(57)【要約】全体組成が、質量％で、Ｃｒ：１３．８６〜２７．７２％、Ｎｉ：６．４７〜２０．３３％、Ｃｕ：０．８５〜１１．０５％、Ｓｉ：０．４６〜２．７７％、Ｐ：０．１５〜１．９５％、Ｃ：０．２〜１．０％、及び、残部のＦｅ及び不可避元素からなり、密度が６．８〜７．４Ｍｇ／ｍ３である焼結合金であって、気孔が分散する鉄合金基地と、鉄合金基地中に分散する炭化物とを有する金属組織を示し、鉄合金基地は、平均結晶粒径が１０〜５０μｍである焼結合金を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体組成が、質量％で、Ｃｒ：１３．８６〜２７．７２％、Ｎｉ：６．４７〜２０．３３％、Ｃｕ：０．８５〜１１．０５％、Ｓｉ：０．４６〜２．７７％、Ｐ：０．１５〜１．９５％、Ｃ：０．２０〜１．００％、及び、残部のＦｅ及び不可避元素からなり、密度が６．８〜７．４Ｍｇ／ｍ３である焼結合金であって、
気孔が分散する鉄合金基地と、前記鉄合金基地に分散する炭化物とを有する金属組織を示し、前記鉄合金基地は、平均結晶粒径が１０〜５０μｍの結晶粒で構成される、焼結合金。
【請求項２】
全体組成が、質量％で、Ｃｒ：１３．８６〜２７．７２％、Ｎｉ：６．４７〜２０．３３％、Ｃｕ：０．８５〜１１．０５％、Ｓｉ：０．４６〜２．７７％、Ｐ：０．１５〜１．９５％、Ｃ：０．２０〜１．００％、炭化物生成元素：３．２３％以下、及び、残部のＦｅ及び不可避元素からなり、密度が６．８〜７．４Ｍｇ／ｍ３である焼結合金であって、
前記炭化物生成元素は、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ及びＴｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であり、
気孔が分散する鉄合金基地と、前記鉄合金基地に分散する炭化物とを有する金属組織を示し、前記鉄合金基地は、平均結晶粒径が１０〜５０μｍの結晶粒で構成される、焼結合金。
【請求項３】
前記焼結合金の表面、及び、前記気孔の内面に窒化物が形成されている、請求項１又は２に記載の焼結合金。
【請求項４】
質量％で、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：７〜２４％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、及び、残部のＦｅ及び不可避不純物からなる鉄合金粉末を用意し、
リン含有量が１０〜３０質量％の鉄−リン合金粉末、リン含有量が５〜２５質量％の銅−リン合金粉末、及び、銅粉末から選択される１種又は複数種の組み合わせからなる、リン及び銅配合用の配合材を用意し、
前記鉄合金粉末、前記配合材及び黒鉛粉末を混合して、０．１５〜１．９５質量％のリン、０．８５〜１１．０５質量％の銅、及び、０．２０〜１．００質量％の炭素を含有する原料粉末を調製し、
前記原料粉末を圧縮して、密度が６．０〜６．８Ｍｇ／ｍ３の圧粉体を形成し、
前記圧粉体を非酸化性雰囲気において１０５０〜１１６０℃の温度に加熱して焼結する、焼結合金の製造方法。
【請求項５】
質量％で、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：７〜２４％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、炭化物生成元素：３質量％以下、及び、残部のＦｅ及び不可避不純物からなる鉄合金粉末であって、前記炭化物生成元素は、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ及びＴｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素である前記鉄合金粉末を用意し、
リン含有量が１０〜３０質量％の鉄−リン合金粉末、リン含有量が５〜２５質量％の銅−リン合金粉末、及び、銅粉末から選択される１種又は複数種の組み合わせからなる、リン及び銅配合用の配合材を用意し、
前記鉄合金粉末、前記配合材及び黒鉛粉末を混合して、０．１５〜１．９５質量％のリン、０．８５〜１１．０５質量％の銅、及び、０．２０〜１．００質量％の炭素を含有する原料粉末を調製し、
前記原料粉末を圧縮して、密度が６．０〜６．８Ｍｇ／ｍ３の圧粉体を形成し、
前記圧粉体を非酸化性雰囲気において１０５０〜１１６０℃の温度に加熱して焼結する、焼結合金の製造方法。
【請求項６】
前記配合材は、鉄−リン合金粉末及び銅−リン合金粉末の一方又は両方の形態でリンを含有し、銅粉末及び銅−リン合金粉末の一方又は両方の形態で銅を含有する粉末である、請求項４又は５に記載の焼結合金の製造方法。
【請求項７】
前記配合材は、下記の（１）〜（５）の何れかである、請求項４〜６の何れか一項に記載の焼結合金の製造方法。
（１）リン含有量が１０〜３０質量％の鉄−リン合金粉末と銅粉末との組み合わせ
（２）リン含有量が１０〜３０質量％の鉄−リン合金粉末と、リン含有量が５〜２５質量％の銅−リン合金粉末との組み合わせ
（３）リン含有量が１０〜３０質量％の鉄−リン合金粉末と、リン含有量が５〜２５質量％の銅−リン合金粉末と、銅粉末との組み合わせ
（４）リン含有量が５〜２５質量％の銅−リン合金粉末と銅粉末との組み合わせ
（５）リン含有量が５〜２５質量％の銅−リン合金粉末
【請求項８】
前記非酸化性雰囲気は、窒素を１０質量％以上含む窒素と水素との混合ガス、又は、窒素ガスからなる常圧の雰囲気である、請求項４〜７の何れか一項に記載の焼結合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャー用ターボ部品等に適した焼結合金及びその製造方法に関し、特に、耐熱性、耐食性及び耐摩耗性が要求されるノズルボディ等に好適な焼結合金及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関に付設されるターボチャージャーでは、内燃機関のエキゾーストマニホールドに接続されたタービンハウジングに、タービンが回転自在に支持され、タービンの外周側を囲むように複数のノズルベーンが回動可能に支持されている。タービンハウジングに流入する排気ガスは、外周側からタービンに流れ込んで軸方向へ排出され、その際にタービンを回転させる。そして、タービンの反対側で同じ軸に設けられたコンプレッサが回転することにより、内燃機関へ供給する空気が圧縮される。【０００３】
ノズルベーンは、ノズルボディ又はマウントノズルといった名称で呼ばれるリング状の部品に回動可能に支持されている。ノズルベーンの軸は、ノズルボディを貫通し、リンク機構に接続されている。そして、リンク機構が駆動されることによって、ノズルベーンが回動して、排気ガスがタービンに流れ込む流路の開度が調整される。【０００４】
