JP5367502B2 - 鉄系焼結摺動部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は摺動特性に優れた鉄系焼結摺動部材及びその製造方法に関する。
従来から鉄系焼結材料としては、液体潤滑剤（潤滑油）を含浸した鉄−炭素系あるいは鉄−銅−炭素系軸受材料が知られており、また、鉄−炭素系又は鉄−銅−炭素系焼結材料（例えば、非特許文献１参照。）が知られている。上記従来の鉄系焼結摺動部材においては、炭素の固体潤滑作用を得るには少なくとも３質量％以上の配合量が必要とされるが、鉄粉末と炭素粉末が焼結過程で反応して焼結組織中に高硬度の遊離セメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）を析出するという現象が現れる。この高硬度の遊離セメンタイトの組織中への析出は、相手材、例えば軸との摺動においては当該軸（相手材）を損傷させるという欠点を惹起することになり、摺動用途においては極力避けなければならない重要な要素である。
日本工業規格ＪＩＳＺ２５５０
この遊離セメンタイトの析出を防止する方法としては、（１）炭素（黒鉛）の配合量を少量、例えば０．８２質量％以下とすること、（２）遊離セメンタイトの析出しない低い温度、例えば１０００℃以下の温度で焼結すること、により一応の解決を図ることができるが、上記（１）の方法では配合した炭素の固体潤滑作用を期待することはできず、また（２）の方法では焼結合金化が不充分で機械的強度が低く摺動用途への適用は難しい、などいずれの方法によって得られた鉄系焼結材料も配合した炭素による固体潤滑作用を充分発揮できないという問題を残す。
別の方法として、珪素のような黒鉛化安定元素を配合して遊離セメンタイトの析出を防ぐ方法（例えば、特許文献１参照。）が考えられるが、珪素を鉄中に拡散固溶させる条件は、約１２００℃以上の温度の加熱を必要とするので、通常の鉄系焼結材料の焼結温度に比してはるかに高い温度が要求されることから製造コストが高くなるうえ、焼結雰囲気を厳しく制御しないと珪素を酸化させてしまう虞がある。その他、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）粉末を配合して組織中に遊離セメンタイトの析出を防止した鉄系焼結材料の製造方法（例えば、特許文献２及び特許文献３参照。）がある。
別の方法として、珪素のような黒鉛化安定元素を配合して遊離セメンタイトの析出を防ぐ方法（例えば、特許文献１参照。）が考えられるが、珪素を鉄中に拡散固溶させる条件は、約１２００℃以上の温度の加熱を必要とするので、通常の鉄系焼結材料の焼結温度に比してはるかに高い温度が要求されることから製造コストが高くなるうえ、焼結雰囲気を厳しく制御しないと珪素を酸化させてしまう虞がある。その他、フェロシリコン（ＦｅＳｉ）粉末を配合して組織中に遊離セメンタイトの析出を防止した鉄系焼結材料の製造方法（例えば、特許文献２及び特許文献３参照。）がある。
本発明は、上記事情に鑑み、その組織中に遊離セメンタイトの析出が無く、摩擦摩耗等の摺動特性に優れた鉄系焼結摺動部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するべく、発明者は鋭意検討を重ねた結果、フェライト相（α相）組織の生成を促進する元素である銅及びマンガンに着目し、これらを銅−鉄−マンガン母合金の形態で鉄−炭素−Ｘ（金属元素）系焼結材料に所定量の割合で配合することにより、銅及びマンガンはα相組織中への拡散固溶が充分に行われると共に、当該α相組織に銅−鉄−マンガン母合金が分散含有されており、α相組織中に遊離セメンタイトの析出がなく、摺動特性に優れている鉄系焼結材料が得られるとの知見を得た。
本発明の鉄系焼結摺動部材は、上記知見に基づいてなされたもので、鉄粉末と銅−鉄−マンガン合金粉末と炭素粉末とからなる鉄系焼結摺動部材であって、銅成分２．６７〜１８．６０質量％、マンガン成分０．１２〜１．２０質量％、炭素成分１．０〜５．０質量％、残部鉄成分からなり、素地がパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に該素地の組織に遊離セメンタイトの析出がなく、銅−鉄−マンガン合金が分散含有されていることを特徴としている。
