(57)【要約】【課題】成形体を焼結した焼結合金の機械的強度および耐摩耗性を向上させた焼結合金用成形体、耐摩耗性鉄基焼結合金、およびその製造方法を提供する。【解決手段】硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末を含む混合粉末から、焼結合金用成形体を圧粉成形し、焼結合金用成形体の前記黒鉛粉末のＣを、硬質粉末を構成する硬質粒子に拡散させながら、焼結合金用成形体を焼結することで、耐摩耗性鉄基焼結合金を製造する。硬質粒子は、Ｍｏ：１０〜５０質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｍｎ：２〜１５質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなり、混合粉末は、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して硬質粉末を５〜６０質量％含有し、黒鉛粉末を０．５〜２質量％含有している。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末を含む混合粉末から、焼結合金用成形体を圧粉成形する工程と、
該焼結合金用成形体の前記黒鉛粉末のＣを、前記硬質粉末を構成する硬質粒子に拡散させながら、前記焼結合金用成形体を焼結する工程と、を含む耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法であって、
前記硬質粒子は、Ｍｏ：１０〜５０質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｍｎ：２〜１５質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
前記混合粉末は、前記硬質粉末、前記黒鉛粉末、および前記鉄系粉末の合計量に対して、前記硬質粉末を５〜６０質量％含有し、前記黒鉛粉末を０．５〜２．０質量％含有していることを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法。
【請求項２】
前記硬質粒子には、１．０質量％以下のＣがさらに添加されていることを特徴とする請求項１に記載の耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法。
【請求項３】
前記硬質粒子の粒径は、４４〜１０５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法。
【請求項４】
硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末を含む混合粉末から圧粉成形された焼結合金用成形体であって、
前記硬質粉末を構成する硬質粒子は、Ｍｏ：１０〜５０質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｍｎ：２〜１５質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
前記混合粉末は、前記硬質粉末、前記黒鉛粉末、および前記鉄系粉末の合計量に対して、前記硬質粉末を５〜６０質量％含有し、前記黒鉛粉末を０．５〜２．０質量％含有していることを特徴とする焼結合金用成形体。
【請求項５】
前記硬質粒子には、１．０質量％以下のＣがさらに添加されていることを特徴とする請求項４に記載の焼結合金用成形体。
【請求項６】
前記硬質粒子の粒径は、４４〜１０５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項４または５に記載の焼結合金用成形体。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の前記焼結合金用成形体の黒鉛粉末のＣを前記硬質粒子に拡散させながら、前記焼結合金用成形体を焼結したことを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。
【請求項８】
請求項７に記載の耐摩耗性鉄基焼結合金からなるバルブシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結合金の機械的強度および耐摩耗性を向上させるに好適な硬質粒子を含有した、焼結合金用成形体、これを焼結した耐摩耗性鉄基焼結合金、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バルブシートなどには、鉄を基地とした焼結合金が適用されることがある。焼結合金には、耐摩耗性をさらに向上させるべく、硬質粒子を含有させることがある。硬質粒子を含有させる場合、硬質粒子からなる硬質粉末を、低合金鋼またはステンレス鋼の組成をもつ粉末に混入し、この混合粉末から焼結合金用成形体に圧粉成形し、その後、焼結合金用成形体を焼結して焼結合金とすることが一般的である。
【０００３】
このような焼結合金の製造方法として、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末を含む混合粉末から、焼結合金用成形体を圧粉成形し、この焼結合金用成形体の黒鉛粉末のＣを、硬質粉末を構成する硬質粒子に拡散させながら、焼結合金用成形体を焼結する耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、硬質粉末を構成する硬質粒子は、Ｍｏ：２０〜６０質量％、Ｍｎ：３〜１５質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなり、混合粉末は、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して、硬質粉末を１５〜６０質量％含有し、黒鉛粉末を０．２〜２質量％含有している。この製造方法によれば、硬質粒子に含有する炭素量を制限したことにより、焼結前の成形体への成形性を高めつつ、成形体を焼結した焼結合金の耐摩耗性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９８１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の製造方法で製造された耐摩耗性鉄基焼結合金では、後述する発明者らの実験からも明らかなように、その機械的強度および耐摩耗性が十分なものとはいえなかった。
【０００６】
