(57)【要約】【課題】耐摩耗性及び耐荷重性に優れたＦｅ系焼結摺動部材を提供する。【解決手段】Ｆｅ系焼結摺動部材は、Ｆｅ粉末とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末とＣ粉末とからなるＦｅ系焼結摺動部材であって、Ｃｕ成分４．４５〜１８．６質量％、Ｍｎ成分０．２〜１．２質量％、Ｃｏ成分３．１〜９．３質量％、Ｍｏ成分１．４〜４．２質量％、Ｃｒ成分０．４〜１．２質量％、Ｓｉ成分０．１〜０．３質量％、Ｃ成分１．０〜５．０質量％、残部Ｆｅ成分からなり、素地の組織がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織を呈すると共に、該素地の組織中にＣ成分とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散含有されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ粉末とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末とＣ粉末とからなるＦｅ系焼結摺動部材であって、Ｃｕ成分４．４５〜１８．６質量％、Ｍｎ成分０．２〜１．２質量％、Ｃｏ成分３．１〜９．３質量％、Ｍｏ成分１．４〜４．２質量％、Ｃｒ成分０．４〜１．２質量％、Ｓｉ成分０．１〜０．３質量％、Ｃ成分１．０〜５．０質量％、残部Ｆｅ成分からなり、素地の組織がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織を呈すると共に、該素地の組織中にＣ成分とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散していることを特徴とするＦｅ系焼結摺動部材。
【請求項２】
Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金は、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織の粒界に網目状に分散して析出しているものであることを特徴とする請求項１に記載のＦｅ系焼結摺動部材。
【請求項３】
Ｃ成分は、天然黒鉛又は人造黒鉛からなるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＦｅ系焼結摺動部材。
【請求項４】
潤滑油が１０〜１５容量％の割合で含有されているものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＦｅ系焼結摺動部材。
【請求項５】
主成分をなすＦｅ粉末に対し、Ｍｎ４〜６質量％とＦｅ３〜５質量％と残部ＣｕからなるＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末５〜２０質量％と、Ｃｏ６２質量％、Ｍｏ２８質量％、Ｃｒ８質量％、Ｓｉ２質量％からなるＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末５〜１５質量％と、Ｃ粉末１．０〜５．０質量％をそれぞれ配合し、混合して混合粉末を形成した後、該混合粉末を金型に装填して所望の形状の圧粉体を成形し、この圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０００〜１１５０℃の温度で３０〜９０分間焼結することを特徴とするＦｅ系焼結摺動部材の製造方法。
【請求項６】
Ｃ粉末は、天然黒鉛又は人造黒鉛からなるものであることを特徴とする請求項５に記載のＦｅ系焼結摺動部材の製造方法。
【請求項７】
圧粉体を焼結してＦｅ系焼結摺動部材を得た後に、これに含油処理を施し、１０〜１５容量％の割合で潤滑油を含有することを特徴とする請求項５又は６に記載のＦｅ系焼結摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動特性及び耐荷重性に優れた鉄系焼結摺動部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から鉄系焼結摺動部材としては、潤滑油を含浸したＦｅ−Ｃ（炭素）系あるいはＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系軸受材料が知られており、また、Ｆｅ−Ｃ系又はＦｅ−Ｃｕ−Ｃ系焼結材料（例えば、非特許文献１参照）が知られている。上記従来の鉄系焼結摺動部材においては、Ｃの固体潤滑作用を得るには少なくとも３質量％以上の配合量が必要とされるが、Ｆｅ粉末とＣ粉末が焼結過程で反応して焼結組織中に高硬度の遊離セメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）を析出するという現象が現れる。この高硬度の遊離セメンタイトの組織中への析出は、相手材、例えば軸との摺動においては当該軸（相手材）を損傷させるという欠点を惹起することになり、摺動用途においては極力避けなければならない重要な要素である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５５−３８９３０号公報
【特許文献２】特開昭５８−１９４０３号公報
【特許文献３】特開昭５８−１２６９５９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】日本工業規格ＪＩＳＺ５５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この遊離セメンタイトの析出を防止する方法としては、（１）Ｃ（黒鉛）の配合量を少量、例えば０．８２質量％以下とすること、（２）遊離セメンタイトの析出しない低い温度、例えば１０００℃以下の温度で焼結すること、により一応の解決を図ることができるが
、上記（１）の方法では配合したＣの固体潤滑作用を期待することはできず、また（２
）の方法では焼結合金化が不充分で、焼結材の機械的強度が低く摺動用途への適用は難しい、などいずれの方法によって得られた鉄系焼結材料も配合した炭素による固体潤滑作用を充分発揮できないという問題を残す。
