JPH0128826B2 - - Google Patents
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- JPH0128826B2 JPH0128826B2 JP59057389A JP5738984A JPH0128826B2 JP H0128826 B2 JPH0128826 B2 JP H0128826B2 JP 59057389 A JP59057389 A JP 59057389A JP 5738984 A JP5738984 A JP 5738984A JP H0128826 B2 JPH0128826 B2 JP H0128826B2
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- cast iron
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Landscapes
- Mechanical Sealing (AREA)
- Sealing Material Composition (AREA)
Description
本発明は建設機械や建設車両の軸封装置として
用いられるフローテイングシール、特に鋳鉄製フ
ローテイングシールに関するものである。 フローテイングシールは図面に示す如く回転軸
1の端部に配されて、ケーシング2と回転カバー
3側とにそれぞれOリング5,5を介して組付け
られるものであり、フローテイングシール4,4
はそれぞれケーシング2、回転カバー3とに結合
されてシール面6,6にて回転摺動する。ここで
ケーシング2と回転カバー3の間から浸入する土
砂や塵、汚水はOリング5,5及びフローテイン
グシールのシール面6,6にてシールされるもの
で、シール面6,6は摺動条件にある理由によつ
て特別なシール性、即ち耐摩耗性、耐食性が必要
とされる。 又フローテイングシールは外周側にOリングと
の接触面を形成するが、Oリングのシール性を維
持する上でこの面の面精度も要求される。 かかるフローテイングシールは主としてシール
面の耐摩耗性を重視して、耐摩耗性鋳鉄、例えば
白鋳鉄や、Cr−Mo合金鋳鉄が使用される。これ
らの合金鋳鉄は主として高硬度なCr炭化物を多
量に含むことで耐摩耗性効果を得るもので、さら
に鋳放しのままでマルテンサイト化されることに
より基地強度、硬度にも優れる。 しかしながらかかる耐摩耗性合金鋳鉄では焼入
れされることにより耐摩耗性効果に優れる一方
で、極めて硬度が高いことによる被削性の悪さ
や、添加元素が多量であることによる鋳造性の悪
さ、及び熱処理工程を多く含むことによるコスト
高等の諸問題がある。 これに対してフローテイングシールのシール面
のみを冷し金によりチル化し、必要部分のみに耐
摩耗性に優れるチル層を形成することが考えられ
るが、通常の鋳鉄をチル化したものではチル組織
の安定化がされ難いばかりか充分な表面硬度が得
難く実用性に乏しい。 これに対して近年小物鋳物の表面チル化手段と
して再溶融冷却によるチル化が注目されており、
例えば特公昭51−49573号や特公昭48−25289号等
に示される如く、チル化され難い材料表面を電子
ビーム照射により再溶融し母材自体の熱容量によ
り急冷することで耐摩耗性に優れるチル組織を形
成しうるものである。 かかる再溶融冷却によりチル層を設けたフロー
テイングシールとしては本出願人が先に提案した
特願昭56−56908号があるが、本発明の目的はこ
の再溶融冷却したチル組織を有するフローテイン
グシールをさらに改良し、フローテイングシール
としてのシール面の耐摩耗性に優れ、かつ母材の
強度、被削性、鋳造性に優れたものを提供するこ
とである。 本発明の特徴とするところは特許請求の範囲に
記載した如く、下記の2つの構成要件よりなる鋳
鉄性のフローテイングシールにある。 1 化学成分が重量%にて、C:2.5〜3.8%、
Si:2.0〜4.0%、Mn:0.4〜2.0%、Cu:0.5〜
4.0%、Ni:4.0%以下、Cr,Ti,W,Vのうち
1種又は2種以上で0.3〜1.3%、P:0.5%以
下、S:0.2%以下、残部Feからなること。 2 シール面は再溶融チル組織を有すること。 上記の特徴を有する本発明のフローテイングシ
ールはシール面に再溶融冷却に固有な緻密なチル
組織を有すると共に、母材自体は被削性、鋳造性
に優れるものである。 成分の限定理由を以下に述べる。 Cはチル組織のセメンタイト量を制御すると共
に母材組織を調整するもので、2.5%未満である
とチル組織のセメンタイト量が不十分となり耐摩
耗性に不足し、さらに母材の被削性が低下する。
一方3.8%超ではチル組織のセメンタイトが粗大
化し、チル組織に再溶融によるブローホールが生
じ易くなり、又母材の黒鉛量が過多となり強度が
低下するため2.5〜3.0%で選択される。 SiはC量とも関係するが鋳鉄の黒鉛化に寄与す
