(57)【要約】【課題】粉末焼結方法によって耐焼付き性と耐摩耗性に優れた高密度に焼結された耐摩耗鉄系焼結摺動材料と、その耐摩耗鉄系焼結摺動材料を裏金に焼結接合した耐摩耗鉄系焼結摺動複合部材およびその製造方法を提供する。【解決手段】６００℃までの焼戻し処理によっても硬さがＨＲＣ５０以上となる鉄系マルテンサイト母相中に、少なくとも平均粒径が５μｍ以上のＣｒ７Ｃ３型炭化物および／またはＭ６Ｃ型炭化物を２０〜５０体積％の範囲で析出分散させる構成とする。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
６００℃までの焼戻し処理によっても硬さがＨＲＣ５０以上となる鉄系マルテンサイト母相中に、少なくとも平均粒径が５μｍ以上のＣｒ７Ｃ３型炭化物および／またはＭ６Ｃ型炭化物を２０〜５０体積％の範囲で析出分散させたことを特徴とする耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項２】
前記鉄系マルテンサイト母相中においては、１０〜６０体積％の残留オーステナイトを残留させる請求項１に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項３】
少なくとも炭素；０．２〜０．８重量％、Ｓｉ；０．０５〜１．７重量％、Ｃｒ；３．５〜７．０重量％を必須元素とし、Ｍｏ；０．４〜２．０重量％およびＶ；０．２〜０．７重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの合金元素の一種以上を必要に応じて含有し、残りが実質Ｆｅからなるマルテンサイト相中に、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物粒を２５〜４０体積％の範囲で析出分散させる請求項１に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項４】
少なくとも炭素；０．２〜０．８重量％、Ｓｉ；０．０５〜１．７重量％、Ｃｒ；２．０〜４．５重量％を必須元素とし、Ｍｏ；１．０〜４．０重量％およびＶ；０．２〜０．７重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの合金元素の一種以上を必要に応じて含有し、残りが実質Ｆｅからなるマルテンサイト相中に、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物粒を２５〜４０体積％の範囲で析出分散させる請求項１に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項５】
少なくとも炭素；０．２〜０．８重量％、Ｓｉ；１．７〜３．０重量％、Ｃｒ；２．０〜４．５重量％を必須元素とし、Ｍｏ；０．４〜３．２重量％およびＶ；０．１〜０．３５重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの合金元素の一種以上を必要に応じて含有し、残りが実質Ｆｅからなるマルテンサイト相中に、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物粒を２５〜４０体積％の範囲で析出分散させる請求項１に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項６】
少なくとも炭素；０．２〜０．８重量％、Ｓｉ；０．０５〜１．７重量％、Ｃｒ；４．５〜７．０重量％を必須元素とし、Ｍｏ；０．３〜２．０重量％およびＶ；０．２〜０．７重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの合金元素の一種以上を必要に応じて含有し、残りが実質Ｆｅからなるマルテンサイト相中に、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物粒を１５〜３５体積％およびＭ６Ｃ型炭化物を１０〜２５体積％析出分散させ、総炭化物量が２５〜４５体積％の範囲で、その総炭化物量の５０体積％以上がＣｒ７Ｃ３型炭化物である請求項１に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項７】
少なくとも炭素；０．２〜０．８重量％、Ｓｉ；０．０５〜１．７重量％、Ｃｒ；２．０〜４．５重量％を必須元素とし、Ｍｏ；１．０〜３．６重量％およびＶ；０．２〜０．７重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの合金元素の一種以上を必要に応じて含有し、残りが実質Ｆｅからなるマルテンサイト相中に、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物粒を１５〜３０体積％およびＭ６Ｃ型炭化物を１０〜２５体積％析出分散させ、総炭化物量が２５〜５０体積％の範囲で、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物を主体として析出分散させる請求項１に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項８】
少なくとも炭素；０．２〜０．８重量％、Ｓｉ；１．７〜４．５重量％、Ｃｒ；２．０〜４．５重量％を必須元素とし、Ｍｏ；０．４〜３．２重量％およびＶ；０．１〜０．３５重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの合金元素の一種以上を必要に応じて含有し、残りが実質Ｆｅからなるマルテンサイト相中に、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物粒を１５〜３０体積％およびＭ６Ｃ型炭化物を１０〜２５体積％析出分散させ、総炭化物量が２５〜５０体積％の範囲で、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物を主体として析出分散させる請求項１に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項９】
少なくとも炭素；０．２〜０．８重量％、Ｓｉ；０．０５〜１．７重量％、Ｃｒ；４．５〜７．０重量％を必須元素とし、Ｍｏ；０．３〜２．０重量％およびＶ；０．２〜０．７重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの合金元素の一種以上を必要に応じて含有し、残りが実質Ｆｅからなるマルテンサイト相中に、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物粒を２０体積％以下およびＭ６Ｃ型炭化物を１５〜３０体積％析出分散させ、総炭化物量が２５〜５０体積％の範囲で、Ｍ６Ｃ型炭化物を主体として析出分散させる請求項１に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項１０】
少なくとも炭素；０．２〜０．８重量％、Ｓｉ；０．０５〜１．７重量％、Ｃｒ；２．０〜４．５重量％を必須元素とし、Ｍｏ；１．５〜４．０重量％およびＶ；０．２〜０．７重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ等の合金元素の一種以上が必要に応じて含有され、残りが実質Ｆｅからなるマルテンサイト相中に、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物粒を２０体積％以下およびＭ６Ｃ型炭化物を１５〜３０体積％析出分散させ、総炭化物量が２５〜５０体積％の範囲で、Ｍ６Ｃ型炭化物を主体として析出分散させる請求項１に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項１１】
少なくとも炭素；０．２〜０．８重量％、Ｓｉ；１．７〜４．５重量％、Ｃｒ；２．０〜４．５重量％を必須元素とし、Ｍｏ；１〜２．５重量％およびＶ；０．２〜０．３５重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの合金元素の一種以上を必要に応じて含有し、残りが実質Ｆｅからなるマルテンサイト相中に、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物粒を２０体積％以下およびＭ６Ｃ型炭化物を１５〜３０体積％析出分散させ、総炭化物量が２５〜５０体積％の範囲で、Ｍ６Ｃ型炭化物を主体として析出分散させる請求項１に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項１２】
前記Ｍｏ添加量の範囲において、Ｍｏの一部をＷで置き換えることを特徴とする請求項３〜１１のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項１３】
前記Ｓｉを０．２〜３．０重量％を含有するマルテンサイト相中において、Ｓｉの一部を０．２〜１．５重量％Ａｌで置き換えることを特徴とする請求項３〜１２のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項１４】
０．３〜４．０重量％のＮｉが共存添加されていることを特徴とする請求項１３に記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項１５】
