CN101107376A - 烧结材料、Fe系烧结滑动材料及其制造方法、滑动构件及其制造方法、连结装置 - Google Patents

烧结材料、Fe系烧结滑动材料及其制造方法、滑动构件及其制造方法、连结装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Fe系烧结滑动材料，其含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C，其特征在于，具备：将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe－Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％5在重量％以下的C的Fe－Cu－C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动材料中的石墨粒子。

Description

烧结材料、Fe系烧结滑动材料及其制造方法、滑动构件及其制造方法、连结装置
技术领域
本发明涉及烧结材料、Fe系烧结滑动材料及其制造方法、滑动构件及其制造方法、连结装置。特别是涉及耐烧结性及耐磨损性优良、且通过赋予自身润滑性从而可将给脂时间长时间化或无给脂化的烧结材料、Fe系烧结滑动材料及其制造方法、滑动构件及其制造方法、连结装置。
背景技术
作为以长期间的给脂间隔或无给脂使用的滑动轴承，铜系或铁系多孔质烧结合金中的气孔中含有润滑油而成的含油滑动轴承(例如参照非专利文献1)及烧结滑动材料中分散了MoS2、WS2等固体润滑剂的自身润滑性的滑动材料被广泛实用化。
例如，作为自身润滑性铜系滑动材料，有在铜系烧结材料的母相中分散石墨、MoS2、WS2等固体润滑剂并进行热压的材料(东芝タンガロィ制、SL合金)。
另外，具有在固溶了1.2重量％以下的碳的铁基体中分散了1～5％的游离石墨的组织的Fe系烧结合金具有优良的滑动特性。已知有通过对石墨粒子实施适宜的镀铜，在Fe系烧结合金中的游离石墨周围形成厚度5～10μm的铁-铜硬化层，使与原料粉末配合的石墨不扩散到基体中而作为游离石墨分散的滑动材料用烧结合金(例如参照专利文献1)。
就上述滑动材料用烧结合金而言，其问题在于初期滑动特性好，但随着其使用，其磨损量显著增大。因此，专利文献1中，通过对与原料粉末配合的石墨粉末实施适宜厚度的镀铜，且严格选定在烧结时使上述镀铜层不会扩散固溶到铁粒子中这样的烧结温度，在石墨粒子周围形成Fe-Cu硬化层。但是，因为上述镀铜层厚度的管理及烧结温度受不使镀铜层溶解的低温度制约，故不能得到充分的烧结体强度。另外，由于石墨粒子的周边部由致密的Fe-Cu硬化层覆盖，故润滑油向石墨粒子的流入性受到阻害，且例如含油的润滑油产生的润滑性受到阻害。因此，上述Fe烧结合金的耐磨损性不充分。
另外，已知有如下自身润滑性烧结滑动材料，成形对造粒成粒径0.03～1mm的石墨、MoS2等固体润滑剂10～80体积％混合粒径45μm以下的铁类金属粉末的混合粉末，将其在1050℃烧结，由此降低造粒后的固体润滑剂的联系，同时通过在其烧结时溶浸铜合金系的溶浸剂，减轻在造粒后的固溶润滑剂的位置的应力集中，以减轻了应力集中的更高强度实现耐磨损性的改善(例如参照专利文献2)。
上述自身润滑性烧结滑动材料中，为防止烧结时造粒石墨和铁基体的反应，而将烧结温度限制为1050℃，因此，不能得到足够的烧结强度。另外，由于固体润滑剂粒子间的距离长，故在造粒石墨间的铁基体上容易引起局部的烧结。另外，通过溶浸铜合金系溶浸剂，滑动材料中的气孔被封住，显著阻害了润滑油的含油性，其结果是，不能得到足够耐磨损性及耐烧结性。
另外，已知有将10～30重量份的铜、0.1～6.5重量份的石墨、0.1～7.0重量份的二硫化钼、其余部分由铁构成的混合粉末的铁系烧结合金层与钢铁轴套烧结接合而成的滑动轴承(例如参照专利文献3)。
上述滑动轴承中，烧结温度也受限制，因此，不能得到足够的烧结强度。另外，在专利文献3中，以固体乳化剂的添加方法及其量的关系为主进行了公开，有关烧结性优良的金属相(铁系)基体的探讨没有太多涉及。
另外，作为不使固体润滑剂分散的轴承即可在高负荷下使用的含油滑动轴承，有如下这样的结构，以Cu或Cu合金粉末溶解的温度域烧结将雾化铁粉末、Cu或Cu合金粉末、石墨粉末及各种高速钢粉末、钼铁粉末、钴(Co合金)粉末(キャボット社制)配合而成的混合粉末成形体，使其在其冷却过程中作为扩散固溶到铁基体中的Cu或Cu合金相析出，由此在马氏体存在的铁碳合金基体中分散Cu粒子或Cu合金粒子。已知由如下含油轴承用的耐磨损性的Fe系烧结合金，即，Cu的含量为7～30重量％，并且作为比上述铁碳合金基体硬质的相分散5～30重量％的具有特定组成的合金粒子，且气孔率为8～30体积％(例如参照专利文献4)。而且，在该含油轴承用的耐磨损性的烧结合金中，将大量的Cu或Cu合金粉末作为原料粉末配合，(1)通过烧结时的Cu或Cu合金粉末的溶解形成含油所需的流出孔、(2)通过使软质Cu粒子分散到马氏体相中改善磨合性、(3)通过使比基体的马氏体硬质的上述合金粒子分散来降低基体的塑性变形，同时降低滑动时作用在基体合金上的负担，由此得到高表表面压力力下也优良的耐磨损性。
另外，作为上述合金粒子，列举：(1)含有C为0.6～1.7重量％、Cr为3～5重量％、W为1～20重量％、V为0.5～6重量％的Fe基合金粒子(高速钢(锋钢)粉末粒子)；(2)含有C为0.6～1.7重量％、Cr为3～5重量％、W为1～20重量％、V为0.5～6重量％、Mo及Co中至少之一为20重量％以下的Fe基合金粒子(高速钢(含有Mo、Co的锋钢)粉末粒子)；(3)含有55～70重量％的Mo的Mo-Fe粒子(钼铁)；(4)含有Cr为5～15重量％、Mo为20～40重量％、Si为1～5重量％的Co基合金粒子(堆焊用耐热耐磨损性合金粉末、キャポット社制、商品名コバメット)等(例如参照专利文献4)。
在上述含有滑动轴承中，由于没有赋予石墨、BN、MoS2等固体润滑剂得到的自身润滑性，故在高表表面压力力、低滑动速度这样的润滑条件恶劣的环境下不能充分得到耐烧结性及耐磨损性。另外，及时在上述含油滑动轴承的原料粉末中单纯配合上述固体润滑剂进行烧结，Fe合金相和固体润滑剂也会显著反映，并固溶扩散，因此，结果是不能赋予作为固体润滑剂的功能。
专利文献1：特开昭58-157951号公报
专利文献2：特开平4-254556号公报
专利文献3：特开第3168538号公报
专利文献4：特开平8-109450号公报
非专利文献1：日本粉末冶金工业会编著、“烧结机械构件一其设计及制造”、株式会社技术书院、昭和62年10月20日发行、P.327-341
如作业机连结装置，在高表面压力、低速滑动、摆动等极其严酷的滑动条件下使用的现有的烧结滑动材料中，耐烧结性、耐磨损性不充分，且自身润滑性不充分，因此，不能使给脂间隔长时间化或无给脂化。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题点而开发的，其目的在于，提供一种烧结材料、Fe系烧结滑动材料及其制造方法、滑动构件及其制造方法、连结装置，其耐烧结性及耐磨损性优良，且赋予了自身润滑性，可使给脂间隔长时间化或无给脂化。
为解决上述课题，本发明提供一种烧结材料，是含有第一物质及第二物质的第三物质系的烧结材料，其特征在于，
具备：将混合了含有固溶限以上的第一物质的第三物质系粉末和由第二物质构成的粉末的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
由分散于所述烧结材料中的第二物质构成的粒子，
所述第二物质与所述第一物质不发生反应，
所述第三物质与所述第一物质及所述第二物质分别发生反应。
另外，优选所述烧结组织是以所述第一物质为主体的液相产生而进行烧结的液相烧结组织。
需要说明的是，所述第一物质例如是Cu、Ag、Pb，所述第二物质例如是C、石墨、Mo、W、Pb、MoS2、WS2、BN、Pb、CaF2，所述第三物质例如是Fe或选自C、Si、Al、Mn、Ni、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr中的一种以上的Fe合金。另外，所述第三物质是指以第三物质为主体的物质。
本发明提供一种Fe系烧结滑动材料，其含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C，其特征在于，具备：
将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％5在重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动材料中的石墨粒子。
本发明提供一种Fe系烧结滑动材料，其含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C，其特征在于，具备：
将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中至少之一的粉末混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动材料中的石墨粒子。
另外，优选所述烧结组织是以Cu为主体的Cu合金液相产生后进行烧结的液相烧结组织，再有，所述石墨粒子的平均粒径优选1μm以上50μm以下。
本发明提供一种滑动构件，其具备轴套和固定于该轴套上的烧结滑动体，其特征在于，
所述烧结滑动体是含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体，其具备：
将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末及固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％但在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动体中的平均粒径为1μm以上50μm以下的石墨粒子。
本发明提供一种滑动构件，其具备轴套和固定于该轴套上的烧结滑动体，其特征在于，
所述烧结滑动体是含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体，其具备：
将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中至少之一的粉末混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动体中的平均粒径为1μm以上50μm以下的石墨粒子。
另外，优选所述烧结组织是以Cu为主体的Cu合金相产生后进行烧结的液相烧结组织。
本发明提供一种连结装置，其特征在于，具备：
具备轴套和固定于该轴套上的烧结滑动体的由权利要求26～28中任一项所述的滑动构件构成的轴承；
与所述轴承组合的配合侧滑动构件即轴承。
本发明提供一种Fe系烧结滑动材料的制造方法，Fe系烧结滑动材料含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C，其特征在于，包括：
准备固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末的工序；
将所述准备工序中准备的粉末混合的工序；
将所述混合的工序中得到的混合粉末固化形成成形体的工序；
液相烧结所述成形体的工序。
本发明提供一种Fe系烧结滑动材料的制造方法，Fe系烧结滑动材料含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C，其特征在于，包括：
准备固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中至少之一的粉末的工序；
