JP3336949B2 - 鉄基焼結合金製シンクロナイザーリング - Google Patents

鉄基焼結合金製シンクロナイザーリング

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、強度および耐摩
耗性に優れた鉄基焼結合金製シンクロナイザーリングに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、鉄基焼結合金の製造方法が進歩
し、鉄基焼結合金からなる各種機械部品を精度良く大量
に生産できるようになり、シンクロナイザーリングも鉄
基焼結合金により製造するようになってきた。鉄基焼結
合金製シンクロナイザーリングの一例として、Fe粉
末、Cu粉末および黒鉛粉末からなる混合粉末をプレス
成形し、焼結してCu:8.0〜15.0重量%、C:
1.2〜2.0重量%を含有し、残部がFeおよび不可
避不純物からなり、かつ素地中に遊離Cu相が析出して
いる鉄基焼結合金で構成されたシンクロナイザーリング
が知られている。さらにこの焼結して得られた鉄基焼結
合金製シンクロナイザーリングにスチーム処理、または
スチーム処理およびショットブラスト処理を施すことも
知られている(特開平8−177879号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の鉄
基焼結合金製シンクロナイザーリングは、製造中にCu
がFe粉末境界に浸透し、Fe粉末同士の結合強度を低
下させるため、十分な強度を具備するものではなく、従
って近年の高性能化、高負荷化および軽量化に対応する
ことができず、一段と優れた強度および耐摩耗性に優れ
た鉄基焼結合金製シンクロナイザーリングが求められて
いた。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上述のような観点から、従来よりも強度および耐摩耗性
に優れた鉄基焼結合金製シンクロナイザーリングを得る
べく研究を行っていたところ、FeおよびMnを含みさ
らにZnまたはZnおよびAlを含むCu合金粉末に、
Fe粉末、黒鉛粉末および表面酸化したSi粉末を混合
し、成形し、焼結することにより得られたCu:8〜2
0重量%、C:1.0〜2.0重量%、Mn:0.06
〜1.2重量%、Zn:0.04〜0.6重量%、S
i:0.02〜0.2重量%を含有し、残りがFeおよ
び不可避不純物からなる組成、またはCu:8〜20重
量%、C:1.0〜2.0重量%、Mn:0.06〜
1.2重量%、Zn:0.04〜0.6重量%、Al:
0.002〜0.02重量%、Si:0.02〜0.2
重量%を含有し、残りがFeおよび不可避不純物からな
る組成を有し、Fe基合金相およびCu基合金相からな
る素地中に遊離黒鉛相および表面酸化されたシリコンが
均一分散している組織を有する鉄基焼結合金製シンクロ
ナイザーリングは、焼結中にCuがFe粉末境界に浸透
することが少なく、従って、Fe粉末同士の結合強度を
低下させることなく耐摩耗性を向上させることができ
る、という知見を得たのである。
【0005】この発明は、かかる知見にもとづいて成さ
れたものであって、 (1)Cu:8〜20重量%、C:1.0〜2.0重量
%、Mn:0.06〜1.2重量%、Zn:0.04〜
0.6重量%、Si:0.02〜0.2重量%を含有
し、残りがFeおよび不可避不純物からなる組成を有
し、かつFe基合金相およびCu基合金相からなる素地
中に遊離黒鉛相および表面が酸化したシリコン相が均一
分散している組織を有する鉄基焼結合金で構成されてい
る鉄基焼結合金製シンクロナイザーリング、 (2)Cu:8〜20重量%、C:1.0〜2.0重量
%、Mn:0.06〜1.2重量%、Zn:0.04〜
0.6重量%、Al:0.002〜0.02重量%、S
i:0.02〜0.2重量%を含有し、残りがFeおよ
び不可避不純物からなる組成を有し、かつFe基合金相
およびCu基合金相からなる素地中に遊離黒鉛相および
表面が酸化したシリコン相が均一分散している組織を有
する鉄基焼結合金で構成されている鉄基焼結合金製シン
