JP2002060870A - Cu-Pb BASED COPPER ALLOY HAVING FINE LEAD STRUCTURE AND PLAIN BEARING FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
Cu-Pb BASED COPPER ALLOY HAVING FINE LEAD STRUCTURE AND PLAIN BEARING FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINEInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は銅合金に関するもの
であり，さらに詳しく述べるならば、内燃機関用すべり
軸受として広く使用されている、鋼裏金に焼結・成層し
てなるCu-Pb系銅合金に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a copper alloy, and more particularly, to a Cu-Pb based copper sintered and layered on a steel back metal, which is widely used as a slide bearing for an internal combustion engine. It is about alloys.
【０００２】[0002]
【従来の技術】上記した銅合金は例えば特開昭５２―１
５４１６号公報にて組成の改良が提案されており、Niの
添加によりPb相を均一・微細にすることができると述べ
られている。一方、特開平１−５０３１５０号公報で
は、前段がソレノイドコイル方式高周波誘導加熱、後段
の８００〜８５０℃では電気炉などによる加熱により、
銅合金マトリックス中に分散する鉛粒子の個数が約１５
５０個/ｍｍ2以上かつ平均粒径が約８μm未満としてい
る。このような微細鉛組織をもつ銅合金は大荷重用軸受
に適していると述べられている。なお、この公報では後
段加熱を高周波誘導加熱以外の方法で行っている理由
は、裏金の鋼のキュリー点を超えるために後段では、高
周波誘導加熱の昇温速度が急激に低下するからである。2. Description of the Related Art The above copper alloy is disclosed, for example, in
No. 5416 proposes an improvement in the composition, and states that the addition of Ni can make the Pb phase uniform and fine. On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-503150, the former stage is a solenoid coil type high frequency induction heating, and the latter stage is heated by an electric furnace at 800 to 850 ° C.
The number of lead particles dispersed in the copper alloy matrix is about 15
The number is 50 particles / mm 2 or more and the average particle diameter is less than about 8 μm. It is stated that a copper alloy having such a fine lead structure is suitable for a bearing for heavy loads. In this publication, the reason why the post-stage heating is performed by a method other than the high-frequency induction heating is that the temperature rise rate of the high-frequency induction heating rapidly decreases in the latter stage because the Curie point of the steel of the backing metal is exceeded.
【０００３】従来、微細組織をもつメカニカルアロイ粉
末を利用して焼結材を製造する方法が知られているが、
この方法でも電気抵抗炉により焼結を行うと、特に低融
点金属である鉛は粗大化することは避けられない。Conventionally, there has been known a method of producing a sintered material using a mechanical alloy powder having a fine structure.
Even in this method, when sintering is performed in an electric resistance furnace, it is inevitable that lead, which is a metal having a low melting point, is particularly coarsened.
【０００４】Cu-Pb系銅合金の焼結では、該合金のアト
マイズ粉を裏金に散布して焼結を行う方法が一般的に行
われている。この焼結中の鉛相の形態変化を考察する。
前掲特開平１−５０３１５０号公報で使用された粉末の
粒度（−１００メッシュ）及びPb相の粒度分布（表１）
を対比すると、Pb相の粗大化はほとんどが個々の銅合金
粉末粒子の中で起こっており、異なる粒子のPb相がどう
しが合体して粗大化することは殆どない。これに対し
て、高周波誘導加熱に依らない前掲特開平１−５０３１
５０号公報の顕微鏡組織ではPb相が網状となっているの
で、Pb相どうしが、銅合金粉末粒子から分離して、合体
し、粗大化している。Cu-Pb二元系状態図によると、例
えば２０質量％Pb-Cu合金は焼結温度である１０７３K
（８００℃）で、数％のCuを含有する鉛液相が生成し，
これが網状組織を形成し，そのまま室温まで冷却され
る。[0004] In the sintering of a Cu-Pb-based copper alloy, a method of sintering by spraying atomized powder of the alloy on a back metal is generally performed. Consider the morphological change of the lead phase during this sintering.
The particle size (-100 mesh) of the powder and the particle size distribution of the Pb phase used in JP-A-1-503150 (Table 1)
In contrast, most of the coarsening of the Pb phase occurs in the individual copper alloy powder particles, and the Pb phases of different particles rarely coalesce and coarsen. On the other hand, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-open No. Hei.
In the microstructure of JP-A No. 50, the Pb phase is reticulated, so that the Pb phases are separated from the copper alloy powder particles, united, and coarsened. According to the Cu-Pb binary system diagram, for example, a 20 mass% Pb-Cu alloy has a sintering temperature of 1073K.
(800 ° C), a lead liquid phase containing several percent of Cu is formed,
This forms a network and is cooled as it is to room temperature.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来の焼結
法ではPb相微細化は次のように制約される。 （１）通常の電気抵抗加熱による焼結法では、加熱時間
が長いために、Pb相が網状に粗大化する。 （２）前段ソレノイドコイル方式高周波加熱と後段電気
抵抗加熱を行う方法では、後段のキュリー点以上の加熱
中に粒状Pb相が若干粗大化する。 （３）ソレノイドコイル方式高周波誘導一貫加熱法で
は、（２）の方法よりキュリー点以上の加熱時間が長い
から、Pb相は（１）と（２）の中間の大きさになる。 したがって、本発明は従来よりも微細なPb相が分散した
Cu-Pb系合金を提供し、摺動特性を改良することを目的
とするものである。In the conventional sintering method described above, Pb phase refinement is restricted as follows. (1) In a normal sintering method using electric resistance heating, the Pb phase is coarsely reticulated due to a long heating time. (2) In the former-stage solenoid coil type high-frequency heating method and the latter-stage electric resistance heating method, the granular Pb phase becomes slightly coarse during heating at or above the Curie point in the latter stage. (3) In the solenoid coil type high-frequency induction heating method, since the heating time longer than the Curie point is longer than that in the method (2), the Pb phase has an intermediate size between (1) and (2). Therefore, the present invention has a finer Pb phase dispersed than before.
