部分以游離石墨的方式存在。鐵系燒結(jié)金屬中的銅和錫大半以銅-錫合金的方式存在，銅單質(zhì)或錫單質(zhì)的組織幾乎不存在。具體而言，燒結(jié)金屬中的銅單質(zhì)組織相對于銅成分的比例為5重量％以下，并且燒結(jié)金屬中的錫單質(zhì)組織相對于錫成分的比例為0.1重量％以下。
[0032]上述油封20如下形成:將混合各種粉末而成的原料粉末填充于模具，對其進(jìn)行壓縮而成型出壓坯后，在相對低溫對壓坯進(jìn)行燒結(jié)，由此形成油封20。原料粉末是以鐵粉、銅粉、錫粉和石墨粉為主要成分的混合粉末。該混合粉末中根據(jù)需要添加有各種成型助劑(潤滑劑、脫模劑等)。在本實(shí)施方式中，使用在鐵粉、銅粉、錫粉和石墨粉中混配有硬脂酸鋅作為潤滑劑而成的原料粉末。下面，對原料粉末和制造步驟進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0033]作為鐵粉，可以廣泛使用還原鐵粉、水霧化鐵粉等公知的粉末。在本實(shí)施方式中，使用含油性優(yōu)異的還原鐵粉。還原鐵粉為近似球形同時(shí)形成不規(guī)則形狀且多孔質(zhì)狀，形成在表面具有微小凹凸的海綿狀，因此也被稱為海綿鐵粉。作為鐵粉，使用粒度約為40 μπι?150 μ m、表觀密度約為2.0?2.8g/cm3的鐵粉。表觀密度的定義依據(jù)JIS Z8901的規(guī)定(下同)。需要說明的是，鐵粉所含的氧量設(shè)定為0.2重量％以下。
[0034]作為銅粉，可以廣泛使用作為燒結(jié)金屬用而通用的球形、樹枝狀的銅粉，例如可以使用電解粉末、水霧化粉末等。需要說明的是，也可以使用它們的混合粉末。作為銅粉，使用粒度約為20 ym?100 μπκ表觀密度約為2.0?3.3g/cm3的銅粉。銅粉是出于與錫合金化而將鐵組織彼此結(jié)合的目的而混配的。即，按照銅粉幾乎全部與錫反應(yīng)由此液相化而進(jìn)入鐵組織之間的方式來設(shè)定銅和錫的混配比例。
[0035]作為錫粉，使用霧化錫粉等公知的錫粉，例如使用粒度約為10?50 μm、表觀密度約為1.8?2.6g/cm3的錫粉。作為石墨粉，使用鱗狀石墨粉等公知的石墨粉，例如設(shè)定為平均粒徑約為10?20 μ m、表觀密度約為0.2?0.3g/cm3。
[0036]將上述各粉末混配而成的原料粉末是向含有I?10重量％ (優(yōu)選為I?8重量％ )的銅粉、0.5?2重量％的錫粉、0.1?0.5重量％的石墨粉且余量為鐵粉的混合粉末添加微量的硬脂酸鋅粉而成的粉末。需要說明的是，錫粉相對于銅粉的混配比例以重量比計(jì)為1/5以上且I以下。
[0037]利用公知的混合機(jī)將上述組成的原料粉末混合后供給至成型機(jī)的模具。如圖3所示，模具由模體51、上模沖52和下模沖53構(gòu)成，在由它們區(qū)隔成的模穴中填充原料粉末。使上下模沖52、53接近而對原料粉末進(jìn)行壓縮時(shí)，利用由模體51的內(nèi)周面和上下模沖52、53的端面構(gòu)成的成型面對原料粉末進(jìn)行成型，得到與油封20形狀大致相同的壓坯30。
[0038]壓坯30在不使朝向、姿態(tài)一致的非整齊排列狀態(tài)下移載至耐熱性襯件60 (例如網(wǎng)帶)上，與耐熱性襯件60 —起送入燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)條件設(shè)定為石墨中所含的碳不與鐵反應(yīng)(碳不發(fā)生擴(kuò)散)且熔融的錫與銅接觸而以合金狀態(tài)可發(fā)生液相化的條件。具體而言，燒結(jié)溫度為750?900°C、優(yōu)選為800?850°C。另外，在以往的燒結(jié)金屬的制造工序中，作為燒結(jié)氣氛，多數(shù)情況下使用將液化石油氣(丁烷、丙烷等)與空氣混合后在Ni催化劑下進(jìn)行熱解而成的吸熱型氣體(RX氣體)，但在吸熱型氣體(RX氣體)中有可能發(fā)生碳的擴(kuò)散而使表面硬化。因此，燒結(jié)氣氛設(shè)定為不含有碳的氣體氣氛(氫氣、氮?dú)?、氬氣?或真空。通過這些對策，原料粉末中不發(fā)生碳與鐵的反應(yīng)，不會析出由珠光體相YFe形成的硬組織(HV300以上)。因此，燒結(jié)后的鐵組織形成以較軟的鐵素體相aFe(HV200以下)為主體，在本實(shí)施方式中，鐵組織幾乎全部(例如鐵組織的95重量％以上)由鐵素體相形成。在原料粉末中作為潤滑劑混配的硬脂酸鋅燒結(jié)體隨著燒結(jié)從內(nèi)部揮發(fā)出。
[0039]如上所述，與以珠光體相為主體的鐵系燒結(jié)金屬相比，在相對低溫下燒結(jié)而成的鐵素體相主體的鐵系燒結(jié)金屬的強(qiáng)度較差。但是，在本實(shí)施方式中，通過在原料粉末中混配銅粉和對銅具有高潤濕性的錫粉，由此基于銅-錫合金的液相燒結(jié)進(jìn)行，鐵組織彼此的結(jié)合強(qiáng)度得到強(qiáng)化。即，即使在原料粉末僅混配銅粉，在上述燒結(jié)溫度下銅也不會熔融，因此不能將鐵組織彼此結(jié)合。另外，在原料粉末僅混配錫粉的情況下，在上述燒結(jié)溫度下發(fā)生熔融，但由于錫對鐵的潤濕性低，因此錫與鐵的結(jié)合力弱，強(qiáng)度并沒有太提高。因此，通過在原料粉末中混配銅粉和錫粉由此使液相燒結(jié)進(jìn)行，銅和錫進(jìn)入鐵組織之間而將鐵組織彼此結(jié)合，由此能夠確保一定程度的強(qiáng)度。