上記のようなターボチャージャー用ターボ部品、つまり、ノズルボディ（マウントノズル）及びこれに装着されるプレートノズルなどのような、タービンハウジング内に設けられるターボ部品は、高温の腐食性ガスである排気ガスと接触する。従って、これらの部品は、耐熱性及び耐食性が要求されると共に、ノズルベーンとの摺接に対応するための耐摩耗性も要求される。このため、従来、ターボ部品を構成する材料として、例えば、高クロム鋳鋼、ＪＩＳ規格で種類ＳＣＨ２２として規定される耐熱鋼、又は、耐熱合金に耐食性の向上を目的とするクロム表面処理を施した耐摩耗性材料等が使用されている。【０００５】
一方、粉末冶金法においても、各種機械部品用途に適用するための焼結合金が開発され、上述のターボ部品向けの耐熱耐摩耗性焼結合金が提案されている（特許文献１参照）。粉末冶金法においては、鋳造等によって得られる溶製鋼では形成されない特殊な金属組織を呈する焼結合金が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１９９６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ノズルベーンと摺接するノズルボディ等のように他部材と摺接するターボチャージャー用部品においては、他部材との凝着摩耗を防止するために、より一層の耐摩耗性の向上が望まれている。また、高温の排気ガス中に含まれる水蒸気により酸化が進行し易いため、耐食性についても更なる向上が望まれている。さらに、複雑化する形状の要求に応えるため、機械加工性（被削性）の向上が望まれている。【０００８】
上述のように、本発明は、鉄基焼結合金のより一層の改善によって、ターボチャージャー用部品への適用に適した、耐摩耗性、耐食性及び被削性に優れる焼結合金及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、焼結合金は、全体組成が、質量％で、Ｃｒ：１３．８６〜２７．７２％、Ｎｉ：６．４７〜２０．３３％、Ｃｕ：０．８５〜１１．０５％、Ｓｉ：０．４６〜２．７７％、Ｐ：０．１５〜１．９５％、Ｃ：０．２０〜１．００％、及び、残部のＦｅ及び不可避元素からなり、密度が６．８〜７．４Ｍｇ／ｍ３である焼結合金であって、気孔が分散する鉄合金基地と、前記鉄合金基地に分散する炭化物とを有する金属組織を示し、前記鉄合金基地は、平均結晶粒径が１０〜５０μｍの結晶粒で構成されることを要旨とする。【００１０】
本発明の他の態様によれば、焼結合金は、全体組成が、質量％で、Ｃｒ：１３．８６〜２７．７２％、Ｎｉ：６．４７〜２０．３３％、Ｃｕ：０．８５〜１１．０５％、Ｓｉ：０．４６〜２．７７％、Ｐ：０．１５〜１．９５％、Ｃ：０．２０〜１．００％、炭化物生成元素：３．２３％以下、及び、残部のＦｅ及び不可避元素からなり、密度が６．８〜７．４Ｍｇ／ｍ３である焼結合金であって、前記炭化物生成元素は、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ及びＴｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素であり、気孔が分散する鉄合金基地と、前記鉄合金基地に分散する炭化物とを有する金属組織を示し、前記鉄合金基地は、平均結晶粒径が１０〜５０μｍの結晶粒で構成されることを要旨とする。【００１１】
また、本発明の一態様によれば、焼結合金の製造方法は、質量％で、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：７〜２４％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、及び、残部のＦｅ及び不可避不純物からなる鉄合金粉末を用意し、リン含有量が１０〜３０質量％の鉄−リン合金粉末、リン含有量が５〜２０質量％の銅−リン合金粉末、及び、銅粉末から選択される１種又は複数種の組み合わせからなる、リン及び銅配合用の配合材を用意し、前記鉄合金粉末、前記配合材及び黒鉛粉末を混合して、０．１５〜１．９５質量％のリン、０．８５〜１１．０５質量％の銅、及び、０．２０〜１．００質量％の炭素を含有する原料粉末を調製し、前記原料粉末を圧縮して、密度が６．０〜６．８Ｍｇ／ｍ３の圧粉体を形成し、前記圧粉体を非酸化性雰囲気において１０５０〜１１６０℃の温度に加熱して焼結することを要旨とする。【００１２】
本発明の他の態様によれば、焼結合金の製造方法は、質量％で、Ｃｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：７〜２４％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、炭化物生成元素：３質量％以下、及び、残部のＦｅ及び不可避不純物からなる鉄合金粉末であって、前記炭化物生成元素は、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ及びＴｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素である前記鉄合金粉末を用意し、リン含有量が１０〜３０質量％の鉄−リン合金粉末、リン含有量が５〜２０質量％の銅−リン合金粉末、及び、銅粉末から選択される１種又は複数種の組み合わせからなる、リン及び銅用の配合材を用意し、前記鉄合金粉末、前記配合材及び黒鉛粉末を混合して、０．１５〜１．９５質量％のリン、０．８５〜１１．０５質量％の銅、及び、０．２０〜１．００質量％の炭素を含有する原料粉末を調製し、前記原料粉末を圧縮して、密度が６．０〜６．８Ｍｇ／ｍ３の圧粉体を形成し、前記圧粉体を非酸化性雰囲気において１０５０〜１１６０℃の温度に加熱して焼結することを要旨とする。【００１３】
前記配合材は、鉄−リン合金粉末及び銅−リン合金粉末の一方又は両方の形態でリンを含有し、銅粉末及び銅−リン合金粉末の一方又は両方の形態で銅を含有する粉末材料であるとよい。前記配合材は、下記（１）〜（５）の何れかを利用できる。（１）リン含有量が１０〜３０質量％の鉄−リン合金粉末と銅粉末との組み合わせ、（２）リン含有量が１０〜３０質量％の鉄−リン合金粉末と、リン含有量が５〜２０質量％の銅−リン合金粉末との組み合わせ、（３）リン含有量が１０〜３０質量％の鉄−リン合金粉末と、リン含有量が５〜２０質量％の銅−リン合金粉末と、銅粉末との組み合わせ、（４）リン含有量が５〜２０質量％の銅−リン合金粉末と銅粉末との組み合わせ、（５）リン含有量が５〜２０質量％の銅−リン合金粉末。前記非酸化性雰囲気は、窒素を１０質量％以上含む窒素と水素との混合ガス、又は、窒素ガスからなる常圧の雰囲気であってよく、前記焼結合金の表面、及び、前記気孔の内面に窒化物が形成されている上記焼結合金が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
鉄基合金の組成設計に基づいて焼結合金の被削性を改善しつつ他の材料特性への影響を抑制することができ、これによって、耐摩耗性、耐食性及び被削性に優れ、ターボチャージャー用部品への適用に適した焼結合金及びその製造方法の提供が可能になる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
