CN104884827B - 滑动轴承组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供降低Cu的使用量而降低制造成本且使对基体的固接性高的硫化物分散的建筑机械的接头用的滑动轴承组件。本发明是用于建筑机械的接头的滑动轴承组件，至少由轴和作为滑动轴承的铁类烧结件所组成的轴衬构成，关于轴衬的整体组成构成为，按质量比计量，Cu：0.1~10%，C：0.2~1.2%，Mn：0.03~0.9%，S：0.36~1.68%，剩余部分：Fe和不可避免的杂质，示出在以马氏体组织为主的基体中气孔分散且硫化物粒子析出并分散的金属组织，硫化物粒子相对于基体而以1~7 %体积的比例分散。

Description

滑动轴承组件

技术领域

本发明涉及利用粉末冶金法的滑动轴承组件，尤其是，涉及在高表面压力下使用的建筑机械的接头用的滑动轴承组件。

背景技术

一般而言，建筑机械的液压挖掘机的接头或起重机的臂支撑接头，插入轴承的轴在既定的转动角度的范围内重复地相对地摇动，承受60MPa以上的高表面压力。因此，作为这种轴承组件，使用利用耐磨损性优异的材料的滑动轴承组件，使粘度高的润滑油或润滑脂、蜡等介入滑动面而使用。在这样的滑动轴承组件中，由于即使在高表面压力下使用，也通过防止金属接触，从而抑制磨损而得到顺利的轴承作用，因而要求润滑油向滑动面的供给变得充分。因此，碳钢的热处理品或高强度黄铜等材料适用于滑动轴承组件所使用的轴衬，近年来，如例如专利文献1等所记载的含有10~30%重量的Cu的烧结材料的适用也具体化。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平11-117940号公报。

发明内容

发明要解决的课题

通常，如果在用于滑动轴承组件的轴衬的铁基烧结合金中含有大量Cu，则软质的铜相或铜合金相分散于铁基体中，由此，能够缓和对对方部件的攻击性并适度地变形，因而与对方部件的融合性提高。另一方面，如果铜相或铜合金相分散于铁基体中，则铁基烧结合金的强度下降。另外，近年来，由于铜基体金属的价格上涨，因而在像专利文献1那样使用10~30%重量的Cu的技术中，制造成本变得较贵而不实用。

然而，如果减少Cu的含有量，则分散于铁基体中的铜相或铜合金相变少，产生耐磨损性下降且对对方部件的攻击性提高等问题。

与此相对的是，存在将硫化锰粉末添加于原料粉末而使硫化锰相分散于基体中的技术，但在该技术中，硫化锰对基体的固接性低，在滑动时有可能脱落，并且，硫化锰粉末阻碍原料粉末的烧结，因而烧结合金的强度变低。

出于这些问题，本发明的目的在于，提供降低Cu的使用量而降低制造成本并使对基体的固接性高的硫化物分散的建筑机械的接头用的滑动轴承组件。

用于解决课题的方案

本发明的滑动轴承组件是用于建筑机械的接头的滑动轴承组件，其特征在于，至少由轴和作为滑动轴承的铁类烧结件所组成的轴衬构成，轴衬的整体组成构成为，按质量比计量，Cu：0.1~10%，C：0.2~1.2%，Mn：0.03~0.9%，S：0.36~1.68%，剩余部分：Fe和不可避免的杂质，示出在以马氏体组织为主的基体中气孔分散且硫化物粒子析出并分散的金属组织，硫化物粒子相对于基体而以1~7%体积的比例分散。

以下，关于本发明的滑动轴承组件的轴衬，将数值限定的根据与本发明的作用一起说明。此外，在以下的说明中，“%”意味着“%质量”。本发明的滑动轴承组件的轴衬以强度比Cu更高的Fe作为主要成分，以基体组织作为铁基体(铁合金基体)。轴衬的金属组织作为硫化物和气孔分散于该铁基体中的组织。铁基体由铁粉末形成。而且，气孔起因于粉末冶金法而产生，对原料粉末进行压粉成形时的粉末之间的空隙残留于通过原料粉末的结合而形成的铁基体中。