[0040]另外，如上所述通過在相對低溫進(jìn)行燒結(jié)，不易產(chǎn)生燒結(jié)時(shí)的熱所導(dǎo)致的彎曲、翹曲等變形，因此在燒結(jié)時(shí)即使不使壓坯的朝向、姿態(tài)一致，也可以得到作為油封20所要求的尺寸精度。因此，無需使多個(gè)壓坯30整齊排列在耐熱性襯件60上，因此作業(yè)簡化，并且能夠避免在進(jìn)行整齊排列作業(yè)時(shí)壓坯受損的情況。
[0041]另外，如上所述在相對低溫進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，石墨中的碳難以在鐵組織中擴(kuò)散。尤其是，在本實(shí)施方式中，由于銅-錫合金進(jìn)入鐵組織之間，因此阻礙石墨中的碳在鐵組織中的擴(kuò)散。由此，石墨幾乎不會在鐵組織中擴(kuò)散，幾乎全部以游離石墨的方式殘留。該游離石墨暴露于油封20的包含底面21的整個(gè)表面。
[0042]經(jīng)過如上所述的燒結(jié)工序，可以得到多孔質(zhì)的燒結(jié)體。通過對該燒結(jié)體實(shí)施根據(jù)需要的滾光加工和整形，由此完成圖示中所示的油封20。如上所述，燒結(jié)時(shí)碳與鐵不反應(yīng)，由軟質(zhì)的鐵素體相形成鐵組織，由此在整形時(shí)燒結(jié)體容易產(chǎn)生塑性流動，可以進(jìn)行高精度的整形。需要說明的是，如果沒有特殊需要，也可以省略滾光加工和整形工序之一或兩者。
[0043]經(jīng)過上述制作工序后的油封20的表面的金屬組織如圖4所示，銅-錫合金(以散點(diǎn)表示)進(jìn)入由鐵素體相構(gòu)成的鐵組織α Fe之間，通過該銅-錫合金使得鐵組織aFe彼此結(jié)合。如此，形成以鐵素體相為主體的鐵組織，由此油封20軟質(zhì)化，能夠減弱對外殼4或轉(zhuǎn)子3的攻擊性。另外，該金屬組織中分散有游離石墨(以涂黑表示)，該游離石墨暴露于滑動面(油封20的底面21)，由此能夠提高與外殼4或轉(zhuǎn)子3的滑動性。
[0044]本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式。例如，上述實(shí)施方式中示出在燒結(jié)金屬的原料粉末中混配石墨，使其以游離石墨的方式分散在燒結(jié)金屬中的情況，但例如在并非是與其它部件發(fā)生滑動的滑動部件的情況下，也可以不混配石墨。
[0045]另外，在上述實(shí)施方式中，示出將本發(fā)明應(yīng)用于可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)的油封中的情況，但并不限于此，只要是在所施加的載荷較小的用途中所使用的機(jī)械部件(例如軸承或齒輪)就可以適合地應(yīng)用本發(fā)明。
[0046]符號說明
[0047]I 可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)
[0048]3 轉(zhuǎn)子
[0049]4 外殼
[0050]9 板簧
[0051]20油封(機(jī)械部件)
[0052]30 壓坯
[0053]51 模體
[0054]52上模沖
[0055]53 下模沖
[0056]60耐熱性襯件
[0057] S 凸輪軸
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種機(jī)械部件，其由鐵系燒結(jié)金屬形成，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所述鐵組織彼此接合的銅和錫。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械部件，其中，所述鐵組織彼此通過銅-錫合金而結(jié)合。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械部件，其含有游離石墨。
4.如權(quán)利要求3所述的機(jī)械部件，其含有I重量％?10重量％的銅、0.5重量％?2重量％的錫以及0.1重量％?0.5重量％的碳且余量為鐵。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械部件，其中，使錫相對于銅的混配比例以重量比計(jì)為1/5以上且I以下。
6.—種可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)的油封，其由權(quán)利要求1所述的機(jī)械部件構(gòu)成。
7.一種機(jī)械部件的制造方法，其具有: 將包含鐵粉、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°C?900°C的范圍的溫度下對所述壓坯進(jìn)行燒結(jié)，通過銅和錫將鐵組織彼此結(jié)合的工序。
【專利摘要】對包含鐵粉、銅粉和錫粉的原料粉末進(jìn)行壓縮而成型出壓坯，在750～900℃的范圍的溫度下對該壓坯進(jìn)行燒結(jié)，由此利用銅和錫將鐵組織彼此結(jié)合。
【IPC分類】F01L1-34, C22C33-02, B22F3-10, C22C38-00
【公開號】CN104583443
【申請?zhí)枴緾N201380045705
【發(fā)明人】毛利敏彥, 永田大春
【申請人】Ntn株式會社
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年8月21日
【公告號】EP2896711A1, US20150232966, WO2014041976A1