發(fā)明背景

1.發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燒結(jié)合金的制造方法、燒結(jié)合金壓坯和燒結(jié)合金。

2.相關(guān)技術(shù)描述

含鐵作為基質(zhì)的燒結(jié)合金可用于內(nèi)燃機的閥座等。為了進一步改進耐磨性，在燒結(jié)合金中可包括硬粒子。在包括硬粒子的情況下，將石墨粒子和鐵粒子與硬粒子混合成粉末，并將該混合粉末壓制成燒結(jié)合金壓坯。此后，通過加熱該燒結(jié)合金壓坯并燒結(jié)所得產(chǎn)物，通常獲得燒結(jié)合金。

作為這種燒結(jié)合金的制造方法，提出一種制造耐磨鐵基燒結(jié)合金的方法，其中將通過硬粒子、石墨粒子和鐵粒子混合在一起而得的混合粉末壓制成燒結(jié)合金壓坯并在使該燒結(jié)合金壓坯的石墨粒子的碳(c)擴散到硬粒子和鐵粒子中的同時燒結(jié)該燒結(jié)合金壓坯(例如，參考日本專利申請公開no.2004-156101(jp2004-156101a))。

在此，硬粒子含有20至70質(zhì)量％mo、c:0.2至3質(zhì)量％、mn:1至15質(zhì)量％，且余量包括不可避免的雜質(zhì)和co，且在假設(shè)硬粒子、石墨粒子和鐵粒子的總量為100質(zhì)量％時，該混合粉末含有10至60質(zhì)量％的硬粒子和0.2至2質(zhì)量％的石墨粒子。由于硬粒子分散在燒結(jié)合金中，可以抑制磨料磨損。

發(fā)明概述

但是，jp2004-156101a中描述的制造方法中制成的燒結(jié)合金的連接硬粒子的基質(zhì)材料是fe-c基材料，其中石墨粒子的c擴散到鐵粒子中，因此柔軟。因此，當(dāng)耐磨鐵基燒結(jié)合金和與其接觸的滑動配合材料的金屬材料互相發(fā)生金屬間接觸時，燒結(jié)合金的接觸表面很有可能塑性變形，并且在接觸表面上容易發(fā)生粘著磨損。為了防止這一點，希望提高燒結(jié)合金的硬度。另一方面，擔(dān)心這可能造成燒結(jié)合金的可機械加工性降低。因此，難以同時實現(xiàn)抗粘著磨損性和可機械加工性。

本發(fā)明提供能在抑制粘著磨損的同時保證可機械加工性的燒結(jié)合金制造方法、燒結(jié)合金壓坯和燒結(jié)合金。

本發(fā)明人認為由于如上所述的燒結(jié)合金的鐵基基質(zhì)的塑性變形而加速接觸表面上的粘著磨損。從這一角度出發(fā)，本發(fā)明人考察了除相關(guān)技術(shù)中的抑制磨料磨損的硬粒子外還添加另一種類的能夠抑制鐵基基質(zhì)的塑性變形的硬粒子。在此，本發(fā)明人關(guān)注鉬作為該硬粒子的主要組分并獲知，通過使含有鐵和鉬的金屬間化合物和在燒結(jié)過程中沉淀的碳化鉬分散在鐵基基質(zhì)中，可以控制鐵基基質(zhì)的塑性變形。

本發(fā)明基于上述知識并且本發(fā)明的第一方面涉及燒結(jié)合金的制造方法，其包括將含有第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子的混合粉末壓制成燒結(jié)合金壓坯；和在使所述燒結(jié)合金壓坯的石墨粒子中的碳擴散到第一硬粒子、第二硬粒子和鐵粒子中的同時燒結(jié)所述燒結(jié)合金壓坯，其中當(dāng)?shù)谝挥擦Ｗ泳哂?00質(zhì)量％時，第一硬粒子含有20至70質(zhì)量％mo、5至40質(zhì)量％ni、5至40質(zhì)量％co、1至20質(zhì)量％mn、0.5至4.0質(zhì)量％si、0.5至3.0質(zhì)量％c和包括fe和不可避免的雜質(zhì)的余量，當(dāng)?shù)诙擦Ｗ泳哂?00質(zhì)量％時，第二硬粒子含有60至70質(zhì)量％mo和2.0質(zhì)量％或更少的si和包括fe和不可避免的雜質(zhì)的余量，且當(dāng)將第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子的總質(zhì)量設(shè)定為100質(zhì)量％時，所述混合粉末含有5至50質(zhì)量％的第一硬粒子、1至8質(zhì)量％的第二硬粒子和0.5至1.5質(zhì)量％的石墨粒子。

本發(fā)明的第二方面是一種燒結(jié)合金壓坯，其包括第一硬粒子，當(dāng)?shù)谝挥擦Ｗ泳哂?00質(zhì)量％時，第一硬粒子含有20至70質(zhì)量％mo、5至40質(zhì)量％ni、5至40質(zhì)量％co、1至20質(zhì)量％mn、0.5至4.0質(zhì)量％si、0.5至3.0質(zhì)量％c和包括fe和不可避免的雜質(zhì)的余量；第二硬粒子，當(dāng)?shù)诙擦Ｗ泳哂?00質(zhì)量％時，第二硬粒子含有60至70質(zhì)量％mo、2.0質(zhì)量％或更少的si和包括fe和不可避免的雜質(zhì)的余量；石墨粒子；和鐵粒子，其中當(dāng)將第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子的總質(zhì)量設(shè)定為100質(zhì)量％時，包括5至50質(zhì)量％的第一硬粒子、1至8質(zhì)量％的第二硬粒子和0.5至1.5質(zhì)量％的石墨粒子。本發(fā)明的第三方面是燒結(jié)合金的成型體的燒結(jié)體。