焼結合金の金属組織に分散する炭化物粒子は、機械加工時に切削の障害になり易く、炭化物粒子の量が増加すると、焼結合金の被削性は低下する。従って、焼結合金の被削性を改善するには、炭化物粒子の生成を抑制することが有効と考えられる。この方針に従って、炭化物の割合が低い組成の焼結合金について検討したところ、炭化物の減量が被削性の改善に有効である反面、炭化物によるピン止め効果が低下して鉄合金基地の結晶粒が粗大化し、これにより耐酸化性が低下することが判明した。
【００１６】
このため、上記欠点を補う手法について検討したところ、銅が鉄合金基地に固溶すると、水蒸気環境における基地の耐酸化性が向上し、耐食性の向上が可能であることが判明した。また、銅の基地への固溶は、軟質なオーステナイトを硬化して基地と他の部材との凝着を抑制し、これにより被削性の向上が可能であることも判明した。更に、焼結温度を下げることによって、結晶粒の成長を抑制して耐酸化性を高めることが可能であることも明らかになった。この点に関して、銅−リン合金粉末は、低温での液相発生が可能であるので、銅を導入する原料として使用すると、焼結温度を低く設定するための有効な手段となる。
【００１７】
上述の点を考慮して、本発明においては、焼結合金を構成する成分の機能が良好なバランスで発揮されるように合金組成の設計を工夫することによって、耐酸化性、耐食性及び被削性を共に向上させた焼結合金を提供する。以下に、本発明の焼結合金及び原料粉末の成分組成について説明する。
【００１８】
＜焼結合金及び原料粉末の成分組成＞
本発明において、焼結合金の基地は、オーステナイト系ステンレス鋼の組成を有する鉄合金基地であり、基地中に気孔が分散すると共に炭化物粒子が析出分散する金属組織を示す。オーステナイト系ステンレス鋼は、クロム及びニッケルがγ−鉄に固溶した鉄合金であり、耐食性及び耐熱性が高く、熱膨張係数も一般的なオーステナイト系耐熱材料と同等である。
【００１９】
オーステナイト系ステンレス鋼は、結晶粒の成長を抑制することよって、水蒸気環境における耐酸化性が向上する。本発明において焼結合金の基地を構成するオーステナイト系ステンレス鋼は、平均結晶粒径が１０〜５０μｍの結晶粒で構成される。このような粒径範囲への結晶粒の成長抑制は、従来の焼結温度より低い温度で焼結することによって可能であり、焼結温度は、１０５０〜１１６０℃の範囲に設定される。低い温度での焼結を可能にするには、低温で液相を発生する成分を使用することが有用である。この点に関して、銅−リン合金粉末は、１０５０〜１１３０℃の比較的低い温度で焼結を進行させることが可能である。従って、銅−リン合金粉末の使用は、焼結温度の低温化に有効に作用し、結晶粒の成長を抑制する上で有用である。このような温度設定による好適な焼結の進行によって、焼結合金の密度は、６．８〜７．４Ｍｇ／ｍ３程度になる。
【００２０】
焼結合金の基地を構成するオーステナイトは、クロム又はニッケルが鉄に固溶した鉄合金粉末を主原料として用いて生成することができる。つまり、オーステナイト化する元素（クロム、ニッケル）は、鉄に合金化して鉄合金粉末に調製することによって原料粉末に導入される。これによって、オーステナイト化元素は、鉄合金基地中に均一に分布し、耐食性及び耐熱性を発揮する。鉄に合金化する他の成分としては、ケイ素があり、鉄−クロム合金粉末の調製時にクロムの酸化防止剤として機能する。
【００２１】
鉄合金基地は、１２質量％以上のクロム（Ｃｒ）を含有すると、酸化性の酸に対して耐食性を示す。原料として用いる鉄合金粉末に含有されるクロムの一部が焼結時に炭化物として析出する点を考慮すると、鉄合金基地に十分なクロムが残留するように、鉄合金粉末のクロム含有量が１５質量％以上であるとよい。但し、鉄合金粉末のクロム含有量が３０質量％を超えると、脆いσ相が形成されて、鉄合金粉末の圧縮性が著しく損なわれる。従って、原料としての鉄合金粉末は、クロム含有量が１５〜３０質量％程度であると好ましい。このような粉末を用いて得られる好適な焼結合金において、全体組成におけるクロムの割合は、１３．８６〜２７．７２質量％程度となる。より好ましくは１６．８８質量％以上且つ２３．１０質量％以下、最も好ましくは１８．４８質量％以上且つ２０．３３質量％以下となる。
【００２２】
鉄合金基地は、３．５質量％以上のニッケル（Ｎｉ）を含有すると、非酸化性の酸に対して耐食性を示す。また、鉄合金粉末のニッケル含有量が７質量％以上であると、このような効果が好適に発揮されて、得られる焼結合金に耐酸化性が付与される。但し、ニッケル含有量が２４質量％を超える鉄合金粉末を使用した場合、耐食性及び耐酸化性における効果はさほど変化しなくなる。ニッケルは、高価な素材でもあるので、製造費を考慮すると、原料として使用する鉄合金粉末のニッケル含有量は、７〜２４質量％であると好適であり、好ましくは１０〜２２質量％のニッケルを含む鉄合金粉末が使用される。このような原料を用いて得られる好適な焼結合金の全体組成におけるニッケル含有量は、６．４７〜２０．３３質量％となる。耐酸化性の点において、好ましくは７．３９質量％以上であり、経済性の点で好ましくは１８．４８質量％以下となる。
【００２３】
オーステナイト組織を示す鋼は、結晶学的に原子密度が高いので、その耐食性は、フェライト組織のものよりも優れている。このため、焼結後に得られる鉄合金基地が好適にオーステナイト組織を呈するように、クロム含有量及びニッケル含有量を適正に調整した鉄合金粉末を原料として使用することが好ましい。具体的には、横軸をクロム量（質量％）、縦軸をニッケル量（質量％）とするＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系合金の焼き鈍し組織図において、Ａ点（Ｃｒ：１５、Ｎｉ：７．５）、Ｂ点（Ｃｒ：１８、Ｎｉ：６．５）及びＣ点（Ｃｒ：２４、Ｎｉ：１８）を結んだ折れ線よりニッケル量が多い領域でオーステナイト組織が形成される。従って、このような領域のクロム量及びニッケル量になるように、原料として使用する鉄合金粉末の組成を調整するとよい。
【００２４】
鉄合金粉末は、酸化し易いクロムを含むので、鉄合金粉末を調製する溶湯にケイ素が脱酸剤として添加される。このため、鉄合金基地は、ケイ素（Ｓｉ）を含有する。また、ケイ素が鉄合金基地に固溶すると、基地の耐酸化性及び耐熱性を高める効果があり、０．４６質量％以上において効果が顕著である。但し、ケイ素含有量が３．０質量％を超える鉄合金粉末は硬いため、圧縮性が著しく損なわれる。ケイ素から生じる酸化物が増加すると、焼結の進行を阻害して焼結合金の強度を低下させる。従って、原料として使用する鉄合金粉末のケイ素含有量は０．５〜３．０質量％であるとよい。このような鉄合金粉末を用いて製造される焼結合金の全体組成におけるケイ素含有量は、０．４６〜２．７７質量％となる。耐酸化性の観点から、好ましくは、全体組成におけるケイ素含有量が０．７４質量％以上且つ１．８５質量％以下であるとよい。
【００２５】