具体的には、特許文献１では、硬質粒子にＭｎを添加することにより、焼結時に硬質粒子のＭｎが鉄系基地に拡散し、硬質粒子と鉄系基地との密着性を確保しようとしている。しかしながら、硬質粒子に添加されたＭｏは、焼結時に鉄系基地への拡散が十分ではないため、Ｍｎのみでは、硬質粒子と鉄系基地との密着性が十分確保できない。この結果、焼結合金の機械的強度および耐摩耗性が十分なものとは言えなかった。
【０００７】
また、硬質粒子にＭｏを添加することにより、焼結合金の表面には酸化したＭｏ（Ｍｏ酸化皮膜）が形成され、これが固体潤滑剤として作用する。しかしながら、このようなＭｏ酸化皮膜は凝着摩耗には有効であるが、アブレッシブ摩耗に対して有効ではなく、このような摩耗形態に対しての耐摩耗性は十分なものではなかった。
【０００８】
本発明は、前記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、焼結前の成形体への成形性を高めることを前提に、成形体を焼結した焼結合金の機械的強度および耐摩耗性を向上させた焼結合金用成形体、耐摩耗性鉄基焼結合金、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、硬質粒子に添加する元素としてＣｒに着眼した。ＣｒはＭｏに比べて、鉄系基地に対して６．３倍程度拡散しやすく、これにより、硬質粒子と鉄系基地との密着性を高め、焼結合金の機械的強度を向上させることができると考えた。さらに、Ｃｒは、焼結時に黒鉛粉末のＣと反応し、Ｃｒ炭化物が生成されるため、焼結合金のアブレッシブ摩耗に対する耐摩耗性を向上させることができると考えた。
【００１０】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法は、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末を含む混合粉末から、焼結合金用成形体を圧粉成形する工程と、該焼結合金用成形体の前記黒鉛粉末のＣを、前記硬質粉末を構成する硬質粒子に拡散させながら、前記焼結合金用成形体を焼結する工程と、を含む耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法であって、前記硬質粒子は、Ｍｏ：１０〜５０質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｍｎ：２〜１５質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなり、前記混合粉末は、前記硬質粉末、前記黒鉛粉末、および前記鉄系粉末の合計量に対して、前記硬質粉末を５〜６０質量％含有し、前記黒鉛粉末を０．２〜２質量％含有していることを特徴とする。
【００１１】
また、発明に係る焼結合金用成形体は、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末を含む混合粉末から圧粉成形された焼結合金用成形体であって、前記硬質粉末を構成する硬質粒子は、Ｍｏ：１０〜５０質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｍｎ：２〜１５質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなり、前記混合粉末は、前記硬質粉末、前記黒鉛粉末、および前記鉄系粉末の合計量に対して、前記硬質粉末を５〜６０質量％含有し、前記黒鉛粉末を０．５〜２．０質量％含有していることを特徴する。本発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金は、この焼結合金用成形体の黒鉛粉末のＣを前記硬質粒子に拡散させながら、前記焼結合金用成形体を焼結したものである。
【００１２】
本発明によれば、焼結前の硬質粒子は黒鉛粉末のＣが拡散していないので、焼結前の硬質粒子は、焼結後の硬質粒子よりも柔らかい。このため、圧粉成形時において、焼結合金用成形体の密度を高め、基地原料となる鉄系粉末と硬質粒子との接触面積が増大させることができる。このような結果、焼結時において、焼結合金用成形体から焼結合金に焼結する際に、鉄系基地から硬質粒子への鉄の拡散が増大し、鉄系基地への硬質粒子の密着性が高まり、焼結合金の機械的強度を高めることができる。また、後述するように、焼結時には、黒鉛粉末のＣは、硬質粒子に拡散しやすく、硬質粒子のＭｏ，Ｃｒに対して炭化物を形成する。
【００１３】
硬質粒子の組成のうちＭｏは、上述した硬質粒子の組成のもとでは、焼結時において、Ｍｏ炭化物を生成して硬質粒子の硬さ、耐摩耗性を向上させると共に、高温使用環境下において、固溶しているＭｏが焼結合金の表面でＭｏ酸化皮膜を形成し、良好なる固体潤滑性を得ることができる元素である。
【００１４】
ここで、硬質粒子に対するＭｏの含有量が１０質量％未満の場合、形成されたＭｏ酸化皮膜による固体潤滑性が十分ではなく、焼結合金の凝着摩耗が促進されてしまう。また、生成されるＭｏ炭化物も少ないのでアブレッシブ摩耗を十分抑制することができない。一方、硬質粒子に対するＭｏの含有量が５０質量％を超えた場合、圧粉成形前の硬質粒子の硬度が高まるため、圧粉成形時の成形性が阻害され、焼結合金の機械的強度が低下する。
【００１５】
硬質粒子の組成のうちＣｒは、上述した硬質粒子の組成のもとでは、焼結時に黒鉛粉末からのＣが硬質粒子に拡散してＣｒ炭化物を生成するので、焼結合金の耐アブレッシブ摩耗に有効な元素である。さらに、Ｃｒは、Ｍｏよりも鉄系基地に拡散しやすいので、焼結時に硬質粒子内のＣｒが鉄系基地内に拡散し、硬質粒子と鉄系基地との密着性を向上させるのに有効な元素である。
【００１６】
ここで、硬質粒子に対するＣｒの含有量が３質量％未満の場合、鉄系基地へのＣｒの拡散する量が少ないため、硬質粒子と鉄系基地との密着性が低下する。これにより得られた焼結合金の機械的強度が低下してしまう。一方、硬質粒子に対するＣｒの含有量が２０質量％を超えた場合、圧粉成形前の硬質粒子の硬度が高まるため、圧粉成形時の成形性が阻害され、焼結合金の機械的強度が低下する。
【００１７】
硬質粒子の組成のうちＭｎは、上述した硬質粒子の組成のもとでは、焼結時において、硬質粒子から焼結合金の鉄系基地へ効率よく拡散するため、硬質粒子と鉄系基地との密着性を向上させるのに有効な元素である。
【００１８】
ここで、硬質粒子に対するＭｎの含有量が２質量％未満の場合、鉄系基地へのＭｎの拡散する量が少ないため、硬質粒子と鉄系基地との密着性が低下する。これにより得られた焼結合金の機械的強度が低下してしまう。一方、硬質粒子に対するＭｎの含有量が１５質量％を超えた場合、鉄系基地にＭｎが拡散し過ぎてしまい、鉄系基地にオーステナイト組織が生成され、焼結合金の機械的強度が低下してしまう。
