JP2792027B2 - 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 - Google Patents
耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金Info
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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Description
（産業上の利用分野） 本発明は、耐熱性および耐摩耗性が要求される部品の
素材として利用され、例えば内燃機関のバルブシートや
過給器（ターボチャージャー）のウエストゲートバルブ
等の耐熱性，耐摩耗性さらに耐食性が要求される部品の
素材として適用した場合にすぐれた耐熱性，耐摩耗性お
よび耐食性を発揮する高性能の耐熱・耐摩耗性鉄基焼結
合金に関するものである。 （従来の技術） 近年、内燃機関に対する高速化および高出力化などの
要求に伴って内燃機関の動弁系部材の摩耗が問題となり
つつあり、特にバルブシートは内燃機関の高温燃焼化も
あって摺動特性および耐久性に対する要求がきわめて厳
しいものとなっている。 一般に、バルブシートは高温にさらされるうえに、高
速でたたかれるため、すぐれた耐熱性，耐摩耗性および
耐ピッティング性を兼ね備え、かつ相手材であるバルブ
とのなじみ性をも合わせ持つことが要求される。 従来、これらの材料としては、耐熱鋼やその他の析出
硬化型の耐熱材料、さらにはセラミック粒子を含みサー
メットや分散強化型合金などが用いられていた。 また、バルブシート材料としては、含Mo焼結合金の未
拡散Moによる高温硬度と酸化被膜からくる自己潤滑効果
を利用した焼結材料が考えられ、表面に金属炭化物，金
属ケイ化物を析出した合金も考えられていた（Fe−Moの
分散型のものとして、特開昭58−71355号公報，特開昭6
1−64855号公報に記載のものがある。）。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、通常の耐熱材料，耐熱合金では、高温
硬さや耐摩耗性に問題があり、セラミック粒子を含む焼
結合金では粒子とマトリクスとの結合力が弱いため使用
中に異常摩耗を生じたり、相手材を損耗したりするなど
十分な性能が発揮されず、実用上問題があった。 また、Fe−Mo化合物粉,Mo粉などは圧縮性が低く、マ
トリスクとの濡れ性に問題があり、摺動時にこれらの硬
質相が割れたり、脱落したりすることがあり、相手材を
攻撃することがあった。 さらに、炭化物，ケイ化物などは高温酸化に対する抵
抗力が小さいという問題があった。 このため、上述のような問題を有しない耐熱，耐摩耗
性鉄基焼結合金の開発が課題として残っていた。 （発明の目的） 本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされた
もので、使用中に摩耗を生じたり、相手材を損耗させた
りすることがなく、高温酸化に対する抵抗力が大であっ
て耐熱性にすぐれている耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金を
提供することを目的としている。
素材として利用され、例えば内燃機関のバルブシートや
過給器（ターボチャージャー）のウエストゲートバルブ
等の耐熱性，耐摩耗性さらに耐食性が要求される部品の
素材として適用した場合にすぐれた耐熱性，耐摩耗性お
よび耐食性を発揮する高性能の耐熱・耐摩耗性鉄基焼結
合金に関するものである。 （従来の技術） 近年、内燃機関に対する高速化および高出力化などの
要求に伴って内燃機関の動弁系部材の摩耗が問題となり
つつあり、特にバルブシートは内燃機関の高温燃焼化も
あって摺動特性および耐久性に対する要求がきわめて厳
しいものとなっている。 一般に、バルブシートは高温にさらされるうえに、高
速でたたかれるため、すぐれた耐熱性，耐摩耗性および
耐ピッティング性を兼ね備え、かつ相手材であるバルブ
とのなじみ性をも合わせ持つことが要求される。 従来、これらの材料としては、耐熱鋼やその他の析出
