JP2024023066A - 摺動部材用銅合金、摺動部材および摺動部材用銅合金の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、摺動部材用銅合金、摺動部材および摺動部材用銅合金の製造方法に関するものである。
他の部材と接触して摺動する摺動面を含む摺動部材においては、少なくとも摺動面を含む領域を構成する材料として、摺動部材用銅合金が用いられる場合がある。摺動部材用銅合金としては、Pb(鉛)を含む銅合金が知られている。これに対し、環境負荷を低減する観点から、Pbの添加を回避し、Cu5FeS4を含む摺動部材用銅合金が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
上記の通り、環境負荷を低減する観点から、Pbの添加を回避した摺動部材用銅合金が求められている。Pbの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金、および当該摺動部材用銅合金を含むことにより摺動特性に優れた摺動部材を提供することが、本開示の目的の1つである。
本開示の摺動部材用銅合金は、0.4質量%以上6質量%以下のMn(マンガン)と、0.3質量%以上5質量%以下のFe(鉄)と、0.3質量%以上3.5質量%以下のS(硫黄)と、1質量%以上15質量%以下のSn(スズ)と、を含有し、残部がCu(銅)および不可避的不純物からなる成分組成を有する。本開示の摺動部材用銅合金は、青銅からなる母相と、母相中に分散し、40原子%以上75原子%以下のMnと、3原子%以上30原子%以下のFeと、1原子%以上55原子%以下のSとを含む複合硫化物相と、を含む組織を有する。
本開示の摺動部材用銅合金の製造方法は、混合粉末を準備する工程と、成形体を作製する工程と、組織を形成する工程と、を備える。混合粉末を準備する工程では、Cu粉末と、10質量%以上40質量%以下のSnを含有するCu合金粉末と、FeS粉末およびCuS粉末の少なくとも一方と、5質量%以上のMnを含有するCu合金粉末、60質量%以上のMnを含有するFe-Mn合金粉末およびMn粉末からなる群から選択される少なくともいずれか1つと、を、0.4質量%以上6質量%以下のMnと、0.3質量%以上5質量%以下のFeと、0.3質量%以上3.5質量%以下のSと、1質量%以上15質量%以下のSnと、を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる成分組成となるように混合することにより混合粉末が準備される。成形体を作製する工程では、混合粉末を圧粉成型することにより成形体が作製される。組織を形成する工程では、成形体を加熱することにより、青銅からなる母相と、母相中に分散し、40原子%以上75原子%以下のMnと、3原子%以上30原子%以下のFeと、1原子%以上55原子%以下のSとを含む複合硫化物相と、を含む組織が形成される。
上記摺動部材用銅合金およびその製造方法によれば、Pbの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金を提供することができる。
[実施形態の概要]
本開示に従った摺動部材用銅合金は、0.4質量%以上6質量%以下のMnと、0.3質量%以上5質量%以下のFeと、0.3質量%以上3.5質量%以下のSと、1質量%以上15質量%以下のSnと、を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する。本開示の摺動部材用銅合金は、青銅からなる母相と、母相中に分散し、40原子%以上75原子%以下のMnと、3原子%以上30原子%以下のFeと、1原子%以上55原子%以下のSとを含む複合硫化物相と、を含む組織を有する。
本開示に従った摺動部材用銅合金は、0.4質量%以上6質量%以下のMnと、0.3質量%以上5質量%以下のFeと、0.3質量%以上3.5質量%以下のSと、1質量%以上15質量%以下のSnと、を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する。本開示の摺動部材用銅合金は、青銅からなる母相と、母相中に分散し、40原子%以上75原子%以下のMnと、3原子%以上30原子%以下のFeと、1原子%以上55原子%以下のSとを含む複合硫化物相と、を含む組織を有する。