上記鉄系焼結摺動部材において、素地の組織に分散含有された銅−鉄−マンガン母合金は、当該素地の組織の粒界に網目状に分散含有されていてもよい。
また、上記鉄系焼結摺動部材において、素地の組織中に分散含有された銅−鉄−マンガン合金は、そのマイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）が１００〜１２０を示し、一方素地のパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存した組織のマイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）は３５０〜４５０を示す。
本発明の鉄系焼結摺動部材によれば、素地のパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存した組織に、当該組織の硬さよりも低い硬さの銅−鉄−マンガン合金が分散含有されているので、摺動面における回転軸等の相手材とのなじみ性が改善され、摺動特性を向上させることができる。
本発明の鉄系焼結摺動部材において、炭素は天然黒鉛又は人造黒鉛が使用される。
この炭素は、素地のパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存する組織に１〜５質量％の割合で分散含有されており、該炭素は、それ自身の固体潤滑作用と後述する潤滑油の保持体としての役割を果たす。とくに炭素の配合量が３質量％以上においては固体潤滑作用による自己潤滑性が付与される。
本発明の鉄系焼結摺動部材において、潤滑油が１０〜１５容積％の割合で含油されている。
この潤滑油は、鉄系焼結摺動部材に液体潤滑作用を付与すると共に前記した炭素による固体潤滑作用と相俟って自己潤滑性が一層高められる。
本発明の鉄系焼結摺動部材の製造方法は、主成分をなす鉄粉末に対し、マンガン４〜６質量％と鉄３〜５質量％と残部銅からなる合金粉末３〜２０質量％及び炭素粉末１〜５質量％配合し、混合して混合粉末を得たのち、該混合粉末を金型に装填して所望の形状の圧粉体を成形し、この圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０００〜１１００℃の温度で３０〜６０分間焼結することを特徴とする。
この製造方法によって得られた鉄系焼結摺動部材は、銅成分２．６７〜１８．６質量％、マンガン成分０．１２〜１．２質量％、炭素成分１．０〜５．０質量％、残部鉄成分からなり、素地の組織がパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に当該組織中に遊離セメンタイトの析出がなく、該素地の組織に銅−鉄−マンガン合金が分散含有されている。
上記鉄系焼結摺動部材の製造方法において、成分中の銅−鉄−マンガン合金粉末は、１０５０℃の温度で液相を生じるため、１０００℃以上１０５０℃未満の温度での焼結では固相焼結となり、一方１０５０℃以上１１００℃以下の温度での焼結では液相焼結となる。固相焼結により得られる鉄系焼結摺動部材は、素地がパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に該組織中に遊離セメンタイトの析出がなく、該素地の組織に銅−鉄−マンガン合金が分散含有されている。
一方、液相焼結により得られる鉄系焼結摺動部材は、素地がパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存した組織を呈し、当該組織中に遊離セメンタイトの析出がなく焼結摺動部材を緻密化して機械的強度を向上させると共に、該素地の組織の粒界に銅−鉄−マンガン合金が網目状に分散含有されている。
固相焼結あるいは液相焼結により得られる鉄系焼結摺動部材は、フェライト相（α相）組織の生成を促進する元素である銅及びマンガンが含有されていることにより、いずれの焼結においても素地がパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に当該組織中に遊離セメンタイトの析出はない。