将所述准备的工序中准备的粉末混合的工序；
将上述混合的工序中得到的混合粉末固化形成成形体的工序；
将所述成形体液相烧结的工序。
另外，优选烧结所述成形体的工序是以Cu为主体的Cu合金液相产生后进行烧结的液相烧结工序。
本发明提供一种滑动构件的制造方法，其特征在于，包括：
通过在轴套上散布并液相烧结构成烧结滑动体的混合粉末，在所述轴套上接合所述烧结滑动体的工序；
对所述烧结滑动体施加机械压力后再烧结的工序，
所述烧结滑动体是含有10重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体，其具备：
将固溶限以上且含有10重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末及固溶限以上且含有10重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动体中的平均粒径为1μm以上50μm以下的石墨粒子。
本发明提供一种滑动构件的制造方法，其特征在于，包括：
通过在轴套上散布并液相烧结构成烧结滑动体的混合粉末，在所述轴套上接合所述烧结滑动体的工序；
对所述烧结滑动体施加机械压力后再烧结的工序，
所述烧结滑动体是含有10重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体，其具备：
将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中至少之一的粉末混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动体中的平均粒径为1μm以上50μm以下的石墨粒子。
根据如上说明的本发明，可提供耐烧结性及耐磨损性优良、且赋予自身润滑性而能够使给脂间隔长时间化或无给脂化的烧结材料、Fe系烧结滑动材料及其制造方法、滑动构件及其制造方法、连结装置。
附图说明
图1(a)是表示本发明第一实施例的液压挖土机整体的立体图，图1(b)是说明铲斗连结部的分解立体图；
图2是说明本发明第一实施例的铲斗连结装置的概略结构的剖面图；
图3(a)是说明作业机衬套的构造的剖面图，图3(b)是说明推力轴承的构造的剖面图；
图4(a)～(d’)是说明表示实施例的作业机衬套的其他方式的构造的图；
图5是表示拉伸试验片用粉体的形状的图；
图6是表示1200℃烧结1小时后的No.6、No.7、No.9、No.10的烧结体的石墨分散组织的图；
图7是表示1200℃烧结1小时后的No.8、No.11的烧结体的石墨分散组织的图；
图8是表示1200℃及1100℃各温度烧结1小时后的No.8的烧结体的石墨分散组织的图；
图9是表示1000℃温度烧结1小时后的No.8的烧结体的石墨分散组织的图；
图10是表示No.4～No.12的各烧结温度的石墨分散量和拉伸强度的关系的图；
图11是表示1200℃烧结后的No.15的组织的图；
图12(a)、(b)是表示1200℃烧结后的No.18、No.19的烧结体中的组织的图；
图13是表示1150℃烧结后的No.52、No.53的烧结体组织的图；
图14是表示No.38合金在1200℃烧结后的组织的图；
图15是表示No.39合金在1200℃烧结后的组织的图；
图16是表示No.43、No.44合金在1150℃烧结1小时的烧结组织的图；
图17是表示No.45合金在1150℃烧结1小时的烧结组织的图；
图18是表示No.48合金在1150℃烧结1小时的烧结组织的图；
图19是表示No.47合金在1150℃烧结1小时的烧结组织的图；
图20是表示轴承试验用轴承衬套的形状的图；
图21是轴承试验的试验装置的概念图。
具体实施方式
本发明实施例涉及，如建设设备的作业机连结装置，即使在高表面压力、低速滑动、摆动等极其恶劣的滑动条件下，滑动时的磨合性也优良，且耐烧结性、耐磨损性也优良，并且可将给脂时间长时间化或不给脂化的自身润滑性优良的Fe系烧结滑动(轴承)材料及使用了该滑动材料的轴承构件。详细地说，以由使用耐磨损性及耐烧结性优良且烧结温度的固溶度以上含有Cu的Fe系合金粉末形成的Fe系合金相(Fe-Cu系及Fe-Cu-C系的至少之一的合金相)及Cu合金相构成的Fe系烧结材料为基体材料，使作为固体润滑剂使用的自身润滑性高的石墨粒子(容易含浸润滑油，且容易形成润滑性丰富的自身润滑性皮膜的石墨)更微细且高浓度地分散到上述基体材料中。由此，可防止上述基体材料的局部进一步的凝结，可通过足够的自身润滑性使给脂间隔长时间化或无给脂化。另外，由于Cu合金相在烧结时成为液相，从而可得到足够的烧结母相强度。随之，可在通过烧结得到的烧结母相中的气孔及分散到烧结母相中的多孔质的各石墨中保持润滑油，由此可改善润滑性。
另外，本发明实施例涉及在轴套上固定上述Fe系烧结滑动材料的复合滑动构件。另外，还涉及将上述Fe系烧结滑动材料及上述轴套的至少之一多孔质化，从而可含有润滑油的含油滑动轴承(例如推力衬套、径向衬套)。
另外，本发明实施例涉及Fe-Cu-C系烧结滑动材料，该烧结滑动材料如下得到，使在以浮动密封板为代表的在极其恶劣的滑动条件的土沙中使用的油封中也能够确保气密性、并且滑动时的磨合性优良且耐烧结性的改善优良的石墨、和对耐土沙磨损性及耐烧结性的改善有效的渗碳体、M7C3型、M6C型、及MC型碳化合物的一种以上分散到合金5～45体积％(优选5～35体积％)的母相中。另外，本发明实施例涉及在轴套上固定上述烧结滑动材料的复合烧结滑动材料。
更详细地说，在本实施例中，作为形成铁系基体的Fe系合金粉末，使用固溶限以上的含有Cu的Fe-Cu系合金粉末或Fe-Cu-C系合金粉末，作为固体润滑剂，例如使用石墨粉末。通过成形将上述Fe系合金粉末及上述石墨粉末混合后的混合粉末，用固相烧结温度烧结，使过饱和含有的Cu成分在该Fe系合金粉末的表面扩散，防止石墨粉末向铁系基体的扩散固溶，同时使石墨粒子微细且高浓度地分散。另外，通过将该成形体用上述Fe系合金粉末中含有的Cu合金相液相化的温度液相烧结，使液体的Cu合金自上述Fe系合金粉末的内部向表面移动，在该Fe系合金粉末的表面形成Cu合金相，利用该Cu合金相抑制石墨粉末向铁系基体的扩散固溶，同时使石墨粒子微细且高浓度地分散。即，通过在Fe系合金粉末的表面形成不与石墨反应的Cu合金相，可防止石墨在Fe系合金粉末内的Fe上扩散固溶，其结果是，可使未固溶的状态的石墨粒子微细且高浓度地分散到Fe中。这样，通过使石墨粒子分散，可进一步提高固体润滑性，同时通过上述液体这样的Cu合金的产生，可提高由上述Fe系合金相和Cu合金相构成的Fe系烧结母相的烧结强度。
另外，如上所述，根据利用Fe合金表面富化的Cu合金成分及液相防止烧结时的石墨粉末和Fe合金粉末的反应性(扩散固溶及渗碳体的形成)的本发明的宗旨，例如可使用不含防止与石墨反应的Cu的Fe合金粉末表面镀敷、扩散合金化了固溶度以上的Cu量的Fe合金粉末，就将该Cu或Cu合金镀敷、扩散合金化或机械地混合、合金化(机械合金化)的Fe合金粉末中的Cu含量而言，虽然将本发明中记载的Cu成分与固溶限以上含有的Fe合金粉末同样处理，但与上述镀敷、扩散合金化或机械合金化后的Fe合金粉末相比，利用预先在溶制阶段使Cu合金化后Fe合金粉末从经济上以及可靠地防止与石墨的反应性的观点考虑是优选的。另外，Fe-Cu二元系合金中的Cu的固溶限自HANSEN相图集Fe-Cu系相图推定，可知例如1000、1100、1200℃的Cu向γFe相的固溶限分别为5、7、9重量％，平衡的Cu合金中固溶有约3～5重量％的Fe成分。另外，如后述，由于为高碳且高浓度含有Mo、W、Cr的高速钢中的Cu的固溶度约为2重量％，故为通过过饱和的Cu改善Fe系的烧结滑动材料的烧结性，而优选Fe系烧结滑动材料中含有的Cu下限添加量为5重量％。
另外，还可利用在Fe上镀敷、扩散接合或机械合金化几乎未固溶的Mg、Ca、Ag、Pb或含有这些成分的Cu合金的Fe合金粉末。
即，本实施例的Fe系烧结滑动材料如下得到，在含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe-Cu系烧结滑动材料中，将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一Fe合金粉末、和石墨粉末混合，对该混合粉末实施充分得到烧结体强度的烧结，在由此得到的烧结体中以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散凝集为平均粒径1μm以上50μm以下的大小的石墨粒子。
另外，本实施例的Fe系烧结滑动材料如下得到，在含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe-Cu-C系烧结滑动材料中，将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中至少之一粉末混合，对该混合粉末实施充分得到烧结体强度的烧结，在由此得到的烧结体中以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散凝集为平均粒径1μm以上50μm以下的大小的石墨粒子。
另外，从提高上述Fe系烧结滑动材料的烧结体强度的观点考虑，上述烧结体的烧结组织优选以Cu为主体的Cu合金相产生后进行烧结的液相烧结组织，另外，优选设上述Fe系烧结滑动材料中的Cu的下限添加量为10重量％，更优选设为15重量％，以此增加烧结时的Cu合金液相量。
石墨粒子的分散量优选以开始法线自身润滑性的1重量％或3体积％为下限值，更优选设2重量％或7体积％为下限值。另外，石墨粒子的分散量的上限值优选14重量％或50体积％，但从强度观点考虑，更优选10重量％或30体积％。
上述Fe系烧结滑动材料的制造方法包括：准备固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末的工序；将上述准备工序中准备的粉末混合的工序；将上述混合的工序中得到的混合粉末固化形成成形体的工序；烧结上述成形体的工序。
另外，上述Fe系烧结滑动材料的制造方法包括：准备固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中至少之一的粉末的工序；将上述准备的工序中准备的粉末混合的工序；将上述混合的工序中得到的混合粉末固化形成成形体的工序；烧结上述成形体的工序。
另外，上述烧结的工序优选在中性、还原性或真空氛围气中进行，另外，为了将上述Fe系烧结滑动材料更高强度化，优选设定以Cu为主体的Cu合金相产生后进行烧结的液相烧结工序。另外，优选在上述烧结的工序之后，设置再加压、再烧结、及精压中的一个以上的工序，实现上述Fe系烧结滑动材料的强化、材料利用率的提高和省加工化。
根据上述各Fe系烧结滑动材料的制造方法，由于Fe-Cu系合金粉末及Fe-Cu-C系合金粉末中分别含有固溶限以上的Cu，故在液相烧结时，液相的Cu合金从这些粉末的内部向表面移动，上述粉末的表面由Cu合金覆盖。而且，由于与Cu合金混合的石墨未反应，故可防止向各上述Fe-Cu系合金粉末及上述Fe-Cu-C系合金粉末的石墨的固溶和渗碳体的西出，且可通过上述液相使混合后的石墨粒子凝集并同时使其均质地分散。因此，能够制造耐烧结性及耐磨损性优良且通过作用自身润滑性而可将给脂间隔长时间化或可无给脂的Fe系烧结滑动材料。
另外，上述Fe-Cu系合金粉末及Fe-Cu-C系合金粉末中分别可含有选自C、Si、Al、Mn、Ni、Cr、Mo、V、W、Co、Sn、Ca、Mg、Ag、Pb、S、P、N、B、Nb、Ti及Zr中的一种以上。
再有，上述石墨粉末的其平均粒径为1μm以上50μm以下，与上述Fe-Cu系合金粉末及上述Fe-Cu-C系合金粉末分别相比，其平均粒径小，优选上述石墨粉末相对于上述混合粉末含有1重量％以上10重量％以下。