るものであり、2.0%未満であると母材の黒鉛化
が進まず母材自体がチル化し被削性が著しく低下
し、4.0%を超えると黒鉛化が過剰に進行し母材
強度が低下する他、再溶融チルに際しブローホー
ルが生じ易く、2.0〜4.0%で選択される。 Mnは有害元素であるSの除去に効果を有し、
またチル化傾向を有する為、黒鉛化元素である
Cu,Niによる黒鉛の成長を抑制し基地強度の改
善に寄与するが、2.0%超ではチル化傾向が顕著
になり靭性の低下、被切削性の劣下を招く。また
0.4%未満ではSの除去、基地強度の改善に対す
る効果が得られないため、0.4〜2.0%で選択され
る。 Cuは鋳鉄の肉厚感受性を低下させ、母材の強
度と耐食性を向上させるが、4.0%以上では基地
中に完全に固溶せず析出する為に母材の機械的性
質の低下を招く。一方0.5%未満では上記の効果
が得られない。従つて0.5〜4.0%で選択される。 NiはCuと同様に鋳鉄の肉厚感受性を低下させ
基地強度を向上させることに効果がある。また薄
肉材の場合、Cu単独の添加ではCr,Mo等の影響
で白銑化しやすくなるが、Cuよりも黒鉛化傾向
の大きいNiの添加によつて白銑化を抑制するこ
ができる。しかし、4.0%超では基地中のベイナ
イトさらには残留オーステナイトの増加を招き強
度を低下させるので、4.0%以下で選択される。 Cr,Ti,W,Vのうち1種又は2種以上を選
択して添加することにより高硬度の炭化物を形成
させて耐摩耗性を向上させ得るが、0.3%未満で
は硬度向上の効果が得られず、1.3%超では母材
の鋳放し硬度が高くなり過ぎて切削性を害するの
で0.3〜1.3%で選択する。これら耐摩耗性を向上
させる元素としては微細な炭化物を形成し、基地
強度の向上にも効果のあるCrを選択することが
最も好ましい。 不可避不純物であるP,Sは各々0.5%以下、
0.2%以下に抑えることが望ましい。 以上説明した如き化学成分よりなる本発明フロ
ーテイングシールは鋳造されて後にシール面が再
溶融冷却されてチル組織61が形成される。かか
る再溶融手段には104〜107W/cm2の高密度エネル
ギ熱源、具体的には電子ビーム、レーザビーム、
TIGアーク、プラズマアークが用いられる。ただ
し107W/cm2を超えた高密度エネルギではシール
面の再溶融以前に表面が蒸発して、衝撃硬化を受
けるものの充分な再溶融層が得られず、104W/
cm2未満の相対的に低密度なエネルギ加熱では再溶
融されて冷却される速度が遅く、母材への熱影響
が多大であるばかりか、チル組織もモツトル状と
なり充分な硬度と強度が得られない。 (実施例) 本発明材の性能確認試験を行なつた。 表に示すように、No.1,2,3の試料が本発明
材で、No.4,5,6が比較材である(No.5はCr
−Mo鋳鉄でNo.6は高Cr鋳鉄)。 各々、溶解、鋳造、荒加工、再溶融(TIGアー
ク照射)、仕上げ加工の工程によつて試料を作成
し、硬度と摩耗量の測定を行つた。
用いられるフローテイングシール、特に鋳鉄製フ
ローテイングシールに関するものである。 フローテイングシールは図面に示す如く回転軸
1の端部に配されて、ケーシング2と回転カバー
3側とにそれぞれOリング5,5を介して組付け
られるものであり、フローテイングシール4,4
はそれぞれケーシング2、回転カバー3とに結合
されてシール面6,6にて回転摺動する。ここで
ケーシング2と回転カバー3の間から浸入する土
砂や塵、汚水はOリング5,5及びフローテイン
グシールのシール面6,6にてシールされるもの
で、シール面6,6は摺動条件にある理由によつ
て特別なシール性、即ち耐摩耗性、耐食性が必要
とされる。 又フローテイングシールは外周側にOリングと
の接触面を形成するが、Oリングのシール性を維
持する上でこの面の面精度も要求される。 かかるフローテイングシールは主としてシール
面の耐摩耗性を重視して、耐摩耗性鋳鉄、例えば
白鋳鉄や、Cr−Mo合金鋳鉄が使用される。これ
らの合金鋳鉄は主として高硬度なCr炭化物を多
量に含むことで耐摩耗性効果を得るもので、さら
に鋳放しのままでマルテンサイト化されることに
より基地強度、硬度にも優れる。 しかしながらかかる耐摩耗性合金鋳鉄では焼入
れされることにより耐摩耗性効果に優れる一方
で、極めて硬度が高いことによる被削性の悪さ
や、添加元素が多量であることによる鋳造性の悪
さ、及び熱処理工程を多く含むことによるコスト
高等の諸問題がある。 これに対してフローテイングシールのシール面
のみを冷し金によりチル化し、必要部分のみに耐
摩耗性に優れるチル層を形成することが考えられ
るが、通常の鋳鉄をチル化したものではチル組織
の安定化がされ難いばかりか充分な表面硬度が得
難く実用性に乏しい。 これに対して近年小物鋳物の表面チル化手段と
して再溶融冷却によるチル化が注目されており、
例えば特公昭51−49573号や特公昭48−25289号等
に示される如く、チル化され難い材料表面を電子