硬化型の耐熱材料、さらにはセラミック粒子を含みサー
メットや分散強化型合金などが用いられていた。 また、バルブシート材料としては、含Mo焼結合金の未
拡散Moによる高温硬度と酸化被膜からくる自己潤滑効果
を利用した焼結材料が考えられ、表面に金属炭化物，金
属ケイ化物を析出した合金も考えられていた（Fe−Moの
分散型のものとして、特開昭58−71355号公報，特開昭6
1−64855号公報に記載のものがある。）。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、通常の耐熱材料，耐熱合金では、高温
硬さや耐摩耗性に問題があり、セラミック粒子を含む焼
結合金では粒子とマトリクスとの結合力が弱いため使用
中に異常摩耗を生じたり、相手材を損耗したりするなど
十分な性能が発揮されず、実用上問題があった。 また、Fe−Mo化合物粉,Mo粉などは圧縮性が低く、マ
トリスクとの濡れ性に問題があり、摺動時にこれらの硬
質相が割れたり、脱落したりすることがあり、相手材を
攻撃することがあった。 さらに、炭化物，ケイ化物などは高温酸化に対する抵
抗力が小さいという問題があった。 このため、上述のような問題を有しない耐熱，耐摩耗
性鉄基焼結合金の開発が課題として残っていた。 （発明の目的） 本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされた
もので、使用中に摩耗を生じたり、相手材を損耗させた
りすることがなく、高温酸化に対する抵抗力が大であっ
て耐熱性にすぐれている耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金を
提供することを目的としている。
（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上述した課題を解決するために種々の
実験・研究を行った結果、優れた耐熱性，耐食性を持ち
かつ合金鋼，高速度工具鋼などのマトリクス粉末と焼結
後の濡れ性の良好なFe−Mo−Si系分散粒子を開発した。
さらに、この分散粒子をマトリクス粉末中に適当量混入
させることにより、耐熱，耐食，耐摩耗性があり、かつ
相手材への攻撃性も小さい焼結合金が得られることを確
認した。 すなわち、本発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金
は、合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマトリクス粉
に、重量％で、C:0.02〜0.2％、Si:3〜30％、Mn:0.05〜
0.7％、Mo:10〜60％、Ti:1〜７％、B:0.5〜２％、Ni:1
〜10％、場合によってはさらにNb,Ta,Wのうちから選ば
れる１種または２種以上の合計:20％以下を含み、残部F
eおよび不純物からなる分散用の硬質合金粉末が３〜50
重量％分散した粉末の成形・焼結体よりなり、FeMoSi,F
e3MoSi,MoSi2の金属間化合物相を有する組織を持ち、N
b,Ta,Wを含む場合にはNb,Ta,Wが金属間化合物中のMoと
置換した形の化合物相を持つ組織を有することを特徴と
する合金である。 本発明において用いる分散用の硬質合金粉末は、水ア
トマイズ，油アトマイズ，ガスアトマイズにより製造す
ることができる。この場合、粉末の粒径および粒度分布
は、必要とする特性により選ぶことができ、従来の粉末
冶金プロセスと同様な取り扱うことができる。また、こ
の粉末は、FeMoSi,Fe3MoSi,MoSi2などの高硬度でかつ耐
熱，耐酸化性を有する金属間化合物相を有し、必要に応
じては、Nb,Ta,WがMoと置換した形の化合物相を持つも
のとすることもできる。 マトリクス粉は、合金鋼または高速度工具鋼組成をも
つ粉末を合金の使用環境等を考慮して選ぶことができ
る。 このマトリクス粉に対する前記した分散用の硬質合金
粉末の添加量については、３重量％未満では高温耐摩耗
性に対する硬化が十分に明瞭でなく、50重量％を超えて
添加すると成形性，焼結性が悪化するため、３〜50重量