An object of the present invention is to provide a Cu-Pb alloy and improve sliding characteristics.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、質量百分率
で、Ｐｂ：１０〜３０％、Ｓｎ：０〜１５％を含有し、
残部が実質的にＣｕからなる銅合金層を鋼裏金に焼結・
成層してなる銅合金において、前記焼結層の少なくとも
表面側で銅合金マトリックス中に分散する鉛粒子の個数
が３０００個/ｍｍ2以上でありかつ平均粒径が５μm以
下であることを特徴とする銅合金を提供するものであ
る。以下、本発明を詳しく説明する。According to the present invention, the present invention comprises, by mass percentage, Pb: 10 to 30% and Sn: 0 to 15%,
A copper alloy layer consisting essentially of Cu is sintered on a steel backing metal.
In the laminated copper alloy, the number of lead particles dispersed in the copper alloy matrix on at least the surface side of the sintered layer is 3,000 / mm 2 or more and the average particle size is 5 μm or less. The present invention is to provide a copper alloy to be used. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【０００７】軟質相として主になじみ性を発揮するPb,
及びマトリックスを強化するSnは必須成分ではないが、
上記範囲内において摺動特性を著しく改善する。より好
ましい範囲は、Ｐｂ：１５〜２５％、Ｓｎ：３〜５％で
ある。残部は実質的にCuよりなるが、本発明において、
上記Cu−Pb−Sn系合金の性質を改質する成分を少量添加
することができる。例えば、総量で１０質量％以下のN
i, Sb, P, Ag，Zn,Crなどを含有することは差し支え
ない。また、本発明の銅合金に、総量で１０質量％以下
の炭化物、窒化物、酸化物、りん化物、ほう化物、金属
間化合物、硬質合金（例えばCo系自溶合金、ステライ
ト、高速度鋼）などの耐摩耗性を高めるための硬質物
や、総量で１０質量％以下の潤滑性を高めるための黒鉛
及びＭｏＳ 2などを分散させることもできる。これらの
元素、添加物は何れも摺動用Cu-Pb合金の添加成分とし
て公知である。なお、超微細な鉛相を形成する方法とし
て、溶融Cu-Pb合金をメルトクエンンチ(melt quench)法
などにより超急冷する手段は実現性がある。しかしこの
ような手段では、得られる合金の寸法や形状が非常に狭
く制限されるので、工業的に各種部品として使用するこ
とができない。一方裏金に焼結層を積層する方法では、
すべり軸受、接点材など各種部品として使用できる素材
を得ることができるので産業上の利用性が大である。Pb, which mainly exhibits compatibility as a soft phase,
And Sn which strengthens the matrix is not an essential component,
Within the above range, the sliding characteristics are remarkably improved. Better
The preferred range is Pb: 15 to 25%, Sn: 3 to 5%.
is there. The balance substantially consists of Cu, but in the present invention,
A small amount of a component that modifies the properties of the above Cu-Pb-Sn alloy is added.
can do. For example, a total amount of N of 10% by mass or less
Contains i, Sb, P, Ag, Zn, Cr, etc.
Absent. Further, the total amount of the copper alloy of the present invention is 10% by mass or less.
Carbide, nitride, oxide, phosphide, boride, metal
Intermetallic compounds, hard alloys (for example, Co-based self-fluxing alloys,
And high-speed steel) to improve wear resistance
And graphite for improving lubricity of 10% by mass or less in total amount
And MoS TwoCan be dispersed. these
Both elements and additives are additive components of Cu-Pb alloy for sliding.
It is known. Note that the method for forming an ultrafine lead phase
The molten Cu-Pb alloy by the melt quench method.
The means of ultra-rapid cooling by feasibility is feasible. But this
With such means, the size and shape of the resulting alloy can be very narrow.
Can be used industrially as various parts.
I can't do that. On the other hand, in the method of laminating a sintered layer on the back metal,
Materials that can be used as various components such as sliding bearings and contact materials
Therefore, industrial applicability is great.
【０００８】本発明が特徴とする微細鉛相組織は、銅合
金マトリックス中に分散する鉛粒子の個数 が３０００
個/ｍｍ2以上でありかつ平均粒径が５μm以下であり、
これより粗大であると従来のCu-Pb系合金との耐焼付性
及び耐食性の差が顕著ではない。表１に、上記パ ラメ
ーターで表したCu-２０％Pb-３％Sn合金の組織、耐焼付
性（焼付荷重）及び硬さ（Hv）を示した。この表より鉛
相微細組織による効果が明らかである。また、鉛相が微
細化すると合金の硬度は上昇し、みかけ上は軟質相が
不足した現象を呈するが、それにも拘わらず耐焼付性が
優れているのは、焼付に大きく影響するのは鉛相が微細
に多数存 在して、軸と軸受接触箇所のどこで焼付初期
現象が発生しても多数分散した微細鉛相がその進展を抑
えることが重要であると考察される。さらに、本発明の
合金は微細鉛組織であるため個々の鉛相が独立して分布
しており、劣化油により生じる鉛相の腐食が進展せず、
劣化油中での焼付試験においても優れた耐 焼付性を示
す。[0008] The fine lead phase structure of the present invention is characterized in that the number of lead particles dispersed in the copper alloy matrix is 3000.
Particles / mm 2 or more and the average particle size is 5 μm or less,
If it is coarser, the difference in seizure resistance and corrosion resistance from the conventional Cu-Pb alloy is not remarkable. Table 1 shows the structure, seizure resistance (seizure load), and hardness (Hv) of the Cu-20% Pb-3% Sn alloy represented by the above parameters. From this table, the effect of the lead microstructure is clear. In addition, when the lead phase becomes finer, the hardness of the alloy increases, and apparently the soft phase becomes insufficient.However, despite the fact that the seizure resistance is excellent, the effect of seizure is greatly affected. It is thought that it is important to suppress the progress of the fine lead phase, which is dispersed in a large number, even if the initial seizure phenomenon occurs at the point of contact between the shaft and the bearing where there is a large number of fine lead phases. Furthermore, since the alloy of the present invention has a fine lead structure, the individual lead phases are independently distributed, and the corrosion of the lead phase caused by the degraded oil does not progress,
It shows excellent seizure resistance even in a seizure test in degraded oil.
