JP4462297B2 - 摺動材料およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(i)Sn8〜12質量%、残部Cuからなる合金粉とBi粉を混合して、合金粉とBi粉との合計量に対して、Bi5〜15質量%であって、Bi粒子が偏在する不均一混合粉にする混合工程;
(ii)前記不均一混合粉を鋼板上に所定の厚さに散布する散布工程;
(iii)散布された不均一混合粉と鋼板を加熱することにより不均一混合粉と鋼板、および不均一混合粉の粒子同士を焼結して鋼板上にBi偏在の多孔質焼結層が形成された複層材を得る一次焼結工程;
(v)一次押圧工程で加工硬化した鋼板の硬度を下げるとともに緻密化した焼結層にさらに焼結を行うため加熱する二次焼結工程;および
(vi) 二次焼結工程後、得られた複層材をさらに押圧する二次押圧工程;
からなることを特徴とする焼結層におけるBiの偏在度が1/9〜3/9である摺動材料の製造方法。
本発明におけるCu-Sn合金のSnの含有量は8〜12質量%であるが、Snが8質量%よりも少ないと混合粉末を焼結したときに粉末同士、および粉末と鋼板との接合強度が充分とはならず、しかるにSnの含有量が12質量%を超えるとマトリックスが硬くなりすぎて被摺動体を傷つけるようになってしまう。Snの好ましい含有量は9〜11質量%である。
本発明にあっては、摺動面の任意の領域について上述の方法により1領域でもBiの偏在度が1/9〜3/9となる領域があれば、本発明の範囲内である。
本発明の摺動材料では、Cu-Sn合金に対してBiの添加量が5〜15質量%の場合、Bi偏在度は、下限は1/9以上であり、上限は1/3以下となる。Bi偏在区画の数が1よりも少ないと、Biの量も全体に均一に分散することになって油溜まりの形成が少なく、Bi偏在区画の数が3よりも多くなると油溜まりが多くなりすぎる。
このようにして得られた摺動材料は、目的の摺動部品にするため仕上げ加工を行う。仕上げ加工は、摺動部品が円筒状の軸受であれば鋼板上の合金層を所定の厚さにしてから丸め加工を行う。また板状のサイドプレートやスワッシュプレートであれば合金層を所定の厚さに切削し、さらにその表面を研磨するという精密加工を行う。
実施例1〜4
本発明摺動材料の製造方法を図面に基づいて説明する。図3〜図7は本発明の摺動材料の製造方法における各工程を説明するものである。
(i)混合工程:Y字混合機1でCu-Sn合金粉末2とBi粉末3を5分間混合して混合粉末4にする。この混合粉をランダムに採取して成分分析を行ったところ、Biは均一に存在していなかった。つまりY字混合機での5分間の混合では、Cu-Sn合金粉とBi粉とは均一に混合されず、Bi粉が偏った状態で混合される。(図2)
(ii)散布工程:鋼板5上に混合粉末4を多めに載置し、スキージ6で掻いて余分の混合粉を除去することにより厚さ2mmに散布する。(図3)
(iii)一次焼結工程:混合粉末4が散布された鋼板5をアンモニア分解ガスを用いた焼結炉7で760℃で焼結を行い、Cu-Sn粉末同士、Cu-Sn粉末と鋼板とを金属的に接合して鋼板5上に多孔質合金層8が形成された複層材9にする。このときBiはCu-Sn粉末とは合金化せず、Cu-Sn合金のマトリックス中に偏在している。(図4)
(v)二次焼結工程:合金層が緻密化された複層材9を焼結炉11で760℃で加熱し、押しつぶされた多孔質合金層の空隙を接合するとともに加工硬化した鋼板の硬度を下げるための二次焼結を行う。(図6)
(vi)二次押圧工程:二次焼結した複層材9を600トンプレス12により再び押圧して、合金層の硬度をHv70以上にする。(図7)
上記実施例の製造方法で得られた摺動材料の合金層を光学顕微鏡で組織を観察したところ、図1のようにマトリックス中にBiが偏在していた。
実施例と比較例の結果を表1にまとめて示す。表中の合金組成はCu-Sn合金組成とこれに対する外数としてのBi含有量を示す。
次に、実施例1を繰り返し、下記組成例について、混合時間を調整する(5分間と20分間)ことでBi偏在の生じた試料(Bi偏析度11%)とBi偏在の見られない試料をそれぞれ得、また比較例の試料について、下記条件で油中スラスト試験を行った。
Cu-Sn合金粉末(Cu-10Sn合金粉末):92質量%
Bi粉末 :8質量%
鋼板:直径90mm×厚さ6mmの円板、材質S45C
スラスト試験条件:
面圧: 0.7 N/mm2
周速: 11.5 m/sec
相手材: SCM435、外径48mm×内径40mmの円筒リング
作動軸: 鉱物油 VG 46
Claims (7)
- 鋼板と、該鋼板上に設けられた焼結層とから成り、該焼結層が、Sn8〜12質量%、残部CuからなるCu-Sn合金のマトリックス中に、Cu, Sn, Biの合計量に対しBi5〜15質量%の割合でBiが分散して成る焼結層であり、該焼結層におけるBiの偏在度が1/9〜3/9であることを特徴とする摺動材料。
- 前記Cu-Sn合金のSn含有量が9〜11質量%である請求項1記載の摺動材料。
- 前記焼結層のBi含有量が7〜9質量%である請求項1または2記載の摺動材料。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の摺動材料からなり、摺動することによって摺動面のBiが被摺動体に付着して除去されて、油溜まりを形成することを特徴とする摺動部品。
- (i)Sn8〜12質量%、残部Cuからなる合金粉とBi粉を混合して、該合金粉とBi粉との合計量に対してBi5〜15質量%であって、Bi粒子が偏在する不均一混合粉にする混合工程;
(ii)前記不均一混合粉を鋼板上に層状に散布する散布工程;
(iii)散布された不均一混合粉と鋼板を加熱することにより不均一混合粉と鋼板、および不均一混合粉の粒子同士を焼結し、鋼板上にBi偏在の多孔質焼結層が形成された複層材を得る一次焼結工程;
(iv)前記複層材を押圧して前記多孔質焼結層を緻密化する一次押圧工程;
(v)一次押圧工程で加工硬化した鋼板の硬度を下げるとともに緻密化した焼結層にさらに焼結を行うため加熱する二次焼結工程;および
(vi)二次焼結工程後、得られた複層材をさらに押圧する二次押圧工程;
からなることを特徴とする請求項1記載の摺動材料の製造方法。 - 前記一次焼結工程と二次焼結工程における加熱温度が750〜850℃であることを特徴とする請求項5記載の摺動材料の製造方法。
- 前記一次焼結工程と二次焼結工程における加熱を還元雰囲気中において行うことを特徴とする請求項5または6記載の摺動材料の製造方法。
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