本発明によれば、鉄粉末と銅−鉄−マンガン合金粉末と炭素粉末とからなる鉄系焼結摺動部材であって、銅成分２．６７〜１８．６質量％、マンガン成分０．１２〜１．２質量％、炭素成分１．０〜５．０質量％、残部鉄成分からなり、素地がパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に該素地の組織に銅−鉄−マンガン合金が分散含有され、なじみ性が良好で優れた摺動特性を発揮する鉄系焼結摺動部材及びその製造方法を提供することができる。
次に本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に何等限定されない。
本発明の鉄系焼結摺動部材は、鉄成分と銅−鉄−マンガン合金成分と炭素成分とからなる鉄系焼結摺動部材であって、銅成分２．６７〜１８．６０質量％、マンガン成分０．１２〜１．２０質量％、炭素成分１．０〜５．０質量％、残部鉄成分からなり、素地がパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存する組織を呈すると共に該素地の組織に炭素成分及び銅−鉄−マンガン合金成分が分散含有されていることを特徴とする。
本発明の鉄系焼結摺動部材において、主成分をなす鉄成分としては、８０メッシュ篩を通過する粒度（１７７μｍ以下）で、見掛け密度が２．４〜３．０Ｍｇ／ｍ３ 程度の還元鉄粉やアトマイズ鉄粉（水アトマイズ鉄粉）が好適に使用される。これらの鉄粉末における気体吸着法（ＢＥＴ法−ＩＳＯ ９２７７）による比表面積は、アトマイズ鉄粉では６０〜８０ｍ２／ｋｇ、還元鉄粉では８０〜１００ｍ２／ｋｇである。アトマイズ鉄粉は粉末内に気孔が少なく比表面積が小さいのに対し、還元鉄粉は、気孔が比較的多く表面に凹凸が多く、アトマイズ鉄粉と比べて比表面積が高い。
上記主成分をなす鉄成分に対し、所定量の割合で配合される銅成分及びマンガン成分は、銅−鉄−マンガン合金の形態で使用される。これら合金中の銅成分及びマンガン成分は、フェライト相（α相）組織の生成を促進する元素であり、焼結過程において主成分をなす鉄成分と後述する炭素成分との反応を抑制し、これにより焼結体の素地の組織中に遊離セメンタイトの析出を防止する作用を果たすものである。この銅成分とマンガン成分の焼結過程における鉄成分と炭素成分との反応を抑制する作用は詳らかではないが、これら元素が予め合金化されていることにより、銅成分及びマンガン成分が主成分をなす鉄成分中に優先的に固溶し、炭素成分の鉄成分中への固溶を極力阻止するためであることが推察される。
この銅−鉄−マンガン合金成分の成分組成は、銅成分８９〜９３質量％、鉄成分３〜５質量％、マンガン成分４〜６質量％からなり、この銅−鉄−マンガン合金粉末は、主成分をなす鉄成分に対し３〜２０質量％、すなわち鉄成分に対し、銅成分２．６７〜１８．６質量％、鉄成分０．０９〜１．０質量％、マンガン成分０．１２〜１．２質量％の割合で配合される。
上記した銅−鉄−マンガン合金成分は、１０５０℃の温度に液相点を有しており、１０５０℃未満の温度では固相焼結であり、１０５０℃以上の温度では液相焼結となる。焼結温度が１０５０℃未満の固相焼結においては、銅−鉄−マンガン合金成分は、素地のパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存する組織に分散含有されており、また焼結温度が１０５０℃以上の液相焼結においては、銅−鉄−マンガン合金成分は、素地のパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存する組織の粒界に網目状に分散含有されている。
図１は、１０００℃の温度で固相焼結した鉄成分８５質量％、銅−鉄−マンガン合金成分１２質量％、炭素成分３質量％からなる鉄系焼結摺動部材の顕微鏡写真（倍率２００倍）であり、図２は、１１００℃の温度で液相焼結した鉄成分８５質量％、銅−鉄−マンガン合金成分１２質量％、炭素成分３質量％からなる鉄系焼結摺動部材の顕微鏡写真（倍率２００倍）であり、図３は、図２の倍率４００倍の顕微鏡写真である。
図１において、素地のパーライトと一部フェライトが共存した組織中に白く分散して見えるのが銅−鉄−マンガン合金成分であり、図２及び図３において、素地のパーライトと一部フェライトが共存した組織の粒界に網目状に白く分散して見えるのが銅−鉄−マンガン合金成分である。
