JPH06235038A

JPH06235038A - Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金

Info

Publication number: JPH06235038A
Application number: JP29611893A
Authority: JP
Inventors: Masahito Fujita; 正仁藤田; Akira Ogawara; 章大河原; Takeshi Sakai; 武志坂井; Toshihisa Ogaki; 俊久大垣; Takeshi Osaki; 剛大崎
Original assignee: NDC Co Ltd; Nippon Dia Clevite Co Ltd
Current assignee: NDC Co Ltd; Nippon Dia Clevite Co Ltd
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1994-08-23
Anticipated expiration: 2010-02-08
Also published as: JPH0711046B2

Abstract

(57)【要約】［目的］１００℃〜２５０℃の如き高温条件下で充分
な潤滑特性が保持かつ発揮できるＡｌ−Ｓｎ系軸受合金
を提案する。［構成］Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｍｇを含むととも
に、Ｃｒ、Ｍｎなどの析出硬化型成分を含むＡｌ−Ｓｎ
系軸受合金であって、マトリックス１中に先端の丸いＳ
ｉ粒子２が析出し、このＳｉ粒子に隣接してＳｎ−Ｐｂ
粒子３が析出して成るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＡｌ−Ｓｎ系軸受合金に
係り、詳しくは、マトリックス中にＳｉ粒子を球状若し
くはそれに近い形状に析出させる一方、このＳｉ粒子に
隣接させてＳｎ−Ｐｂ粒子を析出させ、高速・高負荷運
転などの苛酷な使用条件に耐えることができ、高油温下
においても耐疲労性、耐焼付性ならびに耐摩耗性にすぐ
れた効果を示すＡｌ−Ｓｎ系軸受合金に係る。

【０００２】

【従来の技術】最近の自動車用エンジンは、小型化、省
燃費、高出力のものとなり、これにともなって軸受にか
かる荷重が増加すると共に、潤滑油の温度が上昇し、軸
受の使用条件は苛酷化の一途をたどっている。この点か
ら、従来例の多元系やＡｌ系等では、軸受合金の表面に
はオ−バ−レイメッキ等によりＰｂ−Ｓｎ系合金等の表
面層を形成した軸受が提案されていた。このＰｂ−Ｓｎ
系合金のオ−バ−レイ層を有する軸受は、耐焼付性、耐
疲労性、耐摩耗性などにある程度の優れた特性を示す。
最近のようなきわめて苛酷な使用条件になると、潤滑面
の高温度化によって、激しい疲労や焼付現象にみまわ
れ、その使用に耐えられない。

【０００３】そこで、最近は、Ｐｂ−Ｓｎ合金等のオ−
バ−レイメッキ等の表面層を有しない軸受が求められて
いる。

【０００４】すなわち、表面にオ−バ−レイメッキ層を
有する軸受は、一般的には、ＪＩＳＨ５４０２、ＡＪ
−１（１０％Ｓｎ、０．７５％Ｃｕ、０．５％Ｎｉ、Ａ
ｌ残部）や、ＪＩＳＨ５４０２、ＡＪ−２（６％Ｓ
ｎ、２．５％Ｃｕ、１．０％Ｎｉ、Ａｌ残部）等のＪＩ
Ｓ規格、ＳＡＥ７８０（６％Ｓｎ、２％Ｓｉ、１％Ｃ
ｕ、０．５％Ｎｉ、０．１％Ｔｉ、Ａｌ残部）等のＳＡ
Ｅ規格に示される通り、その軸受合金部分はＳｎ含有量
が比較的少ない低Ｓｎ−Ａｌ合金から成って、これら軸
受合金部分の軸受面は何れもＰｂ−Ｓｎ系合金のオ−バ
−レイメッキ層が形成されている。しかし、これら軸受
は、近年の高負荷、高温の使用条件下では表面のオ−バ
−レイメッキ層が摩滅して焼付きに至り、使用に耐えら
れなくなっている。