【０００６】
別の方法として、Ｓｉのような黒鉛化安定元素を配合して遊離セメンタイトの析出を防ぐ方法（例えば、特許文献１参照）が考えられるが、ＳｉをＦｅ中に拡散固溶させる条件は、約１２００℃の温度の加熱を必要とするので、通常のＦｅ系焼結材料の焼結温度に比してはるかに高い温度が要求されることから、製造コストが高くなる上、焼結雰囲気を厳しく制御しないとＳｉを酸化させてしまう虞がある。その他、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）粉末を配合して組織中に遊離セメンタイトの析出を防止したＦｅ系焼結材料の製造方法（例えば、特許文献２及び特許文献３）がある。
【０００７】
上記実情に鑑み、本発明者は先に、特願２００９−１９０１７６号（以下、先行技術という）において、フェライト相（α相）組織の生成を促進する元素であるＣｕ及びＭｎに着目し、Ｃｕ成分２．６７〜１８．６０質量％、Ｍｎ成分０．１２〜１．２０質量％、Ｃ成分１．０〜５．０質量％、残部Ｆｅ成分からなり、素地がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に該素地の組織に遊離セメンタイトの析出がなく、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金が分散含有されてなるＦｅ系焼結摺動部材を提案した。
【０００８】
この先行技術からなるＦｅ系焼結摺動部材は、組織中に遊離セメンタイトの析出がなく、例えば、速度１．３ｍ／ｍｉｎ、荷重８００ｋｇｆ／ｃｍ２、試験時間８時間のスラスト試験条件下において、摩擦係数が０．１で、摩耗量が７μ以下という優れた摺動特性を発揮するものであったが、当該Ｆｅ系焼結摺動部材が使用される用途における機械装置の高性能化、大型化等によりＦｅ系焼結摺動部材自体にも、例えば面圧８００ｋｇｆ／ｃｍ２を超える耐荷重性、加えて耐摩耗性の向上が要求されている。
【０００９】
本発明者は上記要求を満足させるべく鋭意検討した結果、先行技術のＣｕ成分２．６７〜１８．６０質量％、Ｍｎ成分０．１２〜１．２０質量％、Ｃ成分１．０〜５．０質量％、残部Ｆｅ成分からなる成分組成に、さらに一定割合の硬質合金を配合することにより上記要求を満足する性能を発揮するＦｅ系焼結摺動部材が得られるとの知見を得た。
【００１０】
本発明は上記知見に基づきなされたもので、その目的とするところは、耐摩耗性及び耐荷重性に優れたＦｅ系焼結摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のＦｅ系焼結摺動部材は、Ｆｅ粉末とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末とＣ粉末とからなるＦｅ系焼結摺動部材であって、Ｃｕ成分４．４５〜１８．６質量％、Ｍｎ成分０．２〜１．２質量％、Ｃｏ成分３．１〜９．３質量％、Ｍｏ成分１．４〜４．２質量％、Ｃｒ成分０．４〜１．２質量％、Ｓｉ成分０．１〜０．３質量％、Ｃ成分１．０〜５．０質量％、残部Ｆｅ成分からなり、素地の組織がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織を呈すると共に、該素地の組織中にＣ成分とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散含有されている。
【００１２】
本発明のＦｅ系焼結摺動部材において、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存した組織に分散含有されたＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金は、素地の組織の粒界に網目状に分散して析出しているものであってもよい。
【００１３】
本発明のＦｅ系焼結摺動部材において、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金は硬質粒子として、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存した組織に分散含有されてＦｅ系焼結摺動部材の耐荷重性並びに耐摩耗性を向上させる。
【００１４】
また、上記Ｆｅ系焼結摺動部材において、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織のマイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）は３５０〜４５０を示し、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存した組織に分散含有されたＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金のマイクロビッカース硬さは１００〜１２０を示し、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存した組織に分散含有されたＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金のマイクロビッカース硬さは５４０〜７７０を示す。
【００１５】
本発明のＦｅ系焼結摺動部材によれば、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織に、当該組織の硬さよりも低い硬さのＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金が分散含有されていると共に、当該組織中に当該組織の硬さよりも高い硬さのＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散含有されているので、摺動面における回転軸等の相手材とのなじみ性が良好で、耐荷重性及び耐摩耗性を向上させることができる。
【００１６】
本発明のＦｅ系焼結摺動部材において、Ｃ成分は天然黒鉛又は人造黒鉛が使用されて好適である。
【００１７】
