CN113396234A - 滑动轴承用铝合金以及滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够减少滑动轴承中的凝结的发生的技术。本发明的滑动轴承用铝合金含有0质量％以上且10.0质量％以下的Sn和0质量％以上且5.0质量％以下的Si，含有0质量％以上且2.0质量％以下的Cu作为固溶强化成分，含有0.05质量％以上且0.35质量％以下的Cr、0.05质量％以上且1.5质量％以下的Mn和0.05质量％以上且0.3质量％以下的Zr中的至少一种作为析出强化成分，含有2.3质量％以上且6.0质量％以下的Ag，Ag的一部分固溶，剩余部分析出，余量由不可避免的杂质和Al构成。

Description

滑动轴承用铝合金以及滑动轴承

技术领域

本发明涉及滑动轴承用铝合金以及滑动轴承。

背景技术

已知一种滑动轴承用铝合金，其含有Mg、Ag和Cu作为固溶强化成分，并含有Cr、Mn和Zr中的至少一种作为析出强化成分，余量由不可避免的杂质和Al构成(参照专利文献1)。在专利文献1中，能够通过固溶强化对合金进行强化，因此能够抑制硬质颗粒的含量。其结果是，能够抑制硬质颗粒中的摩擦热，提高耐烧结性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-172215号

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在专利文献1中，存在在亲合过程中发生向对象轴的凝结这样的问题。另外，存在因凝结的发生而使耐烧结性降低这样的问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够减少凝结的发生的技术。

用于解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明的滑动轴承用铝合金以及滑动轴承含有0质量％以上且10.0质量％以下的Sn和0质量％以上且5.0质量％以下的Si，含有0质量％以上且2.0质量％以下的Cu作为固溶强化成分，含有0.05质量％以上且0.35质量％以下的Cr、0.05质量％以上且1.5质量％以下的Mn和0.05质量％以上且0.3质量％以下的Zr中的至少一种作为析出强化成分，含有比固溶限更多的Ag，余量由不可避免的杂质和Al构成。

在如上构成的本发明中，Ag的一部分固溶，剩余部分析出。通过析出的Ag与润滑油中所含有的S化合，能够在滑动面形成Ag₂S(硫化银)。该Ag₂S在滑动面上成为较薄地延伸的状态，能够降低摩擦阻力，并且提高非凝结性。尤其是Ag₂S容易在因摩擦热而成为高温的部分形成，因此能够有效地减少烧结(参照日本特许第3274261号)。

此外，未析出的Ag的一部分作为固溶强化成分发挥功能，因此能够增大轴承用铝合金的硬度。进一步地，析出强化成分由0.05质量％以上且0.35质量％以下的Cr、0.05质量％以上且1.5质量％以下的Mn和0.05质量％以上且0.3质量％以下的Zr中的至少一种构成，含有它们的化合物或合金作为硬质相在基体中析出，由此能够增大轴承用铝合金的硬度。

此外，也可以在10.0质量％以下的范围内任意地含有Sn，能够通过Sn提高亲合性、非凝结性。另外，可以在5.0质量％以下的范围内任意地含有Si，也可以生成包含Si的硬质颗粒。进一步地，可以在2.0质量％以下的范围内任意含有Cu，也可以与Ag一起含有Cu作为固溶强化成分。

