JP2551981B2 - 複層鉄銅鉛系合金軸受材料 - Google Patents
複層鉄銅鉛系合金軸受材料Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はすべり軸受などの摺動部分に好適な鉄銅系合
金摺動材料の改良に関する。
金摺動材料の改良に関する。
［従来の技術］ 従来の鉄銅系合金軸受材料は、裏金なしのソリツドタ
イプで合金粉末を圧粉成形しかつ焼結して得られた軸受
材料が主として使用されている。また、近年、鋼の上に
直接に鉄銅系合金粉末を散布しかつその焼結及び圧延を
繰返してバイメタル状の軸受材料が開発されつつある。
イプで合金粉末を圧粉成形しかつ焼結して得られた軸受
材料が主として使用されている。また、近年、鋼の上に
直接に鉄銅系合金粉末を散布しかつその焼結及び圧延を
繰返してバイメタル状の軸受材料が開発されつつある。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の鉄銅系合金軸受材料は主としてソリツドタイプ
であり、耐荷重性が強く要求される軸受材料としては強
度が不充分であつた。そこで、鋼裏金と鉄銅鉛系の焼結
合金とから成るバイメタル構造にして耐荷重性を向上さ
せる方法が考えられているが、鋼裏金の上に直接に鉄銅
系合金粉末を散布した場合は焼結温度が700〜900℃の条
件では充分な接着力が得られず、特に鉛の含有量が多く
なるほど接着力は弱くなる。また、焼結温度を1000〜11
50℃の条件にすると、銅裏金と焼結合金との間の接着強
さは向上するが、鉛が粗大化して潤滑性が低下する問題
があつた。
であり、耐荷重性が強く要求される軸受材料としては強
度が不充分であつた。そこで、鋼裏金と鉄銅鉛系の焼結
合金とから成るバイメタル構造にして耐荷重性を向上さ
せる方法が考えられているが、鋼裏金の上に直接に鉄銅
系合金粉末を散布した場合は焼結温度が700〜900℃の条
件では充分な接着力が得られず、特に鉛の含有量が多く
なるほど接着力は弱くなる。また、焼結温度を1000〜11
50℃の条件にすると、銅裏金と焼結合金との間の接着強
さは向上するが、鉛が粗大化して潤滑性が低下する問題
があつた。
そこで、本発明は、複層構造を有し、優れた耐荷重性
を発揮すると共に鉛を比較的多く含有して非焼付性を向
上させ且つ焼結温度が700〜900℃でも鋼裏金と焼結合金
との間に高い接着強さが得られる複層鉄銅鉛系合金軸受
材料を提供することを目的とする。
を発揮すると共に鉛を比較的多く含有して非焼付性を向
上させ且つ焼結温度が700〜900℃でも鋼裏金と焼結合金
との間に高い接着強さが得られる複層鉄銅鉛系合金軸受
材料を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この目的を達成するため、本発明による複層鉄銅鉛系
合金軸受材料は、鋼裏金と、該鋼裏金層に接合され且つ
２〜20μｍの厚さを有する銅メッキ層と、該銅メッキ層
に接合され且つ銅10〜40重量％、スズ１〜７重量％、鉛
10〜40重量％、リン0.5重量％以下及び残部鉄からなる
鉄銅鉛系焼結合金層との３層からなる、ことを特徴とす
る。このFe−Cu系焼結合金層は、他に第１種添加元素と
して黒鉛0.5〜4.0重量％、第２種添加元素として亜鉛
（Zn）、ニツケル（Ni）、ホウ素（Ｂ）のうち少なくと
も１種を５重量％以下を含有してもよい。そして、銅裏
金とFe−Cu系焼結合金の間にCuメツキ層が形成され、こ
のCuメツキ層は鋼裏金にCuを予め２〜20μｍの厚さにメ
ツキしておき、その上にFe−Cu系合金の粉末を散布し、
焼結などの工程を経て焼結合金を作ることによつて形成
される。