【００１９】
さらに、本発明では、前記混合粉末は、前記硬質粉末、前記黒鉛粉末、および前記鉄系粉末の合計量に対して、前記硬質粉末を５〜６０質量％含有し、前記黒鉛粉末を０．５〜２．０質量％含有している。
【００２０】
硬質粉末は、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して、５〜６０質量％含有しているので、焼結合金の機械的強度と耐摩耗性の双方を向上させることができる。ここで、硬質粉末が、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して５質量％未満である場合には、硬質粒子の含有量が十分でないため、硬質粒子による耐摩耗性の効果を充分に発揮することができない。
【００２１】
一方、硬質粉末が、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して６０質量％を超えた場合には、鉄系基地の割合が減ってしまい、この結果、硬質粒子を焼結合金に充分な密着力で保持することができない。これにより、接触・摺動環境など摩耗が発生する環境下では、焼結合金から硬質粒子が脱落してしまい、焼結合金の摩耗が促進されるおそれがある。
【００２２】
黒鉛粉末は、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して０．５〜２．０質量％含有しているので、焼結した後、硬質粒子を溶融することなく硬質粒子に黒鉛粉末のＣを固溶拡散することができ、さらには鉄系基地にパーライト組織を確保することができる。これにより、焼結合金の機械的強度と耐摩耗性の双方を向上させることができる。
【００２３】
ここで、黒鉛粉末が、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して０．５質量％未満の場合には、鉄系基地のフェライト組織が増加する傾向にあるので、焼結合金の鉄系基地自体の強度が低下してしまう。一方、黒鉛粉末が、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して２．０質量％を超えた場合には、焼結時に、硬質粒子の一部が溶融し、硬質粒子の硬度が低下する。また、硬質粒子が溶融した部分は、気孔となるため、この気孔が起因となって機械的強度が低下し、摩耗量も増加する。
【００２４】
ここで、硬質粒子にはＣが添加されていないことが好ましく、仮に硬質粒子にＣが添加されていた場合であっても、好ましい態様としては、前記硬質粒子には１．０質量％以下のＣがさらに添加されている。この態様によれば、Ｃを１．０質量％以下に制限することにより、Ｍｏ炭化物またはＣｒ炭化物の生成を抑制し、焼結合金用成形体への成形性を高めることができる。これにより、焼結合金の機械的強度が向上する。
【００２５】
ここで、Ｃの添加量が１．０質量％を超えた場合には、ＣとＭｏの炭化物が形成されやすくなり、この結果、硬質粒子の硬さが硬くなり、圧粉成形性が阻害され、鉄系基地との密着性が低下することになる。これにより、焼結合金の機械的強度が低下するおそれがある。
【００２６】
さらに好ましい態様としては、前記硬質粒子の粒径は、４４〜１０５μｍの範囲にある。このような範囲の粒径とすることにより、焼結後の耐摩耗性鉄基焼結合金の被削性を高めることができる。
【００２７】
ここで、硬質粒子の粒径が４４μｍを未満の硬質粒子を含んだ場合には、その粒径が小さすぎるため耐摩耗性鉄基焼結合金の耐摩耗性が損なわれることがある。一方、硬質粒子の粒径が１０５μｍを超える硬質粒子を含んだ場合には、その粒径が大きすぎるため耐摩耗性鉄基焼結合金の被削性が低下することがある。
【００２８】
さらに、このように構成された耐摩耗性鉄基焼結合金により、バルブシートが形成されることが好ましい。本発明によれば、バルブシートのように高温環境下において、凝着摩耗と、アブレッシブ摩耗とが混在した摩耗形態が発現する場合であっても、バルブシートの機械的強度を確保しつつ、これらの摩耗を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、焼結前の成形体への成形性を高めることを前提に、成形体を焼結した焼結合金の機械的強度および耐摩耗性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例および比較例で使用した摩耗試験の模式的概念図。
【図２】実施例１、４、５、および比較例３、４に係る焼結合金の引張強さの結果を示したグラフ。
【図３】実施例１、４、５、および比較例３、４に係る焼結合金の摩耗量の結果を示したグラフ。
【図４】実施例１に係る焼結合金のＥＰＭＡ分析の結果を示した図であり、（ａ）は、Ｃｒの分布を示した図、（ｂ）は、Ｍｎの分布を示した図、（ｃ）は、Ｃの分布を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明の実施形態を詳述する。
本実施形態に係る焼結合金用成形体は、後述する硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末を含む混合粉末を圧粉成形したものであり、耐摩耗性鉄基焼結合金は、黒鉛粉末のＣを硬質粉末の粒子拡散をさせながら、焼結合金用成形体を焼結したものである。以下に硬質粉末、これを混合した混合粉末により圧粉成形された焼結合金用成形体、焼結合金用成形体を焼結した耐摩耗性鉄基焼結合金について説明する。なお、以下に示す「粉末」とは、「粒子」の集合物であり、例えば、硬質粉末は、硬質粒子の集合物である。
【００３２】
１．硬質粉末について
硬質粉末は、硬質粒子からなる粉末であり、硬質粒子は、焼結合金に原料として配合され、焼結合金の鉄系基地に対して硬度が高い粒子である。この硬質粒子は、Ｍｏ：１０〜５０質量％、Ｃｒ：３〜２０質量％、Ｍｎ：２〜１５質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。
【００３３】
このような硬質粒子は、上述した組成を上述した割合に配合した溶湯を準備し、この溶湯を噴霧化するアトマイズ処理で製造することができる。また、別の方法としては、溶湯を凝固させた凝固体を機械的粉砕で粉末化してもよい。アトマイズ処理としては、ガスアトマイズ処理及び水アトマイズ処理のいずれであってもよいが、焼結性等を考慮すると丸みのある粒子が得られるガスアトマイズ処理がより好ましい。
【００３４】
ここで、上述した硬質粒子の組成の下限値及び上限値としては、後述する組成限定理由、更には、その範囲の中で、硬さ、固体潤滑性、密着性、又はコストなどを考慮して、適用される部材の各特性の重視度合に応じて適宜変更することができる。