根據(jù)本發(fā)明，可以在抑制燒結(jié)合金的粘著磨損的同時確?？蓹C械加工性。

附圖簡述

下面參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施方案的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)意義，其中類似數(shù)字是指類似元件，且其中：

圖1是實施例和對比例中使用的磨損試驗的示意性概念視圖；

圖2是實施例和對比例中使用的可機械加工性試驗的示意性概念視圖；

圖3a是顯示實施例1至3和對比例1和2在磨損試驗后的軸向磨損量的結(jié)果的曲線圖；

圖3b是顯示在實施例1至3和對比例1和2中的可機械加工性試驗后的切削工具磨損量的結(jié)果的曲線圖；

圖4a顯示根據(jù)實施例2和對比例1的試樣在磨損試驗后的表面輪廓；

圖4b是顯示實施例2和對比例1的試樣的磨損深度結(jié)果的曲線圖；

圖5a是顯示實施例8至10和對比例1、4和5在磨損試驗后的軸向磨損量的結(jié)果的曲線圖；

圖5b是顯示實施例8至10和對比例1、4和5在可機械加工性試驗后的切削工具磨損量的結(jié)果的曲線圖；

圖6a是根據(jù)實施例8的試樣在磨損試驗后的表面照片；

圖6b是根據(jù)對比例4的試樣在磨損試驗后的表面照片；

圖7a是顯示實施例11至13和對比例1、6和7在磨損試驗后的軸向磨損量的結(jié)果的曲線圖；

圖7b是顯示實施例11至13和對比例1、6和7在可機械加工性試驗后的切削工具磨損量的結(jié)果的曲線圖；

圖8a是根據(jù)實施例12的試樣的結(jié)構(gòu)照片；

圖8b是根據(jù)對比例6的試樣的結(jié)構(gòu)照片；

圖8c是根據(jù)對比例7的試樣的結(jié)構(gòu)照片；

圖9a是顯示實施例14和15和對比例8和9在磨損試驗后的軸向磨損量的結(jié)果的曲線圖；且

圖9b是顯示實施例14和15和對比例8和9在可機械加工性試驗后的切削工具磨損量的結(jié)果的曲線圖。

實施方案詳述

下面詳細描述本發(fā)明的實施方案。

通過壓制含有稍后將描述的第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子的混合粉末，獲得根據(jù)該實施方案的燒結(jié)合金壓坯(下文稱作壓坯)。通過在使石墨粒子的碳(c)擴散到硬粒子和鐵粒子中的同時燒結(jié)該壓坯，獲得耐磨鐵基燒結(jié)合金(下文稱作燒結(jié)合金)。下面將描述硬粒子、通過壓制混有硬粒子的混合粉末而得的壓坯和通過燒結(jié)該壓坯而得的燒結(jié)合金。

1.第一硬粒子

第一硬粒子是作為原材料混入燒結(jié)合金中并具有比該燒結(jié)合金的鐵粒子和鐵基基質(zhì)高的硬度的粒子，因此是用于抑制燒結(jié)合金的磨料磨損的粒子。

第一硬粒子是由co-mo-ni-fe-mn-si-c基合金形成的粒子。具體而言，當(dāng)假設(shè)第一硬粒子的量為100質(zhì)量％時，第一硬粒子含有20至70質(zhì)量％mo、5至40質(zhì)量％ni、5至40質(zhì)量％co、1至20質(zhì)量％mn、0.5至4.0質(zhì)量％si、0.5至3.0質(zhì)量％c，和包括fe和不可避免的雜質(zhì)的余量。此外，視需要可以在第一硬粒子中加入10質(zhì)量％或更低比例的cr。

可以通過制備以上述比例混合上述組分而得的熔融金屬并對該熔融金屬進行霧化法以形成噴霧來制造第一硬粒子。此外，作為另一方法，可以將通過固化熔融金屬而得的固化體機械研磨以形成粉末。該霧化法可以是氣體霧化法和水霧化法的任一種。但是，考慮到燒結(jié)性質(zhì)，可獲得圓形粒子的氣體霧化法更優(yōu)選。

在此，上述硬粒子的組分的下限和上限可以根據(jù)下述限制這些組分的原因適當(dāng)改變，并且在其范圍內(nèi)，可以根據(jù)考慮固體潤滑性質(zhì)、粘合性、成本等對元件的各特征的重視程度改變。

1-1.mo:20至70質(zhì)量％

第一硬粒子的組分中的mo在燒結(jié)過程中與碳粉中的c生成mo碳化物，由此改進第一硬粒子的硬度和耐磨性。此外，關(guān)于mo，在高溫使用環(huán)境中固溶化的mo和mo碳化物氧化并形成mo氧化物膜以使該燒結(jié)合金可獲得有利的固體潤滑性質(zhì)。

在此，小于20質(zhì)量％的mo含量不僅導(dǎo)致生成的mo碳化物的量降低，還導(dǎo)致第一硬粒子的氧化起始溫度提高以抑制在高溫使用環(huán)境中的mo氧化物的生成。相應(yīng)地，所得燒結(jié)合金的固體潤滑性質(zhì)變得不足，并且其抗磨料磨損性降低。另一方面，大于70質(zhì)量％的mo含量不僅造成難以使用霧化法制造，還造成硬粒子與鐵基基質(zhì)之間的粘合降低。mo含量更優(yōu)選為30至50質(zhì)量％。