Ｃｏが２〜１２重量％含有されていることを特徴とする請求項３〜１４のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項１６】
Ｍｎ；０．３〜２．０重量％、Ｐ；０．１〜１．０重量％、Ｂ；０．０５〜０．２重量％の一種以上が含有されていることを特徴とする請求項３〜１５のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項１７】
前記マルテンサイト相中において、Ａｌが１．５〜１５重量％含有されていることを特徴とする請求項３〜１６のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項１８】
前記マルテンサイト相中において、Ｃｕが１〜２５重量％含有されていることを特徴とする請求項３〜１７のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動材料。
【請求項１９】
前記請求項１〜１８のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動材料を鉄系裏金部材に焼結接合してなることを特徴とする耐摩耗焼結摺動複合部材。
【請求項２０】
少なくとも炭素；１．０〜３．７重量％、Ｃｒ；３．５〜１８重量％を含有する円筒状で薄い形状の耐摩耗鉄系焼結摺動材料を鉄系裏金部材に焼結接合した耐摩耗焼結摺動複合部材であって、少なくともその耐摩耗鉄系焼結摺動材料の内周面もしくは外周面に、円筒状の鉄系裏金の外周面もしくは内周面が焼結接合されることを特徴とする耐摩耗焼結摺動複合部材。
【請求項２１】
円筒状で薄い形状の耐摩耗鉄系焼結摺動材料の上、下面のいずれか一方と、その内周面が焼結接合されるような形状の裏金を配して焼結接合する耐摩耗焼結摺動複合部材であって、前記耐摩耗焼結摺動材料および／または鉄系裏金に一本以上のガス抜き溝および／またはガス抜き孔を設けたことを特徴とする請求項１９または２０に記載の耐摩耗焼結摺動複合部材。
【請求項２２】
ほぼ同一組成の耐摩耗焼結摺動材料からなる二つの表面層の中間層に鉄系裏金部材を配し、または、焼結後に相対密度９３％以上に焼結する温度において前記二つの表面層より焼結時における収縮または膨張が小さい異種成分の鉄系焼結粉末成分に調整される鉄系焼結材よりなる裏金部材を配し、前記二つの表面層を焼結する際に前記中間層と接合させることを特徴とする請求項１９に記載の耐摩耗焼結摺動複合部材。
【請求項２３】
建設機械の下転輪、上転輪、アイドラ、歯車減速機装置等のオイルシール用のフローティングシールに適用されることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動複合部材。
【請求項２４】
建設機械の作業機連結部に使用されるスラストワッシャに適用されることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動複合部材。
【請求項２５】
建設機械の履帯に使用される履帯ブッシュ端面部に焼結接合および接着してなることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動複合部材。
【請求項２６】
前記請求項１９〜２５のいずれかに記載の耐摩耗焼結摺動複合部材の製造方法であって、焼結用混合粉末重量に対して２．５〜５重量％の有機系潤滑剤を添加した後に、６０〜１５０℃の温度で加熱混合しながら、２ｍｍ以下に造粒した原料を加圧力０．４〜３．５ｔｏｎ／ｃｍ２で機械的にプレス成形し、ＡＸガス雰囲気もしくは真空雰囲気中で１１００〜１２５０℃で鉄系裏金部材と焼結接合した後、冷却して焼入れ処理することを特徴とする耐摩耗焼結摺動複合部材の製造方法。
【請求項２７】
円筒状で薄い形状の耐摩耗鉄系焼結摺動材料の上、下面のいずれか一方と、その内周面が焼結接合されるような形状の裏金を配して焼結接合する耐摩耗焼結摺動複合部材であって、前記耐摩耗焼結摺動材料および／または鉄系裏金に一本以上のガス抜き溝および／またはガス抜き孔を設けて焼結接合する請求項２６に記載の耐摩耗焼結摺動複合部材の製造方法。
【請求項２８】
裏金部材および／または耐摩耗焼結材料側に焼結時に発生するガスや余分な液相を接合面系外に導出するために少なくとも一箇所以上のガス抜き溝および／またはガス抜き孔を設け、焼結接合率を高めたことを特徴とする請求項２６に記載の耐摩耗焼結摺動複合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械等の回転部位に多用されるシール材料等に使用され、とりわけ、高面圧、低速度、高速度等の潤滑の悪い状況下での摺動時における耐焼付き性の改善と異常摩耗の防止、さらには摩耗寿命の延長を図るための新しい耐摩耗焼結摺動材料と、この耐摩耗焼結摺動材料を裏金部材に焼結接合し、潤滑油の封入用に用いるフローティングシールや作業機連結部位に用いるスラストワッシャ、足回り履帯ブッシュの端面部位に適用されるより高性能な耐摩耗焼結摺動複合部材とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械の下転輪ローラアッセンに組み込まれるフローティングシールは、土砂の進入を防止するものであるために、耐食性に優れるとともに、硬質なＣｒ７Ｃ３炭化物を３０体積％以上に多量に晶出させることによってその焼付き性や耐摩耗性を改善した高硬度な高炭素高Ｃｒ鋳鉄で製造されていることが多い。また、より高速な条件で摺動するフローティングシールでは、その摺動面にＷＣと自溶性合金からなる超硬溶射コーティングを施して使用されている。
【０００３】
また、作業機ブッシュの端面スラストワッシャのように、より高面圧、低速のグリース潤滑下で焼き付かずに摺動し、かつ、耐摩耗性や耐荷重性を重視した耐摩耗摺動材料としては、浸炭や高周波焼入れした鋼製のスラストワッシャが用いられている。また、近年、イージーメンテナンス化のニーズから、給脂間隔を延ばすために、例えば建設機械の作業機連結部において、作業機ブッシュに潤滑油を含浸した含油ブッシュを用い、その端面部に配置するスラストワッシャとして、鋼にＷＣ自溶性合金からなる耐焼付き性と耐摩耗性に優れた超硬溶射コーティングを施したスラストワッシャを用いることが一部において実施されている。
【０００４】
なお、本願発明に関連する先行技術として、マルテンサイト母相の焼戻し軟化抵抗性を効率的に高める合金元素の添加法に関しては、本出願人の先願になる、特願２００２−１３５２７４号および特願２００２−２４０９６７号等に開示されるものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の下転輪ローラアッセン中の潤滑油を密封するフローティングシールにおいては、その機構において土砂中での籾摺り運動によって微細な土砂粒子がシール面に進入しながら摩耗が進行するとともに、密封する潤滑油によってそのシール面が潤滑されているものであるために、極めて潤滑条件が厳しく、フローティングシールを組み込む際のセット圧（押し付け力）が高くなるとその摺動面において顕著に焼付き、焼割れ、異常摩耗が発生し、油漏れを引き起こすという問題点がある。
【０００６】
さらに、近年のブルドーザ等の建設機械においては、より高速走行による作業効率の向上が要望され、フローティングシールの高速回転化によっても同様の焼付き、焼割れ、異常摩耗が発生し、油漏れを引き起こすこととなる。
【０００７】
また、下転輪ローラアッセン等の長寿命化によるコスト削減が要望され、現状の耐摩耗鋳鋼材料では十分な耐摩耗性を持たないという問題点がある。
【０００８】
さらに、前記作業機軸受部に用いる溶射スラストワッシャにおいては、進入する土砂による噛み込みによって損傷することが問題となっている。
【０００９】
また、前記フローティングシールやスラストワッシャの耐焼付き性と耐摩耗性を向上させる材料として冷間工具鋼（ＳＫＤ材料）や高速度鋼（ＳＫＨ材料）等の各種工具鋼の適用が検討されるが、これらの工具鋼では、耐焼付き性、耐摩耗性において必ずしも十分でなく、かつ、極めて高価な鋼材であるとともに、製品形状に仕上げるまでの材料歩留まりを考慮した時の材料費と機械加工費とが高価になり過ぎるという問題点がある。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、粉末焼結方法によって耐焼付き性と耐摩耗性に優れた高密度に焼結された耐摩耗鉄系焼結摺動材料を提供し、さらに、その耐摩耗鉄系焼結摺動材料を焼結する工程においてその材料を裏金に焼結接合することによって、焼結時の緻密化による形状、寸法精度の不安定さを解消する低歪耐摩耗鉄系焼結摺動複合部材およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
高炭素高Ｃｒ鋳鉄で製造されるフローティングシールは、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ状態図における共晶組成（炭素量約３．４重量％）近傍の組成を持ち、Ｃｒ７Ｃ３炭化物を初晶として（ロッド状、径：２〜３μｍ）晶出した後、微細なロッド状（径：約０．３μｍ）のＣｒ７Ｃ３とオーステナイト相（冷却後にマルテンサイト相）からなる共晶組織を形成し、硬質なＣｒ７Ｃ３炭化物の総量が３０〜４０体積％となるようにされるものであるが、凝固時の冷却方向と平行にロッド状のＣｒ７Ｃ３炭化物が配列し、フローティングシール摺動面と平行にＣｒ７Ｃ３の脆弱な壁開面（００．１）が配向しやすくなるために、摺動面の局所的に発生する凝着力によって微細な共晶炭化物（Ｃｒ７Ｃ３）が容易に破砕され、この破砕粉が更なる凝着と摩耗を促進するという本質的な問題がある。