【００３５】
１−１．Ｍｏ：１０〜５０質量％
硬質粒子の組成のうちＭｏは、焼結時に炭素粉末のＣとＭｏ炭化物を生成して硬質粒子の硬さ、耐摩耗性を向上させると共に、高温使用環境下において固溶しているＭｏおよびＭｏ炭化物がＭｏ酸化皮膜を形成し、良好なる固体潤滑性を得ることができる。
【００３６】
Ｍｏの含有量が１０質量％未満では、生成されるＭｏ炭化物も少ないばかりでなく、硬質粒子の酸化開始温度が高くなり、高温使用環境下におけるＭｏの酸化物の生成が抑制され、得られた焼結金属の耐摩耗性が低下してしまう。一方、Ｍｏの含有量が５０質量％を超えると、硬質粒子と鉄系基地との密着性が低下する。より好ましいＭｏの含有量は、１２〜４５質量％である。
【００３７】
１−２．Ｃｒ：３〜２０質量％
硬質粒子の組成のうちＣｒは、焼結時にＭｏの不十分な拡散による鉄系基地との密着不足を補うに有効である。さらに、凝着摩耗には有効であるがアブレッシブ摩耗には弱いＭｏ酸化皮膜を、アブレッシブ摩耗時にＣｒ炭化物となってＭｏ酸化皮膜を保護しつつ、焼結合金をアブレッシブ摩耗から保護するに有効である。
【００３８】
ここで、硬質粒子に対するＣｒの含有量が３質量％未満の場合、焼結時および高温使用環境下で、鉄系基地へのＣｒの拡散する量が少ないため、硬質粒子と鉄系基地との密着性が低下する。これにより得られた焼結合金の機械的強度が低下してしまう。一方、硬質粒子に対するＣｒの含有量が２０質量％を超えた場合、圧粉成形前の硬質粒子の硬度が高まるため、圧粉成形時の成形性が阻害され、焼結合金の機械的強度が低下する。より好ましいＣｒの含有量は、４〜１８質量％である。
【００３９】
１−３．Ｍｎ：２〜１５質量％
硬質粒子の組成のうちＭｎは、焼結時に硬質粒子から焼結合金の鉄系基地へ効率よく拡散するため、硬質粒子と鉄系基地との密着性を向上させるのに有効である。
【００４０】
ここで、硬質粒子に対するＭｎの含有量が２質量％未満の場合、鉄系基地へのＭｎの拡散する量が少ないため、硬質粒子と鉄系基地との密着性が低下する。これにより得られた焼結合金の機械的強度が低下してしまう。一方、硬質粒子に対するＭｎの含有量が１５質量％を超えた場合、鉄系基地にＭｎが拡散し過ぎてしまい、鉄系基地にオーステナイト組織が生成され、焼結合金の機械的強度が低下してしまう。好ましいＭｎの含有量は、３〜１２質量％である。
【００４１】
１−４．その他の元素について
ところで、硬質粒子の組成のうちＣは、Ｍｏ，Ｃｒと結合してＭｏ炭化物、Ｃｒ炭化物を形成し、硬質粒子の硬さ、耐摩耗性を向上させるのに有効であるが、本実施形態では、Ｃの添加量を制限している。このため、圧粉成形時において、成形体の密度を高めることができるとともに、基地原料となる鉄系粉末との接触面積が増大し、鉄系基地から硬質粒子への鉄の拡散が増大する。これにより、焼結合金の機械的強度を高めることができる。
【００４２】
ここで、硬質粒子にＣを含有させる場合には、１．０質量％以下のＣを含有させることが好ましく、より好ましくは、０．５質量％以下のＣを含有させる。Ｃを添加することにより、硬質粒子の硬さを高めることができ、Ｃを１．０質量％以下に制限することにより、Ｍｏ炭化物またはＣｒ炭化物の生成を抑制し、成形体への成形性を高めることができる。これにより、焼結合金の機械的強度が向上する。
【００４３】
硬質粒子の粒径としては、鉄基焼結合金の用途、種類などに応じて適宜選択できるが、硬質粒子の粒径は、４４〜１８０μｍの範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは、４４〜１０５μｍの範囲にある。発明者らの後述する実験によれば、硬質粒子の粒径が、４４〜１０５μｍの範囲にあるときに、焼結後の耐摩耗性鉄基焼結合金の被削性を高めることができる。
【００４４】
ここで、硬質粒子の粒径が４４μｍを未満の硬質粒子を含んだ場合には、その粒径が小さすぎるため耐摩耗性鉄基焼結合金の耐摩耗性が損なわれることがある。一方、硬質粒子の粒径が１０５μｍを超える硬質粒子を含んだ場合には、その粒径が大きすぎるため耐摩耗性鉄基焼結合金の被削性が低下することがある。
【００４５】
黒鉛粉末は、焼結時に黒鉛粉末のＣが鉄系基地および硬質粉末に固溶拡散することができるのであれば、天然黒鉛または人造黒鉛のいずれの黒鉛粒子からなる粉末であってもよく、これらが混合した粉末であってもよい。黒鉛粉末を構成する黒鉛粒子の粒径は、１〜４５μｍの範囲にあることが好ましい。好ましい黒鉛としては、黒鉛粉末（日本黒鉛製：ＣＰＢ−Ｓ）などを挙げることができる。
【００４６】
基地となる鉄系粉末は、Ｆｅを主成分とする鉄系粒子から構成される。鉄系粉末は、純鉄粉が好ましいが、圧粉成形時の成形性が阻害さず、上述した硬質粒子のＣｒ，Ｍｎ等の元素の拡散が阻害されない範囲で、低合金鋼粉末であってもよい。低合金鋼粉末はＦｅ−Ｃ系粉末を採用することができ、例えば、低合金鋼粉末を１００質量％としたとき、Ｃ：０．２〜５質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつものを採用することができる。また、これらの粉末は、機械的粉砕で粉末であってもよく、ガスアトマイズ粉、または水アトマイズ粉であってもよい。鉄系粉末を構成する鉄系粒子の粒径は、１５０μｍ以下の範囲にあることが好ましい。
【００４７】
２．混合粉末の混合割合について
硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末を含むように混合粉末を作製する。混合粉末は、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して、硬質粉末を５〜６０質量％含有し、黒鉛粉末を０．５〜２．０質量％含有している。より好ましくは、混合粉末は、その合計量に対して、硬質粉末を５〜５５質量％含有し、黒鉛粉末を１．０〜２．０質量％含有している。
【００４８】
混合粉末は、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末からなってもよく、得られる焼結合金の機械的強度および耐摩耗性が阻害されないことを前提に、他の粉末が数質量％程度含有していてもよい。この場合には、混合粉末に対して、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量が９５質量％以上であれば、その効果を十分に期待できる。例えば、混合粉末に、硫化物（例えばＭｎＳ）、酸化物（例えばＣａＣＯ３）、フッ化物（例えばＣａＦ）、窒化物（例えばＢＮ）、酸硫化物からなる群から選ばれる少なくとも一種の被削性改善剤（粉末）が含有していてもよい。
