JPH02122042A - 耐焼付性に優れた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） 本発明は、自動車、工作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
て好適に利用される軸受台金に関し２特に、銅系の軸受
材料に比べ軽量であってしかも耐焼付性、耐疲労性に優
れたアルミニウム系の軸受合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合金とし
ては、耐熱耐摩耗性、耐腐食性、＃疲労性等の点で、使
用部位の厳しい要求特性を十分に満足できないという欠
点があった。 これに対して、本発明者らは、特開昭６３−１９２８３
７号公報に開示されているように、ＡｆＬ−Ｐｂ−Ｓｉ
系の７トマイズ合金粉末と、単独のＰｂ粉末とを混合し
て成形したビレットを押出比１０以上で押出成形するこ
とにより、耐焼付性を著しく向上させるＰｂを多量に添
加できるため耐焼付性に優れていると共に合金強度が高
くて耐疲労性にも優れている軸受合金を開発した。 この合金組織中では、もともとアルミニウム合金粉末中
に入っているＰｂは、均一微細に基地中に分散し、また
、単独添加のＰｂ粒は、粗粒となって組織中に分散して
いる。 そして、本発明者らは、さらに種々の実験研究を行った
結果、前述の合金系において著しく耐焼付性が向上する
のは、この単独添加したＰｂの粗大粒が主たる効果を発
揮していることによるものとの結論を得た。これは、ア
ルミニウム合金粉末から供給される摺動表面の微細なＰ
ｂは、焼付限界に近づくと消失する傾向にあるが、単独
添加の粗大なｐｂ粒は表面が消失して摺動面内部から新
なＰｂとして供給が可能であるためと考えられる。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、この合金系では、従来の鋳造法によるＡ
１−５ｎ系のものに比べ、耐食性が悪いという課題があ
った。 従って、腐食環境下での摺動に対して腐食摩耗が進行し
、前述の耐焼付性に主たる効果を発揮する粗大Ｐｂ粒が
腐食され、酎焼付性が減少することが予Ｊｌ幡された。 （発明の目的） 本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、ア
ルミニウム合金粉末に単独添加することによって分散す
る粗大なｐｂ粒を合金化することにより、軸受材料の腐
食環境下での酎焼付性の向上をはかることが可能である
アルミニウム系軸受合金を提供することを目的とするも
のである。

【発明の構Ｊ＆】

（課題を解決するための手段） 本発明に係る耐焼付性に優れたアルミニウム系軸受合金
は、Ａ９．中に潤滑成分と硬質成分と強化成分と結晶粒
微細化成分のうち少なくとも潤滑成分と硬質成分を含む
アルミニウム合金粉末に。 Ｉｎ：０．１〜１０重量％、Ｓｎ：２０重祉％以下、Ｃ
ｕ：４重量％以下のうちから選ばれる少なくともＩｎを
含むＰｂ−Ｉ　ｎ　＝（Ｓｎ）　−（Ｃｕ）合金粉末を
３〜１２重量％の割合で添加混合した粉末から成形した
ビレットを押出成形して成る構成としたことを特徴とし
ており、このような耐焼付性に優れたアルミニウム系軸
受合金の構成を上述した従来の課題を解決するための手
段としている。 本発明に係るアルミニウム系軸受合金は、人文中に潤滑
