JP2001295004A - 鉄基焼結合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高温における耐摩耗性に優れかつ相手攻撃性の
少ない鉄基燒結合金を提供する。 【解決手段】Ｃｕ：１０〜４０質量％、並びにＣｏ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または
２種以上を合計で３〜３５質量％を含有し、必要に応じ
て、Ｃ：０．０５〜３．５質量％および／またはＮｉ：
０．１〜１５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避
不純物からなる組成を有し、かつＦｅを主成分とするＦ
ｅ基合金相１をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相２で結
合してなる素地中に、ＭＨＶ５００〜１７００の硬質合
金粒子相３が断面花びら状のＦｅ基合金相１´によりに
包囲された状態で分散している組織を有する鉄基燒結合
金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、耐摩耗性に優れ
かつ相手攻撃性の少ない鉄基燒結合金に関するものであ
り、特に高温における耐摩耗性に優れかつ相手攻撃性の
少ない鉄基燒結合金に関するものであり、この発明の鉄
基燒結合金はバルブシート、バルブガイド、シンクロナ
イザーリング、ピストン耐摩環など高温に曝される各種
摺動機械部品を製造するために使用される。

【０００２】

【従来の技術】Ｃｕを含みＦｅを主成分とするＦｅ−Ｃ
ｕ系鉄基焼結合金は、各種摺動機械部品の製造に使用さ
れていることは知られている。例えば、Ｃｕ：８．０〜
１５．０質量％、Ｃ：１．２〜２．０質量％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、か
つＦｅ基合金相およびＣｕ基合金相からなる組織を有す
るＦｅ−Ｃｕ系鉄基燒結合金は、シンクロナイザーリン
グの素材として使用されることが知られている（特開平
８−１７７８７９号公報参照）。このＦｅ−Ｃｕ系鉄基
燒結合金は微細パーライト組織を有するＦｅ基合金相お
よび遊離のＣｕ基合金相からなる組織を有し、硬いＦｅ
基合金相と軟らかいＣｕ基合金相が混在しているところ
から、優れた強度および耐摩耗性を備えると共に安定し
た摩擦特性を有しているといわれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来のＦ
ｅ−Ｃｕ系鉄基焼結合金は、高温における耐摩耗性が十
分でなく、高温における耐摩耗性が一層優れると共に相
手攻撃性の小さいＦｅ−Ｃｕ系鉄基焼結合金が求められ
ている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高温にお
ける耐摩耗性に優れかつ相手材に対する相手攻撃性の少
ない鉄基燒結合金を得るべく研究を行っていたところ、
（ａ）Ｆｅを主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分
とするＣｕ基合金相で結合してなる素地中に硬質合金粒
子相が前記Ｆｅ基合金相により断面花びら状に包囲され
た状態で分散した組織を有する鉄基焼結合金は、高温下
において耐摩耗性に優れかつ相手攻撃性が小さくなる、
（ｂ）前記組織を有する鉄基焼結合金は、Ｃｕ：１０〜
４０質量％、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｓｉの内の１種または２種以上を合計で３〜３５質量％
を必須成分として含有し、さらに必要に応じてＮｉ：
０．１〜１５質量％および／またはＣ：０．０５〜３．
５質量％を含有し、残部：Ｆｅからなる組成であること
が好ましい、などの知見を得たのである。

【０００５】この発明は、かかる知見にもとづいて成さ
れたものであって、（１）Ｆｅを主成分とするＦｅ基合
金相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる
素地中に硬質合金粒子相が分散した組織を有する鉄基焼
結合金であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地中
に、断面花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された状
態で分散している鉄基燒結合金、（２）Ｃｕ：１０〜４
０質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍ
ｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計で
３〜３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純
物からなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金
相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素
地中に硬質合金粒子相が分散した組織を有する鉄基焼結
合金であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、
断面花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された状態で
分散している鉄基燒結合金、（３）Ｃｕ：１０〜４０質
量％、Ｃ：０．０５〜３．５質量％を含有し、さらにＣ
ｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種
または２種以上を合計で３〜３５質量％を含有し、残り
がＦｅおよび不可避不純物からなる組成、並びにＦｅを
主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分とするＣｕ基
合金相で結合してなる素地中に硬質合金粒子相が分散し
た組織を有する鉄基焼結合金であって、前記硬質合金粒
子相は、前記素地中に、断面花びら状のＦｅ基合金相に
よりに包囲された状態で分散している鉄基燒結合金、
（４）Ｃｕ：１０〜４０質量％、Ｎｉ：０．１〜１５質
量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計で３〜
３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物か
らなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金相を
Ｃｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素地中
に硬質合金粒子相が分散した組織を有する鉄基焼結合金
であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、断面
花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された状態で分散
している鉄基燒結合金、（５）Ｃｕ：１０〜４０質量
％、Ｎｉ：０．１〜１５質量％、Ｃ：０．０５〜３．５
質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計で３〜
３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物か
らなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金相を
Ｃｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素地中
に硬質合金粒子相が分散した組織を有する鉄基焼結合金
であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、断面
花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された状態で分散
している鉄基燒結合金、に特徴を有するものである。