本発明のＦｅ系焼結摺動部材において、潤滑油が１０〜１５容積％の割合で含油されている。
【００１８】
本発明のＦｅ系焼結摺動部材の製造方法は、主成分をなすＦｅ粉末に対し、Ｍｎ４〜６質量％とＦｅ３〜５質量％と残部ＣｕからなるＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末５〜２０質量％と、Ｃｏ６２質量％、Ｍｏ２８質量％、Ｃｒ８質量％、Ｓｉ２質量％からなるＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末５〜１５質量％と、Ｃ粉末１．０〜５．０質量％をそれぞれ配合し、混合して混合粉末を形成した後、該混合粉末を金型に装填して所望の形状の圧粉体を成形し、この圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０００〜１１５０℃の温度で３０〜９０分間焼結することを特徴とする。
【００１９】
この製造方法によって得られたＦｅ系焼結摺動部材は、Ｃｕ成分４．４５〜１８．６質量％、Ｍｎ成分０．２〜１．２質量％、Ｃｏ成分３．１〜９．３質量％、Ｍｏ成分１．４〜４．２質量％、Ｃｒ成分０．４〜１．２質量％、Ｓｉ成分０．１〜０．３質量％、Ｃ成分１．０〜５．０質量％、残部Ｆｅ成分からなり、素地の組織がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織を呈すると共に、該素地の組織中にＣ成分とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散含有されている。
【００２０】
上記Ｆｅ系焼結摺動部材の製造方法において、成分中のＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末は、Ｍｎ４〜６質量％とＦｅ３〜５質量％と残部Ｃｕからなる合金粉末が使用されて好適であり、このＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末は、１０５０℃の温度で液相を生じるため、１０００℃以上１０５０℃未満の温度での焼結では固相焼結となり、一方１０５０℃以上１１５０℃以下の温度での焼結では液相焼結となる。固相焼結により得られるＦｅ系焼結摺動部材は
、素地がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織を呈すると共に該組織中に遊離セメンタイトの析出がなく、該素地の組織にＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金が分散含有されている。
【００２１】
一方、液相焼結により得られるＦｅ系焼結摺動部材は、素地がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織を呈し、当該組織中に遊離セメンタイトの析出がなく焼結摺動部材を緻密化して機械的強度を向上させると共に、該素地の組織の粒界にＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金が網目状に分散含有されている。
【００２２】
固相焼結あるいは液相焼結により得られるＦｅ系焼結摺動部材は、フェライト相（α相
）組織の生成を促進する元素であるＣｕ及びＭｎが含有されていることにより、いずれの焼結においても素地がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に当該組織中に遊離セメンタイトの析出はない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、Ｆｅ粉末とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末とＣ粉末とからなるＦｅ系焼結摺動部材であって、Ｃｕ成分４．４５〜１８．６質量％、Ｍｎ成分０．２〜１．２質量％、Ｃｏ成分３．１〜９．３質量％、Ｍｏ成分１．４〜４．２質量％、Ｃｒ成分０．４〜１．２質量％、Ｓｉ成分０．１〜０．３質量％、Ｃ成分１．０〜５．０質量％、残部Ｆｅ成分からなり、素地の組織がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織を呈すると共に、該素地の組織中にＣ成分とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散含有され、なじみ性が良好で、耐荷重性並びに耐摩耗性などの摺動特性を向上させたＦｅ系焼結摺動部材及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】１１００℃の温度で液相焼結して得たＦｅ成分６２質量％、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金２０質量％、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金成分１５質量％、Ｃ成分３質量％からなるＦｅ系焼結摺動部材の顕微鏡写真（倍率４００倍）である。
【図２】スラスト試験方法を示す斜視説明図である。
【図３】ジャーナル揺動試験方法を示す斜視説明図である。
【図４】ジャーナル回転試験方法を示す斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されない。
【００２６】
本発明のＦｅ系焼結摺動部材は、Ｆｅ粉末とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末とＣ粉末とからなるＦｅ系焼結摺動部材であって、Ｃｕ成分４．４５〜１８．６質量％、Ｍｎ成分０．２〜１．２質量％、Ｃｏ成分３．１〜９．３質量％、Ｍｏ成分１．４〜４．２質量％、Ｃｒ成分０．４〜１．２質量％、Ｓｉ成分０．１〜０．３質量％、Ｃ成分１．０〜５．０質量％、残部Ｆｅ成分からなり、素地の組織がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織を呈すると共に、該素地の組織中にＣ成分とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散していることを特徴とする。