【００１２】
また、ＳＫＤ１，ＳＫＤ２，ＳＫＤ１１等の高炭素高Ｃｒ系工具鋼溶製材においては高合金鋼特有の巨大炭化物（Ｃｒ７Ｃ３型）と微細なＣｒ７Ｃ３型炭化物がマルテンサイト母相中に析出分散するが、多量の巨大炭化物が不均一に分散することと、その総炭化物量が２０体積％を越えることがないために前記耐焼付き性および耐摩耗性において十分でない問題があり、さらに、より高硬度なＳＫＨ２，ＳＫＨ１０，ＳＫＨ５４，ＳＫＨ５７等の高速度鋼溶製材においても、Ｍ６Ｃ型炭化物やＭＣ型炭化物をマルテンサイト母相中に多量に析出分散させているが、その総炭化物量が１５体積％超えないことは前記高炭素高Ｃｒ系工具鋼と同じ問題を有していることは明らかである。
【００１３】
このような問題点に鑑み、第１発明では、前記ＳＫＤ，ＳＫＨ工具鋼のような６００℃までの焼戻しによってもＨＲＣ５０以上の硬さが確保されるマルテンサイト母相中に、少なくとも、焼結状態で粒状のＣｒ７Ｃ３型および／またはＭ６Ｃ型（Ｆｅ３Ｍｏ３Ｃ，Ｆｅ３Ｗ３Ｃ，Ｆｅ３（Ｍｏ，Ｗ）３Ｃ）炭化物を分散させ、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物の壁開面が前記摺動面に対してランダムに配置されるようにして、Ｃｒ７Ｃ３炭化物の破損を軽減するとともに、さらに、Ｍ６Ｃ炭化物をも含めた総炭化物分散量を２０〜５０体積％に増量できる耐摩耗性に優れた高炭素高Ｃｒ高Ｍｏ組成な耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発した。
【００１４】
分散させる炭化物として、ＭＣ型炭化物は好ましいものであるが、ＭＣ型炭化物を多く分散させる場合には、Ｗ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ等の合金元素が多量に必要となり、耐摩耗焼結摺動材料の経済性が悪くなるので、本発明ではＭＣ型炭化物の析出分散を抑えるようにして、５体積％以下であれば良いものとした。
【００１５】
また、前記炭化物は、高濃度にＣｒ７Ｃ３型炭化物を含有する高炭素Ｆｅ−Ｃｒ合金微粉末や高濃度にＭ６Ｃ型炭化物を含有する高炭素Ｆｅ−Ｍｏ合金微粉末として添加することが可能であるが、焼結時に含有させる炭素成分とＣｒおよび／またはＭｏ等が反応して、マルテンサイト母相と平衡した組成の炭化物を析出分散させる方法が、例えばＭ６Ｃ炭化物中のＭｏ濃度を低減できる意味合いからも好ましいことは明らかである。
【００１６】
さらに、そのＣｒ７Ｃ３型炭化物の特徴としては、その大きさが前述の初晶Ｃｒ７Ｃ３型炭化物の径と同等以上の３μｍ以上の破損されにくいものとするが、後述のフローティングシール摺動面の断面観察から、局部凝着や摩耗時に発生する引きずり応力が表面から５〜８μｍの深さに集中していることから、その平均粒径５μｍ以上であることがより好ましく、その粗大な炭化物を析出分散させるために、大半（８０体積％以上）のＣｒ７Ｃ３炭化物粒を結晶粒界に析出させて速く成長させることを特徴とし、粒界に析出させた大きなＣｒ７Ｃ３型炭化物に囲まれるように、粒内に析出するわずかな粒状のＣｒ７Ｃ３型炭化物が耐焼付き性や耐摩耗性を劣化させないようにした。
【００１７】
またさらに、総炭化物量を２０体積％以上としたのは、通常の各種炭化物を析出分散させた高炭素な工具鋼（例えばＳＫＤ１，ＳＫＤ２）においても炭化物量が２０体積％を越えることがなく、これらの工具鋼よりもより耐摩耗性と耐焼付き性を改善することから定めたものであり、より好ましくは２５体積％以上であることは明らかである。また、総炭化物量を５０体積％未満に抑制したのは、炭化物の組織的連続化による脆弱化を防止するためであり、好ましくは総炭化物量を４５体積％以下にすることが望ましいことは明らかである。
【００１８】
前記高炭素な工具鋼においては、焼入れ状態においてしばしば多量の残留オーステナイト相が形成されて焼入れ硬さを低下させるが、本発明の予備テストとして、各種の高炭素な工具鋼を焼入れ温度を変えて焼入れした状態での残留オーステナイト相量（体積％）とその時の硬さを調査した結果、残留オーステナイト相量が６０体積％を超えた場合において、ＨＲＣ５０の硬さが確保されない問題が発生しやすくなることがわかった。このことから、本発明においては、残留オーステナイト相量を６０体積％以下に抑えることが望ましいのは明らかであり、残留オーステナイト相を抑えるために、１１００℃以上の焼結温度で焼入れずに、９００℃〜１１００℃の焼入れ温度に冷却した後に焼入れ処理すること、および、高合金工具鋼の焼戻し処理のように２５０〜６００℃の焼戻し処理を施し、残留オーステナイトを分解するとともに合金炭化物を析出させることのいずれか一方もしくはその両方を施すのが望ましいことは明らかである。
【００１９】
土砂を噛み込みながら摩耗するフローティングシールやスラストワッシャ等では、摺動面における残留オーステナイト相はマルテンサイト相に加工誘起マルテンサイト変態することが知られているが、前記予備テストにおいて、焼入れ状態で６０体積％以上の残留オーステナイト相を形成した場合においては残留オーステナイトがより安定化されるために有効にそのマルテンサイト変態が進行せず、耐摩耗性が悪くなることが予測された。
【００２０】
また、フローティングシールに適用する場合においては、残留オーステナイト相は摺動面での局部的な凝着や摩耗時に働く応力によって加工誘起マルテンサイト変態を起こし、その変態部位が顕著に硬化するとともに、マルテンサイト変態によってそのシール間の馴染み性を改善することによって、初期油漏れと耐焼付き性が改善され、また、類似の現象は高面圧下ですべりながら転動する歯車材においても良く知られているので、第２発明として、前述の耐摩耗鉄系焼結摺動材料のマルテンサイト母相中においては、１０〜６０体積％の残留オーステナイト相を残留させることとした。なお、より好ましくは２０〜６０体積％である。
【００２１】
また、残留オーステナイト相はＭｎ，Ｎｉの添加によって顕著に安定化され、多量に残留されるようになるが、Ｍｎは焼結性を阻害しやすい元素であるために、その添加量は２重量％以下に調整しておくことが好都合であり、Ｎｉは炭化物よりもマルテンサイト母相中に顕著に濃縮し、Ａｌとの共存によってマルテンサイト母相の強靭性を高めるので積極的に添加することが好ましいが、残留オーステナイトが残留しすぎて耐摩耗性を劣化させる観点からその添加量は４重量％以下に抑えるのが好ましい。
【００２２】
フローティングシール（図５参照）の鍔部中心の温度は通常１００〜１５０℃にまで昇温し、しばしば、その凝着しはじめた摺動面には熱亀裂の発生も観察されることを考慮した場合、その摺動面は５００〜６００℃の高温度に晒されていることが容易に類推される。この摺動時の発熱によって前記焼結材料中のマルテンサイト母相が摺動中に焼戻し軟化された場合には、前記硬質な炭化物粒子が析出分散されていてもその耐焼付き性と耐摩耗性が顕著に減少することは明らかである。したがって、本発明においては、マルテンサイト母相の焼戻し軟化抵抗性を前記ＳＫＤ系工具鋼並み、もしくはそれ以上に高めるために、少なくとも６００℃の焼戻しによってもマルテンサイト母相の硬さがＨＲＣ５０以上に維持されるようにマルテンサイト母相の成分を調整することを特徴とし、このマルテンサイト母相中に２０〜５０体積％の前記炭化物を析出分散させることを特徴とした。
【００２３】
前記マルテンサイト母相の焼戻し軟化抵抗性をより効率的に高める合金元素の添加法に関しては、本出願人が特願２００２−２４０９６７号および特願２００２−１３５２７４号において開示している。すなわち、炭素：０．２５〜０．５５重量％で、Ｃｒを３．５〜５．５重量％以上に含有させる鋼材系においては、（焼戻し軟化抵抗係数×合金元素の重量％）で合金元素の焼戻し軟化抵抗値を次式のように定量化している。
2004211132.tif 000002
ここで、焼戻し軟化抵抗係数は各合金元素１重量％当りのロックウェル硬さの増量分を与えるものであり、Ｍｏ重量％の上限値はＭｏ炭化物の固溶度との関係で決まる有効添加量（１０００℃；２．１重量％，１１００℃；３．０重量％，１１５０℃；４重量％）となり、それ以上のＭｏの添加は炭化物形成に使われ、焼戻し軟化抵抗性の改善に寄与しない。
【００２４】
なお、本発明のように焼結温度が１１００〜１２５０℃で焼結され、それに続いて焼入れされる場合には、マルテンサイト母相におけるＭｏの有効添加量は最大４重量％とし、後述のように４．５重量％以上のＣｒを添加することによって、その有効添加量は２．０重量％となるために、Ｍｏ添加量はマルテンサイト母相において２．０重量％を超えないように調整することが、機能的および経済的に有効であることがわかる。この場合には残留オーステナイトが多量に形成されるために、焼入れ状態において十分硬化されないことが多いが、前述の高合金工具鋼に適用される４５０〜６００℃の焼戻し処理によってより硬質な耐摩耗鉄系焼結摺動材料となることは明らかである。