また、図４及び図５は、１１００℃の温度で液相焼結した鉄成分８５質量％、銅−鉄−マンガン合金成分１２質量％、炭素成分３質量％からなる鉄系焼結摺動部材を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した像で、図４は、素地のパーライトと一部フェライトが共存する組織の粒界に分散した銅−鉄−マンガン合金部位（図中、四角で表示されている部位）の像で、当該部位の成分組成は、銅成分８９．２５質量％、マンガン成分０．８０質量％、鉄成分９．６８質量％であることを示し、図５は、素地のパーライトと一部フェライトが共存する組織の部位（図中、四角で表示されている部位）の像で、当該部位の成分組成は、鉄成分９３．５６質量％、銅成分５．０９質量％、マンガン成分１．３５質量％であることを示している。
上記図１及び図２に示した顕微鏡写真において、素地のパーライトと一部フェライトが共存した組織の部位及び当該組織中に分散含有されている銅−鉄−マンガン合金の部位の硬さは、素地のパーライトと一部フェライトが共存した組織の部位がマイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）で３５０〜４５０を示し、銅−鉄−マンガン合金の部位がマイクロビッカース硬さで１００〜１２０を示す。
素地のパーライトと一部フェライトが共存した組織中に、該組織の部位の硬さよりも低い硬さの銅−鉄−マンガン合金が分散して含有されていることにより、相手材との摺動において、なじみ性が良好となり摺動特性が向上する。
次に、本発明を各実施例を参照にして説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されないことは言うまでもない。
平均粒径７０μｍのアトマイズ鉄粉（神戸製鋼所株式会社製「アトメル３００Ｍ」）に対し、銅成分９０．５質量％、鉄成分４．１質量％及びマンガン成分５．４質量％からなる平均粒径７５μｍの銅−鉄−マンガン合金粉末（福田金属箔工業製）１２質量％及び炭素成分として平均粒径４０μｍの天然黒鉛粉末（日本黒鉛製ＣＢ１５０）３質量％を配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合して混合粉末（銅成分１０．８６質量％、マンガン成分０．６５質量％、鉄成分８５．４９質量％、炭素成分３質量％）を得た。ついで、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して方形状の圧粉体を得た。
この方形状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、１０００℃の温度で６０分間固相焼結した後に加熱炉から取出し、方形状の鉄系焼結材を得た。この鉄系焼結材に機械加工を施して一辺３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法の鉄系焼結摺動部材を得た。この鉄系焼結摺動部材の密度は６．２ｇ／ｃｍ３であり、組織は、図１に示すようにパーライトと一部フェライトが共存する組織を呈すると共に組織中に遊離セメンタイトの生成はなく、該組織中に銅−鉄−マンガン合金が分散含有されているのを確認した。そして、パーライトと一部フェライトが共存する組織の部位は、マイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）３５０であり、該組織中に分散含有された銅−鉄−マンガン合金の部位は、マイクロビッカース硬さ１００であった。ついで、この鉄系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１２容積％の鉄系含油焼結摺動部材を得た。