合金軸受材料は、鋼裏金と、該鋼裏金層に接合され且つ
２〜20μｍの厚さを有する銅メッキ層と、該銅メッキ層
に接合され且つ銅10〜40重量％、スズ１〜７重量％、鉛
10〜40重量％、リン0.5重量％以下及び残部鉄からなる
鉄銅鉛系焼結合金層との３層からなる、ことを特徴とす
る。このFe−Cu系焼結合金層は、他に第１種添加元素と
して黒鉛0.5〜4.0重量％、第２種添加元素として亜鉛
（Zn）、ニツケル（Ni）、ホウ素（Ｂ）のうち少なくと
も１種を５重量％以下を含有してもよい。そして、銅裏
金とFe−Cu系焼結合金の間にCuメツキ層が形成され、こ
のCuメツキ層は鋼裏金にCuを予め２〜20μｍの厚さにメ
ツキしておき、その上にFe−Cu系合金の粉末を散布し、
焼結などの工程を経て焼結合金を作ることによつて形成
される。
［作用］ 次に、本発明の軸受材料の成分含有範囲と銅メツキ層
の厚さの限定理由を述べる。
の厚さの限定理由を述べる。
イ） 銅メツキ層の厚さ:2〜20μｍ 該層の厚さが２μｍ未満であると、銅裏金と焼結合金
との接着強さが不充分であり、また20μｍを超えると、
強度の低い層が厚すぎるために材料全体の強度が低下
し、また製造コストの増大をもたらす。
との接着強さが不充分であり、また20μｍを超えると、
強度の低い層が厚すぎるために材料全体の強度が低下
し、また製造コストの増大をもたらす。
ロ） 銅（Cu）含有範囲:10〜40重量％ 銅含有量が10重量％未満であると、焼結不足となり、
必要な靭性が得られず、接着強さも低下する。また40重
量％を超えると、合金強さの低下となり、材料コストも
上昇する。
必要な靭性が得られず、接着強さも低下する。また40重
量％を超えると、合金強さの低下となり、材料コストも
上昇する。
ハ） スズ（Sn）含有範囲:1〜７重量％ スズ含有量が１重量％未満では、焼結不足及び銅相の
強度が低下し、また７重量％を超えると、銅相が脆弱と
なり、材料コストも上昇する。
強度が低下し、また７重量％を超えると、銅相が脆弱と
なり、材料コストも上昇する。
ニ） リン（Ｐ）含有範囲:0.5重量％以下 リン含有量が0.5重量％を超えると、銅相が脆弱とな
る。
る。
ホ） 鉛（Pb）含有範囲:10〜40重量％ 銅含有量が10重量％未満では、潤滑性及び非焼付性が
不足し、また40重量％を超えると、銅裏金と合金との接
着強さ及び合金全体の強度が極端に低下する。
不足し、また40重量％を超えると、銅裏金と合金との接
着強さ及び合金全体の強度が極端に低下する。
ヘ） 黒鉛（Gr）含有量:0.5〜４重量％ 黒鉛含有量が0.5重量％未満では、境界潤滑状態で潤
滑性が不足し、また４重量％を超えると、合金強度が極
端に低下する。
滑性が不足し、また４重量％を超えると、合金強度が極
端に低下する。
ト） 亜鉛（Zn）、ニツケル（Ni）、ホウ素（Ｂ）のう
ち少なくとも１種の含有量:5重量％以下 これはマトリツクス中の銅相を更に強化する場合に含
有させ、それが５重量％を超えると銅相が脆弱となる。
ち少なくとも１種の含有量:5重量％以下 これはマトリツクス中の銅相を更に強化する場合に含
有させ、それが５重量％を超えると銅相が脆弱となる。
［実施例］ 次に、本発明の実施例を説明する。
銅が２〜20μｍの厚さに表面メツキされた銅板上に、
第１表に示す成分の粉末を散布し、水素−窒素気流中の
還元雰囲気炉内で約700〜900℃の温度で約10〜30分間焼
結し、その後この焼結複合材をロール間に通して圧下率
約３〜20％で圧延して圧着し、総肉厚1.6mm及び合金総
厚0.4mmを有するバイメタル形状をした複層鉄銅鉛系合
金軸受材料を作成し、試料１から試料８までの試料を得
た。これら試料では銅メツキ層の厚さは約８μｍであつ