1-2.ni:5至40質(zhì)量％

第一硬粒子的組分中的ni增加第一硬粒子的基質(zhì)中的奧氏體結(jié)構(gòu)的量，由此改進其韌性。此外，ni增加第一硬粒子中的固溶mo的量，由此改進第一硬粒子的耐磨性。

此外，ni在燒結(jié)過程中擴散到燒結(jié)合金的鐵基基質(zhì)中并由此增加鐵基基質(zhì)的奧氏體結(jié)構(gòu)的量，由此提高燒結(jié)合金的韌性。此外，ni增加鐵基基質(zhì)中的固溶mo的量，由此改進耐磨性。

在此，當(dāng)ni含量小于5質(zhì)量％時，不易指望上述ni的效果。另一方面，當(dāng)ni含量大于40質(zhì)量％時，上述ni的效果飽和，以致第一硬粒子的成本提高。ni含量更優(yōu)選為20至40質(zhì)量％。

1-3.co:5至40質(zhì)量％

類似于ni，第一硬粒子的組分中的co可增加第一硬粒子的基質(zhì)和燒結(jié)合金的鐵基基質(zhì)中的奧氏體結(jié)構(gòu)的量并可改進第一硬粒子的硬度。

在此，當(dāng)co含量小于5質(zhì)量％時，不易指望上述co的。另一方面，當(dāng)co含量大于40質(zhì)量％時，上述co的效果飽和，以致第一硬粒子的成本提高。co含量更優(yōu)選為10至30質(zhì)量％。

1-4.mn:1至20質(zhì)量％

第一硬粒子的組分中的mn在燒結(jié)過程中有效地從第一硬粒子擴散到燒結(jié)合金的鐵基基質(zhì)中，由此改進第一硬粒子與鐵基基質(zhì)之間的粘合。此外，mn可增加第一硬粒子的基質(zhì)和燒結(jié)合金的鐵基基質(zhì)中的奧氏體結(jié)構(gòu)的量。

在此，在mn含量小于1質(zhì)量％的情況下，擴散到鐵基基質(zhì)中的mn量小，以致硬粒子與鐵基基質(zhì)之間的粘合降低。相應(yīng)地，所得燒結(jié)合金的機械強度降低。另一方面，當(dāng)mn含量大于20質(zhì)量％時，上述mn的效果飽和。mn含量更優(yōu)選為2至8質(zhì)量％。

1-5.si:0.5至4.0質(zhì)量％

第一硬粒子的組分中的si可改進第一硬粒子與mo氧化物膜之間的粘合。在此，當(dāng)si含量小于0.5質(zhì)量％時，不易指望上述si的效果。另一方面，當(dāng)si含量大于4.0質(zhì)量％時，抑制成形成壓坯的可成形性，并且燒結(jié)合金的密度降低。si含量更優(yōu)選為0.5至2質(zhì)量％。

1-6.c:0.5至3.0質(zhì)量％

第一硬粒子的組分中的c鍵合到mo上并形成mo碳化物，由此改進第一硬粒子的硬度和耐磨性。在此，當(dāng)c含量小于0.5質(zhì)量％時，耐磨性的效果不足。另一方面，當(dāng)c含量大于3.0質(zhì)量％時，抑制成形成壓坯的可成形性，并且燒結(jié)合金的密度降低。c含量更優(yōu)選為0.5至2質(zhì)量％。

1-7.cr:10質(zhì)量％或更少

第一硬粒子的組分中的cr可抑制mo在使用過程中的過度氧化。例如，在第一硬粒子中生成的mo氧化物膜的量由于燒結(jié)合金的高使用環(huán)境溫度而增加并且發(fā)生第一硬粒子中的mo氧化物膜剝離的情況下，cr的添加有效。

在此，當(dāng)cr含量大于10質(zhì)量％時，過度抑制第一硬粒子中的mo氧化物膜的形成。此外，在腐蝕環(huán)境，如醇燃料中，可以添加cr以改進耐腐蝕性。另一方面，在容易發(fā)生粘著磨損的環(huán)境中，可以抑制cr含量以加速氧化。

1-8.第一硬粒子的粒度

可以根據(jù)燒結(jié)合金的用途和種類適當(dāng)?shù)剡x擇第一硬粒子的粒度，且第一硬粒子的粒度優(yōu)選為44至250微米，更優(yōu)選44至105微米。

在此，在第一硬粒子中含有粒度小于44微米的硬粒子的情況下，由于其粒度太小，可能損害該耐磨鐵基燒結(jié)合金的耐磨性。另一方面，在第一硬粒子中含有粒度大于105微米的硬粒子的情況下，由于其粒度太大，該耐磨鐵基燒結(jié)合金的可機械加工性可能降低。

2.第二硬粒子

類似于第一硬粒子，第二硬粒子是作為原材料混入燒結(jié)合金中并具有比該燒結(jié)合金的鐵粒子和鐵基基質(zhì)高的硬度的粒子。添加的少量第二硬粒子顯著提高燒結(jié)合金的硬度，由此抑制燒結(jié)合金的鐵基基質(zhì)的塑性變形。因此，第二硬粒子是用于降低燒結(jié)合金的粘著磨損的粒子。

第二硬粒子是由fe-mo基合金制成的粒子并在假設(shè)第二硬粒子的量為100質(zhì)量％時含有60至70質(zhì)量％mo、2.0質(zhì)量％或更少的si，和包括fe和不可避免的雜質(zhì)的余量。