另外，本实施例的Fe系烧结滑动材料的制造方法中，在上述准备的工序中进一步准备选自BN粉末、Mo粉末、W粉末、Pb粉末、或Cu-Pb合金粉末、MnS粉末、TiS粉末、CaF2粉末、MoS2粉末及WS2粉末中的一种或多种润滑性粉末，上述一种或多种粉末和上述石墨粉末的合计含量相对于上述混合粉末，也可以为1重量％以上14重量％以下。
另外，在将与上述Cu合金反应的润滑性粉末混合时，在上述准备的工序中，进一步准备通过石墨系材料(或碳系材料)涂敷了表面的一种或多种润滑性粉末(例如MoS2粉末、WS2粉末)，由石墨系材料涂敷了上述表面的润滑性粉末和上述石墨粉末的合计含量相对于上述混合粉末，也可以为1重量％以上14重量％以下。由石墨系材料涂敷上述MoS2粉末及WS2粉末的各表面的理由是由于，防止在液相烧结时Fe-Cu系合金粉末、Fe-Cu-C系合金粉末或液相的Cu合金和MoS2粉末或WS2粉末的反应。另外，即使不由石墨系材料涂敷表面，只要在MoS2粉末或WS2粉末的至少一粉末中混合石墨粉末，则就可以抑制上述反应。另外，在微量的MoS2及WS2与上述Fe合金粉末及Cu合金相反应时，形成Cu2S及FeS，可能会使上述烧结滑动材料显著脆化，因此，优选通过按照总量含有1重量％以上的选自可形成硫化物的大小的Mn、Cr、Ti、V、Nb、Zr的一种以上的合金元素的上述Fe系合金粉末、及总量含有1重量％以上的选自Ca、Mg、Mn、Cr、Ti、V、Nb、Zr中的一种以上的合金元素的方式将原粉末或Cu合金粉末混合，由此在上述烧结滑动材料中形成CaS、MnS、CrS、TiS、VS、NbS、ZrS、MgS中的一种以上，抑制Cu2S、FeS的形成。
另外，在上述准备的工序中，也可以进一步准备选自0.1重量％以上5重量％以下的Sn、0.1重量％以上5重量％以下的Ti、0.1重量％以上3重量％以下的Si、0.1重量％以上1.55重量％以下的P、0.1重量％以上10重量％以下的Mn、10重量％以下的Pb、10重量％以下的Ni、0.1重量％以上10重量％以下的Co及10重量％以下的Ag中的一种以上的金属或含有上述金属的母合金粉末。由此，可调节Fe系烧结滑动材料中的Cu合金相的溶点及可改善滑动特性。
另外，本实施例的Fe系烧结滑动材料中，即使在配合了平均粒径6μm或1～25μm的微细的石墨粒子粉末的情况下，微细的石墨粒子也会大量移动集中在烧结时产生的Cu合金的液相区域，并通过金属相的烧结收缩力而强固地凝集、分散。因此，随着石墨粉末的配合量或Cu合金的液相量增多，还随着Fe合金相粒增大，石墨粒子进一步大幅度地凝集。例如在1200℃的液相烧结时，分散的石墨粒子抑制Fe合金粒子的粗大化，形成凝集为平均粒径大致50μm以下的石墨粒子。因此，优选使Fe合金粉末更微细。在使平均粒径30μm以下的微细石墨粒子分散，改善高强度化和自身润滑性的情况下，通过将Fe-Cu系合金粉末、Fe-Cu-C系合金粉末微细化为#200网眼以下(75μm以下)，可进一步减小凝集的石墨粒子的粒径。另外，通过将Fe-Cu系合金粉末、Fe-Cu-C系合金粉末设为#300网眼以下(50μm以下)或平均粒径20μm以下，可进一步提高高强度性，实现分散的石墨粒子的微细化。
另外，通过将液相烧结温度调整为1100℃，上述Fe合金粒子变细，进而抑制了液相量，与液相烧结温度1200℃的情况相比，可将凝集的石墨粒子的尺寸微细化。另外，通过向上述混合粉末中添加Sn、Ti、Si、Mn、P、Ni、Co等，可降低Cu合金量的溶点，同时可改善Cu合金量的强度及滑动特性。以Hansen状态图集中的Cu合金图为参考，Sn的添加量优选5重量％以下，Ti的添加量优选5重量％以下，Sn的添加量优选5重量％以下，Ti的添加量优选5重量％以下，Si的添加量优选3重量％以下，Mn的添加量优选10重量％以下，P的添加量优选1.5重量％以下，Pb的添加量优选10重量％以下，Ni的添加量优选10重量％以下，Co的添加量优选10重量％以下，Ag的添加量优选10重量％以下。另外，上述合金元素的下限添加量没有特别确定，但优选设为上述改善作用出现的0.1重量％。
另外，通过不会产生Cu合金的液相的温度下的烧结(固相烧结)，进一步抑制上述混合的石墨粒子的凝集，因此，可在接近混合的石墨粒子的分散状态的状态下使石墨粒子极细微地分散，从改善耐烧结性的观点看是优选的，但从烧结材料的强度上的观点看，优选将石墨的添加量调整为1～8重量％的范围，优选将使用的Fe系合金粉末及Cu系粉末的粒径调整为#200网眼(75μm)以下，更优选调整为#300网眼(45μm)以下。
另外，如上所述，由自Fe系合金粉末溶出的Cu合金相抑制石墨和Fe系合金相的反应性，且按照在Cu合金相的液相区域运送石墨粒子的方式使其凝集、分散。因此，还优选进一步添加与Cu合金几乎没有反应性的固体润滑剂例如BN、Mo、W、MnS、TiS、CaF2。该情况下的固体润滑剂的添加量优选如下调整，将该固体润滑剂和石墨粒子以1重量％以上14重量％以下的总计含量分散到烧结滑动材料中。另外，通过使与Cu合金有反应性的固体润滑剂、例如MoS2粉末及WS2粉末的至少之一与石墨粉末混合，也可以抑制与Cu合金的反应性进行添加，另外，还可以添加通过石墨系材料或碳等对表面进行了涂敷的MoS2粉末及WS2粉末的至少之一，通过由石墨系材料涂敷表面，可抑制与Cu合金的反应。该情况下的固体润滑剂的添加量优选调整为，该固体润滑剂和石墨粒子以1重量％以上14重量％以下的总计含量分散到烧结滑动材料中。
为使平均粒径1μm以上50μm以下的石墨粒子分散到烧结滑动材料中，而使用平均粒径1μm以上50μm以下(优选1μm以上25μm以下)的微细的石墨粉末。另外，以铸铁的疲劳强度和西出分散的石墨直径的关系为参考，优选将分散到烧结滑动材料中的石墨粒子的平均粒径调整为30μm以下。
除尽可能地不使烧结体强度劣化的目的以外，还从防止滑动面的滑动面层的塑性变形引起的含油气孔的堵塞化造成的润滑油供给不良的观点出发，优选向烧结滑动材料中分散1重量％以上13重量％以下(优选1重量％以上10重量％以下)的选自石墨粒子、BN粒子、MoS2粒子及WS2粒子中的一种以上的平均粒径为0.05mm以上1mm以下的粗大粒子。该情况下，当混合粉末的成形阶段大量地配合粗大粒子的粉末时，粗大粒子变形为扁平状，可能使烧结体的强度显著降低，因此，优选将粗大粒子粉末的添加量抑制在0～10重量％，以含油烧结材料的气孔率为参考，粗大粒子的粉末的添加量更优选为0～5重量％。
通过使固体润滑剂粒子分散到上述Fe系烧结滑动材料中，滑动材料的耐烧结性显著改善。通过改善构成Fe系烧结滑动材料的Fe合金相及Cu合金相的金属相自身的耐烧结性，进一步改善Fe系烧结滑动材料整体的耐烧结性。进而通过调整骨头润滑剂的适当添加量，得到更高强度的烧结滑动材料。
因此，通过使微细的石墨也析出分散到Fe-Cu-C系合金粉末的Fe合金相中，可进一步防止局部的烧结。
优选形成使上述微细的石墨分散的Fe合金相的Fe-Cu-C系合金粉末中至少含有1重量％以上5重量％以下的C、作为石墨化促进元素的0.5重量％以上7重量％以下的Si及0.5重量％以上7重量％以下的Ni中至少之一。为进一步促进石墨化，从经济性的观点看，优选Si和Ni的总计含量为2重量％以上7重量％以下，且Ni的含量为超过0重量％在4重量％以下。
另外，关注进一步改善含有5～30重量％的Al的Fe合金相的耐烧结性和耐磨损性，优选Fe系烧结滑动材料的Fe合金相的主体至少是含有10重量％以上50重量％以下的Cu、3重量％以上20重量％以下的Al、超过0重量％在1.2重量％以下的C的Fe-Cu-Al-C系的Fe合金相粒子。另外，上述Fe-Cu-Al-C系的Fe合金相粒子中还可以进一步含有选自Si、Mn、Ni、Mo、V、W、Cr、Co、S、P、N、B、Nb、Ti及Zr中的一种以上。
另外，从改善耐磨损性和耐烧结性的观点看，以轴承钢、冷轧加工用工具钢、热轧加工用工具钢、高速钢的组成为参考，用于Fe系烧结滑动材料的Fe合金粉末的主体含有烧结温度的固溶度以上或2重量％以上50重量％以下的Cu和0.25重量％以上3重量％以下的C，并且至少含有选自1重量％以上25重量％以下的Cr、超过0重量％在15重量％以下的Mo、超过0重量％在21重量％以下的W及超过0重量％在7重量％以下的V中的一种以上，优选选自渗碳体、M7C3型碳化物、M6C型碳化物、M2C型碳化物及MC型碳化物中的一种以上为具有微细析出分散的组织的Fe系合金相粒子。另外，作为上述Mo、W、V的下限添加量，考虑上述Fi系烧结滑动材料中的Fe合金相的烧结性和耐磨损性，优选为Mo：1重量％，W：1重量％，V：0.1重量％，但在考虑耐烧结性时，更优选为Mo：3重量％，W：3重量％，V：0.5重量％。另外，高速钢SHK9(相当于AISI规格的M2)的在1100℃的Cu的固溶度为约1.5重量％的Cu。
另外，以轴承钢、冷轧加工用工具钢、热轧加工用工具钢、高速钢的碳化物量为参考，优选将分散到上述Fe系烧结滑动材料中的碳化合物量调整为5～50体积％。将碳化物量的上限设为50体积％是由于当超过该上限时抗折强度显著劣化。另外，上述碳化合物量的更优选的上限为35体积％，但在匹配侧滑动材料为浸碳烧结材料及高频烧结材料时，考虑相当于匹配侧滑动材料的破坏性，上述碳化合物量的上限更优选25体积％。
另外，在本实施例的Fe系烧结滑动材料中，也可以使用选自下述(1)～(5)的合金粉末组中的两种以上的合金粉末，即，(1)固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末；(2)固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末；(3)含有1重量％以上5重量％以下的C和0.5重量％以上7重量％以下的Si及0.5重量％以上7重量％以下的Ni中至少之一、且使石墨析出分散的Fe-Cu-C系合金粉末；(4)含有3重量％以上20重量％以下的Al的Fe-Cu系合金粉末及Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末；(5)含有选自含有0.25重量％以上3.5重量％以下的C和1重量％以上25重量％以下的Cr、超过0重量％(或1重量％以上)在15重量％的Mo以下、超过0重量％(或1重量％以上)在21重量％以下的W及超过0重量％(或0.1重量％以上)7重量％以下的V中之一种以上、且将选自M7C3型碳化物、M6C型碳化物、M2C型碳化物及MC型碳化物中之一种以上的碳化物析出分散的Fe-Cu-C系合金粉末。
通过使比金属相硬的渗碳体、M7C3型碳化物、M6C型碳化物、M2C型碳化物及MC型碳化物微细分散到金属相中，可显著改善耐烧结性和耐磨损性。因此，优选在Fe系烧结滑动材料中的Fe合金相及Cu合金相中至少之一相中分散0.5体积％以上30体积％以下(优选0.5体积％以上25体积％以下)的选自M7C3型碳化物、M6C型碳化物、M2C型碳化物及MC型碳化物中一种以上的碳化物。另外，考虑维氏硬度超过Hv1000的硬质粒子给予配合侧滑动材料的破坏性时，优选将上述分散的碳化物的平均粒径调整为5μm以下。另外，作为上述碳化物，特别优选以分散到耐烧结性和耐磨损性优良的高速钢中的M6C型碳化物为主体。
在重视上述Fe系烧结滑动材料的耐磨损性时，优选该Fe系烧结滑动材料中的Fe-Cu-C系合金基体(Fe-Cu-C系合金相)由硬质的马氏体组织及贝氏体组织中至少之一构成。另外，在重视上述Fe系烧结滑动材料的磨合性时，优选由选自软质的珠光体组织、铁素体相中微细分散碳化物粒的组织(索氏体、马氏体的高温退火组织)、铁素体组织中之一种以上的组织构成。
因此，本实施例的Fe系烧结滑动材料可具有选自铁素体组织、马氏体组织、贝氏体组织、索氏体组织及珠光体组织中之一种以上的组织，优选根据适用条件适宜调整。
