JP2010031347A - 青銅合金及びその製造方法、青銅合金を用いた摺動部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の青銅合金では、金属組織中にα銅と銅スズ系金属間化合物が積層された微細積層構造を有するとともに少なくともビスマスを含有する金属微粒子(微細ビスマス粒等)が分散析出した共析相が出現している。層状共析相の割合は10面積%〜70面積%である。また、組成の観点からは、銅とスズを主成分とする青銅合金であって、ニッケル、ビスマス、及び硫黄を添加元素として含有し、ニッケルの含有量は0.5質量%〜5.0質量%、ビスマスの含有量は0.5質量%〜7.0質量%、硫黄の含有量は0.08質量%〜1.2質量%である。スズの含有量は8質量%〜15質量%であることが好ましい。さらに鉛を4質量%以下の割合で含有していてもよい。本発明の青銅合金は、摺動部材(例えば油圧シリンダブロック)の摺動面に使用される。
【選択図】 図1
Description
共析変態:αp+β→αp+αs+δ
2段進行:β→αs+γ(586℃)、γ→αs+δ、 or α′(520℃)
αp:初晶
αs:変態生成(Sn:2質量%〜4質量%)
α′:微細構造を有する共析相(α銅中に片状のδまたはεが析出)
β:Snを高濃度に含んだ高温で安定な相(Sn:8質量%〜18質量%)
γ:Snを高濃度に含んだ586℃以下で安定な相(Sn:16質量%〜25質量%)
δ:Cu31Sn8で表される金属間化合物(Sn32.5質量%)
ε:Cu3Snで表される金属間化合物
下記の組成を有する青銅合金を作製し、鋼鉄製回転軸に対する円筒摩擦試験を行った。なお、下記の青銅合金のうち、青銅合金C及びDは実施例に相当し、微細積層構造を有し微細ビスマス粒が析出した共析相の出現が認められた。一方、青銅合金A,B,E,Fは比較例に相当するものであり、層状共析相の出現は認められなかった。
青銅合金A:Cu−12Sn−1.5Ni−0.6S
青銅合金B:Cu−12Sn−1.5Ni−0.6S−3Pb
青銅合金C:Cu−12Sn−1.5Ni−0.6S−5Bi
青銅合金D:Cu−12Sn−1.5Ni−0.6S−5Bi−2Pb
青銅合金E:Cu−13Sn−1.5Ni−10Pb
青銅合金F:Cu−10Sn−10Pb
[なお、各青銅合金において、数字は各元素の含有量(質量%)を表す。]
前記青銅合金A〜D、及び下記組成を有する青銅合金G,H(実施例に相当)、青銅合金I(比較例に相当)について、焼付限界PV値を測定した。結果を図6に示す。
青銅合金G:Cu−12Sn−1.5Ni−3Bi−1.0S
青銅合金H:Cu−12Sn−1.5Ni−3Bi−2Pb−1.0S
青銅合金I:Cu−12Sn−1.5Ni−3Bi−2Pb−1.0Si
下記の青銅合金について切削試験を行った。切削試験における使用工具は、市販のPVDコーティング超硬チップである。切削条件は、切削速度150m/min、送り0.3mm/rev、切り込み3.0mmとした。なお、比較のため、青銅合金E(比較例に相当)についても同様の試験を行った。結果を表2に示す。
青銅合金K:Cu−12Sn−1.5Ni−0.6S−3Bi
青銅合金L:Cu−12Sn−1.5Ni−0.6S−3Bi−3Pb
Snを12質量%含有する青銅合金において、層状共析相が出現する組成を調べた。実験に際しては、NiあるいはSの添加量を固定し、他の元素の濃度を変えて層状共析相が出現する濃度範囲を調べた。図7は、Niの添加量を一定(1.5質量%)とし、SとBiの添加量を変えた場合の層状共析相が出現する組成範囲を示すものである。図8は、Sの添加量を一定(0.7質量%)とし、NiとBiの添加量を変えた場合の層状共析相が出現する組成範囲を示すものである。いずれの図面においても、破線で囲まれた領域において層状共析相の出現が認められた。
図12は、3質量%のBiと1.5質量%のNi、0.4質量%のSを含有する青銅において、Sn濃度が共析変態で生じる層状共析相α′と未変態相(γ)の金属組織中での面積率に及ぼす影響を調べたものである。共析変態は、初晶αのデンドライト間に存在するSnが濃縮したβ銅でのみ生じ、図12中のα’+γはβ銅の生成量に対応している。β銅生成量がSn濃度12質量%以上で一定値となるため、層状共析相α′もこの量を超えることはない。Sn濃度が4質量%以下では、全てα銅となるため、共析変態を起こさないが、Sn濃度4〜12質量%の範囲では、Sn濃度に比例して層状共析相α′生成量が直線的に増加している。一方、Sn濃度の増加とともにγ銅が安定化するために未変態相の残留量が増加し、その結果Sn濃度12質量%以上では、層状共析相α′は減少に転じることになる。
Claims (12)
- 銅及びスズを主成分とする青銅合金であって、金属組織中に、α銅中に銅スズ系金属間化合物が析出するとともにビスマスを含む金属微粒子が分散析出した共析相が発現していることを特徴とする青銅合金。
- 前記共析相は、包晶反応により生成するβ相を添加元素で部分安定化させることにより出現していることを特徴とする請求項1記載の青銅合金。
- 前記共析相は、α銅中に片状の銅スズ系金属化合物が析出した微細積層構造を有することを特徴とする請求項1記載の青銅合金。
- β銅が出現する青銅合金であって、添加元素としてニッケル、ビスマス、及び硫黄の3元素を含有させることで共析変態時の金属組織が前記共析相を含むように制御されていることを特徴とする請求項1記載の青銅合金。
- ニッケルの含有量が0.5質量%〜5.0質量%、ビスマスの含有量が0.5質量%〜7.0質量%、硫黄の含有量が0.08質量%〜1.2質量%であることを特徴とする請求項4記載の青銅合金。
- 前記共析相の割合が10面積%〜70面積%であることを特徴とする請求項5記載の青銅合金。
- スズを8〜15質量%含有し、前記共析相の割合が20面積%〜70面積%であることを特徴とする請求項5記載の青銅合金。
- さらに鉛を4質量%以下の割合で含有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の青銅合金。
- さらに亜鉛を5質量%以下の割合で含有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の青銅合金。
- 青銅合金の主成分である銅及びスズにニッケル、ビスマス、及び硫黄を添加元素として添加し、包晶反応により生成するβ相を添加元素で部分安定化させることにより、α銅中に銅スズ系金属間化合物が析出するとともにビスマスを含む金属微粒子が分散析出した共析相を出現させることを特徴とする青銅合金の製造方法。
- 摺動面が、請求項1から9のいずれか1項記載の青銅合金により形成されていることを特徴とする摺動部材。
- 鉄系材料の摺動面に請求項1から9のいずれか1項記載の青銅合金が接合されていることを特徴とする請求項11記載の摺動部材。
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