JP3012938B2 - 鉄系焼結材料の加工性を高める方法、鉄系焼結材料並びに鉄系焼結材料成形品 - Google Patents
鉄系焼結材料の加工性を高める方法、鉄系焼結材料並びに鉄系焼結材料成形品Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、鉄系焼結材料の加工性を高める方法、鉄系
焼結材料並びに鉄系焼結材料成形品に関する。
焼結材料並びに鉄系焼結材料成形品に関する。
粉末冶金法によって製造された物品の加工は、時とし
て製造サイクルの中で大きな割合を占める。物品の加工
性が高ければ、工具寿命を増大でき製造中のツーリング
（工具の段取り）に伴う停止時間を短縮できるため、物
品の加工性は重要である。例えば、内燃機関のためのバ
ルブガイドは、通常、シリンダヘッドに取り付けた後、
エンジン製造業者がリーマによって仕上加工を行なう。
このため、エンジン製造業者は、バルブガイドが良好な
加工性を持つことを要求する。
て製造サイクルの中で大きな割合を占める。物品の加工
性が高ければ、工具寿命を増大でき製造中のツーリング
（工具の段取り）に伴う停止時間を短縮できるため、物
品の加工性は重要である。例えば、内燃機関のためのバ
ルブガイドは、通常、シリンダヘッドに取り付けた後、
エンジン製造業者がリーマによって仕上加工を行なう。
このため、エンジン製造業者は、バルブガイドが良好な
加工性を持つことを要求する。
加工性があまり良くない材料においては、加工面が切
削工具によってこすられ、表面の孔が詰まったり、減少
したりする。焼結材料では、表面に開いた孔は潤滑油を
保持する油だめとして頻繁に利用され、これにより材料
の焼付耐性やスカッフ（scuffing）摩擦に対する耐性を
改善し、材料または物品の耐久性を向上させる。さら
に、ある条件のもとでは、表面がこすられることによ
り、面粗さが比較的小さな値となり、例えば、バルブガ
イド等の物品がバルブステムのような滑らかな当接面に
対して移動する場合には、その物品の耐磨耗性に悪影響
を及ぼすことが分かっている。
削工具によってこすられ、表面の孔が詰まったり、減少
したりする。焼結材料では、表面に開いた孔は潤滑油を
保持する油だめとして頻繁に利用され、これにより材料
の焼付耐性やスカッフ（scuffing）摩擦に対する耐性を
改善し、材料または物品の耐久性を向上させる。さら
に、ある条件のもとでは、表面がこすられることによ
り、面粗さが比較的小さな値となり、例えば、バルブガ
イド等の物品がバルブステムのような滑らかな当接面に
対して移動する場合には、その物品の耐磨耗性に悪影響
を及ぼすことが分かっている。
一般に粉末冶金物品は、元素粉末、予め合金化した粉
末、またはこれらの組合せから成る混合粉末を圧縮し、
その後焼結することによって製造される。混合粉末に
は、混合粉末それ自体、および／またはそれから得られ
る焼結材料に要求される特性や性質を強化するために、
添加剤を加えることが頻繁に行われる。加工性について
は、“チップ・ブレーカ（切り屑破断器）”として作用
する材料を少量添加することが頻繁に行われ、この最も
一般的なものは硫化マンガンである。このような添加剤
により、切削された材料が剪断によりチップに破断さ
れ、これにより切削負荷が減少し、工具の切刃上に材料
が堆積する可能性を減少できる。硫化マンガン等の添加
剤は材料の加工性を向上させるが、焼結された材料の強
度や耐磨摩性などに対しては殆ど効果がない。
末、またはこれらの組合せから成る混合粉末を圧縮し、
その後焼結することによって製造される。混合粉末に
は、混合粉末それ自体、および／またはそれから得られ
る焼結材料に要求される特性や性質を強化するために、
添加剤を加えることが頻繁に行われる。加工性について
は、“チップ・ブレーカ（切り屑破断器）”として作用
する材料を少量添加することが頻繁に行われ、この最も
一般的なものは硫化マンガンである。このような添加剤
により、切削された材料が剪断によりチップに破断さ
れ、これにより切削負荷が減少し、工具の切刃上に材料
が堆積する可能性を減少できる。硫化マンガン等の添加
剤は材料の加工性を向上させるが、焼結された材料の強
度や耐磨摩性などに対しては殆ど効果がない。
加工性は、加工中における材料の堆積を促進する延性
相の量や分布など、その他の要因によっても影響され
る。
相の量や分布など、その他の要因によっても影響され
る。
本発明の広い意味での目的は、改善された加工特性を
有する鉄系焼結材料を提供するための代替手段を提供す
ることである。
有する鉄系焼結材料を提供するための代替手段を提供す
ることである。
幾つかの実施例における本発明の目的は、鉄系焼結材