【０００５】一方において、ＳＡＥ７８３（２０％Ｓ
ｎ、０．５％Ｓｉ、１．０％Ｃｕ、０．１％Ｔｉ、Ａｌ
残部）に示される通り、表面にオ−バ−レイメッキ層を
形成しない軸受が提案され、この軸受は、Ｓｎ含有量が
多い高Ｓｎ−Ａｌ合金から成っている。しかし、このよ
うにＳｎが２０％程度の如く多く含まれる合金は、硬度
が低く、Ａｌマトリックスが弱くなるため、高負荷に耐
えられない。

【０００６】また、Ｓｎ含有量の多少に拘らず、Ａｌ−
Ｓｎ系合金中にＰｂを添加して潤滑性を増進させ、耐焼
付性をもたせた軸受合金が、例えば、水野昴一著昭和２
９年日刊工業新聞社発行「軸受合金」第１３９頁に記載
され、この軸受合金は１０％Ｓｎ、１．５％Ｃｕ、０．
５％Ｓｉを含むとともに３％Ｐｂを添加して成るＡｌ−
Ｓｎ−Ｐｂ系合金である。

【０００７】更に、このＡｌ−Ｓｎ−Ｐｂ系合金では、
ＰｂがＡｌとはほとんど固溶しないため、このＰｂの分
散性の向上のために、Ｓｂを添加したＡｌ−Ｓｎ−Ｐｂ
−Ｓｂ系合金が特公昭５２−１２１３１号に記載され、
更に、Ａｌマトリックス強化のためにＣｒを添加したＡ
ｌ−Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ−Ｃｒ系合金が特公昭５８−１８
９８５号に記載されている。しかし、これらのＡｌ−Ｓ
ｎ−Ｐｂ系合金は通常運転時の潤滑性の向上を目的とし
て開発されたもので、高負荷運転条件では十分な耐疲労
性を示さない欠点がある。この理由は、通常の運転下に
比べると、高負荷運転下の軸と軸受との潤滑機構は根本
的に相違するからである。

【０００８】そこで、高負荷運転下の潤滑機構につき、
基本的な検討が行なわれ、その一つとしてＡｌ−Ｓｎ系
合金中に粗大なＳｉを分散析出させたものが特開昭５８
−６４３３６号によって提案されている。

【０００９】この軸受は硬いＳｉ析出物により軸受表面
にある程度の切削力を持たせたものであって、切削力を
持つが故に、相手軸の表面凹凸部が削られて平坦化し、
軸受性能を向上させるものである。更に詳しく説明する
と、黒鉛鋳鉄から成る相手軸中には黒鉛が球状若しくは
片状に析出されている。

【００１０】したがって、相手軸の研摩加工時には、相
手軸表面から球状又は片状の黒鉛が脱落し、研摩加工後
の相手軸表面には脱落黒鉛のあとが凹部として残り、こ
の凹部周囲には硬く加工硬化したバリやエッジ等の凸部
が生成している。従って、上記の如くＡｌ−Ｓｎ系、Ａ
ｌ−Ｓｎ−Ｐｂ系等の軸受合金では、これら凹凸部によ
り高負荷運転時には異常摩耗が発生し易い。しかし、こ
のような相手軸であっても、それを支承する軸受が粗大
なＳｉ粒子を分散析出させた軸受合金から成ると、この
軸受の表面には、硬いＳｉの析出物により切削力が付与
されているために、相手軸の凹凸部分は機械的に切削さ
れて平坦化され、これ故に、異常摩耗や焼付きが起らな
い。

【００１１】しかしながら、相手軸が黒鉛鋳鉄以外の場
合には、高負荷運転のときに、かえって粗大なＳｉ析出
物によって相手軸の表面が不規則にけずられ、焼付きが
発生し、大きな障害が生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点の解
決を目的とし、具体的には、すなわち、従来例のよう
に、高油温度下であっても、耐焼付性ならびに高摩耗性
が十分発揮できるＡｌ−Ｓｎ系軸受合金を提案する。

【００１３】すなわち、従来例のように、潤滑性向上の
ためにＳｎやＰｂ等の含有量を高めたり、Ａｌマトリッ
クスの強化を目的としてＣｒ、Ｓｂ等やＭｎ、Ｎｉ等の
元素を添加すると、これらの元素によってＡｌマトリッ
クスの硬度を増すことはできても、逆に脆弱になり高負
荷運転時には殆んど高温下（１００〜２５０℃、なかで
も、後記の実施例に示すように、２００℃）では耐疲労
性や耐摩耗性、更に硬度その他の機械的特性を示さな
い。