另外，在用于浮动密封板的情况下，当马氏体相中的残留奥氏体大量存在时，耐烧结性劣化。因此，本实施例的Fe类烧结滑动材料优选将马氏体相中的残留奥氏体量调整为40体积％以下。
上述的Fe类烧结滑动材料中的组织的制造方法中，可在0重量％以上5重量％以下的范围内调整Fe合金粉末中的碳量，利用烧结后的冷却速度的调整及其它热处理控制组织。为进行这样的组织控制，要求调整Fe合金基体的淬火及组织，进而调整被切削性、烧结性、石墨析出性。因此，上述Fe合金粉末中优选含有选自C、Si、Al、Mn、Ni、Cr、Mo、V、W、Co、Sn、Ca、Mg、Ag、Pb、S、P、N、B、Nb、Ti及Zr中的一种以上。由此，可在Fe系烧结滑动残留中调整烧结硬化性、滑动性、被切削性、烧结性等，优选将这些合金元素的总量设为1重量％以上。
在如作业机连结装置的衬套那样滑动的配合材为浸碳、高频烧结的材料时，如上所述，在25体积％以下的范围内调节上述碳化物量，优选考虑对匹配侧滑动材料的破坏性，但在应用于土沙磨损的严酷的环境下适用的推力轴承及浮动密封板的情况下，上述碳化物量优选在10体积％以上50体积％以下的范围内分散。
另外，大量析出分散上述碳化物的Fe合金粉末的保护固溶Cu浓度为约1.5重量％左右，但考虑上述Fe合金粉末中的Cu合金相在烧结时液相化，该液相化后的Cu合金向覆盖在上述Fe合金粉末的粒子表面上时，优选上述Fe合金粉末中的Cu含量的下限为5重量％。另一方面，在Fe合金粉末中的Cu含量过多时，软质Cu合金相过多，耐磨损性劣化，因此，Fe合金粉末中的Cu含量的上限优选50重量％。另外，通过适用将Fe合金粉末中的Cu含量调整为2重量％以上40重量％以下，并配合5～45重量％的Cu粉末或Cu合金粉末的混合粉末，可进一步改善成形性及轴套的烧结结合性。
另外，优选在上述烧结滑动材料的Fe合金相中的马氏体相中固溶0.2重量％以上0.8重量％以下的碳。由此，可改善耐热裂性。另外，将上述马氏体相中的碳浓度调整为0.15～0.5重量％对改善耐热裂性更有好处。也优选适用至少使耐烧结性和耐磨损性优良的M6C型碳化物及MC型碳化物(含有WC型碳化物)中至少之一分散的高速钢系的Fe合金粉末。另外，上述马氏体相中的碳浓度通过适用的Fe合金粉末中的碳浓度和合金元素浓度及烧结温度和淬火温度调整，该混合粉末中的石墨作为润滑性粒子分散到上述烧结滑动材料中是其大的特征。
另外，也可以在上述烧结滑动材料的Fe合金相中固溶0.2重量％以上1.2重量％以下的碳，使上述Fe环境下的一部分或全部成为珠光体组织。由此，可改善耐热裂性。
另外，上述烧结滑动材料的马氏体相的硬度为维氏硬度Hv450以上，优选将上述马氏体相中的残留奥氏体相调整为40体积％以下(更优选35体积％以下)。由此，可改善耐烧结性。
再有，在上述Fe-Cu-C系合金粉末的Fe-Cu-Al-C系Fe合金相中，为显著提高Al含量的下限，且提高耐磨损性，而将Al含量的下限设为10重量％，以铁素体为主体稳定化。另外，优选如下调整，通过使上述Fe-Cu-Al-C系Fe合金相中含有3重量％以上20重量％以下的Ni、3重量％以上20重量％以下的Mn、及3重量％以上20重量％以下的Co中的一种以上，赋予时效硬化性，使上述铁素体相的硬度为维氏硬度Hv450以上。
另外，为改善Fe系烧结滑动材料中的Cu合金相的耐烧结性及耐磨损性，如上所述，优选添加Sn、Ti、Al、Si、Mn、Ni等合金元素及使微细的碳化物分散，但更优选Cu合金相中含有5重量％以上20重量％以下的Al，优选上述Cu合金相具有Cu、Al系β相或γ相混合物。
另外，Fe系烧结滑动材料具备具有烧结气孔及固体润滑性的多孔质石墨，通过将上述烧结气孔及上述多孔质石墨的总计含量设为5体积％以上50体积％以下，可确保通气性，同时，向上述烧结气孔及上述多孔质石墨中分别添加由润滑油或润滑油和蜡构成的润滑组成物，也可以发现与含油轴承相同的润滑性。
另外，在使上述石墨分散，具有自身润滑性的Fe类烧结滑动材料中，由于含有大量多孔质石墨且显著发现上述润滑油的泵作用，因此，上述润滑油中优选油泥类产生少的合成润滑油，以不阻害该泵的作用。另外，即使在上述烧结气孔及上述多孔质石墨中充填上述润滑组成物的情况下，也优选调整蜡类的添加量，使上述润滑组成物的滴定(由滴定法测定的溶点)。
本实施例的滑动构件中，在轴套上固定有由上述Fe系烧结滑动材料构成的烧结滑动体。
滑动构件具备轴套和固定于该轴套上的烧结滑动体，上述烧结滑动体是含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体，其具有烧结组织和平均粒径1μm以上50μm以下的石墨粒子。上述烧结组织是，将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末混合，将混合后的粉末烧结而形成。上述石墨粒子以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于上述烧结滑动体中。
另外，滑动构件具备轴套和固定于该轴套上的烧结滑动体，上述烧结滑动体是含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体，其具有烧结组织和平均粒径1μm以上50μm以下的石墨粒子。上述烧结组织是，将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末混合、和Cu粉末及Cu合金粉末中至少之一的粉末混合，将混合后的粉末烧结而形成。上述石墨粒子以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于上述烧结滑动体中。
再有，从进一步提高上述Fe系烧结滑动材料的烧结体强度的观点看，上述烧结组织更优选由以Cu为主体的Cu合金液相在烧结时产生并被烧结的液相烧结组织构成，另外，将上述Fe系烧结滑动材料中的Cu的下限添加量设为10重量％，更优选设为15重量％，且更优选增加烧结时的Cu合金液相量。
另外，上述烧结滑动体也可以通过烧结接合、烧结熔融接合、钎焊、铆接、嵌合、压入、粘结、螺栓连结及铆钉接合中的任一种固定于上述轴套上。另外，在通过上述烧结接合在上述轴套上固定上述烧结滑动体时，优选将上述烧结滑动体中的Cu含量设为10重量％以上，更优选将其设为15重量％以上。另外，作为轴套材料，优选钢、铸铁、Fe系烧结材料中任一之一，尤其是在使用Fe系烧结材料时，优选成形时双层成形为上述烧结滑动体后再烧结接合的滑动构件。
另外，在上述烧结滑动体的滑动面构件上形成孔及槽等凹部，并且，优选在上述凹部充填由润滑油和蜡类构成的润滑性组成物、润滑性树脂、固体润滑剂、及由固体润滑剂和蜡类构成的润滑性组成物中的任一个。由此，可进一步延长给脂间隔，并且通过节约使用的烧结滑动材料，可实现成本的消减。
本实施例的滑动构件的制造方法包括，通过将构成烧结滑动体的混合粉末散布在轴套上进行液相烧结，在上述轴套上接合上述烧结滑动体的工序；和对上述烧结滑动体施加机械压力进行再烧结的工序。
上述烧结滑动体是含有10重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体。该烧结滑动体具备液相烧结组织和石墨粒子，其中，液相烧结组织通过将固溶限以上且含有10重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有10重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末混合而成的混合粉末液相烧结而成，石墨粒子以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散在上述烧结滑动体中，其平均粒径为1μm以上50μm以下。
另外，上述烧结滑动体是含有10重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体。该烧结滑动体液相烧结组织和石墨粒子，其中，液相烧结组织通过将固溶限以上且含有10重量％以上低50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有10重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中至少之一的Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中至少之一的粉末混合而成的混合粉末液相烧结而成，石墨粒子以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散在上述烧结滑动体中，其平均粒径为1μm以上50μm以下。
另外，在上述轴套上烧结接合上述烧结滑动体的情况下，上述烧结滑动体中的Cu含量优选15重量％以上，更优选20重量％以上，优选提高烧结接合时的Cu合金的液相量。
本实施例的连结装置具备由上述的滑动构件构成的轴承、与该轴承的组合的配合侧滑动构件即轴承。
另外，上述连结装置优选作为作业机、运输机组、履带式下部行驶体上的连结杆、同下部行驶体上的运输装置、支承推土机的车身的均衡器、翻斗车的吊架装置、移动座椅、阀导承、及阀座的任一个的连接部位的连结装置使用。
其次，对使用了本实施例的连结装置的具体例进行说明。
图1(a)是表示本发明实施例的液压挖土机整体的立体图，图1(b)是说明铲斗连结部的分解立体图。图2是说明本发明第一实施例的铲斗连结装置的概略结构的剖面图。图3(a)是说明作业机衬套的构造的剖面图，图3(b)是说明推力轴承的构造的剖面图。
如图1(a)所示，本实施例的液压挖土机1的作业机2的上部旋转体3，上部旋转体3通过悬臂连结装置7与悬臂4连结，臂5通过铲斗连结装置9与铲斗6连结。这些连结装置7、8、9基本上为同一构造，例如，铲斗连结装置9如图1(b)所示，主要具备作业连结销10及作业机衬套11。下面，参照图2说明配置于臂5和铲斗6的连结部的铲斗连结装置9A的详细构造。
如图2所示，上述铲斗连结装置9A具备推力轴承12、12，该推力轴承将铲斗(一侧机械构成要素)6、和经由被形成于该铲斗6上的托架6a、6a支承的作业机连结销(支承轴)10及外嵌于该作业机连结销10上的作业机衬套(轴承衬套)11、11配置的臂(另一侧机械构成要素)5彼此可旋转地连结，且承受作用于铲斗6和臂5之间的推力负荷。该铲斗连结装置9A中，将作业机衬套11压入臂5的前端部，作业机连结销10通过销固定用通用螺栓13固定在托架6a上。另外，符号15及16所示的分别是润滑剂供给口及润滑剂供给路。
上述作业机连结销10具备具有轴功能的钢制基材(与本发明中的“轴套”对应)17、由固定于该基材17上的本发明的烧结滑动材料18形成的滑动面19、19。该作业机连结销10中，上述滑动面19、19配置于相对于上述托架6a的该作业机连结销10的被支承面部位。
另外，上述各作业机衬套11如图3(a)所示，具备圆筒状的基材(与本发明中的“轴套(轴承轴套)”对应)20、由固定于该基材20的内周面的本发明的烧结滑动材料21形成的滑动面22。该作业机衬套11上，上述基材(轴套)20优选由多孔质Fe系烧结材料构成。
另外，上述各推力轴承12如图3(b)所示，具备钢制的中空圆板状的基材(与本发明中的(轴套)对应)23、和由固定于该基材23的表面的本发明的烧结滑动材料24形成的滑动面25，其赋予了通过滑动接触而支承自衬套(旋转体)6赋予臂5的推力负荷的滑动轴承功能。
图4(a)～(d’)是说明表示本实施例的作业机衬套的其它方式例的构造的图。需要说明的是，图4(a)～(d’)中，具有与第一实施例的作业机衬套11的构成要素基本相同的功能的构件使用同一符号。
