JP6228409B2 - Sliding member and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、他部材と摺動する摺動面を有する摺動部材およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a sliding member having a sliding surface that slides with another member and a method for manufacturing the same.

例えば建設機械のアームの関節部に用いられる軸受は、軸受面に非常に大きな面圧が加わるため、優れた耐摩耗性が要求される。この種の軸受として、例えば鋳造合金を切削加工したものや、摺動面に黒鉛片を斑点状に埋め込んだものがあるが、何れも製造コストが高いことが問題となっている。そこで、これらの代わりに、成形性に優れた焼結金属からなる焼結軸受が提案されている。例えば特許文献1には、建設機械用の軸受として、マルテンサイト組織を含んだ鉄炭素系合金に銅を分散させた焼結軸受が示されている。この焼結軸受では、焼結後に焼結体全体を焼入れ(例えば油焼入れ)し、その後、内外周面および端面を切削および研削して所定寸法に仕上げることとしている。   For example, a bearing used for a joint portion of an arm of a construction machine is required to have excellent wear resistance because a very large surface pressure is applied to the bearing surface. As this type of bearing, there are, for example, those obtained by cutting a cast alloy, and those in which graphite pieces are embedded in spots on the sliding surface. Therefore, instead of these, a sintered bearing made of a sintered metal having excellent formability has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a sintered bearing in which copper is dispersed in an iron-carbon alloy containing a martensite structure as a bearing for a construction machine. In this sintered bearing, the entire sintered body is quenched (for example, oil-quenched) after sintering, and then the inner and outer peripheral surfaces and end surfaces are cut and ground to finish to a predetermined size.

この他、焼結体における各部位ごとで材質を異ならせ、これら各部位ごとでその機能を異ならせるために、焼結体の内周面側と外周面側とで材質を異ならせる2層構造の圧粉体を成形する手法が特許文献2に記載されている。具体的には、圧粉体の外周面側を高強度の第1粉末で形成すると共に、内周面側を低摩擦性に優れた第2粉末で形成し、その後、この圧粉体を焼結することとしている。   In addition, in order to make the material different for each part in the sintered body and make the function different for each part, the two-layer structure in which the material is made different on the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side of the sintered body. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a method for forming the green compact. Specifically, the outer peripheral surface side of the green compact is formed with a high-strength first powder, and the inner peripheral surface side is formed with a second powder excellent in low friction, and then the green compact is sintered. I am going to conclude.

特開2003−222133号公報JP 2003-222133 A 特開2005−95979号公報JP 2005-95979 A

特許文献2に記載される2層構造焼結体において、内周面を低摩擦係数にするためには、焼結体の内周面に銅リッチ層を形成する必要がある。その一方で2層構造焼結体の外周面側を高強度、特に特許文献1に記載される、建設機械のアームの関節部に設けられる軸受に求められるような高い強度を確保するためには、焼結体の外周面側を鉄−炭素を主体とした組織(パーライト組織)で形成する必要がある。この場合、圧粉体は、パーライト組織を得るために1130℃以上の温度で焼結することになる。   In the two-layer structure sintered body described in Patent Document 2, in order to make the inner peripheral surface have a low friction coefficient, it is necessary to form a copper rich layer on the inner peripheral surface of the sintered body. On the other hand, in order to ensure high strength on the outer peripheral surface side of the two-layer structure sintered body, particularly high strength required for a bearing provided in a joint part of an arm of a construction machine described in Patent Document 1. It is necessary to form the outer peripheral surface side of the sintered body with a structure mainly composed of iron-carbon (pearlite structure). In this case, the green compact is sintered at a temperature of 1130 ° C. or higher in order to obtain a pearlite structure.

しかしながら、このように銅の融点(1083℃)を超える温度で焼結した場合、内周面の銅リッチ層に含まれる銅が完全に溶融する。溶融した銅は外周面側の銅濃度の低い層に引き込まれるため、焼結後の内周面に十分な銅組織が形成されない。その一方で、単に焼結温度を下げるだけでは焼結体の外周面側で必要とされる強度を確保することができない。従って、このままでは、二層構造焼結体の本来の目的を達成できない。   However, when sintered at a temperature exceeding the melting point of copper (1083 ° C.), the copper contained in the copper-rich layer on the inner peripheral surface is completely melted. Since the molten copper is drawn into a layer having a low copper concentration on the outer peripheral surface side, a sufficient copper structure is not formed on the inner peripheral surface after sintering. On the other hand, the strength required on the outer peripheral surface side of the sintered body cannot be ensured simply by lowering the sintering temperature. Therefore, the original purpose of the two-layer structure sintered body cannot be achieved as it is.

そこで、本発明は、焼結体の強度を確保しつつ、摺動面の摺動性と耐久性を向上させることができる摺動部材およびその製造方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the sliding member which can improve the slidability and durability of a sliding surface, and its manufacturing method, ensuring the intensity | strength of a sintered compact.

上記目的を達成するため、本発明は、焼結体で形成され、他部材と摺動する摺動面を有する摺動部材であって、合金元素を含むFe、Cu、およびCを主成分とする摺動層と、摺動層に接した状態で摺動層と共に焼結され、Fe、Cu、C、およびCuよりも低融点の金属、を主成分とするベース層とを備え、前記摺動層に摺動面を設けたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention is a sliding member that is formed of a sintered body and has a sliding surface that slides on other members, and contains Fe, Cu, and C containing alloy elements as main components. And a base layer mainly composed of Fe, Cu, C, and a metal having a lower melting point than Cu, in contact with the sliding layer. A sliding surface is provided in the dynamic layer.

ベース層にCuと低融点金属を含有させることで、焼結時には先ずベース層に含まれる低融点金属が溶融する。低融点金属の溶融液は毛細管現象によりFe粒子の内部深く拡散する。また、低融点金属の溶融液がCu粒子の表面を濡らすため、Cuがその融点を下回るような温度で溶融し、溶融したCuと低融点金属がFe粒子に浸透してFe粒子内部まで拡散する。これにより、Fe粒子同士が強固に結合され、ベース層の強度が向上するので、焼結温度を下げても軸受強度を確保することが可能となる。焼結温度をCuの融点よりも低い温度にすることにより、摺動層に含まれるCu粒子が焼結中も溶融せずに、固体の状態を保持する。そのため、摺動層に含まれるCu粒子がベース層に引き込まれず、摺動面に狙い量のCu組織を分布させることが可能となる。以上から、摺動面での摺動性と焼結体の強度とを両立することが可能となる。   By including Cu and a low melting point metal in the base layer, the low melting point metal contained in the base layer is first melted during sintering. The melt of the low melting point metal diffuses deep inside the Fe particles by capillary action. Further, since the melt of the low melting point metal wets the surface of the Cu particles, the Cu melts at a temperature lower than the melting point, and the molten Cu and the low melting point metal penetrate into the Fe particles and diffuse into the Fe particles. . As a result, the Fe particles are firmly bonded to each other and the strength of the base layer is improved, so that the bearing strength can be ensured even when the sintering temperature is lowered. By setting the sintering temperature to a temperature lower than the melting point of Cu, the Cu particles contained in the sliding layer are not melted even during the sintering, and the solid state is maintained. Therefore, Cu particles contained in the sliding layer are not drawn into the base layer, and it is possible to distribute a target amount of Cu structure on the sliding surface. From the above, it is possible to achieve both the slidability on the sliding surface and the strength of the sintered body.

この摺動部材において、摺動層に含まれる合金元素として、焼入れ性を向上させる元素(Ni,Mo,Mn,およびCrの中から選択される少なくとも1種)を含有させれば、浸炭焼入れ等の熱処理を行うことなく、焼結後の冷却過程で摺動層のFe組織の少なくとも一部をマルテンサイト変態およびベイナイト変態させることができる(シンターハードニング)。これにより、摺動面を含む摺動層が高硬度化されるので、摺動面の耐摩耗性を向上させることができる。また、これと併せて、ベース層内でのCuと低融点金属のFe粒子への浸透・拡散によりベース層の強度アップが達成されているので、焼結体全体の強度が向上する。従って、衝撃荷重が頻繁に作用し、高面圧下で使用される摺動部材、例えば建設機械のアームの関節部に使用される軸受として用いることも可能となる。   If this sliding member contains an element (at least one selected from Ni, Mo, Mn, and Cr) that improves hardenability as an alloy element contained in the sliding layer, carburizing and quenching, etc. Without performing the heat treatment, at least a part of the Fe structure of the sliding layer can be martensitic and bainite transformed in the cooling process after sintering (sinter hardening). Thereby, since the sliding layer containing a sliding surface is hardened, the abrasion resistance of a sliding surface can be improved. In addition, since the strength of the base layer is increased by penetration and diffusion of Cu and low melting point metal into Fe particles in the base layer, the strength of the entire sintered body is improved. Accordingly, the impact load is frequently applied, and it can be used as a sliding member used under a high surface pressure, for example, a bearing used in a joint part of an arm of a construction machine.