料の加工性を高めるとともに、材料およびこの材料から
作られる物品の硬度と磨耗特性を改善できるという副次
的効果を有する手段を提供することである。
料の加工性を高めるとともに、材料およびこの材料から
作られる物品の硬度と磨耗特性を改善できるという副次
的効果を有する手段を提供することである。
本発明の第１の様相によれば、鉄系焼結材料の加工性
を高める方法が提供される。この方法は、マンガンとア
ルカリ土類金属を含むグループから選択される少なくと
も１種の金属と少なくとも１種の硫黄供与物質とを含有
する化合物を含む鉄系粉末の混合物を作る工程と、この
粉末の混合物を圧縮するとともにこの圧縮された混合物
を焼結し、焼結中の反応によって焼結された材料の中に
少なくとも一種の金属硫化物を形成する工程とを含む。
を高める方法が提供される。この方法は、マンガンとア
ルカリ土類金属を含むグループから選択される少なくと
も１種の金属と少なくとも１種の硫黄供与物質とを含有
する化合物を含む鉄系粉末の混合物を作る工程と、この
粉末の混合物を圧縮するとともにこの圧縮された混合物
を焼結し、焼結中の反応によって焼結された材料の中に
少なくとも一種の金属硫化物を形成する工程とを含む。
マンガンとアルカリ土類金属の中には、単独でまたは
前記の少なくとも１種の硫黄供与物質との反応によっ
て、粉末の混合物または圧縮された材料に対して、後述
する利点を打ち消してしまうような悪影響を、焼結前、
焼結中または焼結後において与えるものがあり、このよ
うなマンガン、アルカリ土類金属は本発明の範囲から除
外される。
前記の少なくとも１種の硫黄供与物質との反応によっ
て、粉末の混合物または圧縮された材料に対して、後述
する利点を打ち消してしまうような悪影響を、焼結前、
焼結中または焼結後において与えるものがあり、このよ
うなマンガン、アルカリ土類金属は本発明の範囲から除
外される。
好ましくは、アルカリ土類金属はカルシウムとマグネ
シウムで、これらは単体または組み合わせて使用され
る。これらの金属を含有する化合物の微粉末は自由に入
手でき、安価である。
シウムで、これらは単体または組み合わせて使用され
る。これらの金属を含有する化合物の微粉末は自由に入
手でき、安価である。
より好ましくは、カルシウムまたはマグネシウムを含
む化合物は炭酸塩である。炭酸カルシウムおよび炭酸マ
グネシウムは、共にドロマイト（白雲石）として知られ
る鉱物に含まれている。炭酸カルシウムは、白亜として
も知られており、方解石として天然に産出し、炭酸マグ
ネシウムはマグネサイトとして天然に産出する。
む化合物は炭酸塩である。炭酸カルシウムおよび炭酸マ
グネシウムは、共にドロマイト（白雲石）として知られ
る鉱物に含まれている。炭酸カルシウムは、白亜として
も知られており、方解石として天然に産出し、炭酸マグ
ネシウムはマグネサイトとして天然に産出する。
焼結状態のもとでは、アルカリ土類炭酸塩が、酸化物
に分解し、これが硫黄供与物質と反応してアルカリ土類
硫化物を形成するものと考えられる。アルカリ土類硫化
物の形成メカニズムの性質のため、粒径は微細で、材料
全体に均一に分布し、焼結された材料の加工性を効果的
に改善できる。
に分解し、これが硫黄供与物質と反応してアルカリ土類
硫化物を形成するものと考えられる。アルカリ土類硫化
物の形成メカニズムの性質のため、粒径は微細で、材料
全体に均一に分布し、焼結された材料の加工性を効果的
に改善できる。
焼結中において金属硫化物を組織内での反応によって
形成する方法であるため、金属硫化物の粒子の分布はよ
り均一になり、粒自体の寸法も、焼結処理前に混合粉末
の構成成分として金属硫化物を添加した場合に生成され
るものに比べて小さいものと考えられる。
形成する方法であるため、金属硫化物の粒子の分布はよ
り均一になり、粒自体の寸法も、焼結処理前に混合粉末
の構成成分として金属硫化物を添加した場合に生成され
るものに比べて小さいものと考えられる。
本発明による方法の特に好ましい実施例においては、
硫黄供与物質は、二硫化モリブデンである。焼結中に二
硫化モリブデンがマンガンまたはアルカリ土類化合物と
反応してマンガン硫化物またはアルカリ土類硫化物を形
成し、また遊離モリブデンを放出する。この遊離モリブ
デンは、鉄系マトリックスの鉄および炭素と拡散反応
し、モリブデンと炭素に富む領域を形成する。この領域
は焼結材料を強化し、耐磨耗性を改善する。
硫黄供与物質は、二硫化モリブデンである。焼結中に二
硫化モリブデンがマンガンまたはアルカリ土類化合物と
反応してマンガン硫化物またはアルカリ土類硫化物を形
成し、また遊離モリブデンを放出する。この遊離モリブ