如上述的本实施例的作业机衬套11，除由多孔质铁系烧结材料构成基材(轴套)20之外，作为使衬套的含油量及润滑组成物廉价地增加的装置，列举：按照在滑动面部位形成孔及槽等凹部的方式将烧结滑动材料固定在钢制轴套上从而可贮存润滑组成物的构造(参照图4(a)(b))、或使由烧结滑动材料构成的小片分散到多孔质铜系烧结滑动材料中从而固定在钢制轴套上的构造(参照同图(c))等。在此，在后者装置的作业机衬套22C中，相对按照使由构成烧结滑动材料21C构成的小片不会直接与轴套20C接合而分散到多孔质铜系烧结滑动材料M中的方式进行烧结接合(参照表示同图(c)的P部详细图的同图(d)(d’))而成的多层滑动构件实施圆弯曲加工，以使该多层滑动构件的烧结层成为内周面，当由这样的盘状衬套制造方法进行制造时，可更廉价地进行。另外，除按照使烧结面成为外周面的方式实施圆加工的部位不同之外，将基本上用与之前的配置衬套制造方法相同的盘状衬套制造方法制作的盘状衬套用上述的固定装置固定于连结销上，构成多层连结销，可将由此而成的多层连结销与上述作业机连结销10同等利用。
在此，图4(a)所示的作业机衬套11A是如下得到的轴承衬套，即，如冲孔金属，将实施了孔加工而成的烧结滑动材料21A的板材圆弯曲，使该圆弯曲后的烧结滑动材料21A对碰到钢制轴套20A的内径部，或将其自铆钉压入，将其嵌入该钢制轴套20A的内周面上形成的槽部内。
另外，同图(b)所示的作业机衬套11B是通过使环状形成的烧结滑动材料21B对碰到钢制轴套20B的内周面形成的多条槽后进行压入而形成的轴承衬套。而且，在通过这些作业机衬套11A、11B中，设于各作业机衬套11A、11B上的孔及槽等形成的滑动面凹部内充填油脂等润滑组成物，可通过该润滑组成物的润滑作用使滑动面得到良好的润滑。
再有，同图(c)所示的作业机充填11C是对多层滑动构件实施了圆弯曲加工而成的轴承衬套，其中，多层滑动构件如下构成，即在完成时在成为钢制轴套20C的钢板上散布铜系烧结粉末，在暂时与该轴套钢板烧结接合后，散布烧结滑动材料21C的小片和铜系烧结粉末后进行再烧结(图中记号M；铜系烧结材料)；或者在完成时在成为钢制轴套20C的钢板上散布铜系烧结粉末，在暂时与该钢板烧结接合后，将烧结滑动材料21C或本发明的Mo-Cu合金系成形体的小片烧结接合，其次将作为多孔质青铜系烧结层M的原料粉末散布、轧制后进行烧结。在该作业机衬套11C中，由于包围上述小片的铜系滑动材料M为含油性高的多孔质滑动材料，故其具有可实现给脂间隔进一步延长化的优点。另外，分散在该作业机衬套11C的滑动面上的上述小片的面积率优选为10～70％。
(实施例)
其次，参照附图说明本发明的Fe系烧结滑动材料的实施例。
(实施例1)预备试验
本实施例中，使用#200网眼以下的Fe-16重量％Al-25重量％Cu、Fe-50重量％Al、Fe-50重量％Al、Fe-16重量％Al、及平均粒径16μm的Fe-0.9重量％C-5重量％Mo-6重量％W-1重量％V各自组成的高速钢粉末(M2)、#300网眼以下的铁粉末(ヘガネス社制ASC300)、电解铜粉末(福田金属社制CE15)、平均粒径6μm的石墨粉末(LONZA社制、KS6)、#250网眼以下的Sn、#300网眼以下的TiH、Fe-25重量％P、平均粒径5μm的Mo、#350网眼以下的Ni、Mn粉末，调配表1、表2所示的合金，以成形压5ton/cm2成形图5所示的拉伸试验片，以1000～1200℃的各温度进行1小时的真空烧结，在600torr的N2气体中冷却后，通过组织观察从该烧结尺寸变化率调查该合金系的烧结性、以及添加在这些烧结体中的石墨和Fe合金相的反应性。表1、表2中，由重量％表示材料粉末的配合量，在其右侧，由百分率表示有关各烧结温度的烧结尺寸变化率，表示烧结前后的试验片长度相对于烧结前的试验片长度的变化比率，在收缩后的情况下，附带负号。
表1
  No. Fe16Al25Cu  Fe16Al  Fe50Al ASC300 Cu(CE25) M2FP SUS440C3   Gr(KS6) 其他 1200℃   1150℃   1100℃ 1050℃   1000℃
  No.1     100 -11.9   -4.12   -1.6
  No.2     100     5 -11.9   -8.11   -2.4
  No.3     100     10 -10.8   -10.7   -3.09
  No.4     85     15 -9.35   -10.9   -11.5 -6.73   -2.91
  No.5     85     15     1.2 -7.87   -6.72   -2.87
  No.6     85     15     2 -5.39   -5.69 -3.64   -2.59
  No.7     85     15     3 -3.37   -3.51 -2.74   -2.16
  No.8     85     15     4 -1.69   -1.94 -2.04   -1.86
  No.9     85     15     5 -0.53   -0.96 -1.51   -1.41
  No.10     85     15     6 0.26   -0.32 -1.05   -1
  No.11     85     15     7 0.55   0.02 -0.67   -0.65
  No.12     85     15     9 0.84   0.51 -0.17   -0.15
  No.13   100     0 -0.46   -0.36   -0.21
  No.14   75     25 -7.36   -4.74   1.37
  No.15   62.5   Bal.     25     1.2 -6.07   -3.05   1.32
  No.16   Bal.     30 -1.72   -0.01   -0.27
  No.17   Bal.     30 2Sn -0.75   0.11   0.26
  No.18   Bal.     30     0.6 -2.21   -1.47   -0.78
  No.19   Bal.     30     1.2 -3.26   -2.18   -0.96
  No.20     31.25   Bal.     22.2     0.6 -4.24   -3.04   1.22
  No.21     62.5   Bal.     14.4     0.6 -7.22   -7.42   -0.15
  No.22     75   Bal.     11.5     0.6 -7.92   -8.59   -1.18
  No.23     31.25   Bal.     22.2     1.2 -4.27   -2.69   1.52
  No.24     62.5   Bal.     14.4     1.2 -6.76   -6.18   -0.22
  No.25     75   Bal.     11.5     1.2 -7.03   -7.14   -1.26
  No.26     Bal.     15 2Ni -9.29   -11   -2.17
  No.27     Bal.     15 5Ni -9.83   -9.58   -1.46
  No.28     Bal.     15     2 5Ni -5.08   -3.27 -1.59   -0.63
  No.29     Bal.     15 10Ni -8.08   -10.7   -5.71   -0.62
  No.30     Bal.     15 15Ni -7.64   -9.6   -3.43   0.57
  No.31     Bal.     15 20Ni -8.6   -6.17   -1.59   0.97
  No.32     Bal.     15     3 10Ni -0.21   -0.59   1.49   2.15
  No.33     Bal.     15     3 15Ni 0.78   0.63   3.39   3.57
  No.34     Bal.     15     3 20Ni 1.61   2.48   4.09   4.05
表2
No. Fe16Al25Cu Fe16Al  Fe50Al ASC300 Cu(CE25)   M2FP SUS440C3  Gr(KS6)   其他   1200℃   1150℃   1100℃   1050℃   1000℃
No.35     Bal.     15   2Mo   -9.04   -10.9   -2.24
No.36     Bal.     15   5Mo   -8.38   -10.3   -2.43
No.37     Bal.     15     2   5Mo   -5.8   -6.13   -3.74   -2.53
No.38     90     10   10Mo   -9.3   -11   -3.16
No.39     90     10   5Ni、5Mo   -10.93   -9.32   -3.06
No.40     97     10   3TiH   -8.21   -8.72   -2.26
No.41     97     10   3Mn   -8.43   -10.5   -2.7
No.42     97     10   3Sn   -7.27   -9.58   -6.63
No.43   Bal.     25   15     0   -0.35   0.44   1.11
No.44   Bal.     25   15     0.6   -2.12   -1.63   -0.99
No.45   Bal.     25   15     1.2   -5.28   -3.09   -2.11
No.46     Bal.     15   15   -7.54   -8.38   -9.67   -5.19
No.47     Bal.     15   15     1.2   -6.34   -6.9   -8.88   -4.64
No.48     Bal.     20   30   -7.13   -7.85   -8.59   -6.87
No.49     Bal.     20   60   -7.46   -4.79   -2.58   0.64
No.50     0     25   Bal.   -7.74   -5.25   -3.43   -0.2
No.51     0     25   Bal.   2Fe25P   -14.27   -14.1   -10.6   -2.65
No.52     0     25   Bal.   3Sn   -9.22   -6.45   -4.3   -1.99
No.53     0     25   Bal.     1.2   3Sn   Melt   -18.3   -13.4   -7.35
No.54     0     25   Bal.     1.2   2TiH   -14.65   -14   -6.86   -1.49
No.55     0     25   Bal.   5Mo   -6.42   -4.17   -2.04   -0.19
No.56     0     25   Bal.   3Sn、5Mo   -7.74   -5   -2.84   -1.09
No.57     0     25   Bal.   2Si   -8.29   -5.27   -3.69   -0.47
No.58     0     25   Bal.     1.2   2Si   Melt   -18.2   -11.9   -2.86