【００４９】
硬質粉末は、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して、５〜６０質量％含有しているので、焼結合金の機械的強度と耐摩耗性の双方を向上させることができる。ここで、硬質粉末が、これらの合計量に対して５質量％未満である場合には、後述する発明者らの実験からも明らかなように、硬質粒子による耐摩耗性の効果を充分に発揮することができない。
【００５０】
一方、硬質粉末が、これらの合計量に対して６０質量％を超えた場合には、相手攻撃性が高まるばかりでなく、硬質粒子の保持性が確保され難くなる。具体的には、硬質粒子の鉄系基地の割合が減ってしまい、この結果、硬質粒子を焼結合金に充分な密着力で保持することができない。これにより、接触・摺動環境など摩耗が発生する環境下では、焼結合金から硬質粒子が脱落してしまい、焼結合金の摩耗が促進されるおそれがある。
【００５１】
黒鉛粉末は、硬質粉末、黒鉛粉末、および鉄系粉末の合計量に対して０．５〜２．０質量％含有しているので、焼結した後、硬質粒子を溶融することなく硬質粒子に黒鉛粉末のＣを固溶拡散することができ、さらには鉄系基地にパーライト組織を確保することができる。これにより、焼結合金の機械的強度と耐摩耗性の双方を向上させることができる。
【００５２】
ここで、黒鉛粉末が、これらの合計量に対して０．５質量％未満の場合には、鉄系基地のフェライト組織が増加する傾向にあるので、焼結合金の鉄系基地自体の強度が低下してしまう。一方、黒鉛粉末が、これらの合計量に対して２．０質量％を超えた場合には、焼結時において、硬質粒子の一部が溶融し、硬質粒子の硬度が低下する。また、硬質粒子が溶融した部分は、気孔となるため、この気孔が起因となって機械的強度が低下し、摩耗量も増加する。
【００５３】
３．耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法について
このようにして、得られた混合粉末を、焼結合金用成形体に圧粉成形する。上述したように、硬質粒子は、焼結前の硬質粒子は焼結後の硬質粒子に比べて柔らかいので、圧粉成形時において、焼結合金用成形体の密度を高め、基地原料となる鉄系粉末との接触面積を増大させることができる。
【００５４】
圧粉成形された焼結合金用成形体の黒鉛粉末のＣを、硬質粉末を構成する硬質粒子に拡散させながら、焼結合金用成形体を焼結し、耐摩耗性鉄基焼結合金を製造する。このとき、鉄系基地から硬質粒子への鉄の拡散が増大するばかりでなく、硬質粒子に添加した炭素を制限しているので、黒鉛粉末の炭素が硬質粒子へ拡散し易く、Ｍｏ炭化物、Ｃｒ炭化物を生成し、硬質粒子の硬さを高めることができる。
【００５５】
焼結温度としては、１０５０〜１２５０℃程度、特に、１１００〜１１５０℃程度を採用できる。上記した焼結温度における焼結時間としては、３０分〜１２０分、より好ましくは４５〜９０分を採用できる。焼結雰囲気としては、不活性ガス雰囲気などの非酸化性雰囲気であってもよく、非酸化性雰囲気としては、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気、又は真空雰囲気を挙げることができる。
【００５６】
焼結により得られた鉄基焼結合金の基地は、その硬さを確保するため、パーライトを含む組織を含むことが好ましく、パーライトを含む組織として、パーライト組織、パーライト−オーステナイト系の混合組織、パーライト−フェライト系の混合組織、パーライト−セメンタイト系の混合組織にしてもよい。耐摩耗性を確保するには、硬さが低いフェライトは少ない方が好ましい。基地の硬さは組成にもよるが、Ｈｖ１２０〜３００程度であり、熱処理条件、炭素粉末の添加量等により調整できる。但し、硬質粒子と基地との密着性など耐摩耗性を低下させるものでなければ、上記組成及び硬さに限定されるものではない。
【００５７】
上述した方法によれば、Ｍｏ：０．５〜３０質量％（好ましくは１．５〜１６．５質量％）、Ｃｒ：０．１５〜１２質量％（好ましくは０．５〜７．２質量％）、Ｍｎ：０．１〜９質量％（好ましくは０．３〜４．８質量％）、Ｃ：２．０質量％以下（１．０〜２．０質量％）、その他鉄と不可避不純物からなる焼結合金を得ることができる。
【００５８】
４．耐摩耗性鉄基焼結合金の適用
上述した製造方法で得られた耐摩耗性鉄基焼結合金は、高温使用環境下における機械的強度および耐摩耗性がこれまでのものよりも高い。例えば、高温の使用環境下となる、圧縮天然ガスや液化石油ガスを燃料とする内燃機関のバルブ系（例えばバルブシート、バルブガイド）、ターボチャージャのウェストゲートバルブに好適に用いることができる。
【００５９】
例えば、耐摩耗性鉄基焼結合金で、内燃機関の排気弁のバルブシートを形成した場合、バルブシートとバルブとの接触時の凝着摩耗と、双方の摺動時のアブレッシブ摩耗とが混在した摩耗形態が発現したとしても、これらのバルブシートの耐摩耗性を、従来のものと比べてより一層向上させることができる。
【実施例】
【００６０】
以下に、本発明を具体的に実施した実施例について比較例と共に説明する。
〔実施例１〕
以下に示す製造方法で、耐摩耗性鉄基焼結合金を製造した。
まず、硬質粉末を準備した。硬質粉末は、Ｍｏ３０質量％、Ｃｒ１０質量％、Ｍｎ６質量％、残部が不可避不純物とＦｅとなるように、具体的には表１に示す組成をもつ溶湯から不活性ガス（窒素ガス）を用いたガスアトマイズ処理により合金粉末を製造した。これらを、ＪＩＳ規格Ｚ８８０１に準拠したふるいを用い、４４μｍ〜１０５μｍの範囲に分級し、硬質粒子の粉末とした。
【００６１】
次に、黒鉛粉末（日本黒鉛工業製： ＣＰＢ−Ｓ）、および、純鉄からなる還元鉄粉（へガネスジャパン製：型番ＳＣ１００．２６）を準備した。
上述した、硬質粉末４０質量％、黒鉛粉末１．５質量％、鉄粉５８．５質量％の割合で、Ｖ型混合器で３０分間混合した。これにより混合粉末を得た。
【００６２】
次に、成形型を用い、得られた混合粉末を７８４ＭＰａの加圧力でリング形状をなす試験片に圧粉成形し、焼結合金用成形体（圧粉成形体）を形成した。圧粉成形体を１１２０℃の不活性雰囲気（窒素ガス雰囲気）中で６０分間、焼結し、試験片に係る焼結合金（バルブシート）を形成した。
【００６３】
〔実施例２〜８：硬質粒子の各成分の適正割合〕
実施例１と同じように焼結合金を作製した。実施例２〜８は、硬質粒子の各成分の適正割合を評価するための実施例である。実施例２〜８では、表１に示すように、実施例１と混合粉末の混合割合が同じであり、これらが実施例１と相違する点は、硬質粉末の成分である。具体的な相違点を以下に示す。
【００６４】