【０００６】前記硬質合金粒子相は、マイクロビッカー
ス硬さ（以下、ＭＨＶという）：５００〜１７００を有
することが好ましい。したがって、この発明は、（６）
Ｆｅを主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分とする
Ｃｕ基合金相で結合してなる素地中に、ＭＨＶ：５００
〜１７００の硬質合金粒子相が分散した組織を有する鉄
基焼結合金であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地
中に、断面花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された
状態で分散している鉄基燒結合金、（７）Ｃｕ：１０〜
４０質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍ
ｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計で
３〜３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純
物からなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金
相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素
地中にＭＨＶ：５００〜１７００の硬質合金粒子相が分
散した組織を有する鉄基焼結合金であって、前記硬質合
金粒子相は、前記素地中に、断面花びら状のＦｅ基合金
相によりに包囲された状態で分散している鉄基燒結合
金、（８）Ｃｕ：１０〜４０質量％、Ｃ：０．０５〜
３．５質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、
Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計
で３〜３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不
純物からなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合
金相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる
素地中にＭＨＶ：５００〜１７００の硬質合金粒子相が
分散した組織を有する鉄基焼結合金であって、前記硬質
合金粒子相は、前記素地中に、断面花びら状のＦｅ基合
金相によりに包囲された状態で分散している鉄基燒結合
金、（９）Ｃｕ：１０〜４０質量％、Ｎｉ：０．１〜１
５質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍ
ｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計で
３〜３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純
物からなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金
相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素
地中にＭＨＶ：５００〜１７００の硬質合金粒子相が分
散した組織を有する鉄基焼結合金であって、前記硬質合
金粒子相は、前記素地中に、断面花びら状のＦｅ基合金
相によりに包囲された状態で分散している鉄基燒結合
金、（10）Ｃｕ：１０〜４０質量％、Ｎｉ：０．１〜１
５質量％、Ｃ：０．０５〜３．５質量％を含有し、さら
にＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の
１種または２種以上を合計で３〜３５質量％を含有し、
残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成、並びにＦ
ｅを主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分とするＣ
ｕ基合金相で結合してなる素地中にＭＨＶ：５００〜１
７００の硬質合金粒子相が分散した組織を有する鉄基焼
結合金であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地中
に、断面花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された状
態で分散している鉄基燒結合金、に特徴を有するもので
ある。

【０００７】前記硬質合金粒子相は、Ｆｅを主成分とす
るＦｅ基合金相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結
合してなる素地中に５〜３０容量％含まれていることが
一層好ましい、したがって、この発明は、（11）Ｆｅを
主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分とするＣｕ基
合金相で結合してなる素地中に、硬質合金粒子相が５〜
３０容量％の割合で分散した組織を有する鉄基焼結合金
であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、断面
花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された状態で分散
している鉄基燒結合金、（12）Ｃｕ：１０〜４０質量％
を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計で３〜３５質
量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる
組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを
主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素地中に硬質
合金粒子相が５〜３０容量％の割合で分散した組織を有
する鉄基焼結合金であって、前記硬質合金粒子相は、前
記素地中に、断面花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲
された状態で分散している鉄基燒結合金、（13）Ｃｕ：
１０〜４０質量％、Ｃ：０．０５〜３．５質量％を含有
し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓ
ｉの内の１種または２種以上を合計で３〜３５質量％を
含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成、
並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分
とするＣｕ基合金相で結合してなる素地中に硬質合金粒
子相が５〜３０容量％の割合で分散した組織を有する鉄
基焼結合金であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地
中に、断面花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された
状態で分散している鉄基燒結合金、（14）Ｃｕ：１０〜
４０質量％、Ｎｉ：０．１〜１５質量％を含有し、さら
にＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の
１種または２種以上を合計で３〜３５質量％を含有し、
残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成、並びにＦ
ｅを主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分とするＣ
ｕ基合金相で結合してなる素地中に硬質合金粒子相が５
〜３０容量％の割合で分散した組織を有する鉄基焼結合
金であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、断
面花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された状態で分
散している鉄基燒結合金、（15）Ｃｕ：１０〜４０質量
％、Ｎｉ：０．１〜１５質量％、Ｃ：０．０５〜３．５
質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計で３〜
３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物か
らなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金相を
Ｃｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素地中
に硬質合金粒子相が５〜３０容量％の割合で分散した組
織を有する鉄基焼結合金であって、前記硬質合金粒子相
は、前記素地中に、断面花びら状のＦｅ基合金相により
に包囲された状態で分散している鉄基燒結合金、に特徴
を有するものである。