前記実施例１と同様の混合粉末（銅成分１０．８６質量％、マンガン成分０．６５質量％、鉄成分８５．４９質量％、炭素成分３質量％）を得、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して方形状の圧粉体を得た。この方形状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、１１００℃の温度で６０分間液相焼結した後に加熱炉から取出し、方形状の鉄系焼結材を得た。この鉄系焼結材に機械加工を施して一辺３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法の鉄系焼結摺動部材を得た。この鉄系焼結摺動部材の密度は６．７ｇ／ｃｍ３を示し、組織は、図２、図３に示すようにパーライトと一部フェライトが共存する組織を呈すると共に組織中に遊離セメンタイトの生成はなく、該組織の粒界に網目状に銅−鉄−マンガン合金が分散含有されているのを確認した。そして、パーライトと一部フェライトが共存する組織の部位は、マイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）４００であり、該組織の粒界に網目状に分散含有された銅−鉄−マンガン合金の部位は、マイクロビッカース硬さ１１０であった。ついで、この鉄系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１０容積％の鉄系含油焼結摺動部材を得た。
平均粒径７０μｍのアトマイズ鉄粉（前記実施例１と同じ）に対し、銅成分９０．５質量％、鉄成分４．１質量％及びマンガン成分５．４質量％からなる平均粒径７５μｍの銅−鉄−マンガン合金粉末（前記実施例１と同じ）１０質量％及び炭素成分として平均粒径４０μｍの天然黒鉛粉末（前記実施例１と同じ）３質量％を配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合して混合粉末（銅成分９．０５質量％、マンガン成分０．５４質量％、鉄成分８７．４１質量％、炭素成分３質量％）を得た。ついで、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して円筒状の圧粉体を得た。
この円筒状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、１１００℃の温度で６０分間液相焼結した後に加熱炉から取出し、円筒状の鉄系焼結材を得た。この鉄系焼結材に機械加工を施して内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、長さ１５ｍｍの寸法の鉄系焼結摺動部材を得た。この鉄系焼結摺動部材の密度は６．６ｇ／ｃｍ３を示し、組織は、図４に示すようにパーライトと一部フェライトが共存する組織を呈すると共に組織中に遊離セメンタイトの生成はなく、該組織の粒界に網目状に銅−鉄−マンガン合金が分散含有されているのを確認した。パーライトと一部フェライトが共存する組織の部位は、マイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）４００であり、該組織中に分散含有された銅−鉄−マンガン合金の部位は、マイクロビッカース硬さ１１０であった。ついで、この鉄系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１０容積％の鉄系含油焼結摺動部材を得た。
前記実施例２と同様の混合粉末（銅成分１０．８６質量％、マンガン成分０．６５質量％、鉄成分８５．４９質量％、炭素成分３質量％）を得、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力５トン／ｃｍ２で成形して円筒状の圧粉体を得た。この円筒状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、１１００℃の温度で６０分間焼結した後に加熱炉から取出し、円筒状の鉄系焼結材を得た。この鉄系焼結材に機械加工を施して内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、長さ１５ｍｍの寸法の鉄系焼結摺動部材を得た。この鉄系焼結摺動部材の密度は６．７ｇ／ｃｍ３を示し、組織は、図５に示すようにパーライトと一部フェライトが共存する組織を呈すると共に組織中に遊離セメンタイトの生成はなく、該組織の粒界に網目状に銅−鉄−マンガン合金が分散含有されているのを確認した。そして、パーライトと一部フェライトが共存する組織の部位は、マイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）４５０であり、該組織中に分散含有された銅−鉄−マンガン合金の部位は、マイクロビッカース硬さ１２０であった。ついで、この鉄系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１０容積％の鉄系含油焼結摺動部材を得た。