クロム含有量が多い鉄合金粉末は、焼結が進行し難い。従って、焼結を促進するために、鉄−リン−炭素の共晶液相を発生するリン（Ｐ）が使用され、リン合金粉末の形態で配合される。本発明においては、リン合金粉末として、鉄−リン合金粉末及び銅−リン合金粉末の一方又は両方を使用することができる。鉄−リン合金粉末を使用する場合、リン含有量が１０質量％未満の粉末であると、液相の発生量が少なく、焼結が十分に進行し難い。一方、リン含有量が３０質量％を超えると、鉄−リン合金粉末が硬くなるため、原料粉末の圧縮性を著しく損なう。従って、使用する鉄−リン合金粉末のリン含有量は１０〜３０質量％であることが好ましい。銅−リン合金粉末を使用する場合、リン含有量が５質量％未満であると、液相の発生量が少なく、焼結が十分に進行し難い。一方、リン含有量が２５質量％を超えると、銅−リン合金粉末が硬くなって、原料粉末の圧縮性を著しく損なう。また、発生する液相が十分に拡散する前に焼結体の外部に流出し易くなる場合がある。従って、使用する銅−リン合金粉末のリン含有量は５〜２５質量％であることが好ましい。また、焼結合金の全体組成において、リンの割合が０．１５質量％未満であると、液相の発生量が不足して焼結促進効果が乏しくなる。一方、リンの割合が１．９５質量％を超えると、焼結が過度に進行して緻密化し、焼結合金としての密度の上限を超えると気孔が縮小する。これにより、基地の塑性流動を抑制し難くなり、耐摩耗性が低下する。また、余剰のリン合金粉末は、液相として外部に流出し易く、液相流出が生じると、リン合金粉末が存在した箇所が気孔（所謂カーケンダルボイド）になって、鉄合金基地に粗大な気孔が形成されるので、耐食性が低下する。更に、共晶液相の生成増加によって過度に焼結が進行すると、クロム炭化物の成長が促進されて、析出するクロム炭化物が粗大化する。故に、リン合金粉末は、焼結合金の全体組成中のリンの割合が０．１５〜１．９５質量％となるように、原料粉末に配合することが好ましい。より好ましくは、リン含有量が０．６０質量％以上且つ１．５０質量％以下となる配合であり、より適正なリン含有量は０．６０質量％以上且つ１．０５質量％以下となる。
【００２６】
本発明における焼結合金においては、銅（Ｃｕ）が基地に固溶することによって、耐酸化性及び耐食性が向上する。これと共に、銅が軟質なオーステナイトを硬化して基地の凝着を抑制することにより被削性が改善される。銅は、銅粉末又は銅−リン合金粉末として、原料粉末に配合することができる。焼結を促進するためのリンの全量が鉄−リン合金粉末として配合される場合、銅は、銅粉末の形態で配合される。リンの一部又は全部を鉄−リン合金粉末の形態で配合しない場合には、原料粉末のリン含有量が上述の適正なリンの組成割合になるように、銅−リン合金粉末が使用される。そして、銅−リン合金粉末によって導入される銅の量が不足する場合、又は、銅−リン合金粉末を使用しない場合には、銅粉末が使用される。焼結合金の全体組成中の銅含有量が０．８５〜１１．０５質量％において、耐酸化性及び耐食性が良好であるので好ましい。より好ましくは、銅含有量が３．４０質量％以上且つ８．５０質量％以下であり、より適正な銅含有量は３．４０質量％以上且つ５．９５質量％以下となる。
【００２７】
従って、リン及び銅配合用の配合材として、下記の５つの形態で示すような、１種の粉末又は複数種の粉末の組み合わせを使用可能である。（５）の形態として、銅−リン合金粉末（Ｐ：５〜２５質量％）を利用する場合、原料粉末の１．０〜１３質量％となる割合で銅−リン合金粉末を配合すると、全体組成中、銅量は、０．７５〜１２．３５質量％、リン量は、０．０５〜３．２５質量％の範囲で調整可能である。銅−リン合金粉末は、鉄−リン合金粉末よりも低温で共晶液相を発生させるので、焼結温度の低下が可能であり、結晶粒の成長を抑制する上で好適である。液相を良好に生成する点から、使用する銅−リン合金粉末は、リンの含有量が５質量％以上且つ２５質量％以下であると好ましく、より好ましくは１０質量％以上且つ２０質量％以下となる。また、銅−リン合金粉末は、鉄−リン合金粉末を使用するよりも、得られる焼結合金の被削性が向上する傾向があることから、銅−リン合金粉末を利用する（２）〜（５）の形態が好ましい。また、（１）及び（５）の形態では、リン及び銅の組成割合に基づいて配合材の使用量を簡単に決定することができる。
（１）鉄−リン合金粉末と、銅粉末との組み合わせ
（２）鉄−リン合金粉末と、銅−リン合金粉末との組み合わせ
（３）鉄−リン合金粉末と、銅−リン合金粉末と、銅粉末との組み合わせ
（４）銅−リン合金粉末と、銅粉末との組み合わせ
（５）銅−リン合金粉末
【００２８】
炭素は、黒鉛粉末として原料粉末に配合され、加熱時に、鉄−リン−炭素の共晶液相を発生して焼結を促進する。鉄−リン−炭素の共晶液相から鉄合金基地に拡散した炭素がクロムと結合すると、クロム炭化物として基地中に分散して析出する。炭化物の析出量が多いと、被削性が低下するので、本発明においては、黒鉛粉末の配合量を適正に調整することによって、炭化物の析出を制御する。具体的には、全体組成に対する炭素の割合が０．２０〜１．００質量％となるように黒鉛粉末を配合する。炭素の割合が全体組成の１．００質量％を超えると、鉄−リン−炭素共晶液相の発生によって焼結が進行しても、炭化物が多量に形成されるために被削性が低下する。また、基地中に固溶するクロム量が低下して耐熱性及び耐食性が低下する。炭素の割合が全体組成の０．２０質量％未満においては、焼結の促進効果及び炭化物による耐摩耗性が得られなくなる。好ましくは、炭素含有量が全体組成の０．２０質量％以上且つ１．００質量％以下、より好ましくは０．４質量％以上且つ０．８０質量％以下となるように配合するとよい。
【００２９】
更に、必要に応じて、クロムより炭化物の生成能が高い元素（以下、炭化物生成元素と称する）を原料粉末に配合することによって、クロム炭化物の析出を抑制することができる。炭化物生成元素は、焼結時にクロムより優先的に黒鉛と反応して炭化物を生成し、炭化物生成元素の少なくとも一部は焼結合金中において炭化物として存在する。これにより、鉄合金基地におけるクロム濃度の低下が抑制されるので、基地の耐熱性及び耐食性を向上させる効果がある。また、炭化物生成元素が炭素と反応して合金炭化物が生成すると、耐摩耗性の向上に寄与する。炭化物生成元素は、モリブデン、バナジウム、タングステン、ニオブ及びチタンからなる群より選択して使用することができ、１種又は２種以上を組み合わせて使用してもよい。但し、炭化物生成元素を、全体組成の３．２３質量％を超えて配合すると、原料粉末の圧縮性が低下するので、焼結合金の全体組成の３．２３質量％以下の範囲において任意に配合すればよい。好ましくは、炭化物生成元素の含有量が全体組成の０．４６質量％以上且つ２．７７質量％以下であるとよい。複数種の元素を組み合わせて用いる場合は、その合計量が、上記組成割合であればよい。
【００３０】
