鐵系燒結(jié)金屬制的機(jī)械部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及由鐵系燒結(jié)金屬形成的機(jī)械部件。
【背景技術(shù)】
[0002]可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)的油封(下面也簡(jiǎn)稱為油封)為了提高密封性而要求高尺寸精度，因此有時(shí)利用能夠進(jìn)行高精度成型的燒結(jié)金屬來形成。這種情況下，從材料成本的觀點(diǎn)出發(fā)，多使用鐵系燒結(jié)金屬。鐵系燒結(jié)金屬通常是通過將在鐵粉中混合微量的石墨粉和銅粉而成的原料粉末進(jìn)行壓縮成型而形成壓坯后，在高溫(1100°C以上)對(duì)該壓坯進(jìn)行燒結(jié)來形成。由此，石墨中的碳在鐵組織中擴(kuò)散而形成珠光體相，并且銅固溶在鐵組織中，由此可以得到高強(qiáng)度燒結(jié)體。
[0003]如上所述，在高溫對(duì)壓坯進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，如果對(duì)壓坯的加熱不均勻，則收縮量因部位而不同，從而有可能無法得到所要求的尺寸精度，因此需要在使壓坯的朝向、姿態(tài)整齊排列一致的狀態(tài)下進(jìn)行燒結(jié)。但是，燒結(jié)前的壓坯的強(qiáng)度低，因此為了使壓坯整齊排列而利用機(jī)械手等抓持時(shí)有可能使壓坯受損。例如在專利文獻(xiàn)I中，將非整齊排列狀態(tài)的壓坯在相對(duì)低溫(約750?約900°C )進(jìn)行預(yù)燒結(jié)從而將強(qiáng)度提高一定程度后，使預(yù)燒結(jié)體整齊排列，在高溫進(jìn)行燒結(jié)，由此防止了壓坯的損傷。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-246939號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的問題
[0008]但是，對(duì)可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)的油封施加的只是由板簧施壓在外殼上的載荷、和油壓帶來的剪切力這樣較小的載荷。如果利用如上述專利文獻(xiàn)I所示的鐵系燒結(jié)金屬來形成這樣的機(jī)械部件，則由于需要兩次燒結(jié)工序而導(dǎo)致生產(chǎn)率降低，并且會(huì)賦予超出必要程度的高強(qiáng)度。
[0009]例如，使用包含鐵粉、銅粉和石墨粉的常規(guī)鐵系燒結(jié)金屬的原料粉末形成壓坯，將該壓坯在相對(duì)低溫(例如750?900°C )下進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，由于碳沒有在鐵組織中充分?jǐn)U散而幾乎不會(huì)形成珠光體相，形成以較軟的鐵素體相為主體的鐵組織。另外，燒結(jié)溫度低時(shí)，銅不會(huì)固溶在鐵組織中，因此燒結(jié)體的強(qiáng)度并不會(huì)因銅而提高。因此，上述燒結(jié)體的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于在通常燒結(jié)溫度(1100?1150°C )進(jìn)行燒結(jié)而成的燒結(jié)體，根據(jù)本發(fā)明人的驗(yàn)證，只能得到通常的燒結(jié)體的2成左右的靜態(tài)強(qiáng)度。如此，使用常規(guī)原料粉末形成鐵系燒結(jié)金屬時(shí)，如果只降低燒結(jié)溫度則燒結(jié)體的強(qiáng)度過低，因此即使是所施加載荷較小的機(jī)械部件，也無法得到所需強(qiáng)度。
[0010]本發(fā)明致力解決的課題在于提供一種具有一定程度的強(qiáng)度且生產(chǎn)率高的鐵系燒結(jié)金屬制的機(jī)械部件。
[0011]用于解決問題的手段