その一方で、焼結体の大部分を占めるベース層が基本的に上記の合金元素を含有していないので、冷却後もベース層の大部分はシンターハードニングされず、従って、ベース層のFe組織はマルテンサイト変態やベイナイト変態を生じない。このように摺動層だけに焼入れ性を向上させる元素を配合することで、高価な該元素の使用量を削減して低コスト化を図ることができる。また、ベース層が摺動層と比べて軟質なものとなるので、焼結体の寸法矯正をサイジング(金型内で焼結体を圧縮整形する工程)で行うことが可能となる。特許文献1の構成では、焼結後の油焼入れで焼結体全体を硬化させているため、焼結体の寸法矯正は切削・研削等の機械加工で行わざるを得ないが、本発明の摺動部材はサイジングによる寸法矯正が可能であり、機械加工が不要となる。また、焼結後の焼入れ工程も不要である。このように焼結後の焼入れ工程および機械加工工程を省略できるので、特許文献1に記載された発明と比べて摺動部材をさらに低コスト化することができる。   On the other hand, since the base layer that occupies most of the sintered body basically does not contain the above alloy elements, the majority of the base layer is not sintered hardened even after cooling, and therefore the Fe of the base layer The structure does not undergo martensitic transformation or bainite transformation. Thus, by blending only the sliding layer with an element that improves hardenability, the amount of the expensive element used can be reduced and the cost can be reduced. In addition, since the base layer is softer than the sliding layer, it is possible to perform dimensional correction of the sintered body by sizing (a step of compressing and shaping the sintered body in the mold). In the configuration of Patent Document 1, since the entire sintered body is cured by oil quenching after sintering, dimensional correction of the sintered body is inevitably performed by machining such as cutting and grinding. The sliding member can be dimensionally corrected by sizing, and machining is not necessary. Moreover, the quenching process after sintering is unnecessary. Thus, since the quenching process and machining process after sintering can be omitted, the cost of the sliding member can be further reduced as compared with the invention described in Patent Document 1.

ベース層に含まれる低融点金属としてはリンを使用するのが好ましい。また、ベース層における低融点金属の濃度は0.1〜0.6wt%の範囲内が好ましい。   It is preferable to use phosphorus as the low melting point metal contained in the base layer. The concentration of the low melting point metal in the base layer is preferably in the range of 0.1 to 0.6 wt%.

摺動層のCu濃度を10wt%以上、30wt%以下にすることで、摺動面の摺動性を確保しつつ銅の過剰使用による高コスト化を防止することができる。ベース層のFe粒子を結合させるためにベース層にもCuを含有させる必要があるが、その際にベース層のCu濃度を摺動層のCu濃度よりも小さくすることで、高価な銅の使用量を抑えて低コスト化を図ることができる。   By making Cu density | concentration of a sliding layer 10 wt% or more and 30 wt% or less, the cost increase by excessive use of copper can be prevented, ensuring the slidability of a sliding surface. In order to bind the Fe particles of the base layer, it is necessary to also contain Cu in the base layer. At that time, the Cu concentration of the base layer is made smaller than the Cu concentration of the sliding layer, so that expensive copper is used. The cost can be reduced by reducing the amount.

以上に述べた摺動部材は、Fe、Cu、Cuよりも低融点の金属、およびC、を主成分とする第一粉末を調製し、合金元素を含むFe、Cu、およびC、を主成分とする第二粉末を調製し、金型内に仕切り部材を配置して第一キャビティと第二キャビティを形成し、第一キャビティに第一粉末を充填すると共に、第二キャビティに第二粉末を充填し、金型内の第一粉末および第二粉末を、仕切り部材を取り外した状態で同時に圧縮して圧粉体を形成し、圧粉体を焼結して、第一粉末に対応した組成のベース層と、第二粉末に対応した組成の摺動層とを形成し、その後、得られた焼結体にサイジングおよび油含浸を施すことで得ることができる。   The sliding member described above prepares a first powder mainly composed of a metal having a lower melting point than Fe, Cu and Cu, and C, and contains Fe, Cu and C containing alloy elements as main components. The second powder is prepared, a partition member is arranged in the mold to form a first cavity and a second cavity, the first cavity is filled with the first powder, and the second cavity is filled with the second powder. The composition corresponding to the first powder is filled, and the first powder and the second powder in the mold are simultaneously compressed with the partition member removed to form a green compact, and the green compact is sintered. The base layer and the sliding layer having a composition corresponding to the second powder are formed, and then the obtained sintered body is subjected to sizing and oil impregnation.

第一粉末および第二粉末を同時圧縮して圧粉体を成形する際には、両粉末の見かけ密度の差が大きいと圧粉体の成形に支障を来す。これに対し、ベース層の厚さを摺動層の厚さよりも大きくし、かつ第一粉末の見かけ密度を第二粉末の見かけ密度よりも小さくすることで、圧粉体の成形が可能となる。すなわち第一粉末と第二粉末の見かけ密度に多少の差があっても、圧粉体を容易に成形することが可能となる。   When the green compact is formed by simultaneously compressing the first powder and the second powder, if the difference in the apparent density between the two powders is large, the green compact is hindered. On the other hand, the green compact can be formed by making the thickness of the base layer larger than the thickness of the sliding layer and making the apparent density of the first powder smaller than the apparent density of the second powder. . That is, the green compact can be easily formed even if there is a slight difference in the apparent density between the first powder and the second powder.

以上のように、本発明によれば、焼結体の強度を確保しつつ、摺動面の摺動性と耐久性を向上させることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to improve the slidability and durability of the sliding surface while ensuring the strength of the sintered body.

本発明の焼結軸受を組み込んだ関節部の断面図である。It is sectional drawing of the joint part incorporating the sintered bearing of this invention. 上記焼結軸受の正面図である。It is a front view of the said sintered bearing. 上記焼結軸受の圧縮成形工程において、第一粉末を充填した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state with which the 1st powder was filled in the compression molding process of the said sintered bearing. 上記圧縮成形工程において、第二粉末を充填した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state with which the 2nd powder was filled in the said compression molding process. 上記圧縮成形工程において、仕切部材を下降させた状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which lowered | hung the partition member in the said compression molding process. 上記圧縮成形工程において、余分な粉末を除去した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which removed the excess powder in the said compression molding process. 上記圧縮成形工程において、上パンチで混合粉末を圧縮した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which compressed the mixed powder with the upper punch in the said compression molding process. 上記圧縮成形工程において、圧粉体を金型から取り出した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which took out the green compact from the metal mold | die in the said compression molding process. 上記焼結軸受の焼結工程で使用する焼結炉を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the sintering furnace used at the sintering process of the said sintered bearing. 上記焼結軸受のサイジング工程で使用する金型を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the metal mold | die used at the sizing process of the said sintered bearing. 圧縮成形工程以降の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process after a compression molding process. 焼入れ性を向上させる合金元素の濃度勾配を示すグラフである。It is a graph which shows the concentration gradient of the alloy element which improves hardenability. 他の実施形態に係る焼結軸受の断面図である。It is sectional drawing of the sintered bearing which concerns on other embodiment. 図14(a)は摺動層のミクロ組織を表す図で、図14(b)はベース層のミクロ組織を表す図である。FIG. 14A is a diagram showing the microstructure of the sliding layer, and FIG. 14B is a diagram showing the microstructure of the base layer.

本発明の摺動部材の一例として焼結軸受を挙げ、以下にその実施形態を図面に基づいて説明する。   A sintered bearing is given as an example of the sliding member of the present invention, and an embodiment thereof will be described below with reference to the drawings.

