JP2661649B2 - 疲労強度および耐焼付性にすぐれた軸受 - Google Patents

疲労強度および耐焼付性にすぐれた軸受

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JP2661649B2 JP18167088A JP18167088A JP2661649B2 JP 2661649 B2 JP2661649 B2 JP 2661649B2 JP 18167088 A JP18167088 A JP 18167088A JP 18167088 A JP18167088 A JP 18167088A JP 2661649 B2 JP2661649 B2 JP 2661649B2
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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、疲労強度および耐焼付性にすぐれた軸受に
関するものであり、さらに詳しく述べるならば、表面硬
化により疲労強度および耐焼付性を向上させたアルミニ
ウム系合金軸受に関するものである。
(従来の技術) アルミニウム系合金軸受の疲労強度および耐疲労性を
改良するために本出願人が提案した合金組成に関する特
許には次のものがある:特公昭57−9618号、特公昭58−
14866号、特公昭61−40297号、特公昭61−43421号。
(発明が解決しようとする課題) これらの組成の改良により軸受性能は著しく改善され
たが、近年内燃機関は従来にもまして高回転および高出
力で運転されるようになってきたので、一層の疲労強度
および耐焼付性が要求されるようになった。しかしなが
ら、疲労強度および耐焼付性の改良を従来のように組成
の改良にのみ頼っていることには限界が認められ、また
添加元素の種類を多くするとコスト増も招かれるので、
本発明者等は上記したアルミニウム系合金の表面硬さを
制御する加工硬化法に着目し、従来組成の改良により達
成されたすぐれた疲労強度および耐焼付性をさらに向上
することができる表面硬化軸受を提供することを目的と
して鋭意研究をおこなった。
従来のアルミニウム合金系軸受は、圧延板を裏金に圧
接後焼鈍され、ブローチ加工した状態で使用されている
が、表面硬さの制御はなされておらず表面硬さは焼鈍硬
さとほとんど同じであるため、疲労強度および耐焼付性
は充分ではない。
したがって、本発明者等は、特に高速運転時の疲労強
度および耐焼付性を高めることができる表面硬さ制御方
法につき研究を行なった。
(課題を解決するための手段) この結果、アルミニウム系合金板よりなる軸受におい
て、板表面から測定して2〜20μmの深さの部分に、板
中心部の硬さに対して少なくともHv4以上硬化されてい
る表面硬化部を少なくとも5μmの厚みにわたって存在
させると、疲労強度および耐焼付性にすぐれた軸受が得
られることを見出した。このように軸受に表面硬化部を
設けることにより、軸受の表面が起点になって発生する
疲労クラックの発生が防止され、また軸受表面が相手軸
との凝着も起こし難くなり、疲労強度および耐焼付性が
高められる。ここで、表面硬化部の形成位置を板表面か
ら測定して2μm以上深い位置と限定したのは、これよ
り表面側だけに表面硬化部があると、表面硬化部がすぐ
に摩耗してしまうので、疲労強度および耐焼付性が高め
られないからである。また、表面硬化部の形成位置を板
表面から測定して20μm以下に限定したのは、これより
内部だけに硬化部があると軟質部(すなわち、非硬化
部)が少なくなり、柔かい材質によりもたらされるなじ
み性等の性質が損なわれるからである。表面硬化部の硬
さに非硬化部に対してHv4以上としたのは、アルミニウ
ム合金系軸受の硬さが一般にHv40〜50であるため、一般
に加工硬化が起こるためにはHv4以上の硬さが必要であ
ること、またこれ未満の表現硬化では疲労強度および耐
焼付性が向上しないためである。また、表面硬化部の厚
みを少なくとも5μm以上としたのは、表面硬化部が上
記した2〜20μmの位置に形成されていても、5μm以
上の区間にわたる広がりを有していないと、疲労強度お
よび耐焼付性が向上しないからである。上記板中心部と
は、通常厚みが数100μmのアルミニウム合金板の厚み
中心である。ここで、アルミニウム合金板の裏金側は裏
金との接合により硬さが若干高くなっていることもある
ので、硬さ比較位置としてはこのような影響がない厚み
中心をとることにした。また、表面硬化部に比べて硬さ
が低い中心部はなじみ性を確保するために重要である。
この板中心部の硬さがアルミニウム系合金の焼鈍硬さ
であると、なじみ性、疲労強度および耐焼付性等の総合
性能にすぐれた軸受が得られる。一方、アルミニウム合
金圧延板を軽くスキンパスした上で表面硬化部を形成す
る;後述の加工法により20μmより深い位置も加工硬化
させる;さらに板中心部も硬化させ(但し、最表面部よ
りは硬さが低い)てもよいが、所定表面硬化部以外も硬
