JP4337091B2 - 高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング - Google Patents
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Description
(イ)前記従来のα相が全くないまたはα相があっても極めて僅かしか存在しない実質β´単相からなる素地組織を有するシンクロナイザーリングでは、本質的に耐熱性が不足しているので高発熱環境下では塑性流動しやすく、また、α相が極めて多い実質α単相からなる素地組織を有するシンクロナイザーリングも知られているが、このシンクロナイザーリングでは熱伝導性が悪いために、やはり高発熱環境下では耐塑性流動性が悪い、
(ロ)銅合金のα相はβ相およびβ´相に比べて耐熱性を有し、耐塑性流動性に優れ、したがって、α相がより高温状態まで存在する方が高温下でのシンクロナイザーリングは塑性流動の発生を阻止して耐塑性流動性を向上させることができる、
(ハ)α相中にCuが65質量%以上、Niが0.5質量%以上含まれると650℃までα相が存在し、高温状態において優れた耐塑性流動性を発揮するが、一方、α相中に含まれるCuが74質量%を越え、Niが2.5質量%を越えると、熱間押し出しが困難になる、
(ニ)β相は変態温度以下では規則格子のβ´相として存在し、このβ´相は不規則格子のβ相に比べて熱伝導性や強度に優れるため、β´(規則格子)→β(不規則格子)変態温度がより高温の方がシンクロナイザーリングの耐塑性流動性を向上させる、
(ホ)β相(β´相)中のAlを3.5質量%以上にすると、β´(規則格子)→β(不規則格子)変態温度が550℃以上となり、高温状態において優れた耐塑性流動性を発揮するが、一方、β相(β´相)中のAlを6.0質量%を越えても、β´(規則格子)→β(不規則格子)変態温度のさらなる上昇は無く、Alが多く含有することにより熱伝導の低下を招き、かえって耐塑性流動性が阻害される、
(ヘ)そのために、素地組織を、650℃以上まで存在するCu:65〜74%、Ni:0.5〜2.5%を含有するα相と、Alを3.5〜6.0質量%含有するβ´(規則格子)→β(不規則格子)変態温度が550℃以上であるβ´相の2相組織からなる銅合金からなる銅合金製シンクロナイザーリングは高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を確保することができる、
(ト)前記α相とβ´相の2相組織からなる銅合金は、Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有る必要がある、などの研究結果が得られたのである。
(1)Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がα相とβ´相の2相組織からなる銅合金からなる高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅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。
(2)Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がCu:65〜74質量%、Al:2.5〜4.5質量%、Ni:0.5〜2.5質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、Zn:22〜28質量%を含有するα相と、
Cu:62〜71質量%、Al:3.5〜6.0質量%、Ni:0.3〜2.3質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、Zn:25〜31質量%を含有するβ´相の2相組織からなる銅合金からなる高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅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。
(3)Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、さらにFeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.5〜1.5質量%含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がα相とβ´相の2相組織からなる銅合金からなる高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅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。
Cu:62〜71質量%、Al:3.5〜6.0質量%、Ni:0.3〜2.3質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、FeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%、Zn:25〜31質量%を含有するβ´相との二層組織からなることが好ましい。したがって、この発明は、
(4)Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、さらにFeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.5〜1.5質量%含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がCu:65〜74質量%、Al:2.5〜4.5質量%、Ni:0.5〜2.5質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、FeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%、Zn:22〜28質量%を含有するα相と、
Cu:62〜71質量%、Al:3.5〜6.0質量%、Ni:0.3〜2.3質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、FeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%、Zn:25〜31質量%を含有するβ´相との二層組織からなる銅合金からなる高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅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。
(5)Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、さらにSi,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.3質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がα相とβ´相の2相組織からなる銅合金からなる高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング、
(6)Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、さらにSi,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.3質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がCu:65〜74質量%、Al:2.5〜4.5質量%、Ni:0.5〜2.5質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、Si,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.35質量%、Zn:22〜28質量%を含有する成分組成を有するα相と、