％とした。 前記の分散用の硬質合金粉末の組成範囲は上記のとお
りであるが、その限定理由（％は重量）を以下に述べ
る。 C; Ｃは粒表面の酸化を防ぎ、焼結の際の拡散が速く、液
相成分源ともなるが、多量に含有するとFe,Mo系の炭化
物が生成し、所期の金属間化合物の生成を妨げるので、
0.02〜0.2％とした。 Si; SiはFe,Moと共にFeMoSi,Fe3MoSi,MoSi2などの金属間
化合物を生成し、マトリクスに耐摩耗性，耐熱性，耐酸
化性を与えると共に、粒子生成の際の粒表面の酸化を防
ぎ、焼結の際の液相発生源となり、マトリクス粉との濡
れ性を向上させる作用がある。しかし、３％未満ではそ
の効果が十分にみとめられず、30％を超えると硬質相の
融点を下げ、焼結時に硬質相の特性劣化をまねくので、
その含有量を３〜30％とした。 Mn; Mnは脱酸，脱硫効果があり、焼結時の濡れ性を向上さ
せる作用があるが、0.7％を超えると硬質合金が脆くな
るため、その含有量を0.05〜0.7％とした。 Mo; Moは粒子内に所期の金属間化合物を生成させるために
は少なくとも10％以上の添加が必要であるが、60％を超
えるとSi,Feとのバランスから金属間化合物が不安定に
なり、マトリクス粉との混粉時の圧縮性が低下し、得ら
れる焼結合金の特性を低下させるため、その含有量を10
〜60％とした。 Ti; TiはFeMoSi,Fe3MoSi,MoSi2などの金属間化合物中に含
有されることにより、酸化雰囲気下でこれらと共に複合
酸化被膜をつくり、保護被膜となって耐熱性を付与す
る。しかし、１％未満ではその効果が十分でなく、７％
を超えて含有すると分散合金を脆くするので、その含有
量を１〜７％とした。 B; Ｂは粒表面の酸化を防ぐと共に、Siと同様にマトリク
ス粉との濡れ性を向上させる働きがある。また、金属間
化合物の安定性を向上させる働きもある。しかし、0.5
％未満では効果が十分でなく、２％を超えて含有すると
硬質粒子を脆くするので、その含有量を0.5〜２％とし
た。 Ni; NiはFeの一部と置換し、分散用硬質合金の耐熱性を向
上させ、ひいては焼結合金自体の高温耐摩耗性，耐酸化
性を向上させる効果がある。しかし、１％未満ではその
効果が十分に認められず、10％を超えて含有すると所期
の金属間化合物の生成を妨げ、硬質相の融点を下げ、焼
結中に硬質合金粉末がマトリクス中に固溶化されてしま
い、耐熱，耐摩耗性向上の効果がなくなるので、その含
有量を１〜10％とした。 Nb,Ta,W; Nb,Ta,WはFeMoSi,Fe3MoSi,MoSi2などの金属間化合物
中のMoと置換し、化合物を安定化させ、耐熱性を向上さ
せる働きがあるが、20％を超えて添加してもより一層の
改善効果は認められず、経済的でないことから、添加す
るとしてもそれらの合計で20％以下とする必要がある。 本発明に係る鉄基焼結合金は、前記マトリクス粉中に
上記の分散用の硬質合金粉末を３〜50％混入した粉末を
粉末冶金的手法により成形し、その後焼結することによ
って得られるものであるが、この場合の焼結温度は1100
〜1250℃とすることがとくに望ましい。このような焼結
温度とするのが望ましい理由は、1100℃未満では焼結が
十分に進行せず、12500℃を超えると硬質合金粉末がマ
トリクス粉中に固溶化されてしまうためである。 なお、本発明に係る鉄基焼結合金の硬質相以外のマト
リクス組織は、熱処理により、パーライト，ソルバイ
ト，マルテンサイト（テンパーマルテンサイトを含
む），ベンナイトおよびこれらの混合組織とすることが
できる。 （実施例） ＜実施例１〜４＞ アトマイズ法により、重量％で、Fe−0.10％Ｃ−15.0
％Si−0.3％Mn−50％Mo−4.0％Ti−1.5％Ｂ−7.0％Niの
組成をもつ分散用の硬質合金粉末を製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−100メッシュでかつ
重量％で、Fe−0.70％Ｃ−0.20％Si−0.1％Mn−0.1％Ｐ
−5.0％Cr−2.0％Mo−1.0％Ｗ−1.0％Coの組成をもつ合
金鋼粉末に対して、重量％で、3.0％、5.0％、10.0％、