No.59     0     25   Bal.   10Mn.2FeP   -13   -14.2   -13.4   -6.71
No.60     0   10     25   Bal.   2FeP   -9.32   -8.64   -6.86   -1.04
No.61   Bal.     25     15     0
No.62   Bal.     25     15     0.6
No.63   Bal.     25     15     1.2
No.64     Bal.     15     15   -7.62   -8.24   -9.76   -4.28
No.65     Bal.     15     15     1.2   -6.82   -7.64   -9.27   -4.82
No.66     Bal.     20     30   -6.83   -7.79   -9.2   -5.81
No.67     Bal.     20     60
作为含有上述固溶限以上的Cu的Fe合金粉末，使用有代表性的Fe-16重量％Al-25重量％Cu，为了从组织观察而容易地评价与上述添加石墨的烧结时的反应性，而在上述烧结范围中使用αFe相这样的Fe-16重量％Al-25重量％Cu合金粉末为主体，实施烧结试验。
通过将表1中的No.1合金和No.13合金及No.14合金分别进行比较可知，固溶限以上含有Cu的Fe-16重量％Al-25重量％Cu合金粉末的烧结性极其良好，即使在1000℃的固相烧结，也可以通过固溶限以上含有的Cu而改善其烧结性，进而1100℃以上的烧结时产生的Cu-Al-Fe合金液相的烧结性显著改善。另外，如No.2～No.4的合金，通过添加Cu粉末，进一步显著地改善烧结性。另外，通过添加上述Cu粉末及Cu合金粉末，显著改善冲压成形性。需要说明的是，Fe-16重量％Al-25重量％Cu合金粉末和Cu粉末的液相产生温度分别为约1060℃、1083℃。
表1中的No.5～No.12的合金是在No.4合金中添加了约9重量％的微细石墨的例子，可知在添加约7重量％的微细石墨进行烧结，烧结体尺寸收缩，充分确保了其烧结性。另外，在现有的Fe-2重量％石墨以上的基础上再添加石墨的Fe系烧结材料中，1150℃以上的温度下会因石墨和Fe粉末的共晶反应而溶损，与之相对，可知在固溶限以上且含有Cu的本合金中，即使1200℃的烧结也不会溶损，从而混合后的石墨不会与上述Fe合金粉末发生反应。
图6是表示1200℃烧结1小时后的No.6、No.7、No.9、No.10的烧结体的石墨分散组织的图。图7是表示1200℃烧结1小时后的No.8、No.11的烧结体的石墨分散组织的图。可知，评价粒径6μm的微细石墨粉末不与αFe-Al-Cu相和石墨粉末发生反应，而在上述Cu-Al-Fe合金液相中凝集为数μm～25μm直径的大小，并且均匀地分散。
图8是表示1200℃及1100℃各温度下烧结1小时后的N0.8合金烧结体的石墨分散组织的图。图9是表示1000℃的温度下烧结1小时后的No.8合金烧结体的石墨分散组织的图。如图8及图9所示，可知组织中分散的石墨凝集体的其烧结温度越低，越是更均匀地微细化。这是由于，石墨粉末凝集体的尺寸因上述Cu-Al-Fe合金液相的尺寸(αFe-Al-Cu相的尺寸)变小而也变小，和通过固相烧结抑制上述凝集。
图10是表示No.4～No.12的各烧结温度下的石墨粒分散量和拉伸强度的关系的图。拉伸强度从使用了上述试验片的拉伸试验机的试验结果得到。作为烧结温度，自上述Fe-16重量％Al-25重量％Cu合金粉末的液相开始产生的1050℃以上，优选Cu的溶点(1083℃)起，强度迅速改善，但即使对于1050℃以下的固相烧结温度而言，也得到可作为烧结滑动材料利用的足够强度。例如，以现有的含油轴承的压环强度为20kg/mm2以上(拉伸强度：约100N/mm2以上)为参考，可知在以下烧结后的烧结滑动材料中，可以添加9重量％的石墨，在固相烧结后的烧结滑动材料中，可以添加7重量％石墨。另外，在500kg/cm2以上的高表面压力下使用时，优选表面压力3倍的拉伸强度即150N/mm2以上，因此，可知更优选石墨的上限添加量为7重量％，可知更优选具有液相烧结组织的烧结滑动材料。
需要说明的是，由显微威氏硬度计测定上述αFe-Al-Cu相的硬度的结果为Hv330～350，即使是αFe系相，也可以调整为耐密封性优良的硬度。
使用表1、表2的No.15、No.18、No、19、No.52、No.53，调查烧结时的添加说明的反应性。图11是表示1200℃烧结的No.15的组织的图。在使用固溶限以上且不含Cu的Fe50Al、ASC300的Fe合金粉末和Cu粉末和石墨粉末的混合粉末的液相烧结体中，添加石墨尽管添加Cu粉末液相化，但还是在Fe-Al-Cu相中扩散固溶，从而在奥氏体相(γ相)和其晶界形成白色的渗碳体碳化物，从而可知，通过来自烧结温度的N2气体冷却，相变为维氏硬度Hv550以上的马氏体相。
图12(a)、(b)是表示1200℃烧结后的No.18、No.19的烧结体中的组织的图。添加石墨扩散固溶到Fe-Cu相中，因取自烧结温度的N2气体冷却而成为维氏硬度Hv380～430的珠光体组织，通过添加约1重量％的石墨，在Fe-Cu-C相来自的晶界和Cu合金相的界面形成粗大的渗碳体(白色相)。
图13是表示1150℃烧结后的No.52、No.53的烧结体中的组织的图。通过比较No.52和No.53，可知由于添加1.2重量％的石墨，从而析出到高速钢(M2)粒子内的微细的特殊碳化物几乎全部消失，且在其晶界形成了粗大的碳化物(白色相)。另外，在将与这些粗大碳化物及晶界联系的碳化物析出的烧结体作为滑动材料应用时，相对于配合侧滑动材料的破坏性增强，其结果可知，由于其耐烧结性降低，且烧结体的强度也显著劣化，因此，优选通过利用固溶限以上含有Cu的高速钢粉末，防止粗大碳化物的形成，同时使石墨分散。
无论上述的图11～图13中任一种情况下，添加的石墨都与Fe相反应，对粗大的碳化物形成产生作用，与之相对，在与上述的图6～图9的结果比较时，可知固溶限以上含有Cu的Fe-Cu系合金因烧结时在粉末内部产生的Cu合金组成的液相覆盖该粉末粒子表面而防止添加石墨扩散固溶到Fe系合金相中。
另外，该石墨分散结构不限于本实施例中使用的Fe-Al-Cu合金系，也可以应用于固溶限以上含有Cu的宽范围的Fe系合金。使石墨分散到(1)从成本的观点考虑的Fe-Cu-C系、(2)使石墨也分散到使用了粉末粒子内的Fe-Cu-Si-C系(铸铁系)、(3)耐烧结性优良的Fe-Cu-Al系、Fe-Cu-Al-C系、(4)耐磨损性优良的轴承钢、冷轧工具钢、热轧工具钢、高速钢中含有Cu的Fe-Cu-Mo-C系粉末等的烧结材料中，可制造具有自身润滑性且实现长时间的无给脂化的滑动材料及构件。
另外，优选上述Fe-Cu系粉末中预先含有上述的实施例的Fe系烧结滑动材料的Fe系合金相马氏体组织化所需的碳量。再有，特别优选使滑动特性优良的高速钢中含有的M6C型碳化物、WC型碳化物及Cr7C3型碳化物等特殊碳化物微细分散的高合金Fe-Cu-Cr-Mo系及预先分散了石墨的铸铁系粉末中预先含有大量的碳成分。
再有，将Fe-Cu系烧结材料中的Cu合金相调整为耐烧结性优良的青铜、Al青铜等Cu合金组成相对改善具有上述的石墨分散得到的自身润滑性的Fe系烧结滑动材料的滑动特性有好处。另外，优选在Cu合金相中微细地分散上述特殊碳化物、Mo、Mo-Fe化合物。再有，含有上述固溶限以上的Cu的Fe-Cu系烧结材料的液相烧结温度可通过添加降低Cu合金相的液相化温度的合金元素来控制，因此，可进行烧结温度的低温化。
表2中的No.34～No.39调查了Mo粉末的添加作用，添加到10重量％，不会阻害其合金的烧结性。图14是表示No.38合金在1200℃烧结后的组织的图。图15是表示No.39合金在1200℃烧结后的组织的图。图14中，在Cu-Al-Fe合金相中分散Mo，图15中可知，分散形成NiMo系金属间化合物，都构成对耐烧结性改善有利的组织。
另外，No.40～No.42中通过降低Cu合金相的溶点，同时析出金属间化合物来调查将Cu合金相强化的TiH、Mn、Sn添加的影响，但如图2所示，可知Sn显著地使适宜烧结温度降低，Mn、Ti对Cu合金相的强化有作用。
No.26～No.34中，发现与Fe-Al-Cu合金中的Al的时效硬化性，并且调查了优选用于Cu合金相的强化的Ni添加的影响。如表1所示，添加了20重量％Ni，不会显著阻害该烧结材料的烧结性，但例如No.32～No.34，在添加10重量％Ni，并且添加了石墨的情况下，其烧结性被显著地阻害，因此，优选Fe-Al-Cu合金粉末中预先将Ni合金化。
No.43～No.48中，调查了Fe、Cu的配合粉末和固溶限以上含有Cu的Fe-Cu合金粉末中添加了微细的高速钢粉末(M2)的情况下的烧结性和其烧结体组织。如表2所示，可知上述Fe-Al-Cu系的No.46～No.48合金的烧结性优良。
图16是表示No.43、No.44合金在1150℃烧结1小时的烧结组织的图。图17是表示No.45合金在1150℃烧结1小时的烧结组织的图。图18是表示No.48合金在1150℃烧结1小时的烧结组织的图。图19是表示No.47合金在1150℃烧结1小时的烧结组织的图。
在No.43～No.45的配合粉末合金烧结组织中，高速钢粉末按不能识别的方式固溶均质化，添加的石墨也固溶于Fe-Cu合金相中，相变为马氏体相(参照图16及图17)。与之相对，在使用了No.48的Fe-Al-Cu合金粉末的烧结合金的烧结组织中，如图18所示，在αFe-Al-Cu相中明确地分散硬质的高速钢粉末(白色相)。再有，在本来高速钢粉末中分散的特殊碳化物粒成为通过液相烧结时的扩散而成长，同时分散析出到Cu合金相中的特异的组织，可知碳自高速钢中到αFe-Al-Cu相的扩散固溶几乎没有进行。
另外，如No.47，在添加了1.2重量％的石墨时，石墨的一部分与高速钢粉末反应，与αFe-Al-Cu合金粉末相连地提高烧结性，并在该高速钢残余部分散大量的特殊碳化物，但用于碳向αFe-Al-Cu相的扩散固溶几乎未进行，故可知粉末石墨大量残留分散(擦含图19)。另外，同样的结果在取代高速钢粉末而添加了SUS440C合金粉末的No.64～No.66中也被确认。
(实施例2)
本实施例中，使用表3所示的Fe-Cu系合金粉末，分别混合表4所示的Cu粉末10重量％、石墨粉末(上述KS6)1～9重量％、KS6造粒粉末(0.05～1mm)、平均粒径5μm的Mo、平均粒径15μm的MoS2、BN，用与实施例1相同的条件成形，以1050～1200℃真空烧结，将烧结后的材料加工成图20所示的轴承试验用衬套形状，进而真空含浸发动机油W30后供向轴承试验。需要说明的是，在进行轴承试验时，确认含油8体积％以上的润滑油而供给试验。另外，在添加MoS2时，为防止烧结时MoS2反应，而使用预先混合了与石墨等量(重量％)的物质。
表3
轴承试验用Fe-Cu合金粉末组成(重量％)
  C   Cu Al     Si     Mn     Ni     Cr   Mo   W
(A) Fe10Al25Cu   0   24.8 15.9     0.11     0.31     -     -   -   -
(B) Fe20Cu0.6C   0.62   20.2 -     0.15     0.23     2.51     0.21   0.51   -
(C) Fe5Al25Cu0.8C   0.31   24.9 5.15     0.15     0.22     -     0.08   -   -
(D) Fe4.5Si20Cu3C   3.21   20.1 -     3.12     0.35     4.1     1.57   -   -