本発明にかかる焼結軸受は、油圧ショベル車やブルドーザ等の建設機械のアーム(ブームやバケット等も含む)同士を結合する関節部での使用に適合するものである。図1は、このような関節部の概略構造を図示している。図1に示すように、この関節部では、二股状に形成された第一アーム6の内側に第二アーム7の先端が挿入されている。第二アーム7の先端には取り付け孔7aが設けられ、この取り付け孔7aに焼結体からなる焼結軸受1の外周面3aが圧入等の適宜の取り付け手段を用いて固定されている。第一アーム6の二股部分のそれぞれに設けたピン穴6aおよび焼結軸受1の内周面2aにピン4を挿入することで、第一アーム6と第二アーム7が回転自在に連結される。ピン4は第一アーム6に固定されており、そのために第一アーム6と第二アーム7とを相対的な揺動させると、ピン4が軸受1の内周面2aに対して相対回転する。符号8は、ピン4の抜けを規制する抜け止めである。この関節部では、ピン4の頭部4aもしくは抜け止め8をピン4の軸部から取り外し、ピン4を抜き取ることで第一アーム6と第二アーム7を分離し、軸受1やピン4のメンテナンスを行えるようになっている。   The sintered bearing according to the present invention is suitable for use in a joint portion that connects arms (including a boom and a bucket) of construction machines such as a hydraulic excavator and a bulldozer. FIG. 1 shows the schematic structure of such a joint. As shown in FIG. 1, in this joint part, the tip of the second arm 7 is inserted inside the first arm 6 formed in a bifurcated shape. A mounting hole 7a is provided at the tip of the second arm 7, and the outer peripheral surface 3a of the sintered bearing 1 made of a sintered body is fixed to the mounting hole 7a using appropriate mounting means such as press fitting. The first arm 6 and the second arm 7 are rotatably connected by inserting the pin 4 into the pin hole 6a provided in each of the bifurcated portions of the first arm 6 and the inner peripheral surface 2a of the sintered bearing 1. . The pin 4 is fixed to the first arm 6. Therefore, when the first arm 6 and the second arm 7 are swung relative to each other, the pin 4 rotates relative to the inner peripheral surface 2 a of the bearing 1. . Reference numeral 8 is a stopper that prevents the pin 4 from coming off. In this joint portion, the head 4a or the retaining member 8 of the pin 4 is removed from the shaft portion of the pin 4, and the first arm 6 and the second arm 7 are separated by removing the pin 4, and maintenance of the bearing 1 and the pin 4 is performed. Can be done.

図1、さらには図2に示すように、焼結軸受1は、円筒状の焼結体からなり、内径側の摺動層2と外径側のベース層3とを互いに接触させた状態で一体に有する。図示例では、焼結軸受1が摺動層2およびベース層3のみからなり、何れの層も筒状、特に円筒状を成している。焼結軸受1の内周面2a(摺動層2の内周面)は、軸方向にストレートな断面真円状をなし、内周に挿入されるピン4の軸部(以下、軸4と称する)を相対回転自在に支持する摺動面A(軸受面)を構成する。焼結軸受1の外周面3a(ベース層3の外周面)は、軸方向にストレートな断面真円状をなし、第二アーム7等の他部材に取り付けられる取り付け面Bを構成する。焼結軸受1の軸方向両端面は、軸方向と直交する方向に延びる平坦面である。焼結軸受1の軸方向両端面と内周面2aおよび外周面3aとの間には、それぞれ面取りが設けられている。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the sintered bearing 1 is formed of a cylindrical sintered body, and the sliding layer 2 on the inner diameter side and the base layer 3 on the outer diameter side are in contact with each other. Have one. In the illustrated example, the sintered bearing 1 comprises only the sliding layer 2 and the base layer 3, and each layer has a cylindrical shape, particularly a cylindrical shape. The inner peripheral surface 2a of the sintered bearing 1 (the inner peripheral surface of the sliding layer 2) has a perfect circular cross section that is straight in the axial direction, and the shaft portion of the pin 4 (hereinafter referred to as the shaft 4) inserted into the inner periphery. The sliding surface A (bearing surface) is supported so as to be relatively rotatable. The outer peripheral surface 3a of the sintered bearing 1 (the outer peripheral surface of the base layer 3) has a perfect cross-sectional shape that is straight in the axial direction, and constitutes an attachment surface B that is attached to other members such as the second arm 7. Both axial end surfaces of the sintered bearing 1 are flat surfaces extending in a direction orthogonal to the axial direction. Chamfering is provided between both axial end surfaces of the sintered bearing 1 and the inner peripheral surface 2a and the outer peripheral surface 3a.

上記の関節部で使用する場合、焼結軸受1は、例えば内径が直径30〜100mm、半径方向の肉厚が5〜50mmとなるように形成される。摺動層2の半径方向の肉厚は、焼結軸受1の半径方向の肉厚の1〜20%程度(好ましくは2〜10%程度)とし、その実際の肉厚寸法は例えば0.3〜2mm程度とする。摺動層2が薄すぎると、成形時における原料粉末の充填性が悪化すると共に許容摩耗限界が低くなり、摺動層2が厚すぎると、後述する、焼き入れ性を向上させるための元素や銅の使用量が増えてコスト高を招くためである。多孔質をなす焼結軸受1の微細空孔には潤滑油が含浸されている。摺動面Aと軸4の相対回転時には、焼結軸受1の内部の微細空孔に保持された潤滑油が摺動面Aの表面開孔から滲み出し、摺動面Aと軸4との間の潤滑が行われる。   When used in the above joint, the sintered bearing 1 is formed so that the inner diameter is 30 to 100 mm and the thickness in the radial direction is 5 to 50 mm, for example. The thickness of the sliding layer 2 in the radial direction is about 1 to 20% (preferably about 2 to 10%) of the radial thickness of the sintered bearing 1, and the actual thickness is, for example, 0.3. About 2 mm. If the sliding layer 2 is too thin, the filling ability of the raw material powder at the time of molding is deteriorated and the allowable wear limit is lowered. If the sliding layer 2 is too thick, an element for improving hardenability, which will be described later, This is because the amount of copper used increases and costs increase. The fine pores of the porous sintered bearing 1 are impregnated with lubricating oil. When the sliding surface A and the shaft 4 rotate relative to each other, the lubricating oil held in the fine holes inside the sintered bearing 1 oozes out from the surface opening of the sliding surface A, and the sliding surface A and the shaft 4 During the lubrication.

本発明の焼結軸受1は、摺動層2およびベース層3で金属組成が異なる二層構造をなしている。この二層構造の焼結軸受1は、以下に述べる圧縮成形工程、焼結工程、サイジング工程、および含油工程を順次経ることで製造される。   The sintered bearing 1 of the present invention has a two-layer structure in which the metal composition is different between the sliding layer 2 and the base layer 3. The sintered bearing 1 having a two-layer structure is manufactured by sequentially performing a compression molding process, a sintering process, a sizing process, and an oil impregnation process described below.

圧縮成形工程では、摺動層2の材料とベース層3の材料を同一の金型に供給して同時に成形する、いわゆる二色成形の手法を採用している。この二色成形は、金型内の外径側と内径側に二つのキャビティを形成して、各キャビティにそれぞれ粉末を充填するもので、例えば図3に示す金型を用いて行われる。この金型は、ダイ11と、ダイ11の内周に配されたコアピン12と、ダイ11の内周面11aとコアピン12の外周面12aとの間に配された外側下パンチ13と、仕切部材14と、内側下パンチ15と、上パンチ16(図7参照)とを有する。外側下パンチ13、仕切部材14、および内側下パンチ15は、同心の円筒形状をなし、それぞれ独立して昇降可能とされる。   In the compression molding process, a so-called two-color molding technique is adopted in which the material of the sliding layer 2 and the material of the base layer 3 are supplied to the same mold and molded simultaneously. This two-color molding is one in which two cavities are formed on the outer diameter side and the inner diameter side in the mold, and each cavity is filled with powder, and is performed using, for example, a mold shown in FIG. The mold includes a die 11, a core pin 12 disposed on the inner periphery of the die 11, an outer lower punch 13 disposed between the inner peripheral surface 11a of the die 11 and the outer peripheral surface 12a of the core pin 12, and a partition It has the member 14, the inner lower punch 15, and the upper punch 16 (refer FIG. 7). The outer lower punch 13, the partition member 14, and the inner lower punch 15 have a concentric cylindrical shape and can be moved up and down independently.