成分と硬質成分と強化成分と結晶粒微細化成分のうち少
なくとも潤滑成分と硬質成分を含むアルミニウム合金粉
末を用いているが、このアルミニウム合金粉末としては
、Ａｎを主成分とし、潤滑成分としてＰｂ：３〜１５重
量％、Ｓｎ：５重置％以下のうちから選ばれる１種また
は２種、硬質成分として５ｉｌｌ−１２重量％、必要に
応じて強化成分としてＣｕ、Ｃｒ、Ｍｇ。 Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅのうちから選ばれる１種または
２種以上の元素二０．２〜５重量％、同じく必要に応じ
て結晶粒微細化成分としてＴｌ。 Ｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｇａ、ＲＥＭ（７）うちから選ばれる１
種または２種以上の元素：０．０１〜３重量％を含んだ
ものを用いることが望ましい。 そして、本発明に係る耐焼付性に優れたアルミニウム系
軸受合金は、上記のアルミニウム合金粉末に、Ｉｎ：０
．１〜１０重量％、Ｓｎ：２０重ノ４％以下、Ｃｕ：４
重量％以下のうちから選ばれる少なくともＩｎを含むＰ
ｂ−Ｉ　ｎ　−（Ｓｎ）　−（Ｃｕ）合金粉末を３〜１
２重量％の割合で添加混合した粉末から成形したビレッ
トをより望ましくは押出比３０〜１００で押出成形して
成るものである。 次に、本発明によるアルミニウム系軸受合金に用いるア
ルミニウム合金粉末およびＰｂ−Ｉｎ（Ｓ　ｎ）　−（
Ｃｕ）合金粉末についてさらに詳しく説明する。 （１）アルミニウム合金粉末 ■　潤滑成分 潤滑成分としてはＰｂ、Ｓｎが有効であり、Ｐｂ　、Ｓ
ｎの１種または２種を添加することによって低Ｐｊ擦性
、＃Ｍ耗性に効果がある。また、単独添加の粗大ｐｂ金
合金比べれば主たる効果ではないが、耐焼付性の向上に
効果がある。 この耐焼付性の向上の点では、ＳｎよりもＰｂの方が優
れている。しかし、Ｐｂの量が３重量％未満の場合は耐
焼付性および異物埋収性が劣り。 また、１５重量％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しがたくなる
。また、１２重量％を超えると実用的な溶湯温度域から
得られるアトマイズ合金粉末中のｐｂ相が粗大化、偏析
を生じやすくなるため、望ましくは１２重量％以下とす
るのがよい。 また、ＳｎもＰｂと同様に潤滑成分として有効であり、
Ｐｂの耐腐食性を改善する効果もある。 しかし、Ｓｎが５重量％を超えるとマトリックスの疲労
強度不足となり、押出時には液相となって溶は出し、押
出欠陥を発生させやすくなるため、添加するとしても５
重量％以下とするのがよい。 ■　硬質成分 硬質成分としてはＳｔを添加するのが有効である。この
Ｓｉは共晶Ｓｉまたは初晶ＳｔとしてＡｌマトリックス
中に分散し、硬質物質として軸受強度の向上および（耐
摩耗性の向上に寄与するが、Ｓｔの量が１小量％未満で
は添加した効果が少なく、１２重量％を超えるともろく
なり、加工性を阻害するので、１〜１２重量％の範囲と
するのがよい。 また、押出成形後にＡ！；Ｌマトリックス中に分散した
Ｓｉ粒子径については、１２ｙＬｍを超えると相手材を
傷つけやすくなり、分散の面密度が低下し、耐摩耗性が
劣化するので、１２ｐｍ以下とするのがよい。 なお、特開昭６２−１３０２５３号公報に開示されたア
ルミニウム系軸受合金の第２の製造法のように、Ｓｉ粒