一般而言，铁粉末起因于制法而含有0.03~1.0%左右的Mn，因此，铁基体含有微量的Mn。而且，通过供给S，从而能够作为固体润滑剂而使硫化锰等硫化物粒子析出于基体中。在此，由于硫化锰微细地析出于基体中，因而对改善切削性有效果，但对于有助于滑动特性，由于过于微细，因而滑动特性改善效果小。因此，在本发明中，除了与在基体中微量地含有的Mn反应的部分的S之外，进一步赋予S，使该S与作为主要成分的Fe结合而形成硫化铁(FeS)。因此，析出于基体中的硫化物粒子以通过作为主要成分的Fe而生成的硫化铁为主，一部分成为通过作为不可避免的杂质的Mn而生成的硫化锰。

硫化铁是作为固体润滑剂而适合于提高滑动特性的大小的硫化物粒子，与作为基体的主要成分的Fe结合而形成，因而能够均匀地析出并分散于基体中。

如上所述，在本发明中，除了与基体中所含有的Mn结合的S之外，进一步供给S，使该S与作为基体的主要成分的Fe结合而使硫化物析出。但是，如果析出并分散于基体中的硫化物粒子的量低于1%体积，则未得到充分的润滑作用，滑动特性下降。另一方面，随着硫化物粒子的量增加，轴衬的润滑作用提高，但硫化物的量相对于基体而过多，轴衬的强度下降。因此，为了得到耐受60MPa的高压的强度，有必要使硫化物粒子的量成为7%体积以下。即，基体中的硫化物粒子的量相对于基体而成为1~7%体积。

为了得到以该量的硫化铁为主体的硫化物，S量在整体组成中为0.36~1.68%质量。如果S量低于0.36%质量，则难以得到期望的量的硫化物粒子，如果超过1.68%质量，则硫化物粒子过剩地析出。

S以容易分解的硫化铁粉末的形态赋予，通过将硫化铁粉末添加至以铁粉末为主体的原料粉末中而赋予。在该情况下，硫化铁粉末在烧结时分解，由此，供给S，S与硫化铁粉末的周围的Fe结合而生成FeS，并且，在与Fe之间产生共晶液相，成为液相烧结而促进粉末粒子之间的晶颈的生长。另外，从该共晶液相起，S在铁基体中均匀地扩散，S的一部分与铁基体中的Mn结合，作为硫化锰而析出于铁基体中，并且，残余的S作为硫化铁而析出于铁基体中。

这样，关于硫化锰和硫化铁等硫化物，使基体中的Mn或Fe与S结合而析出于铁基体中，因而与添加硫化物而分散的现有的方法相比而均匀地分散。另外，由于硫化物析出并分散，因而牢固地固接于基体，在滑动时不容易脱落，长期发挥优异的滑动特性。

而且，如上所述，成为液相烧结，并且，原料粉末彼此的扩散良好地进行，因而铁基体的强度提高，铁基体的耐磨损性提高。所以，关于本发明的滑动轴承组件的轴衬，不仅牢固地固接于气孔中和粉末晶粒边界，而且还牢固地固接于基体的固体润滑剂均匀地分散于基体中，滑动特性和基体强度改善，耐磨损性提高。

本发明的滑动轴承组件的轴衬，即使在60MPa的高表面压力下，也能够使用，因而铁基体作为以马氏体为主体的金属组织。在此，所谓以马氏体为主体的金属组织，意味着，按截面面积率计量，铁基体的60%以上成为马氏体，优选为80%以上。即，马氏体是硬且强度高的组织，通过由这样的马氏体构成基体组织的60%以上，从而即使在高表面压力作用的滑动条件下，也能够防止基体的塑性变形而得到良好的滑动特性。最优选使基体组织的全部成为马氏体，但铁基体的一部分也可以成为索氏体、屈氏体、贝氏体等的金属组织。

在图1中示出本发明的滑动轴承组件的轴衬的金属组织的一个示例。图1(a)是金属组织照片，图1(b)是使图1(a)的金属组织照片中的硫化物的位置成为灰色且使气孔的位置成为黑色而示出的示意图。在图1(b)中，白色的部分是基体组织的部分，如从图1(a)的金属组织照片所得知，该部分成为马氏体相。关于硫化物(灰色部分)，得知，一部分存在于气孔中，但大部分分散于基体中，析出并分散于基体中。