本発明者らは、Pbの添加を回避した摺動部材用銅合金の組成および組織について検討した結果、青銅からなる母相中にMn-Fe系複合硫化物相が分散した組織を採用することにより、Pbの添加を回避しつつ、耐摩耗性に優れた摺動部材用銅合金が得られることを見出した。具体的には、Mn、Fe、SおよびSnを適切な量だけ含む成分組成のCu合金において、青銅からなる母相中に特定の原子比率を有するMn-Fe系複合硫化物相(以下、単に「複合硫化物相」と称することもある)を分散させた組織を形成することで、耐摩耗性に優れた摺動部材用銅合金が得られる。
以下、本開示の摺動部材用銅合金の成分組成を上記範囲に限定した理由について説明する。
Mn:0.4質量%以上6質量%以下
Mnは、Mn-Fe系複合硫化物相の形成に必要な元素である。Mn含有量が0.4質量%未満では、適切にMn-Fe系複合硫化物相を形成することが困難となる。一方、Mn含有量が6質量%を超えると、形成される硫化物の総量が多くなり、組織が脆弱となる。また、粉末焼結法により摺動部材用銅合金を製造する場合に、スウェッティング現象(焼結による摺動部材用銅合金の製造において液相が表面に染み出る現象)が発生するおそれがある。そのため、Mn含有量は上記範囲とすることが必要である。また、十分な量のMn-Fe系複合硫化物相を形成することを容易にする観点から、Mn含有量は0.5質量%以上とすることが好ましい。一方、組織の脆弱化をより確実に回避する観点から、Mn含有量は5質量%以下とすることが好ましい。
Mnは、Mn-Fe系複合硫化物相の形成に必要な元素である。Mn含有量が0.4質量%未満では、適切にMn-Fe系複合硫化物相を形成することが困難となる。一方、Mn含有量が6質量%を超えると、形成される硫化物の総量が多くなり、組織が脆弱となる。また、粉末焼結法により摺動部材用銅合金を製造する場合に、スウェッティング現象(焼結による摺動部材用銅合金の製造において液相が表面に染み出る現象)が発生するおそれがある。そのため、Mn含有量は上記範囲とすることが必要である。また、十分な量のMn-Fe系複合硫化物相を形成することを容易にする観点から、Mn含有量は0.5質量%以上とすることが好ましい。一方、組織の脆弱化をより確実に回避する観点から、Mn含有量は5質量%以下とすることが好ましい。
Fe:0.3質量%以上5質量%以下
Feは、Mn-Fe系複合硫化物相の形成に必要な元素である。Fe含有量が0.3質量%未満では、十分な摺動特性を確保するために必要な量のMn-Fe系複合硫化物相を形成することが困難となる。一方、Fe含有量が5質量%を超えると、FeがCu合金中に固溶する割合が多くなる。その結果、Cu合金の硬度が上がる。そうすると、Cu合金を摺動部材として用いた場合に、相手材への攻撃性が増し、摺動特性を劣化させるおそれがある。そのため、Fe含有量は上記範囲とすることが必要である。十分なMn-Fe系複合硫化物相を形成することを容易にする観点から、Fe含有量は0.5質量%以上とすることが好ましい。
Feは、Mn-Fe系複合硫化物相の形成に必要な元素である。Fe含有量が0.3質量%未満では、十分な摺動特性を確保するために必要な量のMn-Fe系複合硫化物相を形成することが困難となる。一方、Fe含有量が5質量%を超えると、FeがCu合金中に固溶する割合が多くなる。その結果、Cu合金の硬度が上がる。そうすると、Cu合金を摺動部材として用いた場合に、相手材への攻撃性が増し、摺動特性を劣化させるおそれがある。そのため、Fe含有量は上記範囲とすることが必要である。十分なMn-Fe系複合硫化物相を形成することを容易にする観点から、Fe含有量は0.5質量%以上とすることが好ましい。
S:0.3質量%以上3.5質量%以下
Sは、Mn-Fe系複合硫化物相の形成に必要な元素である。S含有量が0.3質量%未満では、適切にMn-Fe系複合硫化物相を形成することが困難となる。一方、S含有量が3.5質量%を超えると、粉末焼結法により摺動部材用銅合金を製造する場合に、液相の生成量が多くなり、過剰な焼結が進行して、元の成形体の形を保てなくなるおそれがある。そのため、S含有量は上記範囲とすることが必要である。適切にMn-Fe系複合硫化物相を形成することを容易にする観点から、S含有量は0.5質量%以上とすることが好ましい。一方、銅合金の強度の低下をより確実に回避する観点から、S含有量は3.0質量%以下とすることが好ましい。