デンは、鉄系マトリックスの鉄および炭素と拡散反応
し、モリブデンと炭素に富む領域を形成する。この領域
は焼結材料を強化し、耐磨耗性を改善する。
焼結の終了時に焼結された鉄材料中にアルカリ土類酸
化物が残留する可能性を排除するため、硫黄供与物質を
過剰に存在させることが望ましい。このような材料は、
例えば保存中に水分を含有する環境にさらされると腐食
する傾向がある。硫黄供与物質が二硫化モリブデンであ
る場合には、最終製品においてこの物質の自己潤滑特性
を得るため、または加工中または使用中におるけ摩擦を
減少できるという固有の能力を発生させるためにこれを
過剰に含むことが望ましい。
化物が残留する可能性を排除するため、硫黄供与物質を
過剰に存在させることが望ましい。このような材料は、
例えば保存中に水分を含有する環境にさらされると腐食
する傾向がある。硫黄供与物質が二硫化モリブデンであ
る場合には、最終製品においてこの物質の自己潤滑特性
を得るため、または加工中または使用中におるけ摩擦を
減少できるという固有の能力を発生させるためにこれを
過剰に含むことが望ましい。
鉄系材料の混合物におけるマンガンまたはアルカリ土
類化合物の含有率が５％を越えると混合物の圧縮性が急
速に悪化するため、５％を越えないことが望ましい。圧
縮性が減少すると、最終的な焼結製品で得られる最終的
な密度が制限される。
類化合物の含有率が５％を越えると混合物の圧縮性が急
速に悪化するため、５％を越えないことが望ましい。圧
縮性が減少すると、最終的な焼結製品で得られる最終的
な密度が制限される。
例えばバルブガイドや弁座インサートなどの物品の場
合には、一貫した品質の製品を得るために、圧縮された
状態の材料における最低密度を理論的な最大密度の80％
とすることが望ましい。実際の圧縮工程においてこの密
度を得るには、混合物中におけるマンガンまたはアルカ
リ土類化合物の割合が３重量％以下でなければならな
い。好ましくは、マンガンまたはアルカリ土類化合物の
割合は、0.1重量％〜３重量％である。
合には、一貫した品質の製品を得るために、圧縮された
状態の材料における最低密度を理論的な最大密度の80％
とすることが望ましい。実際の圧縮工程においてこの密
度を得るには、混合物中におけるマンガンまたはアルカ
リ土類化合物の割合が３重量％以下でなければならな
い。好ましくは、マンガンまたはアルカリ土類化合物の
割合は、0.1重量％〜３重量％である。
炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムに関しては、
0.1〜３重量％の二硫化モリブデンと組み合わせた場
合、0.1〜３重量％の範囲が効果的であることが見いだ
された。相対的な配合割合としては、二硫化モリブデン
が少なくとも僅かに過剰となるように選択するのが望ま
しい。
0.1〜３重量％の二硫化モリブデンと組み合わせた場
合、0.1〜３重量％の範囲が効果的であることが見いだ
された。相対的な配合割合としては、二硫化モリブデン
が少なくとも僅かに過剰となるように選択するのが望ま
しい。
炭酸カルシウムおよび／または炭酸マグネシウムの量
は0.2〜1.5重量％の範囲であるのがより好ましい。
は0.2〜1.5重量％の範囲であるのがより好ましい。
二硫化モリブデンは比較的柔らかい材質の固体潤滑材
であるので、混合物の圧縮性を大きく低下させることな
く比較的多量に配合できる。二硫化モリブデンは、圧縮
作業の間、圧縮された材料の孔に押し込まれる傾向があ
る。
であるので、混合物の圧縮性を大きく低下させることな
く比較的多量に配合できる。二硫化モリブデンは、圧縮
作業の間、圧縮された材料の孔に押し込まれる傾向があ
る。
遊離モリブデンは機械的特性を改善する効果があるた
め、従来に比べて、合金化のための添加物の含有量が少
ない鉄系粉末を採用できることが見い出された。これ
は、本発明の経済的効果である。
め、従来に比べて、合金化のための添加物の含有量が少
ない鉄系粉末を採用できることが見い出された。これ
は、本発明の経済的効果である。
遊離モリブデンの効果を最大とするためには、鉄系混
合物に炭素が含まれていることが好ましく、これにより
焼結された材料中にカーバイド合金が生成される。ま
た、粉末混合物が0.5〜２重量％の炭素を含有している
ことが望ましい。炭素は、鉄系粉末中に合金化される前
の状態、および／またはグラファイトとして存在する。
粉末混合物の圧縮性を最大にするためには、炭素の大部
分がグラファイトの形で存在することが好ましい。
合物に炭素が含まれていることが好ましく、これにより
焼結された材料中にカーバイド合金が生成される。ま
た、粉末混合物が0.5〜２重量％の炭素を含有している
