(57)【要約】【課題】耐焼付き性に優れた摺動部品用鋼材を提供する。【解決手段】摺動部品用鋼材は、質量％で、Ｉｎ：０．０５〜５．０％を含有する化学組成と、金属インジウムの粒子が分散した組織とを有し、前記金属インジウムの粒子のうち直径５０ｎｍ〜５μｍの粒子の数密度が５０００個／ｍｍ２以上である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｉｎ：０．０５〜５．０％を含有する化学組成と、
金属インジウムの粒子が分散した組織とを有し、
前記金属インジウムの粒子のうち直径５０ｎｍ〜５μｍの粒子の数密度が５０００個／ｍｍ２以上である、摺動部品用鋼材。
【請求項２】
請求項１に記載の摺動部品用鋼材であって、
前記化学組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．０５〜０．６０％、
Ｓｉ：１．５％以下、
Ｍｎ：２．０％以下、
Ｃｒ：０．３％以下、
Ｉｎ：０．０５〜５．０％、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
前記不純物のうちのＰ、Ｓ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＮの含有量が、質量％で、
Ｐ  ：０．１％以下、
Ｓ  ：０．１％以下、
Ａｌ：０．１％以下、
Ｃｕ：０．１％以下、
Ｎｉ：０．１％以下、
Ｍｏ：０．１％以下、
Ｎ  ：０．０３％以下、
である、摺動部品用鋼材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の摺動部品用鋼材であって、
表層部にＩｎの濃化層を有する、摺動部品用鋼材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動部品用鋼材の製造方法であって、
質量％で、Ｉｎ：０．０５〜５．０％を含有する化学組成を有する素材を準備する工程と、
前記素材に、８００〜１２００℃で５〜３０分間加熱し、その後水冷する焼入れ処理を施す工程とを備える、摺動部品用鋼材の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の摺動部品用鋼材の製造方法であって、
前記焼入れ処理された素材に、１５０〜６５０℃で５〜６０分間加熱した後空冷又は水冷する焼戻し処理を施す工程をさらに備える、摺動部品用鋼材の製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載の摺動部品用鋼材の製造方法であって、
前記焼入れ処理後、焼戻し処理を施さない、摺動部品用鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部品用鋼材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動特性が要求される部品として、自動車エンジン用のクランクシャフトが挙げられる。近年、低燃費化を目的としてエンジンの小型化や、潤滑油の低粘度化、潤滑系統の簡素化が進んでおり、さらに間欠運転によるドライスタートの観点等から、クランクシャフトに用いられる摺動部品用鋼材にはより優れた耐焼付き性が求められている。
【０００３】
鋼材の焼付き現象は、摺動時に発生する摩耗粉等の物理的要因に加えて、摺動界面で発生する化学的要因（例えば、摺動相手材の移着や凝着等、化学反応に起因すると思われる異種材の発生）に支配される。焼付きを抑制する方法として、ドライ環境では例えば、鋼材表面へのＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）成膜があるが、不測の熱衝撃や応力集中によって剥がれることが懸念される。
【０００４】
クランクシャフトの場合、焼付きはクランクシャフトと軸受との接触箇所で発生する。クランクシャフトと軸受とは通常、潤滑油を介して摺動する流体潤滑状態にある。しかし、高速かつ高圧の摺動に伴って接触界面の温度が上昇することで、潤滑油が化学的に変質する場合がある。これによって、潤滑油が機能しなくなったり、潤滑油の濡れ性が損なわれたりすることで、クランクシャフトと軸受とが直接接触し、鋼材の組織が塑性変形して焼付きが発生すると考えられている。