まず、図3に示すように、仕切板14および内側下パンチ15を上端位置まで上昇させると共に、外側下パンチ13を下端位置まで下降させ、ダイ11の内周面11aと、仕切板14の外周面14aと、外側下パンチ13の端面13aとで外径側の第一キャビティ17を形成する。この第一キャビティ17に、ベース層3に対応する第一粉末M1を充填する。第一粉末M1の組成は後述する。   First, as shown in FIG. 3, the partition plate 14 and the inner lower punch 15 are raised to the upper end position, and the outer lower punch 13 is lowered to the lower end position, so that the inner peripheral surface 11 a of the die 11 and the outer periphery of the partition plate 14 are A first cavity 17 on the outer diameter side is formed by the surface 14 a and the end surface 13 a of the outer lower punch 13. The first cavity 17 is filled with the first powder M1 corresponding to the base layer 3. The composition of the first powder M1 will be described later.

次に、図4に示すように内側下パンチ15を下端位置まで下降させ、仕切板14の内周面14bと、コアピン12の外周面12aと、内側下パンチ15の端面15aとで内径側の第二キャビティ18を形成する。この第二キャビティ18は第一キャビティ17から隔絶された状態で形成され、この第二キャビティ18に摺動層2に対応する第二粉末M2が充填される。このとき、第二粉末M2を内側キャビティ18から溢れさせ、仕切板14の上方を覆うようにする。第二粉末M2の組成は後述する。   Next, as shown in FIG. 4, the inner lower punch 15 is lowered to the lower end position, and the inner peripheral surface 14 b of the partition plate 14, the outer peripheral surface 12 a of the core pin 12, and the end surface 15 a of the inner lower punch 15 A second cavity 18 is formed. The second cavity 18 is formed in a state of being isolated from the first cavity 17, and the second powder 18 is filled in the second cavity 18 corresponding to the sliding layer 2. At this time, the second powder M2 overflows from the inner cavity 18 so as to cover the upper side of the partition plate 14. The composition of the second powder M2 will be described later.

次に、図5に示すように仕切板14を下降させる。これにより、仕切部材14の分のスペースに、第二粉末M2が入り込み、第一粉末M1と第二粉末M2とが接触する。これにより、ダイ11の内周面11a、外側下パンチ13の端面13a、仕切板14の端面14c、内側下パンチ15の端面15a、およびコアピン12の外周面12aで形成されるキャビティ19に、第一粉末M1および第二粉末M2が二層状態で満たされた状態となる。そして、キャビティ19から溢れ出た余分な第二粉末M2が除去される(図6参照)。   Next, the partition plate 14 is lowered as shown in FIG. Thereby, the 2nd powder M2 enters into the space for the partition member 14, and the 1st powder M1 and the 2nd powder M2 contact. As a result, the cavity 19 formed by the inner peripheral surface 11a of the die 11, the end surface 13a of the outer lower punch 13, the end surface 14c of the partition plate 14, the end surface 15a of the inner lower punch 15, and the outer peripheral surface 12a of the core pin 12 is The first powder M1 and the second powder M2 are filled in a two-layer state. Then, excess second powder M2 overflowing from the cavity 19 is removed (see FIG. 6).

このように金型から仕切り部材14を取り外した状態で、図7に示すように、上パンチ16を下降させ、上パンチ16の端面16aを粉末M1,M2に押し当てて、上パンチ16、下パンチ13,15、仕切り部材14、およびダイ11でキャビティ19に充填された粉末M1,M2を圧縮し、圧粉体Mを成形する。そして、図8に示すように、外側下パンチ13、仕切板14、および内側下パンチ15を上昇させ、圧粉体Mを金型から取り出す。   With the partition member 14 removed from the mold in this way, as shown in FIG. 7, the upper punch 16 is lowered, and the end face 16a of the upper punch 16 is pressed against the powders M1, M2, and the upper punch 16, The powders M1 and M2 filled in the cavity 19 are compressed by the punches 13 and 15, the partition member 14, and the die 11, and the green compact M is formed. And as shown in FIG. 8, the outer lower punch 13, the partition plate 14, and the inner lower punch 15 are raised, and the green compact M is taken out from the mold.

ここでベース層3に対応する第一粉末M1は、鉄粉、銅粉、黒鉛粉を主体として、その他に低融点金属を含有させたものである。鉄粉としては、還元鉄粉、アトマイズ鉄粉等が使用可能であるが、含油性に優れる多孔質状の還元鉄粉を使用するのが好ましい。銅粉としては、電解銅粉やアトマイズ銅粉を使用することができるが、粒子全体として樹枝形状をなす電解銅粉を使用すれば、圧粉体強度を高めることができ、かつ焼結時に銅がFe粒子に拡散し易くなるので、より好ましい。また、低融点金属としては、融点が銅よりも小さい金属、具体的には700℃以下の融点を有する金属、例えば錫(Sn)、亜鉛(Zn)、リン(P)等が使用可能である。この低融点金属は、混合粉中にその単体粉を添加する他、鉄と合金化した粉末を使用することで添加することができる。低融点金属の中でもリンは、鉄への拡散が容易で鉄粒子内部まで拡散でき、さらに銅の拡散も促進する。つまり、鉄および銅の双方に対して相性が良い。そのため、低融点金属としてリンを使用することが好ましい。例えば鉄−リン合金粉(FeP)を銅粉および黒鉛粉と混合すれば、第一粉末M1の混合・成形が容易となり、かつ安全性も高い、という利点が得られる。 Here, the first powder M1 corresponding to the base layer 3 is mainly composed of iron powder, copper powder and graphite powder, and additionally contains a low melting point metal. As the iron powder, reduced iron powder, atomized iron powder, and the like can be used, but it is preferable to use porous reduced iron powder having excellent oil impregnation. As the copper powder, electrolytic copper powder or atomized copper powder can be used, but if the electrolytic copper powder having a dendritic shape as a whole particle is used, the green compact strength can be increased, and copper can be used during sintering. Is more preferable because it easily diffuses into the Fe particles. Further, as the low melting point metal, a metal having a melting point smaller than that of copper, specifically, a metal having a melting point of 700 ° C. or lower, such as tin (Sn), zinc (Zn), phosphorus (P), etc. can be used. . This low-melting-point metal can be added by using a powder alloyed with iron in addition to adding the simple powder to the mixed powder. Among low melting point metals, phosphorus is easily diffused into iron and can be diffused into the iron particles, and further promotes copper diffusion. That is, compatibility with both iron and copper is good. Therefore, it is preferable to use phosphorus as the low melting point metal. For example, if iron-phosphorus alloy powder (Fe 3 P) is mixed with copper powder and graphite powder, the advantages of easy mixing and forming of the first powder M1 and high safety are obtained.

第一粉末M1における各粉末の配合量は、例えば銅粉:2〜5wt%、黒鉛粉:0.5〜0.8wt%とし、残りを鉄−低融点金属の合金鋼粉とするのが好ましい。この時、第一粉末M1における低融点金属の割合は0.1〜0.6wt%(好ましくは0.3〜0.5wt%)とする。銅粉は鉄粉同士を結合するバインダーとして機能するものであり、銅粉の配合量が少なすぎるとベース層3の強度低下を招き、多すぎると炭素の拡散を阻害して焼結体の強度・硬さを低下させてしまうので上記の範囲とする。低融点金属は、それ自身の鉄粒子への拡散、さらに銅の鉄粒子への拡散の促進を通じて焼結体の強度を高めるために配合されており、これが少なすぎるとかかる効果が不十分となり、多すぎると低融点金属が偏析し、焼結体が脆くなって強度低下を招くので、上記の範囲とする。また、黒鉛粉は、焼結時に鉄と炭素を反応させて硬いパーライト相を形成するために配合されており、これが少ないとベース層の強度を確保できず、多すぎると鉄がセメンタイト組織になり、脆くなって強度低下を招くので、上記の範囲とする。   The blending amount of each powder in the first powder M1 is preferably, for example, copper powder: 2 to 5 wt%, graphite powder: 0.5 to 0.8 wt%, and the remainder is iron-low melting point metal alloy steel powder. . At this time, the ratio of the low melting point metal in the first powder M1 is 0.1 to 0.6 wt% (preferably 0.3 to 0.5 wt%). Copper powder functions as a binder that binds iron powders. If the amount of copper powder is too small, the strength of the base layer 3 is reduced, and if too large, the diffusion of carbon is inhibited and the strength of the sintered body is reduced. -Since the hardness is reduced, the above range is adopted. The low melting point metal is blended in order to increase the strength of the sintered body through the diffusion of the iron into its own iron particles and further the diffusion of copper into the iron particles. If the amount is too large, the low melting point metal segregates and the sintered body becomes brittle, leading to a decrease in strength. Graphite powder is blended to form a hard pearlite phase by reacting iron and carbon during sintering. If the amount is too small, the strength of the base layer cannot be secured, and if it is too large, the iron becomes a cementite structure. Since it becomes brittle and causes a decrease in strength, the above range is adopted.