Sは、Mn-Fe系複合硫化物相の形成に必要な元素である。S含有量が0.3質量%未満では、適切にMn-Fe系複合硫化物相を形成することが困難となる。一方、S含有量が3.5質量%を超えると、粉末焼結法により摺動部材用銅合金を製造する場合に、液相の生成量が多くなり、過剰な焼結が進行して、元の成形体の形を保てなくなるおそれがある。そのため、S含有量は上記範囲とすることが必要である。適切にMn-Fe系複合硫化物相を形成することを容易にする観点から、S含有量は0.5質量%以上とすることが好ましい。一方、銅合金の強度の低下をより確実に回避する観点から、S含有量は3.0質量%以下とすることが好ましい。
Sn:1質量%以上15質量%以下
Snは青銅からなる母相を構成する元素である。焼結による製造において、液相を形成して焼結を容易にする観点から、Sn含有量は1質量%以上とする必要がある。一方、Sn含有量が15質量%を超えると、銅合金の強度が低下し始める。そのため、Sn含有量は上記範囲とすることが必要である。焼結をより容易にする観点から、Sn含有量は5質量%以上とすることが好ましい。一方、銅合金の強度の低下をより確実に回避する観点から、Sn含有量は12質量%以下とすることが好ましい。
Snは青銅からなる母相を構成する元素である。焼結による製造において、液相を形成して焼結を容易にする観点から、Sn含有量は1質量%以上とする必要がある。一方、Sn含有量が15質量%を超えると、銅合金の強度が低下し始める。そのため、Sn含有量は上記範囲とすることが必要である。焼結をより容易にする観点から、Sn含有量は5質量%以上とすることが好ましい。一方、銅合金の強度の低下をより確実に回避する観点から、Sn含有量は12質量%以下とすることが好ましい。
不可避的不純物
製造プロセスにおいて意図的に添加された成分以外に、不可避的不純物として、摺動部材用銅合金中に上記以外の元素が含まれる場合がある。不可避的不純物であるリン(P)は、Feと化合することによりリン化物を形成し、Mn-Fe系複合硫化物相の形成を妨げ、また銅合金の強度を低下させるため、P含有量は0.03質量%以下とすることが好ましい。また、Pのほか、Al(アルミニウム)、Si(珪素)などの元素も、不可避的不純物として、摺動部材用銅合金中に含まれる場合がある。これらの元素も、それぞれ0.1質量%以下、0.1質量%以下、とすることが好ましい。不可避的不純物の総量は、0.5質量%以下とすることが好ましい。
製造プロセスにおいて意図的に添加された成分以外に、不可避的不純物として、摺動部材用銅合金中に上記以外の元素が含まれる場合がある。不可避的不純物であるリン(P)は、Feと化合することによりリン化物を形成し、Mn-Fe系複合硫化物相の形成を妨げ、また銅合金の強度を低下させるため、P含有量は0.03質量%以下とすることが好ましい。また、Pのほか、Al(アルミニウム)、Si(珪素)などの元素も、不可避的不純物として、摺動部材用銅合金中に含まれる場合がある。これらの元素も、それぞれ0.1質量%以下、0.1質量%以下、とすることが好ましい。不可避的不純物の総量は、0.5質量%以下とすることが好ましい。
本開示の摺動部材用銅合金によれば、上記適切な成分組成のCu合金において、青銅からなる母相中に特定の原子比率を有するMn-Fe系複合硫化物相を分散させた組織を有することにより、Pbの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を達成することができる。
上記摺動部材用銅合金において、母相を構成する青銅はα相単相であってもよい。この構成により、高い摺動特性をより確実に得ることができる。
上記摺動部材用銅合金において、摺動部材用銅合金に占める複合硫化物相の割合は3体積%以上20体積%以下であってもよい。複合硫化物相の割合を3体積%以上とすることにより、より確実に高い耐摩耗性を得ることができる。複合硫化物相の割合を20体積%以下とすることにより、焼結による摺動部材用銅合金の製造において液相が表面に染み出る現象(スウェッティング現象)を抑制することができる。
本開示の摺動部材は、他の部材と接触して摺動する摺動面を含む摺動部材である。この摺動部材は、少なくとも摺動面を含む領域が上記本開示の摺動部材用銅合金から構成されている。本開示の摺動部材によれば、Pbの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金により摺動面が構成された摺動部材を提供することができる。