【００１４】そこで、本発明では、Ｓｉを球状に近い形
で合金中に析出させてある程度その切削性を緩和し、更
に、Ｓｉ粒子に近接させてＰｂ−Ｓｎ粒子を析出させて
上記目的を達成する。

【００１５】従って、本発明は、最近のエンジンの高出
力化に伴ない、軸受部温度が上昇する傾向にあり、特
に、この高温での耐疲労性が強く要求されることに着目
し、従来のＡｌマトリックス強化元素を添加するのにも
拘らず、Ａｌ合金の脆弱化を改善し、特に高温下での耐
疲労性を高めると共に更に高い耐焼付性、耐摩耗性を具
えるＡｌ−Ｓｎ系軸受合金を提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
軸受合金は重量％で７〜２０％Ｓｎ、０．１〜５％Ｐ
ｂ、１〜１０％Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒのうちの１種若しくは２種以上０．０１
〜１．０％を含むとともに、ＺｎならびにＭｇを合量で
０．３〜３．０％含有し、更に、０．０１〜０．１％Ｓ
ｂを含んで、残余が実質的にＡｌから成って、Ａｌマト
リックス中にＳｉ粒子を球状、だ円状若しくは先端が丸
味をおびた形状として分散、析出させ、このＳｉ粒子に
隣接してＳｎ−Ｐｂ合金粒子を析出させて成ることを特
徴とする。

【００１７】そこで、これら手段たる構成ならびにその
作用について更に詳しく説明すると、次の通りである。

【００１８】まず、本発明は高温状態における耐疲労性
を高めるために成されたものである。

【００１９】すなわち、従来例においては、単に高融点
元素であるＣｒ、Ｃｏ、Ｎｉ等を添加し、高温強度を高
め、高温下で硬さが急激に低下することを防止すると共
に、耐摩耗性を高めている。しかし、このように、Ａｌ
−Ｓｎ系合金の高温状態における耐疲労性を高めるため
に、単に高融点元素を添加すると、硬さは増すが、合金
が脆弱となり、引張強度、伸びならびに衝撃値が低下す
る欠点が生じ、軸受合金としての耐疲労性を高めるのに
有効な手段に到っていない。

【００２０】これに対し、本発明は、高温、高荷重下の
苛酷な条件に好適な軸受合金を提供するもので、まず、
本発明ではＳｂを必須成分として添加し、このＳｂをＳ
ｉに作用させ、鋳造時点よりＳｉ結晶の球状化を計り、
更に、熱処理によりこのＳｉ結晶の球状化を高め、これ
により、Ａｌ−Ｓｎ合金の引張強度、伸びならびに衝撃
強さを高めるほか、後で詳しく説明する通り、析出され
るＳｉ粒子の切削力を緩和し、相手軸に対する悪影響を
除去し、潤滑性を高める。

【００２１】耐疲労強さは引張強さ、伸び、衝撃強さな
どの特性のほかに、組織や構造等の特性が総合的に加味
されて発生し、単に軸受成分の添加によっては解決でき
ないとされている。

【００２２】そこで、本発明者等がこのところについて
研究を重ねたところ、Ｓｂはマトリックス強化元素とと
もに添加されると、硬さ、引張り強度、伸び等の機械的
性質を高めるほか、Ｓｉ粒子の析出形態制御などの組織
や構造の制御が達成できる作用を持つことに着目し、こ
れにもとずいて本発明は成されたものである。換言する
と、本発明は、添加元素として上記の高融点元素をＡｌ
−Ｓｎ合金に添加しても、Ｓｂの添加によって機械的特
性の低下を防止することができるので、高温下での機械
的特性を急激に低下させることがない。このような本発
明の特徴は高温、高荷重下で疲労試験を行なった結果、
疲労強度の向上が認められたことでも裏付けることがで
きる。