従って、本発明の第１の実施形態として、焼結合金は、全体組成が、質量％で、Ｃｒ：１３．８６〜２７．７２％、Ｎｉ：６．４７〜２０．３３％、Ｃｕ：０．８５〜１１．０５％、Ｓｉ：０．４６〜２．７７％、Ｐ：０．１５〜１．９５％、Ｃ：０．２０〜１．００％、及び、残部のＦｅ及び不可避元素からなることが好ましい。また、第２の実施形態として、焼結合金は、全体組成が、質量％で、Ｃｒ：１３．８６〜２７．７２％、Ｎｉ：６．４７〜２０．３３％、Ｃｕ：０．８５〜１１．０５％、Ｓｉ：０．４６〜２．７７％、Ｐ：０．１５〜１．９５％、Ｃ：０．２０〜１．００％、炭化物生成元素：３．２３％以下、及び、残部のＦｅ及び不可避元素からなることが好ましい。炭化物生成元素は、モリブデン、バナジウム、タングステン、ニオブ及びチタンからなる群より選択される少なくとも１種であり、これらのうちの１種又は２種以上であってよい。
【００３１】
上述の組成割合に基づいて調製される焼結合金においては、気孔が分散する鉄合金基地中に、炭化物が析出分散し、炭化物は、鉄、クロム及び上記炭化物生成元素から形成され得る。密度が６．８〜７．４Ｍｇ／ｍ３程度の焼結合金として好適に生成することができる。炭化物は、焼結合金が相手部材と摺動する際に鉄合金基地と相手部材との接触を軽減して基地の塑性流動を抑制するので、耐摩耗性に寄与する。本発明においては、被削性を改善するために、炭化物の割合が所定量以下になるように合金組成が設計されている。このため、炭化物の機能が効率的に発揮されるように、炭化物が粗大化せずに多数の粒子として分散して析出することが好ましい。具体的には、炭化物が１０μｍを超えて粗大化すると、炭化物の遍在によって、炭化物の不存在領域、つまり、塑性流動が抑制されない領域が増加し、耐摩耗性が著しく低下する。また、焼結合金の被削性にも悪影響を与える。但し、分散する炭化物が、１μｍ未満の大きさであると、基地の流動を抑制する機能を実質的に有し得ない。このようなことから、最大径（粒径の最大値）が１〜１０μｍの範囲にあるような炭化物粒子が好適である。焼結合金の組織断面において、最大径が１〜１０μｍの範囲にある炭化物粒子の面積が、全炭化物粒子の面積に占める割合（面積率）が９０％以上であると好ましい。本発明においては、リン合金（特に銅−リン合金）の焼結促進によって、焼結時の加熱温度を低く設定可能であり、炭化物粒子の粗大化は抑制される。
【００３２】
尚、炭化物粒子の粒径の最大値は、画像解析ソフト（三谷商事株式会社製ＷｉｎＲＯＯＦ）を用いた金属組織断面の画像解析によって粒子断面の画像から粒径を測定する際に、画像解析ソフトによって画像中における最大と判定される粒子部分の長尺長さを適用するものとする。また、鉄合金基地の結晶粒の平均結晶粒径は、金属組織断面の画像解析によって断面におけるオーステナイト基地の面積及び結晶粒の数を計測し、これらの値から結晶粒の平均面積（数平均）を算出して近似計算によって面積円相当径として換算される値を適用する。
【００３３】
＜焼結合金の製造方法＞
各成分の割合が上記焼結合金の組成割合になるように、原料の配合によって混合粉末を調製し、この混合粉末を成形用の原料粉末として用いる。これを圧縮成形することで圧粉体が得られ、圧粉体を焼結温度に加熱することによって得られる焼結体が上記焼結合金である。
【００３４】
第１の実施形態においては、上述したようなニッケル、クロム及びケイ素を含有する鉄合金粉末（第１原料）に、前述の（１）〜（５）の何れかの形態のリン及び銅配合用の配合材（第２原料）、及び、黒鉛粉末を均一に混合して混合粉末を調製する。この際、混合粉末が、０．１５〜１．９５質量％のリン、０．８５〜１１．０５質量％の銅、及び、０．２０〜１．００質量％の炭素を含有するように、混合割合を調整する。得られた混合粉末を成形用の原料粉末として用いることができる。第２原料として複数種の粉末の組み合わせ（（１）〜（４）の形態）を利用する場合、複数種の粉末を個別に混合粉末の調製に投入しても、或いは、予めこれらを均一に混合した後に投入してもよい。
【００３５】
第２の実施形態においては、更に、全体組成の３．２３質量％以下となるように炭化物生成元素が配合された原料粉末が使用される。炭化物生成元素は、モリブデン、バナジウム、タングステン、ニオブ及びチタンから選択され、１種又は２種以上を組み合わせて使用してもよい。炭化物生成元素は、第１原料である鉄合金に合金化された状態で使用することができる。つまり、第２の実施形態においては、ニッケル、クロム、ケイ素及び炭化物生成元素を含有する鉄合金粉末を第１原料として使用するとよい。炭化物生成元素の割合が全体組成の３．２３質量％を超えると、鉄合金粉末の圧縮性が低下し、原料粉末を所望の圧粉密度に成形することが難しくなる。従って、炭化物生成元素の割合は、全体組成の３．２３質量％以下であるとよい。尚、炭化物生成元素の添加による効果は、０．９２質量％程度において顕かになるので、０．９２〜３．２３質量％の範囲で使用すると好ましい。但し、これは任意成分であり、合金組成の設計、特にクロム及び炭素の組成割合に応じて、０〜３．２３質量％の範囲で使用可能である。
【００３６】
＜圧粉密度及び焼結合金の密度＞
圧縮成形によって得られる圧粉体内の粉末粒子間の気孔は、焼結後の焼結合金にも残存し、気孔量が多いと強度及び耐摩耗性が低下する。但し、ターボチャージャー用部品として使用する焼結合金においては、高温の排気ガスに含まれる酸素によって、焼結合金の表面及び気孔内面にクロムの不動態被膜が形成され、これにより耐摩耗性及び耐食性が向上する。クロムの不動態被膜は、硬く、且つ、焼結合金表面に強固に固着しており、鉄合金基地が相手部材へ凝着するのを防止する効果がある。従って、適量の気孔が焼結合金中に分散すると、クロムの不動態被膜が内面を覆う気孔は、鉄合金基地の塑性流動を防止する作用を有し、焼結合金の耐摩耗性が向上する。この点を考慮すると、焼結合金の密度は、６．８０〜７．４０Ｍｇ／ｍ３程度が好適であり、７．４０Ｍｇ／ｍ３を超えると、気孔量の低下に伴って不動態被膜の効果が得られず、耐摩耗性が低下する。６．８０Ｍｇ／ｍ３に満たないと、焼結合金としての強度が低下して、耐摩耗性が低下する。好ましくは７．００Ｍｇ／ｍ３以上且つ７．４０Ｍｇ／ｍ３以下であるとよく、７．２０Ｍｇ／ｍ３以上且つ７．４０Ｍｇ／ｍ３以下の焼結密度であるとより適正である。
【００３７】
＜成形及び焼結＞
上記のような密度の焼結合金を得るために、原料粉末の圧縮成形は、圧粉体の密度が６．００〜６．８０Ｍｇ／ｍ３程度になるように行うとよい。リン合金粉末の使用によって、低温での液相発生により焼結が進行するので、このような密度の圧粉体を、１０５０〜１１６０℃に加熱することによって焼結が進行し、密度が６．８０〜７．４０Ｍｇ／ｍ３程度の焼結合金が得られる。焼結時の加熱温度を上記の温度範囲に設定することによって、鉄合金基地における結晶粒の成長が抑制され、鉄合金基地の平均結晶粒径は１０〜５０μｍ程度になる。加熱温度が１０５０℃未満であると、焼結が進行し難く、１１６０℃を超えると、焼結後の鉄合金基地において、粒径が５０μｍを超える粗大な結晶粒に成長し易くなる。より好ましくは、焼結温度が１１００℃以上且つ１１４０℃以下であるとよい。
【００３８】