【０００５】
そのため、鋼材の機械的強度を引き上げて鋼材の摩耗量や塑性変形を抑制することや、潤滑油との濡れ性を向上させるために鋼材の表面性状を制御することが検討されている。例えば特開平７−１８３７９号公報には、表面に軟窒化処理による化合物層を有する、耐焼付き性及び疲労強度に優れる機械構造用鋼が開示されている。特開２００７−２３８９６５号公報には、表面に高周波焼入れ層を有する、耐焼付き性に優れたクランクシャフトが開示されている。
【０００６】
上記とは異なるアプローチとして、固体潤滑材を用いた摺動部品が提案されている。例えば特開昭６０−１４２４号公報には、表面に凹凸が形成された基体と、当該基体の凹部に保持された固体潤滑剤で構成された摺動部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１８３７９号公報
【特許文献２】特開２００７−２３８９６５号公報
【特許文献３】特開昭６０−１４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特開昭６０−１４２４号公報には、基体の表面にショットブラストやエッチングによって凹凸を形成し、この凹部に固体潤滑剤を埋設させることが記載されている。この方法は製造工程が複雑になることに加えて、固体潤滑剤が摺動面で消耗し、供給が途絶えた場合には潤滑性能が著しく損なわれる懸念がある。
【０００９】
本発明の目的は、耐焼付き性に優れた摺動部品用鋼材及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材は、質量％で、Ｉｎ：０．０５〜５．０％を含有する化学組成と、金属インジウムの粒子が分散した組織とを有し、前記金属インジウムの粒子のうち直径５０ｎｍ〜５μｍの粒子の数密度が５０００個／ｍｍ２以上である。
【００１１】
本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材の製造方法は、上記の摺動部品用鋼材の製造方法であって、質量％で、Ｉｎ：０．０５〜５．０％を含有する化学組成を有する素材を準備する工程と、前記素材に、８００〜１２００℃で５〜３０分間加熱し、その後水冷する焼入れ処理を施す工程とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、耐焼付き性に優れた摺動部品用鋼材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、ドライ環境での摩擦試験における、最大摩擦係数が０．５を超えた試験材及び最大摩擦係数が０．５以下であった試験材のそれぞれの摩擦係数の時間変化を示すグラフである。
【図２】図２は、ウェット環境での摩擦試験における、最大摩擦係数が０．５を超えた試験材及び最大摩擦係数が０．５以下であった試験材のそれぞれの摩擦係数の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、鋼材に添加する金属元素に着目し、従来よりも簡便かつ効果的に耐焼付き性を改善する方法を検討した。その結果、インジウム（Ｉｎ）の添加が耐焼き付き性の改善に有効であることを見出した。
【００１５】
Ｉｎは他の金属元素よりも低融点（１５６℃）であり、軟質（モース硬度で１．２）である。Ｉｎは、同様の性質を有する鉛やグラファイトとともに、固体潤滑剤として用いられている。しかし、固体潤滑剤は摺動面で消耗し、供給が途絶えた場合には潤滑性能が著しく損なわれる懸念がある。
【００１６】
本発明者らは、金属インジウムを鋼中に微細に分散させることで、摺動面に潤滑被膜を長時間にわたって形成できることを明らかにした。
【００１７】
鋼中に固溶しないＩｎは、析出物として存在する。この未固溶Ｉｎは、常温環境下においても鋼表面に拡散してＩｎの濃化層を形成し、このＩｎの濃化層が潤滑被膜となって摺動特性の向上に寄与する。また、潤滑被膜が摺動によって消耗した場合、鋼中の未固溶Ｉｎが速やかに鋼表面に拡散して潤滑被膜を再生する。
【００１８】