化することによりなじみ性等が不足し好ましくない。
また、軸受の表面でクラック等が発生するので最表面
をより多く硬化すると表面の耐クラック性を高めること
ができる。このためには、硬さが板最表面側が大きくな
る勾配を表面硬化部に付与することができる。逆に、表
面硬化後、極く最表面を軟化しても所定表面硬化部が存
在していれば、疲労強度および耐疲労性が高められる
が、上記勾配硬化よりは性能が不充分になる。本発明に
よる硬化の態様としては、広い区間をなだらかに硬化す
るものと、狭い区間を急峻に硬化するものとがある。前
者は、板表面から測定して2〜20μmの深さの部分全体
が硬さ勾配を有するようにする。後者は、表面硬化部が
板の最表面から測定した5μm以下であるように硬化す
る。硬化による硬さが大きい場合、特に、表面硬化部の
最大硬さが板中心の硬さより少なくともHv5以上である
場合は、後者の急峻な硬化態様が疲労強度および耐焼付
性の面で好ましい。
本発明の対象となるアルミニウム合金の組成は、上記
した所定表面硬化部が所定の硬化を示すものでなければ
ならないのは当然である。一般に加工硬化は加工硬化指
数で示されること、またアルミニウム合金にMg等を添加
した場合添加元素が固溶している方が分散析出している
より加工硬化が大きいことが知られている。しかしなが
ら、本発明者等がアルミニウム合金系軸受の組成と表面
硬化の関連につき研究したところ次のように一般の加工
硬化とは異なる知見が得られた。(イ)Pb,Sn等がのみ
が添加されたアルミニウウ合金系では後述の表面硬化法
を行なってもほとんど表面硬化が起こらない。(ロ)C
r,Mn,Zr,V,Nb,Mo,Coなどの一種が微細に析出してなり、
なおかつ同時にCu,Mg,Znの一種以上が固溶あるいは析出
していると、表面硬化が起こる。特に、Cr,Mn,Cuが表面
硬化に有効である。(ハ)Cr,Mn,Zr,V,Nb,Mo,Coなどは
添加量が0.1%以上であると表面硬化に有効である。
(ニ)Cr,Mn,Co,Zr,V,Nb,Moなどが存在しているとPh,Sn
等が存在していても表面硬化が起こる。(ホ)Cr,Mn等
の微細析出とは、ほとんどの粒子が0.5μm以下の寸法
である析出状態である。一方ほとんどの粒子の寸法がこ
の範囲外であると、表面硬化は顕著には起こらない。こ
の範囲外の微粒および/または粗粒のCr,Mn等が若干析
出していても表面硬化は起こる。これらの知見による
と、3〜30%のSn,0.1〜8%のCu,Mg,Znの一種以上、0.
1〜3%のCr,Mn,Zn,V,Nb,Mo,Coの一種以上を必須成分と
し、選択成分として0.1〜10%のPh,Bi,Inの一種以上お
よび/または0.1〜10%のSi,Sb,Fe,Ni,Ti,Srの一種以上
を含有するアルミニウム合金が表面硬化を起こすことが
でき、かつバルクの軸受性質も良好であるので、これら
に表面硬化を適用することが好ましい。
表面硬化方法としては、ブローチ加工後バニッシュを
行う方法、ブローチとバニッシュを同時に行なう加工法
(本出願人の特開昭56−134126号)、ショットブラスト
後ブローチ加工を行なう方法、ボーリング加工法などを
採用することができる。
以下、実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。
(実施例) 実施例1〜9は、ガス炉において、Al地金を溶解し、
次に、Al−Cr母合金やAl−Cu母合金、Al−Si母合金、Al
−Mn母合金等を目的成分に応じて溶解し、最後にSnおよ
びPb,Znを添加した後脱ガス処理し、金型に鋳造を行な
ったもので、その後圧延と焼鈍(350℃)を繰り返して
試料を作り、次にこの試料をさらに厚み1mmに圧延し、
これを裏金鋼板に圧接してバイメタル材とし、(このと
き、Alライニングの厚さは0.4mmとし)これを焼鈍した
後平面軸受に加工した。加工法は、表面硬化を兼ねバニ
ッシュ(しごき加工)、ボーリング加工、ショットブラ
ストした後ブローチ加工と、比較例として平面加工のみ
を行なう通常のブローチ加工とで行なった。
アルミニウム合金の種類は次のとおりであった。
A:Al−10%Sn−1.5%Pb−2.5%Si−0.3%Cr−1%Cu B:Al−12%Sn−1.7%Pb−3%Si−0.8%Cu−0.4%Mn−
0.1%V C:Al−4.5%Zn−3%Si−1%Cu−1%Pb−0.2%Mn D:Al−20%Sn−1%Cu E:Al−10%Sn−3%Si F:Al−10%Sn−3%Si G:Al−20%Sn−1%Cu 焼付荷重の測定はAおよびBで行なった 条件A: 試験機種:ジャーナル型焼付試験機 回転数:1300rpm 油種:SAE10W−30 油温:140℃ 軸材質:FCD70 軸粗さ:0.4〜0.6μmRz 荷重:15分間隔で50kg/cm2づつ面圧を上昇させた。
条件B: 試験機種:ジャーナル型焼付試験機 回転数:5000rpm 油種:SAE10W−30 油温:140℃ 軸材質:S45C焼入 軸粗さ:0.4〜0.6μmRz 測定:5000rpmで15分保持後給油停止、その後焼付までの