ことが望ましい。炭素は、鉄系粉末中に合金化される前
の状態、および／またはグラファイトとして存在する。
粉末混合物の圧縮性を最大にするためには、炭素の大部
分がグラファイトの形で存在することが好ましい。
鉄系粉末には、金属硫化物を生成するための焼結時の
反応と実質的に干渉しなければ、目的とする用途におい
て必要とされる任意の合金化添加物が含まれていてもよ
い。
反応と実質的に干渉しなければ、目的とする用途におい
て必要とされる任意の合金化添加物が含まれていてもよ
い。
バルブガイド、弁座インサート、シールリング等の製
品の場合には、粉末混合物に１〜６重量％の銅元素を添
加し、この添加によって焼結を補助し、また完成品の粘
着性磨耗を防止するようにしてもよい。それに加えて、
またはそれに代え、鉄系材料に銅系の材料を含浸させて
焼結材料に残留している孔を部分的にまたは完全に埋め
てもよい。含浸は、焼結と同時に行ってもよく、焼結後
の分離した動作として行ってもよい。
品の場合には、粉末混合物に１〜６重量％の銅元素を添
加し、この添加によって焼結を補助し、また完成品の粘
着性磨耗を防止するようにしてもよい。それに加えて、
またはそれに代え、鉄系材料に銅系の材料を含浸させて
焼結材料に残留している孔を部分的にまたは完全に埋め
てもよい。含浸は、焼結と同時に行ってもよく、焼結後
の分離した動作として行ってもよい。
他の公知の添加物を粉末混合物に添加してもよい。こ
のような添加物の例としては、圧縮を補助した後で焼結
中に揮発する一過性の潤滑ワックスが挙げられる。一般
的な添加量は、0.5〜１重量％である。
のような添加物の例としては、圧縮を補助した後で焼結
中に揮発する一過性の潤滑ワックスが挙げられる。一般
的な添加量は、0.5〜１重量％である。
本発明の第二の様相によれば、鉄系焼結材料が提供さ
れる。この焼結材料においては、マトリックス全体に分
布する少なくとも１種の金属硫化物の粒子が緻密に分布
しており、最大径が25μｍを越す粒子は実質的に存在し
ない。
れる。この焼結材料においては、マトリックス全体に分
布する少なくとも１種の金属硫化物の粒子が緻密に分布
しており、最大径が25μｍを越す粒子は実質的に存在し
ない。
好ましくは、金属硫化物粒子の大部分は10μｍ未満の
直径を有し、最大粒径は20μｍである。
直径を有し、最大粒径は20μｍである。
本発明にかかる材料の好ましい実施例においては、金
属硫化物は、硫化マンガン、硫化カルシウム、および／
または硫化マグネシウムである。
属硫化物は、硫化マンガン、硫化カルシウム、および／
または硫化マグネシウムである。
本発明の材料は、マトリックスがパーライトで、炭素
の含有量によっては鉄とモリブデンに富むカーバイド領
域を含んでいる。またマトリックスは、パーライトマト
リックス全体に分布する遊離二硫化モリブデンを含有し
ていてもよい。
の含有量によっては鉄とモリブデンに富むカーバイド領
域を含んでいる。またマトリックスは、パーライトマト
リックス全体に分布する遊離二硫化モリブデンを含有し
ていてもよい。
本発明の方法に関する上記の説明から明らかなよう
に、例えば、銅などの他の相が存在していてもよい。
に、例えば、銅などの他の相が存在していてもよい。
本発明の第三の様相によれば、本発明の第二の様相に
よる材料の、本発明の第一の様相によって製造される物
品が提供される。この物品は、圧縮と焼結により最終形
状に近い形に製造されるもので、バルブガイド、弁座イ
ンサート、シールリング等が含まれる。
よる材料の、本発明の第一の様相によって製造される物
品が提供される。この物品は、圧縮と焼結により最終形
状に近い形に製造されるもので、バルブガイド、弁座イ
ンサート、シールリング等が含まれる。
本発明のより完全な理解のため、一例としての実施例
を添付図面を参照して説明する。図において、 図１は、加工部品数に対する工具磨耗の変化を公知の
材料と本発明による材料について示す図、 図２は、本発明による材料についての磨耗試験中にお
ける時間に対する摩擦の変化を示す図、 図３は、加工部品数に対する加工穴径の変化を本発明
による材料と公知の材料とについて示す図である。
を添付図面を参照して説明する。図において、 図１は、加工部品数に対する工具磨耗の変化を公知の
材料と本発明による材料について示す図、 図２は、本発明による材料についての磨耗試験中にお
ける時間に対する摩擦の変化を示す図、 図３は、加工部品数に対する加工穴径の変化を本発明
による材料と公知の材料とについて示す図である。
93.9重量％の鉄粉末を、1.1重量％のグラファイト、
1.0重量％の二硫化モリブデン、1.0重量％の炭酸カルシ