【０００８】前記ＭＨＶ：５００〜１７００を有する硬
質合金粒子相は、Ｆｅを主成分とするＦｅ基合金相をＣ
ｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素地中に
５〜３０容量％含まれていることがさらに一層好まし
い、したがって、この発明は、（16）Ｆｅを主成分とす
るＦｅ基合金相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結
合してなる素地中に、ＭＨＶ：５００〜１７００を有す
る硬質合金粒子相が５〜３０容量％の割合で分散した組
織を有する鉄基焼結合金であって、前記硬質合金粒子相
は、前記素地中に、断面花びら状のＦｅ基合金相により
に包囲された状態で分散している鉄基燒結合金、（17）
Ｃｕ：１０〜４０質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種
以上を合計で３〜３５質量％を含有し、残りがＦｅおよ
び不可避不純物からなる組成、並びにＦｅを主成分とす
るＦｅ基合金相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結
合してなる素地中にＭＨＶ：５００〜１７００の硬質合
金粒子相が５〜３０容量％の割合で分散した組織を有す
る鉄基焼結合金であって、前記硬質合金粒子相は、前記
素地中に、断面花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲さ
れた状態で分散している鉄基燒結合金、（18）Ｃｕ：１
０〜４０質量％、Ｃ：０．０５〜３．５質量％を含有
し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓ
ｉの内の１種または２種以上を合計で３〜３５質量％を
含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成、
並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分
とするＣｕ基合金相で結合してなる素地中にＭＨＶ：５
００〜１７００の硬質合金粒子相が５〜３０容量％の割
合で分散した組織を有する鉄基焼結合金であって、前記
硬質合金粒子相は、前記素地中に、断面花びら状のＦｅ
基合金相によりに包囲された状態で分散している鉄基燒
結合金、（19）Ｃｕ：１０〜４０質量％、Ｎｉ：０．１
〜１５質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、
Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計
で３〜３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不
純物からなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合
金相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる
素地中にＭＨＶ：５００〜１７００の硬質合金粒子相が
５〜３０容量％の割合で分散した組織を有する鉄基焼結
合金であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、
断面花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された状態で
分散している鉄基燒結合金、（20）Ｃｕ：１０〜４０質
量％、Ｎｉ：０．１〜１５質量％、Ｃ：０．０５〜３．
５質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍ
ｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計で
３〜３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純
物からなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金
相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素
地中にＭＨＶ：５００〜１７００の硬質合金粒子相が５
〜３０容量％の割合で分散した組織を有する鉄基焼結合
金であって、前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、断
面花びら状のＦｅ基合金相によりに包囲された状態で分
散している鉄基燒結合金、に特徴を有するものである。

【０００９】この発明の（１）〜（20）記載の鉄基焼結
合金は、Ｆｅ粉末、Ｃｕ粉末、黒鉛粉末、Ｎｉ粉末、お
よびＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内
の１種または２種以上を含む硬質合金粉末を所定の割合
で配合し、得られた配合粉末を混合し、さらに金型成形
時の潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末とともにダブル
コーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作製
し、この圧粉体を水素を含む窒素雰囲気中、温度：１１
００〜１３００℃で焼結して得られる。前記Ｆｅ粉末の
代わりにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉ
の内の１種または２種以上を含む低合金鋼粉末を用いて
も良く、またＣｕ粉末の代わりにＣｕ−Ｎｉ銅基合金粉
末やＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ銅基合金粉末を用いても良い。こ
のようにして得られたこの発明の鉄基焼結合金は、Ｆｅ
を主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分とするＣｕ
基合金相で結合してなる素地中に硬質合金粒子相が断面
花びら状のＦｅ基合金相により包囲された状態で分散し
た組織を有している。