時間を測定した。
疲労試験は下記条件Cで行なった。
条件C: 試験機種:往復動荷重試験機 回転数:3000rpm 油種:SAE10W−30 油温:160℃ 軸材質:S45C 軸粗さ:0.4〜0.6μmRz 測定:107まで疲労しない面圧を測定 試験結果を第1〜4図および第1表に示す。図中の番
号は各実施例の番号を示す。
ここで第1図はアルミニウム合金A、第2図はアルミ
ニウム合金B、第3図はアルミニウム合金C、第4図は
アルミニウム合金D,E,F,Gについての表面硬さ布を示
す。表面硬さの測定は試料の断面をビッカース硬さ計
(荷重0.5gおよび2g)にて行なった。
各合金とも板中心硬さは焼鈍硬さである。
合金Aを表面硬化した実施例1〜2は請求項1、2、
3、4、6の要件を満足し、実施例3は請求項1、2、
4、6の要件を満足する。比較例1では表面硬化は起こ
っているが、硬化の程度が低くまたは硬化範囲が板の極
最表面に限定されている。このため比較例1の性能は実
施例1〜3より劣っている。請求項5の要件を充たす実
施例3は高速条件(条件C)での耐焼付性にすぐれてい
る。
合金Bを表面硬化した実施例4は請求項1、2、3の
要件を満足し、実施例5は請求項1、2、3、4の要件
を満足し、実施例6は請求項1、2、3、5の要件を満
足する。比較例2では表面硬化は起こっているが、硬化
の程度が低くまた硬化範囲が板の極最表面に限定されて
いる。このため比較例2の性能は実施例4〜6より劣っ
ている。請求項5の要件を充たす実施例6は高速条件
(条件C)での耐焼付性にすぐれている。
合金Cを表面硬化した実施例7,9は請求項1、2、
3、4、6の要件を満足し、実施例8は請求項1、2、
4、6の要件を満足する。比較例3では表面硬化は起こ
っているが、硬化の程度が低くまた硬化範囲が板の極最
表面に限定されている。このため比較例3の性能は実施
例7〜9より劣っている。
第4図において、−○−、−△−はそれぞれ比較例
4、5であり、−×−、−●−はそれぞれ比較例6、7
である。
比較例4〜7では表面硬化が起こっていない。これら
の比較例の合金は加工法が適切でも表面硬化しない。こ
れらの性能は他の実施例より低い。
(発明の効果) 本発明は以上のように構成したために、各種アルミニ
ウム合金について、特に高速/高出力運転条件下におけ
る疲労強度および耐疲労性を向上させることができる。
なお、アルミニウム合金系軸受の表面にオーバレイを被
着した場合には、おーバレイが摩耗した後に表面効果ア
ルミニウム合金系軸受の効果が現われる。
請求項2および3のように構成するとアルミニウム合
金バルクの性能、特になじみ性を十分に活用することが
できるので軸受総合性能の面で好ましい。
請求項4のアルミニウム合金系軸受は、どちらかとい
うと低速運転時の耐荷重性が著しく高い特長を有し、請
求項5のアルミニウム合金系軸受は、どちらかというと
高速運転時の耐荷重性が高い(表面効果による低速運転
時の耐荷重性向上効果はあるが低い)。
請求項6のように硬化程度を大きくすると疲労強度お
よび耐疲労性は著しく高められる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1〜3、比較例1の表面硬さを示すグラ
フ、 第2図は実施例4〜6、比較例2の表面硬さを示すグラ
フ、 第3図は実施例7〜9、比較例3の表面硬さを示すグラ
フ、 第4図は比較例4〜7の表面硬さを示すグラフである。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム系合金板を含んでなる軸受に
    おいて、板表面から測定して2〜20μmの深さの部分
    に、板中心部の硬さに対して少なくともHv4以上硬化さ
    れている硬化部が少なくとも5μmの厚みにわたって存
    在することを特徴とする疲労強度および耐焼付性にすぐ
    れた軸受。
  2. 【請求項2】前記表面硬化部以外の非硬化部の硬さが前
    記アルミニウム系合金の焼鈍硬さであることを特徴とす
    る請求項1記載の疲労強度および耐焼付性にすぐれた軸
    受。
  3. 【請求項3】前記表面硬化部の硬さが板表面側が大きく
    なる勾配を有することを特徴とする請求項1または2記
    載の疲労強度および耐焼付性にすぐれた軸受。
  4. 【請求項4】板表面から測定して2〜20μmの深さの部
    分全体が前記硬さ勾配を有することを特徴とする請求項
    3記載の疲労強度および耐焼付性にすぐれた軸受。
  5. 【請求項5】前記表面硬化部が板の最表面から測定して
    5μm以下であることを特徴とする請求項4に記載の疲
    労強度および耐焼付性にすぐれた軸受。
  6. 【請求項6】前記表面硬化部の最大硬さが板中心の硬さ
    より少なくともHv5以上高いことを特徴とする請求項1
    から4までの何れか1項に記載の疲労強度および耐焼付
    性にすぐれた軸受。
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