ウム粉末、3.0重量％の銅粉末、および0.75重量％の一
過性潤滑ワックスと混合して鉄系の粉末混合物を調製し
た。この粉末をＹコーン（Ｙ−cone）回転ミキサー内で
30分間混合した。バルブガイドの形状を有する円筒管
を、約750MPaの圧力で、両端圧縮によって圧縮成形し
た。この圧縮成形した物品を1000℃以上の温度で20分
間、水素と窒素が存在する雰囲気中で焼結した。
1.0重量％の二硫化モリブデン、1.0重量％の炭酸カルシ
ウム粉末、3.0重量％の銅粉末、および0.75重量％の一
過性潤滑ワックスと混合して鉄系の粉末混合物を調製し
た。この粉末をＹコーン（Ｙ−cone）回転ミキサー内で
30分間混合した。バルブガイドの形状を有する円筒管
を、約750MPaの圧力で、両端圧縮によって圧縮成形し
た。この圧縮成形した物品を1000℃以上の温度で20分
間、水素と窒素が存在する雰囲気中で焼結した。
得られた焼結物品の冶金学的構造を光学顕微鏡と走査
電子顕微鏡を用いて検査した。構造内には、モリブデン
に富む領域を有するパーライトのマトリックスと、この
マトリックス全体に緻密に且つ均一に分布する遊離した
銅およびカルシウムの硫化物とが含まれていた。硫化カ
ルシウムの粒子は殆どが最大径で10μｍ未満であった
が、最大径が20μｍに達する粒子もたまにあった。マト
リックスとの間で形成された合金であるモリブデンに富
む領域は硫黄を含有しておらず、焼結時に反応が起きて
硫化カルシウムが生成されるとともに、鉄と共に拡散し
ていた遊離モリブデンが分離することによってモリブデ
ンに富む領域と幾らかのモリブデンカーバイドを生成し
たことを示している。多孔性に関連のある二硫化モリブ
デンも確認された。
電子顕微鏡を用いて検査した。構造内には、モリブデン
に富む領域を有するパーライトのマトリックスと、この
マトリックス全体に緻密に且つ均一に分布する遊離した
銅およびカルシウムの硫化物とが含まれていた。硫化カ
ルシウムの粒子は殆どが最大径で10μｍ未満であった
が、最大径が20μｍに達する粒子もたまにあった。マト
リックスとの間で形成された合金であるモリブデンに富
む領域は硫黄を含有しておらず、焼結時に反応が起きて
硫化カルシウムが生成されるとともに、鉄と共に拡散し
ていた遊離モリブデンが分離することによってモリブデ
ンに富む領域と幾らかのモリブデンカーバイドを生成し
たことを示している。多孔性に関連のある二硫化モリブ
デンも確認された。
圧縮成形され焼結された材料の物理測定と機械的試験
を行った。これらの結果を下記表１に示す。
を行った。これらの結果を下記表１に示す。
タービン油を含浸させた後の焼結円筒部品の加工性
を、加工部品数に対する工具フランク（逃げ面）の磨耗
を測定することにより試験した。
を、加工部品数に対する工具フランク（逃げ面）の磨耗
を測定することにより試験した。
この試験では、内径が6.5mm、外径が13mmの円筒部品
を旋盤内で軸回りに毎分2300回転で回転させ、三角形状
の切削工具を円筒部品に対して340mm/分の送り速度で軸
方向に20mmの深さまで切り込んで加工を行い、所定数の
部品を加工した後で工具フランクの磨耗を測定した。図
１から分かるように、本発明による材料の場合、100個
の部品を加工した後における工具磨耗率は、公知のバル
ブガイドに比べて約1/3にすぎない。その公知のバルブ
ガイド材料は、0.75重量％のリンを含有する耐磨耗性の
ねずみ鋳鉄であった。
を旋盤内で軸回りに毎分2300回転で回転させ、三角形状
の切削工具を円筒部品に対して340mm/分の送り速度で軸
方向に20mmの深さまで切り込んで加工を行い、所定数の
部品を加工した後で工具フランクの磨耗を測定した。図
１から分かるように、本発明による材料の場合、100個
の部品を加工した後における工具磨耗率は、公知のバル
ブガイドに比べて約1/3にすぎない。その公知のバルブ
ガイド材料は、0.75重量％のリンを含有する耐磨耗性の
ねずみ鋳鉄であった。
磨耗試験も行った。この試験では、バルブステム材料
である部材を水平とし、この部材上でバルブガイド材料
である円筒体を水平にして往復摺動させ、この摺動する
円筒体に横負荷を加えて磨耗を加速させた。バルブステ
ムの軸に沿って設置されたロードセルによって摩擦によ
る軸方向負荷を測定する。この試験は、エンジンのコー
ルドスタート状態でのバルブガイドの磨耗状況を試験
し、また、シミュレートするものである。図２から分か
るように、摩擦（横負荷に対する軸方向負荷の割合）は
低く（負の値は、試験に於ける往復運動に起因して現れ
ているにすぎない）、得られた良好な耐磨耗性と、材料
固有の潤滑性とを示している。
である部材を水平とし、この部材上でバルブガイド材料