【００１０】この発明の鉄基燒結合金は、燒結中に硬質
合金粉末の表面にＦｅ粉末が溶着して一体化し、硬質合
金粒子相の外面に半球状のＦｅ基合金相が付着した塊が
形成され、この塊の断面を金属顕微鏡で見ると、硬質合
金粒子相が前記Ｆｅ基合金相により断面花びら状に包囲
された状態で分散した組織として観察される。硬質合金
粒子相が断面花びら状のＦｅ基合金相により包囲される
ことにより、相手材に対する攻撃性が小さくかつ硬質合
金粒子相の脱落が少なくなって高温における耐摩耗性が
向上するものと考えられる。

【００１１】原料粉末としての硬質合金粉末は、代表的
なものとして、 Ｆｅ：１０〜５０質量％を含有し、残部がＭｏである組
成のＭｏ−Ｆｅ硬質合金粉末、 Ｆｅ：１０〜５０質量％、Ｃ：０．０５〜５質量％を含
有し、残部がＭｏである組成のＭｏ−Ｆｅ−Ｃ硬質合金
粉末、 Ｆｅ：１０〜５０質量％、Ｎｉ：１〜１０質量％、Ｃ：
０．０５〜５質量％を含有し、残部がＭｏである組成の
Ｍｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ硬質合金粉末、 Ｍｏ：１５〜３５質量％，Ｃｒ：２〜１３質量％，Ｓ
ｉ：０．５〜５質量％を含有し、残部がＣｏである組成
のＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ硬質合金粉末、 Ｃｒ：１０〜５０質量％，Ｗ：１５〜３５質量％，Ｃ
ｏ：５〜３５質量％，Ｃ：０．１〜３質量％，Ｓｉ：
０．１〜３質量％，Ｎｂ：０．１〜３質量％を含有し、
残部がＦｅの組成を有するＣｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ−Ｃ−
Ｓｉ−Ｎｂ硬質合金粉末、 Ｃｏ：５〜４０質量％，Ｍｏ：５〜３０質量％，Ｃｒ：
５〜３０質量％，Ｍｎ：０．１〜１０質量％，Ｃ：０．
１〜３質量％，Ｓｉ：０．１〜３質量％，Ｖ：０．１〜
３質量％を含有し、残部がＦｅの組成を有するＣｏ−Ｍ
ｏ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃ−Ｓｉ−Ｖ硬質合金粉末等が
挙げられる。これら硬質合金粉末は、燒結により素地中
に分散したＭＨＶ：５００〜１７００を有する硬質合金
粒子相となる。

【００１２】したがって、この発明は、（21）前記硬質
合金粒子相は、ＭｏおよびＦｅを主成分とするＭｏ−Ｆ
ｅ系合金からなる前記（１）〜（20）の内のいずれかに
記載の鉄基燒結合金、（22）前記硬質合金粒子相は、Ｍ
ｏ、ＦｅおよびＣを主成分とするＭｏ−Ｆｅ−Ｃ系合金
からなる前記（１）〜（20）の内のいずれかに記載の鉄
基燒結合金、（23）前記硬質合金粒子相は、Ｍｏ、Ｆ
ｅ、ＮｉおよびＣを主成分とするＭｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
系合金からなる前記（１）〜（20）の内のいずれかに記
載の鉄基燒結合金、（24）前記硬質合金粒子相は、Ｃ
ｏ、Ｍｏ、ＣｒおよびＳｉを主成分とするＣｏ−Ｍｏ−
Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなる前記（１）〜（20）の内のい
ずれかに記載の鉄基燒結合金、（25）前記硬質合金粒子
相は、Ｃｒ、Ｗ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃ、ＳｉおよびＮｂを主
成分とするＣｒ−Ｗ−Ｃｏ−Ｆｅ−Ｃ−Ｓｉ−Ｎｂ系合
金からなる前記（１）〜（20）の内のいずれかに記載の
鉄基燒結合金、（26）前記硬質合金粒子相は、Ｃｏ、Ｍ
ｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃ、ＳｉおよびＶを主成分とす
るＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃ−Ｓｉ−Ｖ系合金
からなる前記（１）〜（20）の内のいずれかに記載の鉄
基燒結合金、（27）前記（21）〜（26）記載の合金から
なる硬質合金粒子相が２種以上混在している鉄基燒結合
金、に特徴を有するものである。