【００２３】また、本発明は、表面の組織構成の面で高
温、高負荷条件に適合し、これにより表面性能が著しく
高められている。

【００２４】一般的に、焼付現象はそれに達する過程が
複雑で多くの条件が相乗的に作用して達するため、一義
的に把握することは困難であると云われている。しか
し、表面にＰｂ−Ｓｎ合金のオ−バ−レイメッキ層を形
成したＣｕ−Ｐｂ系軸受合金は高荷重運転下ではこのメ
ッキ層が摩滅し焼付きに至るのに対し、Ａｌ−Ｓｎ−Ｐ
ｂ系合金中にＳｉ、Ｃｕ等を含む合金から成る軸受は表
面にオ−バ−レイメッキ層が形成されていないのにも拘
らず、焼付きに至らない現象が存在する。

【００２５】そこで、本発明者等はこの現象に着目し、
両軸受を構造的に比較検討した。すなわち、図３は表面
にオ−バ−レイメッキ層を有する軸受の一部の拡大断面
図であり、図４はＡｌ−Ｓｎ−Ｐｂ合金であって、表面
にオ−バ−レイメッキ層がなくしかもＳｉ、Ｃｕ等を含
む軸受の一部の拡大断面図である。図３から明らかな如
く、この軸受は表面のオ−バ−レイメッキ層４、合金層
５ならびに裏金６から成って、このオ−バ−レイメッキ
層４の全表面によって軸荷重が支持される。

【００２６】これに対し、図４に示す如く、Ａｌ−Ｓｎ
−Ｐｂ系合金でＳｉ、Ｃｕ等を含む軸受は合金層５と裏
金６とから成って、この合金層５のマトリックス中に棒
状や片状のＳｉ粒子２が析出している。従って、この軸
受では相手軸の荷重は硬いＳｉ粒子２で支えられ、しか
も、Ｓｉ粒子が上記の如く切削力を持っている。

【００２７】要するに、両者の差は面接触と点接触であ
り、この差によって潤滑、摩擦面の温度上昇において決
定的な相違となっている。つまり、図３に示す軸受のよ
うに、面接触では、高速、高負荷条件下で摩擦面の温度
は急速に上昇するのに対し、図４に示す軸受のように点
接触では、合金層５の表面と相手軸表面との間に間隙が
形成され、この間隙の油膜にはあまり大きな荷重がかか
らないため、十分な潤滑が保持され、摩擦面の温度上昇
はおさえられる。

【００２８】更に進んで、本発明者等は、図４に示す如
き点接触による軸荷重の支持が高荷重下の潤滑にきわめ
て有効であるという基本的見地に立って、その効果を最
大限に生かすための組成ならびに構造について研究し、
本発明に係る軸受合金を完成するに至ったのである。

【００２９】具体的に示すと、本発明者等はＡｌ−Ｓｎ
−Ｐｂ系合金であって、Ｓｉを含む軸受合金におけるＳ
ｉの析出形態に着目し、その形態の潤滑面におよぼす効
果について調査研究を進めたところ、第１に、Ｓｉは融
点が高い安定物質であり、かつ、非金属的性質が強く、
相手軸の主成分のＦｅに２００℃〜５００℃程度の高温
状態で接触しても、全く拡散若しくは溶解を起さないこ
とから、軸荷重の点支持手段はＳｉがきわめて好適であ
ることがわかった。

【００３０】第２に、相手軸を油膜を介し点支持する場
合、Ｓｉ粒子はそのビッカ−ス硬さが５９９にも達する
ほど硬く、しかも、Ｓｉ粒子は化合物でないためもろさ
がなく、弾性に富み、急激な変動荷重に耐えられること
がわかった。

【００３１】しかしながら、Ｓｉは上記の如く性質を持
っているのにも拘らず、結晶性が強く、Ａｌとの共晶析
出形態でも、板状若しくは棒状を呈し、軸受の製造過程
で圧延や熱処理を経ても、その形状はわずか変化する程
度である。このため、Ｓｉ粒子の析出形態の制御を行な
わない場合は、図５に示す如く、合金層でマトリックス
１中にＳｉ−Ｐｂ合金粒子とともに析出するＳｉ粒子２
は板状若しくは棒状化する。更に、主たる潤滑性成分の
ＰｂやＳｎのＳｎ−Ｐｂ粒子３は、Ｓｉ粒子２の析出位
置と関連なく析出し、Ｓｎ粒子２から離れてＳｎ−Ｐｂ
合金粒子３が存在している。この組織であると、硬いＳ
ｉ粒子２のエッジによって相手軸が削られてきずつけら
れ易く、かえって、潤滑性が低下し、焼付きが起こる。