【０００９】[0009]
【表１】 [Table 1]
【００１０】なお、耐焼付性の試験は以下の方法で行っ
た。The test for seizure resistance was carried out by the following method.
【００１１】[0011]
【表2】 [Table 2]
【００１２】本発明に係るCu-Pb系銅合金を含む内燃機
関用すべり軸受は、少なくとも相手軸側の最表面及びそ
の極近傍内面が前記鉛粒子個数及び平均粒径を満たすこ
とを特徴とするものである。極近傍とはすべり軸受が、
場合により被着されることがあるオーバレイが摩滅した
後、軸受寿命内で摩滅することが予定される深さであ
り、現在の設計基準では例えば３０万ｋｍの走行距離で
５０μm程度である。最表面及びこの深さが耐焼付性や
摩耗に直接影響するので、上述のように限定される。と
ころで、高周波誘導加熱などの裏金側から加熱する方法
では、裏金側から焼結層に伝熱され，高周波電源を遮断
すると焼結層の表面側で大きな降温が起こる。このよう
な状況では、相手軸側に対応する被処理銅合金の表面側
は鉛相が粗大化し難いので、上記のような組織を得るこ
とができる。換言すると、裏金と接する界面では鉛相が
粗大化していても性能には悪影響を及ぼさない。本発明
に係る微細鉛組織を有する銅合金は裏金側から急速加熱
する方法により製造することができる。続いて、高周波
誘導加熱方法により上述の微細鉛相組織を形成する方法
について説明する。A sliding bearing for an internal combustion engine containing a Cu-Pb-based copper alloy according to the present invention is characterized in that at least the outermost surface on the mating shaft side and the inner surface in the immediate vicinity thereof satisfy the number of lead particles and the average particle size. Things. In the immediate vicinity, the sliding bearing is
After the overlay, which may be deposited, may be worn, the depth is expected to be worn within the life of the bearing, and is, for example, about 50 μm at a running distance of 300,000 km according to current design standards. Since the outermost surface and its depth directly affect seizure resistance and wear, they are limited as described above. By the way, in the method of heating from the back metal side such as high-frequency induction heating, heat is transferred from the back metal side to the sintered layer, and when the high-frequency power supply is cut off, a large temperature drop occurs on the surface side of the sintered layer. In such a situation, since the lead phase is unlikely to become coarse on the surface side of the copper alloy to be treated corresponding to the mating shaft side, the above structure can be obtained. In other words, even if the lead phase is coarsened at the interface in contact with the back metal, the performance is not adversely affected. The copper alloy having a fine lead structure according to the present invention can be manufactured by a method of rapidly heating from the back metal side. Subsequently, a method of forming the above-described fine lead phase structure by a high-frequency induction heating method will be described.
【００１３】バイメタル状すべり軸受合金の高周波誘導
加熱の方式として、大別して、（１）ソレノイドコイル
式誘導加熱による前段（鋼のキュリー点近傍までの温
度、以下同じ）加熱、トランスバースコイル式誘導加熱
による後段（前段より高い温度、以下同じ）加熱、
（２）ソレノイドコイル式誘導加熱による前段加熱、ト
ランスバースコイルとソレノイドコイル併用後段加熱、
（３）トランスバースコイル式誘導加熱による前段・後
段の一貫加熱、（４）トランスバースコイルとソレノイ
ドコイルを併用した前段・後段の一貫加熱の四方式を提
供する。また、（２）の方式の実施態様としてトランス
バースコイルによる加熱は裏金の両側縁に限定する方式
も提供する。The high-frequency induction heating method for the bimetallic plain bearing alloy is roughly classified into (1) preheating (temperature up to near the Curie point of steel, hereinafter the same) heating by solenoid coil induction heating, and transverse coil induction heating. By the latter stage (higher temperature than the former stage, same below) heating,
(2) pre-stage heating by solenoid coil type induction heating, post-stage heating using both transverse coil and solenoid coil,
(3) Four types of integrated heating of the former stage and the latter stage by the transverse coil induction heating, and (4) integrated heating of the former stage and the latter stage using both the transverse coil and the solenoid coil are provided. Further, as an embodiment of the method (2), a method in which heating by the transverse coil is limited to both side edges of the back metal is also provided.