【００１３】前記鉄基燒結合金の素地中に分散する硬質
合金粒子相は、ＭＨＶ：５００〜１７００の範囲内の硬
質合金粒子相であればよいが、摺動部品材として使用す
る場合は、相手材の材質によって鉄基燒結合金の素地中
に分散する硬質合金粒子相をＭＨＶ：５００〜１０００
の硬質合金粒子相、ＭＨＶ：８００〜１７００の硬質合
金粒子相、並びにＭＨＶ：５００〜１０００およびＭＨ
Ｖ：８００〜１７００の硬質粒子混合相に分けて使用す
ることが一層好ましい。例えば、相手材であるバルブの
材質がＳＵＨ３５、ＳＵＨ３６などのオーステナイト系
耐熱鋼である場合は、鉄基燒結合金の素地中に分散する
硬質合金粒子相をＭＨＶ：５００〜１０００の範囲内の
硬質合金粒子相であることが一層好ましく、相手材であ
るバルブの材質がＳＵＨ３、ＳＵＨ１１などのマルテン
サイト系耐熱鋼である場合は、鉄基燒結合金の素地中に
分散する硬質合金粒子相をＭＨＶ：８００〜１７００の
硬質合金粒子相であることが一層好ましく、さらに、相
手材であるバルブのフェース面材質がＣｏ基耐熱合金の
盛金である場合は、鉄基燒結合金の素地中に分散する硬
質合金粒子相をＭＨＶ：５００〜１０００およびＭＨ
Ｖ：８００〜１７００の硬質粒子混合相とすることが好
ましい。

【００１４】この発明の鉄基燒結合金の素地を構成する
Ｆｅを主成分とするＦｅ基合金相はＦｅを５０質量％以
上含むＦｅ合金相であり、Ｃｕを主成分とするＣｕ基合
金相はＣｕを５０質量％以上含むＣｕ合金相である。

【００１５】この発明の鉄基燒結合金を燒結する温度
は、１１００〜１３００℃であるが、１０９０〜１２０
０℃が一層好ましい。原料粉末である硬質合金粉末は、
焼結しても溶融することなく、添加時の原料粉末形状と
ほぼ同じ形状を保ち、前記硬質合金粉末は焼結中に硬質
合金粉末の周囲に存在するＦｅ粉末を吸着し、Ｆｅ粉末
は硬質合金粒子相の周囲を断面花びら状（立体的にみる
と半団子状）のＦｅ基合金相が包囲した状態で分散して
いる組織を形成する。かかる断面花びら状（立体的にみ
ると半団子状）のＦｅ基合金相はＣｕ基合金相に対する
接触面積を増加させ、Ｆｅ基合金相とＣｕ基合金相の結
合強度を一層増加させる。

【００１６】つぎに、この発明の鉄基燒結合金の成分組
成を上記のごとく限定した理由について説明する。

【００１７】［Ｉ］成分組成 （ａ）Ｃｕ Ｃｕは、密度、強度および耐摩耗性を向上させる効果が
あるが、その含有量が１０質量％未満では液相の発生量
が十分でなく、したがって密度、強度および耐摩耗性の
効果が十分でなく、一方、４０質量％を越えると液相が
過大となり、焼結中に変形が生じて寸法のバラツキが大
きくなるので好ましくない。したがって、Ｃｕの含有量
は１０〜４０質量％に定めた。Ｃｕの含有量の一層好ま
しい範囲は１７〜３０質量％であり、さらに一層好まし
い範囲は２０〜２８質量％である。