【００３２】この点から、本発明において潤滑性の飛躍
的向上のために、Ｓｉ粒子から切削力を除去し、球状等
の如くエッジ部を丸味をおびさせるような形態に制御す
る。

【００３３】すなわち、図１は本発明の一つの実施例に
係る軸受合金の一部の拡大断面図であって、図１に示す
如く、合金層において、そのマトリックス１中に分散析
出するＳｉ粒子２は球状化し、この球状Ｓｉ粒子２によ
って点接触の理想に近づけ、より潤滑性を高め且つ耐摩
耗性を高めることができる。また、高速かつ急激な高荷
重がかれられても、相手軸をきずつけることがない。ま
た、Ｓｉ粒子が球状化しているため、マトリックス中の
切欠効果がなく、強度的にも安定したマトリックスを得
ることができ、耐摩耗性にも優れる。

【００３４】このＳｉ粒子の球状化は、Ｓｉが析出する
共晶点のＡｌ合金液相の性質を改善することによって達
成でき、とくに、その添加元素としてＳｂが有効であ
る。

【００３５】更に、Ｓｂを添加すると、Ｓｎ−Ｐｂ合金
粒子３の析出形態が変化し、図１に示すようにＳｉの球
状化粒子２にＳｎ−Ｐｂ合金３がより隣接して存在する
ようになる。この構造は、従来例のもの（例えば、図５
参照）に比して、潤滑性能を飛躍的に向上させる。

【００３６】また、以上のように表面性能を原理的に解
決するほか、マトリックスの高温での強化をはかる必要
がある。

【００３７】すなわち、Ａｌは熱に対して感受性が強
く、１５０℃をすぎると軟化してしまい（Ｈｖ１０以
下）、強度を失なってしまう。この軟化の防止のため
に、析出硬化型のマトリックス強化元素として、例え
ば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ等
を添加し、これら強化元素はその中の１種若しくは２種
以上を選択し、適切な熱処理を行なうと、高温での強度
を更に上昇させることができる。

【００３８】また、このような析出硬化型成分のほか
に、ＺｎならびにＭｇを添加してＡｌマトリックス中に
固溶させ、高温、とくに、高温油存在下での硬度、強度
などの低下を最小限におさえることができる。

【００３９】以上の通り、本発明においては、単に析出
硬化型成分や、ＺｎならびにＭｇの素地強化成分を添加
するだけでなく、これら強化元素とともにＳｂを添加
し、硬さのみでなく、引張強度、伸びを従来より向上さ
せ、耐疲労性を高め、高荷重運転下での軸受性能の向上
をはかるものであるが、その機構とともに各成分組成に
ついて説明すると、次の通りである。

【００４０】図１に示す構成の軸受では、軸荷重をささ
える潤滑面はマトリックス１の表面から突出するＳｉ粒
子２の先端部であり、しかも、Ｓｉ粒子と相手軸との間
に油膜が介在し、流体潤滑が保たれている。しかし、急
激な変動荷重を受け、この油膜が破れ、局部的に境界潤
滑に達し、この時に、Ｓｉ粒子２の上面にＳｎ−Ｐｂ合
金のフィルムが介在すれば、焼付きを防止でき、しか
も、正常に油膜が再生されて流体潤滑の状態にすみやか
に復帰することができる。このときにも、図１に示す構
造であると、Ｓｉ粒子２の近傍にＳｎ−Ｐｂ合金粒子３
が存在し、この合金は溶融状態でも潤滑油と親和性があ
り、このため、油切れを起こしにくい。また、相手軸と
Ｓｉ粒子との摩擦で、Ｓｉ粒子が高温になっても近接す
るＳｎ−Ｐｂ粒子の融解熱で熱吸収され、近傍のマトリ
ックスのＡｌの合金と相手軸との焼付きが起こりにくく
なる。又、この時にも図２に示す如く、Ｓｉ粒子２に隣
接するＳｎ−Ｐｂ合金粒子３の少なくとも一部が液相化
しており、この液相３ａがＳｉ粒子２の突出面に供給さ
れる。この供給量は温度の上昇とともにふえて、Ｓｉ粒
子２の潤滑面には常にＳｎ−Ｐｂの液相３ａが介在する
ため、オ−バ−ヒ−トを未然に防止できる。

