JPH0114985B2

JPH0114985B2 -

Info

Publication number: JPH0114985B2
Application number: JP58147569A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Iijima; Hidetoshi Akutsu; Masahiro Imai
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1983-08-12
Filing date: 1983-08-12
Publication date: 1989-03-15
Also published as: JPS6039149A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、すぐれた耐摩耗性および自己潤滑
性を有し、かつ耐熱性および耐食性にすぐれ、特
にこれらの特性が要求されるバルブシート、バル
ブガイド、ロツカーアーム、タペツト、および軸
受などの耐摩耗部品の製造に用いた場合にすぐれ
た性能を発揮するFe基焼結合金の製造法に関す
るものである。従来、一般に、上記の耐摩耗部品の製造には、
ステンレス鋼、耐熱鋼、あるいは合金工具鋼など
の成分組成に相当する組成をもつたFe基焼結合
金が用いられている。これらのFe基焼結合金は、すぐれた耐熱性お
よび耐食性を有し、かつ素地中にビツカース硬さ
で700以上の炭化物が均一微細に分散した組織を
もつので、実用に際してはすぐれた耐摩耗性を示
すが、一方硬質であるために相手攻撃性が著しく
高いという問題をもつものであつた。そこで、本発明者等は、上述のような従来耐摩
耗部品のもつ問題点を解決すべく研究を行なつた
結果、 Cr：１〜25％、Ｃ：1.3〜６％、Si：0.5〜５
％、 Mo、Ｗ、およびNb（以下、これらを総称して
炭化物形成成分という）のうちの１種または２種
以上（合量で）：0.1〜20％、を含有し、さらに必要に応じて、ＰおよびＢうちの１種または２種（合量で）：
0.05〜２％、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる配
合組成を有する圧粉体を、圧力：10^-1torr以下の真空中、1020〜1200℃の
範囲内の所定温度で焼結した後、少なくとも焼結温度から変態点までの範囲を２
〜40℃／minの速度で冷却することによつて製造
され、かつ素地中に、ビツカース硬さで700以上
を有する炭化物：３〜40容量％および遊離黒鉛：
３〜20容量％が均一に分散した組織を有するFe
基焼結合金は、その素地によつてすぐれた耐熱性
と耐食性が確保され、かつ素地中に微細均一に分
散する炭化物によつてすぐれた耐摩耗性が、さら
に同じく遊離黒鉛によつてすぐれた自己潤滑性が
確保されるようになるという知見を得たのであ
る。この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、以下に成分組成、製造条件および組
織を上記の通りに限定した理由を説明する。Ａ成分組成 (a) Cr Cr成分には、素地に固溶して、これを強
化すると共に耐熱性および耐食性を向上さ
せ、さらにＣ成分と結合してビツカース硬さ
で700以上の高硬度を有するCr炭化物を形成
し、かつ炭化物形成成分とさらに一段と高い
硬さをもつた複炭化物を形成して合金の耐摩
耗性を向上させる作用があるが、その含有量
が１％未満では前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方25％を越えて含有させると、合金
の脆化が著しくなることから、その含有量を
１〜25％と定めた。 (b) ＣＣ成分には、素地に固溶して、これを強化
すると共に、上記のようにCrや炭化物形成
成分と結合してビツカース硬さで700以上の
高硬度を有するCr炭化物や、これとの複炭
化物を形成して合金の耐摩耗性を向上させ、
さらに焼結後の徐冷過程で均一微細に分散し
た遊離黒鉛として析出して合金の自己潤滑性
を向上させる作用があるが、その含有量が
1.3％未満では所望のすぐれた耐摩耗性およ
び自己潤滑性を確保することができず、一方
６％を越えて含有させると、合金の強度およ
び靭性の低下が著しくなることから、その含
有量を1.3〜６％と定めた。 (c) Si Si成分には、素地に固溶して、焼結性を著
しく改善し、もつて合金を緻密化するほか、
素地に固溶したＣ成分の解離反応を大きくし
て、Ｃ成分の析出を促進する作用があるが、
その含有量が0.5％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方５％を越えて含有さ