在本发明的滑动轴承组件的轴衬中，为了强化铁基体，使Cu和C固溶于铁基体而用作铁合金。Cu固溶于铁基体而有助于铁基体的强化。为了强化该基体，Cu量需要成为0.1%质量以上。另外，如果使Cu量成为3.5%质量以上，则过饱和的Cu作为软质的Cu相而析出并分散于基体中，因而能够缓和对对方件的攻击性。另外，由析出于Fe基体中的Cu在周围的Fe与Cu之间形成成为硫化物的析出的起点的界面。因此，由于含有Cu而导致硫化物更容易析出并分散于基体中，硫化物不是存在于气孔中那样的形态，而是成为牢固地密合并分散于基体的形态。但是，如果Cu量过多，则强度低的铜相大量地分散，因而轴衬的强度下降。因此，使Cu量的上限成为10%质量。

上述的Cu，如果以固溶于Fe的铁合金粉末的形态赋予，则原料粉末变硬，压缩性受损。因此，Cu以铜粉末的形态赋予。铜粉末在烧结时产生Cu液相而润湿并覆盖于铁粉末，在铁粉末中扩散。因此，即使将Cu以铜粉末的形态赋予，也与作为向铁基体的扩散速度快的元素互相结合，Cu在铁基体中以某种程度均匀地扩散。

此外，在铜相分散于基体组织中的情况下，其一部分有时候成为铜硫化物。在这样的铜硫化物分散于基体中的情况下，与铜硫化物分散相应地，铁硫化物的量减少，但由于铜硫化物也具有润滑作用，因而可以不对滑动特性造成影响。

C是为了固溶于铁基体而强化铁基体并使基体组织成为马氏体组织而使用的。如果C量不足，则强度低的铁素体分散于基体组织中，强度和耐磨损性下降。因此，使C量成为0.2%质量以上。另一方面，如果添加量过多，则较脆的渗碳体以网络状析出，不能耐受60MPa的高压。因此，将C量的上限设为1.2%质量。上述的C，如果以固溶于Fe的铁合金粉末的形态赋予，则原料粉末变硬，压缩性受损。因此，C以石墨粉末的形态赋予。

将以上的各粉末，即(1)含有0.03~1.0%质量的Mn且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的铁粉末、(2)铜粉末、(3)石墨粉末、(4)硫化铁粉末以整体组成按质量比计量为Cu：0.1~10%、C：0.2~1.2%、Mn：0.03~0.9%、S：0.36~1.68%、剩余部分：成为Fe和不可避免的杂质的方式添加并混合而得到的混合粉末用作原料粉末，对该原料粉末进行成形、烧结以及热处理，由此，能够制造本发明的滑动轴承组件的轴衬。

关于成形，通过一直以来进行的压模法而成形为成形体，压模法即这样的方法：在通过将原料粉末填充于由具有造型出制品的外周形状的模孔的金属模具、与金属模具的模孔滑动自由地嵌合并造型出制品的下端面的下冲头以及根据需要而造型出制品的内周形状或缩凹部的芯棒形成的空腔并造型出制品的上端面的上冲头和该下冲头而对原料粉末进行压缩成形之后，从金属模具的模孔拔出。

将所得到的成形体在烧结炉中在1000~1200℃的范围内烧结。此时的加热温度，即烧结温度对烧结的进行和元素的扩散造成重要的影响。在此，如果烧结温度低于1000℃，则Cu液相的产生量不足，难以得到期望的金属组织。另一方面，如果烧结温度比1200℃更高，则液相产生量过多，容易发生烧结体的模具变形。因此，烧结温度优选为1000~1200℃。

为了使基体组织的过半成为马氏体组织，对所得到的烧结体进行淬火。如一直以来进行那样，在将烧结体加热至奥氏体相变温度以上之后，在油中或水中骤冷，由此，进行淬火。关于淬火时的加热温度，820~1000℃是适当的。另外，气氛使用非氧化性气氛，也可以是渗碳性气氛。

经淬火处理的烧结体由于淬火处理而导致应变过度地蓄积，成为较硬且较脆的金属组织。因此，如一直以来进行那样，对淬火处理后的烧结体再度进行在150~280℃的范围内加热并冷却至常温的回火处理。如果进行这样的回火处理，则缓和内部应力，不使烧结体的硬度下降，就能够除去由于淬火处理而产生的应变。此时，如果回火的加热温度不足150℃，则应变的除去变得不完全，如果超过280℃，则低碳马氏体容易分解成铁素体和渗碳体，硬度下降。