附图说明

图1是滑动轴承的立体图。

图2A～图2F是烧结试验后的滑动面的照片。

图3A是Al-Ag状态图，图3B、图3C是烧结试验后的滑动面的照片。

具体实施方式

在此，按照下述顺序对本发明的实施方式进行说明。

(1)滑动轴承的构成：

(2)滑动轴承的制造方法：

(3)实验结果：

(4)其他实施方式：

(1)滑动轴承的构成：

图1是本发明的一个实施方式所涉及的滑动轴承1的立体图。滑动轴承1包括里衬金属10、中间层11和衬层12。滑动轴承1是将圆筒沿直径方向二等分而成的对开形状的金属构件，截面为半圆弧状。两个滑动轴承1在以成为圆筒状的方式组合的状态下安装于汽车的发动机的连杆。利用通过组合两个滑动轴承1而形成的圆柱状的中空部分，对作为对象轴2(点剖面线)的曲轴进行轴承支承。对象轴2的外径形成为比滑动轴承1的内径略小。向形成于对象轴2的外周面与滑动轴承1的内周面之间的间隙供给润滑油(发动机油)。对象轴2以与滑动轴承1的曲率中心一致的旋转轴为中心进行旋转。此时，对象轴2的外周面在滑动轴承1的内周面上滑动。

滑动轴承1具有按照距曲率中心从远到近的顺序依次层叠有里衬金属10、中间层11和衬层12的结构。因而，里衬金属10构成滑动轴承1的最外层，衬层12构成滑动轴承1的最内层。里衬金属10、中间层11和衬层12分别在圆周方向上具有一定的厚度。里衬金属10的厚度为2mm，中间层11的厚度为0.05mm，衬层12的厚度为0.35mm。衬层12的曲率中心侧的表面的半径(滑动轴承1的内径)为50mm。

此外，根据连杆、对象轴2的形状来决定滑动轴承1的形状即可，滑动轴承1的宽度可以是10～300mm之间的任意值，滑动轴承1的外径可以是25～1000mm之间的任意值，滑动轴承1整体的厚度可以是0.5～18mm之间的任意值。另外，衬层12的厚度可以是0.05～10mm之间的任意值，中间层11的厚度可以是0.01～2mm之间的任意值。以下，内侧是指滑动轴承1的曲率中心侧，外侧是指与滑动轴承1的曲率中心相反的一侧。衬层12的内侧的表面构成对象轴2的滑动面。

里衬金属10由含有0.15质量％的C、含有0.06质量％的Mn、余量由Fe和不可避免的杂质构成的低碳钢形成。此外，里衬金属10只要由能够经由衬层12支承来自对象轴2的载荷的材料形成即可，也可以不必由钢形成。

中间层11是层叠于里衬金属10的内侧、且层叠于衬层12的外侧的层。中间层11由铝合金形成。具体而言，中间层11由含有3质量％的Cu、含有0.1质量％的Zr、余量由Al和不可避免的杂质构成的铝合金形成。

衬层12是层叠于中间层11的内侧的层，由本发明的滑动轴承用铝合金形成。即，通过对本发明的滑动轴承用铝合金进行成形而形成衬层12。

衬层12含有7.0质量％的Sn、1.0质量％的Si、1.5质量％的Cu、1.1质量％的Mn和3.0质量％的Ag，余量由Al和不可避免的杂质构成。衬层12的不可避免的杂质是Zn、V、Fe、Ti、B等，是在精炼或废料中混入的杂质。不可避免的杂质的含量整体为0.5质量％以下。此外，构成滑动轴承1的各层的元素的质量通过ICP发光分光分析装置(岛津制作所制造的ICPS-8100)来进行测量。

在衬层12中，Sn作为软物质分散，能够提高亲合性。在衬层12中，Si单独构成硬质物，能够提高耐磨损性。在衬层12中，Cu固溶于基体中，作为固溶强化成分而发挥功能。在衬层12中，Mn作为Al-Mn化合物析出，作为析出强化成分而发挥功能。在衬层12中，Ag的一部分单独析出，并且剩余的一部分固溶于基体中，作为固溶强化成分而发挥功能。

图2A～图2F表示烧结试验后的衬层12的表面(滑动面)上的各合金元素的分布。图2A～图2F是对衬层12上的同一观察区域进行拍摄而得到的图像，颜色越亮，表示对应的合金元素的浓度越高。