本開示に従った摺動部材用銅合金の製造方法は、混合粉末を準備する工程と、成形体を作製する工程と、組織を形成する工程と、を備える。混合粉末を準備する工程では、Cu粉末と、10質量%以上40質量%以下のSnを含有するCu合金粉末と、FeS粉末およびCuS粉末の少なくとも一方と、5質量%以上のMnを含有するCu合金粉末、60質量%以上のMnを含有するFe-Mn合金粉末およびMn粉末からなる群から選択される少なくともいずれか1つと、を、0.4質量%以上6質量%以下のMnと、0.3質量%以上5質量%以下のFeと、0.3質量%以上3.5質量%以下のSと、1質量%以上15質量%以下のSnと、を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる成分組成となるように混合することにより混合粉末が準備される。成形体を作製する工程では、混合粉末を圧粉成型することにより成形体が作製される。組織を形成する工程では、成形体を加熱することにより、青銅からなる母相と、母相中に分散し、40原子%以上75原子%以下のMnと、3原子%以上30原子%以下のFeと、1原子%以上55原子%以下のSとを含む複合硫化物相と、を含む組織が形成される。
本開示の摺動部材用銅合金の製造方法によれば、上記本開示の摺動部材用銅合金を容易に製造することができる。
[実施形態の具体例]
次に、本開示の摺動部材用銅合金および摺動部材の具体的な実施の形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
次に、本開示の摺動部材用銅合金および摺動部材の具体的な実施の形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
本開示の摺動部材が作業車両である油圧ショベルの履帯式走行装置に含まれるブシュとして採用される場合を例に、本開示の摺動部材用銅合金および摺動部材の実施の形態の一例を説明する。
図1は、油圧ショベルの外観を示す概略斜視図である。図1を参照して、油圧ショベル100は、履帯式走行装置101と、旋回体103と、作業機104とを含んでいる。油圧ショベル本体は、履帯式走行装置101と旋回体103とを含んでいる。履帯式走行装置101は、1対の履帯101Aを含んでいる。旋回体103は、履帯式走行装置101の上部の旋回機構を介して、履帯式走行装置101に装着されている。旋回体103は、運転室108を含んでいる。
作業機104は、旋回体103において、上下方向に作動可能に支持されており、土砂の掘削などの作業を行うことができる。作業機104は、ブーム105と、アーム106と、バケット107とを含んでいる。ブーム105の基部は、旋回体103に連結されている。アーム106は、ブーム105の先端に連結されている。バケット107は、アーム106の先端に連結されている。ブーム105、アーム106およびバケット107の各々が油圧シリンダによって駆動されることにより、作業機104は所望の動作を行うことができる。
図2は、油圧ショベルに含まれる履帯式走行装置の構造を示す概略平面図である。図2を参照して、履帯式走行装置101は、履帯2と、トラックフレーム3と、アイドラ4と、スプロケット5と、複数の(ここでは7つの)下転輪10と、複数の(ここでは2つの)上転輪11とを備えている。
履帯2は、環状(無端状)に連結された複数の履帯リンク9と、各履帯リンク9に対して固定された履板6とを含んでいる。複数の履帯リンク9は、外リンク7と内リンク8とを含んでいる。外リンク7と内リンク8とは、交互に連結されている。
トラックフレーム3には、アイドラ4と、複数の(ここでは7つの)下転輪10と、複数の(ここでは2つの)上転輪11とが、それぞれの軸周りに回転可能に取り付けられている。スプロケット5は、トラックフレーム3の中央から見てアイドラ4が取り付けられる側の端部とは反対側に配置されている。スプロケット5は、エンジンなどの動力源に接続されており、当該動力源によって駆動されることにより、軸周りに回転する。スプロケット5の外周面には、径方向外側に突出する突起部である複数のスプロケットティース51が配置されている。各スプロケットティース51は、履帯2と噛み合う。そのため、スプロケット5の回転は履帯2に伝達される。その結果、履帯2は、スプロケット5の回転により駆動されて周方向に回転する。
トラックフレーム3の端部(スプロケット5が配置される側とは反対側の端部)には、アイドラ4が取り付けられている。また、スプロケット5とアイドラ4とに挟まれたトラックフレーム3の領域には、接地側に複数の下転輪10が取り付けられ、接地側とは反対側に複数の上転輪11が取り付けられている。アイドラ4、下転輪10および上転輪11は、外周面において履帯2の内周面に接触している。その結果、スプロケット5の回転により駆動される履帯2は、アイドラ4、スプロケット5、下転輪10および上転輪11に案内されつつ、周方向に回転する。