【００２５】
ただし、前記焼結温度から焼入れ温度に炉冷した後に焼入れする場合においては、焼入れ状態での残留オーステナイト相量が抑制されるが、そのＭｏ有効添加量は焼入れ温度にしたがって減少することは明らかである。例えば１０００℃を焼入れ温度とする場合には、マルテンサイト母相におけるＭｏの有効添加量は最大２．１重量％で、３．５重量％以上のＣｒとの共存によって、その有効添加量は１．０５重量％になることは明らかであり、その結果、マルテンサイト母相として焼戻し軟化抵抗性が減少することも明らかである。
【００２６】
また、Ｃｒの焼戻し軟化抵抗性改善作用はマルテンサイト母相中の炭素濃度に依存することは特願２００２−２４０９６７号および特願２００２−１３５２７４号で開示している通りであるが、１１００℃以上の焼結温度でのマルテンサイト母相中の炭素濃度が０．７重量％程度である場合には、４．５重量％Ｃｒ以上でＭｏの有効添加量を１／２に減ずる、Ｓｉの焼戻し軟化抵抗係数を減ずる作用を示し、さらに、７．０重量％Ｃｒ以上でＣｒ固有の焼戻し軟化抵抗係数を減ずることを考慮することが望ましいことがわかるが、Ｍｏの場合と同様に焼入れ温度を９５０〜１０００℃とする場合には、３．５重量％Ｃｒ以上でＭｏの有効添加量を１／２に減ずる、Ｓｉの焼戻し軟化抵抗係数を減ずる作用を示すことは明らかである。
【００２７】
さらに、前記マルテンサイト母相の焼戻し軟化抵抗性を最も顕著に高めるＶは、その焼戻し軟化抵抗性に有効に作用する最大添加量が１１００〜１２５０℃の焼結を実施する本発明においてはＶのマルテンサイト母相への固溶度が０．７重量％以上であることから（特願２００２−２４０９６７号および特願２００２−１３５２７４号参照；焼入れ温度９５０℃；０．４重量％、１０００℃；０．５重量％から１１００℃；０．７重量％を推定できる）、Ｖのマルテンサイト母相における有効添加量を０．７重量％とすることができることがわかる。ただし、前記焼結温度より焼入れ温度まで炉冷した後に焼入れする場合においては、その有効添加量が焼入れ温度にしたがって減少することは明らかである。
【００２８】
さらにまた、マルテンサイト母相中のＳｉは、１．７重量％以上を越えるとＶの有効添加量を半減する作用を示すこと、および、Ｓｉ重量％の１／２量分がＭｏの有効添加量（重量％）を減ずることから、Ｓｉの添加量を考慮する必要があることが開示されている。
【００２９】
以上の結果を後述する各種工具鋼のマルテンサイト母相中のＣｒが３．５重量％以上であり、高Ｃｒが耐食性に優れることを考慮して、
第３発明としては、マルテンサイト母相組成がＳｉ：０．０５〜１．７重量％，Ｃｒ：３．５〜７．０重量％の範囲で調整され、Ｍｏ：０．４〜２．０重量％および／またはＶ：０．２〜０．７重量％とし、さらに、Ｍｎ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ等の一種以上の合金元素を適量添加して、そのマルテンサイト母相中に２５〜４０体積％のＣｒ７Ｃ３型炭化物粒を析出分散させた耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発した。より好ましくはＳｉ：０．０５〜１．０重量％に抑え、焼戻し軟化抵抗性を高めるＭｏおよび／またはＶをそれぞれＭｏ：１．０〜２．０重量％，Ｖ：０．４５〜０．７重量％の範囲に調整することが好ましいことは明らかである。
【００３０】
前記第３発明のようにマルテンサイト母相組成と析出分散させる炭化物量が設定された場合の耐摩耗鉄系焼結摺動材料組成は、前記組成のマルテンサイト母相とその母相と平衡しながら析出分散するＣｒ７Ｃ３型炭化物との間のＣｒ，Ｓｉ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｍｎ等の各種合金元素の分配係数を後述する実施例のように予め調査しておくことによって炭化物組成が計算され、さらに、その析出分散する炭化物量の設定値とマルテンサイト母相組成から算出される。こうして、前記第３発明における耐摩耗鉄系焼結材料の組成を計算した結果、
少なくとも、Ｃ：２．５〜３．７重量％，Ｓｉ：０．０５〜１．３重量％，Ｃｒ：１０〜１８重量％を必須元素として、Ｍｏ：０．６〜３．５重量％，Ｖ：０．４〜４．０重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの一種以上を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発したが、より好ましくはＳｉ：０．０５〜０．８重量％，Ｍｏ：１．５〜３．５重量％，Ｖ：１．５〜４．０重量％とした耐摩耗鉄系焼結摺動材料であることは明らかである。とりわけ、ＶはＣｒ７Ｃ３型炭化物に顕著に濃縮して、熱力学的に安定化することから、母相における固溶炭素量を低減するとともに、より顕著にマルテンサイト母相の焼戻し硬さを高める作用を持つことから、前述のフローティングシールに適用する場合の摺動面における熱亀裂抵抗性と耐焼付き性および耐摩耗性を向上する上で好ましいことは明らかである。
【００３１】
また、後述する従来の工具鋼の焼戻し硬さは、３００〜４００℃付近で一旦軟化した後に、ＭｏやＶ，Ｗ等の元素の作用により４５０℃以上で再硬化（二次硬化）する場合が一般的であり、フローティングシールやスラストワッシャ用として使用する場合には、３００〜４００℃近傍での軟化を最小にとどめ、６００℃までの焼戻し硬さがＨＲＣ５０以上であるようにすることが好ましく、前述の高合金工具鋼の焼戻し処理を実施することが好ましいが、そのような焼戻し処理が高価なために、４００℃以下の低温度側における焼戻し軟化抵抗性を顕著に高める安価なＳｉ，Ａｌを最大限に効率的に利用することが好ましい。この場合には、母相中のＣｒ濃度を２．０〜４．５重量％，Ｓｉを０．０５〜１．７重量％，Ｍｏを１〜４．０重量％になるようにして、さらにまたは、Ｖを０．２〜０．７重量％まで積極的に添加することができるが、好ましくは、Ｓｉ：０．８〜１．７重量％，Ｍｏ：１〜３．６重量％とすることが経済的であることは明らかであり、これらの場合においても、Ｗ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｍｎ等の合金元素を適量添加して、焼戻し軟化抵抗性を高めることや焼入れ性を確保することが好ましいことは明らかであり、第４発明としては、そのマルテンサイト母相中に２０〜４０体積％のＣｒ７Ｃ３型炭化物粒を析出分散させた耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発した。
【００３２】
なお、第４発明における焼戻し軟化抵抗は６００℃での焼戻し硬さ（ＨＲＣ）が５０以上になる次式
2004211132.tif 000003
によって計算されることが開示されており、Ｓｉ下限値：０．８重量％，Ｍｏ下限値：１重量％を添加したときの上式を満足させるＣｒ濃度は約２重量％であり、ＳＫＤ４，ＳＫＤ５の母相Ｃｒ濃度が２重量％であることや耐食性をあまり必要としない場合においては、第４発明におけるＣｒ濃度範囲が２．０〜４．５重量％未満とすることが経済的な観点からも好ましいことは明らかである。
【００３３】
前記第３発明における耐摩耗鉄系焼結焼結材料の組成を計算した方法と同様に、前記第４発明における耐摩耗鉄系焼結摺動材料の組成を計算した結果、
少なくとも、Ｃ：２．５〜３．７重量％，Ｓｉ：０．０５〜１．３重量％，Ｃｒ：８〜１３．５重量％，Ｍｏ：２．０〜６．５重量％，Ｖ：０．４〜４．０重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの一種以上を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発したが、上述のようにマルテンサイト母相におけるＳｉ含有量が０．８〜１．７重量％であるためには、耐摩耗鉄系焼結摺動材料のＳｉ濃度としては０．７〜１．３重量％、さらに、第３発明と同じ理由でＶ：１．５〜４．０重量％とすることがより好ましいことは明らかである。
【００３４】
またさらに、前記Ｓｉの焼戻し軟化抵抗特性を最大限に利用し、Ｍｏ，Ｖの多量添加を避ける目的から、前記母相中のＳｉ：１．７〜３．０重量％，Ｍｏ：１．０〜３．１重量％とし、かつＶ：０．１〜０．３５重量％とすることによってより経済的な耐摩耗鉄系焼結摺動材料が開発され、その耐摩耗鉄系焼結摺動材料の組成は、
少なくとも、Ｃ：２．５〜３．７重量％，Ｓｉ：１．３〜２．３重量％，Ｃｒ：８〜１３．５重量％，Ｍｏ：１．５〜５重量％，Ｖ：０．４〜２．０重量％のいずれか一方もしくは両方を含有するとともに、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの一種以上を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発した（第５発明）。
【００３５】
なお、Ｓｉ，Ａｌの添加はＡ３変態温度を顕著に高温度側に引き上げる作用をするために、摺動面における熱亀裂の発生を抑制することが明らかである（△Ａ３＝＋４０℃／Ｓｉ重量％，Ｍｏ：＋２０℃／Ｍｏ重量％，Ａｌ：＋７０℃／Ａｌ重量％，Ｖ：＋４０℃／Ｖ重量％，Ｗ：＋１２℃／Ｗ重量％，Ｍｎ：−３０℃／Ｍｎ重量％，Ｎｉ：−１５℃／Ｎｉ重量％）。
【００３６】