せると、合金の靭性が低下するようになるば
かりでなく、焼結時の液相量が多くなりすぎ
て形状変形が生ずるようになることから、そ
の含有量を0.5〜５％と定めた。 (d) ＰおよびＢこれらの成分には、焼結性を改善して合金
を緻密化し、かつ素地に固溶して合金の強度
を向上させる作用があるので、特にこれらの
特性が要求される場合に応じて含有させる
が、その含有量が0.05％未満では前記作用に
所望の向上効果が得られず、一方２％を越え
て含有させると、焼結時の液相量が多くなり
すぎて形状変形を起し易くなるばかりでな
く、合金の強度低下の原因ともなることか
ら、その含有量を0.05〜２％と定めた。 (e) 炭化物形成成分これらの成分には、素地に固溶して、これ
を強化するほか、Ｃ成分と結合して高硬度を
有する炭化物および複炭化物を形成し、もつ
て合金の耐摩耗性を一段と向上させる作用が
あるが、その含有量が0.1％未満では前記作
用に所望の向上効果が得られず、一方20％を
越えて含有させると、合金に脆化傾向が現わ
れるようになることから、その含有量を0.1
〜20％と定めた。Ｂ組織 (a) 炭化物炭化物の量が、素地中に占める割合で３容
量％未満では、所望のすぐれた耐摩耗性を確
保することができず、一方炭化物量が、同様
の割合で40容量％を越えると、合金の脆化が
著しくなると共に、相手攻撃性も高くなるこ
とから、素地中における炭化物の割合を３〜
40容量％と定めた。 (b) 遊離黒鉛遊離黒鉛の量が、素地中に占める割合で３
容量％未満では、所望のすぐれた自己潤滑性
を確保することができず、一方遊離黒鉛量
が、同様の割合で20容量％を越えると、合金
の強度が急激に低下するようになることか
ら、素地中における遊離黒鉛の割合を３〜20
容量％と定めた。Ｃ製造条件 (a) 焼結雰囲気の真空度焼結雰囲気の真空度は、合金成分たるSi量
にも影響を受けるが、その真空度が10^-1torr
より悪くなると、焼結雰囲気中の酸素および
水分が、FeやＣをはじめとする成分と反応
を起し、遊離黒鉛の生成を困難にする一方
で、炭化物の生成が促進されてしまうため所
定の組織を得ることができなくなるばかりで
なく、焼結合金中の酸素量が増大するため、
合金強度が著しく低下し、過酷な条件下での
使用に耐えられなくなり、さらに耐摩耗性お
よび摺動特性も劣化するようになることか
ら、焼結雰囲気の真空度を10^-1torr以上と定
めた。 (b) 焼結温度焼結温度が1020℃未満では、素地中への合
金成分の固相拡散が十分に行なわれないた
め、所望の合金強度および組織を確保するこ
とができず、一方1200℃を越えた焼結温度で
は液相の発生量が多くなりすぎて、形状変形
が著しく、所定の形状が得られなくなること
から、焼結温度を1020〜1200℃と定めた。 (c) 冷却速度冷却速度が２℃／min未満では、あまりに
も徐冷すぎて実用的でないばかりでなく、こ
のように遅い冷却速度にしても遊離黒鉛の析
出量および炭化物の形成量はこれより速い冷
却速度の場合とほとんど同じであり、一方40
℃／minを越えた冷却速度にしても、相対的
に炭化物の割合が多く、遊離黒鉛の割合が少
なくなる傾向が現われるが、その改善効果に
より一層の向上効果は得られないことから、
焼結後における焼結温度から少なくとも変態
点までの冷却速度を２〜40℃／minと定め
た。つぎに、この発明のFe基焼結合金およびその
製造法を実施例により具体的に説明する。実施例原料粉末として、粒度−100meshのFe粉末、
いずれも粒度−100meshを有し、かつCr含有量が
それぞれ５％、13％、25％、35％、および65％の
５種類のFe−Cr合金粉末、同−100meshのカー
ボン粉末、平均粒径：3μｍのMo粉末およびＷ粉
末、いずれも粒度−100meshを有するTiC粉末、
NbC粉末、およびWC粉末、粒度−100meshのFe
−Cr−Mo−Nb合金（Cr：13％、Mo：１％、
Nb：７％含有）粉末、いずれも粒度−100mesh
のFe−Ｐ合金（Ｐ：27％含有）粉末、Fe−Ｂ合
金（Ｂ：17％含有）粉末、およびFe−Si合金
（Si：42％含有）粉末を用意し、これら原料粉末
をそれぞれ第１表に示される配合組成に配合し、
Ｖ型ミキサーにて30分間混合した後、４〜7ton／
cm²の範囲内の所定圧力にて圧粉体に成形し、つい
でこれらの圧粉体を第２表に示される焼結条件お
よび冷却条件にて焼結することによつて、本発明
法１〜33および比較法１〜３をそれぞれ実施し、
Fe基焼結合金を製造した。なお、比較法１〜３は配合組成（第１表に※印
を付したもの）がこの発明の範囲から外れたもの
である。