(E) Fe15Cu4Cr5M35W0.65C   0.91   15.6 -     0.48     0.43     -     4.22   5.31   6.01
表4
轴承试验用Fe-Cu系烧结合金组成(重量％)
45μm
以下                                                                                     kg/cm2 kg/cm2
No. (A)粉末 (B)粉末 (c)粉末 (D)粉末 (E)粉末 M2   4600钢粉末 Fe25P Cu(CE25)   石墨(KS6) 造粒石墨 MoS2 Mo BN P1 P2
 A1   Bal.     10     0   650   -
 A2   Bal.     10     1   800   -
 A3   Bal.     10     2   1200   250
 A4   Bal.     10     4   1650   700
 A5   Bal.     10     6   1800   1000
 A6   Bal.     10     8   1800   1600
 A7   Bal.     10     10   1600   1200
 A8   Bal.     10     2     2   1800   800
 A9   Bal.     10     2   10   1800   400
 A10   Bal.     10     0   4   1800   850
 A11   Bal.   15     10     0   850   -
 A12   Bal.   15     10     4   1800   850
 A13   Bal. 15     10     0   800   -
 A14   Bal. 15     10     4   1800   750
 A15   Bal.     10     0   200   -
 A16   Bal.     10     4   950   350
 A17   Bal.   15     10     4   1200   500
 A18   Bal.     10     3     2   1800   1000
 A19   Bal.     10     4   1600   600
 A20   Bal.     10     0   450   -
 A21   Bal.     10     2   1000   450
 A22   Bal.     10     4   1800   800
 A23   Bal.     15     0   500   -
 A24   Bal.     15     2   1000   300
 A25   Bal.     15     4   1400   600
 A26 15   Bal.     25     0.8   350   -
 A27   1050℃   Bal.   2     0.8   10   800   450
                                                                                        Cu-20Sn溶浸
本轴承试验中，使用图21所示的试验装置，在固定于装置上的图20所示的形状的轴承衬套101的内面设置轴承轴102，使其摆动旋转，同时改变对于轴承衬套101的自上方的负荷W，进行轴承衬套101和轴承轴102之间作用的表面压力的变更。轴承轴102的外径比轴承衬套101的内径小，成为对应实际的轴承装置的外径，对S55C碳钢表面进行高频淬火、退火，调整表面硬度为HRC55。设轴承轴102的摆动角度为160°，将表面压力按每50kgf/cm2重复摆动次数2000循环后升压，同时以此时的摩擦系数急速上升到0.25以上的表面压力前的表面压力为界限表面压力进行评价，摩擦系数通过由热电偶103测定的轴承衬套101的摩擦产生的发热的温度和摩擦系数的相关关系求取。另外，最大表面压力为1800kgf/cm2，轴承轴102相对于轴承衬套101的平均滑动速度为0.8m/min。
表4中记载有上述界限表面压力，记载了P1含油、P2不含油的条件下的界限表面压力。由于整体含油，从而确认了耐烧结性显著改善。
自表4中的A1～A7合金界限表面压力的结果可知，石墨添加的自身润滑性自1重量％开始发现，但通过添加2重量％以上的石墨，耐烧结性更显著。通过添加10重量％以上的石墨，耐烧结性开始稍微劣化，认为这是因烧结体强度开始不足造成的。
另外，自A8～A10合金的结果表明，通过添加固体润滑性比石墨优良的MoS2、BN，耐烧结性进一步改善，特别是不含油的P2界限表面压力更显著改善。另外，A9的Mo是作为防止烧结滑动材料的强度劣化的固体润滑剂添加的，但可知在含油烧结材料中确认相对于耐烧结性有显著改善效果。
另外，自A11～A14合金的结果表明，确认到高速钢粉末的添加得到的耐烧结性的改善与Mo的情况相同，在含油烧结材料中显著。
另外，A15～A18的合金是以金属基体为Fe-Cu-C系的马氏体相的合金，A19合金是以金属基体为Fe-Cu-Al-C系的马氏体相的合金，A20～A22合金是以金属基体为Fe-Cu-Si-C系的马氏体相并在该马氏体中析出了微细的石墨的合金，A23～A25合金是以金属基体为Fe-Cu-Cr-Mo-W-C系的马氏体相并在该马氏体相中析出了微细的M6C型、MC型特殊碳化物的合金。从A15～A25各合金的界限表面压力可知，显著受到金属基体的影响，特别是越改善上述金属基体的耐烧结性，发现石墨、MoS2、BN、Mo等固体润滑剂的自身润滑性更有效。另外，从改善耐磨损性和烧结材料强度的观点看，优选上述金属基体为马氏体相。在与配合侧滑动材料的磨合性重要的情况下，优选预先含有表3(A)粉末这样的较软质的αFe相及碳、和使用(B)、(C)、(D)粉末的热处理性对例如珠光体、贝氏体及上述马氏体相进行退火处理，实施金属基体的硬度调整。
另外，本发明不限于上述的实施方式及实施例，在不脱离本发明宗旨的范围内，可进行各种变更实施。

Claims (42)

1.一种烧结材料，其是含有第一物质及第二物质的第三物质系的烧结材料，其特征在于，具备：
将混合了含有固溶限以上的第一物质的第三物质系粉末、和由第二物质构成的粉末的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
由分散于所述烧结材料中的第二物质构成的粒子，
所述第二物质与所述第一物质不发生反应，
所述第三物质与所述第一物质及所述第二物质分别发生反应。
2.如权利要求1所述的烧结材料，其特征在于，所述烧结组织是以所述第一物质为主体的液相产生而进行烧结的液相烧结组织。
3.一种Fe系烧结滑动材料，其含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C，其特征在于，具备：
将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中的至少一种的Fe合金粉末、和石墨粉末进行混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动材料中的石墨粒子。
4.一种Fe系烧结滑动材料，其含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C，其特征在于，具备：
将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中的至少一种的Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中的至少一种的粉末进行混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动材料中的石墨粒子。
5.如权利要求3或4所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述烧结组织是以Cu为主体的Cu合金液相产生而进行烧结的液相烧结组织。
6.如权利要求3～5中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述石墨粒子的平均粒径为1μm以上50μm以下。
7.如权利要求3～6中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，在所述混合粉末中还混合选自BN粉末、Mo粉末、W粉末、Pb粉末、MnS粉末、TiS粉末、CaF2粉末、MoS2粉末、及WS2粉末中的一种或多种粉末，
所述一种或多种粉末和所述石墨粒子以1重量％以上14重量％以下的总计含量分散于所述烧结滑动材料中。
8.如权利要求3～6中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，在所述混合粉末中还混合表面由碳类或石墨类材料涂敷的MoS2粉末及WS2粉末中的至少一种，
所述至少一种的粉末和所述石墨粒子以1重量％以上14重量％以下的总计含量分散于所述烧结滑动材料中。
9.如权利要求3～8中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述Fe-Cu-C系合金粉末含有1重量％以上5重量％以下的C、和0.5重量％以上7重量％以下的Si及0.5重量％以上7重量％以下的Ni中的至少一个，在所述Fe-Cu-C系合金粉末的Fe合金相中析出分散有石墨。
10.如权利要求3～8中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述Fe合金粉末中含有3重量％以上20重量％以下的Al。
11.如权利要求3～8中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述Fe-Cu-C系合金粉末含有从0.25重量％以上3.5重量％以下的C、和1重量％以上25重量％以下的Cr、超过0重量％在15重量％以下的Mo、超过0重量％在21重量％以下的W及超过0重量％在7重量％以下的V中选出的一种以上，析出分散有M7C3型碳化物、M6C型碳化物、M2C型碳化物及MC型碳化物中一种以上的碳化物。
12.如权利要求3～8中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，也可以使用选自下述(1)～(5)的合金粉末组中的两种以上的合金粉末代替所述至少一种的Fe合金粉末：(1)固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末；(2)固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末；(3)含有1重量％以上5重量％以下的C和0.5重量％以上7重量％以下的Si及0.5重量％以上7重量％以下的Ni中的至少一个、且析出分散有石墨的Fe-Cu-C系合金粉末；(4)含有3重量％以上20重量％以下的Al的Fe-Cu系合金粉末及Fe-Cu-C系合金粉末中的至少一种的Fe合金粉末；(5)含有0.25重量％以上3.5重量％以下的C、和1重量％以上25重量％以下的Cr、超过0重量％在15重量％以下的Mo、超过0重量％在21重量％以下的W及超过0重量％在7重量％以下的V中的一种以上、且析出分散有M7C3型碳化物、M6C型碳化物、M2C型碳化物及MC型碳化物中的一种以上的碳化物的Fe-Cu-C系合金粉末。