一方、摺動層2に対応する第二粉末M2は、焼入れ性を向上させる合金元素を含む鉄粉(合金鋼粉)、銅粉、および黒鉛粉を混合したものである。焼入れ性を向上させる元素として、Ni,Mo,Mn,およびCrの中から選択される何れか1種または2種以上が使用されるが、本発明ではNiおよびMoを選択して、Ni、Mo、および鉄の合金鋼粉(Fe−Ni−Mo系合金鋼粉)を使用している。焼き入れ性を向上させる元素は、後述のようにマルテンサイト変態およびベイナイト変態を生じさせてシンターハードニングを行うために添加されるが、NiおよびMoは、焼入れ性の向上効果が特に優れるために好ましい。第二粉末M2の合金鋼粉として完全合金粉が好ましい。銅粉は、電解銅粉が好ましいがアトマイズ銅粉を使用しても構わない。   On the other hand, the second powder M2 corresponding to the sliding layer 2 is a mixture of iron powder (alloy steel powder) containing an alloy element that improves hardenability, copper powder, and graphite powder. Any one or more selected from Ni, Mo, Mn, and Cr is used as the element for improving the hardenability. In the present invention, Ni and Mo are selected, and Ni, Mo , And iron alloy steel powder (Fe-Ni-Mo alloy steel powder). Elements that improve hardenability are added to cause martensite transformation and bainite transformation as described later to perform sintering hardening, but Ni and Mo are particularly effective in improving hardenability. preferable. Complete alloy powder is preferable as the alloy steel powder of the second powder M2. The copper powder is preferably electrolytic copper powder, but atomized copper powder may be used.

第二粉末M2における各粉末の配合量は、銅粉10〜30wt%(好ましくは15〜20wt%)、黒鉛粉0.5〜0.8wt%とし、残りを合金鋼粉とするのが好ましい。また、第二粉末M2中のNiの割合が1.5〜3.5wt%、Moの割合が0.5〜1.5wt%の範囲となるように合金鋼粉の種類および量を選定する。NiおよびMoの配合量は、成形性と焼入れ性の向上効果から定められる。銅の配合量は、これが少なすぎると、摺動面2aの摺動性が低下し、多すぎると軸受面が柔らかくなりすぎて耐摩耗性に問題が生じるので上記の範囲とする。第二粉末M2の黒鉛粉は、焼結時に鉄と炭素を反応させて主にマルテンサイト相およびベイナイト相を形成するため、さらには固体潤滑剤として機能させるために配合され、その配合割合の上限および下限は、第一粉末M1で黒鉛粉の配合割合を定めた理由と同じ理由から定められる。   The blending amount of each powder in the second powder M2 is preferably 10 to 30 wt% (preferably 15 to 20 wt%) of copper powder, 0.5 to 0.8 wt% of graphite powder, and the rest is alloy steel powder. Further, the type and amount of the alloy steel powder are selected so that the Ni ratio in the second powder M2 is 1.5 to 3.5 wt% and the Mo ratio is 0.5 to 1.5 wt%. The blending amounts of Ni and Mo are determined from the effect of improving formability and hardenability. If the amount of copper is too small, the slidability of the sliding surface 2a is lowered. If the amount is too large, the bearing surface becomes too soft and there is a problem in wear resistance. The graphite powder of the second powder M2 is blended to react mainly with iron and carbon during sintering to form a martensite phase and a bainite phase, and further to function as a solid lubricant. The upper limit of the blending ratio The lower limit is determined for the same reason as that for determining the blending ratio of the graphite powder in the first powder M1.

ベース層3に対応する第一粉末M1と、摺動層2に対応する第二粉末M2の見かけ密度は何れも1.0〜4.0g/cmとなる。両粉末の組成の相違から両粉末の見かけ密度にはどうしても差を生じ、この差から圧縮成形工程において、第一粉体M1と第二粉体M2を同時成形する際に、圧粉体Mが崩れる等して成形が困難となることが予想される。しかしながら、本実施形態のように摺動層2の肉厚がベース層3の肉厚よりも十分に小さく(上記のように摺動層2の肉厚は焼結軸受の肉厚の1〜20%、好ましくは2〜10%である)、しかも第一粉末M1の見かけ密度が第二粉末M2の見かけ密度よりも低い状態では、その密度差が0.5g/cm以下であれば、第一粉体M1と第二粉体M2を同時成形しても圧粉体Mを成形することができる。従って、第一粉体M1の見かけ密度は第二粉体M1の見かけ密度よりも小さくし、かつその密度差を0.5g/cm以下に抑えるのが好ましい。 The apparent densities of the first powder M1 corresponding to the base layer 3 and the second powder M2 corresponding to the sliding layer 2 are both 1.0 to 4.0 g / cm 3 . Due to the difference in the composition of both powders, there is a difference in the apparent density of both powders. From this difference, when the first powder M1 and the second powder M2 are simultaneously formed in the compression molding process, the green compact M is formed. It is expected that molding will be difficult due to collapse. However, the thickness of the sliding layer 2 is sufficiently smaller than the thickness of the base layer 3 as in the present embodiment (as described above, the thickness of the sliding layer 2 is 1 to 20 of the thickness of the sintered bearing). %, Preferably 2 to 10%), and in the state where the apparent density of the first powder M1 is lower than the apparent density of the second powder M2, the difference in density is 0.5 g / cm 3 or less. The green compact M can be formed even if the single powder M1 and the second powder M2 are simultaneously formed. Therefore, the apparent density of the first powder M1 is preferably smaller than the apparent density of the second powder M1, and the density difference is preferably suppressed to 0.5 g / cm 3 or less.

以上に述べた圧縮成形工程を経た圧粉体Mを、焼結工程で焼結することで焼結体M’が得られる(図11参照)。この時、ベース層3が摺動層2に接した状態で摺動層2と共に焼結されるため、焼結後は摺動層2とベース層3とを一体化することができる。焼結炉としては、図9に示すようにヒータ21が設置された焼結ゾーン20aと、自然放熱を行う冷却ゾーン20bとを有する連続焼結炉20を使用することができる。雰囲気ガスとしてCOを含むものが使用される。焼結温度(焼結組織内の温度)は、銅の融点(1083℃)よりも低く、かつ鉄と炭素が反応を開始する温度(900℃程度)よりも高くなるように設定される。この焼結温度を得るため、炉内温度は例えば1000℃〜1100℃に設定される。この温度は、鉄系焼結体を焼結する際の一般的な炉内温度(1130℃以上)よりも低い。   Sintered body M ′ is obtained by sintering the green compact M that has undergone the compression molding process described above in the sintering process (see FIG. 11). At this time, since the base layer 3 is sintered together with the sliding layer 2 in contact with the sliding layer 2, the sliding layer 2 and the base layer 3 can be integrated after sintering. As the sintering furnace, as shown in FIG. 9, a continuous sintering furnace 20 having a sintering zone 20a in which a heater 21 is installed and a cooling zone 20b for performing natural heat dissipation can be used. An atmosphere gas containing CO is used. The sintering temperature (temperature in the sintered structure) is set to be lower than the melting point of copper (1083 ° C.) and higher than the temperature at which iron and carbon start reaction (about 900 ° C.). In order to obtain this sintering temperature, the furnace temperature is set to 1000 ° C. to 1100 ° C., for example. This temperature is lower than a general furnace temperature (1130 ° C. or higher) when sintering an iron-based sintered body.