子径が６〜１２μｍであるＡＭ−８〜３０重罎％Ｓｉア
トマイズ合金粉末の形でＳｉを添加しても問題はない。 ■　強化成分 強化成分としては、Ｃｕ　、　Ｃｒ　、　Ｍ　ｇ　、　
Ｍ　ｎ　。 Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅなどが有効であり、これらの元素の１
種または２種以上を必要に応じて添加することによって
Ａｌマトリックスの強度を高めるのに有効である。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
高めるのに有効な元素であり、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％未満では
上記した効果が少なく、５重量％を超えると針状のＣｕ
Ａｉｚ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、Ｃｕ以外にＡｌマトリックスの強度を
高める元素として、Ｃｒ。 Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅがあり、これらはアルミ
ニウム合金展伸材の添加元素としてよく利用されるもの
であって、Ｃｕを含むこれらの元素の１種または２Ｍ、
以上を０．２〜５重量％の範囲で添加しても良い。 ■　結晶粒微細化成分 結晶粒微細化成分としては、Ｔｉ　、Ｂ、Ｚｒ。 Ｖ、Ｇａ、ＲＥＭ（Ｙ、Ｓｃを含む希土類元素の１種ま
たは２種以上）などが有効であり、これらの１種または
２種以上を必要に応じて添加することによってアルミニ
ウム合金の結晶粒を微細化させるのに有効であり、アル
ミニウム合金粉末中の潤滑成分（Ｐｂ、Ｓｎ）の均一微
細化を助長するものとして必要に応じてこれらの１！！
または２種以上の合計で０．０１〜３重量％の範囲で添
加することも良い。 （２）Ｐｂ−Ｉ　ｎ−（Ｓｎ）−（Ｃｕ）合金粉末 前記アルミニウム合金粉末に対して単独粉末として添加
されるＰｂ−Ｉ　ｎ−（Ｓｎ）　−（Ｃｕ）合金は、主
に、耐焼付性、なじみ性、異物埋収性の向上に効果を発
揮する。そして、アルミニラ合金中に含まれるＰｂ−Ｉ
　ｎ−（Ｓｎ）−（Ｃｕ）合金は、アルミニウム合金粉
末が７トマイズ法によって通常製造されているため、急
冷凝固されてその粒径は２〜３ｐｍ以下となっている。 一方、ｃｌ独添加されるＰｂ−Ｉ　ｎ　−（Ｓｎ）　−
（Ｃｕ）合金粉末が、上記効果を発揮するためには、平
均粒径で、５〜５０ｐｍの範囲の粒子が望ましい、すな
わち、５ＪＬｍよりも小さいと摩耗粉等の異物が摺動面
に混入したときにそれらの埋収性が悪くなり、かじりが
発生し易い、また、焼付限界近くになり、表面からＰ’
　ｂが消失し出したときに、内部からＰｂが供給されて
焼付きを防止するという鉛溜め効果もなくなり、焼付き
が発生しやすくなる。一方、平均粒子径が５０μｍより
も大きくなると、軸受合金の強度が低下し、疲労′Ａ離
やクランク等が発生し易くなるためである。 すでに述べたように、単独添加ｐｂ粉末は、種々の効果
を発揮するが、本発明は、この効果をさらに向上させ、
しかも長く持続させようとするものである。 本発明において用いるＰｂ−Ｉ　ｎ　−（Ｓｎ）　−（
Ｃｕ）合金粉末において、基本的には単独Ｐｂ粉末にＩ
ｎを０．１〜１０虫祉％の範囲で添加したＰｂ−Ｉｎ合
金粉末を用いる。このＩｎは、Ｐｂの耐食性を改善し、