【００１８】（ｂ）Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、
Ｎｂ、Ｓｉ これら成分は、硬質合金粒子相を形成し、耐摩耗性を向
上させたり、素地に固溶してＦｅ基合金相の強度を向上
させる作用があるが、その含有量が３質量％未満では硬
質合金粒子相の分散量が５容量％未満となって十分な量
の硬質合金粒子相を形成することはできず、一方、３５
質量％を越えて含有すると、硬質合金粒子相の量が３０
容量％を越えて多くなり過ぎ、さらにこれら成分がＦｅ
基合金相に固溶してＦｅ基合金相の硬さを極端に高める
ために相手攻撃性が大きくなり過ぎるので好ましくな
い。したがって、この発明に含まれるＣｏ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以
上は合計で３〜３５質量％（一層好ましくは５〜２０質
量％）に定めた。

【００１９】（ｃ）Ｃ Ｃは、強度および硬さを向上させる作用があるので必要
に応じて添加するが、その含有量が０．０５質量％未満
では効果が十分でなく、一方、３．５質量％を越えて含
有する靭性を低下させるので好ましくない。したがっ
て、Ｃの含有量は０．０５〜３．５質量％に定めた。Ｃ
の含有量の一層好ましい範囲は０．３〜２．０質量％で
ある。

【００２０】（ｄ）Ｎｉ Ｎｉは、Ｃｕ合金相中にあってＣｕ合金相の融点を上昇
させ、液相焼結をコントロールし、またＦｅ合金相の強
度および靭性を向上させる作用があるので必要に応じて
添加するが、その含有量が０．１質量％未満ではその効
果が十分でなく、一方、１５質量％を越えて含有しても
それ以上の効果が少ない。したがって、Ｎｉの含有量は
０．１〜１５質量％に定めた。これら成分の含有量の一
層好ましい範囲は１〜６質量％である。

【００２１】［II］組織 この発明の鉄基燒結合金は、Ｆｅを主成分とするＦｅ基
合金相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相により結合し
た素地中に硬質合金粒子相が分散しており、硬質合金粒
子相の周囲をＦｅ基合金相が断面花びら状（立体的にみ
ると半団子状）に包囲している組織を有している。硬質
合金粒子相の周囲を包囲しているＦｅ基合金相が断面花
びら状（立体的にみると半団子状）になることによりＦ
ｅ基合金相とＣｕ基合金相の接触面積が増大してより一
層大きな結合力が得られ、それによって高温耐摩耗性が
一層向上し、さらに硬質合金粒子相の周囲をＦｅ基合金
相が断面花びら状に包囲ことにより硬質合金粒子相の相
手攻撃性を和らげる作用がある。

【００２２】［III］硬質合金粒子相 この発明の鉄基燒結合金の素地に分散する硬質合金粒子
相は、ＭＨＶが５００未満の硬質合金粒子相では十分な
耐摩耗性が得られないので好ましくなく、一方、ＭＨＶ
が１７００を越えると相手材を過大に摩耗させるので好
ましくない。したがって、この発明の鉄基燒結合金の素
地に分散する硬質合金粒子相は、ＭＨＶ：５００〜１７
００に定めた。また、鉄基燒結合金素地中に５容量％分
散していても十分な耐摩耗性が得られないので好ましく
なく、一方、３０容量％を越えて分散すると硬質合金粒
子相が多過て靭性が不足するので好ましくない。したが
って、硬質合金粒子相の分散量は５〜３０容量％に定め
た。硬質合金粒子相の分散量の一層好ましい範囲は８〜
２５容量％である。なお、この発明の鉄基燒結合金の素
地に分散する硬質合金粒子相は、ＭＨＶ：５００〜１７
００を有する硬質合金粒子相であればいかなる成分組成
の硬質合金粒子相であっても良いが、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以
上を含む組成を有することが一層好ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】原料粉末として、平均粒径：５５
μｍのＦｅ粉末、平均粒径：１１μｍのＣｕ粉末、平均
粒径：１８μｍの黒鉛粉末、平均粒径：１０μｍのＮｉ
粉末を用意し、さらに下記の表１に示される成分組成を
有する硬質合金粉末Ａ〜Ｆを用意した。

【００２４】

【表１】

【００２５】前記用意したＦｅ粉末、Ｃｕ粉末、黒鉛粉
末、Ｎｉ粉末および表１の硬質合金粉末Ａ〜Ｆを表２〜
３に示される割合で配合し混合することにより原料混合
粉末を作製し、この原料混合粉末にさらに金型成形時の
潤滑剤であるステアリン酸亜鉛粉末を外掛けで０．８質
量％に当たる量だけ添加して混合し、プレス成形して圧
粉体を作製した。この圧粉体をＮ₂−５％Ｈ₂の混合雰囲
気中、温度：１１４０℃、２０分保持の条件で焼結し、
表４〜５に示される成分組成を有する本発明鉄基燒結合
金（以下、本発明合金という）１〜２４および従来鉄基
燒結合金（以下、従来合金という）を作製した。