実施例２、３が、実施例１と相違する点は、硬質粒子のＭｏの含有量を、順次、１２質量％、４５質量％とした点である。
実施例４、５が、実施例１と相違する点は、硬質粒子のＣｒの含有量を、順次、４質量％、１８質量％とした点である。
実施例６、７が、実施例１と相違する点は、硬質粒子のＭｎの含有量を、順次、３質量％、１２質量％とした点である。
実施例８が、実施例１と相違する点は、硬質粒子にＣを０．４質量％さらに含有した点である。
【００６５】
〔実施例９〜２１：混合粉末の適正混合割合〕
実施例１と同じように焼結合金を作製した。実施例９〜２１は、混合粉末の適正な混合割合を評価するための実施例である。実施例９〜２１では、表１に示すように、実施例１と硬質粉末の成分が同じであり、これらが実施例１と相違する点は、混合粉末の混合割合である。具体的な相違点を以下に示す。
【００６６】
実施例９が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を５質量％、鉄粉を９４．０質量％、黒鉛粉末を１．０質量％とした点であり、実施例１０が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を５質量％、鉄粉を９３．５質量％とした点である。
【００６７】
実施例１１が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を１０質量％、鉄粉を８９．０質量％、黒鉛粉末を１．０質量％とした点であり、実施例１２が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を１０質量％、鉄粉を８８．５質量％とした点である。
【００６８】
実施例１３が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を１５質量％、鉄粉を８４．０質量％、黒鉛粉末を１．０質量％とした点であり、実施例１４が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を１５質量％、鉄粉を８３．５質量％とした点である。
【００６９】
実施例１５が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を３０質量％、鉄粉を６９．０質量％、黒鉛粉末を１．０質量％とした点であり、実施例１６が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を３０質量％、鉄粉を６８．５質量％とした点であり、実施例１７が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を３０質量％、鉄粉を６８．０質量％、黒鉛粉末を２．０質量％とした点である。
【００７０】
実施例１８が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、鉄粉を５９．０質量％、黒鉛粉末を１．０質量％とした点であり、実施例１９が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、鉄粉を５８．０質量％、黒鉛粉末を２．０質量％とした点である。
【００７１】
実施例２０が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を５５質量％、鉄粉を４４．０質量％、黒鉛粉末を１．０質量％とした点であり、実施例２１が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を５５質量％、鉄粉を４３．５質量％とした点である。
【００７２】
〔比較例１〜７：硬質粒子の各成分の適正割合の比較例〕
実施例１と同じように焼結合金を作製した。比較例１〜７は、混合粉末に配合される硬質粒子の各成分の適正割合を評価するための比較例であり、実施例１〜８と対比するための比較例である。比較例１〜６では、表１に示すように、実施例１と混合粉末の混合割合は同じであり、これらが実施例１と相違する点は、硬質粉末の成分である。比較例７は混合粉末の混合割合も異なる。具体的な相違点を以下に示す。
【００７３】
比較例１および２は、硬質粒子のＭｏの含有量が、本発明の範囲（Ｍｏ：１０〜５０質量％）から外れた比較例である。具体的には、比較例１が、実施例１と相違する点は、Ｍｏの含有量を５質量％とした点であり、比較例２が、実施例１と相違する点は、Ｍｏの含有量を６０質量％とした点である。
【００７４】
比較例３および４は、硬質粒子のＣｒの含有量が、本発明の範囲（Ｃｒ：３〜２０質量％）から外れた比較例である。具体的には、比較例３が、実施例１と相違する点は、Ｃｒの含有量を０質量％とし（Ｃｒを含有せず）、Ｍｏの含有量を４０質量％とした点であり、比較例４が、実施例１と相違する点は、Ｃｒの含有量を３０質量％とした点である。なお、比較例４の硬質粉末は、上述した特許文献１で開示された硬質粉末に相当する。
【００７５】
比較例５および６は、硬質粒子のＭｎの含有量が、本発明の範囲（Ｍｎ：２〜１５質量％）から外れた比較例である。具体的には、比較例５が、実施例１と相違する点は、Ｍｎの含有量を０質量％とした（Ｍｎを含有しない）点であり、比較例６が、実施例１と相違する点は、Ｍｎの含有量を２０質量％とした点である。
【００７６】
比較例７は、硬質粒子のＣの含有量が、本発明の範囲（Ｃ：１質量％以下）から外れた比較例である。具体的には、比較例７が、実施例１と相違する点は、Ｃの含有量を１．５質量％とした点と、表１に示す混合粉末の混合割合である。
【００７７】
〔比較例８〜１１：混合粉末の適正混合割合の比較例〕
実施例１と同じように焼結合金を作製した。比較例８〜１１は、混合粉末の適正な混合割合を評価するための比較例であり、実施例９〜２１と対比するための比較例である。比較例８〜１１では、表１に示すように、実施例１と硬質粉末の成分が同じであり、これらが実施例１と相違する点は、混合粉末の混合割合である。具体的な相違点を以下に示す。
【００７８】
比較例８および９は、硬質粉末の混合割合が、本発明の範囲（硬質粉末：５〜６０質量％）から外れた比較例である。具体的には、比較例８が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を１質量％、鉄粉を９８．０質量％、黒鉛粉末を１．０質量％とした点であり、比較例９が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、硬質粉末を６５質量％、鉄粉を３３．５質量％とした点である。
【００７９】
