JPH0121222B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

軸受その他の摺動部材に用いられる焼結合金の
材質は一般に銅錫系と鉄銅系に大別され、後者は
安価な反面錆び易く、また相手部材たとえば軸を
摩耗させ易いことが短所となつている。 摩耗対策としては銅の増量があるが、銅単味の
軟質相が増えると摺動面の表層が塑性変形し易く
なり、その結果、摺動面に開口する含油孔が閉塞
されて給油不足を来たすことになる。 このため銅を合金化して硬化させ、摺動に伴う
塑性変形を減少させる目的で亜鉛の添加が行なわ
れるが、鉄粉、銅粉に亜鉛粉を混合して焼結する
従来の方式にはつぎのような問題がある。即ち、
銅への亜鉛の拡散が不充分な場合は摩耗に有害な
β′相を生じる。他方、亜鉛を充分に拡散させてこ
れを防止しようとすると、焼結時間が必然的に長
くなつて製造コストが上昇し、また亜鉛の蒸発量
が多くなるが、これは品質管理および作業環境の
面で好ましくないことである。 このような事情に鑑み、さきに本件発明者らは
亜鉛の配合を10〜40％亜鉛の黄銅粉末によること
を骨子とする特願昭55−103181号、およびこれに
ホウ素を追加して耐摩耗性の改善を図つた特願昭
56−54525号（特公昭61−11308号）を提示した。 なお、市販の黄銅粉には10％亜鉛（丹銅）〜40
％亜鉛（四六黄銅）の数種の規格があるが、使い
易いのは四六黄銅である。 この発明は、上記先願発明の組成にさらに錫を
添加し、低温焼結を可能にして亜鉛の蒸発を抑え
るとともに基地を強化し、もつてその摺動特性を
より一層向上させたものである。 以下この発明を実施例により詳細に説明する。 先ず、焼結合金成分の配合源として下記の粒度
（メツシユ）および組成（合金の場合）の単味粉
および合金粉を用意した。 鉄 …100以下の還元鉄粉 亜鉛…200以下のCu―40Zn黄銅粉 〃 …200以下のCu―10Zn黄銅粉 ホウ素…200以下のFe―20B 合金粉 黒鉛…200以下の天然黒鉛粉 錫 …250以下、 鉛…200以下 次に、この原料粉を第１表に示す各試料所定の
組成になるよう配合し、潤滑剤としてステアリン
酸亜鉛0.3％を添加混合して密度が6.0g／cm³、内
径10mm、外径16mm、長さ15mmの円筒形に成形後、
分解アンモニア雰囲気炉中で20分間、試料１〜４
は850℃、錫を含有する試料５以下は700℃の温度
で焼結して軸受素材を作成し、それぞれに同一の
条件で内径のサイジングおよび２号タービン油の
含浸を行なつて摺動試験に供した。 なおスペースの関係から、第１表には第一成分
である鉄（残部）の欄を省いてある。 ここに試料６〜９がこの発明の代表的実施例で
40Zn黄銅粉を25％配合したグループ、試料10〜
21は鉄―銅―亜鉛間の組成範囲の限界に相当する
実施例で試料10〜12は40Zn黄銅粉を10％配合し
たグループ、試料13〜15は60％配合したグルー
プ；試料16〜18は10Zn黄銅粉を10％配合したグ
ループ、試料19〜21は60％配合したグループであ
り、試料５は試料６からホウ素を除いた比較例、
試料１〜４は前述した先願に係る比較例である。 次に各々の試料（軸受）を軸受試験機にかけて 軸の材質…S45C、焼なまし材 摺動速度…120m／min 面 圧…９Kg／cm² 環境温度…60℃ の条件で各所定の時間に達するまで連続運転し、
摺動後の軸受、軸それぞれの摩耗量を測り、また
面粗さ計により軸の表面状態（150時間後）を調
べた。その結果は第２表および第１図、第２図の
グラフに示す通りである。ただし、グラフには繁
雑を避けるため、実施例は試料６〜９のデータの
み示してある。 先ずグラフをみると、各材質間の優劣は、軸受
自身についてはごく短時間の試験で現われるのに
対して、相手部材の軸については40時間以上の試
験によつて漸く明らかになつている。しかし、そ
の優劣の序列は軸受の場合も軸の場合も同一であ
り、今回の供試材は全て、摺動材料としてつり合
いのとれた耐摩耗性を持つことを示している。 次に添加成分の影響をみると、鉄と黄銅だけの
試料１に比較して→これにホウ素を添加した試料
４→さらに錫を併用した試料６とその耐摩耗性が
著しく向上し、とくにこの発明に係る試料６では
軸の表面が試験前よりも平滑化するなど、その優
れた効果を表わしている。 なお試料１および試料４と試料５との比較に明
らかなように、錫単味の添加は有効ではあるが、
ホウ素単味よりはその効果が劣つている。 また鉛、黒鉛など固体潤滑剤の添加は試料１と
試料２、試料３との比較に明らかなように耐摩耗
性のレベルが低い場合は顕著な効果を現わすが、
試料６と試料７〜試料９とが殆ど等しいことから
わかるように、基材のレベルが充分高い場合には
有意差を示さない。しかし、より過酷な摺動条件
下に使用される場合には当然に有用である。 前述の如く、この発明は前掲先願発明から一貫
して、銅と亜鉛を予め最適の状態に合金化させた
黄銅粉の形で用いることを骨子とし、これに逐次
他の有効成分を添加することにより、その特性を
さらに向上させたものである。 黄銅粉の組成については、亜鉛が10％未満の場
合は銅相の塑性変形を阻止する効果が少なく、ま
た40％より多い場合は耐摩耗性を害するβ′相を生
じることから、亜鉛の範囲を10〜40％と定めた。
なおこの範囲は、前述のように容易に入手できる
市販黄銅粉とほぼ一致している。 次に黄銅粉の添加量は、それが10％未満では軟
質の相手材に対する焼き付き防止の効果が少な
く、一方、60％を超えると鉄相の強固な骨格が形
成されず、鉄系本来の耐荷重性が低下するためそ
の範囲を10〜60％と定めた。 このように定めた黄銅粉中の亜鉛の組成範囲、
および鉄粉への黄銅粉の配合量の範囲から導かれ
る鉄―銅―亜鉛の組成範囲は、亜鉛を例にとれば
その下限は10Zn黄銅粉を10％配合した場合の１
％、上限は40Zn黄銅粉を60％配合した場合の24
％となる。これを図示すれば第３図の如くであつ
て、点Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの囲む範囲がこの発明
の骨格をなす焼結合金の組成を示し、これに他の
成分が添加置換されるわけである。 ホウ素の添加は軸受自身の耐摩耗性を高めると
ともに、相手部材である回転軸の摩耗を著しく低
減するが、添加量0.03％未満では有意差が認めら
れず、一方、１％を超えると材質が過度に硬化し
て軸の摩耗が再び増加することから、その範囲を
0.03〜１％とした。 錫は0.5％以上の添加によつて低温での焼結を
可能にして亜鉛の蒸発を抑えるとともに、黄銅中
に拡散して基材の強度を高める。しかし、その量
が３％を超えると鉄中にも拡散して硬く脆い相を
生じ、相手部材に悪影響を及ぼすことから、その
範囲を0.5〜３％とした。 鉛と黒鉛はともに固体潤滑作用により相手部材
の摩耗を低減するので、摺動条件が厳しい場合に
とくに有用である。しかしその量が４％を超える
と基材の強度が低下するので、最大４％（併用の
場合は両者合計で４％）に止めるべきである。 以上詳述したように、この発明に係る摺動材料
はそれ自身および相手部材双方の耐摩耗性を向上
させ、これら機械部品の寿命を延長させる効果を
奏するものである。また、その製造に際し従来材
より低温で焼結できるので亜鉛の蒸発が少なく、
良好な品質および作業環境を保つことができる。