【００２６】このようにして作製した本発明合金６を切
断し、研磨し、金属顕微鏡による組織観察を行い、硬質
合金粒子相を中心とした組織写生図を図１に示した。図
１において、１はＦｅ基合金相、２はＣｕ基合金相、３
は硬質合金粒子相である。さらに本発明合金１１を切断
し、研磨し、金属顕微鏡による組織観察を行い、硬質合
金粒子相を中心とした組織写生図を図２に示した。図２
において、１はＦｅ基合金相、２はＣｕ基合金相、３は
硬質合金粒子相である。

【００２７】図１および図２に示した金属組織の写生図
から明らかなように、本発明合金６および１１はＦｅ基
合金相１をＣｕ基合金相２で結合してなる素地を有し、
特に素地中に分散しているＭＨＶ５００〜１７００の硬
質合金粒子相３は断面花びら状（立体的にみると半団子
状）のＦｅ基合金相１´により包囲された状態で分散し
ていることが分かる。さらにその他の本発明合金１〜
５、本発明合金７〜１０および本発明合金１２〜２４に
ついても金属組織を観察したところ、いずれの本発明合
金においても硬質合金粒子相は断面花びら状（立体的に
みると半団子状）のＦｅ基合金相により包囲された状態
で分散していることが分かった。しかし、従来合金に
は、断面花びら状のＦｅ基合金相は見られなかった。

【００２８】さらに前記本発明合金１〜２４および従来
合金について下記の摩耗試験を行った。ＳＵＨ３６の材
質からなり外径が３０ｍｍの傘部分を有するバルブを用
意し、このバルブの傘部分を温度：９００℃に保持し、
さらに本発明合金１〜２４および従来合金からなるバル
ブシートをそれぞれ内部が水冷されている治具に圧入
し、ガソリン燃焼雰囲気中で着座荷重：２０ｋｇ、バル
ブ着座回数：３０００回／分の条件で２００時間試験
し、バルブシートおよびバルブの最大摩耗量を測定し、
その結果を表４〜５に示した。

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】

【表５】

【００３３】表４〜表５に示される結果から、本発明合
金１〜２４は、従来合金に比べて、バルブシート自体の
最大摩耗量および相手材であるバルブの最大摩耗量が少
ないことから、高温における耐摩耗性に優れ、さらに相
手攻撃性が少ないが分かる。

【００３４】

【発明の効果】上述のように、この発明の鉄基燒結合金
は、高温における耐摩耗性に優れ、さらに相手材である
バルブに対する相手攻撃性が少ないところから、高温に
曝されるエンジンなどの各種摺動機械部品の製造に使用
され、自動車産業の発展に大いに貢献し得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の鉄基燒結合金の顕微鏡組織の写生図
である。