比較例１０および１１は、黒鉛粉末の混合割合が、本発明の範囲（黒鉛粉末：０．５〜２質量％）から外れた比較例である。具体的には、比較例１０が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、黒鉛粉末を０質量％（黒鉛粉末を含まない）、鉄粉を６０．０質量％とした点であり、比較例１１が、実施例１と相違する点は、混合粉末に対して、黒鉛粉末を３．０質量％、鉄粉を５７．０質量％とした点である。
【００８０】
〔比較例１２〕
実施例１と同じように焼結合金を作製した。比較例１２が実施例１と相違する点は、硬質粒子に、Ｍｏ：４０質量％、Ｍｎ：９質量％、Ｎｉ：１２質量％、Ｃｏ：２５質量％、Ｃ：１．８質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子を用いた点である。さらに、混合粉末に対して、黒鉛粉末を０．６質量％、鉄粉を５９．４質量％、とした点も相違する。なお、この硬質粒子は、特開２００１−１８１８０７号公報に開示された硬質粒子に相当する。
【００８１】
〔比較例１３〕
実施例１と同じように焼結合金を作製した。比較例１３が実施例１と相違する点は、硬質粒子に、Ｍｏ：６３質量％、Ｓｉ：１．１質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子を用いた点である。さらに、混合粉末に対して、黒鉛粉末を０．６質量％、鉄粉を５９．４質量％、とした点も相違する。
【００８２】
〔比較例１４〕
実施例１と同じように焼結合金を作製した。比較例１４が実施例１と相違する点は、硬質粒子に、Ｍｏ：２８質量％、Ｃｒ：９質量％、Ｃｏ：６０質量％、Ｃ：０．１質量％、Ｓｉ：２．２質量％、残部が不可避不純物とＦｅからなる硬質粒子を用いた点である。さらに、混合粉末に対して、黒鉛粉末を０．６質量％、鉄粉を５９．４質量％、とした点も相違する。
【００８３】
＜硬さ試験＞
実施例１〜２１、比較例１〜１４に係る焼結前の硬質粒子の硬さを測定荷重０．１ｋｇｆのマイクロビッカース硬度計を用いて測定した。この結果、表１に示す。また、実施例１、１５〜１９、比較例３、１３、１４に対して、焼結後の硬質粒子の硬さを測定した。この結果も、表１に示す。
【００８４】
＜引張試験＞
ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準拠して、実施例１〜２１、および比較例１〜１４に係る焼結合金のテストピースを作製し、引張試験（２０℃条件）を行い、引張強さを測定した。この結果を、表１に示す。図２に、実施例１、４、５、および比較例３、４に係る焼結合金の引張強さの結果を示す。
【００８５】
＜摩耗試験＞
図１の試験機を用い、実施例１、２、４、５、９、１１、１３、１６、１８および比較例１、３、４、８、１０〜１４に係る焼結合金の耐摩耗性について摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価した。この摩耗試験では、図１に示すように、プロパンガスバーナ１０を加熱源として用い、前記のように作製した焼結合金からなるリング形状のバルブシート１２と、バルブ１３のバルブフェース１４との摺動部をプロパンガス燃焼雰囲気とした。バルブフェース１４はＳＵＨ３５に軟窒化処理を行ったものである。バルブシート１２の温度を２５０℃に制御し、スプリング１６によりバルブシート１２とバルブフェース１４との接触時に１８ｋｇｆの荷重を付与して、２０００回／分の割合で、バルブシート１２とバルブフェース１４とを接触させ、８時間の摩耗試験を行った。この結果を表１に示す。さらに、図３に実施例１、４、５、および比較例３、４に係る焼結合金の摩耗量の結果を示す。
【００８６】
【表１】
2016044329.tif 000002
【００８７】
＜元素分析＞
実施例１の焼結合金に対して、焼結合金のＥＰＭＡにより元素分析を行った。この結果を図４に示す。図４（ａ）は、Ｃｒの分布を示した図、図４（ｂ）は、Ｍｎの分布を示した図、図４（ｃ）は、Ｃの分布を示した図である。
【００８８】
（結果１：硬質粒子のＭｏの含有量）
実施例１〜２１に比べて、比較例１の如く、硬質粒子のＭｏの含有量が５質量％である場合（１０質量％未満である場合）には、焼結合金の摩耗量が大きくなった。これは、比較例１の場合には、生成されるＭｏ炭化物も少なくなるばかりでなく、硬質粒子の酸化開始温度が高くなり、高温使用環境下におけるＭｏの酸化物の生成が抑制され、得られた焼結金属の耐摩耗性が低下してしまうと考えられる。
【００８９】
一方、実施例１〜２１に比べて、比較例２の如く、硬質粒子のＭｏの含有量が６０質量％である場合（５０質量％を超えた場合）には、焼結合金の引張強さが小さくなった。これは、比較例２の場合には、焼結前の硬質粒子の硬さが、実施例１〜２１のものに比べて高いため、圧粉成形時の成形性が阻害され、焼結合金の機械的強度が低下したと考えられる。以上のことから、硬質粒子に含有するＭｏは、１０〜５０質量％含有していればよく、実施例２および３から、より好ましいＭｏの含有量は１２〜４５質量％である。
【００９０】
（結果２：硬質粒子のＣｒの含有量）
実施例１〜２１に比べて、比較例３の如く、硬質粒子のＣｒの含有量が０質量％である場合（３質量％未満である場合）には、焼結合金の引張強さも小さく、その摩耗量は多くなった。これは、実施例１〜２１の場合には、硬質粒子にＣｒを含有させることにより、焼結時にＣｒが基地に拡散しているところ（例えば図４（ａ）参照）、比較例３の場合には、焼結時、鉄系基地へのＣｒが拡散しないため、硬質粒子と鉄系基地との密着性が低下すると考えられる。これにより得られた焼結合金の引張強さは低下してしまう（例えば図２参照）。さらに、比較例３の場合には、実施例１〜２１の如く、Ｃｒの拡散により硬質粒子にＣｒＣが生成されないので、実施例１等に比べて焼結後の硬質粒子の硬さも低く、実施例１〜２１に比べて、焼結合金の摩耗量も多くなったと考えられる（例えば図３参照）。
【００９１】
一方、実施例１〜２１に比べて、比較例４の如く、硬質粒子のＣｒの含有量が３０質量％である場合（２０質量％を超えた場合）には、焼結合金の引張強さが小さくなった。これは、比較例４の場合には、焼結前の硬質粒子の硬さが、実施例１〜２１のものに比べて高いため、圧粉成形時の成形性が阻害され、焼結合金の引張強さが低下したと考えられる（例えば図２参照）。以上のことから、硬質粒子に含有するＣｒは、３〜２０質量％含有していればよく、実施例４および５から、より好ましいＣｒの含有量は、４〜１８質量％である。
【００９２】
（結果３：硬質粒子のＭｎの含有量）