Cu:62〜71質量%、Al:3.5〜6.0質量%、Ni:0.3〜2.3質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、Si,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.35質量%、Zn:25〜31質量%を含有する成分組成を有するβ´相とからなる高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング、
(7)Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、さらにFeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.5〜1.5質量%含有し、さらにSi,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.3質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がα相とβ´相の2相組織からなる銅合金からなる高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング、
(8)Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、さらにFeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.5〜1.5質量%含有し、さらにSi,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.3質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、
Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がCu:65〜74質量%、Al:2.5〜4.5質量%、Ni:0.5〜2.5質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、FeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%、Si,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.35質量%、Zn:22〜28質量%を含有する成分組成を有するα相と、
Cu:62〜71質量%、Al:3.5〜6.0質量%、Ni:0.3〜2.3質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、FeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%、Si,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.35質量%、Zn:25〜31質量%を含有する成分組成を有するβ´相とからなる高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅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。
A.成分組成
Cu:
Cuは62.5質量%未満では所望の延性を確保することができず、一方、67.5質量%を越えて含有すると、所望の強度を確保することができない。したがって、Cuの含有量は62.5〜67.5質量%に定めた。
Alは、強度および靭性を向上させる作用があるが、Al:4.5質量%未満では所望の強度および靭性を確保することができず、一方、Al:5.5質量%を越えて含有すると、熱伝導性が低下するので好ましくない。したがって、Al:4.5〜5.5質量%に定めた。
NiおよびTiには、共存した状態でNi−Ti系金属間化合物(NiおよびTiを主成分とし、これにCuおよびAlと僅かなZnを含む)の晶出物を形成し、これが素地に分散して通常の摺動摩耗環境下で耐摩耗性を向上させる作用を有するが、Ni:2.7質量%未満およびTi:1.0質量%未満では所望の効果が得られず、一方、Ni:3.7質量%を越えおよびTi:2.0質量%を越えると、溶解・鋳造性が阻害されるので好ましくない。したがって、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量に定めた。
Mnは、通常の摺動摩耗環境下で耐摩耗性を向上させる作用を有するが、Mn:0.05質量%未満ではその効果が十分でなく、一方、Mn:0.35質量%を越えると熱伝導性の低下を招き好ましくない。したがって、Mn:0.05〜0.35質量%未満に定めた。
これら成分は、Niと同様Tiと共存した状態で金属間化合物の晶出物を形成し、これが素地に分散して通常の摺動摩耗環境下で耐摩耗性を向上させる作用を有するので必要に応じて添加するが、Fe,Coがそれぞれ0.5質量%未満では所望の効果が得られず、一方、1.5質量%を越えると、切削性が阻害されるので好ましくない。したがって、Fe,Coの内の1種または2種を合計で0.5〜1.5質量に定めた。
これら成分は、耐熱性を向上させ、もってシンクロライナーリングの耐塑性流動性を一層向上させる作用があるので必要に応じて添加するが、Si、Mg、Pそれぞれの含有量が0.01質量%未満では所望の効果が得られず、一方、その含有量が0.3質量%を越えて含有させても耐塑性流動性の一層の向上効果がないばかりか溶解鋳造性が阻害されるので好ましくない。したがって、Si、Mg、Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.3質量%に定めた。
亜鉛当量は、この発明のシンクロライナーリングを構成する銅合金がCu,Zn,Alを主成分としているので、Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表され、この亜鉛当量は素地組織中のα相とβ´相の存在割合を決定する指標であるが、亜鉛当量が0.4未満であるとα相が多くなりすぎ、強度や熱伝導性が悪化し好ましくない。一方、亜鉛当量が0.46を越えると、α相が少なくなりすぎ、高温での耐塑性流動性悪くなるので好ましくない。したがって、0.4≦亜鉛当量≦0.46とした。
素地組織は、α相とβ´相の2相組織からなることが好ましいことはすでに述べたが、α相はCu:65〜74質量%、Al:2.5〜4.5質量%、Ni:0.5〜2.5質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、Zn:22〜28質量%を含有し、必要に応じてFeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%を含有し、さらに必要に応じてSi,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.35質量%を含有する成分組成を有することが一層好ましく、一方、β´相はCu:62〜71質量%、Al:3.5〜6.0質量%、Ni:0.3〜2.3質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、Zn:25〜31質量%を含有し、必要に応じてFeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%を含有し、さらに必要に応じてSi,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.35質量%を含有する成分組成を有することが一層好ましい。この場合、α相とβ´相の分散割合は、面積%でα相:5〜30%、残部β´相の範囲内にあることが好ましい。