前記第３発明，第４発明，第５発明においては、前記脆弱なＣｒ７Ｃ３型炭化物をランダムに析出分散させたものとしているが、第６発明，第７発明および第８発明においては、結晶構造が面心立方体構造であり、Ｃｒ７Ｃ３炭化物よりもその壁開強度が強く、また、約４００℃以上の高温度側において高硬度であるＭ６Ｃ（Ｆｅ３Ｍｏ３Ｃ，Ｆｅ３Ｗ３Ｃ，Ｆｅ３（Ｍｏ，Ｗ）３Ｃ）炭化物を１０〜２０体積％析出分散させ、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物の割合を減じながら、それらの総炭化物量を２５〜４５体積％未満にし、さらに、マルテンサイト母相組成が第３発明と同じ焼戻し軟化抵抗性を有することによってより高面圧（線圧）、高速化で使用する際に問題になるフローティングシールの耐焼付き性、耐摩耗性を改善するものとした。
【００３７】
なお、第６発明，第７発明，第８発明の耐摩耗鉄系焼結摺動材料の組成としては、前記第３発明，第４発明，第５発明の場合と同様に計算される。
まず、第６発明の耐摩耗鉄系焼結摺動材料の組成としては、
少なくとも、Ｃ：２．０〜３．６重量％，Ｓｉ：０．２〜１．８重量％，Ｃｒ：８〜１８重量％，Ｍｏ：１．０〜１０．０重量％を必須元素とし、かつ、耐摩耗性を重要視する場合においてはＶ：０．７〜３．５重量％を含有するものとして、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの一種以上を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発した。
【００３８】
なお、マルテンサイト母相と平衡するＣｒ７Ｃ３型炭化物とＭ６Ｃ型炭化物へのＶの濃縮傾向を比較すると、Ｍ６ＣへのＶ濃縮傾向は１／３程度に小さく、Ｍ６Ｃ型炭化物を多く析出させるほどマルテンサイト母相の同じ焼戻し軟化抵抗性に有するための耐摩耗鉄系焼結摺動材料におけるＶ添加量が少なくて済むようになることは好ましいことであるので、Ｖをより積極的に添加することが好ましく、前記第６発明においてはＣ：２．０〜３．６重量％，Ｓｉ：０．０５〜１．８重量％，Ｓｉ：０．０５〜１．８重量％，Ｃｒ：８〜１８重量％，Ｍｏ：３．５〜７．５重量％を必須元素とし、かつ、耐摩耗性を重要視する場合においてはＶ：１．５〜３．５重量％を含有するものとする耐摩耗鉄系焼結摺動材料がより好ましいことは明らかである。
【００３９】
次に、第７発明の耐摩耗鉄系焼結摺動材料の組成としては、
少なくとも、Ｃ：２．０〜３．６重量％，Ｓｉ：０．０５〜１．８重量％，Ｃｒ：３．５〜１１重量％，Ｍｏ：３．０〜１８．０重量％を必須元素とし、かつ、耐摩耗性を重要視する場合においてはＶ：０．７〜３．５重量％を含有するものとしたが、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの一種以上を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発した。より好ましくは、前記Ｃ：２．０〜３．０重量％，Ｃｒ：５〜９重量％，Ｍｏ：４．５〜１３重量％，Ｖ：１．５〜３．５重量％を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料とするのが良いことは明らかである。
【００４０】
さらに、第８発明の耐摩耗系焼結摺動材料の組成としては、
少なくとも、Ｃ：２．０〜３．６重量％，Ｓｉ：１．７〜３．２重量％，Ｃｒ：３．５〜１１重量％，Ｍｏ：１．５〜１６．０重量％を必須元素とし、かつ、耐摩耗性を重要視する場合においてはＶ：０．７〜２．０重量％を含有するものとしたが、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの一種以上を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発したが、より好ましくは、前記Ｃ：２．０〜３．０重量％，Ｃｒ：５〜９重量％，Ｍｏ：３．０〜１２．５重量％を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料とするのが良いことは明らかである。
【００４１】
なお、前記第３発明〜第８発明における炭化物は安価なＣｒ７Ｃ３型炭化物を主体にしたものであり、Ｃｒ７Ｃ３型炭化物の脆弱性を伴うために、第９発明〜第１１発明においては、第３発明〜第５発明と同じ組成のマルテンサイト母相中にＭ６Ｃ型炭化物が主体的に析出分散する耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発した。
より具体的には、析出分散するＣｒ７Ｃ３型炭化物を２０体積％以下に抑え、Ｍ６Ｃ型炭化物が１５〜４０体積％で、総炭化物量が２５〜４５体積％となるようにして、その耐摩耗鉄系焼結摺動材料の耐摩耗性と耐焼付き性を改善した。
【００４２】
まず、第９発明における前記母相組成は、Ｃ：０．５重量％，Ｓｉ：０．０５〜１．７重量％，Ｃｒ：４．５〜７．０重量％，Ｍｏ：１．０〜２．０重量％，Ｖ：０．２〜０．７重量％として、その耐摩耗鉄系焼結摺動材料の組成を計算した結果、
少なくとも、Ｃ：１．８〜２．６重量％，Ｓｉ：０．０６〜２．３重量％，Ｃｒ：６〜１４重量％，Ｍｏ：３．６〜１５．５重量％が不可避的に含有され、かつ、耐摩耗性を重要視する場合においてはＶ：０．７〜３．０重量％を含有するものとしたが、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの一種以上を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発した。より好ましくは、前記Ｃｒ：７〜１２重量％，Ｍｏ：３．６〜１２．５重量％，Ｖ：１．５〜４．０重量％を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料が良いのは明らかである。
【００４３】
次に、第１０発明における前記母相組成は、Ｃ：０．５重量％，Ｓｉ：０．０５〜１．７重量％，Ｃｒ：２．０〜４．５重量％未満，Ｍｏ：１．５〜４．０重量％，Ｖ：０．２〜０．７重量％として、その耐摩耗鉄系焼結摺動材料の組成を計算した結果、
少なくとも、Ｃ：１．８〜２．６重量％，Ｓｉ：０．０６〜２．３重量％，Ｃｒ：３．５〜８．５重量％，Ｍｏ：５．５〜２０重量％が不可避的に含有され、かつ、耐摩耗性を重要視する場合においてはＶ：０．７〜３．０重量％を含有するものとしたが、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの一種以上を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発した。Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖの経済性を考慮して、Ｓｉ：１．０〜２．３重量％，Ｃｒ：３．５〜７．０重量％，Ｍｏ：８〜１７重量％，Ｖ：１．５〜３．０重量％とすることが好ましいことは明らかである。
【００４４】
さらに、第１１発明における前記母相組成は、Ｃ：０．５重量％，Ｓｉ：１．７〜３．０重量％，Ｃｒ：２．０〜４．５重量％未満，Ｍｏ：１．０〜２．５重量％，Ｖ：０．２〜０．３５重量％として、その耐摩耗鉄系焼結摺動材料の組成を計算した結果、
少なくとも、Ｃ：１．８〜２．４重量％，Ｓｉ：１．８〜３．５重量％，Ｃｒ：３．５〜８．５重量％，Ｍｏ：４．０〜１７重量％が不可避的に含有され、かつ、耐摩耗性を重要視する場合においてはＶ：０．７〜１．５重量％を含有するものとしたが、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｗ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌの一種以上を含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発した。Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖの経済性を考慮して、Ｃｒ：３．５〜７．０重量％，Ｍｏ：４〜１４重量％，Ｖ：１．５〜３．０重量％とすることが好ましいことは明らかである。
【００４５】
なお、前記第３発明〜第１１発明におけるＷの機能はＶ，Ｍｏほどに焼戻し軟化抵抗性を高めるものではないが、Ｍｏ，Ｃｒ等の焼戻し軟化抵抗性が５００〜５５０℃で最大作用を示すのに対して、Ｗ，Ｖが６００℃以上まで焼戻し軟化抵抗性を増すことから、とりわけ、ＳＫＤ２，ＳＫＤ４，ＳＫＤ５，ＳＫＤ６２および高速度鋼に多く利用されているが、前記耐摩耗鉄系焼結摺動材料を製造する際の焼結温度が１１００℃〜１２５０℃であり、Ｗの焼戻し軟化抵抗性に寄与する有効添加量が２重量％であることおよびＭｏに対する同等のＣｒおよびＳｉの影響を考慮し、マルテンサイト母相中のＷの上限添加量を２．０重量％とし、前記２０〜４５体積％の炭化物を析出分散させる耐摩耗鉄系焼結摺動材料においてはＭｏ添加量の１／２（Ｍｏの上限添加量が４重量％であり、Ｗがその１／２で、Ｃｒ７Ｃ３およびＭ６Ｃ型炭化物への濃縮傾向がＭｏとほぼ同等であることから）を上限として添加することが好ましいが、さらに、本発明では経済性の観点からＭｏの添加量範囲においてＭｏの１／２までの範囲でＷが置き換えられることとした（第１２発明）。
【００４６】