【００２７】
本発明のＦｅ系焼結摺動部材において、主成分をなすＦｅ成分としては、８０メッシュ篩を通過する粒度（１７７μｍ以下）で、見掛け密度が２．４〜３．０Ｍｇ／ｍ３程度の還元Ｆｅ粉末やアトマイズＦｅ粉末（水アトマイズＦｅ粉末）が好適に使用される。これらＦｅ粉末における気体吸着法（ＢＥＴ−ＩＳＯ９２７７）による比表面積は、アトマイズＦｅ粉末では６０〜８０ｍ２／ｋｇ、還元Ｆｅ粉末では８０〜１００ｍ２／ｋｇである。アトマイズＦｅ粉末は、粉末内に気孔が少なく比表面積が小さいのに対し、還元Ｆｅ粉末は、気孔が比較的多く表面に凹凸が多く、アトマイズＦｅ粉末と比べて比表面積が高い。
【００２８】
上記主成分をなすＦｅ成分に対し、所定量の割合で配合されるＣｕ成分及びＭｎ成分は、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金の形態で使用される。これら合金中のＣｕ成分及びＭｎ成分は、フェライト相（α相）組織の生成を促進する元素であり、焼結過程において主成分をなすＦｅ成分と後述するＣ成分との反応を抑制し、これにより焼結体の素地の組織中に遊離セメンタイトの析出を防止する作用を果たすものである。このＣｕ成分とＭｎ成分の焼結過程におけるＦｅ成分とＣ成分との反応を抑制する作用は詳らかではないが、これら元素が予め合金化されていることにより、Ｃｕ成分及びＭｎ成分が主成分をなすＦｅ成分中に優先的に固溶し、Ｃ成分のＦｅ成分中への固溶を極力阻止するためであることが推察される
。
【００２９】
このＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分の成分組成は、Ｃｕ成分８９〜９３質量％、Ｆｅ成分３〜５質量％、Ｍｎ成分４〜６質量％からなり、このＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分は、主成分をなすＦｅ成分に対し５〜２０質量％、すなわちＦｅ成分に対し、Ｃｕ成分４．４５〜１８．６質量％、Ｆｅ成分０．１５〜１．０質量％、Ｍｎ成分０．２〜１．２質量％の割合で配合される。
【００３０】
上記主成分をなすＦｅ成分及びＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分に対し、所定量の割合で配合されるＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金成分の成分組成は、Ｃｏ成分６２質量％、Ｍｏ成分２８質量％、Ｃｒ成分８質量％、Ｓｉ成分２質量％からなり、このＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分は、主成分をなすＦｅ成分及びＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分に対し５〜１５質量％、すなわちＣｏ成分３．１〜９．３質量％、Ｍｏ成分１．４〜４．２質量％、Ｃｒ成分０．４〜１．２質量％、Ｓｉ成分０．１〜０．３質量％の割合で配合される。
【００３１】
このＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金成分は硬質であり、主成分をなすＦｅ成分及びＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分に配合されることにより、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織に分散含有され、焼結体の耐荷重性並びに耐摩耗性の向上に効果を発揮する。Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金の配合割合は５〜１５質量％であり、配合割合が５質量％未満では上記耐荷重性並びに耐摩耗性の向上に充分効果を発揮せず、また１５質量％を超えて配合すると硬質のＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金成分の分散含有する割合が多くなり、却って軸などの相手材を損傷させる虞がある。
【００３２】
Ｃ成分は、前記したとおり天然黒鉛又は人造黒鉛が使用されて好適である。このＣ成分は、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織に１．０〜５．０質量％の割合で分散含有されており、該Ｃ成分は、それ自身の固体潤滑作用と後述する潤滑油の保持体としての役割を果たす。とくにＣ成分の配合量が３質量％以上において固体潤滑作用による自己潤滑性が付与される。
【００３３】
潤滑油は、Ｆｅ系焼結摺動部材に液体潤滑作用を付与すると共に前記したＣ成分による固体潤滑作用と相俟って自己潤滑性を一層高める作用を発揮する。そして、この潤滑油はＦｅ系焼結摺動部材に１０〜１５容積％の割合で含油されている。
【００３４】
上記した成分組成からなるＦｅ系焼結摺動部材の製造方法は、主成分をなるＦｅ粉末に対し、Ｍｎ４〜６質量％とＦｅ３〜５質量％と残部ＣｕからなるＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末５〜２０質量％と、Ｃｏ６２質量％、Ｍｏ２８質量％、Ｃｒ８質量％、Ｓｉ２質量％からなるＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末５〜１５質量％と、Ｃ粉末１．０〜５．０質量％をそれぞれ配合し、混合して混合粉末を形成した後、該混合粉末を金型に装填して所望の形状の圧粉体を成形し、この圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０００〜１１５０℃の温度で３０〜９０分間焼結することを特徴とする。
【００３５】