此外，烧结试验通过在使接触构件(淬火钢)接触的状态下使衬层12与接触构件相对移动来进行。使作用于接触构件与衬层12之间的垂直载荷以每步3kN递增至最大45kN。将各步的保持时间设为3分钟，将整体的试验时间设为15分钟。另外，以使接触构件与衬层12之间的相对移动速度为20m/分钟的方式使衬层12旋转移动。在烧结试验中，向衬层12与接触构件的接触部位供给140℃的发动机油(0W-20)。

如图2A～图2F所示，Ag分布在衬层12中含有的Ag、Al以外的合金元素(Sn、Si、Cu、Mn)不存在的部位。因而，能够理解为在衬层12中Ag的一部分单独析出。进一步地，在图2C、图2E中箭头T1所示的部位，Ag和S这两者均有分布。由此可以理解，在烧结试验中，通过使在滑动面上析出的Ag与润滑油中所含有的S化合，形成了Ag₂S(硫化银)。

Ag₂S容易在因摩擦热而成为高温的部分形成。据认为即使是Ag析出的部分，在摩擦热的产生受到抑制的部位也不会形成Ag₂S。在图2C中，Ag分布在箭头T2所示的部位，但在图2E中，在箭头T2所示的部位未观察到S的分布。据认为箭头T2所示的部位接近软质的Sn，因此摩擦热的产生受到抑制，未形成Ag₂S。另一方面，在箭头T1所示的部位，由于接近作为硬质颗粒的Si，因此促进摩擦热的产生，形成了Ag₂S。

在以上说明的实施方式中，衬层12中的Ag的一部分固溶，剩余部分析出。通过使析出的Ag与润滑油中所含有的S化合，能够在滑动面形成Ag₂S(硫化银)。该Ag₂S在滑动面上成为较薄地延伸的状态，能够降低摩擦阻力，并且提高非凝结性。尤其是A_g2S容易在因摩擦热而成为高温的部分形成，因此能够有效地减少烧结。

在本实施方式中，在不存在软质的Sn且存在硬质的Si的部位、即容易产生摩擦热、容易产生烧结的部位，能够在滑动面形成Ag₂S。此外，未析出的Ag的一部分作为固溶强化成分而发挥功能，因此能够增大衬层12的硬度。

(2)滑动轴承的制造方法：

在本实施方式中，滑动轴承1通过依次进行a.熔融、b.连续铸造、c.冷轧、d.自然冷却、e.切断、f.机械加工的各工序来进行制造。

以下，对各工序进行说明。

a.熔融

首先，以Sn为7.0质量％、Si为1.0质量％、Cu为1.5质量％、Mn为1.1质量％、Ag为3.0质量％、余量为Al的方式，分别计量并准备由各元素形成的铸锭。接着，通过高频感应炉将各铸锭加热至850℃。由此，形成衬层12的熔融材料。之后，使Ar气体的气泡分散喷出，进行氢气、夹杂物的去除。

b.连续铸造

接着，将衬层12的熔融材料注入铸模，从该铸模的开口将衬层12的熔融材料向铸造方向拉拔，由此形成衬层12的连续铸造板。通过连续铸造形成的衬层12的连续铸造板的厚度为3～20mm。

c.冷轧

接着，将衬层12的连续铸造板冷轧至衬层12的厚度。在该冷轧中，通过在325～375℃的范围内反复进行退火，防止加工硬化。衬层12的连续铸造板可以不必通过冷轧进行轧制，也可以通过热轧进行轧制。另外，通过将中间层11的铝合金板与衬层12的连续铸造板一起进行冷轧，将衬层12的连续铸造板与中间层11的铝合金板压接(粘接)。此外，中间层11的铝合金板与衬层12的连续铸造板同样地通过进行连续铸造和轧制来进行制造。进一步地，通过也一并对里衬金属10的低碳钢板(市售品)进行冷轧，由此在中间层11的铝合金板侧压接里衬金属10的低碳钢板。通过以上操作，形成了将衬层12的连续铸造板、中间层11的铝合金板和里衬金属10的低碳钢板压接而成的滑动轴承1的轧制板。