潤滑被膜がより迅速に再生され、長時間にわたって優れた摺動特性を確保するためには、金属インジウムの粒子を微細に分散させる必要がある。具体的には、直径５０ｎｍ〜５μｍの粒子の数密度を５０００個／ｍｍ２以上にすれば、長時間にわたって優れた摺動特性が得られる。
【００１９】
本発明は、以上の知見に基づいて完成された。以下、本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材について詳述する。以下の説明において、元素の含有量の「％」は、質量％を意味する。
【００２０】
［摺動部品用鋼材］
［化学組成］
本実施形態による摺動部品用鋼材は、Ｉｎ：０．０５〜５．０％を含有する化学組成を有する。Ｉｎは、鋼材の表面に潤滑被膜を形成し、鋼材の摺動特性を向上させる。一方、Ｉｎ含有量が過剰になると、粒界への偏析が顕著になり、脆性破壊や粒界腐食を招くおそれがある。したがって、Ｉｎ含有量は０．０５〜５．０％である。Ｉｎ含有量の下限は、好ましくは０．１％であり、さらに好ましくは０．２％である。Ｉｎ含有量の上限は、好ましくは４．０％であり、さらに好ましくは３．０％である。
【００２１】
上記の理由とは別に、製造コストの観点からは、Ｉｎ含有量はできるだけ少なくすることが好ましい。Ｉｎ含有量は、より好ましくは１．０％以下であり、さらに好ましくは０．５％以下であり、さらに好ましくは０．３％未満である。本実施形態では、Ｉｎの粒子を微細に分散させることで、Ｉｎ含有量を０．３％未満にしても、長時間にわたって優れた摺動特性を確保することができる。
【００２２】
本実施形態による摺動部品用鋼材の他の化学組成は、特に限定されない。本実施形態による摺動部品用鋼材は、供される用途に応じて、種々の化学組成の鋼材を用いることができる。本実施形態による摺動部品用鋼材の化学組成は、これに限定されないが、例示すれば下記のとおりである。
【００２３】
Ｃ：０．０５〜０．６０％
炭素（Ｃ）は、鋼材の強度を高める。一方、Ｃ含有量が高すぎると、被削性が低下する。したがって、Ｃ含有量は好ましくは０．０５〜０．６０％である。Ｃ含有量の下限は、より好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．２５％である。Ｃ含有量の上限は、より好ましくは０．５５％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
【００２４】
Ｓｉ：１．５％以下
シリコン（Ｓｉ）は、脱酸剤として含有される。一方、Ｓｉ含有量が高すぎると、被削性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は好ましくは１．５％以下である。Ｓｉ含有量の下限は、好ましくは０．０５％であり、より好ましくは０．１％である。Ｓｉ含有量の上限は、より好ましくは１．０％であり、さらに好ましくは０．８％である。
【００２５】
Ｍｎ：２．０％以下
マンガン（Ｍｎ）は、鋼材の焼入れ性を高める。一方、Ｍｎ含有量が高すぎると、ベイナイトが生成して被削性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は好ましくは２．０％以下である。Ｍｎ含有量の下限は、好ましくは０．２％であり、より好ましくは０．５％である。Ｍｎ含有量の上限は、より好ましくは１．８％であり、さらに好ましくは１．６％である。
【００２６】
Ｐ：０．１％以下
リン（Ｐ）は、不純物である。Ｐは鋼材の疲労強度を低下させる。したがって、Ｐ含有量は好ましくは０．１％以下である。Ｐ含有量は、より好ましくは０．０５％以下であり、さらに好ましくは０．０３％以下である。
【００２７】
Ｓ：０．１％以下
硫黄（Ｓ）は、鋼材の熱間加工性を低下させる。したがって、Ｓ含有量は好ましくは０．１％以下である。Ｓ含有量は、より好ましくは０．０８％以下である。一方、Ｓは、ＭｎＳを形成して鋼材の被削性を高める効果もあるため、積極的に含有させてもよい。この場合のＳ含有量の下限は、好ましくは０．００５％であり、より好ましくは０．０１％である。
【００２８】
Ｃｒ：０．３％以下