図3は、ブシュを含む下転輪の構造を示す分解図である。図4は、ブシュの構造を示す概略断面図である。下転輪10は、図3に示すように一対のブシュ20を含む構造を有している。図3および図4を参照して、ブシュ20は、円筒状の形状を有する本体部21と、本体部21の軸方向の一方の端部に接続され、本体部21よりも外径が大きい円盤状の鍔部22とを含んでいる。本体部21の中心軸と鍔部の中心軸とは一致している。ブシュ20には、本体部21および鍔部22を軸方向に貫通する円筒状の貫通孔23が形成されている。貫通孔23の中心軸は、本体部21および鍔部22の中心軸と一致している。ブシュ20は、中空円筒状の形状を有している。
図4を参照して、ブシュ20は、鋼製のベース部28と、ベース部28の表面の一部を覆う摺動層29とを含んでいる。摺動層29は、ブシュ20の貫通孔23を取り囲む内壁21Aおよび鍔部22の本体部21とは反対側の端面22Aを構成するように配置されている。内壁21Aおよび端面22Aは、他の部材と接触して摺動する摺動面である。ベース部28を構成する鋼は、特に限定されるものではないが、たとえば、JIS規格SPHCなどの冷間圧延鋼板、JIS規格SS400などの軟鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼などであってもよい。摺動層29は、摺動部材用銅合金からなっている。この摺動部材用銅合金は、0.4質量%以上6質量%以下のMnと、0.3質量%以上5量%以下のFeと、0.3質量%以上3.5質量%以下のSと、1質量%以上15質量%以下のSnと、を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなっている。
図5は、摺動部材用銅合金の金属組織の状態を示す光学顕微鏡写真である。図5を参照して、摺動層29を構成する摺動部材用銅合金は、青銅からなる母相71と、母相71中に分散し、40原子%以上75原子%以下のMnと、3原子%以上30原子%以下のFeと、1原子%以上55原子%以下のSとを含む複合硫化物相72と、を含んでいる。複合硫化物相72は、Cuを含んでいてもよい。本実施の形態では、母相71はα相単相である。摺動部材用銅合金に占める複合硫化物相72の割合は3体積%以上20体積%以下である。複合硫化物相72を構成する硫化物の組成は、たとえばEnergy Dispersive Spectroscopy(EDS)により確認することができる。また、摺動部材用銅合金に占める複合硫化物相72の割合は、たとえばデジタルマイクロスコープによる画像解析などにより、測定することができる。
摺動層29を構成する摺動部材用銅合金は、上記適切な成分組成のCu合金において、青銅からなる母相71中に特定の原子比率を有するMn-Fe系複合硫化物相72を分散させた組織を有することにより、Pbの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する銅合金となっている。また、ブシュ20は、摺動面である内壁21Aおよび端面22Aを含む領域が上記本実施の形態の摺動部材用銅合金から構成されている。その結果、ブシュ20は、Pbの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金により摺動面が構成された摺動部材となっている。
次に、本実施の形態の摺動部材用銅合金の製造方法の一例について説明する。図6は、摺動部材用銅合金の製造方法の概略を示すフローチャートである。図6を参照して、本実施の形態の摺動部材用銅合金の製造方法では、まず工程S10として原料粉末混合工程が実施される。この工程S10では、たとえば(1)純Cu粉末、(2)10~40質量%のSnを含有するCu合金粉末、(3)FeS粉末およびCuS粉末の少なくとも一方、(4)5質量%以上のMnを含有するCu合金粉末、60質量%以上のMnを含有するFe-Mn合金粉末およびMn粉末からなる群から選択される少なくともいずれか1つが、上記本実施の形態の摺動部材用銅合金の成分組成を満たすように混合される。