焼結工程を経た焼結体M’は、サイジング工程に移送されて寸法矯正が行われる。本実施形態では、図10に示すように、ダイ23、コアロッド24、および上下のパンチ25,26を有するサイジング金型を用いて焼結体M’の内周面、外周面、および両端面を圧迫することにより、焼結体M’がサイジングされる。その後、含油工程にて焼結体M’の内部気孔に潤滑剤を含浸することにより、焼結軸受1が完成する。焼結体M’の残留オーステナイトを除去するため、焼結後に焼結体M’の焼き戻しを行ってしてもよい。   The sintered body M ′ that has undergone the sintering process is transferred to the sizing process and dimension correction is performed. In this embodiment, as shown in FIG. 10, the inner peripheral surface, outer peripheral surface, and both end surfaces of the sintered body M ′ are formed using a sizing die having a die 23, a core rod 24, and upper and lower punches 25 and 26. By pressing, the sintered body M ′ is sized. Then, the sintered bearing 1 is completed by impregnating the internal pores of the sintered body M ′ with a lubricant in the oil impregnation process. In order to remove the residual austenite of the sintered body M ′, the sintered body M ′ may be tempered after the sintering.

図9に示す焼結工程における焼結時には、先ず、第一粉末M1に含まれるリンが溶融する。リンの溶融液は毛細管現象によりFe粒子の内部深く拡散する。また、リンの溶融液がCu粒子の表面を濡らすため、Cuがその融点を下回るような温度で溶融し、溶融したCuとリンがFe粒子に浸透してFe粒子内部まで拡散する。これにより、鉄粒子同士が強固に結合され、ベース層3の強度が向上する。また、鉄と炭素の反応開始温度よりも高い温度で焼結するので、Fe組織には硬いパーライト相が形成される(一部はフェライト相)。以上の焼結過程を経ることで、ベース層3の強度が確保されるため、上記のように焼結温度を一般的な鉄系焼結品の焼結温度よりも下げた場合でも、ベース層3に必要とされる強度を確保することができる。焼結温度を銅の融点よりも低い温度まで低下させることで、摺動層2(第二粉末M2)に含まれる銅が焼結中も溶融せずに、固体の状態を保持する。そのため、摺動層2、特に摺動面Aに存在する銅がベース層3に引き込まれず、摺動面Aに狙い量の銅を分布させることが可能となる。従って、摺動面Aの摺動性と焼結体M’の強度とを両立することができる。   At the time of sintering in the sintering step shown in FIG. 9, first, phosphorus contained in the first powder M1 is melted. The phosphorus melt diffuses deep inside the Fe particles by capillary action. In addition, since the phosphorus melt wets the surface of the Cu particles, the Cu melts at a temperature below its melting point, and the molten Cu and phosphorus penetrate into the Fe particles and diffuse into the Fe particles. Thereby, iron particles are firmly bonded to each other, and the strength of the base layer 3 is improved. In addition, since sintering is performed at a temperature higher than the reaction start temperature of iron and carbon, a hard pearlite phase is formed in the Fe structure (partially a ferrite phase). Through the above sintering process, the strength of the base layer 3 is ensured. Therefore, even when the sintering temperature is lower than the sintering temperature of a general iron-based sintered product as described above, the base layer 3 The strength required for 3 can be ensured. By lowering the sintering temperature to a temperature lower than the melting point of copper, the copper contained in the sliding layer 2 (second powder M2) does not melt even during the sintering and maintains a solid state. Therefore, the copper existing on the sliding layer 2, particularly the sliding surface A, is not drawn into the base layer 3, and a target amount of copper can be distributed on the sliding surface A. Therefore, both the slidability of the sliding surface A and the strength of the sintered body M ′ can be achieved.

また、摺動層2にNi,Mo等の焼入れ性向上元素を含有させているので、浸炭焼入れ等の熱処理を別途行うことなく、図9に示す連続焼結炉20の冷却ゾーン20bを通過させる間に、摺動層2のFe組織にマルテンサイト変態およびベイナイト変態を生じさせて高硬度化させることができる(シンターハードニング)。これにより、摺動面Aを高硬度化してその耐摩耗性を向上させることができる。また、これと併せて、ベース層3内での銅とリンの拡散によりベース層3の強度アップが達成されているので、焼結体全体の強度(圧環強度等)が向上する。従って、衝撃荷重が頻繁に作用し、高面圧下で使用される建設機械のアームの関節部における軸受としての使用にも耐え得るものとなる。   Further, since the hardenability improving elements such as Ni and Mo are included in the sliding layer 2, the cooling layer 20b of the continuous sintering furnace 20 shown in FIG. In the meantime, martensite transformation and bainite transformation can be caused in the Fe structure of the sliding layer 2 to increase the hardness (sinter hardening). Thereby, the sliding surface A can be hardened and its wear resistance can be improved. In addition, since the strength of the base layer 3 is increased by diffusion of copper and phosphorus in the base layer 3, the strength of the entire sintered body (compression strength, etc.) is improved. Therefore, the impact load is frequently applied, and can be used as a bearing in the joint portion of the arm of the construction machine used under high surface pressure.

その一方で、焼結体M’の大部分を占めるベース層3には焼入れ性を向上させる元素が添加されていないので、高価な該元素の軸受全体での使用量を削減することができ、軸受の低コスト化を図ることができる。また、ベース層3ではシンターハードニングが行われず、マルテンサイト変態やベイナイト変態も生じないので、ベース層3が摺動層2に比べて軟質となる。そのため、焼結体M’の寸法矯正をサイジング工程で行うことが可能となる。上述した特許文献1の構成では、焼結後の油焼入れで焼結体全体を硬化させているため、焼結体の寸法矯正は切削・研削等の機械加工で行わざるを得ないが、本発明の焼結体M’はサイジングによる寸法矯正が可能であり、機械加工による後加工が不要である。また、焼結後の焼入れを行わなくても、必要とされる十分な強度(例えば500MPa以上の圧環強度)を確保することができる。このように焼結後の焼入れ工程および機械加工工程を省略できるので、特許文献1に記載された発明と比べて焼結軸受1をさらに低コスト化することができる。   On the other hand, since the element for improving the hardenability is not added to the base layer 3 occupying most of the sintered body M ′, the amount of the expensive element used in the entire bearing can be reduced, The cost of the bearing can be reduced. Further, since the base layer 3 is not sintered and neither martensite transformation nor bainite transformation occurs, the base layer 3 becomes softer than the sliding layer 2. Therefore, it becomes possible to correct the dimension of the sintered body M ′ in the sizing process. In the configuration of Patent Document 1 described above, since the entire sintered body is cured by oil quenching after sintering, dimensional correction of the sintered body must be performed by machining such as cutting and grinding. The sintered body M ′ of the invention can be dimensionally corrected by sizing, and does not require post-processing by machining. Moreover, even if it does not quench after sintering, sufficient intensity | strength (for example, crushing strength of 500 Mpa or more) required can be ensured. Thus, since the hardening process and machining process after sintering can be omitted, the cost of the sintered bearing 1 can be further reduced as compared with the invention described in Patent Document 1.

ベース層3における黒鉛は焼結により分解し、基本的に全て炭素となってFeと反応している。これに対し、摺動層2における黒鉛は、焼結後も一部が粒子として残っている。これは、摺動層2ではベース層3よりも銅の含有量が多く、鉄粒子の一部表面を銅粒子が覆うため、FeとCが反応し難くなることによる。このように摺動層2にはベース層3と比べて多くの黒鉛粒子が存在するため、この黒鉛粒子を固体潤滑剤として機能させることができ、摺動面Aの摺動性の向上を図ることができる。   Graphite in the base layer 3 is decomposed by sintering and basically becomes carbon and reacts with Fe. On the other hand, some of the graphite in the sliding layer 2 remains as particles even after sintering. This is because the sliding layer 2 has a higher copper content than the base layer 3, and the copper particles cover a part of the surface of the iron particles, which makes it difficult for Fe and C to react. As described above, since the sliding layer 2 has more graphite particles than the base layer 3, the graphite particles can function as a solid lubricant, and the sliding property of the sliding surface A is improved. be able to.

