JPH01198442A - アルミニウム系軸受合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

−（産業上の利用分野） この発明は、自動車、工作機械、農業機械等の各種機械
装置の構造部品として使用される軸受ならびに摺動部材
用の素材として適する軸受台金に関し、銅系の軸受材料
に比べて軽量であって、特に相手材が鋼の鍛造材や押出
材である場合に耐疲労性１表面性能にすぐれたアルミニ
ウム系の軸受台金に関するものである。 （従来の技術） 従来、すべり軸受の素材として用いられる合金には、Ｃ
ｕ−Ｐｂ系、バビット系等が使用目的などに応じて使用
されているが、近年、とくに内燃機関用の軸受台金とし
ては、耐熱耐摩耗性、＃腐食性、耐疲労性等の点からＡ
ｎ系の軸受台金が注目されている。なかでも、Ａｎ−３
ｎ系、Ａ又−３ｎ−Ｐｂ系の軸受台金は上記性能の点で
他の材質のものに比べてかなりすぐれているため、最近
に至り急速にその使用量が増加している。 しかしながら１．内燃機関の小型化による軸受幅の縮小
、高出力化に伴う軸受負荷の増大等の内燃機関の高性能
化により、軸受に課せられる要求はさらに強まり、とり
わけ耐疲労性の面、すなわち軸受合金の亀裂あるは鋼裏
金からの局部的剥離を抑制すべく改善が望まれているの
が現状である。 このような内燃機関の高性能化に対応できるＡｌ系の軸
受台金の一例として、本出願人は特開昭６２−１３０２
５３号公報に示すようなＡｎ−Ｐｂ−５ｎ系のアトマイ
ズ合金粉末に押出加工を加えることにより、高い疲労強
度と優れた潤滑性とを合わせ持たせた新しいタイプの軸
受台金を開発した。 このアルミニウム系軸受合金は、ＡＭを主成分とし、潤
滑成分としてＰｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ。 Ｂｉよりなる群から選ばれる１種以上の金属をＡｎマト
リックスに対する断面積比で０．０４５過０．０７以下
、硬質成分としてＳｌを同じく断面積比で０．０１以上
０．１７以下、強化成分としてＣｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ
、Ｎｉ　、Ｚｎ。 Ｆｅよりなる群から選ばれる１種以上の金属を０．２〜
５．０重量％、必要に応じて微細化成分としてＴｉ、Ｂ
、Ｚｒ、Ｖ、Ｇａ、ＲＥＭ（Ｓｃ、Ｙを含む希土類元素
の１種以上）よりなる群から選ばれる１種以上の金属を
全合金に対して０．０１〜３．０重量％含み、均一微細
に分散した潤滑成分の大きさが８１Ｌｍ以下である合金
粉末から成形したビレットを押出比１０以上で押出成形
して成り、Ａｎマトリックス中に分散したＳｉ粒子の大
きさが１２ｇｍ以下、とくに望ましくは６〜１２ＩＬｍ
、常温での引張強さが１２Ｋｇｆ／ｍｍ”以上、常温で
の伸びが１１％以上であることを特徴としており、ＡＪ
Ｉ系の軸受台金そのものとして使用したり、該軸受台金
を鋼板等と直接、あるいはＡｎ、Ｎｉ等の密着層を介し
て接合した軸受として使用したりすることを特徴として
いるものである。 そして、上記したアルミニウム系軸受合金を製造するに
あたっては、Ａｌ−８〜１２重量％Ｐｂ−０，４〜１．
８３１（量％５ｎ−１，ＯＮ１５重量％５ｔ−０，２〜
５．０重量％（Ｃｕ。 Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ　、Ｚｎ、Ｆｅの１種以上）の
合金粉末に３５０〜５５０”Ｏで加熱処理を施してＳｉ
粒子を６〜１２ｇｍに成長させた後、前記合金粉末に、
ＡＪＩ−１０〜２０重量％Ｓｎ系あルイはＡ１−１ｏ　
〜２０重量％５ｎ＝１．０〜１５重量％５ｉ−０，２〜