【表】

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る合金を軸受に適用した
実施例（試料６〜試料９）および従来材による比
較例（試料１〜試料５）の軸受試験における軸受
の摩耗を示すグラフ、第２図は同じ試験における
軸の摩耗を示すグラフ、第３図はこの発明に係る
合金の成分中鉄、銅、亜鉛三者の組成範囲を示す
グラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量比にてホウ素0.03〜１％、錫0.5〜３％、
   銅5.7〜53.7％、亜鉛0.9〜23.9％および鉄残部か
   らなり、且つ、鉄、銅、亜鉛３者間の割合が第３
   図に示す 点Ａ（Fe90％、Cu9％、Zn1％）、 点Ｂ（Fe90％、Cu6％、Zn4％）、 点Ｃ（Fe40％、Cu54％、Zn6％）、 点Ｄ（Fe40％、Cu36％、Zn24％） を結ぶ四辺形内の組成範囲にあることを特徴とす
   る低摩耗焼結含油摺動材料。 ２ 重量比にてホウ素0.03〜１％、錫0.5〜３％、
   鉛および黒鉛の少なくとも一方４％以下（併用の
   場合は両者合計４％以下）、銅5.5〜53.7％、亜鉛
   0.9〜23.9％および鉄残部からなり、且つ、鉄、
   銅、亜鉛３者間の割合が第３図に示す 点Ａ（Fe90％、Cu9％、Zn1％）、 点Ｂ（Fe90％、Cu6％、Zn4％）、 点Ｃ（Fe40％、Cu54％、Zn6％）、 点Ｄ（Fe40％、Cu36％、Zn24％） を結ぶ四辺形内の組成範囲にあることを特徴とす
   る低摩耗焼結含油摺動材料。