（比較例）
（比較例）
日本工業規格ＪＩＳＺ２５５０で規定されているＳＭＦ４種の鉄系焼結材と同様の鉄系焼結材を作製した。すなわち、平均粒径７０μｍのアトマイズ鉄粉（前記実施例１と同じ）に対し、平均粒径１００μｍの電解銅粉末３質量％と炭素成分として平均粒径４０μｍの天然黒鉛粉末（前記実施例１と同じ）０．７質量％を配合し、Ｖ型ミキサーにて２０分間混合して混合粉末（銅成分３質量％、炭素成分０．７質量％、残部鉄成分）を得た。ついで、この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力４トン／ｃｍ２で成形して円筒状の圧粉体を得た。
この方形状の圧粉体を水素ガス雰囲気に調整された加熱炉内に置き、１１２０℃の温度で６０分間焼結したのち加熱炉から取出し、円筒状の鉄系焼結材を得た。この鉄系焼結材に機械加工を施して内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、長さ１５ｍｍの寸法の鉄系焼結摺動部材を得た。この鉄系焼結部材の密度は６．５ｇ／ｃｍ３を示した。この鉄系焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率１５容積％の鉄系含油焼結摺動部材を得た。
（評価試験）
（評価試験）
上記した実施例及び比較例で得た鉄系含油焼結摺動部材について摺動特性を評価した結果を説明する。実施例１及び実施例２で得た鉄系含油焼結摺動部材については、下記に示すスラスト試験条件によってスラスト摺動特性を評価し、また実施例３、実施例４及び比較例で得た鉄系含油焼結摺動部材については、下記に示すジャーナル揺動試験条件及びジャーナル回転試験条件によってジャーナル揺動特性及びジャーナル回転特性を評価した。
スラスト試験条件
速度 １．３ｍ／ｍｉｎ
荷重 ８００ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 ８時間
相手材 機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
潤滑条件 試験開始時に摺動面にリチウム系グリースを塗布
試験方法 図６に示すように、板状軸受試験片（鉄系含油焼結摺動部材）１０を固定しておき、相手材となる円筒体１２を板状軸受試験片１０の上から（矢印Ａ方向から）その表面１１に所定の荷重を負荷しながら、円筒体１２を矢印Ｂ方向に回転させ、板状軸受試験片１０と円筒体１２との間の摩擦係数及び所定の試験時間後の板状軸受試験片１０の摩耗量を測定した。
ジャーナル揺動試験条件
速度 ３ｍ／ｍｉｎ
荷重 １００ｋｇｆ／ｃｍ２ ２５０ｋｇｆ／ｃｍ２
揺動角度 ±４５°
試験時間 １００時間
相手材 軸受鋼（ＳＵＪ２焼入れ）
潤滑条件 試験開始時に摺動面にリチウム系グリース塗布
試験方法 図７に示すように、円筒状軸受試験片（鉄系含油焼結摺動部材）１０ａに荷重を負荷して固定し、相手材となる回転軸１２ａを一定のすべり速度で揺動回転させ、円筒状軸受試験片１０ａと回転軸１２ａとの間の摩擦係数及び所定の試験時間後の円筒状軸受試験片１０ａの摩耗量を測定した。
揺動角度 ±４５°
試験時間 １００時間
相手材 軸受鋼（ＳＵＪ２焼入れ）
潤滑条件 試験開始時に摺動面にリチウム系グリース塗布
試験方法 図７に示すように、円筒状軸受試験片（鉄系含油焼結摺動部材）１０ａに荷重を負荷して固定し、相手材となる回転軸１２ａを一定のすべり速度で揺動回転させ、円筒状軸受試験片１０ａと回転軸１２ａとの間の摩擦係数及び所定の試験時間後の円筒状軸受試験片１０ａの摩耗量を測定した。
ジャーナル回転試験条件
速度 １０ｍ／ｍｉｎ
荷重 ２５０ｋｇｆ／ｃｍ２ ３００ｋｇｆ／ｃｍ２
試験時間 １００時間
相手材 軸受鋼（ＳＵＪ２焼入れ）
潤滑条件 試験開始時に摺動面にリチウム系グリース塗布
試験方法 図８に示すように、円筒状軸受試験片（鉄系含油焼結摺動部材）１０ａに荷重を負荷して固定し、相手材となる回転軸１２ａを一定のすべり速度で回転させ、円筒状軸受試験片１０ａと回転軸１２ａとの間の摩擦係数及び所定の試験時間後の円筒状軸受試験片１０ａの摩耗量を測定した。