なお、ベース層3に対応する第一粉末M1には焼入れ性を向上させる元素(本実施形態ではNiおよびMo)が含まれていないので、理論上はベース層3に該元素が含まれないことになるが、図3〜図8に示す成形工程の手順との関係で、実際には図12に示すように、摺動層2とベース層3との間の界面に該元素の濃度勾配が生じる。これにより、界面付近に焼入れ性を向上させる元素を含む領域が形成されるため、界面の強度、ひいては摺動層2とベース層3との結合強度が高められる。この場合、ベース層3のうち、摺動層2から十分に離隔した領域、例えば摺動層2と対向関係にある表面(本実施形態でいえばベース層3の外周面)には焼入れ性を向上させる元素が含まれないことになる。濃度勾配が生じている領域の半径方向寸法Rは0.1〜1.0mmの範囲内、好ましくは0.2〜0.5mmの範囲内であることが望ましい。濃度勾配が生じている領域の半径方向寸法Rは、二色成形金型の仕切部材14(図3参照)の半径方向厚さにより調整することができる。   Note that the first powder M1 corresponding to the base layer 3 does not contain elements (Ni and Mo in this embodiment) that improve the hardenability, so that the base layer 3 does not contain these elements in theory. However, in relation to the procedure of the molding process shown in FIGS. 3 to 8, the concentration gradient of the element is actually at the interface between the sliding layer 2 and the base layer 3 as shown in FIG. Arise. As a result, a region containing an element that improves the hardenability is formed in the vicinity of the interface, so that the strength of the interface, and hence the bonding strength between the sliding layer 2 and the base layer 3 is increased. In this case, a region sufficiently separated from the sliding layer 2 in the base layer 3, for example, a surface facing the sliding layer 2 (in this embodiment, the outer peripheral surface of the base layer 3) is hardened. The element to improve is not included. The radial dimension R of the region where the concentration gradient is generated is preferably in the range of 0.1 to 1.0 mm, and preferably in the range of 0.2 to 0.5 mm. The radial dimension R of the region where the concentration gradient is generated can be adjusted by the radial thickness of the partition member 14 (see FIG. 3) of the two-color molding die.

同様に摺動層2に対応する第二粉末M2には低融点金属(本実施形態ではリン)が含まれていないので、理論上は摺動層3に低融点金属が含まれないことになるが、上記と同様の理由から、摺動層2とベース層3との界面には低融点金属の濃度勾配が生じることになる。摺動層2のうち、ベース層3から十分に離隔した領域、例えばベース層3と対向関係にある表面(本実施形態でいえば摺動層2の摺動面A)には低融点金属が含まれないことになる。   Similarly, since the second powder M2 corresponding to the sliding layer 2 does not contain a low melting point metal (phosphorus in this embodiment), the sliding layer 3 theoretically does not contain a low melting point metal. However, for the same reason as described above, a low-melting-point metal concentration gradient is generated at the interface between the sliding layer 2 and the base layer 3. In the sliding layer 2, a region sufficiently separated from the base layer 3, for example, a surface facing the base layer 3 (sliding surface A of the sliding layer 2 in this embodiment) has a low melting point metal. It will not be included.

以上の手順で製作された焼結軸受1のうち、摺動層2のミクロ組織を図14(a)に概略図示し、ベース層3のミクロ組織を図14(b)に概略図示する。   Of the sintered bearing 1 manufactured by the above procedure, the microstructure of the sliding layer 2 is schematically shown in FIG. 14 (a), and the microstructure of the base layer 3 is schematically shown in FIG. 14 (b).

図14(a)に示すように、摺動層2は、Feを母体とするFe組織と、散点模様で表す銅のみからなるCu組織と、黒塗りで示す黒鉛組織とを主体としている。Fe組織がCu組織よりも多く、黒鉛組織が最も少ない。Fe組織は、マルテンサイト相とベイナイト相を主体とし、一部にパーライト相を含む焼入れ組織を形成する。NiとMoは焼入れ組織中に拡散している。摺動層2は、第二粉末M2の配合比に倣い、主成分としてCu:10〜30wt%(好ましくは15〜20wt%)、C:0.5〜0.8wt%、Ni:1.5〜3.5wt%、Mo:0.5〜1.5wt%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鉄ベースの金属組織である。   As shown in FIG. 14 (a), the sliding layer 2 is mainly composed of an Fe structure having Fe as a base, a Cu structure made of only copper represented by a dotted pattern, and a graphite structure represented by black coating. Fe structure is more than Cu structure and graphite structure is the smallest. The Fe structure mainly includes a martensite phase and a bainite phase, and forms a quenched structure including a pearlite phase in part. Ni and Mo are diffused in the quenched structure. The sliding layer 2 follows the mixing ratio of the second powder M2, and contains Cu: 10 to 30 wt% (preferably 15 to 20 wt%), C: 0.5 to 0.8 wt%, and Ni: 1.5 as main components. It is an iron-based metal structure containing ˜3.5 wt%, Mo: 0.5 to 1.5 wt%, with the balance being Fe and inevitable impurities.

また、図14(b)に示すように、ベース層3は、Feを母体とするFe組織(パーライト相およびフェライト相)で構成される。このFe組織の内部にCuおよびPが拡散しており、ベース層3中に粒子としてのCuは存在しない。また、焼入れ組織および黒鉛組織も存在しない。このベース層3は、第一粉末M1の配合比に倣い、主成分としてCu:2〜5wt%、P:0.1〜0.6wt%(好ましくは0.3〜0.5wt%)、C:0.5〜0.8wt%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鉄ベースの金属組織である。ベース層3の銅の含有量は摺動層2の銅の含有量よりも少ないので、軸受全体での銅の使用量を減じて低コスト化を図ることができる。   Further, as shown in FIG. 14B, the base layer 3 is composed of an Fe structure (pearlite phase and ferrite phase) having Fe as a base material. Cu and P are diffused inside this Fe structure, and Cu as particles does not exist in the base layer 3. Moreover, there is no hardened structure and graphite structure. This base layer 3 follows the mixing ratio of the first powder M1, and contains Cu: 2 to 5 wt%, P: 0.1 to 0.6 wt% (preferably 0.3 to 0.5 wt%), C as main components. : An iron-based metal structure containing 0.5 to 0.8 wt% with the balance being Fe and inevitable impurities. Since the copper content of the base layer 3 is less than the copper content of the sliding layer 2, it is possible to reduce the cost by reducing the amount of copper used in the entire bearing.

以上の実施形態では、摺動層2の内周面2aに摺動面Aが形成される場合を示したが、これに限らず、例えば図13に示すように、焼結軸受1の外周面に摺動面Aを形成した焼結軸受1に本発明を適用してもよい。この場合、摺動層2が焼結軸受1の外周面3aに形成され、ベース層3が焼結軸受1の内周面2aに形成されることになる。摺動層2およびベース層3の構成および機能は、先に述べた実施形態での摺動層2およびベース層3と共通する。この他、図1において、焼結軸受1の端面が第一アーム6と高面圧で摺動する場合には、焼結軸受の端面に摺動面Aを形成することもできる。   In the above embodiment, the case where the sliding surface A is formed on the inner peripheral surface 2a of the sliding layer 2 is shown. However, the present invention is not limited to this, and for example, as shown in FIG. The present invention may be applied to the sintered bearing 1 in which the sliding surface A is formed. In this case, the sliding layer 2 is formed on the outer peripheral surface 3 a of the sintered bearing 1, and the base layer 3 is formed on the inner peripheral surface 2 a of the sintered bearing 1. The configurations and functions of the sliding layer 2 and the base layer 3 are common to the sliding layer 2 and the base layer 3 in the above-described embodiment. In addition, in FIG. 1, when the end surface of the sintered bearing 1 slides with the first arm 6 at a high surface pressure, a sliding surface A can be formed on the end surface of the sintered bearing.

また、焼結体M’や摺動面Aの形態も任意であり、摺動部材として球面ブッシュや平坦なパッド状部材(例えばブームパッド)に本発明を適用することができる。前者であれば摺動面Aが球面状となり、後者であれば摺動面Aが平坦面状となる。摺動面Aに一つあるいは複数の凹部(例えば溝状)を形成することもでき、これにより凹部を潤滑剤溜りとして活用することが可能となる。   The form of the sintered body M ′ and the sliding surface A is also arbitrary, and the present invention can be applied to a spherical bush or a flat pad-like member (for example, a boom pad) as the sliding member. In the former case, the sliding surface A is spherical, and in the latter case, the sliding surface A is flat. One or a plurality of recesses (for example, a groove shape) can be formed on the sliding surface A, whereby the recesses can be used as a lubricant reservoir.