一般に、クロム含有量が高い焼結合金の製造においては、焼結が活性に進行するように、表面の不動態被膜を除去したクロム含有合金粉末を原料として使用し、焼結は、真空雰囲気又は減圧雰囲気において行われる。この点に関して、本発明においては、リン合金粉末による液相発生によって焼結が比較的低温で良好に進行するので、非酸化性雰囲気中であれば焼結時の活性は維持可能であり、常圧環境でも焼結が可能である。従って、圧力環境を真空又は減圧に整える必要がなく、一般の焼結部品の製造と同様の非酸化性環境下で、安価にターボチャージャー用部品を製造することができる。
【００３９】
尚、焼結雰囲気として、窒素を１０容積％程度以上含むガスを使用すると、焼結合金の表面及び気孔内面に硬い窒化物（主にクロム窒化物）が形成され、焼結合金の耐摩耗性を向上させることができるので好ましい。窒素を含む雰囲気ガスとしては、窒素ガス、窒素と水素との混合ガス、アンモニア分解ガス、アンモニア分解ガスに窒素を混合した混合ガス、アンモニア分解ガスに水素を混合した混合ガス等が挙げられる。尚、この場合に雰囲気中から焼結合金に導入される窒素量は極微量であり、焼結合金に含有される不可避不純物の量と同程度である。
【００４０】
上述に従って、密度が６．８〜７．４Ｍｇ／ｍ３の焼結合金が得られ、得られる焼結合金は、オーステナイト系ステンレス鋼の組成を有する鉄合金基地に気孔及び炭化物の析出粒子が分散した組織構造を呈する。銅の固溶によってオーステナイト組織が硬化し、鉄合金基地の耐摩耗性及び耐食性が向上する。鉄合金基地の組織は、焼結温度の低さによって、平均結晶粒径が１０〜５０μｍ程度の細かい結晶粒になり、基地の耐食性及び耐酸化性が向上する。また、炭化物粒子の大きさは、粒径が１〜１０μｍ程度の大きさであり、１０μｍを超える粒径の炭化物は、組織断面において炭化物が占める面積のうちの１０％未満である。炭化物の析出量が抑制されるように定めた組成割合に基づいて製造されるので、炭化物粒子が金属組織断面を占める割合は、１０面積％以下となり、焼結合金の被削性が向上する。しかも、炭化物の析出量自体は減少しても、炭化物粒子が微細に分散することにより、基地の凝着摩耗は防止可能であり、炭化物のピン止め効果による基地の結晶粒成長の抑制も有効である。
【実施例１】
【００４１】
（試料番号１〜３９）
鉄合金粉末として、表１に示す組成割合でクロム、ニッケル及びケイ素を含有する合金粉末（平均粒子径：７０μｍ）を用意した。また、銅−リン合金粉末として、表１に示すリン含有量の銅−リン合金粉末（平均粒子径：４０μｍ、残部として銅及び不可避不純物を含む）を用意した。尚、粉末の平均粒子径は、粒度分布測定に基づくメジアン径を適用した。これらの合金粉末及び黒鉛粉末（平均粒子径：１０μｍ）を表１に示す配合割合で均一に混合して、表２に示す全体組成の混合粉末を得た。これを成形用の原料粉末として、以下の操作で使用した。【００４２】
原料粉末を型孔に充填し、パンチを用いて６００ＭＰａの圧力で圧縮成形することにより、円柱状及び円板状の２種類の圧粉体に成形した。円柱状の圧粉体の寸法は、外径：１０ｍｍ、高さ：１０ｍｍ、円板状の圧粉体の寸法は、外径：２４ｍｍ、高さ：８ｍｍとした。尚、試料番号４，９〜３９では、圧粉体の密度が６．４Ｍｇ／ｍ３となる原料粉末の量を予め計算し、試料番号１〜３，５〜８では、圧粉体の密度が表２の値になる原料粉末の量を計算して、型孔へ原料粉末を充填する量を秤量によって調節した。また、得られた圧粉体の密度はアルキメデス法に従って確認した。【００４３】
得られた二種類の圧粉体を水素と窒素の混合ガス雰囲気中で１１３０℃に加熱し、温度を維持して６０分間焼結し、その後、室温まで冷却した。この際、焼結温度から３００℃までの平均冷却速度は１２℃／分であった。このようにして試料番号１〜３９の焼結体を作製した。【００４４】
得られた焼結体を焼結合金試料として用いて、以下のような操作によって、密度、摩耗量、鉄合金基地の結晶粒径及び酸化被膜の厚さを測定した。測定結果を表３に示す。【００４５】
＜焼結合金の密度及び摩耗量＞
焼結合金の密度は、円柱状の焼結合金試料を用いて、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ２５０５に規定された金属焼結材料の焼結密度試験方法に従って測定した。
焼結合金の摩耗量は、円板状の焼結合金試料を用いたロールオンディスク摩擦摩耗試験における摩耗量として測定した。ロールオンディスク摩擦摩耗試験では、ディスク材として焼結合金試料を使用し、相手部材に対する往復摺動を７００℃で１５分間行って、ディスク材の摩耗量を測定した。相手部材として、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３１６Ｌ相当材にクロマイズ処理を施したロール（外径：１５ｍｍ、長さ：２２ｍｍ）を使用した。【００４６】
＜鉄合金基地の結晶粒＞
更に、円柱状の焼結合金試料を切断して、試料の断面を鏡面研磨し、王水（硝酸：塩酸＝１：３）で断面を腐食させた後、断面の金属組織の顕微鏡観察を２００倍の倍率で行って基地の組織を観察した。この際、画像解析ソフトウエアとして三谷商事株式会社製のＷｉｎＲＯＯＦを用いて、組織断面の画像解析を行って画像を二値化し、オーステナイトの基地の面積を測定して、基地の結晶粒の数を計測することによって結晶粒の平均面積を計算した。この値を面積円相当径に換算することによって結晶粒の平均結晶粒径を決定した。【００４７】
＜酸化被膜の厚さ＞
また、外径：２４ｍｍ、長さ：８ｍｍの円柱状の焼結体から、長軸：２０ｍｍ、短軸：１０ｍｍ、高さ：３ｍｍの短冊状の焼結合金試料を機械加工によって切り出した。この焼結合金試料を、水蒸気を含む雰囲気（温度：８６０℃、試験雰囲気：８％水蒸気／空気）中に１００時間放置した後に回収して切断し、上述の結晶粒の測定と同様に、試料断面の処理を行って断面の金属組織の顕微鏡観察を行った。この断面観察において、酸化被膜の厚さを測定した。この測定は、断面画像の酸化被膜部分において任意に３箇所を選定して厚さを計測し、計測値の平均値として表示している。【００４８】
【表１】
2020013227.tif 000002
【００４９】
【表２】
2020013227.tif 000003
【００５０】
【表３】
2020013227.tif 000004
【００５１】
試料番号１〜８の焼結合金は、クロム含有量が異なる。何れの試料においても、鉄合金基地の結晶粒は小さく、基地の結晶粒の成長が好適に抑制されている。クロム含有量が増加するにつれて、結晶粒径、摩耗量及び酸化被膜の厚さが減少する傾向が見られ、クロム含有量が全体組成の１８．４８質量％以上においては、結晶粒の大きさはほぼ一定になり、摩耗量も同様にほぼ一定になる。クロム含有量が３０質量％を超えても、摩耗量の増加は起こらない。これは、黒鉛の添加量が少ないために炭化クロムの生成及び粒子成長が抑制されることに起因すると考えられ、基地中のクロム量が維持されて基地の強度低下が防止されることで摩耗が抑制されると思われる。但し、クロム含有量が２０質量％を超える範囲では、酸化被膜の厚さが増加する。これは、クロム含有量が過度に高い鉄合金粉末の圧縮性の低下により、圧粉体及び焼結体の密度が低下し、これにより表面からの酸化が進行し易くなるためと考えられる。これらの結果から、耐摩耗性及び耐酸化性を兼ね備える上で好ましいクロム含有量は、１３．８６質量％以上且つ２７．７２質量％以下の範囲と見なすことができ、より好ましくは１６．８８質量％以上且つ２３．１０質量％以下、最も好ましくは１８．４８質量％且つ２０．３３質量％以下とすることができる。【００５２】