クロナイザーリング、に特徴を有するものである。
【0006】焼結して得られた前記(1)〜(2)記載
のこの発明の鉄基焼結合金製シンクロナイザーリング
に、スチーム処理、またはショットブラスト処理したの
ちスチーム処理を施すことが好ましい。従って、この発
明は、 (3)前記(1)または(2)記載の鉄基焼結合金製シ
ンクロナイザーリングにスチーム処理を施してなる鉄基
焼結合金製シンクロナイザーリング、 (4)前記(1)または(2)記載の鉄基焼結合金製シ
ンクロナイザーリングにショットブラスト処理およびス
チーム処理を施してなる鉄基焼結合金製シンクロナイザ
ーリング、に特徴を有するものである。
【0007】MnおよびFeは焼結中にCuのFe中へ
の固溶を阻害し、CuのFe粉末境界への浸透を抑制す
る作用を有するので、MnおよびFeを含有するCu合
金粉末を使用することによって焼結中にCuのFe中へ
の固溶を阻害し、CuのFe粉末境界への浸透を抑制し
てFe粉末同士の焼結強度を高め、もって強度の優れた
鉄基焼結合金製シンクロナイザーリングを得ることがで
きる。その場合、ZnおよびAlも同じ作用をするので
ZnまたはZnおよびAlを含有するMnおよびFe含
有のCu合金粉末を用いる。
【0008】従って、この発明の鉄基焼結合金製シンク
ロナイザーリングは、原料粉末として、Fe:0.6〜
6.0重量%、Mn:0.3〜7重量%を含有し、さら
に必要に応じてAl:0.01〜0.2重量%を含有す
るCu合金粉末、Fe粉末および黒鉛粉末を用意し、さ
らに表面が酸化したシリコン粉末を用意し、これら原料
粉末を所定量配合し、さらに潤滑剤であるステアリン酸
亜鉛粉末またはエチレンビスステアラミドとともにダブ
ルコーンミキサーで混合し、プレス成形して圧粉体を作
製し、圧粉体を窒素を含む水素雰囲気中、温度:105
0〜1300℃で焼結することにより製造する。この時
の焼結温度は1100〜1260℃が一層好ましい。
【0009】つぎに、この発明の鉄基焼結合金製シンク
ロナイザーリングを構成する鉄基焼結合金の成分組成を
上記のごとく限定した理由について説明する。 (a)Cu Cuは、耐摩耗性を向上させる効果があるが、その含有
量が8重量%未満では効果が十分でなく、一方、20重
量%を越えると強度が低下するので好ましくない。した
がって、Cuの含有量は8〜20重量%に定めた。Cu
の含有量の一層好ましい範囲は10〜18重量%であ
る。
【0010】(b)C Cは、強度を向上させる作用があり、また耐摩耗性向上
に寄与する黒鉛相を析出させる作用があるが、その含有
量が1.0重量%未満では強度向上効果が十分でなく、
一方、2.0重量%を越えて含有すると寸法精度が悪く
なるので好ましくない。したがって、Cの含有量は1.
0〜2.0重量%に定めた。Cの含有量の一層好ましい
範囲は1.1〜1.6重量%である。
【0011】(c)Mn Mnは、Feに固溶してCu合金相の強度を向上させ、
さらに焼結中にCuのFe中への固溶を阻害し、Cuの
Fe粉末境界への浸透を抑制する作用を有するが、その
含有量が0.06重量%未満ではその効果が十分でな
く、一方、鉄基焼結合金全体にMnが1.2重量%を越
えて含まれると強度が低下するので好ましくない。した
がって、Mnの含有量は0.06〜1.2重量%に定め
た。Mnの含有量の一層好ましい範囲は0.2〜0.9
重量%である。
【0012】(d)Zn Znは、Cu合金相の強度を向上させる作用があるので
必要に応じて添加するが、その含有量が0.04重量%
未満ではCu合金相の強度向上効果が十分でなく、一
方、0.6重量%を越えて含有すると靭性を低下させる
ので好ましくない。したがって、Znの含有量は0.0
4〜0.6重量%に定めた。Znの含有量の一層好まし
い範囲は0.2〜0.4重量%である。
【0013】(e)Al Alは、Cu合金相の強度を向上させる作用があるので
必要に応じて添加するが、その含有量が0.002重量
%未満ではCu合金相の強度向上効果が十分でなく、一
方、0.02重量%を越えて含有すると靭性を低下させ
るので好ましくない。したがって、Alの含有量は0.