通过上述而得到的本发明的滑动轴承组件的轴衬，在过半为马氏体的基体中，硫化物粒子析出并分散。硫化物主要作为硫化铁而分散，一部分作为硫化锰、硫化铜而分散。这些硫化物粒子有助于滑动特性优异的轴衬的滑动特性的提高。此外，在原料粉末的Cu为3.5%质量以上的情况下，铜相进一步分散于基体中，对对方件的攻击性进一步下降。另外，由于成为液相烧结，并且，原料粉末彼此的扩散良好地进行，因而铁基体的强度提高，铁基体的耐磨损性提高。所以，不仅牢固地固接于气孔中和粉末晶粒边界，而且还牢固地固接于基体的固体润滑剂均匀地分散于基体中，滑动特性和基体强度改善，耐磨损性提高。

此外，本发明的滑动轴承组件的轴的材质能够列举例如S45C。具备这样的轴和上述的轴衬的滑动轴承组件适合于表面压力为60MPa以上且周速为最大速度1.2~3m／分钟的滑动环境下的使用。

发明的效果

依据本发明，能够得到降低Cu的使用量而降低制造成本并使对基体的固接性高的硫化物分散的建筑机械的接头用的滑动轴承组件。

附图说明

图1是本发明的滑动轴承组件的轴衬的金属组织的一个示例，图1(a)是金属组织照片，图1(b)是示出图1(a)的金属组织照片中的硫化物的位置的示意图。

图2是示出烧接时间相对于整体组成中的S量的关系的图表。

图3是示出拉伸强度相对于整体组成中的S量的关系的图表。

图4是示出烧接时间和拉伸强度相对于整体组成中的C量的关系的图表。

具体实施方式

将硫化铁粉末(S量：36.48%质量)、铜粉末以及石墨粉末以表1所示的比例添加并混合于含有0.3%质量的Mn的铁粉末，得到原料粉末。然后，将原料粉末在600MPa的成形压力下成形，分别制作外径75mm、内径45mm、高度51mm的环形状的成形体和10mm×10mm×100mm的棱柱形状的成形体。接下来，在非氧化性气体气氛中，在1130℃下烧结，然后，在渗碳气体气氛中，在850℃下保持之后进行油冷，进一步在180℃下进行回火处理，制作样品号码01~39的烧结部件的样品。在表1中同时示出这些样品的整体组成。

对所得到的样品进行截面组织观察，使用图像分析软件(三谷商务股份有限公司制WinROOF)来测定硫化物的面积和马氏体相的面积的比例。在表1中同时示出这些结果。此外，马氏体相的面积的比例在表1中标记为“Mt相”。

另外，环形状的烧结部件在真空浸渍于相当于ISOVG 460(40℃下的运动粘度460cSt)的润滑油之后，使用车床来加工成外径70mm、内径50mm、高度50mm。然后，将JIS规格所规定的SCM435H的调质件用作对方件，由轴承试验机测定烧接时间。具体而言，轴承试验将环形状的烧结部件固定于壳体，将作为对方件的轴插入其内周。对轴施加径向方向的负荷，将表面压力设为60MPa，在角度为60度的范围内，以滑动速度为每1分钟2.0m的速度摇动旋转。在摆运动的末端位置，分别休止0.5秒钟。而且，将超过摩擦系数0.3的状态判断为烧接，以到成为烧接状态为止的滑动时间作为烧接时间而测定。关于该结果，也同时在表1中示出。

而且，关于棱柱形状的烧结部件，机械加工成JIS Z2201所规定的10号试验片的形状而制成拉伸试验片，通过JIS Z 2241所规定的方法而使用岛津制作所制造的自动绘图仪来测定拉伸强度。关于这些结果，也同时在表1中示出。

[表1]