【００１４】即ち、第１の方式によるバイメタル状軸受
合金の高周波焼結方法は、少なくとも実質的に鋼からな
る裏金と該裏金に接合された軸受合金焼結層とを含んで
なるバイメタル状軸受合金を製造する方法において、前
記軸受合金焼結層の組成を有する粉末を前記裏金に積層
し、前記裏金及びこの上に積層された軸受合金粉末を、
還元性もしくは不活性雰囲気中で、裏金の鋼のキュリー
点近傍まではソレノイドコイル式高周波誘導加熱により
加熱し、続いてトランスバースコイル式高周波誘導加熱
により焼結温度まで加熱を行うことを特徴とし（以下
「第１方法」と言う）、第２の方式によるバイメタル状
軸受合金の高周波焼結方法は、少なくとも実質的に鋼か
らなる裏金と該裏金に接合された軸受合金焼結層とを含
んでなるバイメタル状軸受合金を製造するに際して、前
記軸受合金焼結層の組成を有する粉末を前記裏金に積層
し、前記軸受合金粉末及び前記裏金を還元性もしくは不
活性雰囲気中で、ソレノイドコイル式高周波誘導加熱に
より該裏金の鋼のキュリー点近傍まで加熱し、続いて還
元性もしくは不活性雰囲気中で、焼結温度までソレノイ
ドコイル式高周波誘導加熱と、例えば裏金両側縁のため
のトランスバースコイル式高周波誘導加熱を併用するこ
とを特徴とし（以下「第２方法」と言う）、第３の方式
によるバイメタル状軸受合金の高周波焼結方法は、少な
くとも実質的に鋼からなる裏金と該裏金に接合された軸
受合金焼結層とを含んでなるバイメタル状軸受合金を製
造するに際して、前記軸受合金焼結層の組成を有する粉
末を前記裏金に積層し、還元性もしくは不活性雰囲気中
で、裏金の鋼のキュリー点近傍まで及びさらに焼結温度
までをトランスバースコイル式高周波誘導加熱による加
熱を行うことを特徴とし（以下「第３方法」と言う）、
第４の方式によるバイメタル状軸受合金の高周波焼結方
法は、少なくとも実質的に鋼からなる裏金と該裏金に接
合された軸受合金焼結層とを含んでなるバイメタル状軸
受合金を製造するに際して、前記軸受合金焼結層の組成
を有する粉末を前記裏金に積層し、前記軸受合金粉末及
び前記裏金を、還元性もしくは不活性雰囲気中で、裏金
の鋼のキュリー点近傍まで及びさらに焼結温度までを、
ソレノイドコイル式高周波誘導加熱とトランスバースコ
イル式高周波誘導加熱を併用して加熱することを特徴と
する（以下「第４方法」と言う）。That is, the high-frequency sintering method for a bimetallic bearing alloy according to the first method is a bimetallic bearing alloy comprising at least a back metal substantially made of steel and a bearing alloy sintered layer joined to the back metal. In the method of manufacturing, the powder having the composition of the bearing alloy sintered layer is laminated on the back metal, the back metal and the bearing alloy powder laminated thereon,
In a reducing or inert atmosphere, the back metal is heated to the vicinity of the Curie point of the steel by solenoid coil type high frequency induction heating, and then heated to the sintering temperature by transverse coil type high frequency induction heating ( Hereinafter, the first method), the high frequency sintering method of the bimetallic bearing alloy according to the second method includes at least a back metal substantially made of steel and a bearing alloy sintered layer joined to the back metal. When producing a bimetallic bearing alloy, a powder having the composition of the bearing alloy sintered layer is laminated on the back metal, and the bearing alloy powder and the back metal are subjected to a solenoid coil type high frequency induction in a reducing or inert atmosphere. The back metal is heated to the vicinity of the Curie point of the steel by heating, and then, in a reducing or inert atmosphere, a solenoid coil type high frequency induction is applied to the sintering temperature. The method is characterized in that heating and, for example, transverse coil type high frequency induction heating for both side edges of the back metal are used together (hereinafter referred to as “second method”). In producing a bimetallic bearing alloy comprising a back metal substantially composed of at least substantially steel and a bearing alloy sintered layer joined to the back metal, a powder having the composition of the bearing alloy sintered layer is applied to the back metal. It is characterized by performing heating by a transverse coil type high frequency induction heating up to near the Curie point of the steel of the backing metal and further up to the sintering temperature in a reducing or inert atmosphere (hereinafter referred to as "third method"). To tell),
The high-frequency sintering method for a bimetallic bearing alloy according to the fourth method is characterized in that, when producing a bimetallic bearing alloy including at least a back metal substantially made of steel and a bearing alloy sintered layer bonded to the back metal, A powder having the composition of the bearing alloy sintered layer is laminated on the back metal, and the bearing alloy powder and the back metal are reduced or in an inert atmosphere to near the Curie point of the steel of the back metal and further to a sintering temperature. To
The heating is performed by using both the solenoid coil type high frequency induction heating and the transverse coil type high frequency induction heating (hereinafter, referred to as a "fourth method").
【００１５】裏金は焼結合金の支持体である他に高周波
誘導加熱されて銅合金への熱伝達媒体になるものであ
る。この裏金の厚さは０．３〜６ｍｍの範囲のものを使
用することが好ましい。ここで、厚さが０．３ｍｍ未満
では構造部品としての強度が低くなり、一方６ｍｍを超
えると高周波誘導加熱による裏金の昇温が不十分にな
り、その結果焼結も不十分になるのでこの上限以下が好
ましい。また裏金の幅は銅合金の用途により決められ
る。裏金鋼板は通常低炭素鋼の冷間圧延鋼板であるが、
必要により粗面化処理、酸洗、アルカリ脱脂、スキンパ
ス圧下、Ｎｉめっき、異種材料とのクラッドによる複合
化などの処理を施こしたり、微量元素添加による高強度
化などを行ってもよい。裏金の長さは特に制限がない
が、すべり軸受の分野で一般に使用される長尺材を使用
して、焼結後必要長さに切断することが好ましい。The backing metal is not only a support for the sintered alloy but also a medium for heat transfer to the copper alloy by high-frequency induction heating. It is preferable to use a back metal having a thickness in the range of 0.3 to 6 mm. Here, if the thickness is less than 0.3 mm, the strength as a structural component is low, while if it exceeds 6 mm, the temperature rise of the back metal by high-frequency induction heating becomes insufficient, and as a result, sintering becomes insufficient. It is preferable to be less than the upper limit. The width of the back metal is determined by the use of the copper alloy. The back metal sheet is usually a cold-rolled steel sheet of low carbon steel,
If necessary, treatments such as surface roughening treatment, pickling, alkali degreasing, skin pass pressure reduction, Ni plating, compounding by cladding with a different material, and the like, or strengthening by addition of a trace element may be performed. The length of the back metal is not particularly limited, but it is preferable to use a long material generally used in the field of plain bearings and cut it to a required length after sintering.
【００１６】裏金上に銅合金の組成を有する粉末の層を
作ることによりワークを調製する。この方法としては、
従来から行われているように粉末をホッパーから落下さ
せる散布法によることができる。銅合金の組成を有する
粉末とは、粉末粒子自体が銅合金の組成をもつもの、Ｃ
ｕ−Ｐｂ合金においてＰｂリッチ粉末とＰｂプア粉末の
混合粉末、その他種々の粉末である。The work is prepared by making a layer of powder having the composition of the copper alloy on the backing metal. This includes:
A spraying method in which powder is dropped from a hopper can be performed as conventionally performed. The powder having the composition of the copper alloy means that the powder particles themselves have the composition of the copper alloy.