[0012]為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種由鐵系燒結(jié)金屬形成的機(jī)械部件，所述鐵系燒結(jié)金屬中形成的鐵組織以鐵素體相為主體，所述鐵系燒結(jié)金屬中混配有用于將鐵組織彼此接合的銅和錫。該機(jī)械部件可以通過如下制造方法制造，該制造方法具有將含有鐵粉、銅粉和錫粉的原料粉末進(jìn)行壓縮而成型出壓坯的工序和在750?900°C的范圍的溫度對(duì)壓坯進(jìn)行燒結(jié)而利用銅和錫將鐵組織彼此結(jié)合的工序。
[0013]如此，通過在相對(duì)低溫下對(duì)由含有鐵粉的原料粉末構(gòu)成的壓坯進(jìn)行燒結(jié)，形成以鐵素體相為主體的鐵組織，因此與以珠光體相為主體的以往的鐵系燒結(jié)金屬相比，雖然強(qiáng)度低，但由于鐵組織彼此通過銅和錫而結(jié)合，因此能夠確保一定程度的強(qiáng)度。即，熔融的錫與銅接觸而液相化，該液相化的銅-錫合金進(jìn)入鐵組織之間而將鐵組織彼此結(jié)合(液相燒結(jié))。此時(shí)，錫單質(zhì)與鐵的潤(rùn)濕性低，因此將鐵組織彼此結(jié)合的力弱，但通過和與鐵的潤(rùn)濕性高的銅發(fā)生合金化，能夠使鐵組織彼此以一定程度牢固地結(jié)合。根據(jù)本發(fā)明人的驗(yàn)證可知，這種燒結(jié)體與在通常的燒結(jié)溫度(1100?1150°C )對(duì)由常規(guī)鐵系燒結(jié)金屬的原料粉末形成的壓坯進(jìn)行燒結(jié)的情況相比，具有4成左右的靜態(tài)強(qiáng)度。如果具有這種程度的強(qiáng)度，足以作為在所施加載荷較小的用途中使用的機(jī)械部件(例如可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)的油封)而實(shí)用化。通過這樣在低溫進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)所引起的壓坯的收縮量減小，因此即使不使壓坯整齊排列進(jìn)行燒結(jié)也能夠確保所要求的尺寸精度。因此，無需如上述專利文獻(xiàn)I那樣將燒結(jié)工序分為兩次，生廣率提尚。
[0014]在上述原料粉末中混配有石墨粉的情況下，由于燒結(jié)溫度相對(duì)低溫，因此石墨中的碳不易在鐵組織中擴(kuò)散，并且由于銅-錫合金進(jìn)入鐵組織之間而使得碳在鐵組織中的擴(kuò)散受阻，因此石墨的大部分以游離石墨的方式殘留在燒結(jié)金屬中。例如，機(jī)械部件與其它部件發(fā)生滑動(dòng)的情況下，通過使游離石墨暴露在與其它部件的滑動(dòng)面，由此能夠提高滑動(dòng)性而抑制磨損。
[0015]上述機(jī)械部件優(yōu)選由例如含有I?10重量％ (優(yōu)選為I?8質(zhì)量％)的銅、0.5?2重量％的錫、0.1?0.5重量％的碳且余量為鐵的燒結(jié)金屬形成。下面，對(duì)各材料的混配比例的上限和下限的原因進(jìn)行說明。銅小于I重量％或錫小于0.5重量％時(shí)，介于鐵組織之間的銅-錫合金有可能變得過小，將鐵組織彼此結(jié)合的力不足，導(dǎo)致強(qiáng)度不足。銅超過8重量％時(shí)，強(qiáng)度提高效果變得不明顯，超過10重量％時(shí)，即使混配量進(jìn)一步增加，強(qiáng)度也幾乎不提高，因此為了使昂貴的銅的混配量為所需最小限度，銅期望為10質(zhì)量％以下、優(yōu)選為8質(zhì)量％以下。錫超過2重量％時(shí)，與銅合金化所產(chǎn)生的對(duì)鐵組織的結(jié)合力幾乎不會(huì)提高，為了使昂貴的錫的混配量為所需最小限度，錫設(shè)定為2重量％以下。在750?900°C的相對(duì)低溫進(jìn)行燒結(jié)的情況下，錫相對(duì)于銅的混配比例以重量比計(jì)為1/5以上且I以下對(duì)于提高強(qiáng)度而言是最有效的，該比例超過I時(shí)，錫析出的可能性升高。碳小于0.1重量％時(shí)，不能得到游離石墨所帶來的滑動(dòng)性提高效果，碳超過0.5重量％時(shí)招致高成本。
[0016]發(fā)明效果
[0017]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以得到具有一定程度的強(qiáng)度且具有優(yōu)異的生產(chǎn)率的鐵系燒結(jié)金屬制機(jī)械部件。