腐食環境下での摺動において効果を発揮する。また、Ｐ
ｂの親油性を増加し、耐焼付性、なじみ性を一層向上さ
せる。 しかし、Ｉｎが０．１重１％未満ではそれらの効果が少
なく、１０重量％超過では合金が軟化しやすくなり、焼
付限界付近で消失する傾向にある。そして、より好まし
くは０．３〜８重量％が良い。 次に、このＰｂ−Ｉｎ合金にＳｎを加えても良い。この
Ｓｎ添加によって、耐食性がより一層向」ニするととも
に、軸受として使用しているときのＩｎの拡散消失を５
ｎ−Ｉｎの金属間化合物の生成により固定して防止する
。このＳｎを添加するときは２０重量％以下の範囲とす
るのが良い。すなわち、２９玉ｉ％を超えて含有させて
も耐食性の改善効果は変らず、また、ＰｂのかわりにＳ
ｎが多くなることによって耐焼付性が劣化するためであ
る。 さらに、このＰｂ−Ｉｎ−３ｎ合金粉末にＣｕを加えて
も良い。このＣｕは、ｐｂｂ金粒子の強１１Ｆ　、硬さ
を向上させるのに効果がある。しかし。 ４上置％を超えて含有させるとｐｂｂ金基地が硬くなり
、異物埋収性、なじみ性などが悪くなる。 また、Ｃｕの添加は、材料の融点が急激に上昇すること
により、Ａ１合金粉末とＰｂ合金粉末との混合粉末を成
形してビレットとした状ｙ島で押出すときに、素材の・
塑性変形抵抗およびダイスとの摩擦による素材温度の上
昇によって、押出材表面へのｐｂ金合金溶融吹き出し防
止にも効果がある。 次に、これらＰｂ−Ｉ　ｎ−（Ｓｎ）−（Ｃｕ）合金粉
末のアルミニウム合金粉末に対する添加量は３〜１２重
量％とするのが良い、すなわち、３重量％未満であると
耐焼付性向上の効果はなく、１２重量％を超えると押出
しのための加熱時のｐｂの液相が粉末粒子間にしみ出し
て押出欠陥になるとともに、前出のＣｕ添加の効果のと
ころで説明したように押出材表面へのＰｂ合金の溶融吹
き出しが発生しやすくなる。また、押出しのための加熱
時にｐｂ粉粉量同士結びついて、Ｐｂ合金相が著しく粗
大になるため好ましくない。 次に、本発明に係る耐焼付性に優れたアルミニウム系軸
受合金の製造方法の一例を説明する。 まず、前記アルミニウム合金粉末とＰｂ合金粉末とをＶ
型プレンター等の混合機を用いて十分に混合し、均一に
したうえで等方圧ブレス、油圧プレス等を用いてビレッ
トに成形する０次に、このビレットを３００〜５００°
Ｃ程度に予熱し、押出し比３０−１００の間で押出す。 この場合、押出し比がこの範囲からはずれると内部クラ
ックおよび押出後の軸受素材の表面割れ、うねり、破断
等の結果が生じることがある。そして、裏金材の軸受材
でない場合は、このあと機械加工にて所定の寸法に加工
して使用する。 他方、裏金材の軸受材として使用する場合には、１〜１
０ｍｍ厚さの板材として押出し、圧延、アニールを繰返
しながら、例えばＣ含有量が０．１ｎ量％前後の軟鋼板
にクラッドして、ブツシュ半割メタル用等に加工する。 なお、Ｐｂ合金粉末として用いられるＩｎは高価であり
、また低融点金属であることから、アルミニウム合金粉
末の製造時に添加しようとしても、残留歩留りが悪く、
効率的でないことが多い。 （発明の作用） 本発明に係るアルミニウム系軸受合金では、このアルミ
ニウム系軸受合金の耐焼付性の向上に効果を発揮する単
独添加Ｐｂ粉末を合金化し、Ｐｂ粉末のみ添加する場合
の耐食性の劣化を防止し。 耐食性向上元素を含むｐｂ合金粉末として添加すること
によりｐｂの耐食性を向上させ、これによってアルミニ