次に、工程S20として、成形工程が実施される。この工程では、工程S10において混合されて得られた混合粉末を、たとえば所望の形状のキャビティを有する型を含むプレス機械により圧粉成型する。具体的には、キャビティ内に混合粉末を充填し、プレス機械により圧粉成型することで、成形体を得る。鋼板と接合された摺動部材用銅合金を製造する場合、成形体は鋼板上に載置される。また、上記に代えて、たとえば平板状の鋼板上に混合粉末が一定の厚みとなるように散布されてもよい。
次に、工程S30として、焼結工程が実施される。この工程S30では、工程S20において得られた成形体が焼結炉を用いて焼結される。たとえば焼結炉内に還元雰囲気を供給しつつ、800℃以上1000℃以下の温度域に成形体を加熱し、所定の時間だけ保持する。このとき、焼結により発生した液相により反応が促進され、青銅からなる母相内にMn-Fe系複合硫化物相が形成される。工程S20において鋼板上に載置された成形体は、焼結と同時に鋼板と接合される。工程S20において鋼板上に一定の厚みとなるように散布された混合粉末は、焼結して焼結体となるとともに、鋼板と接合される。得られた焼結体の密度が十分でない場合、圧延機を用いて圧延を実施してもよい。また、更なる密度の上昇のため、上記焼結と圧延とを複数回、たとえば2回繰り返してもよい。
次に、工程S40として仕上げ加工工程が実施される。この工程は必須の工程ではないが、必要に応じて実施されてもよい。たとえば、焼結体としての摺動部材用銅合金の表面に対する研削、研磨などの加工、封孔処理などが実施されてもよい。また、上記鋼板上に焼結体としての摺動部材用銅合金の層が形成された銅合金被覆鋼板を用いてブシュ20を作成するためには、以下の手順を採用することができる。まず、銅合金被覆鋼板を短冊状に切断する。次に、これを摺動部材用銅合金の層が内壁となるようにプレス機械を用いて円筒状に丸曲げ加工することにより、本体部21を作製する。また、銅合金被覆鋼板を円盤状に機械加工することにより、鍔部22を作製する。そして、鍔部22の摺動部材用銅合金の層が形成された側が本体部21とは反対側となるように、両者を摩擦圧接により接合することで、ブシュ20が得られる。
以上の手順により、本実施の形態の摺動部材用銅合金および摺動部材としてのブシュ20を作製することができる。なお、上記実施の形態においては、摺動部材のうち、摺動面を含む領域のみが摺動部材用銅合金で構成される場合について説明したが、摺動部材全体が摺動部材用銅合金で構成されていてもよい。
本開示の摺動部材用銅合金を作製し、耐摩耗性を確認する実験を行った。実験の手順は以下のとおりである。
図7は、耐摩耗試験の手法を説明するための概略図である。図7を参照して、上記実施の形態と同様の手順により、ベース体92に接合された本開示の摺動部材用銅合金からなる摺動層91を有する試料を準備した。このとき、摺動層91を構成する摺動部材用銅合金の成分組成等を変更することにより、複合硫化物相72の体積割合を変化させた。また、比較のため、複合硫化物相72を含まない摺動層91を有する試料も作製した。試料の成分組成を表1に示す。
このようにして得られた試料について、回転するディスク81の表面81Aに押し付け、摺動層の摩耗量を測定した。摩耗量は、試験装置に含まれるセンサによって電気的に検知し、試料を試験装置から取り外すことなく経時的に記録した。ディスク81は、JIS規格SUJ2(軸受鋼)からなるものを採用した。ディスク81は、平板円環状の形状を有している。このディスク81を、周方向(矢印αに沿う向き)に0.5m/sの速度で回転させた。ディスク81の表面(端面)81Aに、摺動層91が接触するように、試料を矢印βに沿う向きに押し付けた。摺動層91とディスク81との接触部に、80℃に加熱された潤滑油を200ml/分で供給した。摺動層91とディスク81との接触面圧が段階的に大きくなるように、押し付けの荷重を増加させた。具体的には、接触面圧が順に0.9MPa、1.9MPa、3.0MPa、3.8MPa、4.8MPa、6.6MPa、8.6MPa、10.5MPa、14.3MPa、18.2MPa、28.8MPa、37.6MPa、47.3MPa、57.0MPaとなるように、各面圧で10分間ずつ保持しつつ、段階的に接触面圧を大きくした(合計140分間)。そして、各試料について、試験終了時における摩耗量を取得した。
図8は、各試料における複合硫化物相の体積割合と耐摩耗性との関係を示す図である。図8において、横軸は複合硫化物相の体積割合に対応する。図8において、縦軸は摩耗量に対応する。摩耗量は、複合硫化物相を含まない試料の摩耗量を1とした相対値で示されている。また、図8中の破線は、従来の鉛を含む銅合金(鉛青銅;JIS規格LBC2(CAC602))の試料を用いて同様の耐摩耗試験を実施した場合の試料の摩耗量を示している。