また、特願２００２−２４０９６７号および特願２００２−１３５２７４号においては、前記マルテンサイト母相の焼戻し軟化抵抗性に対するＡｌ添加の影響を開示しており、ＡｌはＳｉとほぼ同様に顕著な焼戻し軟化抵抗性を示し、とりわけ、約３００℃までの低温側での焼戻し軟化抵抗性に関しては、Ｖ，Ｓｉ，Ｍｏ，Ｃｒ等の合金元素の焼戻し軟化抵抗性よりも顕著な作用を示すことから、前記第３発明〜第１２発明のいずれにおいても積極的に添加されることが好ましく、マルテンサイト母相においては、Ｓｉの一部が０．２〜１．５重量％Ａｌで置き換えられることが好ましい（第１３発明）。
【００４７】
さらに、前記特願２００２−２４０９６７号および特願２００２−１３５２７４号において開示されているように、前記ＡｌとＮｉが共存して含有されることにより、マルテンサイト母相の靭性が顕著に改善されることから、Ｎｉ：０．３〜３．５重量％がマルテンサイト母相に含有されることが好ましいことは明らかである。
【００４８】
また、前記第３発明〜第１４発明におけるＮｉは、Ｍｎと同様に前記耐摩耗鉄系焼結摺動材料の焼入れ性を補償する元素であるが、特願２００２−２４０９６７号および特願２００２−１３５２７４号に開示されているように、マルテンサイト母相中に０．２重量％以上のＡｌと０．３重量％以上のＮｉが共存する場合において、その靭性が改善されることと、炭化物とほとんど反応しないＮｉ，Ａｌ，Ｓｉ同士が５００℃以上の高温で金属間化合物を析出し、硬化する作用があることから、さらに前述のように残留オーステナイトを積極的に利用する観点から、マルテンサイト母相において０．３重量％以上を含有することが好ましいが、Ｎｉは顕著に残留オーステナイト相を安定化し、添加しすぎた場合においては耐摩耗性を悪くすることから、前記母相におけるＮｉの上限添加量を５重量％とし、前記耐摩耗鉄系焼結摺動材料としては０．３〜４．０重量％とした（第１４発明）。
【００４９】
また、Ｃｏはマルテンサイト母相の磁気変態温度を顕著に高める（約１０℃／重量％Ｃｏ）ことから、マルテンサイト母相中の合金元素の拡散性を小さくするように作用し、他の合金元素の焼戻し軟化抵抗性を磁気変態温度の上昇分より高温度側にまで高める元素であるために、Ｃｏを積極的に添加するものであるが、第１５発明では、その母相中のＣｏ組成としては約３０℃の焼戻し軟化抵抗性の高温化が得られる３重量％以上で、また、その経済性を考慮してマルテンサイト母相中のＣｏ上限添加量を１５重量％とすることが好ましく、前記２５〜４０体積％未満の炭化物を析出分散させる耐摩耗鉄系焼結摺動材料においては２〜１２重量％を添加することが好ましいこととした。
【００５０】
なお、Ｃｏは前記磁気変態による焼戻し軟化抵抗改善作用だけでなく、特願２００２−１３５２７５号で開示したように、後述するＡｌの添加によって金属間化合物の析出硬化作用により顕著に硬化することから、前記１２重量％（マルテンサイト母相では１５重量％となる）までの積極的なＣｏ添加がより好ましいことは明らかである。
【００５１】
また、前記第３発明〜第１５発明におけるＭｎは、前記耐摩耗鉄系焼結摺動材料の焼入れ性を補償するための元素であり、焼戻し軟化抵抗性改善にほとんど寄与しない合金元素であるが、ＡＩＳＩ規格工具鋼Ａ１０などのように、最大添加量が約２．０重量％に及ぶものがあることと、予備テストによって３重量％Ｍｎの添加によって焼入れ状態で多量の残留オーステナイト相を生成することから、前記発明においては耐摩耗鉄系焼結摺動材料に対する最大添加量を２．０重量％とした（第１６発明）。
【００５２】
なお、前記第３発明〜第１５発明の前記耐摩耗鉄系焼結摺動材料の焼結性を改善する観点から０．１〜１．０重量％Ｐ，０．０１〜０．２重量％Ｂのいずれか一方もしくはその両方がその焼結摺動材料に添加されることが好ましいことは良く知られている（第１６発明）。
【００５３】
Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｔａ，Ｚｒ等の添加は、前記第３発明〜第１６発明において積極的な効果は少ないと考えられるが、元々の素材に含有され場合においては避けることができず、さらに、これらの合金元素が含有された場合においては本発明目的を害する作用がないことから、１重量％以下において含有されても良いものとした。
【００５４】
フローティングシールをより高面圧（線圧）、高速化で使用する際のマルテンサイト母相の耐焼付き性を向上させることに関する議論はあまりないが、第１７発明においては、Ａｌ添加によってＦｅ３Ａｌ規則相を形成し易いマルテンサイト相とすることによって凝着時の発熱を吸着させること、規則相化したマルテンサイトが極めて自由エネルギー的に安定化され凝着しにくくなることを利用してフローティングシール材の耐焼付き性を改善した。
【００５５】
より具体的には、本出願人が特願２００２−１３５２７５号で開示しているように、そのマルテンサイト母相中のＡｌ含有量は３重量％以上においてより効果的であり、本発明のようにＣｒ７Ｃ３型炭化物および／またはＭ６Ｃ型炭化物が多量に析出し、かつ、その炭化物へほとんど固溶しないＡｌはマルテンサイト母相中に濃縮するために、前記耐摩耗鉄系焼結摺動材料としてはＡｌ添加量が１．５重量％以上で効果的となることは明らかであり、Ａｌの上限添加量はＦｅ３ＡｌもしくはＦｅＡｌ規則相を形成するＡｌ添加量に相当するが、本発明においてはＦｅ３Ａｌ規則相が顕著に作用する１５重量％とし、耐摩耗鉄系焼結摺動材料としては１２重量％以下が好ましい。
【００５６】
さらに、特願２００２−１３５２７５号で開示するように、焼結材料の焼結性を改善するためにＣｕを添加することが好ましいが、２５重量％を越えてＣｕを添加した場合においてはＣｕ相が析出し、耐摩耗性に好ましくないことから、その上限添加量を２５重量％とした（第１８発明）。
【００５７】
前記第１発明〜第１８発明における耐摩耗鉄系焼結摺動材料の製造方法においては、その焼結工程において部分的にも液相を発生させることによって、その焼結密度を相対密度で９３％以上に高めて使用するために、その焼結前の成形体が顕著に収縮して、焼結体としての形状寸法性を確保することが難しく、その結果として焼結体の後機械加工量が多くなり、コスト高になる問題がある。このため、第１９発明においては、焼結体寸法性を確保するための裏金に焼結時接合した耐摩耗鉄系焼結摺動複合部材として用いることとした。
【００５８】
なお、例えばスラストワッシャとして用いる場合においては、円筒状で薄い粉末成形体（ディスク形状）の内周面にその内周面の内径と接するか僅かに小さい外周面を持つ裏金を配して焼結接合する方法および／または前記粉末成形体の上、下面のいずれか一方とその内周面が焼結接合されるような形状の裏金を配して焼結接合する方法が好ましく（第２０発明）、さらに、前記後者のように前記粉末成形体の上、下面のいずれか一方とその内周面が焼結接合されるような形状の裏金を配して焼結接合する方法においては、焼結接合時に発生するガスや余分な液相が接合面における膨れや剥離の原因となり易いことから、それらが裏金との接合面から排出され易いように一本以上のガス排出溝および／またはガス排出孔を前記粉末成形体および／または裏金に設けることが好ましい（第２１発明）。
その際のその粉末成形体はそのハンドリング強度や欠けなどに耐えるようにするために、耐摩耗鉄系焼結摺動材料の組成に合わせた合金鋼粉末，黒鉛，その他合金元素と１重量％程度のステアリン酸亜鉛，ステアリン酸系ワックス等の潤滑剤を合わせて混合した後に４〜６トン／ｃｍ２の大圧力でプレス成形されることが一般に実施され、焼結接合されるが、この場合においては、前記内接する裏金接合位置を中心にして、反り上がる問題が発生するため、第２６発明においては、成形体のハンドリング強度とプレス成形時の加圧力が成形体にほぼ均一に分布できるように、粉体の潤滑剤となるワックス類を耐摩耗焼結摺動材料の混合粉末に対して２０〜３５体積％（２．５〜５重量％）程度に多く混合し、成形型へその混合粉末の充填性を高めるために２ｍｍ径以下に造粒した後、０．４〜３．５ｔｏｎ／ｃｍ２の低圧力で加圧成形し、焼結接合処理中に発生する液相を焼結体内に保有し易くしながら焼結性を促進し、裏金の形状への倣い性を高めながら裏金に接合させることによって、焼結接合時の反り上がりや液相焼結体の発泡による膨れ等を防止しながら前記耐摩耗鉄系焼結摺動部材を製造することを特徴とした。さらに、前記粉末成形体の上、下面のいずれか一方とその内周面が焼結接合されるような形状の裏金を配して焼結接合する方法においては、その接合面積が大きくなるに従って、焼結接合時に発生するガスが上、下面のいずれか一方とその内周面で囲まれる接合空間に閉じ込められる接合欠陥が発生し易くなるために、第２７発明においては、その空間からのガス抜けが容易となるように、一本以上のガス排出溝および／またはガス排出孔を前記粉末成形体および／または裏金に設けることによって、焼結接合時のガス閉じ込めによる膨れ欠陥を防止する製造方法を特徴とした。またさらに、焼結接合方法としては、高濃度のＣｒ，Ａｌを含有することから、露点が−３０℃以下のＡＸガス雰囲気もしくは、少なくとも１ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気中での焼結接合が好ましく、かつコスト的な観点からは、焼結接合後の冷却過程において耐摩耗鉄系焼結摺動材料部位を１００ｔｏｒｒ以上のＮ２等のガス冷却によって焼入れ硬化することが好ましいことは明らかである。