It is a mixed powder of a Pb rich powder and a Pb poor powder in a u-Pb alloy, and various other powders.
【００１７】次に,トランスバース式高周波誘導加熱(tr
ansverse flux heating)について説明する。従来技術で
採用されていたソレノイドコイル式高周波誘導加熱で
は、板状ワークを囲むソレノイドコイルの軸と板面は平
行になる。これとは異なるトランスバースコイル式高周
波誘導加熱では、図１に示すように、高周波誘導コイル
は板状ワークを取り囲まず、何れかの板面に面するよう
に配置される。トランスバース式高周波誘導加熱コイル
に関する従来技術としては,米国特許第４７５１３６０
号、このコイル形状の改良を提案する米国特許第５４０
３９９４号、板の縁も均一に加熱する方法を提案する米
国特許第５７３９５０６号、連続走行するストリップの
縁に遮蔽手段を設けてストリップの均一加熱を意図する
米国特許第２４４８０１２号などがあるが、鋼スラブの
ような厚い材料を均一に加熱することを意図しており,
バイメタル状銅合金の加熱焼結には言及していない。こ
のように、従来トランスバースコイル式高周波誘導加熱
法は鉄鋼のスラブ、ストリップなどの比較的厚い材料を
厚さ及び幅に関し均一加熱するために主として用いられ
ていたが、本発明者らはトランスバース式高周波誘導加
熱は、１０ｍｍ以下の板厚の薄板に対してはキュリー点
以上での昇温速度が低くならないことに着目して本発明
を完成した。Next, a transverse high-frequency induction heating (tr
ansverse flux heating) will be described. In the solenoid coil type high frequency induction heating employed in the prior art, the axis of the solenoid coil surrounding the plate-like work and the plate surface are parallel. In a reverse coil type high-frequency induction heating different from this, as shown in FIG. 1, the high-frequency induction coil is arranged so as not to surround the plate-shaped work but to face any plate surface. The prior art relating to a transverse high-frequency induction heating coil is disclosed in U.S. Pat. No. 4,751,360.
U.S. Pat. No. 540, which proposes an improvement in this coil shape.
No. 3994, U.S. Pat. No. 5,739,506, which proposes a method for uniformly heating the edge of the plate, and U.S. Pat. No. 2,448,012, which aims to provide uniform heating of the strip by providing a shielding means at the edge of the continuously running strip. It is intended to uniformly heat thick materials such as steel slabs,
No mention is made of heat sintering of bimetallic copper alloys. As described above, conventionally, the transverse coil type high-frequency induction heating method has been mainly used for uniformly heating relatively thick materials such as steel slabs and strips in terms of thickness and width. The present invention has been completed in the high-frequency induction heating by focusing on the fact that the rate of temperature rise above the Curie point does not decrease for thin plates having a thickness of 10 mm or less.
【００１８】続いて、裏金の鋼のキュリー点近傍までは
ソレノイドコイル式高周波誘導加熱により加熱し、続い
てトランスバース式高周波誘導加熱により焼結温度まで
加熱を行う第１方法を説明する。ワークを搬送しながら
裏金の鋼のキュリー点近傍までの高周波誘導予備加熱を
行うことによって、銅合金粉末には裏金からの熱伝導及
び輻射による熱を与えて焼結温度近傍まで急速昇温す
る。この予備加熱法を順次説明すると、まずキュリー点
近傍の温度とは裏金の表面温度であり、銅合金粉末の平
均温度より若干高くなる。次に、加熱温度はキュリー点
と実質的一致することが最も好ましいが、多少の高低が
あっても支障はない。尤も、裏金の温度がキュリー点を
超えると昇温速度が激減するので、キュリー温度を著し
く超えることは稀である。次に,加熱温度がキュリー点
と一致したことは、後述の温度測定法により検出でき
る。ソレノイドコイルが発生する高周波の周波数は１０
〜４００ｋＨｚである。高周波誘導コイルの巻数はワー
クの移動速度、裏金の板厚などを考慮して決めるものと
する。予備加熱は室温から行うことが好ましいが、裏金
が前段の処理により常温以上に加熱されている場合は、
その温度から予備加熱を行っても全く差し支えない。最
後に、加熱中の雰囲気は銅合金の酸化が起こる４２３Ｋ
（１５０℃）以上、もしくはそれより低温で還元性もし
くは不活性雰囲気とする。なお、室温からキュリー点ま
での昇温時間は、中型乗用者用の一般的なすべり軸受で
１分以内、最も一般的には約２０秒である。Next, a description will be given of a first method in which the back metal is heated to the vicinity of the Curie point of the steel by a solenoid coil type high frequency induction heating, and then heated to a sintering temperature by a transverse type high frequency induction heating. By carrying out high-frequency induction preheating to the vicinity of the Curie point of the steel of the back metal while transporting the work, heat is applied to the copper alloy powder by heat conduction and radiation from the back metal to rapidly raise the temperature to near the sintering temperature. To explain this preheating method sequentially, first, the temperature near the Curie point is the surface temperature of the back metal, which is slightly higher than the average temperature of the copper alloy powder. Next, it is most preferable that the heating temperature substantially coincides with the Curie point, but there is no problem even if the temperature is slightly higher or lower. However, if the temperature of the backing metal exceeds the Curie point, the rate of temperature rise is drastically reduced, so that it rarely exceeds the Curie temperature significantly. Next, the fact that the heating temperature coincides with the Curie point can be detected by a temperature measurement method described later. The high frequency frequency generated by the solenoid coil is 10
４００400 kHz. The number of turns of the high-frequency induction coil is determined in consideration of the moving speed of the work, the thickness of the back metal, and the like. Preheating is preferably performed from room temperature, but if the back metal has been heated to room temperature or higher by the previous process,
Preheating can be performed from that temperature without any problem. Finally, the atmosphere during the heating is 423 K, where oxidation of the copper alloy occurs.