30.0％、50.0％配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加え
て混粉し、圧粉成形を行った後1180℃の温度で1hr真空
中で保持して焼結した。その後、焼結した合金を熱処理
して、第１表に示す本発明実施例合金１〜４を得た。 ＜比較例１〜３＞ アトマイズ法により、重量％で、Fe−0.10％Ｃ−15.0
％Si−0.3％Mn−50％Mo−4.0％Ti−1.5％Ｂ−7.0％Niの
組成をもつ分散用の硬質合金粉末を製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−100メッシュでかつ
重量％で、Fe−0.70％Ｃ−0.20％Si−0.1％Mn−0.1％Ｐ
−5.0％Cr−2.0％Mo−1.0％Ｗ−1.0％Coの組成をもつ合
金鋼粉末に対して、重量％で、0.5％、1.5％、80.0％配
合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加えて混粉し、圧粉成
形を行った後1180℃の温度で1hr真空中で保持して焼結
した。その後、焼結した合金を熱処理して、第１表に示
す比較例合金１〜３を得た。 ＜実施例５〜８＞ アトマイズ法により、重量％で、Fe−0.15％Ｃ−5.0
％Si−0.3％Mn−20％Mo−2.0％Ti−0.8％Ｂ−3.0％Ni−
5.0％Ta−1.0％Ｗの組成をもつ分散用の硬質合金粉末を
製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−100メッシュでかつ
重量％で、Fe−0.50％Ｃ−0.15％Si−0.3％Mn−0.2％Ｐ
−7.0％Cr−5.0％Mo−3.0％Ｗ−3.0％Coの組成をもつ合
金鋼粉末に対して、重量％で、4.0％、10.0％、30.0
％、50.0％配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加えて混
粉し、圧粉成形を行った後1200℃の温度で1hr真空中で
保持して焼結した。その後、焼結した合金を熱処理し
て、第１表に示す本発明実施例合金５〜８を得た。 ＜比較例４〜６＞ アトマイズ法により、重量％で、Fe−0.15％Ｃ−5.0
％Si−0.3％Mn−20％Mo−2.0％Ti−0.8％Ｂ−3.0％Ni−
5.0％Ta−1.0％Ｗの組成をもつ分散用の硬質合金粉末を
製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−100メッシュでかつ
重量％で、Fe−0.50％Ｃ−0.15％Si−0.3％Mn−0.2％Ｐ
−7.0％Cr−5.0％Mo−3.0％Ｗ−3.0％Coの組成をもつ合
金鋼粉末に対して、重量％で、0.3％、2.0％、75.0％配
合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加えて混粉し、圧粉成
形を行った後1200℃の温度で1hr真空中で保持して焼結
した。その後、焼結した合金を熱処理して、第１表に示
す比較例合金４〜６を得た。 ＜耐久試験＞ ついで、上記本発明実施例合金１〜８および比較例合
金１〜６をバルブシート形状に加工し、実機を模したバ
ルブ・バルブシート試験機を用いて摩耗試験を行った。 この試験機は、自動温度調整を行いながら、プロパン
ガスの燃焼によってバルブおよびバルブシートを加熱
し、偏心カムの駆動によってバルブを開閉し、またバル
ブローテーターによりバルブを回転させ、バルブ・バル
ブシートのたたき状況を再現するものであり、試験条件
は下記の第２表に示す通りである。 そして、この耐久試験後に、バルブおよびバルブシー
トの摩耗深さを測定したところ、同じく第１表に示す結
果であった。また、バルブシートの外観を調べたとこ
ろ、同じく第１表に示す結果であった。 第１表に示す結果より明らかなように、試験は高温で
行なわれ、バルブの回転があり、試験時間も長いため、
摩耗条件が苛酷なものとなっていることから、比較例合
金１〜６のように、混合組成が本発明合金の範囲からは
ずされた合金で製造されたバルブシートでは、バルブシ
ートおよび相手バルブの摩耗が大きく、一部ではバルブ