た。なお、必要に応じて前記焼結及び圧延を必要回数だ
け繰返す工程を備えてもよいことはもちろんである。
第１表に示す成分の粉末を散布し、水素−窒素気流中の
還元雰囲気炉内で約700〜900℃の温度で約10〜30分間焼
結し、その後この焼結複合材をロール間に通して圧下率
約３〜20％で圧延して圧着し、総肉厚1.6mm及び合金総
厚0.4mmを有するバイメタル形状をした複層鉄銅鉛系合
金軸受材料を作成し、試料１から試料８までの試料を得
た。これら試料では銅メツキ層の厚さは約８μｍであつ
た。なお、必要に応じて前記焼結及び圧延を必要回数だ
け繰返す工程を備えてもよいことはもちろんである。
また、上記したようにして得られた本発明の軸受材料
と比較するために、比較例として、第１表に示すように
本発明の成分含有範囲外の含有量を有する合金層を、鋼
板上の厚さ約８μｍの銅鍍金層上に上記した試料１〜８
と同じ製造条件で、軸受材料を作製し、試料９〜試料12
を得た。更に、比較例として、第１表に示すように本発
明の成分含有範囲内の含有量を有する合金層を、銅メツ
キ層のない鋼板上に、上記した実施例と同じ製造条件
で、軸受材料を作製し、試料13及び試料14を得た。
と比較するために、比較例として、第１表に示すように
本発明の成分含有範囲外の含有量を有する合金層を、鋼
板上の厚さ約８μｍの銅鍍金層上に上記した試料１〜８
と同じ製造条件で、軸受材料を作製し、試料９〜試料12
を得た。更に、比較例として、第１表に示すように本発
明の成分含有範囲内の含有量を有する合金層を、銅メツ
キ層のない鋼板上に、上記した実施例と同じ製造条件
で、軸受材料を作製し、試料13及び試料14を得た。
このようにして得た試料１〜14を用いて、まずそれぞ
れの軸受材料の機械的性質、即ち引張強さ、鋼裏金層と
焼結合金層との接着強さ及び合金硬さを試験し、その結
果を第２表に示す。この場合、鋼裏金層と焼結合金層と
の接着強さの試験方法は、各試料から採取した幅Ｂ（m
m）の裏金層付軸受合金板（バイメタル状平板）の軸受
合金側の外表面と裏側の外表面とから接着境界面に達す
る２本の平行溝を切り込み、両溝間の間隔をＬ（mm）と
して試験片の両端をつかんで引張り、裏金と軸受合金部
とが破断したときの引張荷重（kg）を接着部面積Ｂ×Ｌ
（mm2）で除算して求めたものである。
れの軸受材料の機械的性質、即ち引張強さ、鋼裏金層と
焼結合金層との接着強さ及び合金硬さを試験し、その結
果を第２表に示す。この場合、鋼裏金層と焼結合金層と
の接着強さの試験方法は、各試料から採取した幅Ｂ（m
m）の裏金層付軸受合金板（バイメタル状平板）の軸受
合金側の外表面と裏側の外表面とから接着境界面に達す
る２本の平行溝を切り込み、両溝間の間隔をＬ（mm）と
して試験片の両端をつかんで引張り、裏金と軸受合金部
とが破断したときの引張荷重（kg）を接着部面積Ｂ×Ｌ
（mm2）で除算して求めたものである。
第２表から明らかなように、本発明品（試料１〜８）
では、銅メツキ層を銅裏金と合金層の間に存在されるこ
とにより、銅メツキ層のない比較例（試料13及び14）と
比較して、接着強さが大幅に向上されたことが分かる。
また、銅メツキ層は存在する銅含有量が８重量％と本発
明の下限量よりも少ない参考例の試料12では、接着強さ
が低く、逆に銅含有量が48重量％と本発明の上限量より
も多い参考例の試料11では合金硬さが低下しており且つ
コストも高くなる。
では、銅メツキ層を銅裏金と合金層の間に存在されるこ
とにより、銅メツキ層のない比較例（試料13及び14）と
比較して、接着強さが大幅に向上されたことが分かる。
また、銅メツキ層は存在する銅含有量が８重量％と本発
明の下限量よりも少ない参考例の試料12では、接着強さ