d.自然冷却

接着，将滑动轴承1的轧制板放置于室温，自然冷却。

e.切断

接着，将滑动轴承1的轧制板按规定的大小切断。规定的大小是指通过进行后述的机械加工而能够形成滑动轴承1的大小，是由安装滑动轴承1的连杆的形状决定的大小。

f.机械加工

最后，通过对切断后的滑动轴承1的轧制板进行冲压加工，形成对开形状的滑动轴承1。进一步地，通过切削加工对形状、表面状态进行精加工，由此完成滑动轴承1。

(3)实验结果：

图3A表示Al-Ag状态图。从该图的状态图可以理解，在Al-Ag合金中，若Ag的含量小于2.3质量％，则Ag全部固溶于Al，若Ag的含量为2.3质量％以上，则Ag无法全部固溶于Al，一部分析出。即，可以理解为2.3质量％是能够单独析出的Ag的含量的下限值。

表1

表1是表示针对试样1～试样3确认Ag是否单独析出而得到的结果的表。试样1是与第一实施方式相同的衬层12，能够确认Ag单独析出。

试样2是与Ag一起固溶于Al的Cu的含量为0质量％、并且将Ag的含量抑制至能够单独析出的含量的下限值即2.3质量％的试样。在试样2中，固溶于Al的成分仅为Ag，因此可以说是Ag最容易固溶的合金组成。在这样的试样2中，如图3B所示，也能够确认Ag在衬层12的表面单独析出。因而，可以认为在Ag的含量为2.3质量％以上的本发明的合金组成中Ag单独析出。

试样3是含有作为析出强化成分的Cr、Mn和Zr直至本发明的范围的上限值为止的试样。由于含有Cr、Mn和Zr的析出物的量最大，因此可以说试样3是Ag最难以析出的合金组成。在这样的试样3中，如图3C所示，也能够确认Ag在衬层12的表面单独析出。因而，可以认为在Cr、Mn和Zr的含量为试样3的含量以下的本发明的合金组成中，Ag单独析出。

(4)其他实施方式：

在上述实施方式中，将由本发明的滑动轴承用铝合金形成的滑动轴承1用于连杆，但滑动轴承1的用途并不限定于连杆。例如，也可以由本发明的滑动轴承用铝合金形成推力轴承。另外，滑动轴承1也可以在衬层12上形成覆盖层，该覆盖层既可以是金属层也可以是树脂层。

附图标记说明

1：滑动轴承；2：对象轴；10：里衬金属；11：中间层；12：衬层。

Claims (2)

1.一种滑动轴承用铝合金，其特征在于，

所述滑动轴承用铝合金含有0质量％以上且10.0质量％以下的Sn和0质量％以上且5.0质量％以下的Si，

含有0质量％以上且2.0质量％以下的Cu作为固溶强化成分，

含有0.05质量％以上且0.35质量％以下的Cr、0.05质量％以上且1.5质量％以下的Mn和0.05质量％以上且0.3质量％以下的Zr中的至少一种作为析出强化成分，

含有2.3质量％以上且6.0质量％以下的Ag，Ag的一部分固溶，剩余部分析出，

余量由不可避免的杂质和Al构成。

2.一种滑动轴承，其特征在于，所述滑动轴承具备如下铝合金层，

所述铝合金层含有0质量％以上且10.0质量％以下的Sn和0质量％以上且5.0质量％以下的Si，

含有0质量％以上且2.0质量％以下的Cu作为固溶强化成分，

含有0.05质量％以上且0.35质量％以下的Cr、0.05质量％以上且1.5质量％以下的Mn和0.05质量％以上且0.3质量％以下的Zr中的至少一种作为析出强化成分，

含有2.3质量％以上且6.0质量％以下的Ag，Ag的一部分固溶，剩余部分析出，

余量由不可避免的杂质和Al构成。

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