５．０重量％（Ｃｕ。 Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ　、Ｚｎ、Ｆｅの１種以上）系
等のＡＪＩ−潤滑成分（Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ。 Ｓｂ、Ｂｉのｌ［以上）−硬質成分（Ｓｔ）−強化成分
（Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎ、ｉ　、Ｚｎ。 Ｆｅの１種以上）−必要に応じて微細化成分（Ｔｉ　、
Ｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｇａ、ＲＥＭの１種以上）合金粉末を前
記アルミニウム系軸受合金の成分範囲となるように混合
し、さらに該混合粉末をビレットに成形した後該ビレッ
トを押出比１０以上で押出成形するようにしたことを特
徴としているものである。 さらに、上記したアルミニウム系軸受合金の他の製造法
においては、前記アルミニウム系軸受台金のうちの潤滑
成分８強化成分および微細化成分についてはＡＪＩ−潤
滑成分（Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ。 Ｓｂ、Ｂｉの１種以上）−強化成分（Ｃｕ。 Ｃｒ、Ｍｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅの１種以上）−必要に応
じて微細化成分（Ｔｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｖ。 Ｇａ、ＲＥＭの１種以上）アトマイズ合金粉末の形で、
硬質成分についてはＳｉ粒子径が６〜１２ＪＬｍである
ＡｆＬ−８〜３０重量％Ｓｔアトマイズ合金粉末の形で
それぞれ用いて前記アルミニウム系軸受合金の成分範囲
となるように両者を混合し、さらに該混合粉末をビレッ
トに成形した後該ビレットを押出比１０以上で押出成形
するようにしたことを特徴としているものである。 （発明が解決しようとする問題点） 上記した従来のアルミニウム系軸受合金では、硬質成分
として添加する５１粒子の大きさを１２ＩＬｍ以下、と
くに望ましくは６〜１２ｐｍと定めている。これは、軸
受台金の相手材すなわち軸の材質が球状黒鉛鋳鉄などの
鋳造材の場合、切削加工時にＬ！１ｍ黒鉛が脱落してそ
の周囲が微細なばりとなり、このぼりが軸受表面を傷つ
けて異常摩耗の原因となるため、その対策として定めら
れたものである。すなわち、アルミニウム系軸受合金中
のＳｉ粒子の大きさをある程度大きくし、この硬いＳｉ
粒子でばりを取り除くようにしたものである。 しかし、このようにＳｉ粒子を成長させた場合、硬くか
つ大きなＳｉ粒子によりアルミニウム合金の伸びが低下
し、軸受台金として要求されるなじみ性、異物埋収性が
劣ると共に加工に際して必要な圧延性が低下するという
問題があった。 したがって、上記したアルミニウム系軸受合金を高荷重
でかつ片当りの生じやすい条件下で用いると、相手材に
なじめずに初期に疲労剥離や焼付などの損傷を生ずる場
合があった。また、−船釣な条件下で用いても摺動が進
むに従い、硬くかつ大きな３１粒子が軸受台金の表面に
堆積していき、これが焼付の原因になるという問題点が
あった。 （発明の目的） 本発明者らは、このような従来の問題点に着目していく
つかの実験を重ねた結果、相手材の材質がとくに鋼の鍛
造材や押出材等であれば、Ｓｉ粒子がなくても問題はな
く、むしろ軸受台金のなじみ性を向上させるという点で
はＳｉ粒子がない方が好ましいことを見い出した。 すなわち、この発明は、上記Ｃた従来の問題点に着目し
てなされたもので、アルミニウム合金中からＳｉを除く
、ことによりなじみ性を向上させると共に、Ｓｔの代わ
りに耐摩耗成分としてＣｒ。 Ｍｎ、Ｎｉよりなる群から選ばれる１種以上の金属を必