通過機械研磨通過固化熔融金屬而得的固化體以形成粉末來制造第二硬粒子。此外，類似于第一硬粒子，可通過氣體霧化法、水霧化法等制造第二硬粒子。

2-1.mo:60至70質(zhì)量％

第二硬粒子的組分中的mo在燒結(jié)過程中與碳粉中的c生成mo碳化物，由此改進第二硬粒子的硬度和耐磨性。此外，關(guān)于mo，在高溫使用環(huán)境中固溶化的mo和mo碳化物氧化并形成mo氧化物膜以使該燒結(jié)合金可獲得有利的固體潤滑性質(zhì)。此外，通過使mo碳化物在燒結(jié)過程中沉淀到鐵基基質(zhì)的晶粒邊界，抑制鐵基基質(zhì)在使用過程中的塑性變形并可抑制粘著磨損。

當(dāng)mo含量小于60質(zhì)量％時，難以由上述mo碳化物抑制鐵基基質(zhì)的塑性變形，且抗粘著磨損性降低。另一方面，當(dāng)mo含量大于70質(zhì)量％時，難以通過研磨法制造，以致其收率降低。

2-2.si:2.0質(zhì)量％或更少

在第二硬粒子的組分中包括si的情況下，容易通過研磨法制造第二硬粒子。在此，當(dāng)si含量大于2.0質(zhì)量％時，第二硬粒子的硬度提高，并抑制成形成壓坯的可成形性，以致不僅燒結(jié)合金的密度降低，燒結(jié)合金的可機械加工性也降低。

2-3.第二硬粒子的粒度

可以根據(jù)燒結(jié)合金的用途和種類適當(dāng)?shù)剡x擇第二硬粒子的粒度，且第二硬粒子的粒度(最大粒度)優(yōu)選為75微米或更小。相應(yīng)地，可以通過基質(zhì)均勻分散第二硬粒子，并且可以提高燒結(jié)合金的硬度。在此，在第二硬粒子中含有粒度大于75微米的硬粒子的情況下，由于其粒度太大，該燒結(jié)合金的可機械加工性可能降低。此外，從制造角度看，第二硬粒子的粒度優(yōu)選為1微米或更大。

3.石墨粒子

石墨粒子可以是天然石墨和人造石墨的任一種或其混合物的石墨粒子，只要該石墨粒子的c可在燒結(jié)過程中作為固溶體擴散到鐵基基質(zhì)和硬粒子中。石墨粒子的粒度優(yōu)選為1至45微米。作為由優(yōu)選石墨粒子形成的粉末，可以使用石墨粉末(cpb-s:nippongraphiteindustries,co.,ltd.制造)等。

4.鐵粒子

作為燒結(jié)合金的基質(zhì)的鐵粒子由主要含fe的鐵粒子形成。由鐵粒子形成的粉末優(yōu)選是純鐵粉并且在不抑制上述第一硬粒子的元素如mn的擴散且不抑制壓制過程中的可成形性的范圍內(nèi)也可以是低合金鋼粉。作為低合金鋼粉，可以使用fe-c基粉末。例如，當(dāng)假設(shè)低合金鋼粉的量為100質(zhì)量％時，可以使用具有包括c：0.2至5質(zhì)量％且余量包括不可避免的雜質(zhì)和fe的組成的粉末。此外，這種粉末也可以是氣體霧化粉末、水霧化粉末或還原粉末。鐵粒子的粒度優(yōu)選為150微米或更小。

5.混合粉末的混合比

制造混合粉末以含有第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子。當(dāng)假設(shè)第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子的總量為100質(zhì)量％時，該混合粉末含有5至50質(zhì)量％的第一硬粒子、1至8質(zhì)量％的第二硬粒子和0.5至1.5質(zhì)量％的石墨粒子。

該混合粉末可以由第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子形成，并且在不抑制所得燒結(jié)合金的機械強度和耐磨性的前提下可含有若干質(zhì)量％的比例的另一種類的粒子。在這種情況下，當(dāng)?shù)谝缓偷诙擦Ｗ?、石墨粒子和鐵粒子的總量為該混合粉末的95質(zhì)量％或更大時，可以充分期望其效果。例如，該混合粉末還可含有選自硫化物(例如mns)、氧化物(例如caco3)、氟化物(例如caf)、氮化物(例如bn)和氧硫化物的至少一種類型的用于改進可機械加工性的粒子。

由于以第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子的總量的5至50質(zhì)量％的比例包括第一硬粒子，燒結(jié)合金的機械強度和抗磨料磨損性都可改進。

在此，從稍后描述的本發(fā)明人進行的實驗顯而易見，在第一硬粒子的量為總量的小于5質(zhì)量％的情況下，不能充分表現(xiàn)出第一硬粒子的抗磨料磨損作用。

另一方面，在第一硬粒子的量為總量的大于50質(zhì)量％的情況下，由于第一硬粒子的量太大，在要形成壓坯時難以將該混合粉末成形為壓坯。此外，第一硬粒子之間的接觸增加且鐵粒子燒結(jié)在一起的部分減少。相應(yīng)地，燒結(jié)合金的抗磨料磨損性降低。

由于以第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子的總量的1至8質(zhì)量％的比例包括第二硬粒子，如上所述，抑制鐵基基質(zhì)在使用過程中的塑性變形，并可以降低燒結(jié)合金的粘著磨損。

在此，從稍后描述的本發(fā)明人進行的實驗顯而易見，在第二硬粒子的量為總量的小于1質(zhì)量％的情況下，燒結(jié)合金的抗粘著磨損性降低。另一方面，從稍后描述的本發(fā)明人進行的實驗顯而易見，在第二硬粒子的量為總量的大于8質(zhì)量％的情況下，燒結(jié)合金的可機械加工性降低。