シートにピッティングがみられ、良好な特性を示してい
ない。 これに対して、本発明実施例合金１〜８で製造したバ
ルブシートでは、バルブシートおよび相手バルブの摩耗
が小さく、バルブシートにはピッティングも発生してお
らず、優れた特性を示していることが認められた。
実験・研究を行った結果、優れた耐熱性，耐食性を持ち
かつ合金鋼，高速度工具鋼などのマトリクス粉末と焼結
後の濡れ性の良好なFe−Mo−Si系分散粒子を開発した。
さらに、この分散粒子をマトリクス粉末中に適当量混入
させることにより、耐熱，耐食，耐摩耗性があり、かつ
相手材への攻撃性も小さい焼結合金が得られることを確
認した。 すなわち、本発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金
は、合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマトリクス粉
に、重量％で、C:0.02〜0.2％、Si:3〜30％、Mn:0.05〜
0.7％、Mo:10〜60％、Ti:1〜７％、B:0.5〜２％、Ni:1
〜10％、場合によってはさらにNb,Ta,Wのうちから選ば
れる１種または２種以上の合計:20％以下を含み、残部F
eおよび不純物からなる分散用の硬質合金粉末が３〜50
重量％分散した粉末の成形・焼結体よりなり、FeMoSi,F
e3MoSi,MoSi2の金属間化合物相を有する組織を持ち、N
b,Ta,Wを含む場合にはNb,Ta,Wが金属間化合物中のMoと
置換した形の化合物相を持つ組織を有することを特徴と
する合金である。 本発明において用いる分散用の硬質合金粉末は、水ア
トマイズ，油アトマイズ，ガスアトマイズにより製造す
ることができる。この場合、粉末の粒径および粒度分布
は、必要とする特性により選ぶことができ、従来の粉末
冶金プロセスと同様な取り扱うことができる。また、こ
の粉末は、FeMoSi,Fe3MoSi,MoSi2などの高硬度でかつ耐
熱，耐酸化性を有する金属間化合物相を有し、必要に応
じては、Nb,Ta,WがMoと置換した形の化合物相を持つも
のとすることもできる。 マトリクス粉は、合金鋼または高速度工具鋼組成をも
つ粉末を合金の使用環境等を考慮して選ぶことができ
る。 このマトリクス粉に対する前記した分散用の硬質合金
粉末の添加量については、３重量％未満では高温耐摩耗
性に対する硬化が十分に明瞭でなく、50重量％を超えて
添加すると成形性，焼結性が悪化するため、３〜50重量
％とした。 前記の分散用の硬質合金粉末の組成範囲は上記のとお
りであるが、その限定理由（％は重量）を以下に述べ
る。 C; Ｃは粒表面の酸化を防ぎ、焼結の際の拡散が速く、液
相成分源ともなるが、多量に含有するとFe,Mo系の炭化
物が生成し、所期の金属間化合物の生成を妨げるので、
0.02〜0.2％とした。 Si; SiはFe,Moと共にFeMoSi,Fe3MoSi,MoSi2などの金属間
化合物を生成し、マトリクスに耐摩耗性，耐熱性，耐酸
化性を与えると共に、粒子生成の際の粒表面の酸化を防
ぎ、焼結の際の液相発生源となり、マトリクス粉との濡
れ性を向上させる作用がある。しかし、３％未満ではそ
の効果が十分にみとめられず、30％を超えると硬質相の
融点を下げ、焼結時に硬質相の特性劣化をまねくので、
その含有量を３〜30％とした。 Mn; Mnは脱酸，脱硫効果があり、焼結時の濡れ性を向上さ
せる作用があるが、0.7％を超えると硬質合金が脆くな
るため、その含有量を0.05〜0.7％とした。 Mo; Moは粒子内に所期の金属間化合物を生成させるために
は少なくとも10％以上の添加が必要であるが、60％を超
えるとSi,Feとのバランスから金属間化合物が不安定に
なり、マトリクス粉との混粉時の圧縮性が低下し、得ら
れる焼結合金の特性を低下させるため、その含有量を10
〜60％とした。 Ti; TiはFeMoSi,Fe3MoSi,MoSi2などの金属間化合物中に含
有されることにより、酸化雰囲気下でこれらと共に複合
酸化被膜をつくり、保護被膜となって耐熱性を付与す
る。しかし、１％未満ではその効果が十分でなく、７％
を超えて含有すると分散合金を脆くするので、その含有