002〜0.02重量%に定めた。Alの含有量の一層
好ましい範囲は0.005〜0.015重量%である。
【0014】(f)Si Siは、表面が酸化したSiとなり、耐摩耗性を向上さ
せる効果があるが、その含有量が0.02重量%未満で
は効果が十分でなく、一方、0.2重量%を越えると強
度が低下するので好ましくない。したがって、Siの含
有量は0.02〜0.2重量%に定めた。Siの含有量
の一層好ましい範囲は0.05〜0.15重量%であ
る。
【0015】
【発明の実施の形態】実施例1 原料粉末として、平均粒径:55μmのFe粉末、表1
に示される平均粒径および成分組成を有するCu合金粉
末A〜F、平均粒径:18μmの黒鉛粉末、平均粒径:
10μmの表面が酸化したSi粉末を用意した。
【0016】
【表1】
【0017】これら原料粉末を表2に示される配合組成
となるように配合し、さらに金型成形時の潤滑剤である
ステアリン酸亜鉛粉末を外掛けで0.8重量%に当たる
量だけ添加して混合し、プレス成形して内径:65m
m、厚さ:3.5mmの寸法ををもち、かつチャンファ
数:36個を有するシンクロナイザーリング形状の圧粉
体を作製した。この圧粉体をN2 −5%H2 の混合雰囲
気中、温度:1150℃、20分保持の条件で焼結した
のち、0.5℃/secの冷却速度で冷却することによ
り表3〜表4に示される成分組成を有する本発明鉄基焼
結合金製シンクロナイザーリング(以下、本発明リング
と云う)1〜4および比較鉄基焼結合金製シンクロナイ
ザーリング(以下、比較リングと云う)1〜6を作製し
た。さらにCu粉末を用意し、Cu粉末および黒鉛粉末
を表2に示される配合組成となるように配合し混合した
のち焼結することにより表4に示される成分組成の従来
鉄基焼結合金製シンクロナイザーリング(以下、従来リ
ングと云う)を作製した。
【0018】さらに、JIS SCM21鋼(浸炭焼き
入れ鋼)製のテーパーコーンを用意し、このテーパーコ
ーンを用い、下記の条件で本発明リング1〜4、比較リ
ング1〜6および従来リングの耐摩耗試験を行い、リン
グの内面の摩耗量(落ち込み量)および動摩擦係数を測
定し、その結果を表3〜表4に示した。
【0019】試験条件 テーパーコーンの回転数:1800rpm, 押し付け荷重:60kg, 油種:70番ギヤーオイル, 油温:80℃, テーパーコーンの作動:0.5〜0.7秒の同期時間で
2000rpm,
【0020】さらに、シンクロナイザーリングの強度を
評価するために、原料粉末を表2に示される配合組成と
なるように配合し、さらに金型成形時の潤滑剤であるス
テアリン酸亜鉛粉末を外掛けで0.8重量%に当たる量
だけ添加して混合し、プレス成形して30mm×12m
m×6.5mmの寸法を有する抗折試験片形状圧粉体を
作製し、この圧粉体をN2 −5%H2 の混合雰囲気中、
温度:1150℃、20分保持の条件で鉄基焼結合金製
したのち、0.5℃/secの冷却速度で冷却すること
により本発明リング1〜4、比較リング1〜6および従
来リングと同じ成分組成の鉄基焼結合金からなる抗折試
験片をそれぞれ作製し、これら抗折試験片をISO33
25に基づき、支点間距離25mmで抗折試験を行うこ
とにより抗折力を測定し、その結果を表3〜表4に示し
た。
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】
【表4】
【0024】表2〜表4に示される結果から、本発明リ
ング1〜4と従来リングを比較すると、本発明リング1
〜4は従来リングと比べて、摩耗量が少なく且つ動摩擦
係数が大きく、さらに抗折力が高いところから強度が優
れていることが分かる。しかし、この発明の範囲から外
れている成分組成を有する比較リング1〜6は、摩耗
量、動摩擦係数および抗折力のうちの少なくともいずれ
かが劣ることが分かる。
【0025】さらに、本発明リング2と同一成分組成の
