JP3311982B2 - 高温用摺動合金及びその摺動合金を使用した摺動構造 - Google Patents
高温用摺動合金及びその摺動合金を使用した摺動構造Info
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Description
温から高温にいたる条件で使用される高温用摺動合金及
びその摺動合金を使用した摺動構造に関する
動合金として、本出願人により特開平5ー17839号
公報や特開平7ー292430号公報に開示された発明
が知られている。これらではNi系合金の合金マトリッ
クス中にCoーMoーCrーSi系硬質粒子が分散した
組織を有する摺動合金としている。
発明では、全体組成が重量比でCr:9〜30%、F
e:5〜19%、Si:0.1〜1.5%、Co:2〜
22%、Mo:1.4〜11%、残部Niと不可避不純
物からなる合金であって、合金マトリックス中にCoー
MoーCrーSi系硬質粒子が体積比で5〜35%の範
囲で分散した組織を有するものとされている。そして、
析出硬化型のNi基耐熱合金のように硬度Hvが300
〜500と相手材が硬い場合、例えばガソリンまたはジ
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
可変バルブなどの適用に特に優れたものとしている。
示された発明では、重量比でCr:2〜8%、Fe:2
〜10%、Si:0.1〜1.5%、Co:2〜22
%、Mo:1.4〜11%、残部Niと不可避不純物の
成分組成を有し、マトリックス中に重量比で5〜35%
のCoーMoーCrーSi系硬質粒子が分散した組織を
有するものとされている。そして、特にオーステナイト
系ステンレス鋼などからなる軟らかい相手材に対して
も、相手材の摩耗を軽減し、耐久性に優れた摺動構造と
することができるとしている。
に被加熱処理品を装入する際に使用される台車用軸受な
どでは、炉内の高温条件下のみならず常温条件下におい
ても、耐摩耗性など優れた軸受特性を有するものが求め
られている。しかし、上述した従来の摺動材では、高温
においては優れた摺動特性を示すが、常温における摺動
特性、特に摩擦係数の点で未だ十分ではなかった。
至るいずれの温度条件の下であっても摺動特性、特に摩
擦係数が小さく、耐摩耗性に優れた高温用摺動合金及び
高温用摺動構造とすることを目的としている。
量比でCr:2〜8%、Fe:2〜10%、Si:0.
1〜1.5%、Co:2〜22%、Mo:1.4〜11
%、残部Niからなり、マトリックス中に重量比で1〜
35%のCo−Mo−Cr−Si系の硬質粒子が分散
し、さらに該硬質粒子の表面にCo−Mo−Cr−Si
の酸化物相、Co−Crの酸化物相及び酸化モリブデン
相を形成している。
は、2%未満では、マトリックスの耐酸化性に欠け、8
%を越えると粉末圧縮時の圧縮率を高めることができず
密度の高い焼結体を得ることができない。このため、2
〜8%とし、特に5〜7%では、成形性、耐酸化性の点
からより望ましい。
は、2%未満では高温強度に劣り、10%を越えると使
用粉末が硬くなって粉末圧縮時の圧縮率を高めることが
できず、密度の高い焼結体を得ることができない。この
ため、2〜10%とする。特に4〜6%では、高温強度
がより優れ、また耐酸化性の点から望ましい。
比で1〜35%とする理由は、1%未満では高温での摺
動特性を高める効果が少なく、35%を越えると粉末の
成形性が悪くなるとともに、合金が硬くなって摺動時に
相手側相手材の摩耗量が増大する。また、CoーMoー
CrーSi系硬質粒子、特に100〜200μmの粒子
がマトリックス中に均一に分散していることが望まし
い。
量%でMo:26〜30%、Cr:7.5〜9.5%、
Si:2.4〜2.6%、残部Coからなる稠密六方晶
の結晶構造を有するものである。この稠密六方晶の結晶
構造を有するCoーMoーCrーSi系硬質粒子を形成
するために、合金全体に対する重量%は、Si:0.1
〜1.5%、Co:2〜22%、Mo:1.4〜11%
とする。
で加熱すると、表面に露出しているCoーMoーCrー
Si系硬質粒子の表面が酸化する。これにより、図1に
示すように、Ni−Cr−Feのマトリックス1中に分
散しているCoーMoーCrーSi系硬質粒子2の内、
表面に露出している部位が酸化して、CoーMoーCr
ーSiの酸化物相2aが形成される。そして、さらに酸
化されてCoーCrの酸化物相2b、及びその表面に酸
化モリブデン相2cが形成される。
相手材との間で摺動すると、潤滑性のある酸化モリブデ
ン相2cが相手材側に移着して、潤滑効果を発揮する。
また、脆く硬いCoーCrの酸化物相2bが細かく割れ
て、摺動材と相手材との間で転動する微細な粒状にな
り、この粒状粒子が一種の転がり摩擦作用を呈すること
になる。この潤滑と転動する相乗効果により、スティッ
クスリップが解消されて低い摩擦係数になるものと考え
られる。
合金を用いた摺動材と、この摺動材に摺接する相手材と
からなる摺動構造において、該相手材の摺接面には窒化
処理が施されている。窒化処理によって、室温から高温
に至るまで摩擦係数が小さく、また摺動材及び相手材の
耐摩耗性が向上して、さらに耐久性に優れた摺動構造と
することができる。
どに接合したバイメタルの構造とすることもでき、さら
に、初期なじみ性を向上するために、摺動材の摺動面に