由于以第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子的總量的0.5至1.5質(zhì)量％的比例包括石墨粒子，石墨粒子的c可以在燒結(jié)后作為固溶體擴散到第一硬粒子和第二硬粒子中而不熔融第一硬粒子和第二硬粒子。此外，可以保證鐵基基質(zhì)中的珠光體結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，燒結(jié)合金的機械強度和耐磨性都可改進。

在此，在石墨粒子的量為總量的小于0.5質(zhì)量％的情況下，鐵基基質(zhì)中的鐵素體結(jié)構(gòu)的量傾向于增加。相應(yīng)地，燒結(jié)合金的鐵基基質(zhì)本身的強度降低。另一方面，在石墨粒子的量為總量的大于1.5質(zhì)量％的情況下，滲碳體結(jié)構(gòu)沉淀且燒結(jié)合金的可機械加工性降低。

6.耐磨鐵基燒結(jié)合金的制造方法

將如上所述獲得的混合粉末壓制成燒結(jié)合金壓坯。在燒結(jié)合金壓坯中，第一硬粒子、第二硬粒子、石墨粒子和鐵粒子以與在混合粉末中相同的比例包括。

在使燒結(jié)合金壓坯的石墨粒子的c擴散到第一硬粒子、第二硬粒子和鐵粒子中的同時燒結(jié)壓制的燒結(jié)合金壓坯，由此制造耐磨鐵基燒結(jié)合金。此時，不僅鐵從鐵基基質(zhì)(鐵粒子)擴散到第一硬粒子和第二硬粒子中的程度提高，因為第二硬粒子不含碳，石墨粒子的碳也容易擴散到第二硬粒子中。此外，在第二硬粒子的晶粒邊界中生成mo碳化物，因此可以提高燒結(jié)合金的硬度。

作為燒結(jié)溫度，可以使用大約1050℃至1250℃，特別是大約1100℃至1150℃的溫度。在上述燒結(jié)溫度下，作為燒結(jié)時間，可以使用30分鐘至120分鐘，更優(yōu)選45分鐘至90分鐘的時間。作為燒結(jié)氣氛，可以使用非氧化氣氛，如惰性氣體氣氛。作為惰性氣體氣氛，可以使用氮氣氣氛、氬氣氣氛或真空氣氛。

為了確保硬度，通過燒結(jié)獲得的鐵基燒結(jié)合金的基質(zhì)優(yōu)選包括含珠光體的結(jié)構(gòu)，且含珠光體的結(jié)構(gòu)可以是珠光體結(jié)構(gòu)、珠光體-奧氏體基混合結(jié)構(gòu)或珠光體-鐵素體基混合結(jié)構(gòu)。為了確保耐磨性，具有低硬度的鐵素體的量優(yōu)選盡可能低。

根據(jù)上述方法，可以獲得含有mo:1.6至40.6質(zhì)量％、ni:0.25至20質(zhì)量％、co:0.25至20質(zhì)量％、cr:5％質(zhì)量％或更少、mn:0.05至10質(zhì)量％、si:0.025至2質(zhì)量％、c:0.025至3.0質(zhì)量％且余量包括鐵和不可避免的雜質(zhì)的燒結(jié)合金。

7.耐磨鐵基燒結(jié)合金的用途

在上述制造方法中獲得的燒結(jié)合金具有在高溫使用環(huán)境中比相關(guān)技術(shù)中的那些更高的機械強度和更高的耐磨性。例如，該燒結(jié)合金可適當(dāng)?shù)赜糜谑褂脡嚎s天然氣或液化石油氣作為燃料并經(jīng)受高溫使用環(huán)境的內(nèi)燃機的閥系統(tǒng)(例如閥座或閥導(dǎo)管)和渦輪增壓器的排氣泄壓閥。

例如，在內(nèi)燃機的排氣閥的閥座由該燒結(jié)合金形成的情況下，即使在表現(xiàn)出混合了在閥座和閥之間的接觸過程中的粘著磨損和在兩者滑動過程中的磨料磨損的磨損形式，也可以與相關(guān)技術(shù)相比進一步改進閥座的耐磨性。特別地，在使用壓縮天然氣或液化石油氣作為燃料的使用環(huán)境中，較不可能形成mo氧化物膜。但是，甚至在這種環(huán)境中，也可以降低粘著磨損。

下面描述具體實施本發(fā)明的實施例和對比例。

[實施例1:第一硬粒子的最佳添加量]

在下述制造方法中，制造根據(jù)實施例1的燒結(jié)合金。作為第一硬粒子，制備由含有mo:40質(zhì)量％、ni:30質(zhì)量％、co:20質(zhì)量％、mn:5質(zhì)量％、si:0.8質(zhì)量％、c:1.2質(zhì)量％且余量包括fe和不可避免的雜質(zhì)的合金(即fe-40mo-30ni-20co-5mn-0.8si-1.2c)通過氣體霧化法制成的硬粒子(daidosteelco.,ltd制造)。第一硬粒子使用基于jisz8801的篩子分級到44微米至250微米的范圍。此外，說明書中提到的“粒子的粒度”是在此方法中分級的值。

作為第二硬粒子，制備由含有mo:65質(zhì)量％且余量包括fe和不可避免的雜質(zhì)的fe-65合金通過研磨法制成的第二硬粒子(kinseimatecco.,ltd.制造)。將第二硬粒子分級到75微米或更小。