(150 ° C.) or higher, or at a lower temperature, to a reducing or inert atmosphere. The time required to raise the temperature from room temperature to the Curie point is less than 1 minute for a typical plain bearing for a medium-sized passenger, and is most generally about 20 seconds.
【００１９】続いて、トランスバースコイルによる後段
の加熱を典型的には、裏金の温度で１０２３Ｋ（７５０
℃）〜１２７３Ｋ（１０００℃）までの温度範囲で行
う。この後段加熱では裏金が焼結温度まで急速にかつ均
一に加熱され、好ましくは２０Ｋ以下、より好ましくは
５Ｋ以下の裏金の幅方向温度分布が達成される。これに
対して、ソレノイドコイルによる後段加熱を行うと、最
適条件でも、昇温速度は本発明法の１/５以下であり、
温度分布は最大２００Ｋ（℃）である。トランスバース
式高周波誘導加熱の周波数は３〜１０ｋHzであることが
好ましい。なお、キュリー点から焼結温度までの昇温時
間は、中型乗用者用の一般的なすべり軸受で１分以内、
最も一般的には約４０秒である。昇温後の焼結温度での
保持時間は一般にゼロ以上３分の範囲である。ここで、
保持時間ゼロとは焼結温度に裏金が達した瞬間に冷却を
開始することである。本発明において焼結温度とは焼結
に適する温度範囲内の温度であり、焼結温度への保持と
は一定温度への保持を意味していない。したがって、焼
結温度範囲が１１６３Ｋ（８９０℃）〜１２５３Ｋ（９
８０℃）であると、１２２３Ｋ（９５０℃）まで昇温を
続け, １２２３Ｋ（９５０℃）より直ちに冷却する方法
の採用が可能である。Subsequently, the subsequent heating by the transverse coil is typically performed at a temperature of the backing metal of 1023 K (750).
C) to 1273 K (1000 C). In this latter-stage heating, the back metal is rapidly and uniformly heated to the sintering temperature, and a temperature distribution in the width direction of the back metal of preferably 20K or less, more preferably 5K or less is achieved. On the other hand, when the post-stage heating by the solenoid coil is performed, even under the optimum condition, the heating rate is 1/5 or less of the method of the present invention,
The temperature distribution is a maximum of 200K (° C). The frequency of the transverse high-frequency induction heating is preferably 3 to 10 kHz. The heating time from the Curie point to the sintering temperature is within 1 minute for a typical plain bearing for medium-sized passengers.
Most commonly it is about 40 seconds. The holding time at the sintering temperature after the temperature rise is generally in the range of zero to three minutes. here,
Zero holding time means that cooling is started at the moment when the back metal reaches the sintering temperature. In the present invention, the sintering temperature is a temperature within a temperature range suitable for sintering, and holding at the sintering temperature does not mean holding at a constant temperature. Therefore, the sintering temperature range is from 1163K (890 ° C) to 1253K (9
If the temperature is 80 ° C.), it is possible to adopt a method in which the temperature is continuously increased to 1223 K (950 ° C.) and the temperature is immediately cooled from 1223 K (950 ° C.).
【００２０】前段及び後段の加熱において、銅合金の酸
化が起こる温度以上では銅合金粉末を還元性もしくは不
活性ガスと接触させて行うことが一般には必要である。
この温度は一般には４２３Ｋ（１５０℃）以上である。
これらガスと接触させる方法としては、いかなる方法で
も良いが、石英などの非磁性・非導電性保護雰囲気管を
使用し、この外側に高周波誘導コイルを配置する方法を
採用することが好ましい。In the first and second heating steps, it is generally necessary to bring the copper alloy powder into contact with a reducing or inert gas at a temperature higher than the temperature at which oxidation of the copper alloy occurs.
This temperature is generally above 423K (150 ° C).
Any method may be used as a method of bringing the gas into contact with the gas, but it is preferable to use a method of using a non-magnetic, non-conductive protective atmosphere tube such as quartz and disposing a high-frequency induction coil outside the tube.
【００２１】さらに、続いてソレノイドコイル式高周波
誘導加熱により裏金の鋼のキュリー点近傍まで加熱し、
続いて焼結温度までソレノイドコイル式高周波誘導加熱
と、例えば前記裏金両側縁のためのトランスバースコイ
ル式高周波誘導加熱を併用する第２方法につき説明す
る。段落００１７で記述したようにソレノイドコイル方
式には問題があるが、トランスバースコイルと併用する
ことにより弊害を目立たなくすることができる。特にソ
レノイドコイル方式による裏金の両側縁での急峻な温度
降下は両側縁を加熱するトランスバースコイル方式を使
用することにより補償することができる。併用の方式と
しては、時系列の面からは（イ）ソレノイドコイル方式
とトランスバースコイル方式による誘導加熱を同時に行
う；（ロ）ソレノイドコイル方式とトランスバースコイ
ル方式による誘導加熱を逐次行う方式があり,またトラ
ンスバースコイル方式による加熱領域としては裏金の
（ａ）板幅全体を加熱する、（ｂ）板幅の両側縁を加熱
する方式があり、これら（イ）、（ロ）、（ａ）及び
（ｂ）適宜を組み合わせることができる。また、同一ラ
インにおいて例えば（イ）＋（ｂ）の装置１基以上と
（ロ）＋（ｂ）の装置１基以上とを交互に配列してもよ
い。第２方法では昇温速度は第１方法より若干低くなる
が、温度分布は遜色ない結果を実現できる。なお、キュ
リー点から焼結温度までの昇温時間は、中型乗用者用の
一般的なすべり軸受で２分以内、最も一般的には約６０
秒である。本段落での説明事項と矛盾しない第１方法の
説明事項は本段落に引用したこととして、繰り返しを避
けることにしたい。Further, the back metal is heated to near the Curie point of the steel of the backing metal by a solenoid coil type high frequency induction heating,
Next, a description will be given of a second method in which the solenoid coil type high frequency induction heating up to the sintering temperature and, for example, the transverse coil type high frequency induction heating for both side edges of the back metal are used. As described in paragraph 0017, there is a problem with the solenoid coil system. However, the use of the solenoid coil system together with the transverse coil can make the adverse effect less noticeable. In particular, a steep temperature drop at both side edges of the back metal by the solenoid coil system can be compensated by using a transverse coil system that heats both side edges. From the time series point of view, there is a method of simultaneous induction heating using the solenoid coil method and the transverse coil method; (b) sequential heating method using the solenoid coil method and the transverse coil method. As the heating area by the transverse coil method, there are a method of heating (a) the entire sheet width of the back metal, and a method of heating both side edges of the sheet width (b), (b), (b), and (a). And (b) can be appropriately combined. Further, for example, one or more devices (a) + (b) and one or more devices (b) + (b) may be alternately arranged on the same line. In the second method, the rate of temperature rise is slightly lower than in the first method, but a result comparable in temperature distribution can be realized. The heating time from the Curie point to the sintering temperature is within 2 minutes for a typical plain bearing for medium-sized passengers, and most generally about 60 minutes.