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の焼入れ性を高める。一方、Ｃｒ含有量が高すぎると、ベイナイトが生成して被削性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は好ましくは０．３％以下である。Ｃｒ含有量の下限は、好ましくは０．０５％であり、より好ましくは０．１％である。Ｃｒ含有量の上限は、より好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．２％である。
【００２９】
Ａｌ：０．１％以下
アルミニウム（Ａｌ）は、脱酸剤として含有される。一方、Ａｌ含有量が高すぎると、アルミナ系介在物が過大になり、被削性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は好ましくは０．１％以下である。Ａｌ含有量の下限は、好ましくは０．００１％であり、より好ましくは０．００５％である。Ａｌ含有量の上限は、より好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
【００３０】
本実施形態による摺動部品用鋼材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入する元素、あるいは製造過程の環境等から混入する元素をいう。
【００３１】
本実施形態による摺動部品用鋼材は、その特性に大きな影響を与えない範囲で、上記以外の元素を少量含有してもよい。本実施形態による摺動部品用鋼材は、具体的には、Ｃｕ：０．１％以下、Ｎｉ：０．１％以下、Ｍｏ：０．１％以下、及びＮ：０．０３％以下を含有してもよい。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＮは、いずれも不純物である。Ｃｕ、Ｎｉ、及びＭｏの含有量は、より好ましくは０．０５％以下である。Ｎの含有量は、より好ましくは０．０２％以下である。
【００３２】
［組織］
本実施形態による摺動部品用鋼材は、金属インジウムの粒子が分散した組織を有し、かつ、金属インジウムの粒子のうち直径５０ｎｍ〜５μｍの粒子の数密度が５０００個／ｍｍ２以上である。
【００３３】
Ｆｅ−Ｉｎ二元系におけるＩｎの固溶限は０．５７％程度であるが、鋼には他にも様々な元素が固溶しているため、鋼中におけるＩｎの固溶限はＦｅ−Ｉｎの固溶限よりも低くなる。鋼中に固溶しないＩｎは、析出物として存在する。この未固溶Ｉｎは、常温環境下においても鋼表面に拡散してＩｎの濃化層を形成し、このＩｎの濃化層が潤滑被膜となって摺動特性の向上に寄与する。また、潤滑被膜が摺動によって消耗した場合、鋼中の未固溶Ｉｎが速やかに鋼表面に拡散して潤滑被膜を再生する。
【００３４】
潤滑被膜がより迅速に再生され、長時間にわたって優れた摺動特性を確保するためには、金属インジウムの粒子を微細に分散させる必要がある。具体的には、直径５０ｎｍ〜５μｍの粒子の数密度を５０００個／ｍｍ２以上にすれば、長時間にわたって優れた摺動特性が得られる。直径５０ｎｍ〜５μｍの粒子の数密度は、好ましくは１００００個／ｍｍ２以上である。
【００３５】
金属インジウムの粒子の数密度は、次の様に測定する。鋼材の表面近傍から、表面と垂直な断面を観察面として試験片を採取する。観察面を鏡面研磨した後、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて５０００倍に拡大して反射電子像による組成像を観察し、さらに波長分散型分光器（ＷＤＳ）によるＩｎのマッピング像から総合的に金属インジウムを特定し、直径５０ｎｍ〜５μｍの粒子の数を数える。粒子の数を視野の面積で除して数密度とする。
【００３６】
金属インジウムとは、酸化物等の化合物を形成せず、単体析出しているＩｎを意味する。摺動部品用鋼材の組織は、直径５０ｎｍ〜５μｍの金属インジウムの粒子の数密度が５０００個／ｍｍ２以上であればよく、これに加えて金属インジウム以外の析出物（例えば酸化インジウム）が存在してもよい。
【００３７】
計数の対象とする金属インジウムの直径を５０ｎｍ〜５μｍに限定しているのは、測定の便宜のためである。すなわち、５０ｎｍ未満のものはノイズとの判別が困難であり、５μｍを超えるものは観察視野からはみ出して正確に計数できないためである。摺動部品用鋼材の組織は、直径５０ｎｍ〜５μｍの金属インジウムの粒子の数密度が５０００個／ｍｍ２以上であればよく、これに加えて５０ｎｍ未満又は５μｍ超の金属インジウムの粒子が存在してもよい。