図8を参照して、複合硫化物相の割合が1.5体積%である試料の摩耗量(図8のデータ点A)は、硫化物を含まない試料に比べて大幅に減少しており、従来材である鉛青銅と遜色ない耐摩耗性を有している。さらに、複合硫化物相の割合が3体積%以上(3.1体積%)である試料の摩耗量(図8のデータ点B)は、従来材である鉛青銅の摩耗量を下回っており、優れた耐摩耗性を有しているといえる。この摩耗量が低い状態は、少なくとも複合硫化物相の割合が20体積%以下(より具体的には19.1体積%以下)の範囲で維持されている。以上の実験結果より、本開示の摺動部材用銅合金によれば、Pbの添加を回避しつつ、優れた耐摩耗性を有する摺動部材用銅合金を提供できることが確認される。
なお、上記実施の形態においては、本開示の摺動部材用銅合金が作業機械の履帯式走行装置に含まれるブシュに適用される場合について説明したが、本開示の摺動部材用銅合金の用途はこれに限られず、摺動特性および耐摩耗性が要求される種々の用途に適用可能である。本開示の摺動部材用銅合金は、たとえば油圧ポンプに使用されるシリンダブロック、ピストンシュ-、クレードル、バルブプレートや、ギヤポンプに使用される側板など、油圧機器部品を構成する材料として使用することができる。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2 履帯、3 トラックフレーム、4 アイドラ、5 スプロケット、6 履板、7 外リンク、8 内リンク、9 履帯リンク、10 下転輪、11 上転輪、20 ブシュ、21 本体部、21A 内壁、22 鍔部、22A 端面、23 貫通孔、28 ベース部、29 摺動層、51 スプロケットティース、71 母相、72 複合硫化物相、81 ディスク、81A 表面、91 摺動層、92 ベース体、100 油圧ショベル、101 履帯式走行装置、101A 履帯、103 旋回体、104 作業機、105 ブーム、106 アーム、107 バケット、108 運転室。
Claims (5)
- 0.4質量%以上6質量%以下のMnと、
0.3質量%以上5質量%以下のFeと、
0.3質量%以上3.5質量%以下のSと、
1質量%以上15質量%以下のSnと、を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
青銅からなる母相と、
前記母相中に分散し、40原子%以上75原子%以下のMnと、3原子%以上30原子%以下のFeと、1原子%以上55原子%以下のSとを含む複合硫化物相と、を含む組織を有する、摺動部材用銅合金。 - 前記母相を構成する青銅はα相単相である、請求項1に記載の摺動部材用銅合金。
- 前記摺動部材用銅合金に占める前記複合硫化物相の割合は3体積%以上20体積%以下である、請求項1に記載の摺動部材用銅合金。
- 他の部材と接触して摺動する摺動面を含む摺動部材であって、
少なくとも前記摺動面を含む領域が請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の摺動部材用銅合金から構成される、摺動部材。 - Cu粉末と、10質量%以上40質量%以下のSnを含有するCu合金粉末と、FeS粉末およびCuS粉末の少なくとも一方と、5質量%以上のMnを含有するCu合金粉末、60質量%以上のMnを含有するFe-Mn合金粉末およびMn粉末からなる群から選択される少なくともいずれか1つと、を、0.4質量%以上6質量%以下のMnと、0.3質量%以上5質量%以下のFeと、0.3質量%以上3.5質量%以下のSと、1質量%以上15質量%以下のSnと、を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる成分組成となるように混合することにより混合粉末を準備する工程と、
前記混合粉末を圧粉成型することにより成形体を作製する工程と、
前記成形体を加熱することにより、青銅からなる母相と、前記母相中に分散し、40原子%以上75原子%以下のMnと、3原子%以上30原子%以下のFeと、1原子%以上55原子%以下のSとを含む複合硫化物相と、を含む組織を形成する工程と、を備える、摺動部材用銅合金の製造方法。
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