粒子が均一に分散
    した組織を有する高温用Ｎｉ基軸受合金。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の高温用Ｎｉ基軸受合金を
    得る製造方法であって、Ｎｉ粉末と、Ｃｒ：４０−６５
    ％、Ｎｉ：２０％以下、Ｍｏ：５．０％以下、Ｓｉ：
    ２．０％以下、残部Ｆｅと不可避不純物から成るＦｅ−
    Ｃｒ系合金粉末と、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末
    と、更に必要によりＢＮ粉末とを混合することによって
    請求項１に記載された高温用Ｎｉ基軸受合金の成分組成
    範囲に対応する混合粉末を準備し、この混合粉末を焼結
    することを特徴とする高温用Ｎｉ基軸受合金の製造方
    法。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の高温用Ｎｉ基軸受合金を
    得る製造方法であって、Ｎｉ粉末と、Ｃｒ：４０−６５
    ％、Ｎｉ：２０％以下、Ｍｏ：５．０％以下、Ｓｉ：
    ２．０％以下、残部Ｆｅと不可避不純物から成るＦｅ−
    Ｃｒ系合金粉末と、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粉末
    と、更に必要によりＢＮ粉末とを混合することによって
    請求項２に記載された高温用Ｎｉ基軸受合金の成分組成
    範囲に対応する混合粉末を準備し、この混合粉末を焼結
    することを特徴とする高温用Ｎｉ基軸受合金の製造方
    法。
  5. 【請求項５】 請求項３又は請求項４に記載の高温用Ｎ
    ｉ基軸受合金を得る製造方法であって、成形焼結後、熱
    間圧縮又は熱間等方圧縮（ＨＩＰ）をおこなうことを特
    徴とする高温用Ｎｉ基軸受合金の製造方法。
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