須成分とし、ＡＭとこれらの金属元素との金属間化合物
により耐摩耗性と耐熱性を向上させたものであり、相手
材の材質が鋼の鍛造材や押出材などである場合に、従来
よりも特になじみ性においてすぐれた特性を有するアル
ミニウム系軸受合金を提供することを目的として、いる
。

【発明の構成】

（問題点を解決するための手段） この発明に係るアルミニウム系軸受合金は、Ａｌを°主
成分とし、潤滑成分としてＰｂ、Ｓｎ。 Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｉよりなる群から選ばれる１種以上の金
属をＡｎマトリックスに対する断面積比で０．０４以上
０．０７以下１強化成分としてＣｕ、Ｍｇ、Ｚｎよりな
る群から選ばれる１種以上の金属を０．２〜５．０重量
％、強化かつ耐摩耗成分としてＣｒ、Ｍｎ、Ｎｉよりな
る群から選ばれる１種以上の金属を０．２〜２．０重量
％含み、必要に応じてＴｉ　、Ｂ、Ｚｒ　、Ｖ、Ｇａ。 ＲＥＭ（Ｓｃ、Ｙを含む希土類元素の１種以上）よりな
る群から選ばれる１種以上の金属を０．０１〜３．０重
量％含み、均一微細に分散した潤滑成分の大きさが８１
Ｌｍ以下であるアルミニウム合金粉末に、必要に応じて
１２重量％以下のｐｂ粗粉末添加した混合粉末から成形
したビレットを押出比１０以上、押出温度４５０℃以下
で押出成形してなり、常温での引張強さが１２Ｋｇｆ／
ｍｍ２以上、常温での伸びが１５％以上であることを特
徴とするものである。 以下、この発明に係るアルミニウム系軸受合金の成分お
よび数値の限定理由について説明する。 （１）Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｉは潤滑成分として
有効であり、耐焼付性に優れたものである。そして、Ｐ
ｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｉの総量がＡＪｌマトリック
スに対する断面積比で０．０４未満の場合は異物埋収性
が劣り、また、０．０７を超えるとマトリックスの疲労
強度不足となり、耐荷重性の点で軸受性能を満足できな
くなるので、Ａｎマトリックスに対する断面積比で０．
０４以上０．０７以下であるようにした。さらに、この
潤滑成分の粒子径については、粒子径が過大であると軸
受台金の性能に悪影響を及ぼすおそれが大きくなるので
、８ｐｍ以下とするのが良い。 （２）Ｃｕ　、Ｍｇ　、ＺｎはＡＭ−Ｆトリックスの強
度を高めるのに有効な成分である。これらのうち、Ｃｕ
はクリープ強度すなわち高温軟化抵抗を高める主要な元
素であり、高温摺動下における耐疲労性の向上に寄与す
る。しかし、０．２重量％木満では上記した効果が少な
く、５．０３ｌＨｉ％を超えると針状のＣｕＡｌ２化合
物が多量に析出して脆くなり、耐疲労性の低下を招く、
また、Ｍｇ、ＺｎもＡｌｌマトリックスの強度を高める
添加元素としてアルミニウム合金展伸材に使用され、Ｃ
ｕを含むこれらの元素の１種以上を合計で０．２〜５．
０重量％の範囲で添加する。 （３）Ｃｒ、Ｍｎ、ＮｉはＣｕ、Ｍｇ、ＺＨと同様にＡ
ｆＬマトリックスの強度を高めるのに有効な成分であり
、特に高温時の軟化を防ぐ点で有効である。また、Ａｎ
とこれらの金属元素の金属間化合物が耐摩耗性を向上さ
せるという効果がある。しかし、０．２重量％未満では
上記した強度および耐摩耗性向上の効果がなく、２．０
重量％を超えると金属間化合物が多くなり、なじみ性が
低下するので０．２〜２．０重量％の範囲とした。 （４）上記成分以外に、Ｔｉ　、Ｂ、Ｚｒ、Ｖ。 Ｇａ、ＲＥＭ（Ｓｃ、Ｙを含む希土類元素の１種以上）
よりなる群から選ばれる１種以上の金属を必要に応じて
０．０１〜３．０重量％添加してもよい、これらの金属