ビーム照射により再溶融し母材自体の熱容量によ
り急冷することで耐摩耗性に優れるチル組織を形
成しうるものである。 かかる再溶融冷却によりチル層を設けたフロー
テイングシールとしては本出願人が先に提案した
特願昭56−56908号があるが、本発明の目的はこ
の再溶融冷却したチル組織を有するフローテイン
グシールをさらに改良し、フローテイングシール
としてのシール面の耐摩耗性に優れ、かつ母材の
強度、被削性、鋳造性に優れたものを提供するこ
とである。 本発明の特徴とするところは特許請求の範囲に
記載した如く、下記の2つの構成要件よりなる鋳
鉄性のフローテイングシールにある。 1 化学成分が重量%にて、C:2.5〜3.8%、
Si:2.0〜4.0%、Mn:0.4〜2.0%、Cu:0.5〜
4.0%、Ni:4.0%以下、Cr,Ti,W,Vのうち
1種又は2種以上で0.3〜1.3%、P:0.5%以
下、S:0.2%以下、残部Feからなること。 2 シール面は再溶融チル組織を有すること。 上記の特徴を有する本発明のフローテイングシ
ールはシール面に再溶融冷却に固有な緻密なチル
組織を有すると共に、母材自体は被削性、鋳造性
に優れるものである。 成分の限定理由を以下に述べる。 Cはチル組織のセメンタイト量を制御すると共
に母材組織を調整するもので、2.5%未満である
とチル組織のセメンタイト量が不十分となり耐摩
耗性に不足し、さらに母材の被削性が低下する。
一方3.8%超ではチル組織のセメンタイトが粗大
化し、チル組織に再溶融によるブローホールが生
じ易くなり、又母材の黒鉛量が過多となり強度が
低下するため2.5〜3.0%で選択される。 SiはC量とも関係するが鋳鉄の黒鉛化に寄与す
るものであり、2.0%未満であると母材の黒鉛化
が進まず母材自体がチル化し被削性が著しく低下
し、4.0%を超えると黒鉛化が過剰に進行し母材
強度が低下する他、再溶融チルに際しブローホー
ルが生じ易く、2.0〜4.0%で選択される。 Mnは有害元素であるSの除去に効果を有し、
またチル化傾向を有する為、黒鉛化元素である
Cu,Niによる黒鉛の成長を抑制し基地強度の改
善に寄与するが、2.0%超ではチル化傾向が顕著
になり靭性の低下、被切削性の劣下を招く。また
0.4%未満ではSの除去、基地強度の改善に対す
る効果が得られないため、0.4〜2.0%で選択され
る。 Cuは鋳鉄の肉厚感受性を低下させ、母材の強
度と耐食性を向上させるが、4.0%以上では基地
中に完全に固溶せず析出する為に母材の機械的性
質の低下を招く。一方0.5%未満では上記の効果
が得られない。従つて0.5〜4.0%で選択される。 NiはCuと同様に鋳鉄の肉厚感受性を低下させ
基地強度を向上させることに効果がある。また薄
肉材の場合、Cu単独の添加ではCr,Mo等の影響
で白銑化しやすくなるが、Cuよりも黒鉛化傾向
の大きいNiの添加によつて白銑化を抑制するこ
ができる。しかし、4.0%超では基地中のベイナ
イトさらには残留オーステナイトの増加を招き強
度を低下させるので、4.0%以下で選択される。 Cr,Ti,W,Vのうち1種又は2種以上を選
択して添加することにより高硬度の炭化物を形成
させて耐摩耗性を向上させ得るが、0.3%未満で
は硬度向上の効果が得られず、1.3%超では母材
の鋳放し硬度が高くなり過ぎて切削性を害するの
で0.3〜1.3%で選択する。これら耐摩耗性を向上
させる元素としては微細な炭化物を形成し、基地
強度の向上にも効果のあるCrを選択することが
最も好ましい。 不可避不純物であるP,Sは各々0.5%以下、
0.2%以下に抑えることが望ましい。 以上説明した如き化学成分よりなる本発明フロ
ーテイングシールは鋳造されて後にシール面が再
溶融冷却されてチル組織61が形成される。かか
る再溶融手段には104〜107W/cm2の高密度エネル
ギ熱源、具体的には電子ビーム、レーザビーム、
TIGアーク、プラズマアークが用いられる。ただ
し107W/cm2を超えた高密度エネルギではシール
面の再溶融以前に表面が蒸発して、衝撃硬化を受
けるものの充分な再溶融層が得られず、104W/
cm2未満の相対的に低密度なエネルギ加熱では再溶
融されて冷却される速度が遅く、母材への熱影響
が多大であるばかりか、チル組織もモツトル状と
なり充分な硬度と強度が得られない。 (実施例) 本発明材の性能確認試験を行なつた。 表に示すように、No.1,2,3の試料が本発明
材で、No.4,5,6が比較材である(No.5はCr
−Mo鋳鉄でNo.6は高Cr鋳鉄)。 各々、溶解、鋳造、荒加工、再溶融(TIGアー
ク照射)、仕上げ加工の工程によつて試料を作成
し、硬度と摩耗量の測定を行つた。
【表】
【表】
摩耗量の測定は、各々の供試材を8×7×5mm
の平板状試料に加工し、これらを平面接触滑り摩
耗試験機における固定片として、40φ×10mmのロ
ーラ状に加工した回転片の円周面に圧接し、その