接著，制備由石墨粒子形成的石墨粉(cpb-s:nippongraphiteindustries,co.,ltd.制造)和由純鐵粒子形成的還原鐵粉(jip255m-90:jfesteelcorporation制造)。上述5質(zhì)量％的第一硬粒子、3質(zhì)量％的第二硬粒子、1.1質(zhì)量％的石墨粒子和作為余量的鐵粒子(具體為90.9質(zhì)量％)在v型混合機(v-typemixture)以這一比率混合30分鐘，由此獲得混合粉末。

接著，使用成形模具將所得混合粉末用784mpa的壓制力壓制成環(huán)形試樣，由此形成燒結(jié)合金壓坯(壓坯)。該壓坯在惰性氣氛(氮氣氣氛)中在1120℃下燒結(jié)60分鐘，由此形成根據(jù)實施例1的燒結(jié)合金試樣(閥座)。

[實施例2和3:第一硬粒子的最佳添加量]

以與實施例1中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。實施例2和3是用于評估第一硬粒子的最佳添加量的實施例。實施例2和3與實施例1的區(qū)別在于如表1中所示分別以混合粉末總量的40質(zhì)量％和50質(zhì)量％的比例添加第一硬粒子。

[實施例4]

以與實施例2中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。實施例4是將cr作為新的元素添加到第一硬粒子的組分中的實施例。實施例4與實施例2的區(qū)別在于使用由含有mo:34質(zhì)量％、ni:10質(zhì)量％、co:31質(zhì)量％、cr:3.7質(zhì)量％、mn:6質(zhì)量％、si:0.9質(zhì)量％、c:1.0質(zhì)量％且余量包括fe和不可避免的雜質(zhì)的合金(即fe-34mo-10ni-31co-3.7cr-6mn-0.9si-1.0c)通過氣體霧化法制成的硬粒子作為第一硬粒子。

[實施例5至7]

以與實施例2中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。實施例5至7是改變第一硬粒子的組分的添加量的實施例。

實施例5與實施例2的區(qū)別在于使用由含有mo:70質(zhì)量％、ni:5質(zhì)量％、co:5質(zhì)量％、mn:2質(zhì)量％、si:0.8質(zhì)量％、c:1.2質(zhì)量％且余量包括fe和不可避免的雜質(zhì)的合金(即fe-70mo-5ni-5co-2mn-0.8si-1.2c)通過氣體霧化法制成的硬粒子作為第一硬粒子。

實施例6與實施例2的區(qū)別在于使用由含有mo:20質(zhì)量％、ni:40質(zhì)量％、co:5質(zhì)量％、mn:6質(zhì)量％、si:0.8質(zhì)量％、c:1.2質(zhì)量％且余量包括fe和不可避免的雜質(zhì)的合金(即fe-20mo-40ni-5co-6mn-0.8si-1.2c)通過氣體霧化法制成的硬粒子作為第一硬粒子。

實施例7與實施例2的區(qū)別在于使用由含有mo:20質(zhì)量％、ni:5質(zhì)量％、co:40質(zhì)量％、mn:6質(zhì)量％、si:0.8質(zhì)量％、c:1.2質(zhì)量％且余量包括fe和不可避免的雜質(zhì)的合金(即fe-20mo-5ni-40co-6mn-0.8si-1.2c)通過氣體霧化法制成的硬粒子作為第一硬粒子。

[對比例1]

以與實施例2中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。與實施例1的區(qū)別在于使用相當(dāng)于jp2004-156101a中描述的硬粒子的由co-40mo-5cr-0.9c合金形成的粒子作為第一硬粒子并且不添加第二硬粒子。

[對比例2和3:第一硬粒子的最佳添加量的對比例]

以與實施例1中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。對比例2和3是用于評估第一硬粒子的最佳添加量的對比例。對比例2和3與實施例1的區(qū)別在于如表1中所示分別以混合粉末總量的0質(zhì)量％(即不添加)和60質(zhì)量％的比例添加第一硬粒子。此外，在對比例3中，無法由該混合粉末形成壓坯。

<磨損試驗>

使用圖1的試驗儀，對根據(jù)實施例1至7和對比例1和2的燒結(jié)合金試樣進行磨損試驗以評估其耐磨性。在此試驗中，如圖1中所示，通過使用丙烷燃氣噴嘴10作為加熱源，對由如上所述制成的燒結(jié)合金構(gòu)成的環(huán)形閥座12與閥13的閥面14的滑動部分施以丙烷氣體燃燒氣氛。根據(jù)ev12(sae標準)對閥面14施以軟氮化工藝。通過將閥座12的溫度控制為250℃、在閥座12與閥面14之間的接觸過程中使用彈簧16施加25kgf的荷載并使閥座12與閥面14以3250次/分鐘的速率互相接觸，進行磨損試驗8小時。

測量該磨損試驗后閥座12和閥面14的軸向磨損深度的總量作為軸向磨損量。結(jié)果顯示在表1和圖3a中。圖3a是顯示對實施例1至3和對比例1和2進行磨損試驗后的軸向磨損量的結(jié)果的曲線圖。

此外，在200℃的溫度(在此試樣表面較不可能被氧化)下對根據(jù)實施例2和對比例1的試樣進行上述磨損試驗。在該磨損試驗后測量實施例2和對比例1的表面輪廓，并由測得的表面輪廓測量磨損深度。結(jié)果顯示在圖4a和4b中。圖4a顯示實施例2和對比例1的試樣在磨損試驗后的表面輪廓，且圖4b是顯示實施例2和對比例1的試樣的磨損深度的結(jié)果的曲線圖。