抗折試験片を研磨し、その研磨面を金属顕微鏡で観察し
たところ、遊離黒鉛相および表面が酸化したシリコン相
が均一分散している組織を有していることが分かった。
【0026】実施例2 実施例1で得られた本発明リング1〜4を500℃の水
蒸気中で60分間保持することにより本発明リング1〜
4の表面に四三酸化鉄皮膜を形成するスチーム処理を行
うことにより本発明リング5〜8を作製し、この本発明
リング5〜8を実施例1と同じ条件で耐摩耗試験を行っ
た結果、本発明リング5〜8の摩耗量は本発明リング1
〜4の80〜90%となった。
【0027】実施例3 実施例1で得られた本発明リング1〜4をショットブラ
スト処理を行ったのち、さらに500℃の水蒸気中で6
0分間保持するスチーム処理を行うことにより本発明リ
ング9〜12を作製し、この本発明リング9〜12を実
施例1と同じ条件で耐摩耗試験を行った結果、本発明リ
ング9〜12の摩耗量は本発明リング1〜4の70〜8
0%となった。
【0028】
【発明の効果】上述のように、この発明の鉄基焼結合金
製シンクロナイザーリングは、摩耗量が小さく、動摩擦
係数が大きく、さらに高い抗折力を有することから、従
来よりも優れた鉄基焼結合金製シンクロナイザーリング
を提供することができ、自動車産業の発展に大いに貢献
し得るものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−225749(JP,A) 特開 平10−47379(JP,A) 特開 平10−73132(JP,A) 特開 平9−4652(JP,A) 特開 平8−177879(JP,A) 特開 昭52−20909(JP,A) 特開 平6−41609(JP,A) 特公 昭35−17103(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 304 C22C 38/16 F16D 23/06 C22C 33/02 103

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cu:8〜20重量%、C:1.0〜
    2.0重量%、Mn:0.06〜1.2重量%、Zn:
    0.04〜0.6重量%、Si:0.02〜0.2重量
    %を含有し、残りがFeおよび不可避不純物からなる組
    成を有し、かつFe基合金相およびCu基合金相からな
    る素地中に遊離黒鉛相および表面が酸化したシリコン相
    が均一分散している組織を有する鉄基焼結合金で構成さ
    れていることを特徴とする鉄基焼結合金製シンクロナイ
    ザーリング。
  2. 【請求項2】 Cu:8〜20重量%、C:1.0〜
    2.0重量%、Mn:0.06〜1.2重量%、Zn:
    0.04〜0.6重量%、Al:0.002〜0.02
    重量%、Si:0.02〜0.2重量%を含有し、残り
    がFeおよび不可避不純物からなる組成を有し、かつF
    e基合金相およびCu基合金相で結合してなる素地中に
    遊離黒鉛相および表面が酸化したシリコン相が均一分散
    している組織を有する鉄基焼結合金で構成されているこ
    とを特徴とする鉄基焼結合金製シンクロナイザーリン
    グ。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の鉄基焼結合金製
    シンクロナイザーリングにスチーム処理を施してなるこ
    とを特徴とする鉄基焼結合金製シンクロナイザーリン
    グ。
  4. 【請求項4】 請求項1または2記載の鉄基焼結合金製
    シンクロナイザーリングにショットブラスト処理および
    スチーム処理を施してなることを特徴とする鉄基焼結合
    金製シンクロナイザーリング。
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