主成分をなすＦｅ粉末に配合されるＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末は、１０５０℃の温度に液相点を有しており、１０５０℃未満の温度での焼結では固相焼結であり、１０５０℃以上の温度での焼結では液相焼結となる。焼結温度が１０５０℃未満に固相焼結では、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分は、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトが共存する組織に分散含有されており、また焼結温度が１０５０℃以上の液相焼結では、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分は、素地のパーライト組織又はパーライトと一部フェライトが共存する組織の粒界に網目状に分散含有されている。
【００３６】
図１は、１１００℃の温度で液相焼結して得たＦｅ成分６２質量％、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金２０質量％、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金成分１５質量％、Ｃ成分３質量％からなるＦｅ系焼結摺動部材の顕微鏡写真（倍率４００倍）である。
【００３７】
図１において、矢印ａ（マトリックス）で表示した部位が素地のパーライトと一部フェライトが共存する組織で、矢印ｂ（Ｃｕ液相部）で表示した部位が組織の粒界に分散含有されたＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分で、矢印ｃ（合金）で示した部位が組織に分散含有されたＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金成分である。
【００３８】
上記図１に示した顕微鏡写真において、素地のパーライトと一部フェライトが共存する組織の部位は、マイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）で３５０〜４５０を示し、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金の部位は、マイクロビッカース硬さで１００〜１２０を示し、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金の部位は、マイクロビッカース硬さで５４０〜７７０を示す。
【００３９】
素地のパーライトと一部フェライトが共存した組織中に、該組織の部位の硬さよりも低い硬さのＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金と該組織の部位の硬さよりも高い硬さのＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金とが分散して含有されていることにより、相手材との摺動において、なじみ性が良好となり、耐荷重性並びに耐摩耗性などの摺動特性が向上する。
【００４０】
次に、本発明を各実施例を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００４１】
平均粒径７０μｍのアトマイズＦｅ粉末（神戸製鋼所社製「アトメル３００Ｍ（商品名）」に対し、Ｃｕ成分９０．５質量％、Ｆｅ成分４．１質量％、Ｍｎ成分５．４質量％からなる平均粒径７５μｍのＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末（福田金属箔粉工業社製）１５質量％と、平均粒径６３μｍのＣｏ６２質量％、Ｍｏ２８質量％、Ｃｒ８質量％、Ｓｉ２質量％からなるＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末（大同特殊鋼社製「ＤＡＰＫＭＣ４００（商品名）」）７質量％と、Ｃ成分として平均粒径４０μｍの天然黒鉛粉末（日本黒鉛社製「ＣＢ１５０（商品名）」）３質量％を配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合して混合粉末（Ｃｕ成分１３．５８質量％、Ｍｎ成分０．８１質量％、Ｃｏ成分４．３４質量％、Ｍｏ成分１．９６質量％、Ｃｒ成分０．５６質量％、Ｓｉ成分０．１４質量％、Ｆｅ成分７５．６１質量％、Ｃ成分３質量％）を得た。ついで、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力４９０Ｍｐａ（５トン／ｃｍ２）で成形して方形状の圧粉体を得た。
【００４２】
この方形状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、１１００℃の温度で６０分間液相焼結した後に加熱炉から取出し、方形状のＦｅ系焼結材を得た。このＦｅ系焼結材に機械加工を施して一辺３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法のＦｅ系焼結摺動部材を得た。このＦｅ系焼結摺動部材の密度は５．７６Ｍｇ／ｍ３であった。このＦｅ系焼結摺動部材の素地の組織は、パーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に組織中に遊離セメンタイトの生成はなく、該組織中にＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散含有しているのを確認した。そして、パーライトと一部フェライトが共存した組織の部位は、マイクロビッカース硬さで４００を示し、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金の部位の硬さは、マイクロビッカース硬さで１１０を示し、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金の部位の硬さは、マイクロビッカース硬さで５７０を示した。ついで、このＦｅ系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１２容積％のＦｅ系含油焼結摺動部材を得た。
【実施例２】
【００４３】