実施例１〜２１に比べて、比較例５の如く、硬質粒子のＭｎの含有量が０質量％である場合（２質量％未満である場合）には、焼結合金の引張強さは小さい。これは、実施例１〜２１の場合には、硬質粒子にＭｎを含有させることにより、焼結時にＭｎが基地に拡散しているところ（例えば図４（ｂ）参照）、比較例３の場合には、焼結時、鉄系基地へのＭｎが拡散しないため、硬質粒子と鉄系基地との密着性が低下すると考えられる。これにより得られた焼結合金の引張強さが低下したと考えられる。
【００９３】
一方、実施例１〜２１に比べて、比較例６の如く、硬質粒子のＭｎの含有量が２０質量％である場合（１５質量％を超えた場合）も、焼結合金の引張強さが小さくなった。これは、比較例６の場合には、鉄系基地にＭｎが拡散し過ぎてしまい、鉄系基地にオーステナイト組織が生成され、焼結合金の引張強さが低下したと考えられる。以上のことから、硬質粒子に含有するＭｎは、２〜１５質量％含有していればよく、実施例６および７から、好ましいＭｎの含有量は、３〜１２質量％である。
【００９４】
なお、比較例１３および１４の硬質粒子は、Ｍｎを含有する代わりに、Ｓｉを含有しているが、これにより、焼結前の硬質粒子の硬さは、シリサイドが分散するため実施例１〜２１のものに比べて硬くなり、圧粉成形時の成形性が阻害され、実施例１〜２１よりも焼結合金の引張強さが低いと考えられる。
【００９５】
（結果４：硬質粒子のＣの含有量）
実施例１〜２１に比べて、比較例７の如く、硬質粒子のＣの含有量が１．５質量％である場合（１．０質量％を超えた場合）には、焼結合金の引張強さは小さい。これは、比較例７の場合には、焼結前の硬質粒子の硬さが、実施例１〜２１のものに比べて高いため、圧粉成形時の成形性が阻害され、焼結合金の引張強さが低下したと考えられる。
【００９６】
一方、実施例１〜２１の場合には、硬質粒子に含有するＣを制限したので、焼結時に黒鉛粉末のＣが拡散し（例えば図４（ｃ）参照）、焼結後の硬質粒子の硬さが硬くなったと考えられる。以上のことから、硬質粒子に含有するＣは、１．０質量％以下に制限することが好ましく、実施例８から、好ましいＣｒの含有量は、０．４質量％以下である。
【００９７】
（結果５：硬質粉末の混合割合）
実施例１〜２１に比べて、比較例８の如く、混合粉末に対する硬質粉末の割合が１質量％である場合（硬質粉末が５質量％未満の場合）、成形性が高まるため焼結合金の引張強さは大きいが、硬質粉末が少ないため耐摩耗性の効果を充分に発揮することができないと考えられる。
【００９８】
一方、実施例１〜２１に比べて、比較例９の如く、混合粉末に対する硬質粉末の割合が６５質量％である場合（硬質粉末が６０質量％超えた場合）、焼結合金の引張強さが低くかった。これは、比較例９の場合には、硬質粒子の鉄系基地の割合が減ってしまい、この結果、硬質粒子を焼結合金に充分な密着力で保持することができなると考えられる。以上のことから、混合粉末に対して硬質粉末を５〜６０質量％含有し、より好ましくは、５〜５５質量％含有する。
【００９９】
（結果６：黒鉛粉末の混合割合）
実施例１〜２１に比べて、比較例１０の如く、混合粉末に対する硬質粉末の割合が０質量％である場合（黒鉛粉末が０．５質量％未満の場合）、焼結合金の引張強さが低く、摩耗量も多かった。これは、比較例１０の場合には、鉄系基地のフェライト組織が増加する傾向にあるので、焼結合金の鉄系基地自体の強度が低下してしまうからであると考えられる。
【０１００】
一方、実施例１〜２１に比べて、比較例１１の如く、混合粉末に対する硬質粉末の割合が３．０質量％である場合（黒鉛粉末が２．０質量％超えた場合）も、焼結合金の引張強さが低く、摩耗量も多かった。これは、比較例１１の場合には、焼結時に、硬質粒子の一部が溶融し、硬質粒子の硬度が低下するとともに、硬質粒子が溶融した部分は、気孔となるため、この気孔が起因となって機械的強度が低下し、摩耗量も増加するからであると考えられる。以上のことから、混合粉末に対して硬質粉末を０．５〜２．０質量％含有し、より好ましくは、１．０〜２．０質量％含有する。
【０１０１】
〔実施例２２，２３〕
実施例２２として、表２に示す条件で、実施例９と同じ焼結合金を作製した。実施例２３として、表２に示す条件で、実施例１１と同じ焼結合金を製造した。
【０１０２】
〔比較例１５，１６〕
比較例１５として、実施例２２と同じようにして焼結合金を製作した。実施例２２と相違する点は、実施例２２の硬質粒子の粒径が４４〜１０５μｍの範囲にあるのに対して、比較例１５の硬質粒子の粒径は４４μｍ〜１８０μｍの範囲にある点である。
【０１０３】
比較例１６として、実施例２３と同じようにして焼結合金を製作した。実施例２３と相違する点は、実施例２３の硬質粒子の粒径が４４〜１０５μｍの範囲にあるのに対して、比較例１６の硬質粒子の粒径は４４μｍ〜１８０μｍの範囲にある点である。なお、比較例１５および１６に係る焼結合金は、本発明の範囲に含まれる焼結合金であり、実施例２２、２３と対比するために、便宜上、比較例１５、１６としている。
【０１０４】
＜切削試験＞
実施例２２，２３、および比較例１５，１６の焼結合金に対して、刃具摩耗試験を行った。具体的には、送り速度：０．３ｍｍ，切込み：０．０８ｍｍ／ｒｅｖの条件で、刃具（材質：超硬）を用いて、実施例１及び比較例１の試験片に対して、３００パス相当分（１パスは、バルブシート一回分の切削長さに相当分）切削加工を行った。そして、光学顕微鏡により、刃具の逃げ面の最大摩耗深さを刃具の摩耗量として測定した。この結果を、表２に示す。
【０１０５】
【表２】
2016044329.tif 000003
【０１０６】
（結果７：硬質粒子の最適粒径）
表２に示すように、実施例２２、２３の焼結合金を切削した刃具の摩耗量は、比較例１５、１６のものよりも少なかった。これは、比較例１５，１６の硬質粒子の粒径は、１０５μｍを超える硬質粒子を含んでいるので、その粒径が大きすぎるため焼結合金の被削性が低下したと考えられる。したがって、硬質粒子の粒径は、１０５μｍの範囲にあることが好ましい。また、硬質粒子の粒径が４４μｍを未満の硬質粒子を含んだ場合には、その粒径が小さすぎるため鉄基焼結合金の耐摩耗性が損なわれるおそれがあるため、硬質粒子の粒径は４４μｍ以上であることが好ましい。
【０１０７】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【図１】
2016044329.tif 000004
【図２】
2016044329.tif 000005
【図３】
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【図４】
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