JPH02290940A - 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成部
品として使用される軸受の素材ならびに摺動部材の素材
として好適に利用される軸受台金に関し、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台金とし
ては、耐熱＃摩耗性，＃腐食性，耐疲労性等の点で、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、ＡＭ−Ｐｂ−Ｓｔ系
のア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台金を開発した． 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酎焼付性が向上する
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
たな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，この合金系において、単独粉末として添
加●混合するＰｂ粉末の量が多くなると、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粒が
粗大になるため好ましくなく、単独粉末としてのＰｂ粉
末の添加量は１２重量％以下としていた． また、すべり軸受の素材に粉末の押出成形材を用いる場
合，後の圧延工程の回数や変形量を考えると押出成形材
の厚さは２ｍｍ以下であることが望ましい．しかし、こ
の合金系から厚さ２ｍｍ以下の押出材を作製する場合に
は、単独粉末としてのＰｂ粉末の添加量が１２重量％以
下であっても押出材の割れやＰｂの溶け出しなどの欠陥
が発生することがあり，Ｐｂは押出性を低下させるとい
う課題を有していた． （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Ｐｂ粒をＰｂ−Ｓｂ合金とすることにより、押出性が
著しく良好であると共に耐疲労性および耐焼付性に優れ
たアルミニウム系の軸受台金を提供することを目的とし
ている．

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） 本発明に係る耐疲労性および耐焼付性に優れたアルミニ
ウム系の軸受台金は、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、Ｓｂ：２５〜
５０重量％を含むＰｂ−Ｓｂ合金粉末を５〜２０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
ような耐疲労性および耐焼付性に優れたアルミニウム系
の軸受台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の軸受台金は、ＡＪｌ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：３〜１
５重量％，Ｓｎ：５重量％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Ｓｉｌｌ〜１２重量％，必
要に応じて強化成分としてＣｕ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎ
ｉ，Ｚｎ，Ｆｅｌ）うちから選ばれる１種または２種以
実の元素＝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Ｔｉ，Ｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｇａ，ＲＥＭ
ｃ７）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も望まし
い．そして、本発明に係る耐疲労性および耐焼付性に優
れたアルミニウム系の軸受台金は、上記のアルミニウム
合金粉末に．Ｓｂ：２５〜５０重量％を含むＰｂ−Ｓｂ
合金粉末を５〜２０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４０以上
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の軸受台金に用いる
アルミニウム合金粉末およびＰｂ−Ｓｂ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，Ｓｎ
のうちから選ばれる１種または２種を添加することによ
って，低摩擦性，＃摩耗性に効果がある．また、単独添
加のＰｂ合金と比べれば主たる効果ではないが、耐焼付
性の向上にも効果がある． この酎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
付性および異物理収性が劣る傾向となり、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る傾向
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、より望ましくは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け出し、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ＳｉとしてＡｎ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＃摩
耗性の向上に寄与するが、Ｓｔの量が１重量％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、加工性を阻害する傾向となるので、１〜１２重量％
の範囲とするのがよい． また、押出成形後にＡｎマトリックス中に分散したＳｔ
粒子径については、１２１Ｌｍ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、１２ＪＬｔｑ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
ルミニウム系の軸受台金の第２の製造法のように、Ｓｉ
粒子径が６〜１２ｐｍであるＡｎ−８〜３０重量％Ｓｉ
アトマイズ合金粉末の形でＳｔを添加しても問題はない
． ■強化成分 強化成分としては、Ｃ　ｕ　，　Ｃ　ｒ　，　Ｍ　ｇ　
，　Ｍ　ｎ　，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｆｅなどが有効であり、こ
れらの元素のうちから選ばれる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Ａｎ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Ｃ　ｕ　Ａ　ｌ　２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傾向
となる．また、Ｃｕ以外にＡｎマトリックスの強度を高
める元素として、Ｃｒ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ　，Ｚｎ，Ｆ
ｅ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
の元素のうちから選ばれる１種または２種以上を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うちから選ばれ
る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
のうちから選ばれる１種または２種以上を合計で０．０
１〜３重量％の範囲で添加することも良い． （２）Ｐｂ−Ｓｂ合金粉末 前記アルミニウム合金粉末に対する混合粉末として添加
されるＰｂ−Ｓｂ合金は，主に、耐焼付性，なじみ性，
異物理収性の向上に効果を発揮する．そして、アルミニ
ウム合金中に含まれるＰｂ系合金相は、アルミニウム合
金粉末がアトマイズ法によって通常製造ざれているため
、急冷凝固されてその粒径は２〜３ｇｍ以下となってい
る． 一方、添加や混合されるＰｂ−Ｓｂ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、５ｇｍ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傾向となる．また、焼付
限界近くになり、表面からＰｂ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５０ｐｍよりも大きくなると、軸受台金の強
度が低下し，疲労剥離やクラック等が発生し易くなる． すでに述べたように、単独添加する従来のＰｂ粉末は、
種々の効果を発揮するが、押出性を低下させるという課
題があった．そこで本発明において添加することとした
Ｐｂ−Ｓｂ合金粉末は、単独添加するＰｂ粉末の効果を
失うことなく押出性を向上させようとするものである． すなわち、融点が３２７℃である単独Ｐｂ粉末は押出時
の加熱において全て液相になっているため押出欠陥発生
の原因になりやすいが、本発明においてはＰｂにＳｂを
２５〜５０重量％の範囲で添加したＰｂ−Ｓｂ合金粉末
を用いることにより、押出時の液相の発生を抑制するこ
とを可能としている． また、Ｐｂ−Ｓｂ合金粉末を用いることによって，添加
粉末の分散状態は従来よりも均一になるため、疲労強度
の向上も効果として加わる． しかし、Ｐｂ−Ｓｂ合金中のＳｂが２５重量％未満では
単独Ｐｂ粉末の融点と同程度ないしはそれ以下の温度で
液相域に入ってしまい、５０重量％超過では単独Ｐｂ粉
末より焼付防止効果が少なくなるので好ましくない． そして，このＰｂ−Ｓｂ合金粉末のアルミニウム合金粉
末に対する添加量は５〜２０重量％とするのが良い．す
なわち、５重量％未満であると耐焼付性向上の効果はあ
まりなく、２０重量％を超えるとこの合金粉末を添加し
た場合でも摩擦などによる局所的な温度上昇により発生
した液相が粉末粒子間にしみ出して押出欠陥になるので
好ましくなく、また、Ｐｂ−Ｓｂ合金粉末回士が結びつ
いて著しく粗大になるため好ましくない． 次に、本発明に係る耐疲労性および耐焼付性に優れたア
ルミニウム系の軸受台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−Ｓｂ合金粉末
とをＶ型ブレンダ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プレス、油圧プレス等を用いて
ビレットに成形する．次に、このビレットを３５０〜４
５０℃程度に予熱し、より望ましくは押出比４０以上で
押出す．この場合，押出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
，破断等の不具合が生じることがある．そして、裏金付