关于表1的样品号码01~33的样品，在图2中示出烧接时间相对于整体组成中的S量的关系。根据图2，在Cu量为0.1%质量、5.0%质量以及10.0%质量的任一个的情况下，关于S量为0.18%质量和0.27%质量的样品，硫化物的析出都不足，烧接时间短至2小时以下，但关于S量为0.36%质量的样品，与S量为0.18%质量和0.27%质量的样品相比，烧接时间显著地增加。另外，在任一个Cu量的情况下，都是到S量为1.68%质量为止，随着S量的增加，烧接时间增加的倾向，但如果S量超过1.68%质量，则即使使S量增加，烧接时间也不进一步增加。

另外，如果比较Cu量为0.1%质量、5.0%质量以及10.0%质量的样品，则Cu量越多的样品，烧接时间越长，Cu导致的基体强化的效果越显著。但是，得知，即使在Cu量为0.1%质量的样品中，也通过使金属硫化物分散，从而能够使烧接时间提高，十分经得起实际使用。

关于表1的样品号码01~33的样品，在图3中示出拉伸强度相对于整体组成中的S量的关系。根据图3，在Cu量为0.1%质量、5.0%质量以及10.0%质量的任一个的情况下，都示出随着S量增加，拉伸强度下降的倾向。尤其是，在S量超过1.68%质量的样品中，在任一个Cu量的情况下，都示出拉伸强度显著地下降的倾向。

另外，如果比较Cu量为0.1%质量、5.0%质量以及10.0%质量的样品，则5.0%质量示出最高的拉伸强度，如果超过5.0%质量，则示出拉伸强度下降的倾向。Cu量为10.0%质量的样品仍是能够实际使用的拉伸强度，但考虑到如果Cu量超过10.0%质量，则拉伸强度进一步下降，因而Cu量应该为10.0%质量以下。

根据以上，确认，出于润滑性和强度的点，整体组成中的S量应该为0.36~1.68%质量。在此，关于S量为0.36%质量的样品的硫化物的面积比，在Cu量为0.1%质量、5.0%质量以及10.0%质量的任一个的情况下，按截面面积率计量，都成为1%。另外，在任一个Cu量的情况下，关于S量为1.68%质量的样品，硫化物的面积比都成为7%。由此得知，在硫化物的面积比为1~7%的范围内，润滑性良好，而且，强度未显著地下降。另外，确认，在Cu量为0.1~10.0%质量的范围内，得到良好的强度。

关于表1的样品号码18、34~39的样品，在图4中示出烧接时间和拉伸强度相对于整体组成中的C量的关系。根据图4，关于C量为0%质量的样品，基体的强度低，烧接时间为0小时而立即烧接，但关于C量为0.2%质量的样品，基体被强化，烧接时间显著地提高。另外，示出随着C量的增加，烧接时间延长，直到C量为1.2%质量为止的倾向，但关于C量超过1.2%质量的样品，示出相反地烧接时间变短的倾向。

关于拉伸强度，C量为0%质量的样品，基体的强度低，拉伸强度成为低值。另一方面，关于C量为0.2%质量的样品，基体被强化，拉伸强度提高。另外，示出随着C量的增加，拉伸强度增加，直到C量为0.6%质量为止的倾向。然而，如果C量超过0.6%质量，则示出拉伸强度下降的倾向，关于C量超过1.2%质量的样品，拉伸强度显著地下降。

由这些结论得知，整体组成中的C量应该为0.2~1.2%质量。

Claims (3)

1.一种滑动轴承组件，是用于建筑机械的接头的滑动轴承组件，

至少由轴和作为滑动轴承的铁类烧结件所组成的轴衬构成，

所述轴衬的整体组成构成为，按质量比计量，Cu：0.1~10%，C：0.2~1.2%，Mn：0.03~0.9%，S：0.36~1.68%，剩余部分：Fe和不可避免的杂质，示出在以马氏体组织为主的基体中气孔分散且硫化物粒子均匀地析出并分散于所述基体中的金属组织，所述硫化物粒子以作为所述基体的主要成分的Fe与所述S结合而生成的硫化铁为主，相对于所述基体而以1~7%体积的比例分散。

2.根据权利要求1所述的滑动轴承组件，其特征在于，所述马氏体组织按截面面积率计量而占据所述基体的80%以上。

3.根据权利要求1所述的滑动轴承组件，其特征在于，在表面压力为60MPa以上且周速为最大速度1.2~3m／分钟的滑动环境下使用。