量を１〜７％とした。 B; Ｂは粒表面の酸化を防ぐと共に、Siと同様にマトリク
ス粉との濡れ性を向上させる働きがある。また、金属間
化合物の安定性を向上させる働きもある。しかし、0.5
％未満では効果が十分でなく、２％を超えて含有すると
硬質粒子を脆くするので、その含有量を0.5〜２％とし
た。 Ni; NiはFeの一部と置換し、分散用硬質合金の耐熱性を向
上させ、ひいては焼結合金自体の高温耐摩耗性，耐酸化
性を向上させる効果がある。しかし、１％未満ではその
効果が十分に認められず、10％を超えて含有すると所期
の金属間化合物の生成を妨げ、硬質相の融点を下げ、焼
結中に硬質合金粉末がマトリクス中に固溶化されてしま
い、耐熱，耐摩耗性向上の効果がなくなるので、その含
有量を１〜10％とした。 Nb,Ta,W; Nb,Ta,WはFeMoSi,Fe3MoSi,MoSi2などの金属間化合物
中のMoと置換し、化合物を安定化させ、耐熱性を向上さ
せる働きがあるが、20％を超えて添加してもより一層の
改善効果は認められず、経済的でないことから、添加す
るとしてもそれらの合計で20％以下とする必要がある。 本発明に係る鉄基焼結合金は、前記マトリクス粉中に
上記の分散用の硬質合金粉末を３〜50％混入した粉末を
粉末冶金的手法により成形し、その後焼結することによ
って得られるものであるが、この場合の焼結温度は1100
〜1250℃とすることがとくに望ましい。このような焼結
温度とするのが望ましい理由は、1100℃未満では焼結が
十分に進行せず、12500℃を超えると硬質合金粉末がマ
トリクス粉中に固溶化されてしまうためである。 なお、本発明に係る鉄基焼結合金の硬質相以外のマト
リクス組織は、熱処理により、パーライト，ソルバイ
ト，マルテンサイト（テンパーマルテンサイトを含
む），ベンナイトおよびこれらの混合組織とすることが
できる。 （実施例） ＜実施例１〜４＞ アトマイズ法により、重量％で、Fe−0.10％Ｃ−15.0
％Si−0.3％Mn−50％Mo−4.0％Ti−1.5％Ｂ−7.0％Niの
組成をもつ分散用の硬質合金粉末を製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−100メッシュでかつ
重量％で、Fe−0.70％Ｃ−0.20％Si−0.1％Mn−0.1％Ｐ
−5.0％Cr−2.0％Mo−1.0％Ｗ−1.0％Coの組成をもつ合
金鋼粉末に対して、重量％で、3.0％、5.0％、10.0％、
30.0％、50.0％配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加え
て混粉し、圧粉成形を行った後1180℃の温度で1hr真空
中で保持して焼結した。その後、焼結した合金を熱処理
して、第１表に示す本発明実施例合金１〜４を得た。 ＜比較例１〜３＞ アトマイズ法により、重量％で、Fe−0.10％Ｃ−15.0
％Si−0.3％Mn−50％Mo−4.0％Ti−1.5％Ｂ−7.0％Niの
組成をもつ分散用の硬質合金粉末を製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−100メッシュでかつ
重量％で、Fe−0.70％Ｃ−0.20％Si−0.1％Mn−0.1％Ｐ
−5.0％Cr−2.0％Mo−1.0％Ｗ−1.0％Coの組成をもつ合
金鋼粉末に対して、重量％で、0.5％、1.5％、80.0％配
合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加えて混粉し、圧粉成
形を行った後1180℃の温度で1hr真空中で保持して焼結
した。その後、焼結した合金を熱処理して、第１表に示
す比較例合金１〜３を得た。 ＜実施例５〜８＞ アトマイズ法により、重量％で、Fe−0.15％Ｃ−5.0
％Si−0.3％Mn−20％Mo−2.0％Ti−0.8％Ｂ−3.0％Ni−
5.0％Ta−1.0％Ｗの組成をもつ分散用の硬質合金粉末を
製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−100メッシュでかつ
重量％で、Fe−0.50％Ｃ−0.15％Si−0.3％Mn−0.2％Ｐ