が低く、逆に銅含有量が48重量％と本発明の上限量より
も多い参考例の試料11では合金硬さが低下しており且つ
コストも高くなる。
さらに、上記した試料１〜14を用いて、軸受特性を調
べるための焼付試験を行い、その結果を第３表に示す。
この焼付試験に際して、まず試料１〜14のそれぞれから
第１図及び第２図に示すような試験片１を作製し、これ
ら試験片１を第３図に示す試験装置２で試験した。この
試験装置２は、その潤滑剤槽３内に潤滑剤（オイル）４
を満たし、潤滑剤槽３内にその底部から回転軸５を突出
させ且つ回転軸５の上部に試験片相手部材６を取付け、
一方潤滑剤槽３の上方には、上方から荷重を受ける試験
片押え７を配置し、試験片押え７の下部に上記した試験
片１を取付けて試験片１を試験片相手部材６に押圧し、
回転軸５の回転により試験片１及び試験片相手部材６の
間の摺動面において焼付試験を調べた。なお、試験片押
え７には試験片１の温度を測定するための熱電対差込み
穴８を設けた。このような試験装置２を用いて、第４表
の試験条件により第４図に示す累積負荷方法で焼付試験
を行つた。この焼付試験は、軸受背面温度が200℃を越
えた時の荷重を焼付発生時の最大面圧としした。
べるための焼付試験を行い、その結果を第３表に示す。
この焼付試験に際して、まず試料１〜14のそれぞれから
第１図及び第２図に示すような試験片１を作製し、これ
ら試験片１を第３図に示す試験装置２で試験した。この
試験装置２は、その潤滑剤槽３内に潤滑剤（オイル）４
を満たし、潤滑剤槽３内にその底部から回転軸５を突出
させ且つ回転軸５の上部に試験片相手部材６を取付け、
一方潤滑剤槽３の上方には、上方から荷重を受ける試験
片押え７を配置し、試験片押え７の下部に上記した試験
片１を取付けて試験片１を試験片相手部材６に押圧し、
回転軸５の回転により試験片１及び試験片相手部材６の
間の摺動面において焼付試験を調べた。なお、試験片押
え７には試験片１の温度を測定するための熱電対差込み
穴８を設けた。このような試験装置２を用いて、第４表
の試験条件により第４図に示す累積負荷方法で焼付試験
を行つた。この焼付試験は、軸受背面温度が200℃を越
えた時の荷重を焼付発生時の最大面圧としした。
第３表に示す試験結果から、本発明品の非焼付性は、
鉛25重量％を含有する実施例（試料１〜５）及び鉛15重
量％とし且つ黒鉛１重量％を添加した実施例（試料６〜
８）のいずれにおいても鉛５重量％と本発明の下限量よ
りも小量に含有する比較例（試料９及び10）と比較して
大幅に優れていることがわかる。また、銅の８重量％と
本発明の下限量よりも少量にし且つ鉄を多くした比較例
（試料12）と比較しても本発明品の非焼付性は優れてい
る。また、銅を48重量％と本発明の上限量よりも多量に
含有して鉄量が少ないと非焼付性は良好であるが、第２
表に示されるように合金層の硬度が低下するので不可で
ある。
鉛25重量％を含有する実施例（試料１〜５）及び鉛15重
量％とし且つ黒鉛１重量％を添加した実施例（試料６〜
８）のいずれにおいても鉛５重量％と本発明の下限量よ
りも小量に含有する比較例（試料９及び10）と比較して
大幅に優れていることがわかる。また、銅の８重量％と
本発明の下限量よりも少量にし且つ鉄を多くした比較例
（試料12）と比較しても本発明品の非焼付性は優れてい
る。また、銅を48重量％と本発明の上限量よりも多量に
含有して鉄量が少ないと非焼付性は良好であるが、第２
表に示されるように合金層の硬度が低下するので不可で
ある。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明による複層鉄銅鉛系合金
軸受材料は、鋼裏金と焼結合金との間に銅メツキ層を存