<可機械加工性試驗>

使用圖2中所示的試驗儀，對根據(jù)實施例1至7和對比例1和2的燒結(jié)合金試樣進行可機械加工性試驗以評估其可機械加工性。在此試驗中，對于實施例1至7和對比例1和2各制備六個試樣20，具有30毫米外徑、22毫米內(nèi)徑和9毫米總長度。使用nc車床，通過氮化鈦鋁涂布的碳化物切削工具(carbidecuttingtool)30對以970rpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的試樣20施以具有0.3毫米的切削深度、0.08mm/rev的進給和320米的切削距離的濕橫向切削。

此后，通過光學(xué)顯微鏡測量切削工具30的后刀面(flankface)的最大磨損深度作為切削工具磨損量。結(jié)果顯示在表1和圖3b中。圖3b是顯示實施例1至3和對比例1和2在可機械加工性試驗后的切削工具磨損量的結(jié)果的曲線圖。

(結(jié)果1:第一硬粒子的最佳添加量)

如圖3a中所示，實施例1至3的軸向磨損量小于對比例1和2。軸向磨損量以實施例1、實施例2和實施例3的順序降低。此外，如表1中所示，與實施例2相比改變第一硬粒子的組分和添加量的實施例4和改變其添加量的實施例5至7具有相同程度的軸向磨損量。由此認為，通過添加第一硬粒子，改進燒結(jié)合金的抗磨料磨損性。但是，可以說，由于在對比例3中過量添加第一硬粒子，抑制成形成壓坯的可成形性。從這些點出發(fā)，第一硬粒子的添加量優(yōu)選為該混合粉末的5至50質(zhì)量％。

此外，如圖3b中所示，實施例1至3的切削工具磨損量小于對比例1，且切削工具磨損量以實施例1、實施例2和實施例3的順序增加。此外，如表1中所示，實施例2、與實施例2相比改變添加到第一硬粒子中的元素及其添加量的實施例4和改變其添加量的實施例5至7具有相同程度的切削工具磨損量。由此，在實施例5至7中所示的第一硬粒子的組分范圍內(nèi)，軸向磨損量和切削工具磨損量存在小變化。

此外，在溫度200℃的環(huán)境中進行的磨損試驗中，如圖4a中所示，在對比例1的試樣的表面輪廓中存在鼓起的(plucked)部分，并證實粘著磨損。但是，在實施例2的試樣的表面輪廓中，基本沒有鼓起的(plucked)部分。這被認為由第二硬粒子添加到實施例2的試樣中造成，這在下述實施例8至10和對比例4和5中證實。

[實施例8至10:第二硬粒子的最佳添加量]

以與實施例2中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。實施例8至10是用于評估第二硬粒子的最佳添加量的實施例。實施例8至10與實施例2的區(qū)別在于如表2中所示分別以混合粉末總量的1質(zhì)量％、3質(zhì)量％和8質(zhì)量％的比例添加第二硬粒子。此外，實施例9與上述實施例2相同。

[對比例4和5:第二硬粒子的最佳添加量的對比例]

以與實施例8中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。對比例4和5是用于評估第二硬粒子的最佳添加量的對比例。對比例4和5與實施例8的區(qū)別在于如表2中所示分別以混合粉末總量的0質(zhì)量％和10質(zhì)量％的比例添加第二硬粒子。

以與實施例1中相同的方式，對實施例8至10和對比例4和5的試樣進行磨損試驗，并測量其在磨損試驗后的軸向磨損量。結(jié)果顯示在表2和圖5a中。圖5a是顯示實施例8至10和對比例1、4和5在磨損試驗后的軸向磨損量的結(jié)果的曲線圖，且在圖5a中還顯示上述對比例1的結(jié)果。

此外，通過顯微鏡觀察根據(jù)實施例8和對比例4的試樣在磨損試驗后的表面。結(jié)果顯示在圖6a和6b中。圖6a是根據(jù)實施例8的試樣在磨損試驗后的表面照片，且圖6b是根據(jù)對比例4的試樣在磨損試驗后的表面照片。

以與實施例1中相同的方式，對實施例8至10和對比例4和5的試樣進行可機械加工性試驗，并測量其在可機械加工性試驗后的切削工具磨損量。結(jié)果顯示在表2和圖5b中。圖5b是顯示實施例8至10和對比例1、4和5在可機械加工性試驗后的切削工具磨損量的結(jié)果的曲線圖，且在圖5b中，還顯示上述對比例1的結(jié)果。

(結(jié)果2:第二硬粒子的最佳添加量)

如圖5a中所示，實施例8至10和對比例5的軸向磨損量小于對比例1和4的那些。軸向磨損量以實施例8、實施例9、實施例10和對比例5的順序降低。但是，如圖5b中所示，對比例5的切削工具磨損量大于實施例8至10中的。

在實施例8中，在被圖6a中所示的白線包圍的部分中輕微存在由粘著磨損造成的鼓起的(plucked)痕跡。另一方面，在對比例4中，在被圖6b中所示的白線包圍的整個黑色部分上形成由粘著磨損造成的鼓起的(plucked)痕跡。

由此認為，第二硬粒子改進燒結(jié)后的燒結(jié)合金的硬度，抑制燒結(jié)合金的鐵基基質(zhì)在使用過程中的塑性變形，并由此降低燒結(jié)合金的粘著磨損。具體認為，由于不同于第一硬粒子，第二硬粒子不含ni、co等，第二硬粒子可以使鐵基基質(zhì)比第一硬粒子更硬，并通過在燒結(jié)過程中使mo碳化物沉淀到鐵基基質(zhì)的晶粒邊界，改進鐵基基質(zhì)在燒結(jié)后的硬度。此外認為，當(dāng)如對比例5中那樣過量添加第二硬粒子時，燒結(jié)后的燒結(jié)合金變得過硬，以致可機械加工性降低。根據(jù)上述結(jié)果，第二硬粒子的最佳添加量為該混合粉末的1至8質(zhì)量％。