BN、MOS2などの固体潤滑材からなる被覆層を形成し
てもよい。なお、相手材としては、ステンレス鋼や耐熱
鋼などの耐熱性を有する材料が望ましい。
〜8%、Fe:2〜10%、Si:0.1〜1.5%、
Co:2〜22%、Mo:1.4〜11%、残部Niか
らなり、マトリックス中に重量比で1〜35%のCo−
Mo−Cr−Si系の硬質粒子が分散し、さらに該硬質
粒子の表面にCo−Mo−Cr−Siの酸化物相、Co
−Crの酸化物相及び酸化モリブデン相を形成してい
る。これにより、窒温から高温における摩擦係数が小さ
く、また摺動材及び相手材の耐摩耗性を高める効果を奏
する。
合金からなる摺動材と、この摺動材に摺接する相手材と
からなる摺動構造において、該相手材の摺接面には窒化
処理が施されていることによって、さらに摺動材及び相
手材の耐摩耗性を高める効果を奏する。
説明する。実施例1,2及び比較例1、2の供試試料を
製作するために、次の粉末を原料粉末として混合した。
純Ni粉末は粒子径がー250メッシュ(60μm以
下)のものを、FeーCr合金粉は粒子径がー250メ
ッシュ(60μm以下)でその成分は重量%で、Cr:
46%、残部Fe及び不可避成分のものを、CoーMo
ーCrーSi合金粉末は粒子径がー100メッシュ(1
50μm以下)で、その成分は重量%でMo:28%、
Cr:8.5%、Si:2.5%、残部Co及び不可避
成分のものを用いた。
3.5重量%、FeーCr合金粉を16.5重量%、C
oーMoーCrーSi合金粉末を10重量%の配合比率
で混合した。これにより、重量比でCr:8.2%、F
e:5.2%、Si:0.5%、Co:6.7%、M
o:3.5%、残部Niの各混合粉末が作成された。な
お、混合時には成形性を高めるために1%のステアリン
酸亜鉛を混合した。このようにして得られた混合粉末を
成形圧力6t/cm2で直径32mm、長さ30mmの
円柱に成形した。
酸亜鉛を十分に脱ろうした後、H2+N2雰囲気中で11
50°Cにて1時間焼結した。こうして得られた丸棒状
の材料からリング状の試験片を作成して比較例1及び比
較例2の供試試料とした。
の試験片を大気雰囲気中で800゜Cにて30分間加熱
して酸化処理を施した。この酸化処理により、図1に模
式的に示すように、Ni−Cr−Feのマトリックス1
中に分散しているCoーMoーCrーSi系硬質粒子2
の内、表面に露出している部位が酸化して、CoーMo
ーCrーSiの酸化物相2a、CoーCrの酸化物相2
b、及びその表面に酸化モリブデン相2cが形成され
た。また、比較例3、4については、耐熱鋼(SUH
3)により、リング状の試験片を作成し、供試試料とし
た。
比較例1〜4の供試試料について、20°C(室温)、
540℃及び800℃の各試験温度について摩耗試験を
行った。相手材として、実施例2及び比較例2、4につ
いては、硬度Hv200のSUS303(成分Ni:9
%,Cr:18%、残部Feおよび不可避成分)をリン
グ状に成形したものを相手材とし、また、実施例1及び
比較例1、3については、SUS303を窒化処理して
硬度Hv1100とした相手材を使用した。試験は、2
5Kgf/cm2の荷重をリングに加えた上で速度1.
2m/minの条件にて30分間行なった。
量について、表1〜3に示す結果が得られた。また、図
2、3は得られた実施例1、2及び比較例1、2の摩擦
係数、摺動材の摩耗量の結果をグラフに纏めたものであ
る。なお、室温の20°Cで行なった比較例3、4で
は、試験開始まもなく焼付きを生じたため、試験を中止
した。
ずれも高温になる程小さくなる結果が得られた。また、
室温の20°Cにおける摩擦係数は、比較例2では1.
60であったものが実施例2では1.00と大幅に小さ
くなり、室温における低摩擦係数を示す効果が確認され
た。また、相手材に窒化処理を施して硬くすると摩擦係
数は更に小さくなり、比較例1、実施例1では、1.2
2と0.70となった。
及び比較例1、2では、いずれも高温になる程小さくな
り、800°Cでは、摩耗量が0mmと無視できる程に
小さくなっていた。また、室温における摺動材の摩耗量
は、比較例2では0.7mmであったものが実施例2で
は0.17mmと大幅に小さくなり、室温における耐摩
耗性に優れていることが確認された。また、相手材に窒
化処理を施した実施例1、比較例1ではさらに少ない摩
耗量となった。
ともにいずれの温度についても0mmと無視できる程小
さかった。一方、比較例2では、室温で2.0mm、5
40°Cで0.14mmとなり、実施例2が非攻撃性に
優れていることが確認された。
た状態を模式的に示す断面図
Claims (2)
- 【請求項1】 重量比でCr:2〜8%、Fe:2〜1
0%、Si:0.1〜1.5%、Co:2〜22%、M
o:1.4〜11%、残部Niからなり、マトリックス
中に重量比で1〜35%のCo−Mo−Cr−Si系の
硬質粒子が分散し、さらに該硬質粒子の表面にCo−M
o−Cr−Siの酸化物相、Co−Crの酸化物相及び
酸化モリブデン相を形成していることを特徴とする高温
用摺動合金。 - 【請求項2】 請求項1記載の摺動合金を用いた摺動材
と、この摺動材に摺接する相手材とからなる摺動構造に
おいて、該相手材の摺接面には窒化処理が施されている
ことを特徴とする高温用摺動構造。
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