圧接面に対して常時潤滑油を供給した。 試験条件は以下の通りである。 荷重…80Kgf、周速…1m/s、潤滑油…R30
+3%アルミナ粉、油温…75℃、試験時間…7時
間。 回転片(相手材)が固定片(当試料)と同一材
料の場合が表における摩耗量、回転片が高Cr
鋳鉄材の場合が摩耗量である。 この結果、比較材はいずれも再溶融によつてブ
ローホールが生じ、チル部の硬度は測定不能だつ
た。さらに比較材No.4はブローホールが多すぎて
摩耗試験には供試できなかつた。一方、本発明材
はブローホールが生じず、摩耗量は相手材ととも
にいずれも少ない値を示した。 以上述べたように本発明のフローテイングシー
ルは、母材が鋳放し状態でロツクウエル硬度20〜
35程度の被削性の良好な鋳鉄材であり、シール面
には極めて耐摩耗性に優れる再溶融冷却チル層を
有し、また低合金鋳鉄として材料コストの低いフ
ローテイングシールである。また、本発明に係る
材料とチル形成の方法は、本発明フローテイング
シールのシール面と摺動する面を有する一般的な
シールリングにも適用できるものである。
の平板状試料に加工し、これらを平面接触滑り摩
耗試験機における固定片として、40φ×10mmのロ
ーラ状に加工した回転片の円周面に圧接し、その
圧接面に対して常時潤滑油を供給した。 試験条件は以下の通りである。 荷重…80Kgf、周速…1m/s、潤滑油…R30
+3%アルミナ粉、油温…75℃、試験時間…7時
間。 回転片(相手材)が固定片(当試料)と同一材
料の場合が表における摩耗量、回転片が高Cr
鋳鉄材の場合が摩耗量である。 この結果、比較材はいずれも再溶融によつてブ
ローホールが生じ、チル部の硬度は測定不能だつ
た。さらに比較材No.4はブローホールが多すぎて
摩耗試験には供試できなかつた。一方、本発明材
はブローホールが生じず、摩耗量は相手材ととも
にいずれも少ない値を示した。 以上述べたように本発明のフローテイングシー
ルは、母材が鋳放し状態でロツクウエル硬度20〜
35程度の被削性の良好な鋳鉄材であり、シール面
には極めて耐摩耗性に優れる再溶融冷却チル層を
有し、また低合金鋳鉄として材料コストの低いフ
ローテイングシールである。また、本発明に係る
材料とチル形成の方法は、本発明フローテイング
シールのシール面と摺動する面を有する一般的な
シールリングにも適用できるものである。
図面は本発明フローテイングシールの使用状態
を示す断面図である。 1……回転軸、4……フローテイングシール、
5……Oリング、6……シール面、61……チル
組織。
を示す断面図である。 1……回転軸、4……フローテイングシール、
5……Oリング、6……シール面、61……チル
組織。
Claims (1)
- 1 鋳鉄製のフローテイングシールにおいて、成
分組成が重量%にて、C:2.5〜3.8%、Si:2.0〜
4.0%、Mn:0.4〜2.0%、Cu:0.5〜4.0%、Ni:
4.0%以下、Cr,Ti,W,Vのうち1種又は2種
以上で0.3〜1.3%、P:0.5%以下、S:0.2%以
下、残部Feからなり、かつシール面は再溶融冷
却チル組織を有することを特徴とするフローテイ
ングシール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5738984A JPS60200950A (ja) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | フロ−テイングシ−ル |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5738984A JPS60200950A (ja) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | フロ−テイングシ−ル |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60200950A JPS60200950A (ja) | 1985-10-11 |
JPH0128826B2 true JPH0128826B2 (ja) | 1989-06-06 |
Family
ID=13054257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5738984A Granted JPS60200950A (ja) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | フロ−テイングシ−ル |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60200950A (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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