[實施例11至13:石墨粒子的最佳添加量]

以與實施例2中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。實施例11至13是用于評估石墨粒子的最佳添加量的實施例。實施例11至13與實施例2的區(qū)別在于如表3中所示分別以混合粉末總量的0.5質(zhì)量％、1.1質(zhì)量％和1.5質(zhì)量％的比例添加石墨粒子。此外，實施例12與上述實施例2相同。

[對比例6和7:石墨粒子的最佳添加量的對比例]

以與在實施例11中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。對比例6和7是用于評估石墨粒子的最佳添加量的對比例。對比例6和7與實施例11的區(qū)別在于如表3中所示分別以混合粉末總量的0.4質(zhì)量％和1.6質(zhì)量％的比例添加石墨粒子。

以與實施例1中相同的方式，對實施例11至13和對比例6和7的試樣進行磨損試驗，并測量其在磨損試驗后的軸向磨損量。結(jié)果顯示在表3和圖7a中。圖7a是顯示實施例11至13和對比例1、6和7在磨損試驗后的軸向磨損量的結(jié)果的曲線圖，且在圖7a中還顯示上述對比例1的結(jié)果。

以與實施例1中相同的方式，對實施例11至13和對比例6和7的試樣進行可機械加工性試驗，并測量其在可機械加工性試驗后的切削工具磨損量。結(jié)果顯示在表3和圖7b中。圖7b是顯示實施例11至13和對比例1、6和7在可機械加工性試驗后的切削工具磨損量的結(jié)果的曲線圖，且在圖7b中，還顯示上述對比例1的結(jié)果。

使用那妥(natal)對實施例12和對比例6和7的試樣進行蝕刻，并用顯微鏡觀察其燒結(jié)合金的結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示在圖8a至8c中。圖8a是根據(jù)實施例12的試樣的結(jié)構(gòu)照片，圖8b是根據(jù)對比例6的試樣的結(jié)構(gòu)照片，且圖8c是根據(jù)對比例7的試樣的結(jié)構(gòu)照片。

(結(jié)果3:石墨粒子的最佳添加量)

如圖7a中所示，實施例11至13和對比例7的軸向磨損量小于對比例6中的。但是，如圖7b中所示，對比例7的切削工具磨損量大于實施例11至13中的。

如圖8a中所示，在實施例12中所示的燒結(jié)合金的結(jié)構(gòu)中，形成珠光體結(jié)構(gòu)。但是，如圖8c中所示，在對比例7中所示的燒結(jié)合金的結(jié)構(gòu)中，由于石墨粒子的量增加，形成滲碳體結(jié)構(gòu)。因此認為，對比例7的切削工具磨損量大于實施例11至13中的。另一方面，如圖8b中所示，對比例6中所示的燒結(jié)合金的結(jié)構(gòu)變成主要含鐵素體的結(jié)構(gòu)。因此認為，對比例6的軸向磨損量變得大于實施例11至13和對比例7中的。由此，使得鐵基基質(zhì)可確保燒結(jié)后的珠光體結(jié)構(gòu)的石墨粒子最佳添加量為該混合粉末的0.5至1.5質(zhì)量％。

[實施例14和15:第二硬粒子的最佳粒度]

以與實施例2中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。實施例14和15是用于評估第二硬粒子的最佳粒度的實施例。實施例14和15與實施例2的區(qū)別在于作為第二硬粒子，如表4中所示使用分別被分級為具有45微米或更小的粒度、具有大于45微米和等于或小于75微米的粒度的第二硬粒子。

[對比例8和9:第二硬粒子的最佳粒度的對比例]

以與在實施例14中相同的方式制造燒結(jié)合金試樣。對比例8和9是用于評估第二硬粒子的最佳粒度的對比例。對比例8和9與實施例14的區(qū)別在于作為第二硬粒子，如表4中所示使用分別被分級為具有大于75微米和等于或小于100微米的粒度、具有大于100微米和等于或小于150微米的粒度的第二硬粒子。此外，根據(jù)對比例8和9的試樣是包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)并且為了與實施例14和15比較而為方便起見表示為對比例8和9的燒結(jié)合金。

以與實施例1中相同的方式，對實施例14和15和對比例8和9的試樣進行磨損試驗，并測量其在磨損試驗后的軸向磨損量。結(jié)果顯示在表4和圖9a中。圖9a是顯示實施例14和15和對比例8和9在磨損試驗后的軸向磨損量的結(jié)果的曲線圖。

以與實施例1中相同的方式，對實施例14和15和對比例8和9的試樣進行可機械加工性試驗，并測量其在可機械加工性試驗后的切削工具磨損量。結(jié)果顯示在表4和圖9b中。圖9b是顯示實施例14和15和對比例8和9在可機械加工性試驗后的切削工具磨損量的結(jié)果的曲線圖。

(結(jié)果4:第二硬粒子的最佳粒度)

如表9a中所示，實施例14和15和對比例8和9具有相同程度的軸向磨損量。但是，如圖9b中所示，實施例14和15的切削工具磨損量小于對比例8和9中的那些。這是因為在對比例8和9中，第二硬粒子的粒度太大以致試樣的可機械加工性提高。根據(jù)該結(jié)果，第二硬粒子的粒度(最大粒度)優(yōu)選在75微米或更小的范圍內(nèi)。

盡管上文已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的實施方案，但本發(fā)明不限于上述實施方案并且可以作出各種設(shè)計變動而不背離所附權(quán)利要求書中描述的本發(fā)明的精神。