【００３８】
金属インジウムの粒子の数密度は、鋼材のＩｎ含有量、及び、焼入れ処理の条件によって調整することができる。具体的には、鋼材のＩｎ含有量が高いほど、金属インジウムの粒子の数密度は大きくなる傾向がある。一方、焼入れ処理の保持温度を高くするほど、又は焼入れ処理の保持時間を長くするほど、金属インジウムの粒子の数密度は小さくなる傾向がある。
【００３９】
摺動部品用鋼材の組織の基地（マトリクス）は、特に限定されない。摺動部品用鋼材の組織の基地は例えば、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、フェライト・パーライト、パーライト等である。
【００４０】
［Ｉｎの濃化層］
本実施形態による摺動部品用鋼材は、表面にＩｎの濃化層を有する。Ｉｎの濃化層は、オージェ電子分光によって得られるＩｎの濃度が１０ａｔ％以上である層とする。本実施形態による摺動部品用鋼材は、このＩｎの濃化層が潤滑皮膜として機能し、優れた摺動特性が得られる。Ｉｎの濃化層は、３ｎｍ以上の厚さを有することが好ましく、５ｎｍ以上の厚さを有することがさらに好ましい。
【００４１】
Ｉｎの濃化層の有無及び厚さは、オージェ電子分光によって測定することができる。具体的には、鋼材の表面からＡｒスパッタしながら、元素の分析を繰り返すことで、Ｉｎの濃化層の有無及び厚さを測定することができる。分析深さは、ＳｉＯ２を標準試料とした場合を基準に算出するものとする。
【００４２】
［摺動部品用鋼材の製造方法］
以下、本実施形態による摺動部品用鋼材の製造方法の一例を説明する。以下に説明する製造方法はあくまでも例示であり、本実施形態による摺動部品用鋼材の製造方法はこれに限定されない。
【００４３】
Ｉｎ：０．０５〜０．５％を含有する鋼を溶製した後、熱間鍛造によって素材を製造する。素材に対して、必要に応じて熱間加工や冷間加工を施してもよい。その後、素材に対して焼入れ処理を施す。焼入れ処理として例えば、８００〜１２００℃で５〜３０分間加熱し、その後水冷することができる。
【００４４】
金属インジウムの粒子の数密度は、焼入れ処理の保持温度を高くするほど、又は、保持時間を長くするほど、小さくなる傾向がある。そのため、焼入れ処理の保持温度は、好ましくは１１００℃以下であり、さらに好ましくは１０５０℃以下である。焼入れ処理の保持時間は、好ましくは２０分間以下であり、さらに好ましくは１５分間以下である。
【００４５】
焼入れ処理後、必要に応じて、１５０〜６５０℃で５〜６０分間加熱した後空冷又は水冷する焼戻し処理を施してもよい。焼戻しをする場合、焼戻しの保持温度が高すぎたり、焼戻しの保持時間が長すぎたり、あるいは保持後に徐冷（例えば炉冷）をしたりすると、表層からの酸素の供給によって酸化インジウムが形成され、金属インジウムの粒子の数密度が減少する可能性がある。焼戻しの保持温度は、好ましくは５００℃以下であり、さらに好ましくは４５０℃以下である。焼戻しの保持時間は、好ましくは３０分間以下であり、さらに好ましくは２０分間以下である。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態による摺動部品用鋼材及びその製造方法の一例を説明した。本実施形態によれば、耐焼付き性に優れた摺動部品用鋼材が得られる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００４８】
［実施例１］
表１に示す化学組成を有する鋼を溶製した。表１の鋼種Ａ〜Ｉは、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１の機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃの鋼をベースに、Ｉｎの添加量等を変えたものである。表１の鋼種Ｊ〜Ｓは、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５２の機械構造用合金鋼ＳＭｎ４３８の鋼をベースに、Ｉｎの添加量等を変えたものである。なお、表１の化学組成の「−」は、該当する元素が不純物レベルであることを示す。