である円筒体を水平にして往復摺動させ、この摺動する
円筒体に横負荷を加えて磨耗を加速させた。バルブステ
ムの軸に沿って設置されたロードセルによって摩擦によ
る軸方向負荷を測定する。この試験は、エンジンのコー
ルドスタート状態でのバルブガイドの磨耗状況を試験
し、また、シミュレートするものである。図２から分か
るように、摩擦（横負荷に対する軸方向負荷の割合）は
低く（負の値は、試験に於ける往復運動に起因して現れ
ているにすぎない）、得られた良好な耐磨耗性と、材料
固有の潤滑性とを示している。
長さが44mm、外径が13mm、内径が6.5mmの圧縮焼結し
たバルブガイドについて他の試験も行った。本発明の第
1,第2,および第３の様相に従って作られたバルブガイド
を材料“A"とした。材料“B"は本発明によらない公知の
バルブガイド材料であった。可溶性の潤滑剤を使用し、
２溝で直径が7.031〜7.034mmのリーマを毎分2800回転の
速度で回転させ、送り速度を毎分280mmとして試験を行
った。図３は、材料“A"と“B"にリーマによって穴を形
成した時の穴径の変化を示す。図３から明らかなよう
に、材料“A"の方がリーマ加工された穴径の均一性が改
善されており、工具寿命が大幅に改善されたことを示し
ている。
たバルブガイドについて他の試験も行った。本発明の第
1,第2,および第３の様相に従って作られたバルブガイド
を材料“A"とした。材料“B"は本発明によらない公知の
バルブガイド材料であった。可溶性の潤滑剤を使用し、
２溝で直径が7.031〜7.034mmのリーマを毎分2800回転の
速度で回転させ、送り速度を毎分280mmとして試験を行
った。図３は、材料“A"と“B"にリーマによって穴を形
成した時の穴径の変化を示す。図３から明らかなよう
に、材料“A"の方がリーマ加工された穴径の均一性が改
善されており、工具寿命が大幅に改善されたことを示し
ている。
本発明によってバルブガイドを作り、無鉛ガソリンを
燃料とする1600ccエンジンに組み込んで試験を行った。
試験サイクルには初期の80時間の低速スカッフサイクル
が含まれ、これに続いてフルスロットル／最大負荷動作
を200時間行った。この試験の完了後、試験に使用した
エンジンにおいて最も磨耗が多い排気ガイドのポート端
において、最大磨耗5mmが発生したが、平均は30μｍで
あった。従来の鋳鉄バルブガイドでは４個のシリンダ全
体での典型的な平均磨耗量は約100μｍであろう。
燃料とする1600ccエンジンに組み込んで試験を行った。
試験サイクルには初期の80時間の低速スカッフサイクル
が含まれ、これに続いてフルスロットル／最大負荷動作
を200時間行った。この試験の完了後、試験に使用した
エンジンにおいて最も磨耗が多い排気ガイドのポート端
において、最大磨耗5mmが発生したが、平均は30μｍで
あった。従来の鋳鉄バルブガイドでは４個のシリンダ全
体での典型的な平均磨耗量は約100μｍであろう。
さらに、圧縮成形と焼結について実験的な試みを行っ
た。この試みの結果、二硫化モリブデンの割合は、得ら
れる未焼結体の密度に殆ど影響がないこと、炭酸カルシ
ウムおよび／または炭酸マグネシウム、および二硫化モ
リブデンの配合、および焼結中において引き続き行われ
る反応は、焼結時における寸法変化に対して悪影響がな
いことが分かった。焼結後の構造にはガス孔がなく、鉄
マトリックスの焼結の前に炭酸塩の分解が起きたことを
示した。
た。この試みの結果、二硫化モリブデンの割合は、得ら
れる未焼結体の密度に殆ど影響がないこと、炭酸カルシ
ウムおよび／または炭酸マグネシウム、および二硫化モ
リブデンの配合、および焼結中において引き続き行われ
る反応は、焼結時における寸法変化に対して悪影響がな
いことが分かった。焼結後の構造にはガス孔がなく、鉄
マトリックスの焼結の前に炭酸塩の分解が起きたことを
示した。
炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムを過剰に含
み、二硫化モリブデンのレベルが低い場合には硬度と破
壊強度が低下した。また、硫化水素が溶解した材料で
は、これを研削して粉末化したものを水に浸すと、気泡
が放出され、腐食に対して不安定であることを示した。
み、二硫化モリブデンのレベルが低い場合には硬度と破
壊強度が低下した。また、硫化水素が溶解した材料で
は、これを研削して粉末化したものを水に浸すと、気泡