【附圖說明】
[0018]圖1(a)為可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)的與凸輪軸的軸方向正交的方向的截面圖。
[0019]圖1 (b)是圖1 (a)的X-X線處的截面圖。
[0020]圖1 (c)是圖1 (a)的Y-Y線處的截面圖。
[0021]圖2(a)是組裝在上述可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)中的油封的俯視圖。
[0022]圖2(b)是上述油封的側(cè)視圖。
[0023]圖2(c)是上述油封的前視圖。
[0024]圖3是表不上述油封的制造工序的不意性立體圖。
[0025]圖4是上述油封的表面組織的放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0027]圖1中示出組裝有油封20(作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的機(jī)械部件)的可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)I?？勺儦忾T正時(shí)機(jī)構(gòu)I具備:與凸輪軸S —起整體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子3 ;和與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸(圖示省略)同步旋轉(zhuǎn)且以可自由進(jìn)行相對(duì)旋轉(zhuǎn)的方式容納有轉(zhuǎn)子3的外殼4。
[0028]如圖1(a)所示，轉(zhuǎn)子3具有向外周側(cè)突出的多個(gè)(圖示例中為4個(gè))葉片5。夕卜殼4具有向多個(gè)葉片5的周向之間突出的多個(gè)(圖示例中為4個(gè))齒部6。在葉片5與齒部6的周向之間形成有油壓室7、8。葉片5的周向一側(cè)的油壓室7在將轉(zhuǎn)子3向提前角側(cè)驅(qū)動(dòng)時(shí)形成供給油壓的提前角室。葉片5的周向另一側(cè)的油壓室8在將轉(zhuǎn)子3向延遲角側(cè)驅(qū)動(dòng)時(shí)形成供給油壓的延遲角室。
[0029]油壓室7和8被油封20液密性地劃分開。如圖1 (a)所示，設(shè)置于葉片5上的油封20嵌合于在葉片5的前端面形成的槽部5a，與外殼4的內(nèi)周面發(fā)生滑動(dòng)。設(shè)置于齒部6上的油封20嵌合于在齒部6的前端面形成的槽部6a，與轉(zhuǎn)子3的外周面發(fā)生滑動(dòng)。如圖1 (b)、(c)所示，在油封20與槽部5a、6a的槽底面之間設(shè)置有板簧9，利用該板簧9使油封20的一側(cè)面(下面稱為底面21)按壓于外殼4的內(nèi)周面或轉(zhuǎn)子3的外周面。
[0030]如圖2 (a)?(C)所示，油封20具備:底面21 ;在底面21的相反側(cè)設(shè)置的側(cè)面(下文中稱為上表面22);在底面21的短邊方向兩側(cè)設(shè)置的一對(duì)平坦的側(cè)面23、23 ;和在底面21的長(zhǎng)邊方向兩側(cè)設(shè)置的一對(duì)平坦的端面24、24。在上表面22的長(zhǎng)邊方向兩端部設(shè)置有一對(duì)凸部22a，在該一對(duì)凸部22a之間安裝有板簧9 {參見圖1(b)、(C)}。如圖2(c)中以夸張方式所表示的那樣，底面21形成為以短邊方向中央部為頂點(diǎn)的凸圓筒面狀。
[0031]油封20由鐵系燒結(jié)金屬形成，具體而言，由形成以鐵素體相為主體的鐵組織且混配有用于將鐵組織彼此結(jié)合的銅和錫的鐵系燒結(jié)金屬形成。鐵組織彼此通過銅-錫合金而結(jié)合。本實(shí)施方式的油封20由含有I?10重量％ (優(yōu)選為I?8重量％ )的銅、0.5?2重量％的錫、0.1?0.5重量％的碳且余量為鐵的鐵系燒結(jié)金屬形成。錫相對(duì)于銅的混配比例以重量比計(jì)為1/5以上且I以下。鐵系燒結(jié)金屬含有游離石墨，在本實(shí)施方式中，鐵系燒結(jié)金屬中的碳的大