上記試験条件で行った摺動特性の評価結果は、表１乃至表３に示すとおりである。
表１に示す試験結果から、実施例１及び実施例２の鉄系含油焼結摺動部材は荷重（面圧）８００ｋｇｆ／ｃｍ２という高荷重条件であっても試験時間を通して安定した摩擦係数で推移し、試験後の摩耗量の極めて少ないものであった。また、表２に示す試験結果において、表２中の＊印は、荷重（面圧）１５０ｋｇｆ／ｃｍ２において試験開始後１９時間で摩擦係数の上昇と共に摩耗量が急激に上昇したため、その時点で試験を中止した。さらに、表３に示す試験結果において、表３中の＊＊印は、荷重（面圧）３００ｋｇｆ／ｃｍ２において試験開始後１１時間で摩擦係数が急激に上昇（０．３）したため試験を中止した。
以上説明したように、本発明は、鉄粉末と銅−鉄−マンガン合金粉末と炭素粉末とからなる鉄系焼結摺動部材であって、銅成分２．６７〜１８．６０質量％、マンガン成分０．１２〜１．２０質量％、炭素成分１．０〜５．０質量％、残部鉄成分からなり、素地がパーライト組織またはパーライトと一部フェライトが共存した組織を呈すると共に該素地の組織に銅−鉄−マンガン合金が分散含有されており、かつ該素地の組織の硬さよりの硬さの低い銅−鉄−マンガン合金が該組織中に分散されていることにより、相手材との摺動においては、なじみ性が良好で優れた摺動特性を発揮するものである。したがって、本発明の鉄系焼結摺動部材は、軸受、すべり板及びワッシャ等の摺動用途への適用が可能である。
１０ 板状軸受試験片（鉄系含油焼結摺動部材）
１０ａ 円筒状軸受試験片（鉄系含油焼結摺動部材）
１２ 円筒体（相手材）
１２ａ 回転軸（相手材）
１０ａ 円筒状軸受試験片（鉄系含油焼結摺動部材）
１２ 円筒体（相手材）
１２ａ 回転軸（相手材）
Claims (8)
- 鉄粉末と銅−鉄−マンガン合金粉末と炭素粉末とから成る鉄系焼結摺動部材において、
銅成分２．６７〜１８．６０質量％、マンガン成分０．１２〜１．２０質量％、炭素成分１．０〜５．０質量％、残部鉄成分から成り、素地の組織がパーライト組織またはパーライトと一部フェライトの共存組織を呈すると共に、該素地の組織中に炭素及び銅−鉄−マンガン合金が分散していることを特徴とする鉄系焼結摺動部材。 - 前記銅−鉄−マンガン合金は、素地の組織の粒界に網目状に分散して析出しているものであることを特徴とする請求項１に記載の鉄系焼結摺動部材。
- 前記素地の組織は、マイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）が３５０〜４５０を示し、該組織中に分散した銅−鉄−マンガン合金のマイクロビッカース硬さ（ＨＭＶ）が１００〜１２０を示すものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄系焼結摺動部材。
- 前記炭素は、天然黒鉛または人造黒鉛から成るものであることを特徴とする請求項１から３までのうちのいずれか一項に記載の鉄系焼結摺動部材。
- 潤滑油が１０〜１５容量％の割合で含有されていることを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載の鉄系焼結摺動部材。
- 主成分をなす鉄粉末に対し、マンガン４〜６質量％と鉄３〜５質量％と残部銅から成る合金粉末３〜２０質量％及び炭素粉末１〜５質量％をそれぞれ配合し、混合して混合粉末を形成したのち、該混合粉末を金型に装填して所望の形状の圧粉体を成形し、この圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０００〜１１００℃の温度で３０〜９０分間焼結することを特徴とする鉄系焼結摺動部材の製造方法。
- 前記炭素として、天然黒鉛または人造黒鉛から成るものを使用することを特徴とする請求項６に記載の鉄系焼結摺動部材の製造方法。
- 圧粉体を焼結して鉄系焼結摺動部材を得た後に、これに含油処理を施し、１０〜１５容量％の割合で潤滑油を含油することを特徴とする請求項６又は７に記載の鉄系焼結摺動部材の製造方法。
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