試料番号４，９〜１５の焼結合金は、ニッケル含有量が異なり、何れの試料においても、鉄合金基地の結晶粒は小さく、基地の結晶粒の成長が好適に抑制されている。ニッケルの添加によって酸化被膜の厚さが急激に減少することから、ニッケルによって焼結合金の耐酸化性が向上することが判る。焼結体の密度の増加は、ニッケルの比重が大きいことに起因すると思われる。表３の結果からは、ニッケル含有量が２２．１８質量％（試料番号１５）以上であっても、材料特性上の不都合はないと予想でき、６．４７質量％以上のニッケル含有量において、耐摩耗性及び耐酸化性を有する焼結合金を得られることが理解される。耐酸化性の点で７．３９質量％以上のニッケル含有量がより好ましいといえる。【００５３】
試料番号４，１６〜２１の焼結合金は、ケイ素含有量が異なる。ケイ素含有量の増加に従って酸化被膜の厚さが急激に減少することから、耐酸化性の向上にケイ素が有効であることがわかる。但し、ケイ素含有量が２．７７質量％を超えると、酸化被膜の厚さが急激に増加する。この理由は、原料粉末の圧縮性低下に伴う焼結合金の密度低下、及び、結晶粒の粗大化による耐酸化性の低下によると考えられ、これは、圧粉体及び焼結体の密度、及び、鉄合金基地の結晶粒径に見られる傾向から理解することができる。圧粉体及び焼結体の密度は、ケイ素含有量の増加に従って低下し、これは、鉄合金粉末の圧縮性の低下によると見なされる。また、鉄合金基地の結晶粒径は、ケイ素含有量の増加に従って増大する。これらの結果から、焼結体の密度不足及び結晶粒の粗大化によって耐酸化性が低下すると考えられる。従って、ケイ素含有量は０．４６質量％以上且つ２．７７質量％以下が好適であり、好ましくは０．７４質量％以上且つ１．８５質量％以下に設定するとよい。【００５４】
試料番号４，２２〜２７の焼結合金は、銅−リン合金粉末の配合割合が異なり、従って配合割合に伴って合金組成中の銅及びリンの含有量が変化する。銅−リン合金粉末の添加及びその割合の増加によって、得られる焼結合金の密度が増加し、銅−リン合金粉末によって基地の焼結が促進されることが理解される。また、酸化被膜の厚さが著しく減少することから、耐酸化性が向上することが理解される。更に、銅−リン合金粉末の配合割合が４質量％を超えると、摩耗量が減少し、耐摩耗性が向上する。但し、銅−リン合金粉末の配合割合が１３質量％を超えると、焼結密度が減少し、これは、焼結中に液相が過剰に発生したことに起因する。このため、試料番号２７においては、結晶粒径及び材料特性の測定は省略した。表３の結果においては、銅−リン合金粉末の配合割合が１．００〜１３．００質量％である試料番号４，２３〜２６の焼結合金において、耐摩耗性及び耐酸化性が良好である。これらの焼結合金における銅含有量は０．８５〜１１．０５質量％であり、リン含有量は０．１５〜１．９５％となるので、これらの範囲を銅及びリンの好適な含有量と見なすことができる。より好ましくは、銅含有量が３．４０質量％以上且つ８．５０質量％以下、リン含有量が０．６０質量％以上且つ１．５０質量％以下となり、より適正な銅含有量は３．４０質量％以上且つ５．９５質量％以下、より適正なリン含有量は０．６０質量％以上且つ１．０５質量％以下となる。【００５５】
試料番号４，２８〜３３の焼結合金は、使用した銅−リン合金粉末における合金組成が異なる。これらの試料においては、リン含有割合が増加するに従って銅含有割合が低下するが、何れの試料においても、得られる焼結合金の銅含有量は上述の好適な範囲にある。試料番号２８における焼結体の密度は相対的に低く、酸化被膜の厚さも厚いことから、リン含有量が不足して焼結促進効果が小さいためと考えられる。また、試料番号３３における焼結密度の低下は、焼結中に液相が過剰に発生したことに起因する。このため、試料番号３３については、結晶粒径及び材料特性の測定は省略した。これらの結果から、使用する銅−リン合金粉末は、リンの含有量が５質量％以上且つ２５質量％以下であると好ましく、より好ましくは１０質量％以上且つ２０質量％以下となる。【００５６】
試料番号４，３４〜３９の焼結合金は、炭素含有量が異なり、焼結合金の被削性を高めるために、炭素含有量は、０．１０〜１．５０質量％の低い範囲に設計されている。この範囲において、炭素含有量が低下すると、焼結体の密度が低下し、鉄合金基地の結晶粒径が増加する傾向が見られるが、０．２０質量％まで低下させても、摩耗量及び酸化被膜の厚さは低く抑えられている。つまり、耐摩耗性及び耐酸化性が維持されていることがわかる。試料番号３９においては、鉄−リン−炭素共晶液相の生成時に基地中に固溶するクロム量が低下したために基地の耐酸化性が低下したと考えられる。従って、好ましい炭素含有量は、０．２０質量％以上且つ１．００質量％以下であり、０．４質量％以上且つ０．８０質量％以下であるとより好ましい。
【実施例２】
【００５７】
（試料番号４０〜４６）
実施例１の試料番号４において、銅−リン合金粉末の代わりに、３．００質量％の鉄−リン合金粉末（リン含有量：３５．００質量％、平均粒子径：４０μｍ）及び０〜１３．００質量％の銅粉末（平均粒子径：３０μｍ）を配合したこと以外は同様にして、表４に示すような混合粉末を調製した。これを成形用の原料粉末として用いて、実施例１と同様の操作によって、表５に示すような円板状及び円柱状の圧粉体に成形した（圧粉体の密度：６．４Ｍｇ／ｍ３）。これらを実施例１と同様の条件で焼結して焼結合金試料を作製し、密度、摩耗量、鉄合金基地の結晶粒径及び酸化被膜の厚さの測定を行った。その結果を表６に示す。【００５８】
【表４】
2020013227.tif 000005
【００５９】
【表５】
2020013227.tif 000006
【００６０】
【表６】
2020013227.tif 000007
【００６１】
表６の試料番号４３において、焼結合金の密度は、７．１Ｍｇ／ｍ３、鉄合金基地の平均結晶粒径は、２２μｍ、摩耗量は、２３μｍ、酸化被膜の厚さは、６μｍであった。試料番号４３の全体組成は、試料番号４とほぼ同様であり、これらの試料を比較すると、焼結合金の特性においても同等であることが理解される。従って、銅−リン合金粉末の代わりに鉄−リン合金粉末と銅粉末とを組み合わせて利用しても、同様に耐摩耗性及び耐酸化性を備えた焼結合金が得られることがわかる。【００６２】