はアルミニウム合金の結晶粒微細化剤として有効であり
、潤滑成分（軟質成分）の均一微細化を助長するもので
ある。 （５）また、特願昭６２−２３４６９号の発明のように
、潤滑成分として潤滑性、耐熱ｉＦｔ摩耗性、親油性、
＃腐食性に優れたＰｂを多量に添加した合金とする場合
は、Ｐｂを均一かつ多量に添加するためにｐｂの一部を
単独の純Ｐｂ粉末としてこれをアルミニウム合金粉末中
に混合し、この混合粉末をビレットに成形して押出成形
してもよい、この場合、単独粉末として添加・混合する
ｐｂ粒粉末量が１２重量％を超過すると、押出のための
加熱時にｐｂの液相が粉末粒子間にしみ出して押出性を
低下させると共に、Ｐｂ粉末同士が結びついてＰｂ相が
粗大になるため、１２重量％以下とするのがよい。 次に、ビレットに対する押出成形について説明する。 （６）押田比が１０未満であると、内部クラックおよび
押出後の軸受素材の表面割れを生じ、実用に供しうるも
のは得難くなるため１０以上とした。 （７）押出温度が４５０℃を超えると、ＡｎとＣｒ、Ｍ
ｎ、Ｎｉとの金属間化合物が粗大化し、なじみ性が低下
するので４５０℃以下とした。 （実施例） 実施例１，２ 第１表に示す実施例１．２の各組成になるように１００
０℃の溶解炉にて各合金を溶製し、エアーアトマイズ法
にて合金粉末を得た０次いで、これらの合金粉末を直径
１７０ｍｍ、長さ２００ｍｍの円柱形状に２．０ｔｏｎ
ｆ／ｃｍ２の静水圧にて冷間静水圧成形してビレットと
し、このビレットを押出前素材とした。 次に、このビレットを４００℃にて押出加工し、厚さ２
．５ｍｍの板状押出成形体を得た。 第１表に実施例１．２で用いたＭアトマイズ合金粉末中
の潤滑成分のＭマトリックスに対する断面積比を示した
。 次いで、各押出成形体の引張強度と伸びを測定したとこ
ろ、同じく第１表に示した結果であった。 実施例３ 実施例１で用いたアルミニウム合金粉末に一３５０メツ
シュのｐｂ粒粉末６．０重量％添加・混合し、この混合
粉末を直径１７０ｍｍ。 長さ２００ｍｍの円柱形状に２．０ｔｏｎｆ／Ｃｍ２の
静水圧にて冷間静水圧成形してビレットとし、このビレ
ットを４００℃にて押出力ロ工して厚さ２．５ｍｍの板
状押出成形体を得た。 次いでこの押出成形体の引張強度と伸びを測定したとこ
ろ、同じく第１表に示す結果であった。 （比較例） 比較例１〜４ 第１表に示す比較例１〜４の各組成になるように１００
０℃の溶解炉にて各合金を溶製し、エアーアトマイズ法
にて合金粉末を得た０次いでこれらの合金粉末を直径１
７０ｍｍ、長さ２００ｍｍの円柱形状に２．０ｔｏｎｆ
／ｃｍ２の静水圧にて冷間静水圧成形してビレットとし
、このビレットを押出前素材とした。 次に、このビレットを４００℃にて押出加工し、厚さ２
．５ｍｍの板状押出成形体を得た。 第１表に比較例１〜４で用いたＭアトマイズ合金粉末中
の潤滑成分および硬質成分であるＳｉの蚊マトリックス
に対する断面積比を示した。 次いで、各押出成形体の引張強度と伸びを測定したとこ
ろ、同じく第１表に示す結果であった。 （摩擦試験） 実施例１〜３．比較例１〜４の各押出成形体から幅３５
ｍｍ、長さ３５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの供試材を切り出
し、第２表および第１図に示す条件で、摩擦試験を行っ
た。その結果を第３表に示す。 第　２　表　摩擦試験条件 第　　３　　表 この発明に係る軸受台金（実施例１〜３）は、比較合金
である比較例１．４の５１を除くことにより伸びを増加
させたものであるが、第３表に示すように、それにより
表面性能が低下することはない。 （軸受耐疲労性試験） 実施例１〜３．比較例１〜４の各押出成形体を用いて、
押出成形体→圧延前加熱処理→圧延→アニール→純アル