【図２】この発明の鉄基燒結合金の顕微鏡組織の写生図
である。

【符号の説明】

１ Ｆｅ基合金相 １´ 断面花びら状のＦｅ基合金相 ２ Ｃｕ基合金相 ３ 硬質合金粒子相

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｆｅを主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを
   主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素地中に硬質
   合金粒子相が分散した組織を有する鉄基焼結合金であっ
   て、 前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、断面花びら状の
   Ｆｅ基合金相によりに包囲された状態で分散しているこ
   とを特徴とする鉄基燒結合金。
2. 【請求項２】Ｃｕ：１０〜４０質量％を含有し、さらに
   Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１
   種または２種以上を合計で３〜３５質量％を含有し、残
   りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成、並びにＦｅ
   を主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分とするＣｕ
   基合金相で結合してなる素地中に硬質合金粒子相が分散
   した組織を有する鉄基焼結合金であって、 前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、断面花びら状の
   Ｆｅ基合金相によりに包囲された状態で分散しているこ
   とを特徴とする鉄基燒結合金。
3. 【請求項３】Ｃｕ：１０〜４０質量％、Ｃ：０．０５〜
   ３．５質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、
   Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計
   で３〜３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不
   純物からなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合
   金相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる
   素地中に硬質合金粒子相が分散した組織を有する鉄基焼
   結合金であって、 前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、断面花びら状の
   Ｆｅ基合金相によりに包囲された状態で分散しているこ
   とを特徴とする鉄基燒結合金。
4. 【請求項４】Ｃｕ：１０〜４０質量％、Ｎｉ：０．１〜
   １５質量％を含有し、さらにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍ
   ｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以上を合計で
   ３〜３５質量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純
   物からなる組成、並びにＦｅを主成分とするＦｅ基合金
   相をＣｕを主成分とするＣｕ基合金相で結合してなる素
   地中に硬質合金粒子相が分散した組織を有する鉄基焼結
   合金であって、 前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、断面花びら状の
   Ｆｅ基合金相によりに包囲された状態で分散しているこ
   とを特徴とする鉄基燒結合金。
5. 【請求項５】Ｃｕ：１０〜４０質量％、Ｃ：０．０５〜
   ３．５質量％、Ｎｉ：０．１〜１５質量％を含有し、さ
   らにＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内
   の１種または２種以上を合計で３〜３５質量％を含有
   し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成、並び
   にＦｅを主成分とするＦｅ基合金相をＣｕを主成分とす
   るＣｕ基合金相で結合してなる素地中に硬質合金粒子相
   が分散した組織を有する鉄基焼結合金であって、 前記硬質合金粒子相は、前記素地中に、断面花びら状の
   Ｆｅ基合金相によりに包囲された状態で分散しているこ
   とを特徴とする鉄基燒結合金。
6. 【請求項６】前記硬質合金粒子相は、マイクロビッカー
   ス硬さ（以下、ＭＨＶという）：５００〜１７００を有
   する硬質合金粒子相であることを特徴とする請求項１、
   ２、３、４または５記載の鉄基燒結合金。
7. 【請求項７】前記硬質合金粒子相は、素地中に、５〜３
   ０容量％の割合で分散した組織を有することを特徴とす
   る請求項１、２、３、４または５記載の鉄基燒結合金。
8. 【請求項８】前記硬質合金粒子相は、ＭＨＶ：５００〜
   １７００を有し、素地中に５〜３０容量％の割合で分散
   していることを特徴とする請求項１、２、３、４または
   ５記載の鉄基燒結合金。
9. 【請求項９】前記硬質合金粒子相は、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍ
   ｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉの内の１種または２種以
   上を含む組成を有することを特徴とする請求項１，２，
   ３，４，５、６、７または８記載の鉄基燒結合金。
10. 【請求項１０】前記硬質合金粒子相は、ＭｏおよびＦｅ
    を主成分とするＭｏ−Ｆｅ系合金からなることを特徴と
    する請求項９記載の鉄基燒結合金。
11. 【請求項１１】前記硬質合金粒子相は、Ｍｏ、Ｆｅおよ
    びＣを主成分とするＭｏ−Ｆｅ−Ｃ系合金からなること
    を特徴とする請求項９記載の鉄基燒結合金。
12. 【請求項１２】前記硬質合金粒子相は、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎ
    ｉおよびＣを主成分とするＭｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ系合金
    からなることを特徴とする請求項９記載の鉄基燒結合
    金。
13. 【請求項１３】前記硬質合金粒子相は、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃ
    ｒおよびＳｉを主成分とするＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ系
    合金からなることを特徴とする請求項９記載の鉄基燒結
    合金。
14. 【請求項１４】前記硬質合金粒子相は、Ｃｒ、Ｗ、Ｃ
    ｏ、Ｆｅ、Ｃ、ＳｉおよびＮｂを主成分とするＣｒ−Ｗ
    −Ｃｏ−Ｆｅ−Ｃ−Ｓｉ−Ｎｂ系合金からなることを特
    徴とする請求項９記載の鉄基燒結合金。
15. 【請求項１５】前記硬質合金粒子相は、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃ
    ｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃ、ＳｉおよびＶを主成分とするＣｏ
    −Ｍｏ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃ−Ｓｉ−Ｖ系合金からな
    ることを特徴とする請求項９記載の鉄基燒結合金。
16. 【請求項１６】請求項１０〜１５記載の合金からなる硬
    質合金粒子相が２種以上混在していることを特徴とする
    鉄基燒結合金。