【００４１】要するに、Ｓｉ粒子２が球状化し、これに
Ｓｎ−Ｐｂ合金粒子３が隣接する構造は、境界潤滑状態
（油膜が切れた）で非常に有効であり、また、普通の流
体潤滑状態でも、硬いＳｉ粒子２が相手軸に適切になじ
み、かつ、やわらかいＳｎ−Ｐｂ層におおわれ、これが
ショックアブソ−バ−的な働きをする。

【００４２】更に、すぐれた潤滑面を得る為にはＳｉ粒
子やＳｎ−Ｐｂ合金粒子を支持する強靭なマトリックス
が必要である。

【００４３】また、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（相乗効果を含む）につい
て各々の元素について列記すると、次の通りである。

【００４４】（１）Ｓｎ７〜２０％：ＳｎはＰｂと共
にＡｌマトリックス中に分散し、軸受が基本的に必要と
する耐焼付性、埋収性、なじみ性を担う成分である。し
かし、７％未満ではその耐焼付性の効果が少なく、２０
％超ではＳｎ相が三次元的に連続化して、Ａｌマトリッ
クスが弱くなり、高負荷に耐えられなくなる。

【００４５】（２）Ｐｂ０．１〜５％：Ｐｂは潤滑性
を向上させ、Ｓｎとの共存によって、耐焼付性、埋収
性、なじみ性を向上させる。とくに、Ｐｂは親油性、非
凝着性にすぐれ、少量の添加でも潤滑性能を飛躍的に向
上させる。その量は０．１％未満では上記効果を発揮で
きず、５％超は実質的にＡｌマトリックス中にＳｎと共
存させ、均一に分散させることが事実上不可能となる。

【００４６】（３）Ｓｉ１〜１０％：Ｓｉはすでに詳
しく説明したように、Ａｌマトリックス中に析出するＳ
ｉ粒子によって高温下の潤滑状態を保持するもので、本
発明では主要な成分である。すなわち、Ａｌ軸受に高温
条件下での耐焼付性、耐荷重性、耐摩耗性を付与する重
要な元素であるが、１％未満の添加では高温潤滑に関与
するのに十分な量のＳｉ粒子が析出することがなく、そ
の添加効果は認められない。１０％超では析出するＳｉ
粒子によってマトリックスが硬くなり延性がなく、かえ
って耐荷重性を阻害される。

【００４７】（４）ＺｎならびにＭｇを合計で０．３〜
３％：ＺｎはＭｇとともにＡｌマトリックスに固溶し、
これによってＡｌマトリックスを強化する基本的元素
で、熱処理を適切に施すことによってその効果を発揮す
る。その量はＺｎならびにＭｇの合量で０．３％以下で
あると、添加効果はない。

【００４８】また、ＺｎならびにＭｇの合量が３％以下
ではＡｌと化合物をつくり、かえって材料の延性を阻害
する。

【００４９】（５）Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｚｒのうちの１種若しくは２種以上０．０１％
超１．０％未満：これら成分は何れもＡｌとの間で金属
間化合物を作り、少量の添加でマトリックスの硬度や強
度を上げることができる析出硬化型の成分である。特
に、適量の添加によって耐疲労性や耐摩耗性、高温での
強度保持に有効である。添加量は０．０１％以下ではそ
の効果はなく、１％以上の如く多いと、Ａｌとの間の金
属間化合物が粗大化し、脆くなって、かえって合金強度
が低くする。