ウム系軸受合金の耐食性、ｆｌＪ焼付性、＃なじみ性お
よび異物埋収性をより一層優れたものにしている。 なお、従来の技術において、アルミニウム合金粉末中に
選択元素としてＩｎを添加することを示したものもなく
はないが、上述したような残留歩留りが少ないなどの問
題点を有している。これに対して、本発明では、前述し
たように、Ｉｎ等をＰｂ合金として添加し、組織中の粗
大ＰｂのみにＩｎ等の耐食性向上元素を作用させるよう
にしているものである。 （実施例） 第１表ｃ７）Ｎｏ、３．５〜７，９，１０，１２゜１３
．１５．１６の各欄に示す化学成分組成のアルミニウム
合金粉末を約１１００’Ｃのアルミニウム合金溶湯から
エアーアトマイズ法により得た。 また、同様に、第１表のＮｏ、３．５〜７，９゜１０．
１２，１３，１５．１６の各欄に示す化学成分組成のＰ
ｂ合金粉末を５００〜８５０°Ｃの溶湯からエアーアト
マイズ法により得た。そして、これらのアルミニウム合
金粉末に平均粒径３０ｇｍのｐｂ合金粉末を同じく第１
表の単独添加ｐｂ金合金添加量の欄に示す割合で添加し
てＶ型ブレンダーにより混合した。 次に、各混合粉末を直径２００ｍｍ、長さ１５０ｍｍの
円柱形状に２　、ＯＴｏ　ｎｆ／ｃｍ２の圧力で等方正
プレスを用いて加圧することによりビレット化し、各ビ
レットを純アルミニウム板で全面被覆しながら４００°
Ｃで押出加工し、厚さ３　ｍ　ｍ　、幅１０５ｍｍの板
状押出成形体を得た。 （比較例） 第１表のＮｏ、　　１　、２　、４　、８　、１１　、
１４　。 １７の各欄に示す化学成分組成のアルミニウム合金粉末
を約１１００°Ｃのアルミニウム合金溶湯からエアーア
トマイズ法により得た。また、同様に１第１表のＮＯ１
２の欄に示すＰｂ粉末およびＮｏ、４．８，１１，１４
．１７の各欄に示す化学成分組成のＰｂ合金粉末を５０
０〜８５０°ＣのｐｂまたはＰｂ合金溶湯からエアーア
トマイズ法により得た。そして、Ｎｏ、　　１を除いて
、これらのアルミニウム合金粉末に平均粒径３０ｇｍの
ｐｂまたはｐｂ合金粉末を同じく第１表の単独添加Ｐｂ
またはＰｂ合金の添加量の欄に示す割合で添加してＶ型
ブレンダーにより混合し１次いでＮｏ。 １のＰｂおよびＰｂ合金粉末を添加しないものも含めて
実施例と同様にしてＨさ３ｍｍ、＠１０５ｍｍの板状押
出成形体を得た。なお、Ｎｏ。 ｌの比較例はＰｂおよびＰｂ合金粉末を添加しない場合
を示し、Ｎｏ、　２の比較例はＰｂ粉末を添加した場合
を示し、Ｎｏ、　４の比較例はｐｂ合金粉末中のＩｎ１
ｉが少なすぎる場合を示し、Ｎｏ、　８の比較例はＰｂ
合金粉末中のＩｎ（１１が多すぎる場合を示し、Ｎｏ、
１１の比較例はＰｂ合金粉末中のＳｎ州が多すぎる場合
を示し、Ｎｏ、１４の比較例はＰｂ合金粉末中のＣｕ　
７１ｊが多すぎる場合を示し。 Ｎｏ、１７の比較例はＰｂ合金粉末の添加量が多すぎる
場合を示している。 ／ （評価試験） ＜Ｐ／！擦庁耗試験〉 Ｐｂ合金粉末の添加量が多すぎるので、押出しのための
加熱時にＰｂの液相が粉末粒子間にしみ出して押出欠陥
となったＮｏ、１７の比較例のものを除いて、健全な押
出材が得られたＮｏ、　　１〜Ｎｏ。 ６の押出品を数回圧延し、３５０°ＯＸ５時間のアニー
ル処理を行った後ジノ出し、表面研摩を行って供試材を
作製し、第２表に示す条件で）？、擦摩耗試験を実施し
た。この結果を第４表に示す。 第２表：Ｊｔ飲庁耗試験条件 く疲労試験〉 健全な圧延合金板が得られたＮｏ、　　１−Ｎｏ、　　