前記実施例１と同様の平均粒径７０μｍのアトマイズＦｅ粉末に対し、前記実施例１と同様の平均粒径７５μｍのＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末２０質量％と、前記実施例１と同様の平均粒径６３μｍのＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末１５質量％と、前記実施例１と同様の平均粒径４０μｍの天然黒鉛粉末３質量％を配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合して混合粉末（Ｃｕ成分１８．１質量％、Ｍｎ成分１．０８質量％、Ｃｏ成分９．３０質量％、Ｍｏ成分４．２０質量％、Ｃｒ成分１．２０質量％、Ｓｉ成分０．３０質量％、Ｆｅ成分６２．８２質量％、Ｃ成分３質量％）を得た。以下、前記実施例１と同様の方法で方形状の圧粉体を得た。
【００４４】
この方形状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した加熱炉に置き、１１５０℃の温度で６０分間液相焼結した後に加熱炉から取出し、方形状のＦｅ系焼結材を得た。このＦｅ系焼結材に機械加工を施して一辺が３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法のＦｅ系焼結摺動部材を得た。このＦｅ系焼結摺動部材の密度は５．９２Ｍｇ／ｍ３であった。組織は、図１及び図２に示すようにパーライトと一部フェライトが共存する組織を呈すると共に組織中に遊離セメンタイトの生成はなく、該組織の粒界に網目状にＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金が分散されており、またＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が組織中に分散含有されているのを確認した。そして、パーライトと一部フェライトが共存した組織の部位は、マイクロビッカース硬さで４００を示し、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金の部位の硬さは、マイクロビッカース硬さで１１０を示し、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金の部位の硬さは、マイクロビッカース硬さで６４０を示した。ついで、このＦｅ系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１０容積％のＦｅ系含油焼結摺動部材を得た。
【実施例３】
【００４５】
前記実施例１と同様の混合粉末（Ｃｕ成分１３．５８質量％、Ｍｎ成分０．８１質量％、Ｃｏ成分４．３４質量％、Ｍｏ成分１．９６質量％、Ｃｒ成分０．５６質量％、Ｓｉ成分０．１４質量％、Ｆｅ成分７５．６１質量％、Ｃ成分３質量％）を準備した。この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力４９０Ｍｐａ（５トン／ｃｍ２）で成形して円筒状の圧粉体を得た。
【００４６】
この円筒状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、１１００℃の温度で６０分間液相焼結した後に加熱炉から取出し、円筒状のＦｅ系焼結材を得た。このＦｅ系焼結材に機械加工を施して内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、長さ１５ｍｍの寸法のＦｅ系焼結摺動部材を得た。このＦｅ系焼結摺動部材の密度は５．８４Ｍｇ／ｍ３であった。このＦｅ系焼結摺動部材の素地の組織は、パーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に組織中に遊離セメンタイトの生成はなく、該組織中にＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散含有しているのを確認した。そして、パーライトと一部フェライトが共存した組織の部位は、マイクロビッカース硬さで４００を示し、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金の部位の硬さは、マイクロビッカース硬さで１１０を示し、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金の部位の硬さは、マイクロビッカース硬さで５７２を示した。ついで、このＦｅ系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１２容積％のＦｅ系含油焼結摺動部材を得た。
【実施例４】
【００４７】
前記実施例２と同様の混合粉末（Ｃｕ成分１８．１質量％、Ｍｎ成分１．０８質量％、Ｃｏ成分９．３０質量％、Ｍｏ成分４．２０質量％、Ｃｒ成分１．２０質量％、Ｓｉ成分０．３０質量％、Ｆｅ成分６２．８２質量％、Ｃ成分３質量％）を準備した。以下、前記実施例３と同様の方法で円筒状の圧粉体を得た。
【００４８】
この円筒状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、１１５０℃の温度で６０分間液相焼結した後に加熱炉から取出し、円筒状のＦｅ系焼結材を得た。このＦｅ系焼結材に機械加工を施して内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、長さ１５ｍｍの寸法のＦｅ系焼結摺動部材を得た。このＦｅ系焼結摺動部材の密度は５．９２Ｍｇ／ｍ３であった。このＦｅ系焼結摺動部材の素地の組織は、パーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に組織中に遊離セメンタイトの生成はなく、該組織中にＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散含有しているのを確認した。そして、パーライトと一部フェライトが共存した組織の部位は、マイクロビッカース硬さで４００を示し、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金の部位の硬さは、マイクロビッカース硬さで１１０を示し、Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金の部位の硬さは、マイクロビッカース硬さで６４２を示した。ついで、このＦｅ系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１０容積％のＦｅ系含油焼結摺動部材を得た。