Seconds. The description of the first method, which is not inconsistent with the description in this paragraph, has been cited in this paragraph and will not be repeated.
【００２２】引き続いて、裏金の鋼のキュリー点近傍ま
で及びさらに焼結温度までを、トランスバースコイルに
より一貫して高周波誘導加熱する第３方法を説明する。
裏金の鋼のキュリー点未満では、最適条件で作動される
トランスバースコイル式高周波誘導加熱の昇温速度は同
様に最適条件で作動されるソレノイドコイル式高周波誘
導加熱より低く、温度分布はほぼ同じにできる。本段落
での説明事項と矛盾しない第１発明の説明事項は本段落
に引用したこととして、繰り返しを避けることにした
い。Subsequently, a third method of performing high-frequency induction heating consistently with a transverse coil up to near the Curie point of the steel of the back metal and further up to the sintering temperature will be described.
Below the Curie point of the steel of the backing metal, the temperature rise rate of the transverse coil type high frequency induction heating operated under optimal conditions is lower than that of the solenoid coil type high frequency induction heating also operated under optimal conditions, and the temperature distribution is almost the same. it can. The description of the first invention which does not contradict the description in this paragraph is cited in this paragraph and will not be repeated.
【００２３】最後に、裏金の鋼のキュリー点近傍まで及
びさらに焼結温度までを、ソレノイドコイルとトランス
バースコイルを併用して高周波誘導加熱する第４方法に
つき説明する。この発明において、後段の加熱は第２方
法と同じであり,前段の加熱がソレノイドコイルとトラ
ンスバースコイルを併用して高周波誘導加熱するところ
が上述した各発明と異なっている。併用の方式は第２方
法の説明を引用することとする。前段の加熱では、昇温
速度は第１方法より低く、第２方法より高い。本段落で
の説明事項と矛盾しない第１発明、第２発明の説明事項
は本段落に引用したこととして、繰り返しを避けること
にしたい。Finally, a fourth method of high-frequency induction heating up to near the Curie point of the steel of the backing metal and further to the sintering temperature will be described using both a solenoid coil and a transverse coil. In the present invention, the latter stage heating is the same as the second method, and the former stage heating is different from the above-mentioned inventions in that high frequency induction heating is performed by using both a solenoid coil and a transverse coil. The description of the second method is cited for the method of the combination. In the heating in the first stage, the rate of temperature rise is lower than in the first method and higher than in the second method. The description of the first invention and the second invention, which are not inconsistent with the description in this paragraph, have been cited in this paragraph and will not be repeated.
【００２４】ワークをすべり軸受として使用するために
は、冷間圧縮を行って焼結層を緻密化した後に再焼結を
行う。再焼結法は、第１〜第４のいずれかの方法、通常
は１回目の焼結と同じ方法を採用することが好ましい。In order to use the work as a slide bearing, re-sintering is performed after cold compacting to densify the sintered layer. As the resintering method, it is preferable to employ any one of the first to fourth methods, usually the same method as the first sintering.
【００２５】以下、本焼結法を実施する装置を図面を引
用して説明する。図２の概念図に示すように、焼結装置
は、銅合金粉末３を裏金１に積層するためのホッパー２
など、焼結炉５、即ち高周波誘導加熱炉、及び裏金１を
長さ方向に搬送するために裏金コイルを巻き戻すアンコ
イラ４ａ及び巻き取るリコイラ４ｂを含んでなる。な
お、リコイラ４ｂを駆動するモーター、減速機などは図
示を省略しており、また、コイル状ではなく切り板状裏
金を搬送する場合は、（アン）コイラに代えて通板ロー
ラーやメッシュベルトなどを使用することができる。図
示されない駆動手段で回転されるリコイラ４ｂは裏金１
を、１〜１０ｍ／分、より具体的には板厚が１ｍｍでは
約６ｍ／分、板厚が６ｍｍでは１．５ｍ／分の速度で焼
結炉５内を通板する。勿論、この値は好ましい一例であ
り、裏金板厚が厚く、高周波電力が低く、高周波周波数
が高いほど、通板速度を遅くすればよい。さらに、図示
のように、焼結炉５の直後に、ガス冷却及び／又はロー
ル冷却等を行う冷却室６を設けて、ワークを速やかに次
工程の温度まで冷却することが好ましい。なお、後述す
る焼結雰囲気設定手段により焼結炉内部の銅合金粉末は
水素ガスなどと接触せしめられている。Hereinafter, an apparatus for carrying out the present sintering method will be described with reference to the drawings. As shown in the conceptual diagram of FIG. 2, the sintering apparatus includes a hopper 2 for laminating the copper alloy powder 3 on the back metal 1.