【００４９】
【表１】
2020041214.tif 000002
【００５０】
各鋼を１２００℃で１時間加熱した後、熱間鍛造を実施して素材を製造した。この素材を１２００℃で１時間加熱した後、９５０℃から１０００℃で熱間圧延を実施して所定の大きさに成形した。その後、表２に示す条件で焼入れ及び焼戻しを実施した。具体的には、１０００℃で１０分間保持した後水冷する焼入れ処理を実施した後、さらに４００℃で１５分間加熱後空冷する焼戻し処理を実施して硬度をＨＶ４５０程度にした。なお、Ｎｏ．８及び１８は、焼入れ処理として１０００℃で１０分間の保持に代えて、１２００℃で２０分間の保持を行った。また、Ｎｏ．９及び１９は、焼入れ処理として１０００℃で１０分間の保持に代えて、８５０℃で１０分間の保持を行った。
【００５１】
［金属インジウムの数密度］
各試験材から析出物観察用の試験片を採取し、実施形態で説明した方法にしたがって直径５０ｎｍ〜５μｍの金属インジウムの粒子の数密度を測定した。
【００５２】
［硬度測定］
各試験材から、圧延方向と垂直な面を測定面とする硬度測定用の試験片を採取した。肉厚方向に沿って１ｍｍ間隔で４点のビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に準拠して測定した。試験力は３００ｇｆ（２．９４２Ｎ）とした。４点の平均を当該試験材の硬度とした。
【００５３】
［Ｉｎ濃化層の測定］
各試験材からＩｎ濃化層測定用の試験片を採取し、実施形態で説明した方法にしたがってＩｎ濃化層の厚みを測定した。オージェ電子分光装置は、アルバック・ファイ社製ＳＡＭ６７０を使用した。
【００５４】
［摩擦試験」
各試験材から直径２０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板状の試験片を採取し、この試験片を用いてボール・オン・ディスク方式の摩擦試験を実施した。試験機は、ＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒを使用した。
【００５５】
試験片の表面は＃８００の砥粒を用いて粗研磨し、最終的には０．３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面仕上げを行った。ボールは直径６ｍｍのアルミナ製のものを使用し、荷重：１０Ｎ、試験温度：室温、回転直径：６ｍｍ、摩擦速度：１０ｍｍ／秒、摩擦時間：２００秒、潤滑剤：なしの条件で摩擦試験を実施した。摩擦係数は、試験機のソフトウェアから提供される値を用いた。
【００５６】
耐焼付き性は、上記試験によって得られた「最大摩擦係数」から評価した。「最大摩擦係数」とは、摩擦開始から終了まで（摺動距離２．０ｍ）の間の摩擦係数の最大値を意味する。最大摩擦係数が０．５を超えた場合には、試験後の摺動痕跡観察において焼付きが認められた。一方、最大摩擦係数が０．５以下の場合には、試験後の摺動痕跡観察において焼付きが認められなかった。そのため、最大摩擦係数が０．５以下である場合に、耐焼付き性に優れると判断した。図１に、最大摩擦係数が０．５を超えた試験材（後掲表２のＮｏ．１０）及び最大摩擦係数が０．５以下であった試験材（後掲表２のＮｏ．１５）のそれぞれの摩擦係数の時間変化を示す。
【００５７】
摩擦係数が０．４を超えるまでの時間を「持続時間」として評価し、持続時間が１００秒以上の場合に持続性に優れると評価した。
【００５８】
各試験材の熱処理条件及び評価結果を表２に示す。「金属Ｉｎ個数」の欄の数値は、直径５０ｎｍ〜５μｍの金属インジウムの粒子の数密度である。「Ｉｎ層厚み」の欄の数値は、Ｉｎ濃化層の厚さである。
【００５９】
【表２】
2020041214.tif 000003
【００６０】
Ｎｏ．３〜７、及び１２〜１７の試験材は、０．０５〜５．０％のＩｎを含有する化学組成と、金属インジウムの粒子が分散した組織とを有し、かつ、直径５０ｎｍ〜５μｍの粒子の数密度が５０００個／ｍｍ２以上であった。これらの試験材は、最大摩擦係数が０．５以下であり、持続時間が１００秒以上であった。
【００６１】