表６においては、銅の組成割合の増加に従って、合金基地の結晶粒径、摩耗量及び酸化被膜の厚さが減少する傾向が見られる。これは、銅が基地に固溶することによって表層の不動態被膜が保護され耐酸化性が向上すると考えられる。但し、銅の割合が更に増加すると、基地の結晶粒径、摩耗量及び酸化被膜の厚さの何れも増加に転じることから、銅の組成割合は０．８５〜１１．０５質量％の範囲に設定するとよい。【００６３】
試料番号４０〜４６において、銅の組成割合の増加に従って、焼結合金の密度が低下する。このような傾向は、銅−リン合金粉末を使用した試料番号２２〜２５においては見られず、液相発生及び焼結進行のバランスに関連すると考えられる。この点において、銅−リン合金粉末の使用は、鉄−リン合金粉末と銅粉末の併用より好ましいと考えられる。
【実施例３】
【００６４】
（試料番号４７〜５２）
実施例１の試料番号４と同様の混合粉末を調製した。これを成形用の原料粉末として使用して、圧粉体の成形密度が表７に示す値となるように型孔へ原料粉末を充填する量を変更したこと以外は実施例１と同様の操作を繰り返して、円板状及び円柱状の圧粉体に成形した。これらを同様の条件で焼結して、焼結合金試料を製した。試料の密度、摩耗量、鉄合金基地の結晶粒径及び酸化被膜の厚さの測定を行った。結果を表７に示す。【００６５】
（試料番号５３〜５８）
実施例１の試料番号４と同様の操作を繰り返して混合粉末を調製した。これを成形用の原料粉末として使用して、実施例１と同様に円板状及び円柱状の圧粉体に成形した。これらを用いて、焼結温度を表７に示す温度に変更したこと以外は実施例１と同様の条件で、焼結合金試料を作製した。試料の密度、摩耗量、鉄合金基地の結晶粒径及び酸化被膜の厚さの測定を行った。結果を表７に示す。【００６６】
【表７】
2020013227.tif 000008
【００６７】
試料番号４，４７〜５２の結果から、密度が６．００〜６．８０Ｍｇ／ｍ３の圧粉体の焼結によって得られる焼結合金は、耐摩耗性及び耐酸化性が良好であることが判る。圧粉体の密度が低いと、焼結合金の密度不足によって耐酸化性が低下する。尚、試料番号５２においては、圧粉体の成形は困難であり、密度が６．８０Ｍｇ／ｍ３を超える圧粉体は、得られなかった。表７の結果から、焼結体の密度は、６．９０Ｍｇ／ｍ３以上且つ７．４０Ｍｇ／ｍ３以下が好適であり、好ましくは７．００Ｍｇ／ｍ３以上且つ７．４０Ｍｇ／ｍ３以下となるように調整するとよい。７．２０Ｍｇ／ｍ３以上且つ７．４０Ｍｇ／ｍ３以下の焼結密度であるとより適正である。【００６８】
試料番号４，５３〜５８の結果から、焼結温度が高くなるに従って、鉄合金基地の平均結晶粒径が大きくなり、焼結温度の上昇によって焼結の進行が促進されると理解される。１０５０℃以上且つ１１６０℃以下の温度で焼結した焼結合金は、耐摩耗性及び耐酸化性が良好である。焼結温度が１０５０℃未満である試料番号５３においては、耐摩耗性及び耐酸化性が低い。これは、共晶液相が十分に発生せず、鉄合金基地の強度が得られないためと見なせる。焼結温度が１１６０℃を超える試料番号５８においては、焼結中に液相が過剰に生じたために、焼結密度が低下しており、このため、結晶粒径及び材料特性の測定は省略した。より好ましい焼結温度は１１００℃以上且つ１１４０℃以下と見なすことができる。
【実施例４】
【００６９】
（試料番号５９〜６５）
実施例１の試料番号４における鉄合金粉末を、表８に示す全体組成となるようにモリブデンを合金化した鉄合金粉末（平均粒子径：７０μｍ）に変更したこと以外は同様にして混合粉末を調製した。これを成形用の原料粉末として使用して、実施例１と同様の操作を繰り返して円板状及び円柱状の圧粉体に成形した（成形圧力：６００ＭＰａ）。これらを試料番号４と同様の条件で焼結して、焼結合金試料を作製し、密度、摩耗量、鉄合金基地の結晶粒径及び酸化被膜の厚さの測定を行った。結果を表８に示す。【００７０】
【表８】
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【００７１】
試料番号４，５９〜６５の結果によれば、何れの試料においても、安定した耐摩耗性を示し、耐酸化性も優れている。但し、圧粉体及び焼結体の密度について、モリブデン含有量が増加するに従って減少する傾向が見られる。これは、モリブデンの合金化によって鉄合金粉末の圧縮性が多少低下することに起因すると考えられるので、３．２３質量％以下の範囲でモリブデン、つまり、炭化物生成元素を配合することが好ましいと考えられる。より好ましくは、モリブデン含有量が０．４６質量％以上且つ２．７７質量％以下であるとよい。
【実施例５】
【００７２】
試料番号４，２２〜２７，３４〜４６の焼結合金の被削性を調べるために、超硬合金製の旋盤加工用刃具を用意し、円柱状の焼結合金試料を用いて以下のような旋削加工を施した。即ち、試料の端面を外周側から内周へ向かって刃具による旋盤加工（切削速度：５０ｍ／分、切り込み深さ：０．２ｍｍ、送り速度：０．０５ｍｍ／回転）を行い、合計切削距離が１０００ｍに達した段階で刃具の逃げ面の摩耗量（工具摩耗量）を測定した。この測定値を、被削性を評価する目安として表９に記載する。【００７３】
【表９】
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【００７４】
試料番号４，２２〜２７，４０〜４６の結果によれば、銅の添加によって工具摩耗量が減少し、被削性が改善されることが理解される。銅の含有量が０．８５質量％以上において、被削性が良好である。但し、銅の添加量が更に増加すると、工具摩耗量は増加に転じ、これは、銅の固溶による基地の硬化が過度に進行するためと考えられる。表９の結果においては、銅の含有量が０．８５〜１１．０５質量％の範囲において、焼結合金の被削性が向上すると見なせる。【００７５】
また、試料番号４，３４〜３９の結果によれば、炭素含有量の増加によって工具摩耗量が増加する傾向が見られる。つまり、黒鉛の配合量を従来よりも低く設定することが被削性の改善に有効であることが明らかであり、焼結合金の炭素含有量が１．００質量％以下となるように設定することによって、被削性を向上させて工具摩耗を抑制できることが理解される。【００７６】
本願の開示は、２０１８年７月１１日に出願された特願２０１８−１３１３６４号に記載の主題と関連しており、それらのすべての開示内容は引用によりここに援用される。
既に述べられたもの以外に、本発明の新規かつ有利な特徴から外れることなく、上記の実施形態に様々な修正や変更を加えてもよいことに注意すべきである。したがって、そのような全ての修正や変更は、添付の請求の範囲に含まれることが意図されている。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
耐酸化性、耐熱性及び耐摩耗性に優れ、被削性が向上した焼結合金が提供されるので、ターボチャージャー用ターボ部品に適用することができ、ノズルボディ等のような高温の腐食性ガスに対する耐久性が要求される部品に有利に適用することができる。
【国際調査報告】
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