And a sintering furnace 5, that is, a high-frequency induction heating furnace, and an uncoiler 4a for rewinding the back metal coil to transport the back metal 1 in the longitudinal direction and a recoiler 4b for winding. The motor for driving the recoiler 4b, the speed reducer, and the like are not shown. When the back metal is transported not in the coil shape but in the shape of a cut plate, a threading roller or a mesh belt is used instead of the (en) coiler. Can be used. The recoiler 4b rotated by driving means (not shown)
Is passed through the sintering furnace 5 at a speed of 1 to 10 m / min, more specifically, at a speed of about 6 m / min when the plate thickness is 1 mm and at 1.5 m / min when the plate thickness is 6 mm. Of course, this value is a preferable example, and the passing speed may be reduced as the thickness of the back metal plate increases, the high-frequency power decreases, and the high-frequency frequency increases. Further, as shown in the figure, it is preferable to provide a cooling chamber 6 for performing gas cooling and / or roll cooling immediately after the sintering furnace 5 to quickly cool the work to the temperature of the next step. The copper alloy powder inside the sintering furnace is brought into contact with hydrogen gas or the like by sintering atmosphere setting means described later.
【００２６】[0026]
【実験例、鉛青銅の例】上記した条件範囲（但し、ソレ
ノイドコイルによる最終加熱温度＝１０１３Ｋ（７４０
℃），トランスバースコイルによる最終焼結温度＝１２
２３Ｋ（９５０℃），焼結炉長さ＝約３ｍ、裏金板厚＝
０．７ｍｍ、通板速度＝６m／分、焼結雰囲気−Ｎ2−Ｈ
2混合ガス、焼結層厚さ＝０．３μmにて２０％Pb、２０
％Snを含有する銅を第１方法で焼結したところ、０．７
５分で全焼結工程が終了した。なお、焼結層の裏金との
密着強度は良好であった。[Experimental examples, examples of lead bronze] The above condition range (however, final heating temperature by solenoid coil = 1013K (740
° C), final sintering temperature by transverse coil = 12
23K (950 ° C), sintering furnace length = about 3m, back metal sheet thickness =
0.7 mm, the sheet passing speed = 6 m / min, the sintering atmosphere -N 2 -H
2 mixed gas, sintered layer thickness = 0.3%, 20% Pb, 20
% Sintered copper by the first method,
The entire sintering process was completed in 5 minutes. The adhesion strength between the sintered layer and the back metal was good.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
本発明の鉛青銅は従来の鉛青銅よりも鉛相が微細である
ために、特に内燃機関用すべり軸受の性能を著しく向上
することができる。As described above, according to the present invention,
Since the lead phase of the lead bronze of the present invention is finer than the conventional lead bronze, the performance of a plain bearing for an internal combustion engine can be significantly improved.
【図１】 トランスバース式高周波誘導加熱の原理説明
図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a transverse high-frequency induction heating.
【図２】 本発明に係る焼結装置の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a sintering apparatus according to the present invention.
１ 裏金 ２ ホッパ− ３ 銅合金粉末 ４ａ アンコイラ ４ｂ リコイラー ５ 焼結炉（高周波誘導加熱炉） ６ 冷却室 ７ ワーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Backing metal 2 Hopper 3 Copper alloy powder 4a Uncoiler 4b Recoiler 5 Sintering furnace (high frequency induction heating furnace) 6 Cooling room 7 Work
Claims (5)
ｎ：０〜１．５％を含有し、残部が実質的にＣｕからな
る銅合金層を鋼裏金に焼結・成層してなる銅合金におい
て、前記焼結層の少なくとも表面側で、銅合金マトリッ
クス中に分散する鉛粒子の個数が３０００個/ｍｍ2以上
でありかつ平均粒径が５μm以下であることを特徴とす
るCu-Pb系銅合金。1. Pb: 10 to 30% by mass percentage, S
n: a copper alloy containing 0 to 1.5%, and the balance substantially consisting of Cu is sintered and layered on a steel backing metal. A Cu-Pb-based copper alloy, wherein the number of lead particles dispersed in a matrix is not less than 3000 particles / mm 2 and the average particle diameter is not more than 5 µm.
Ag，Zn及びCrなるから群から選択された少なくとも１種
の元素をさらに含有することを特徴とする請求項１記載
のCu-Pb系銅合金。2. The total amount of Ni, Sb, P, 5% by mass or less.
The Cu-Pb-based copper alloy according to claim 1, further comprising at least one element selected from the group consisting of Ag, Zn, and Cr.
物、酸化物、りん化物、ほう化物、金属間化合物、及び
硬質合金からなる群から選択された少なくとも１種の硬
質物をさらに含有することを特徴とする請求項１又は２
記載のCu-Pb系銅合金。3. The composition further contains at least one hard material selected from the group consisting of carbides, nitrides, oxides, phosphides, borides, intermetallic compounds, and hard alloys in a total amount of 10% by mass or less. 3. The method according to claim 1, wherein
The described Cu-Pb based copper alloy.
Ｓ2からなる群から選択された少なくとも１種の硬質物
をさらに含有することを特徴とする請求項１から３まで
の何れか１項記載のCu-Pb系銅合金。4. A total amount of graphite and Mo of not more than 10% by mass.
At least one of any one Cu-Pb based copper alloy according to further contain a hard material from claim 1, wherein up to 3 selected from the group consisting of S 2.
Cu-Pb系銅合金を含む内燃機関用すべり軸受であって、
少なくとも相手軸側の最表面及びその極近傍内面が前記
鉛粒子個数及び平均粒径を満たすことを特徴とする内燃
機関用すべり軸受。5. The method according to claim 1, wherein
A plain bearing for an internal combustion engine containing a Cu-Pb-based copper alloy,
A sliding bearing for an internal combustion engine, characterized in that at least the outermost surface on the mating shaft side and the inner surface in the immediate vicinity thereof satisfy the number of lead particles and the average particle size.
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