在させたことにより接着強度が大幅に改善され、またこ
れによつて鉛の添加による接着強さの低下が少なく、鉛
を比較的多量に含有できるために非焼付性も改善され
る。特に、従来のバイメタル系材料（例えば特開昭52−
68805号公報）を改良し、該バイメタルの中間に銅メツ
キ層を２−20μｍ施すと、鋼との接着強度を向上し、鉛
が多く含有できる（接着強度が低下しない）軸受特性上
極めて優れた作用効果を奏するものである。
軸受材料は、鋼裏金と焼結合金との間に銅メツキ層を存
在させたことにより接着強度が大幅に改善され、またこ
れによつて鉛の添加による接着強さの低下が少なく、鉛
を比較的多量に含有できるために非焼付性も改善され
る。特に、従来のバイメタル系材料（例えば特開昭52−
68805号公報）を改良し、該バイメタルの中間に銅メツ
キ層を２−20μｍ施すと、鋼との接着強度を向上し、鉛
が多く含有できる（接着強度が低下しない）軸受特性上
極めて優れた作用効果を奏するものである。
第１図は焼付試験に用いた試験片の正面図であり、第２
図は第１図のII−II線に沿つた断面図であり、第３図は
焼付試験装置の要部断面図であり、第４図は焼付試験に
おける累積負荷状態を示す線図である。
図は第１図のII−II線に沿つた断面図であり、第３図は
焼付試験装置の要部断面図であり、第４図は焼付試験に
おける累積負荷状態を示す線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 健至 愛知県一宮市丹陽町多加木字向江484番 地の２ (56)参考文献 特開 昭57−13102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−189361（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−166183（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−8164（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (4)
- 【請求項１】鋼裏金と、該鋼裏金層に接合され且つ２〜
20μｍの厚さを有する銅メッキ層と、該銅メッキ層に接
合され且つ銅10〜40重量％、スズ１〜７重量％、鉛10〜
40重量％、リン0.5重量％以下及び残部鉄からなる鉄銅
鉛系焼結合金層との３層からなる、複層鉄銅鉛系合金軸
受材料。 - 【請求項２】鉄銅鉛系焼結合金層は、銅10〜40重量％、
スズ１〜７重量％、鉛10〜40重量％、リン0.5重量％以
下、黒鉛0.5〜４重量％、残部鉄から成ることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の複層鉄銅鉛系合金軸受
材料。 - 【請求項３】鉄銅鉛系焼結合金層は、銅10〜40重量％、
スズ１〜７重量％、鉛10〜40重量％、リン0.5重量％以
下、亜鉛とニッケルとホウ素のうち少なくとも１種を５
重量％以下、残部鉄から成ることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の複層鉄銅鉛系合金軸受材料。 - 【請求項４】鉄銅鉛系焼結合金層は、銅10〜40重量％、
スズ１〜７重量％、鉛10〜40重量％、リン0.5重量％以
下、黒鉛0.5〜４重量％、亜鉛とニッケルとホウ素のう
ち少なくとも１種を５重量％以下、残部鉄から成ること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複層鉄銅鉛系
合金軸受材料。
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