【比較例１】
【００４９】
前記実施例１と同様の平均粒径７０μｍのアトマイズＦｅ粉末に対し、前記実施例１と同様のＣｕ成分９０．５質量％、Ｆｅ成分４．１質量％及びＭｎ成分５．４質量％からなる平均粒径７５μｍのＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末１２質量％と、Ｃ成分として前記実施例１と同様の平均粒径４０μｍの天然黒鉛３質量％を配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合して混合粉末（Ｃｕ成分１０．８６質量％、Ｍｎ成分０．６５質量％、Ｆｅ成分８５．４９質量％、Ｃ成分３質量％）を得た。ついで、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力４９０Ｍｐａ（５トン／ｃｍ２）で成形して方形状の圧粉体を得た。
【００５０】
この方形状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、１１００℃の温度で６０分間液相焼結した後に加熱炉から取出し、方形状のＦｅ系焼結材を得た。このＦｅ系焼結材に機械加工を施して一辺が３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法のＦｅ系焼結摺動部材を得た。このＦｅ系焼結摺動部材の密度は６．７Ｍｇ／ｍ３であった。組織は、パーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に組織中に遊離セメンタイトの生成はなく、該組織中にＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金が分散含有されているのを確認した。そして、パーライトと一部フェライトが共存した組織の部位は、マイクロビッカース硬さで４００であり、該組織中に分散含有されたＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金の部位は、マイクロビッカース硬さで１１０であった。ついで、このＦｅ系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１０容積％のＦｅ系焼結摺動部材を得た。
【比較例２】
【００５１】
前記実施例１と同様の平均粒径７０μｍのアトマイズＦｅ粉末に対し、Ｃｕ成分９０．５質量％とＦｅ成分４．１質量％及びＭｎ成分５．４質量％からなる平均粒径７５μｍのＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末１０質量％と、Ｃ成分として前記実施例１と同様の平均粒径４０μｍの天然黒鉛３質量％を配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合して混合粉末（Ｃｕ成分９．０５質量％、Ｍｎ成分０．５４質量％、Ｆｅ成分８７．４１質量％、Ｃ成分３質量％）を得た。ついで、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力４９０Ｍｐａ（５トン／ｃｍ２）で成形して円筒状の圧粉体を得た。
【００５２】
この円筒状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、１１００℃の温度で６０分間液相焼結した後に加熱炉から取出し、円筒状のＦｅ系焼結材を得た。このＦｅ系焼結材に機械加工を施して内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、長さ１５ｍｍの寸法のＦｅ系焼結摺動部材を得た。このＦｅ系焼結摺動部材の密度は６．６Ｍｇ／ｍ３を示し、組織はパーライトと一部フェライトが共存する組織を呈すると共に組織中に遊離セメンタイトの生成はなく、該組織の粒界に網目状にＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金が分散含有されているのを確認した。パーライトと一部フェライトが共存する組織の部位は、マイクロビッカース硬さで４００であり、該組織中に分散含有されたＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金の部位は、マイクロビッカース硬さで１１０であった。ついで、このＦｅ系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１０容積％のＦｅ系含油焼結摺動部材を得た。
【００５３】
次に上記した実施例及び比較例で得たＦｅ系含油焼結摺動部材について、摺動特性を評価した結果を説明する。実施例１、実施例２及び比較例１で得たＦｅ系含油焼結摺動部材については、下記に示すスラスト試験条件によってスラスト摺動特性を評価し、また実施例３、実施例４及び比較例２で得たＦｅ系含油焼結摺動部材については、下記に示すジャーナル揺動試験条件及びジャーナル回転試験条件によってジャーナル揺動摺動特性及びジャーナル回転摺動特性を評価した。
【００５４】
＜スラスト試験条件＞
速度          １．３ｍ／ｍｉｎ
荷重（面圧）  ７８．４Ｍｐａ（８００ｋｇｆ／ｃｍ２）、８８．２４Ｍｐａ（９００ｋ    ｇｆ／ｃｍ２）、９８Ｍｐａ（１０００ｋｇｆ／ｃｍ２）
試験時間      ２０時間
相手材        機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）焼入れ材
潤滑条件      試験開始時に摺動面にリチウム系グリースを塗布
【００５５】
＜試験方法＞