13.如权利要求3～10中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，在所述烧结滑动材料中的Fe合金相及Cu合金相中的至少一个相中，分散有0.5体积％以上30体积％以下的选自M7C3型碳化物及MC型碳化物中的一种以上的平均粒径为5μm以下的碳化物。
14.如权利要求3～13中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述Fe合金粉末的粒径微细化至75μm以下。
15.如权利要求3～14中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，在所述烧结滑动材料中分散有1重量％以上10重量％以下的选自石墨粒子、BN粒子、MoS2粒子中的一种以上的平均粒径为0.05mm以上1mm以下的粒子。
16.如权利要求3～15中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述烧结滑动材料具有铁素体组织、马氏体组织、贝氏体组织、索氏体组织及珠光体组织中的一种以上的组织。
17.如权利要求3～16中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，在所述烧结滑动材料中含有C、Si、Al、Mn、Ni、Cr、Mo、V、W、Co、Sn、Ca、Mg、Ag、Pb、S、P、N、B、Nb、Ti及Zr中的一种以上。
18.如权利要求3～16中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，在所述混合粉末中还混合有选自0.1重量％以上5重量％以下的Sn、0.1重量％以上5重量％以下的Ti、0.1重量％以上3重量％以下的Si、0.1重量％以上1.5重量％以下的P、0.1重量％以上10重量％以下的Pb、0.1重量％以上10重量％以下的Mn、0.1重量％以上1 0重量％以下的Ni、0.1重量％以上10重量％以下的Co、0.1重量％以上10重量％以下的Ag中的一种以上的金属粉末或含有所述金属的母合金粉末。
19.如权利要求3～15中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述烧结滑动材料的Fe合金相中的马氏体相中固溶有0.2重量％以上0.8重量％以下的碳。
20.如权利要求3～15中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述烧结滑动材料的Fe合金相中固溶有0.2重量％以上1.2重量％以下的碳，所述Fe合金相的一部分或全部成为珠光体组织。
21.如权利要求3～15中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述烧结滑动材料的马氏体相的硬度为维氏硬度Hv450以上，将所述马氏体相中的残留奥氏体相调整为40体积％以下。
22.如权利要求10所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述Fe-Cu-C系合金粉末的Fe-Cu-Al-C系Fe合金相以铁素体相为主体，含有3重量％以上20重量％以下的Ni、3重量％以上20重量％以下的Mn、及3重量％以上20重量％以下的Co中的一种以上，所述铁素体相的硬度为维氏硬度Hv450以上。
23.如权利要求3～22中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述烧结滑动材料中的Cu合金相中含有5重量％以上20重量％以下的Al，所述Cu合金相具有Cu-Al系β相或γ相化合物。
24.如权利要求3～23中任一项所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述烧结滑动材料具有烧结气孔及多孔质石墨，所述烧结气孔及所述多孔质石墨的总计含量为5体积％以上50体积％以下，分别在所述烧结气孔及所述多孔质石墨中充填有润滑油或润滑组成物。
25.如权利要求24所述的Fe系烧结滑动材料，其特征在于，所述润滑组成物的滴点为60℃以下。
26.一种滑动构件，其具备轴套和固定于该轴套上的烧结滑动体，其特征在于，
所述烧结滑动体是含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体，其具备：
将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中的至少一种的Fe合金粉末、和石墨粉末进行混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动体中的平均粒径为1μm以上50μm以下的石墨粒子。
27.一种滑动构件，其具备轴套和固定于该轴套上的烧结滑动体，其特征在于，
所述烧结滑动体是含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体，其具备：
将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中的至少一种的Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中的至少一种的粉末进行混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动体中的平均粒径为1μm以上50μm以下的石墨粒子。
28.如权利要求26或27所述的滑动构件，其特征在于，所述烧结组织是以Cu为主体的Cu合金液相产生而进行烧结的液相烧结组织。
29.如权利要求26～28中任一项所述的滑动构件，其特征在于，所述烧结滑动体通过烧结接合、烧结熔融接合、钎焊、铆接、嵌合、压入、粘结、螺栓连结及铆钉接合中的任一种固定于所述轴套上。
30.如权利要求26～29中任一项所述的滑动构件，其特征在于，在所述烧结滑动体的滑动面部位形成凹部，并且在所述凹部内充填由润滑油和蜡类构成的润滑性组成物、润滑性树脂、固体润滑剂、及由固体润滑剂和蜡类构成的润滑性组成物中的任一个。
31.一种连结装置，其特征在于，具备：
由具备轴套和固定于该轴套上的烧结滑动体的由权利要求26～28中任一项所述的滑动构件构成的轴承；
作为与所述轴承组合的配合侧滑动构件的轴承。
32.如权利要求31所述的连结装置，其特征在于，其作为作业机、运输机组、履带式下部行驶体上的连结杆、同下部行驶体上的运输装置、支承推土机的车身的均衡器、翻斗车的吊架装置、移动座椅、阀导承、及阀座中的任一个的连接部位的连结装置使用。
33.一种Fe系烧结滑动材料的制造方法，该Fe系烧结滑动材料含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C，该制造方法的特征在于，包括：
准备固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中的至少一种的Fe合金粉末、和石墨粉末的工序；
将所述准备工序中准备的粉末混合的工序；
将所述混合工序中得到的混合粉末固化形成成形体的工序；
烧结所述成形体的工序。
34.一种Fe系烧结滑动材料的制造方法，该Fe系烧结滑动材料含有5重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C，该制造方法的特征在于，包括：
准备固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末、及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中的至少一种的Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中的至少一种粉末的工序；
将所述准备工序中准备的粉末混合的工序；
将所述混合工序中得到的混合粉末固化形成成形体的工序；
烧结所述成形体的工序。
35.如权利要求33或34所述的Fe系烧结滑动材料的制造方法，其特征在于，烧结所述成形体的工序是以Cu为主体的Cu合金液相产生而进行烧结的液相烧结工序。
36.如权利要求33～35中任一项所述的Fe系烧结滑动材料的制造方法，其特征在于，分别在所述Fe-Cu系合金粉末及Fe-Cu-C系合金粉末中含有选自C、Si、Al、Mn、Ni、Cr、Mo、V、W、Co、Sn、Ca、Mg、Ag、Pb、S、P、N、B、Nb、Ti及Zr中的一种以上。
37.如权利要求33～36中任一项所述的Fe系烧结滑动材料的制造方法，其特征在于，所述石墨粉末的平均粒径为1μm以上50μm以下，其平均粒径分别比所述Fe-Cu系合金粉末及所述Fe-Cu-C系合金粉末小，所述石墨粉末相对于所述混合粉末含有1重量％以上10重量％以下。
38.如权利要求33～37中任一项所述的Fe系烧结滑动材料的制造方法，其特征在于，在所述准备工序中还准备选自BN粉末、Mo粉末、W粉末、MnS粉末、TiS粉末、CaF2粉末、MoS2粉末及WS2粉末中的一种或多种粉末，
所述一种或多种粉末和所述石墨粉末的合计含量相对于所述混合粉末为1重量％以上14重量％以下。
39.如权利要求33～37中任一项所述的Fe系烧结滑动材料的制造方法，其特征在于，在所述准备工序中还准备表面由石墨系材料涂敷的MoS2粉末及WS2粉末中的至少一种粉末，
所述至少一种的粉末和所述石墨粉末的总计含量相对于所述混合粉末为1重量％以上14重量％以下。
40.如权利要求33～39中任一项所述的Fe系烧结滑动材料的制造方法，其特征在于，在所述准备工序中，还准备选自0.1重量％以上5重量％以下的Sn、0.1重量％以上5重量％以下的Ti、0.1重量％以上3重量％以下的Si、0.1重量％以上1.5重量％以下的P、0.1重量％以上10重量％以下的Mn、10重量％以下的Ni、0.1重量％以上10重量％以下的Co中一种以上的金属或含有所述金属的母合金粉末。
41.一种滑动构件的制造方法，其特征在于，包括：
通过在轴套上散布并液相烧结构成烧结滑动体的混合粉末，从而在所述轴套上接合所述烧结滑动体的工序；
对所述烧结滑动体施加机械压力而进行再烧结的工序，
所述烧结滑动体是含有10重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％的C的Fe系烧结滑动体，其具备：
将固溶限以上且含有10重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末及固溶限以上且含有10重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中的至少一种的Fe合金粉末、和石墨粉末进行混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动体中的平均粒径为1μm以上50μm以下的石墨粒子。
42.一种滑动构件的制造方法，其特征在于，包括：
通过在轴套上散布并液相烧结构成烧结滑动体的混合粉末，从而在所述轴套上接合所述烧结滑动体的工序；
对所述烧结滑动体施加机械压力而进行再烧结的工序，
所述烧结滑动体是含有10重量％以上50重量％以下的Cu及1重量％以上15重量％以下的C的Fe系烧结滑动体，其具备：
将固溶限以上且含有5重量％以上低于50重量％的Cu的Fe-Cu系合金粉末及固溶限以上且含有2重量％以上低于50重量％的Cu和超过0重量％在5重量％以下的C的Fe-Cu-C系合金粉末中的至少一种的Fe合金粉末、和石墨粉末、和Cu粉末及Cu合金粉末中的至少一种的粉末进行混合，将混合后的混合粉末烧结而形成的烧结组织；
以1重量％以上14重量％以下或3体积％以上50体积％以下的含量分散于所述烧结滑动体中的平均粒径为1μm以上50μm以下的石墨粒子。
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