【００５９】
さらに、単純な薄い円筒板状のスラストワッシャ等に適用する場合においては、前記内周面に裏金を接する方法を採用する場合においてもその焼結体部位の外周面外径の寸法安定性が確保されないので、第２２発明においては、スラストワッシャの二層の表面層をほぼ同一組成の前記耐摩耗鉄系焼結摺動材料から構成し、その二層の中間層にその焼結接合時における収縮または膨張が小さい異種成分の鉄系焼結材料層、もしくは鉄系の裏金材を配置することを特徴とする低歪耐摩耗鉄系焼結摺動複合部材を開発した。
【００６０】
また、第２３発明においては、建設機械の下転輪、上転輪、アイドラ、歯車減速機装置等のオイルシール用のフローティングシールに適用されることを特徴とし、第２２発明においては、建設機械の作業機連結部に使用されるスラストワッシャに適用されることを特徴とした。さらに、第２５発明においては、建設機械の履帯に使用される履帯ブッシュ端面部に焼結接合および接着してなることを特徴とした。
【００６１】
【実施例】
次に、本発明による耐摩耗焼結摺動材料、耐摩耗焼結摺動複合部材およびその製造方法の具体的な実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００６２】
（実施例１；予備テスト結果）
本実施例では、表１に示される高炭素高Ｃｒな耐摩耗鋼を用いて、焼入れによって形成される残留オーステナイト量を調査し、さらに、砥石による摩耗試験を実施し、その時の摺動面における残留オーステナイト量の変化を調査した。
【００６３】
【表１】
2004211132.tif 000004
【００６４】
図１には焼入れ温度と残留オーステナイト相量との関係、図２には残留オーステナイト量と硬さとの関係、図３には摩耗試験前後の残留オーステナイト相量の関係が示されている。これらの図から明らかなように、残留オーステナイト相は焼入れ温度を高めると急激に増加し、１１００℃以上の温度からの焼入れによって６０体積％以上に達するようになり（図１参照）、硬さ的には、残留オーステナイトが６０体積％以上において、ＨＲＣ５０以上の硬さが得られなくなる危険性が高くなることがわかる（図２参照）。さらに、摩耗試験前後の残留オーステナイト相の量的関係図（図３参照）からは、試験前に６０体積％以下の範囲で存在する残留オーステナイト相は摺動面での摩耗時に発生する応力によって約５０％が加工誘起マルテンサイト相に変化し、その表面が顕著に硬化するために、耐摩耗性を劣化させることがほとんどなく、６０体積％以上の残留オーステナイト相が存在する場合には、残留オーステナイト自身がより安定化された状態にあるために、耐摩耗性の点において劣化が認められることがわかった。
【００６５】
したがって、焼結温度を１１００〜１２５０℃とする耐摩耗鉄系焼結摺動材料においては、その焼結温度から焼入れした場合には、６０体積％以上の残留オーステナイト相を残留させることが問題となるので、焼結後においては９００〜１１００℃の焼入れ温度に炉冷した後に焼入れることが望ましいことがわかる。
【００６６】
（実施例２；耐摩耗鉄系焼結摺動材料の焼結温度における平衡組成の調査）
本実施例では、Ｆｅ−０．６重量％Ｃ−０．３重量％Ｓｉ−０．４５重量％Ｍｎ−１５重量％Ｃｒ−３重量％Ｍｏ−１．２重量％Ｖ合金粉末と、Ｆｅ−０．６重量％Ｃ−０．３重量％Ｓｉ−０．３５重量％Ｍｎ−９重量％Ｃｒ−６重量％Ｍｏ−４重量％Ｗ−１．２重量％Ｖ合金粉末をベースにして、さらに、＃３５０アンダーのＮｉ，Ｃｏ，Ｓｉ，ＦｅＡｌ，ＦｅＰ粉末および平均径６μｍの黒鉛粉末を調整して、表２に示される３種類の焼結合金混合粉末を混合調整し、さらに、混合調整した焼結用混合粉末に３重量％のパラフィンワックスを添加したものを１．０トン／ｃｍ２の圧力でプレス成形したＡ，Ｂ組成の成形体を１１９０℃、Ｃ組成の成形体を１１３５℃でそれぞれ２時間真空焼結し、１０００℃に炉冷した後に、４００ｔｏｒｒの窒素ガスで冷却焼入れを実施し、その焼結体試験片を切断研磨後に、Ｘ線マイクロアナライザーによってマルテンサイト母相とその母相に析出分散する炭化物中の各種合金元素濃度を調査した。この調査結果が表３に示されている。
【００６７】
【表２】
2004211132.tif 000005
【表３】
2004211132.tif 000006
【００６８】
前記焼結合金Ａ，Ｂは、高Ｃｒな１５Ｃｒ−３Ｍｏ系合金に３重量％のＣｏと４重量％のＮｉを添加した合金であり、マルテンサイト母相とＣｒ７Ｃ３型炭化物のみが平衡するものである。また、焼結合金Ｃは、Ｍｏ，Ｗ濃度を高めて、マルテンサイト母相中にＣｒ７Ｃ３型炭化物とＭ６Ｃ型炭化物が平衡するようにしたものである。
【００６９】
表３中の母相、Ｍ７Ｃ３およびＭ６Ｃ欄にはそれぞれの合金元素濃度を示しており、ＫＭ７はＭ７Ｃ３型炭化物と母相間の合金元素Ｍの分配係数（Ｍ７Ｃ３型炭化物中の合金元素重量％／母相中の合金元素重量％）およびＫＭ６はＭ６Ｃ型炭化物と母相間の合金元素の分配係数（Ｍ６Ｃ型炭化物中の合金元素重量％／母相中の合金元素重量％）を示している。これら各合金元素の分配係数を比較することによって、各種合金元素の特徴を検討することができる。
【００７０】
また、これらの結果を用いて、Ｍ７Ｃ３型およびＭ６Ｃ型炭化物中の合金元素濃度とそれと平衡する母相の中の合金元素濃度関係が図４（ａ），図４（ｂ）にそれぞれ示されている。この図から、各元素に関してはほぼ一定の比率で合金元素が分配されること、および、耐摩耗鉄系焼結摺動材料組成が異なっていた場合においても分配係数はほぼ同じになることがわかる。
【００７１】
例えば、Ｓｉ，ＡｌはＭ７Ｃ３型炭化物にほとんど固溶せずにほぼ全量がマルテンサイト母相中に濃縮すること、ＶはＭ７Ｃ３型炭化物へのＣｒ，Ｍｏ，Ｗよりも多く濃縮すること、Ｍｏ，ＷはＭ７Ｃ３型炭化物よりもＭ６Ｃ型炭化物に顕著に濃縮すること、Ｎｉ，Ｃｏはいずれの炭化物よりもマルテンサイト母相中に濃縮することなどがその分配係数を用いることによって定量的にわかる。
【００７２】
表４には、前記各種合金元素の分配係数に基づいて、代表的なＳＫＤ，ＳＫＨ工具鋼材の成分から、それら鋼材のマルテンサイト母相組成と炭化物量を解析した結果が示されている。特徴的には、それらの鋼材のマルテンサイト母相は、Ｃｒ：３．５〜７．５重量％に調整され、Ｍｏ：０．８〜１．５重量％および／またはＷ：１〜４．５重量％を基本組成として、炭化物種としてはＳＫＤ鋼材においては０〜２０体積％の硬質で安価なＣｒ７Ｃ３型炭化物と微量のＭＣ（Ｖ４Ｃ３）型炭化物、ＳＫＨ鋼材においては０〜１５体積％の耐熱性に富むＭ６Ｃ型炭化物とＭＣ型炭化物を使い分けていることがわかった。
【００７３】
【表４】
2004211132.tif 000007
【００７４】
また、ＳＫＤ６１，６２はＳｉを０．８〜１．２重量％範囲で添加していることを除けば、その他ほとんどのＳＫＤ，ＳＫＨ鋼材においてはＳｉ添加量を０．５重量％以下に低く抑えていることがわかる。
【００７５】
したがって、より焼戻し軟化抵抗性の優れた耐摩耗鉄系焼結摺動材料を開発するに当たっては、これらＳＫＤ，ＳＫＨ鋼材の母相組成を参考にして、これに適正な前記炭化物を分散させた組成のものが好ましいことは明らかであり、前記第２発明〜第１０発明では、安価で硬質なＣｒ７Ｃ３型炭化物および耐熱性に富むＭ６Ｃ型炭化物を適量共存させながら、かつ、総炭化物量を２０〜４５体積％増量して、さらに、マルテンサイト母相中のＣｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｖ等を適量に配合することによって焼戻し軟化抵抗性を適正化するものである。
【００７６】
（実施例３；フローティングシールの製造）
表５には、本実施例で使用した耐摩耗鉄系焼結摺動材料とその比較材料として利用した試験片の組成が示されている。なお、耐摩耗鉄系焼結摺動材料には焼結時に析出分散する炭化物種とその量が併記されている。
【００７７】
【表５】
2004211132.tif 000008
【００７８】
また、耐摩耗鉄系焼結摺動材料は表５に示した組成になるように＃１５０メッシュアンダーのベース鋼粉末に実施例２と同じ黒鉛，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＦｅＡｌ，ＦｅＰおよび＃３５０メッシュアンダーのＦｅＭｏＣ，ＦｅＷＣ，ＦｅＣｒＣ，ＦｅＶ合金粉末を使って混合し、その混合粉末に対して３重量％のパラフィンワックスを添加して、ハイスピードミキサを使って１００℃で１０分間混合造粒した後に、成形圧力１ｔｏｎ／ｃｍ２の条件で図５（ａ）に示すリング形状の成形体Ａに成形し、ＳＳ鋼材から加工したベース材Ｂ上に配置した後、真空雰囲気炉を使って、焼結層の相対密度が９３％以上になるように、１１００〜１２５０℃の温度で２時間焼結接合し、１１００℃から４００ｔｏｒｒのＮ２ガス雰囲気下で焼入れ処理を施し、焼入れ後に５５０℃で２時間の焼戻し処理を施したもの（焼結接合試験片Ｃ）を作成した。また、前記焼結後に１０００℃に炉冷却した後に、前記Ｎ２ガスでの焼入れを実施したものも作成した。
【００７９】
前記焼結接合試験片Ｃを図５（ｂ）に示す形状に研削後、図中に示すシール面部Ｃ１をラップ加工して仕上げた後に、図６に示す摺動試験機を用いてＳｉＯ２を約５０重量％含有する泥水中で耐摩耗性と焼付き限界条件の調査に供した。なお、摩耗量は５００時間連続試験後のシール当たり位置の移動量（ｍｍ）で計測し、焼付き限界条件はシール荷重（線圧）を一定にした条件で、摺動抵抗が増大する回転速度を調査することによって求め、表６に示した。