さらに、本発明リング1〜28、比較リング1〜19および従来リング1〜2の各試験片についてα相の消失温度とβ´(規則格子)→β(不規則格子)変態温度の測定を行い、その結果を表13〜14に示した。α相の消失温度の測定は、本発明リング1〜28、比較リング1〜19および従来リング1〜2を所定温度に加熱し、15分間保持後水冷し、光学顕微鏡でミクロ組織を観察することにより測定した。またβ´(規則格子)→β(不規則格子)変態温度の測定は示差熱分析装置により行った。
2:チャンファー
3:キー溝
4:トップランド
5:ねじ山
6:茸傘
7:オイルライン
8:押圧体
9:ギアコーン
10:試験片
Claims (8)
- Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、
式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がα相とβ´相の2相組織からなる銅合金からなることを特徴とする高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング。 - 前記α相はCu:65〜74質量%、Al:2.5〜4.5質量%、Ni:0.5〜2.5質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、Zn:22〜28質量%を含有する成分組成を有し、
一方、前記β´相はCu:62〜71質量%、Al:3.5〜6.0質量%、Ni:0.3〜2.3質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、Zn:25〜31質量%を含有する成分組成を有することを特徴とする請求項1記載の高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング。 - Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、さらにFeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.5〜1.5質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、
式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がα相とβ´相の2相組織からなる銅合金からなることを特徴とする高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング。 - 前記α相はCu:65〜74質量%、Al:2.5〜4.5質量%、Ni:0.5〜2.5質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、FeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%、Zn:22〜28質量%を含有する成分組成を有し、
一方、前記β´相はCu:62〜71質量%、Al:3.5〜6.0質量%、Ni:0.3〜2.3質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、FeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%、Zn:25〜31質量%を含有する成分組成を有することを特徴とする請求項3記載の高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング。 - Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、さらにSi,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.3質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、
式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がα相とβ´相の2相組織からなる銅合金からなることを特徴とする高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング。 - 前記α相はCu:65〜74質量%、Al:2.5〜4.5質量%、Ni:0.5〜2.5質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、Si,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.35質量%、Zn:22〜28質量%を含有する成分組成を有し、
一方、前記β´相はCu:62〜71質量%、Al:3.5〜6.0質量%、Ni:0.3〜2.3質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、Si,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.35質量%、Zn:25〜31質量%を含有する成分組成を有することを特徴とする請求項5記載の高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング。 - Cu:62.5〜67.5質量%、Al:4.5〜5.5質量%、Ni:2.7〜3.7質量%、Ti:1.0〜2.0質量%、Mn:0.05〜0.35質量%を含有し、さらにFeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.5〜1.5質量%を含有し、さらにSi,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.3質量%を含有し、残りがZnおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、Zn+不可避不純物=ZNとしたとき、
式:{ZN+6×(Al−0.9)}/{Cu−1.3+ZN+6×(Al−0.9)}で表される亜鉛当量が0.4〜0.46の範囲内に有り、
かつ、素地組織がα相とβ´相の2相組織からなる銅合金からなることを特徴とする高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング。 - 前記α相はCu:65〜74質量%、Al:2.5〜4.5質量%、Ni:0.5〜2.5質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、FeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%、Si,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.35質量%、Zn:22〜28質量%を含有する成分組成を有し、
一方、前記β´相はCu:62〜71質量%、Al:3.5〜6.0質量%、Ni:0.3〜2.3質量%、Ti:0.05〜0.6質量%、Mn:0.03〜0.4質量%、FeおよびCoの内の1種または2種を合計で0.05〜1.0質量%、Si,Mg,Pの内の1種または2種以上を合計で0.01〜0.35質量%、Zn:25〜31質量%を含有する成分組成を有することを特徴とする請求項7記載の高発熱環境下で優れた耐塑性流動性を有する銅合金製シンクロナイザーリング。
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