また、上記の実施形態では、摺動層2とベース層3との界面が円筒面状である場合を示したが、これに限らず、界面の軸直交断面形状を非円形(例えば多角形状やスプライン状)とすることができる(図示省略)。これにより、摺動層2とベース層3との結合強度がさらに高められる。界面の形状は、圧縮成形工程における仕切部材14(図3等参照)の形状に倣うため、仕切部材14の形状を変更することで界面の形状を変更することができる。   Further, in the above embodiment, the case where the interface between the sliding layer 2 and the base layer 3 is a cylindrical surface has been shown. Spline-like) (not shown). Thereby, the bonding strength between the sliding layer 2 and the base layer 3 is further increased. Since the shape of the interface follows the shape of the partition member 14 (see FIG. 3 and the like) in the compression molding process, the shape of the interface can be changed by changing the shape of the partition member 14.

また、上記の実施形態では、焼結軸受1を建設機械に適用した場合を例示したが、これに限らず、本発明の摺動部材は、摺動面に高面圧条件下で使用される種々の用途に好適に適用できる。   Moreover, although the case where the sintered bearing 1 was applied to a construction machine was illustrated in said embodiment, not only this but the sliding member of this invention is used on a sliding surface on high surface pressure conditions. It can be suitably applied to various uses.

1 焼結軸受
2 摺動層
3 ベース層
4 ピン(軸)
6 第一アーム
7 第二アーム
20 焼結炉
A 摺動面(軸受面)
B 取り付け面
M 圧粉体
M’ 焼結体
M1 第一粉末
M2 第二粉末
1 Sintered bearing 2 Sliding layer 3 Base layer 4 Pin (shaft)
6 First arm 7 Second arm 20 Sintering furnace A Sliding surface (bearing surface)
B Mounting surface M Green compact M ′ Sintered body M1 First powder M2 Second powder

Claims (12)

焼結体で形成され、他部材と摺動する摺動面を有する摺動部材であって、
Feと、Cu、Cと、Feに合金化させた焼入れ性向上元素とを主成分とする摺動層と、
摺動層に接した状態で摺動層と共に焼結され、Fe、CuSn、Zn、Pの中から選択されたCuよりも低融点の低融点元素と、Cを主成分とするベース層とを備え、
前記摺動層に摺動面を設け、前記摺動面に銅のみからなるCu組織が形成され、
前記摺動層のFe組織が焼入れ組織であり、
前記ベース層のうち、摺動層から離隔した領域のFe組織に、マルテンサイト変態およびベイナイト変態の何れも生じていないことを特徴とする摺動部材。
A sliding member formed of a sintered body and having a sliding surface sliding with another member,
And Fe, and Cu, and a sliding layer composed mainly and C, and a hardenability improving element which is alloyed Fe,
Sintered together with the sliding layer in a state of being in contact with the sliding layer, and Fe, and Cu, Sn, Zn, and a low melting elements of the low melting point than Cu, which is selected from among P, a main component and a C And a base layer
A sliding surface is provided on the sliding layer, and a Cu structure made of only copper is formed on the sliding surface,
Fe structure of the sliding layer is a quenched structure,
A sliding member characterized in that neither martensitic transformation nor bainite transformation occurs in the Fe structure in a region separated from the sliding layer in the base layer .
前記焼入れ性向上元素としてNi,Mo,Mn,およびCrの中から選択される少なくとも1種を含む請求項1記載の摺動部材。 The sliding member according to claim 1, comprising at least one selected from Ni, Mo, Mn, and Cr as the hardenability improving element. 前記摺動層に含まれるFe組織の少なくとも一部がマルテンサイト変態およびベイナイト変態している請求項2記載の摺動部材。 The sliding member according to claim 2, wherein at least a part of the Fe structure contained in the sliding layer has undergone martensitic transformation and bainite transformation. 前記ベース層に含まれる低融点金属がPである請求項1記載の摺動部材。 The sliding member according to claim 1, wherein the low melting point metal contained in the base layer is P. 前記ベース層における前記低融点元素の濃度を0.1〜0.6wt%とした請求項1記載の摺動部材。 The sliding member according to claim 1, wherein the concentration of the low melting point elements was 0.1~0.6Wt% in the base layer. 前記摺動層のCu濃度を10〜30wt%とし、前記ベース層のCu濃度を前記摺動層のCu濃度よりも小さくした請求項1記載の摺動部材。 Wherein the Cu concentration of the sliding layer and 10 to 30 wt%, the base layer sliding member according to claim 1, wherein the Cu concentration was less than the Cu concentration of the sliding layer of. 前記焼結体が、Cuの融点よりも低く、かつFeとCの反応開始温度よりも高い温度で焼結したものである請求項1に記載の摺動部材。 The sliding member according to claim 1, wherein the sintered body is sintered at a temperature lower than the melting point of Cu and higher than the reaction start temperature of Fe and C. 前記摺動層とベース層の界面部分に焼入れ向上性元素の濃度勾配を生じた領域を有する請求項1に記載の摺動部材。The sliding member according to claim 1, wherein the sliding member has a region where a concentration gradient of a quenching improving element is generated at an interface portion between the sliding layer and the base layer. 建設機械のアームの関節部の軸受として使用される請求項1に記載の摺動部材。   The sliding member according to claim 1, wherein the sliding member is used as a bearing of a joint portion of an arm of a construction machine. 摺動層およびベース層を備え、摺動層に他部材と摺動する摺動面が形成された摺動部材を製造するための方法であって、
Fe、CuSn、Zn、Pの中から選択されたCuよりも低融点の低融点元素と、C、を主成分とする第一粉末を調製し、
Fe、Cu、Cと、Feに合金化させた焼入れ性向上元素とを主成分とする第二粉末を調製し、
金型内に仕切り部材を配置して第一キャビティと第二キャビティを形成し、
第一キャビティに前記第一粉末を充填すると共に、第二キャビティに前記第二粉末を充填し、
金型内の前記第一粉末および前記第二粉末を、前記仕切り部材を取り外した状態で同時に圧縮して圧粉体を形成し、
前記圧粉体を焼結して、前記第一粉末に対応した組成のベース層と、前記第二粉末に対応した組成の摺動層とを形成し、かつ前記焼結により、前記摺動層に含まれるFe組織が焼入れ組織であり、前記ベース層のうち、前記摺動層から離隔した領域のFe組織にマルテンサイト変態およびベイナイト変態の何れも生じておらず、かつ前記摺動面に銅のみからなるCu組織が形成された焼結体を形成し、
その後、得られた焼結体にサイジングを施すことを特徴とする摺動部材の製造方法。
A method for producing a sliding member comprising a sliding layer and a base layer, wherein the sliding layer is formed with a sliding surface sliding with another member,
And Fe, and Cu, Sn, Zn, prepared with a low melting point elements of the low melting point than Cu, which is selected from among P, a C, and a first powder mainly composed of,
And Fe, Cu and, C and, a second powder mainly composed of the hardenability enhancing elements were alloyed Fe prepared,
A partition member is arranged in the mold to form a first cavity and a second cavity,
To fill the first powder in the first cavity, filling the second powder in the second cavity,
The first powder and the second powder in the mold, the green compact formed by compression at the same time in a state of detaching the partition member,
And sintering the green compact, and the base layer of the composition corresponding to the first powder to form a sliding layer of a composition corresponding to the second powder, and by the sintering, the sliding layer In the base layer, neither the martensite transformation nor the bainite transformation occurs in the Fe structure in the region separated from the sliding layer, and the sliding surface is made of copper. Forming a sintered body formed with a Cu structure consisting of only,
Then, the manufacturing method of the sliding member characterized by performing sizing on the obtained sintered compact.
前記焼入れ性向上元素としてNi,Mo,Mn,およびCrの中から選択される少なくとも1種を含む請求項記載の摺動部材の製造方法。 The manufacturing method of the sliding member of Claim 9 containing at least 1 sort (s) selected from Ni, Mo, Mn, and Cr as said hardenability improvement element. 前記ベース層の厚さを前記摺動層の厚さよりも大きくし、かつ前記第一粉末の見かけ密度を前記第二粉末の見かけ密度よりも小さくすることを特徴とする請求項9記載の摺動部材の製造方法。 The thickness of the base layer is larger than the thickness of the sliding layer, and the sliding of claim 9, wherein the apparent density of the first powder characterized by less than the apparent density of the second powder Manufacturing method of member.
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