【００８０】
また、前記耐摩耗性と焼付き性の比較材料として、Ｆｅ−３．４Ｃ−１．５Ｓｉ−１５Ｃｒ−２．５Ｍｏ−１．５ＮｉとＦｅ−３．５Ｃ−１．５Ｓｉ−９Ｃｒ−６Ｍｏ−４．５Ｗ−２Ｖ−２Ｎｉ−３Ｃｏ組成の鋳鉄シール材料（ＦＣ１５Ｃｒ３Ｍｏ，ＦＣ９Ｃｒ６Ｍｏ）および表４に記載のＳＫＤ１１，ＳＫＨ９を取上げ、その結果についても表６に示した。
【００８１】
【表６】
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【００８２】
この調査の結果、次のことがわかる。
（１）ＦＣ１５Ｃｒ３Ｍｏ鋳鉄シールのＰＶ値と耐摩耗性を較べると、例えばＮｏ．１〜Ｎｏ．６の焼結材料が優れていることがわかる。これは炭化物組織の違いによることが明らかである。
（２）Ｃｒ７Ｃ３型炭化物が約１２体積％分散するＳＫＤ１１と２５体積％のＣｒ７Ｃ３型炭化物を含有するＮｏ．２の耐焼付き性および耐摩耗性を比較すると、炭化物量が２０体積％以上で含有されることが好ましく、２５体積％以上がより好ましい。
（３）Ｎｏ．３とＮｏ．４，Ｎｏ．５の比較によって、マルテンサイト母相中のＣｏを３重量％以上にすることによって耐焼付き性と耐摩耗性が顕著に改善される。
（４）残留オーステナイト量が多い場合には、その耐焼付き性が改善されるが、耐摩耗性が悪くなることから、マルテンサイト母相中のＮｉは５重量％以下になるように調整することが好ましい。
【００８３】
Ｎｏ．６，Ｎｏ．７，Ｎｏ．８，Ｎｏ．９では母相中におけるＶ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｗ増量作用を調べた。この結果、
（５）それらの増量によって耐焼付き性と耐摩耗性の改善が認められる。
（６）とりわけ、Ｎｏ．８の高Ｓｉ化による改善がより経済的であることがわかる。
（７）また、Ｎｏ．７，Ｎｏ．９は焼入れ温度を１０００℃に下げ、Ｍｏ，Ｗの焼戻し軟化抵抗を抑えたものであり、その耐摩耗性がわずかに低下することがわかる。
【００８４】
Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３はＡｌの添加作用を調べたものであるが、先のＮｏ．８と同様に、
（８）ＡｌおよびＡｌとＳｉの増量によって耐焼付き性が顕著に改善されることがわかる。
（９）さらに、高濃度のＡｌ添加によって経済的に耐焼付き性が顕著に改善されることがわかる。
【００８５】
Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１９はＭ６Ｃ型炭化物を１０体積％以上分散させたものであり、
（１０）先のＮｏ．７と較べた場合において、耐焼付き性が顕著に改善されることがわかる。
（１１）母相中の高Ｓｉ化を図ることによって、より経済的に耐焼付き性と耐摩耗性が改善されることがわかる。さらに、比較材料ＦＣ９Ｃｒ６ＭｏおよびＳＫＨ９と較べた場合においても、前記（１）の炭化物組織および炭化物量と同じ観点から、１０体積％以上のＭ６Ｃ型炭化物と総炭化物量が２０〜５０体積％であることが好ましいことがわかるが、耐焼付き性と耐摩耗性に対する炭化物の作用と合金添加に関する経済性を考慮すると、総炭化物量としては２５〜４５体積％が好ましい。
【００８６】
（実施例４；複合部材とその製造方法）
実施例３のフローティングシール試験片（図５（ａ），（ｂ））を製造する方法において、従来の有機潤滑剤を１重量％添加した混合粉末を成形した場合、原料鉄合金粉末の硬さが硬いこともあって、３．５ｔｏｎ／ｃｍ２以下の成形圧力では、その成形体のハンドリングが難しく、５〜６ｔｏｎ／ｃｍ２以下の成形圧が必要であること、および、実施例３と同じ条件で焼結接合する場合において、成形体の内周面に接する裏金材（ベース材）と接合した後、底面側が裏金材と接合せずにその外周部位が反り上がることが観察された。本実施例では、まず、焼結材と内周面で接合する裏金部材の高さ（堰の高さ）（図５（ａ））と成形体厚さ（２ｍｍ）の関係を調査した結果、その堰の高さが成形体厚さの１／２以下に低くなるほど、さらに成形体の成形圧力が高いほど（高密度であるほど）前記反り上がり現象や堰を乗り越える現象が頻発することを確認し、この現象が焼結接合時の大きな収縮力に起因するものと考え、本実施例では、前記焼結接合時の収縮力を小さくする観点から、成形圧力を０．２〜３．５ｔｏｎ／ｃｍ２とし、その成形体にほぼ均一に成形圧力が伝わるとともに、成形体ハンドリング強度が発現されるように、前記耐摩耗鉄系焼結摺動材料の原料混合粉末に対して有機潤滑剤（マイクロクリスタリンワックス）を１６〜４０体積％添加した後、ハイスピードミキサを用いて１００℃で混合し、冷却しながらそのミキサーの持つ造粒機構を使って２ｍｍ径以下に造粒して、その流動性を確保しながら、前述の金型を使って成形した。その結果、成形体のハンドリング性から有機潤滑剤の添加量は２．５重量％以上が好ましく、添加量が３．５重量％以上の場合には、２．５ｔｏｎ／ｃｍ２以上の加圧力では成形体の気孔率がほぼ０％となり、金属粒子間の隙間を有機潤滑剤が完全に密封する状態となり、焼結途中の脱脂過程で成形体が発泡する危険があることなどの条件から、有機潤滑剤は２．５〜５．０重量％とし、成形圧力は０．４〜３．５ｔｏｎ／ｃｍ２がより好ましいことがわかった。
【００８７】
このような条件で製造された成形体を使って、前記フローティングシールを製造した結果、成形体の焼結接合時における反り上がりが完全に防止されたが、これらのフローティングシールの接合面の接合状況を超音波探傷法で調査した結果、内周面側の底面接合面に円周上の未接合部が発生し易いことがわかり、これが、この部位に焼結接合中に発生するガスが閉じ込められることに起因することがわかった。そのため、本実施例では、図７（ａ）（ｂ）に示されるように、耐摩耗鉄系焼結摺動部材の内周面と接合する裏金部材の堰の４箇所に１ｍｍ幅のガス抜き用の切り込みＥを入れるとともに、堰と底面との交差部分に０．５ｍｍのガス抜き溝Ｆを設けることによって前記接合不良の問題を解決した。なお、前述の説明では、裏金部材にガス抜き溝および／またはガス抜き用の切り込み（孔であっても良い）を設けるものとしたが、同様の機能は前記成形体内周面と底面と内周面のコーナ部などに予め形状的に織り込むことによって解決できることは明らかである。
【００８８】
また、同じ考え方で、図８（ａ）に示すような成形体内周面に薄肉な円筒状裏金Ｄ１を配置したスラストワッシャ、および図８（ｂ）に示すような耐摩耗鉄系焼結摺動材料の中間に裏金Ｄ２を配するか、もしくは別組成で耐摩耗鉄系焼結摺動材料の焼結温度でほとんど寸法変化しない鉄系焼結体Ｄ２を配して焼結接合したスラストワッシャを製造することができた。さらに、図９に示されるような履帯ブッシュの端面部に実施例３に記載の耐摩耗鉄系焼結摺動材料を焼結接合した、端面部耐摩耗性に優れた履帯ブッシュに適用できることは明らかである。同様に、図１０（ａ）〜（ｄ）に示されるような、作業機連結装置に利用されるスラストワッシャに適用できることも明らかである。
【００８９】
また、前記Ａｌを含有する耐摩耗鉄系焼結摺動材料においては焼結時の初期において顕著に膨張し、図１０（ｃ），（ｄ）のように円筒状裏金の内周面に焼結接合できることは、本出願人の先願になる特願２００２−１３５２７５号に記載した通りである。この技術と組み合わせることによって、スラストとラジアルの両耐摩耗摺動特性を改善したスラストワッシャが有効に製造できることは明らかである。さらに、図８（ａ）に示すような成形体内周面に薄肉な円筒状裏金Ｄ１を配置したスラストワッシャとは逆に、その成形体の外周面に円筒状裏金Ｄ１を配置したスラストワッシャが製造できることも明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、焼入れ温度と残留オーステナイト相量との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、残留オーステナイト量と硬さとの関係を示すグラフである。
【図３】図３は、摩擦試験前後の残留オーステナイト相量の関係を示す図である。
【図４】図４（ａ）（ｂ）は、Ｍ７Ｃ３型およびＭ６Ｃ型炭化物中の合金元素濃度とそれと平衡する母相の中の合金元素濃度関係を示す図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、焼結接合試験片形状を示す図である。
【図６】図６は、フローティングテスタの概略図である。
【図７】図７（ａ）（ｂ）は、裏金部材に設けられるガス抜き用の切り込みおよびガス抜き溝を示す図である。
【図８】図８（ａ）（ｂ）は、内周面に円筒状裏金を配置したスラストワッシャの断面図である。
【図９】図９は、履帯ブッシュ端面焼結接合部材を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は、作業機連結装置に利用されるスラストワッシャを示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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