【００５０】（６）Ｓｂ０．０１％超０．１％未満：
Ｓｂは、従来からＡｌマトリックスの強化等の効果が認
められているが、この外に、Ｓｉの析出する共晶点にお
いてＡｌ合金液相の性質を改善し、Ｓｉを、球状、だ円
状若しくは先端が丸味をおびる形状のＳｉ粒子として分
散析出させ、その上、共晶点におけるＡｌ合金液相の制
御によりＳｉ粒子に近接させてＰｂ−Ｓｎ粒子を析出さ
せる。この効果を持たせる為には、０．０１〜０．１％
の添加が最も好ましく、０．０１％以下ではＳｉ粒子の
形状やＳｉ粒子とＰｂ−Ｓｎ粒子の析出形態に影響を与
えず、又、０．１％以上加えると、内部に析出するＳｎ
粒子が多くなり、改良には役にたたない。

【００５１】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。

【００５２】実施例１．まず、表１に示す組成のＡｌ−
Ｓｎ系軸受合金を連続鋳造により厚さ２０ｍｍの板状材
として鋳造し、各鋳造ビレットの上下面を１．０ｍｍ面
削し続いて冷間圧延により２ｍｍの厚さまで圧下した。
この状態で３００〜３５０℃の熱処理を行なってひずみ
を除去し、その後、純Ａｌの薄い板を介して裏金の鉄板
に圧着させて厚み１．５０ｍｍの軸受を得た。

【００５３】

【表１】

【００５４】これらの軸受のうちで、供試材１〜５は比
較例の供試材であり、６〜１０は本発明に係るもので、
６〜１０はＳｉ球状化の為にＳｂを添加しかつマトリッ
クス強加の為にＺｎならびにＭｇを加え、その他にＣ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒを添加し
たものである。

【００５５】これらの各供試材は、軸受として使用され
る常温及び２００℃の機械的性質を見るために、引張強
度、伸びならびに硬さの試験を行ない、これを表２に示
した。なお、各供試材は裏当金を機械加工により削除し
てＡｌ−Ｓｎ合金部分のみとし、試験片の形状はＪＩＳ
ｚ２２０１の５号に示すものとした。

【００５６】

【表２】

【００５７】これらの結果から、供試材６〜１０は比較
例の供試材に比べ、高温（２００℃）における強度低下
が少なく、ＺｎならびにＭｇの添加効果、更に、Ｃｒ、
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒの添加効果も
うかがえる。すなわち、Ｓｉの球状化及びマトリックス
強化が相剰されて強度や伸びがバランスよく改善された
ものと考えられる。

【００５８】次に、供試材の耐焼付性と耐摩耗性を耐る
ために、鈴木式摩擦摩耗試験機を用いて試験し、その試
験条件は次の通りであった。マサツ速度４ｍ／ｓｅｃ相手材Ｓ４５Ｃ、硬さＨ_RＣ＝５５面アラサ０．８〜１．０Ｓ使用オイルＳＡＥ、２０ｗ−４０油温１５０±５℃ 焼付荷重１００ｋｇ／ｃｍ²から１０ｋｇ／ｃｍ
²Ｓｔｅｐで焼付きに至るまで１５分毎に面圧を上げて
ゆき、焼付きをおこした面圧を焼付荷重とする耐摩耗性一方、耐摩耗性をみるために１００ｋ
ｇ／ｃｍ²一定で６時間試験し、その後の重量変化をみ
る

【００５９】この結果を表２に示す。

【００６０】これによれば、供試材６〜１０は何れも比
較例の供試材に比べ少なくとも耐焼付性で良好な結果を
示しており、Ｓｂ添加及びマトリックス強化元素添加に
より表面性能も向上していることがわかる。すなわち、
本発明に係る合金はすぐれた潤滑機構を有していること
を示している。

【００６１】次に、実際に、各供試材をベアリング形状
に加工し、最終的なベアリングの疲労テストを行なった
ところ、表２に示す結果を得た。これは実際のエンジン
の条件とほぼ同じようにベアリングをコンロッドに固定
し、軸に偏心荷重をかけて、以下の条件で耐久テストを
行ない、焼付きや破損を起さず、その性能を維持した時
間の長さで評価するテストである。

【００６２】なお、テスト条件は次の通りである。面圧６００ｋｇ／ｃｍ² 回転数４０００ｒ．ｐ．ｍ相手材料ＦＣＤ７０、アラサ０．８〜１．５
Ｓ使用オイルＳＡＥ２０ｗ−４０油温１５０±５℃