図２に示すように、板状軸受試験片（Ｆｅ系含油焼結摺動部材）１を固定し、相手材となる円筒体２を板状軸受試験片１の上から（矢印Ａ方向）その表面３に所定の荷重を負荷しながら、該円筒体２を矢印Ｂ方向に回転させ、板状軸受試験片１と相手材２との間の摩擦係数及び所定の試験時間経過後の板状軸受試験片１の摩耗量を測定した。
【００５６】
＜ジャーナル揺動試験条件＞
速度          ３ｍ／ｍｉｎ
荷重（面圧）  ２４．５Ｍｐａ（２５０ｋｇｆ／ｃｍ２）、３４．３Ｍｐａ（３５０ｋｇｆ／ｃｍ２）、４４．１Ｍｐａ（４５０ｋｇｆ／ｃｍ２）
揺動角度      ±４５°
試験時間      １００時間
相手材      軸受鋼（ＳＵＪ２焼入れ材）
潤滑条件    試験開始時に摺動面にリチウムグリースを塗布
【００５７】
＜試験方法＞
図３に示すように、円筒状軸受試験片（Ｆｅ系含油焼結摺動部材）１０に荷重を負荷して固定し、相手材となる回転軸２０を一定のすべり速度で揺動回転させ、円筒状軸受試験片１０と回転軸２０との間の摩擦係数及び所定の試験時間経過後の円筒状軸受試験片１０の摩耗量を測定した。
【００５８】
＜ジャーナル回転試験条件＞
速度          １０ｍ／ｍｉｎ
荷重（面圧）  ２９．４Ｍｐａ（３００ｋｇｆ／ｃｍ２）、３９．２Ｍｐａ（４００ｋｇｆ／ｃｍ２）
試験時間      １００時間
相手材        軸受鋼（ＳＵＪ２焼入れ材）
潤滑条件      試験開始時に摺動面にリチウムグリースを塗布
【００５９】
図４に示すように、円筒状軸受試験片（Ｆｅ系含油焼結摺動部材）１０に荷重を負荷して固定し、相手材となる回転軸２０を一定のすべり速度で回転させ、円筒状軸受試験片１０と回転軸２０との間の摩擦係数及び所定の試験時間経過後の円筒状軸受試験片１０の摩耗量を測定した。
【００６０】
上記試験条件で行った摺動特性の評価結果は、表１乃至表３のとおりである。
【００６１】
【表１】
2012162771.tif 000003
上表中、比較例１のスラスト荷重８８．２４Ｍｐａにおける摩擦係数＊は、試験開始４時間で急激に摩擦係数が上昇したため、その時点で試験を中止した。
【００６２】
【表２】
2012162771.tif 000004
上表中、比較例２の揺動荷重３４．３Ｍｐａにおける摩擦係数＊＊は、試験開始後６時間で摩擦係数が急激に上昇したため、その時点で試験を中止した。
【００６３】
【表３】
2012162771.tif 000005
上表中、比較例２の回転荷重２９．４３４．３Ｍｐａにおける摩擦係数＊＊＊は、試験開始後８時間で摩擦係数が急激に上昇したため、その時点で試験を中止した。
【００６４】
表１に示す試験結果から、実施例１及び実施例２のＦｅ系焼結摺動部材は、荷重（面圧）７８．４Ｍｐａ（８００ｋｇｆ／ｃｍ２）を超える高荷重条件においても試験時間を通して安定した摩擦係数で推移し、試験後の摩耗量も極めて少ないものであった。また、表２及び表３に示す試験結果から、実施例３及び実施例４のＦｅ系焼結摺動部材は、荷重３４．３Ｍｐａ（３５０ｋｇｆ／ｃｍ２）あるいは荷重２９．４Ｍｐａ（３００ｋｇｆ／ｃｍ２）を超える高荷重条件下においても試験時間を通して安定した摩擦係数で推移し、試験後の摩耗量も極めて少ないものであった。
【産業上の利用分野】
【００６５】
以上説明したように、本発明は、Ｆｅ粉末とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金粉末とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金粉末及びＣ粉末とからなるＦｅ系焼結摺動部材であって、Ｃｕ成分４．４５〜１８．６質量％、Ｍｎ成分０．２〜１．２質量％、Ｃｏ成分３．１〜９．３質量％、Ｍｏ成分１．４〜４．２質量％、Ｃｒ成分０．４〜１．２質量％、Ｓｉ成分０．１〜０．３質量％、Ｃ成分１．０〜５．０質量％、残部Ｆｅ成分からなり、素地の組織がパーライト組織又はパーライトと一部フェライトの共存する組織を呈すると共に、該素地の組織中にＣ成分とＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金とＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金が分散していることにより、相手材との摺動において、なじみ性が良好で、耐荷重性及び耐摩耗性に優れた摺動特性を発揮するものである。したがって、本発明のＦｅ焼結摺動部材は、軸受、すべり板及びワッシャ等の摺動用途への適用が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１    板状軸受試験片（Ｆｅ系焼結摺動部材）
２    円筒体（相手材）
１０  円筒状軸受試験片（Ｆｅ系焼結摺動部材）
２０  回転軸（相手材）
【図２】
2012162771.tif 000006
【図３】
2012162771.tif 000007
【図４】
2012162771.tif 000008
【図１】
2012162771.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月28日(2011.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
上記主成分をなすＦｅ成分及びＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分に対し、所定量の割合で配合されるＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金成分の成分組成は、Ｃｏ成分６２質量％、Ｍｏ成分２８質量％、Ｃｒ成分８質量％、Ｓｉ成分２質量％からなり、このＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ超合金成分は、主成分をなすＦｅ成分及びＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ合金成分に対し５〜１５質量％、すなわちＣｏ成分３．１〜９．３質量％、Ｍｏ成分１．４〜４．２質量％、Ｃｒ成分０．４〜１．２質量％、Ｓｉ成分０．１〜０．３質量％の割合で配合される。