１６の圧延品について、１．７ｍｍ厚さのＣ含有量が０
．１０重量％の鋼板とロール圧延（圧下率４８％）を行
い、その後３５０℃ＸＩＯ時間のアニール処理を行った
のち１機械加工を加えて軸受を試作した。そして、各々
の試作軸受に対し第３表に示す条件で疲労試験を行った
。なお、評価油は。 ５ＡＥＩＯＷ−３０の劣化油（全酸価４．２８ｍｇＫＯ
Ｈ／ｇ、全塩基価１．３ｍｇ、ＫＯＨ／ｇ）を用い、腐
食性の環境下での疲労試験をアンダーウッドテストによ
って実施した。この結果を第４表に示す。 第３表：疲労試験条件 第４表：摩擦摩耗試験および疲労試験結果第４表に示す
ように、ＰｂおよびＰｂ合金を単独で添加しないＮｏ、
　　１の比較例では耐焼付性および耐疲労性がともにか
なり劣ったものとなっており、合金化しないｐｂを単独
粉末として添加したＮｏ、　２の比較例では耐食性が良
くないために腐食環境下での耐疲労性の劣ったものとな
っており、Ｐｂ合金粉末中のＩｎｉが少なすぎるＮ００
４の比較例においても耐食性が良くないために耐疲労性
の劣ったものとなっており、Ｐｂ合金粉末中のＩｎ量が
多すぎるＮ０８８の比較例においても耐疲労性の劣った
ものとなっており、Ｐｂ合金粉末中の５ｎ１３が多すぎ
るＮｏ、１１の比較例においては耐焼付性の劣ったもの
となっており、ｐｂ合金粉末中のＣｕｉが多すぎるＮｏ
、１４の比較例では耐疲労性の劣ったものとなっている
ことが確かめられた。 これに対して、Ｎｏ、　　３　、５〜７，９，１０゜１
２．１３，１５．１６の本発明例のものでは。 耐焼付性および腐食環境下での１ＩＩＦｔｆＩＪ２労性
がともに優れたものであることが確かめられた。

【発明の効果】 本発明に係るアルミニウム系軸受合金は、Ａｎ中に潤滑
成分と硬質成分と強化成分と結晶粒微細化成分のうち少
なくとも潤滑成分と硬質成分を含むアルミニウム合金粉
末に、Ｉｎ：０．１〜１０重量％、Ｓｎ：２０重量％以
下、Ｃｕ：４重量％以下のうちから選ばれる少なくとも
Ｉｎを含むＰｂ−Ｉ　ｎ　　（Ｓｎ）−（Ｃｕ）合金粉
末を３〜１２ｉ量％の割合で添加混合した粉末から成形
したビレットを押出成形して成るものであるから、アル
ミニウム系軸受合金の組織中に分散して耐焼付性の向上
に効果が大きい粗大なＰｂ粒子を合金化することによっ
て、耐食性を向上し、とくに腐食環境下での耐摩耗性、
耐疲労性および耐焼付性を長く保持することができると
いう著しく優れた効果がもたらされる。また、Ｉｎはア
ルミニウム合金粉末中に添加することな（Ｐｂ合金とし
て添加することにより組織中の粗大Ｐｂ粒のみに作用さ
せるようにしているため、Ｐｂ、Ａｎ等に比べてかなり
高価なＩｎを有効に利用することができるという効果も
もたらされる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌ中に潤滑成分と硬質成分と強化成分と結晶粒
   微細化成分のうち少なくとも潤滑成分と硬質成分を含む
   アルミニウム合金粉末に、Ｉｎ：０．１〜１０重量％、
   Ｓｎ：２０重量％以下、Ｃｕ：４重量％以下のうちから
   選ばれる少なくともＩｎを含むＰｂ−Ｉｎ−（Ｓｎ）−
   （Ｃｕ）合金粉末を３〜１２重量％の割合で添加混合し
   た粉末から成形したビレットを押出成形して成ることを
   特徴とする耐焼付性に優れたアルミニウム系軸受合金。