【００６３】なお、このテスト時間の上限は３００時間
とし、Ｎ＝５の平均値を表２に示した。この結果、何れ
も比較例の供試材に比べ長さ耐久時間を示しており、本
発明に係る合金はすぐれた耐疲労性を示している。

【００６４】一方、従来例２の合金と更にＳｂを０．０
３％添加した場合（供試材８）におけるＳｉの形態の変
化を示すと、図６ならびに図７の通りであった。すなわ
ち、図６ならびに図７は従来例の合金と本発明に係る合
金の顕微鏡組織を示す各説明図であって、とくに、それ
ぞれの試料をＳｉ粒の形状がわかるように深くエッチン
グし、電子顕微鏡を用いて撮影したものである。これら
図面から明確に解るように、図６の如く、従来例では粒
子２は全く球状化していないのに反し、本発明ではＳｂ
の添加によりＳｉ粒子２のエッジ部が球状化しているこ
とがわかる。

【００６５】実施例２．本発明に係る軸受合金が高融点
金属等をＡｌマトリックスの強化剤として添加して、合
金の脆弱化を改善する効果があるか否かを確認するた
め、代用特性として衝撃値を測定し、Ｓｂの添加作用に
よる改善効果を実験によって求めた。

【００６６】実験の供試材として、実施例１の表１に示
す従来材であるＳｂを含まない５と本発明に係るもので
ある供試材６にて比較実験を行なった。

【００６７】実験はＪＩＳＺ２２４２、シャルピ−
衝撃試験方法にて３号試験片（ｎ＝５）を作成して行な
った。

【００６８】実験の結果従来材は平均値０．８４ｋｇ・
ｍ／ｃｍ²であり、明らかに本発明に係る軸受合金はＳ
ｂ添加により改善効果が認められた。

【００６９】

【発明の効果】以下詳しく説明した通り、本発明は、重
量％で７〜２０％Ｓｎ、０．１〜５％Ｐｂ、１〜１０％
Ｓｉ、ＭｇならびにＺｎ０．３〜３．０％を含むと共
に、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒの
うち１種若しくは２種以上０．０１％〜１．０％を含有
し、更に、０．０１％〜０．１％Ｓｂを含有し、残余が
実質的にＡｌから成って、Ａｌマトリックス中にＳｉが
球状、だ円状若しくは先端が丸味をおびる形状として分
散、析出させ、更に、Ｓｉ粒子に近接してＳｎ−Ｐｂ粒
子を析出させて成るものである。

【００７０】したがって、本発明軸受合金は極めて、潤
滑性に優れ、かつ、１００〜２５０℃の高温における機
械的性質が極めて良好であり、高負荷運転による使用条
件の苛酷さに十分に耐える軸受合金である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施例に係る軸受合金の一部の
拡大断面図である。

【図２】図１に示す軸受合金の潤滑機構の説明図であ
る。

【図３】従来例の軸受の一部の拡大断面図である。

【図４】従来例の軸受の一部の拡大断面図である。

【図５】図４の軸受合金の一部の拡大断面図である。

【図６】従来例に係る軸受合金の組織を示す説明図であ
る。

【図７】本発明に係る軸受合金の組織を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１マトリックス２Ｓｉ粒子３Ｓｎ−Ｐｂ合金粒子３ａＳｎ−Ｐｂ液相４オ−バレイメッキ層５軸受合金層６裏金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大垣俊久千葉県習志野市実籾町一ノ六八七エヌデーシー株式会社内 (72)発明者大崎剛千葉県習志野市実籾町一ノ六八七エヌデーシー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で７〜２０％Ｓｎ、０．１〜５％
Ｐｂ、１〜１０％Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒのうちの１種若しくは２種以上０．
０１〜１．０％を含むとともに、ＺｎならびにＭｇを合
量で０．３〜３．０％含有し、更に、０．０１〜０．１
％Ｓｂを含んで、残余が実質的にＡｌから成って、Ａｌ
マトリックス中にＳｉ粒子を球状、だ円状若しくは先端
が丸味をおびた形状として分散、析出させ、このＳｉ粒
子に隣接してＳｎ−Ｐｂ合金粒子を析出させて成ること
を特徴とするＡｌ−Ｓｎ系軸受合金。