−7.0％Cr−5.0％Mo−3.0％Ｗ−3.0％Coの組成をもつ合
金鋼粉末に対して、重量％で、4.0％、10.0％、30.0
％、50.0％配合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加えて混
粉し、圧粉成形を行った後1200℃の温度で1hr真空中で
保持して焼結した。その後、焼結した合金を熱処理し
て、第１表に示す本発明実施例合金５〜８を得た。 ＜比較例４〜６＞ アトマイズ法により、重量％で、Fe−0.15％Ｃ−5.0
％Si−0.3％Mn−20％Mo−2.0％Ti−0.8％Ｂ−3.0％Ni−
5.0％Ta−1.0％Ｗの組成をもつ分散用の硬質合金粉末を
製造した。 次いで、この硬質合金粉末を、−100メッシュでかつ
重量％で、Fe−0.50％Ｃ−0.15％Si−0.3％Mn−0.2％Ｐ
−7.0％Cr−5.0％Mo−3.0％Ｗ−3.0％Coの組成をもつ合
金鋼粉末に対して、重量％で、0.3％、2.0％、75.0％配
合し、潤滑剤として高級脂肪酸を加えて混粉し、圧粉成
形を行った後1200℃の温度で1hr真空中で保持して焼結
した。その後、焼結した合金を熱処理して、第１表に示
す比較例合金４〜６を得た。 ＜耐久試験＞ ついで、上記本発明実施例合金１〜８および比較例合
金１〜６をバルブシート形状に加工し、実機を模したバ
ルブ・バルブシート試験機を用いて摩耗試験を行った。 この試験機は、自動温度調整を行いながら、プロパン
ガスの燃焼によってバルブおよびバルブシートを加熱
し、偏心カムの駆動によってバルブを開閉し、またバル
ブローテーターによりバルブを回転させ、バルブ・バル
ブシートのたたき状況を再現するものであり、試験条件
は下記の第２表に示す通りである。 そして、この耐久試験後に、バルブおよびバルブシー
トの摩耗深さを測定したところ、同じく第１表に示す結
果であった。また、バルブシートの外観を調べたとこ
ろ、同じく第１表に示す結果であった。 第１表に示す結果より明らかなように、試験は高温で
行なわれ、バルブの回転があり、試験時間も長いため、
摩耗条件が苛酷なものとなっていることから、比較例合
金１〜６のように、混合組成が本発明合金の範囲からは
ずされた合金で製造されたバルブシートでは、バルブシ
ートおよび相手バルブの摩耗が大きく、一部ではバルブ
シートにピッティングがみられ、良好な特性を示してい
ない。 これに対して、本発明実施例合金１〜８で製造したバ
ルブシートでは、バルブシートおよび相手バルブの摩耗
が小さく、バルブシートにはピッティングも発生してお
らず、優れた特性を示していることが認められた。
以上のように、本発明に係る耐熱・耐摩耗性鉄基焼結
合金は、合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマトリク
ス粉に、重量％で、C:0.02〜0.2％、Si:3〜30％、Mn:0.
05〜0.7％、Mo:10〜60％、Ti:1〜７％、B:0.5〜２％、N
i:1〜10％、場合によってはさらにNb,Ta,Wのうちから選
ばれる１種または２種以上の合計:20％以下を含み、残
部Feおよび不純物からなる分散用の硬質合金粉末が３〜
50重量％分散した粉末の成形・焼結体よりなり、FeMoS
i,Fe3MoSi,MoSi2の金属間化合物相を有する組織を持
ち、Nb,Ta,Wを含む場合にはNb,Ta,Wが金属間化合物中の
Moと置換した形の化合物相を持つ組織を有するものであ
るから、使用中に摩耗を生じたり、相手材を損耗させた
りすることがなく、高温酸化に対する抵抗力が大であっ
て耐熱性に優れたものであり、とくに耐熱性および高温
での耐摩耗性が要求される部品の素材として使用した場
合に、すぐれた耐熱性，耐摩耗性を発揮するものであ
り、例えば内燃機関のバルブシートや過給器（ターボチ
ャージャー）のウエストゲートバルブ等の素材として著
しく優れたものである。
合金は、合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマトリク
ス粉に、重量％で、C:0.02〜0.2％、Si:3〜30％、Mn:0.