が放出され、腐食に対して不安定であることを示した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マームッド，モハマッド サデフ イギリス国 エヌダブリュ８ ８エスキ ュー ロンドン ウエリントン ロード キャヴェンディッシュ ハウス 51 (72)発明者 ブラウンリー，ヘレン アン イギリス国 シーヴィー１ ４エルイー コヴェントリー スレッドレル スト リート 25 (56)参考文献 特開 昭57−16155（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−109207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−23512（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−123001（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−147801（ＪＰ，Ａ) ドイツ特許3345930（ＤＥ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 33/02 C22C 38/00 C22C 38/16
Claims (17)
- 【請求項１】鉄系燒結材料の加工性を高める方法であっ
て、前記方法は、マンガンとアルカリ土類金属とを含む
グループから選択される少なくとも１種の金属と少なく
とも１種の硫黄供与物質とを含有する化合物を含む鉄系
粉末の混合物を作る工程と、この粉末の混合物を圧縮す
る工程と、この圧縮された混合物を燒結する工程と、か
ら成り、周囲圧力で燒結中の前記少なくとも１種の化合
物と前記硫黄供与物質との間の化学反応によって、燒結
された材料の中に前記少なくとも１種の金属の硫化物粒
子の分布状態を形成させ、前記少なくとも１種の金属硫
化物粒子の寸法が25μｍ以上ではない、ことを特徴とす
る方法。 - 【請求項２】前記アルカリ土類金属がカルシウム及び／
又はマグネシウムである請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記アルカリ土類化合物が炭酸塩である請
求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】前記硫黄供与物質が二硫化モリブデンであ
る請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項５】前記硫黄供与物質は、化学数量的に過剰に
存在するようにした請求項１〜４のいずれか１つに記載
の方法。 - 【請求項６】前記混合物中には前記マンガン及び／又は
アルカリ土類金属の化合物が最大で５重量％存在する請
求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項７】前記アルカリ土類金属の化合物が0.1〜3.0
重量％存在する請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】前記アルカリ土類金属の化合物が0.2〜1.5
重量％存在する請求項３に記載の方法。 - 【請求項９】前記二硫化モリブデンが0.1〜3.0重量％存
在する請求項７又は８に記載の方法。 - 【請求項１０】前記混合物中には、炭素も0.5〜2.0重量
％存在する請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項１１】前記圧縮した混合物中を1000℃以上の温
度で燒結する請求項１〜10のいずれか１つに記載の方
法。 - 【請求項１２】請求項１〜11のいずれか１つに記載の方
法で生成される鉄系燒結材料であって、マトリックス全
体に分布する少なくとも１種の金属硫化物の粒子が緻密
に分布しており、最大寸法が25μｍを超す粒子は実質的
に存在せず、二硫化モリブデンからのモリブデン遊離に
よって生じるモリブデンに富む領域を含むことを特徴と
する鉄系燒結材料。 - 【請求項１３】前記金属硫化物粒子の大部分は最大寸法
が10μｍ未満で、最大粒子の寸法は20μｍである請求項
12に記載の鉄系燒結材料。 - 【請求項１４】前記マトリックスはまた、１〜６重量％
の銅をも含む請求項12又は13に記載の鉄系燒結材料。 - 【請求項１５】前記マトリックスの孔部を銅系素材で浸
透させた請求項12又は13に記載の鉄系燒結材料。 - 【請求項１６】前記鉄系燒結材料が請求項10に記載の方
法で生成された場合、炭化モリブデンが形成されるため
にモリブデンに富む領域は炭素に富む状態になる請求項
12〜15のいずれか１つに記載の鉄系燒結材料。 - 【請求項１７】請求項１〜16のいずれか１つに記載の材
料で作られる場合の成形品であって、その成形品が、バ
ルブガイド、バルブシート挿入材、シールリングから成