Ｎｏ．１、２、８〜１１、１８及び１９の試験材では、試験後に焼付きが認められた。Ｎｏ．１、２、１０及び１１の試験材で焼付きが発生したのは、Ｉｎ含有量が少なく、金属インジウム粒子の数密度も低かったためと考えられる。Ｎｏ．８及び１８の試験材で焼付きが発生したのは、金属インジウム粒子の数密度が低かったためと考えられる。Ｎｏ．９及び１９の試験材で焼付きが発生したのは、Ｉｎ含有量が少なかったためと考えられる。
【００６２】
［実施例２］
次に、焼入れ後の焼戻しを省略した試験材について、同様の評価を実施した。
【００６３】
試験材は、焼戻しを省略した他は実施例１と同様にして作製した。実施例１と同様に、金属インジウムの粒子の数密度、硬度、及びＩｎ層厚みを測定した。
【００６４】
［摩擦試験］
摩擦試験として、実施例１のドライ環境での摩擦試験に代えて、ウェット環境での摩擦試験を実施した。実施例１と同様に、各試験材から直径２０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板状の試験片を採取し、この試験片を用いてボール・オン・ディスク方式の摩擦試験を実施した。試験機は、ＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒを使用した。
【００６５】
試験片の表面は＃８００の砥粒を用いて粗研磨し、最終的には０．３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面仕上げを行った。ボールは直径６ｍｍのＳＵＪ２製のものを使用し、荷重：１０Ｎ、試験温度：１４０℃、回転直径：６ｍｍ、摩擦速度：０．５ｍ／秒、摩擦時間：６０分、潤滑剤：エンジンオイル２ｍｌの条件で摩擦試験を実施した。エンジンオイルは、粘度が０Ｗ−８相当であり、添加剤として有機モリブデン錯体、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、カルシウムスルホネートが含まれているものを使用した。摩擦係数は、試験機のソフトウェアから提供される値を用いた。
【００６６】
実施例１と同様に、耐焼付き性は、得られた「最大摩擦係数」から評価した。「最大摩擦係数」とは、摩擦開始から終了まで（摺動距離１８００ｍ）の間の摩擦係数の最大値を意味する。最大摩擦係数が０．５を超えた場合には、試験後の摺動痕跡観察において焼付きが認められた。一方、最大摩擦係数が０．５以下の場合には、試験後の摺動痕跡観察において焼付きが認められなかった。そのため、最大摩擦係数が０．５以下である場合に、耐焼付き性に優れると判断した。図２に、最大摩擦係数が０．５を超えた試験材（後掲表３のＮｏ．３０）及び最大摩擦係数が０．５以下であった試験材（後掲表３のＮｏ．３５）のそれぞれの摩擦係数の時間変化を示す。
【００６７】
摩擦係数が０．４を超えるまでの時間を「持続時間」として評価し、持続時間が６０分以上の場合に持続性に優れると評価した。
【００６８】
各試験材の処理条件及び評価結果を表３に示す。「金属Ｉｎ個数」の欄の数値は、直径５０ｎｍ〜５μｍの金属インジウムの粒子の数密度である。「Ｉｎ層厚み」の欄の数値は、Ｉｎ濃化層の厚さである。
【００６９】
【表３】
2020041214.tif 000004
【００７０】
Ｎｏ．２３〜２７、及び３２〜３７の試験材は、０．０５〜５．０％のＩｎを含有する化学組成と、金属インジウムの粒子が分散した組織とを有し、かつ、直径５０ｎｍ〜５μｍの粒子の数密度が５０００個／ｍｍ２以上であった。これらの試験材は、最大摩擦係数が０．５以下であり、持続時間が６０分以上であった。
【００７１】
Ｎｏ．２１、２２、２８〜３１、３８及び３９の試験材では、試験後に焼付きが認められた。Ｎｏ．２１、２２、３０及び３１の試験材で焼付きが発生したのは、Ｉｎ含有量が少なく、金属インジウム粒子の数密度も低かったためと考えられる。Ｎｏ．２８及び３８の試験材で焼付きが発生したのは、金属インジウム粒子の数密度が低かったためと考えられる。Ｎｏ．２９及び３９の試験材で焼付きが発生したのは、Ｉｎ含有量が少なかったためと考えられる。
【００７２】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。
【図１】
2020041214.tif 000005
【図２】
2020041214.tif 000006