05〜0.7％、Mo:10〜60％、Ti:1〜７％、B:0.5〜２％、N
i:1〜10％、場合によってはさらにNb,Ta,Wのうちから選
ばれる１種または２種以上の合計:20％以下を含み、残
部Feおよび不純物からなる分散用の硬質合金粉末が３〜
50重量％分散した粉末の成形・焼結体よりなり、FeMoS
i,Fe3MoSi,MoSi2の金属間化合物相を有する組織を持
ち、Nb,Ta,Wを含む場合にはNb,Ta,Wが金属間化合物中の
Moと置換した形の化合物相を持つ組織を有するものであ
るから、使用中に摩耗を生じたり、相手材を損耗させた
りすることがなく、高温酸化に対する抵抗力が大であっ
て耐熱性に優れたものであり、とくに耐熱性および高温
での耐摩耗性が要求される部品の素材として使用した場
合に、すぐれた耐熱性，耐摩耗性を発揮するものであ
り、例えば内燃機関のバルブシートや過給器（ターボチ
ャージャー）のウエストゲートバルブ等の素材として著
しく優れたものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−149111（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−118852（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C22C 33/02
Claims (2)
- 【請求項１】合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマト
リクス粉に、重量％で、C:0.02〜0.2％、Si:3〜30％、M
n:0.05〜0.7％、Mo:10〜60％、Ti:1〜７％、B:0.5〜２
％、Ni:1〜10％、残部Feおよび不純物からなる分散用の
硬質合金粉末が３〜50重量％分散した粉末の成形・焼結
体よりなり、FeMoSi,Fe3MoSi,MoSi2の金属間化合物相を
有する組織を持つことを特徴とする耐熱・耐摩耗性鉄基
焼結合金。 - 【請求項２】合金鋼または高速度工具鋼組成をもつマト
リクス粉に、重量％で、C:0.02〜0.2％、Si:3〜30％、M
n:0.05〜0.7％、Mo:10〜60％、Ti:1〜７％、B:0.5〜２
％、Ni:1〜10％、Nb,Ta,Wのうちから選ばれる１種また
は２種以上の合計:20％以下を含み、残部Feおよび不純
物からなる分散用の硬質合金粉末が３〜50重量％分散し
た粉末の成形・焼結体よりなり、FeMoSi,Fe3MoSi,MoSi2
の金属間化合物相を有し、Nb,Ta,Wが金属間化合物中のM
oと置換した形の化合物相を持つ組織を有することを特
徴とする耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金。
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|---|---|---|---|
| JP63023884A JP2792027B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
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| GB8902585A GB2215736B (en) | 1988-02-05 | 1989-02-06 | Heat resistant and wear resistant iron-based sintered alloy |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63023884A JP2792027B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01201439A JPH01201439A (ja) | 1989-08-14 |
| JP2792027B2 true JP2792027B2 (ja) | 1998-08-27 |
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|---|---|---|---|
| JP63023884A Expired - Fee Related JP2792027B2 (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
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| JP (1) | JP2792027B2 (ja) |
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| CN105908054A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-08-31 | 成都高普石油工程技术有限公司 | 基于石油钻采钻头的钢材制备方法 |
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- 1988-02-05 JP JP63023884A patent/JP2792027B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-02-03 US US07/305,910 patent/US4933008A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-06 GB GB8902585A patent/GB2215736B/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| GB8902585D0 (en) | 1989-03-22 |
| US4933008A (en) | 1990-06-12 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |