JPH05302626A - なじみ性及び耐疲労性に優れた多層アルミニウム基合金軸受 - Google Patents
なじみ性及び耐疲労性に優れた多層アルミニウム基合金軸受Info
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Abstract
l−Sn−Si系軸受合金層からなる多層軸受に於い
て、前記アルミニウム軸受合金が重量%で7〜15%の
Sn,0.5〜3%のSi,残部が実質的にAlから成
り、硬さがビッカース硬度で50未満であり、又、前記
アルミニウム合金中間接着層が重量%で0〜1.7%の
Mn,0〜1.2%のCu,0〜1.8%のMgの内い
ずれか1種以上、残部が実質的にAlからなる前記アル
ミニウム合金中間接着層の硬さがアルミニウム軸受合金
の硬さに対し、ビッカース硬さで60%以上120%以
下であることを特徴とするなじみ性及び耐疲労性に優れ
た多層アルミニウム基合金軸受。 【効果】 本発明により、高負荷のかかる厳しい使用条
件下においても、十分に性能を発揮できるなじみ性及び
耐疲労性に優れた多層アルミニウム合金すべり軸受を提
供できる。
Description
機械の高出力エンジン用としてのなじみ性及び耐疲労性
に優れた多層アルミニウム合金すべり軸受に関する。
例えば特公昭62−14024号公報で開示されている
材料のように、主にAl−Sn系の合金をベースとした
軸受合金と裏金を硬さの低いAl又はAl合金の中間接
着層を介して接着し、それを機械加工を行い軸受とした
ものや、また特開平3−168411号公報で開示され
ている硬いAl系軸受合金と裏金をバランスのとれた強
化中間層を介して接着したものが知られている。
受のうち、前者はすべり軸受にとって重要な特性である
なじみ性と非焼付性において優れたものをもっている。
しかし、近年における内燃機関の高速化、高出力化の進
展に伴い軸受にかかる負荷も増え、特に中間接着層が疲
労を起こしたり、亀裂が入ったりするという問題が発生
している。又後者については、エンジンのメインメタル
等として使用する場合に疲労強度が優れていることと共
に、ハウジングの不整合やシャフト形状の変化に追従で
きるなじみ性を強く要求されるようになってきた。本発
明の目的は、前記問題を解決してなじみ性及び耐疲労性
が共に優れた多層アルミニウム基合金軸受を提供するこ
とにある。
ルミニウム基合金軸受は、鋼裏金、中間接着層及びアル
ミニウム軸受合金層の多層からなる軸受において、前記
アルミニウム軸受合金の組成は、重量でSn7〜15
%、Si0.5〜3%、残部が実質的にAlから成り、
硬さがビッカース硬さで50未満であり、又、前記中間
接着層は重量でMn0〜1.7%、Cu0〜1.2%、
Mg0〜1.8%の内いずれか1種以上を含み、残部が
実質的にAlからなり且つ中間接着層の硬さがアルミニ
ウム軸受合金の硬さに対し、ビッカース硬さで60%以
上120%以下であり、なじみ性および耐疲労性に優れ
ていることを特徴とする。 本発明の第2の多層アルミニウム基合金軸受は、
に記載の軸受において、アルミニウム軸受合金層は更に
重量でCu0.2〜5%、Pb0.1〜3%、Sb0.
1〜3%、Mn,Mg,V,Ni,Ti0.01〜1%
の群から選択された何れか1種または2種以上を含有し
MnとMgとVとNiの合計量は0.01〜3%であ
り、なじみ性および耐疲労性に優れていることを特徴と
する。 本発明の第3の多層アルミニウム基合金軸受は、
又はに記載の軸受において、中間接着層は更にSi,
Cr,Zr,Ti,B,V,Feから選択された1種以
上でその総量が重量で3%以下の成分を含有し、なじみ
性及び耐疲労性に優れていることを特徴とする。 本発明の第4の多層アルミニウム基合金軸受は、
からまでのいずれか一項に記載の軸受において、アル
ミニウム軸受合金層にSn、Pb又はこれらを主成分と
した合金のオーバーレイが施されており、なじみ性及び
耐疲労性に優れていることを特徴とする。 本発明の第5の多層アルミニウム基合金軸受は、
からまでのいずれか一項に記載の軸受において、軸受
表面にSn、Pbまたはそれらの合金のフラッシュメッ
キが施されており、なじみ性及び耐疲労性に優れている
ことを特徴とする。
層アルミニウム合金すべり軸受における各層成分を前記
特許請求の範囲に記載の如く限定する理由とその作用効
果について以下に列記する。 (1) アルミニウム軸受合金層の硬さをビッカースで5
0未満、中間接着層の硬さをアルミニウム軸受合金の硬
さの60%以上120%以下。 アルミニウム軸受合金層の硬さがビッカースで50
以上であるとエンジンのメインメタル等に使用する場
合、ハウジングの不整合やシャフト形状の変化に追従で
きるようななじみ性を得ることができない。つまり、軸
とのなじみ性,適合性にかけることとなる。 中間接着層の硬さがアルミニウム軸受合金層の硬さ
の60%より小さいと苛酷な条件下で軸受を使用する場
合、アルミニウム軸受合金層の主成分が中間接着層の中
に拡散したり、中間接着層自体が疲労を起こしたり、変
形したり、亀裂を生じたりする。又、中間接着層の硬さ
がアルミニウム軸受合金層の硬さの120%より大きい
と、せっかく軸受合金層が有するなじみ性の良さを逆に
低下させる事になる。 (2) アルミニウム軸受合金層 Sn:7〜15重量% 軸受としての非焼付性、なじみ性、埋収性などの表面性
能を改善する。Snの添加量が7%未満では前述の効果
は小さく、又15%を超えると軸受合金層の機械的性質
が低下しこのような厳しい条件下では使用に耐えられな
い。 Si:0.5〜3重量% i) SiがAlマトリックスに固溶したり、硬さの大
きいSi粒子として晶出して、合金の強度を上昇させ
る。 ii) Si粒子が点在することにより、表面の柔らかい
Alマトリックスのみ摩耗してミクロ的に表面が凹凸状
になり、凸部のSiは非凝着性を維持しながら高荷重に
耐え凹部が油溜まりの如き役割を果たし、高荷重、薄油
膜、更に金属接触にも耐える。 iii) 細かく点在したSi粒子が相手軸のエッジやバリ
を研磨する働きを有し、非焼付性を向上させる。 iv) Siの添加量が0.5%未満では、前記のような
期待効果が得られず、3%を超えると脆くなり、圧延等
の塑性加工性に劣る。 Mn,Mg,V,Ni:合計量で0.01〜3重量
% Alマトリックスに固溶するか、又は金属間化合物とし
て析出することにより、疲労強度を上昇させる。これら
の添加量が0.01%未満では添加の期待効果がなく、
3%を超えるとなじみ性が悪くなり、塑性加工性も低下
する。 Cu:0.2〜5重量% Alマトリックスの強度を上昇させる。疲労強度を上昇
させるには非常に有効である。添加量が0.01%未満
では期待効果がなく、5%を超えると硬くなりすぎて、
なじみ性が悪くなり、塑性加工性も低下する。 Pb:0.1〜3重量% 切削性及び非焼付性を改善する。この場合、0.1%未
満では添加の期待効果がなく、3%を超えるとAlマト
リックスに均一に分散させるのが非常に困難となる。さ
らに強度にも影響する。 Sb:0.1〜3重量% Alマトリックスの機械的特性を改善する。又、Pbと
共存する場合は、PbをAl中に微細かつ均一に分散さ
せる効果がある。Sbの添加量が0.1%未満では前述
の効果はうすく、3%を超えると機械的性質、特に伸び
を減ずるので好ましくない。 Ti:0.01〜1重量% Alマトリックスに固溶するか、又は金属間化合物とし
て析出することにより、疲労強度を上昇させる。これら
の添加量が0.01%未満では添加の期待効果がなく、
1%を超えるとなじみ性が悪くなり、塑性加工性も低下
する。 (3) アルミニウム合金中間層 Si,Cr,Zr,Ti,B,V,Fe:1種以上
を総量で0〜3重量%これらの強化元素は、Alマトリ
ックスに固溶するか、又は微細に晶出、析出し、粗大な
化合物を生成しない。これらのうち1種以上が総量で3
重量%を超えると硬くなりすぎる。
説明する。表1および表2は、従来品(比較品)および
本発明品の軸受合金層と中間接着層の化学成分を示した
ものである。表1および表2に示される成分を通常の鋳
造及び圧延加工により、アルミニウム軸受合金板及び中
間接着層用のアルミニウム合金板を作り、次にアルミニ
ウム軸受合金板に中間接着層用アルミニウム合金板を重
ね合わせロール圧接し複合アルミニウム板とした。この
複合板の中間接着層用アルミニウム合金側に鋼裏金とな
る低炭素鋼ストリップ(炭素量0.04〜0.35重量
%)を重ね合わせ圧下率35〜50%で両者をロール圧
接しアルミニウム合金軸受材料の比較品および本発明品
を得た。このアルミニウム合金軸受材料の中間接着層の
厚さは0.02〜0.06mmで、裏金層の厚さは1.1
7〜1.23mmで材料の総厚は1.5mmであった。これ
ら軸受の軸受合金層、中間接着層のビッカース硬さと
(中間接着層硬さ)/(軸受合金層硬さ)×100の値
を表1,表2に示す。これらの軸受について疲労試験を
2種類(疲労試験、疲労試験)行い、試験の条件を
表3,表4に示し、そのものの試験結果を図1,図2に
示す。疲労試験では比較的試験軸と試験軸受が均一な
当たりをするが、疲労試験では試験軸と軸受が通常考
えられるより極端な片あたりをしており、軸受のなじみ
性がより要求される試験となっている。尚、上記実施例
においては、軸受合金層と中間接着層の効果を顕著にあ
らわす為オーバーレイを用いなかったが、Pb等の合金
オーバーレイを施しても同等の結果が得られる。また、
アルミニウム軸受合金層との接着の向上を目的として、
アルミニウム軸受合金層とオーバーレイの間にCu,N
iまたはそれらの中間層を設けてもよい。
15が本発明品に対する比較品であり、そのうちのNo
1,No3,No.14は硬さが本発明の範囲より大き
い中間接着層を用いている。また、表2の試験軸受N
o.16〜No.29は本発明品でそれぞれ前述のN
o.1〜No.14に対応した軸受合金を用いている。
又No.15については、硬さが本発明の範囲より硬い
軸受合金である。ここで前記の試験の結果(図1、図
2)を分析すると、次のようなことがわかる。疲労試験
の結果では、比較品No.1、No.3、No.14
が本発明のNo.16、No18、No.29とほぼ同
じ結果である以外はすべて本発明品の方が比較品を上回
る高い荷重まで疲労を起こしていないことがわかる。
又、疲労試験においては、本発明品の方が比較品より
優れた結果を得られた。特に、疲労試験では遜色のな
かった比較品No.1、No.3、No.14について
も低い荷重で疲労を起こした。これは、軸受としてのな
じみ性、クッション性に欠けているからと考えられる。
又、No.15については疲労試験の結果からわかる
ように非常に優れた疲労強度をもっているにもかかわら
ず、この試験のように極端な片あたりをさせると予想外
に低い荷重で疲労を起こしてしまう場合も見られる。以
上のように、本発明軸受は従来軸受より、なじみ性及び
耐荷重が改善されており、所期の目的が達成される。
Claims (5)
- 【請求項1】 鋼裏金、中間接着層及びアルミニウム軸
受合金層からなる軸受において、前記アルミニウム軸受
合金の組成は、重量でSn7〜15%、Si0.5〜3
%、残部が実質的にAlから成り、アルミニウム軸受合
金層の硬さはビッカース硬さで50未満であり、又、前
記中間接着層は重量でMn0〜1.7%、Cu0〜1.
2%、Mg0〜1.8%から成る群から選択された1種
以上と、残部が実質的にAlとからなり且つ前記中間接
着層の硬さはアルミニウム軸受合金層の硬さに対し、ビ
ッカース硬さで60%以上120%以下であることを特
徴とするなじみ性及び耐疲労性に優れた多層アルミニウ
ム基合金軸受。 - 【請求項2】 請求項1記載の軸受において、アルミニ
ウム軸受合金層は更に重量でCu5%以下、Pb3%以
下、Sb3%以下、Ti,Mn,Mg,V,Ni,から
成る群から選択された何れか1種以上でその合計量が3
%以下を含むことを特徴とするなじみ性及び耐疲労性に
優れた多層アルミニウム基合金軸受。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の軸受にお
いて、中間接着層は更にSi,Cr,Zr,Ti,B,
V,Feから成る群から選択された1種以上でその総量
が重量で3%以下の成分を含有することを特徴とするな
じみ性及び耐疲労性に優れた多層アルミニウム基合金軸
受。 - 【請求項4】 請求項1ないし3記載の軸受において、
アルミニウム軸受合金層にSn、Pb又はこれらを主成
分とした合金のオーバーレイを施したことを特徴とする
なじみ性及び耐疲労性に優れた多層アルミニウム基合金
軸受。 - 【請求項5】 請求項1ないし4記載の軸受において、
軸受表面にSn,Pbまたはそれらの合金のフラッシュ
メッキを施したことを特徴とするなじみ性及び耐疲労性
に優れた多層アルミニウム基合金軸受。
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