【表】

【表】つぎに、この結果得られた各種のFe基焼結合
金について、その素地における炭化物および遊離
黒鉛の割合を測定すると共に、試験片寸法：20mm□×厚さ10mm、面圧：20Kg／cm²、周速：6.8ｍ／sec、相手材：FC−22、潤滑油：使用、摩擦距離：15×10⁴ｍ、の条件で摩耗試験を行ない、上記試験片の摩耗深
さと、相手攻撃性を評価する目的で、相手材の摩
耗深さを測定した。これらの結果を第１表に示し
た。第１表に示される結果から、本発明法１〜33で
製造されたFe基焼結合金は、いずれもすぐれた
耐摩耗性および自己潤滑性を具備しているのに対
して、比較法１〜３で製造されたFe基焼結合金
に見られるように、配合組成がこの発明の範囲か
ら外れると、前記両特性のうち少なくともいずれ
かの特性が劣つたものになることが明らかであ
る。上述のように、この発明によれば、素地中に微
細均一に分散した炭化物と遊離黒鉛によつて、す
ぐれた耐摩耗性と自己潤滑性が確保され、かつ素
地によつてすぐれた耐熱性と耐食性を具備した
Fe基焼結合金を製造することができ、しかもこ
のFe基焼結合金を、これらの特性が要求される
各種の分野、例えば耐摩耗部品の製造に適用した
場合に、すぐれた性能を長期に亘つて安定的に発
揮するなどの工業上有用な効果がもたらされるの
である。

Claims

【特許請求の範囲】１ Cr：１〜25％、Ｃ：1.3〜６％、Si：0.5〜５
％、 Mo、Ｗ、およびNbのうちの１種または２種以
上（合量で）：0.1〜20％、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる配
合組成を有する圧粉体を、圧力：10^-1torr以下の真空中、1020〜1200℃の
範囲内の所定温度で焼結した後、少なくとも焼結温度から変態点までの範囲を２
〜40℃／minの速度で冷却して、素地中に、ビツカース硬さで700以上を有する
炭化物：３〜40容量％および遊離黒鉛：３〜20容
量％が均一に分散した組織を有するFe基焼結合
金を製造することを特徴とする耐摩耗性および自
己潤滑性のすぐれたFe基焼結合金の製造法。２ Cr：１〜25％、Ｃ：1.3〜６％、Si：0.5〜５
％、 Mo、Ｗ、およびNbのうちの１種または２種以
上（合量で）：0.1〜20％、を含有し、さらに、ＰおよびＢのうちの１種または２種（合量
で）：0.05〜２％、を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる配
合組成を有する圧粉体を、圧力：10^-1torr以下の真空中、1020〜1200℃の
範囲内の所定温度で焼結した後、少なくとも焼結温度から変態点までの範囲を２
〜40℃／minの速度で冷却して、素地中に、ビツカース硬さで700以上を有する
炭化物：３〜40容量％および遊離黒鉛：３〜20容
量％が均一に分散した組織を有するFe基焼結合
金を製造することを特徴とする耐摩耗性および自
己潤滑性のすぐれたFe基焼結合金の製造法。