るグループから選択されるようになる鉄系燒結材料成形
品。
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| DE60025931T2 (de) * | 1999-11-04 | 2006-08-31 | Hoeganaes Corp. | Herstellungsverfahren für verbesserte metallurgische pulverzusammensetzung und nutzung derselbe |
| SE9904668D0 (sv) * | 1999-12-17 | 1999-12-17 | Sintercast Ab | New alloy and method for producing same |
| US6264718B1 (en) * | 2000-05-26 | 2001-07-24 | Kobelco Metal Powder Of America, Inc. | Powder metallurgy product and method for manufacturing the same |
| US6391083B1 (en) * | 2000-11-09 | 2002-05-21 | Kobeico Metal Powder Of America, Inc. | Mixture for powder metallurgy product and method for producing the same |
| US6599345B2 (en) * | 2001-10-02 | 2003-07-29 | Eaton Corporation | Powder metal valve guide |
| US6705848B2 (en) * | 2002-01-24 | 2004-03-16 | Copeland Corporation | Powder metal scrolls |
| JP4115826B2 (ja) * | 2002-12-25 | 2008-07-09 | 富士重工業株式会社 | アルミニウム合金鋳包み性に優れた鉄系焼結体およびその製造方法 |
| US20040134306A1 (en) * | 2003-01-14 | 2004-07-15 | Fuping Liu | Bi-material connecting rod |
| CA2518424C (en) * | 2003-03-10 | 2012-08-21 | Mitsubishi Materials Corporation | Iron-based sintered alloy having excellent machinability |
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| US7575619B2 (en) * | 2005-03-29 | 2009-08-18 | Hitachi Powdered Metals Co., Ltd. | Wear resistant sintered member |
| US7963752B2 (en) * | 2007-01-26 | 2011-06-21 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Powder metal scroll hub joint |
| WO2009055009A2 (en) | 2007-10-24 | 2009-04-30 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Scroll compressor for carbon dioxide refrigerant |
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| JP2015528850A (ja) * | 2012-02-15 | 2015-10-01 | ジーケーエヌ シンター メタルズ、エル・エル・シー | 固体潤滑剤を含む粉末金属及びそれで作られた粉末金属スクロール圧縮機 |
| DE102012013226A1 (de) | 2012-07-04 | 2014-01-09 | Bleistahl-Produktions Gmbh & Co Kg | Hochwärmeleitender Ventilsitzring |
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-
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