ミニウム板とのプレクラッド→アニール→鋼板とのクラ
ッド→アニール→機械加工の工程で軸受を作製した。 次に、各々製作した軸受に対して、第４表に示すように
、鋼の鍛造軸を相手材として苛酷な軸受耐疲労試験を行
った。この結果を第２図に示す。 第４表 第２図は各合金とも各４回の試験を行った場合の結果を
示したものであり、軸受に損傷が発生した時間を示して
いるが、本発明による実施例１〜３の軸受台金が、比較
例１〜４の軸受台金よりも耐疲労性に憧れていることが
明らかである。 すなわち、Ｓｉを含む比較例１，４の軸受台金では、な
じみ性に劣るため、初期段階で疲労はくりが発生する場
合がある。また、強化元素がＣｕのみである比較例２の
合金は１強度下足のため耐久時間が短く、本発明合金よ
りＣｒ量が多い比較例３の合金は、なじみ性に劣るため
、短時間ではくりが発生する場合がある。

【発明の効果】

以上説明してきたように、この発明に係るアルミニウム
軸受合金は、ＡｆＬを主成分とし、潤滑成分としてＰｂ
、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｌよりなる群から選ばれる１種
以上の金属をＡｌｌマトリックスに対する断面積比で０
．０４以上０．０７以下、強化成分としてＣｕ、Ｍｇ、
Ｚｎよりなる群から選ばれる１種以上の金属を０．２〜
５．０重量％、強化かつ耐摩耗成分としてＣｒ、Ｍｎ。 Ｎｉよりなる群から選ばれる１種以上の金属を０．２〜
２．０重量％含み、均一微細に分散した潤滑成分の大き
さが８＃Ｌｍ以上である合金粉末から成形し、必要に応
じて前記合金粉末に１２重量％以下のＰｂ粉末を添加し
た混合粉末から成形したビレットを押出比ｌＯ以上、押
出温度４５０℃以下で押出成形して成り、常温での引張
強さが１２Ｋｇｆ／ｍｍ２以上、常温での伸びが１５％
以上であるものとなっているから、耐疲労性および表面
性能（潤滑性能）という二律背反的な特性の両方共が従
来にない高い水準をもつ優れた特性の軽量軸受合金であ
り、特に相羊材の材質が鋼の鍛造材や押出材である場合
には高荷重かつ片当りの生じやすい条件下であってもな
じみ性、潤滑性、耐熱耐摩耗性において極めて高い水準
をもつ軽量軸受合金であるという非常に優れた効果がも
たらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例および比較例におけるアルミ
ニウム系軸受合金に対する摩擦試験の際の負荷パターン
を示す説明図、第２図はこの発明の実施例および比較例
におけるアルミニウム系軸受合金に対する耐疲労性試験
結果を示すグラフである。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌを主成分とし、潤滑成分としてＰｂ、Ｓｎ、
   Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｉよりなる群から選ばれる１種以上の金
   属をＡｌマトリックスに対する断面積比で０．０４以上
   ０．０７以下、強化成分としてＣｕ、Ｍｇ、Ｚｎよりな
   る群から選ばれる１種以上の金属を０．２〜５．０重量
   ％、強化かつ耐摩耗成分としてＣｒ、Ｍｎ、Ｎｉよりな
   る群から選ばれる１種以上の金属を０．２〜２．０重量
   ％含み、均一微細に分散した潤滑成分の大きさが８μｍ
   以下であるアルミニウム合金粉末から成形したビレット
   を押出比１０以上、押出温度４５０℃以下で押出成形し
   てなり、常温での引張強さが１２Ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上
   、常温での伸びが１５％以上であることを特徴とするア
   ルミニウム系軸受合金。