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ｌｊ金付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０．１重量％前後の軟鋼板
にクラッドして、プッシュ半割メタル用等に加工する． （発明の作用） 本発明に係るアルミニウム系の軸受台金は、上記した構
成を有するものであるから、ＰｂにＳｂを２５〜５０重
量％の範囲で添加したＰｂ−Ｓｂ合金粉末を用いること
により、押出時の液相の発生が抑制されることとなり、
従来の単独添加するＰｂの効果を失うことなく押出性が
向上されるようになり、押出材の割れやＰｂの溶け出し
などの欠陥の発生が防止されるようになるという作用が
もたらされる． （実施例） 第１表のＮｏ．　　１〜１２の各欄に示す化学組成のア
ルミニウム合金粉末を約１１００℃のアルミニウム合金
溶湯から粉化するエアーアトマイズ法により得た．また
、同様に第１表のＮｏ．７．８，９，１１．１２の各欄
に示すＰｂ粉末およびＮｏ．１〜６．１０の各欄に示す
化学組成のＰｂ−Ｓｂ合金粉末を５００〜８５０℃の溶
湯より粉化するエアーアトマイズ法により得た． そして、前記アルミニウム合金粉末に平均粒径３０ｇｍ
のＰｂまたはＰｂ−Ｓｂ合金粉末を同じく第１表の単独
添加するＰｂまたはＰｂ合金粉末の添加量の欄に示す割
合で添加してＶブレンダーにより混合し、それぞれの混
合粉末を直径１７０ｍｍの円柱形状に２．Ｏｔｏｎｆ／
ｃｍ２の静水圧にて冷間静水圧成形してビレットとし、
これらのビレットを純アルミニウム板で全面被覆しなが
ら４００゜Ｃにおいて押出加工し、Ｎｏ．１　〜６，８
，１０．１１については厚さ２ｍｍ，幅１１０ｍｍ，Ｎ
ｏ．７．９．１２については厚さ３ｍｍ，幅１１０ｍｍ
の板状押出成形体を得た．押出後の各押出材の状態を同
じく第１表に示す． 第１表に示す結果より明らかなように、Ｎｏ．２．５，
ｔｏの本発明合金，およびＮｏ．　３　．　４の比較合
金では厚さ２ｍｍであっても健全な押出材が得られた． 一方、Ｐｂ−Ｓｂ合金粉末中のＳｂ添加量が本発明合金
より少ないＮｏ．　　１の比較合金，およびＰｂ−Ｓｂ
合金粉末量が本発明合金より多いＮｏ．６の比較合金で
はいずれもＰｂ−Ｓｂ合金の溶け出しが生じた． また、Ｐｂ単独粉末を添加・混合した比較合金のうち、
厚さ２ｍｍの押出材Ｎｏ．　８　．　１　１では耳割れ
や溶け出しが生じた．そして、厚さ３ｍｍの押出材にす
ると単独Ｐｂ粉末添加量が５重量％のＮｏ．ｌ２、８重
量％のＮＯ．９については健全な押出材が得られたが、
１６重量％のＮＯ．７の押出材にはＰｂの溶け出しが生
じた． 摩擦摩耗試験 健全な押出材が得られた本発明合金Ｎｏ．２．５，１０
と比較合金Ｎｏ．３．４，９．１２の各押出材を数回圧
延し，３５０℃で５時間のア二一ル処理を行った後切出
し、表面研磨を行って供試材を作製し、第２表に示す条
件で摩擦摩耗試験を実施した．この結果を第３表に示す
． 第２表：摩擦摩耗試験条件 第３表：摩擦摩耗試験結果 第３表に示すように、本発明合金Ｎｏ．　２　．　５　
．１０はＰｂを単独粉末として添加した比較合金Ｎｏ．
９．１２と同等あるいはそれ以上の耐焼付性を示してい
る．一方、Ｐｂ−Ｓｂ合金粉末中のＳ′ｂ量が本発明合
金より多いＮｏ．　３の比較合金、およびＰｂ−Ｓｂ合
金粉末量が本発明合金より少ないＮｏ．　４の比較合金
はいずれも本発明合金よりも耐焼付性が劣っていること
がわかる。 疲労試験 健全な押出材および圧延材が得られた本発明合金Ｎｏ．
２．５，１０と比較合金Ｎｏ．３．４，９．１２の各圧
延品について、１．７ｍｍ厚さで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゜Ｃ×１０時間のアニール処理を行ったのち機
械加工を加えて軸受を試作した．そして、各々の試作軸
受に対して第４表に示す条件で疲労試験を行った．この
結果を第５表に示す． 第４表：疲労試験条件 第５表二疲労試験結果 本発明に係るアルミニウム系の軸受合金は、Ａ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
粉末に、Ｓｂ：２５〜５０重量％を含むＰｂ−Ｓｂ合金
粉末を５〜２０重量％の割合で添加φ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、
押出時の液相の発生が抑制されることとなると共に、従
来の単独添加するＰｂの作用を失うことがないので、押
出性が著しく良好なものとなり、しかも耐疲労性および
酎焼付性に優れた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． 第５表に示すように、単独添加粉末としてＰｂ−Ｓｂ合
金粉末を添加した本発明合金Ｎｏ．　２　．５，１０は
単独粉末としてＰｂ合金粉末を添加した比較合金Ｎｏ．
９．１２よりも高い疲労強度を有することが確かめられ
た．

【発明の効果】

特許出願人　　日産自動車株式会社 特許出願人　　工ヌデーシー株式会社

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、Ｓｂ：２５〜５０重量％を含
   むＰｂ−Ｓｂ合金粉末を５〜２０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疲労性および耐焼付性に優れたアル
   ミニウム系の軸受合金。