JPH0657862B2 - 摺動部材用アルミニウム合金 - Google Patents

摺動部材用アルミニウム合金

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JPH0657862B2
JPH0657862B2 JP58179280A JP17928083A JPH0657862B2 JP H0657862 B2 JPH0657862 B2 JP H0657862B2 JP 58179280 A JP58179280 A JP 58179280A JP 17928083 A JP17928083 A JP 17928083A JP H0657862 B2 JPH0657862 B2 JP H0657862B2
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徹巳 田中
壮一 林
良雄 不破
慎治 加藤
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Description

【発明の詳細な説明】 (1)技術分野 本発明は耐摩耗性、及び耐焼付性に優れた摺動部材用ア
ルミニウム合金に関するものであり、更に詳しく述べる
ならば高珪素アルミニウム合金の改良に関するものであ
る。
(2)関連技術の説明 一般に、摺動部材は、その摺動面が高い耐摩耗特性と耐
焼付性を有し、かつ本体が荷重に耐える適当な強度が要
求される。従来摺動部材にはマトリックスの耐摩耗性と
黒鉛による潤滑特性を利用した鋳鉄、高強度・高硬度特
性を利用した浸炭焼入れ鋼、潤滑性に優れた特性を利用
したアルミニウム青銅が使用されていた。また近年はア
ルミニウム基合金として、鋳物用合金としてA390に
代表されるような高Siのアルミニウム合金が使用されて
来ており、従来よりも良好な耐摩耗性及び耐焼付性を有
している。
しかしながら、このような従来の各種合金から作られた
摺動部材は、高度な耐摩耗性と耐焼付性を要求される用
途には充分対応できていない。
特に車両等に使用される変速装置は、走行状態に応じ
て、駆動力を要する時はエンジンの回転を減速して強い
トルクを、高速走行の際は低いトルクで高速回転を車輪
に伝達する装置である。このような変速装置において、
U字型のシフトフォークは、各によって運転席のシフト
レバーに連結しており、シフトレバーを操作すればU字
型のシフトフォークはハブスリーブを介して、ギヤーを
摺動させる。シフトフォークとハブスリーブの摺動面
は、スラスト形のすべり軸受けであり、負荷容量が低い
にもかかわらず高荷重を受ける為、シフトフォーク爪部
材料及びハブスリーブ材は優れた耐摩耗性が要求され
る。
特に最近は、潤滑オイルの低粘度化が進んでおり、シフ
トフォーク材は潤滑オイル膜の少ないまたは途切れた状
態で苛酷な条件にさらされており、従来に増して高度な
耐摩耗性、耐焼付性を要求されて来ている。
従来シフトフォークとしては、(1)本体部分を鋼、鋳鉄
で摺動部分を高周波焼入れ、浸炭、窒化などの処理した
もの、(2)本体部分を鋼、鋳鉄で摺動部分をクロムメッ
キ、モリブデン溶射した部分からなるもの、(3)アルミ
ニウム青銅を摺動部分に使用したもの、(4)A390等
アルミニウムシリコン合金で鋳造一体成型したもの、
(5)本体部分をアルミニウム合金で摺動部分を耐摩耗性
の良好な鉄系材料を嵌合させたものなどが使用されてい
る。
上記(1)及び(3)のシフトフォークは、その摺動部分の焼
付荷重が低く、潤滑状態が悪い場合には焼付が生じた
り、摩耗が著しく進行してしまう欠点がある。
上記(2)のクロムメッキ、モリブデン溶射は耐摩耗性、
および耐焼付性が優れているものの効果である欠点があ
る。上記(5)のシフトフォークは軽量かつ耐摩耗性も比
較的良好なものが得られるが、生産性が低いため高価に
なる欠点をもつ。上記(4)のアルミニウム、シリコン合
金は、最近シフトフォーク材として用いられるようにな
り、ダイカスト等の安価な製造方法によるシフトフォー
クが使用されている。しかしながら現在用いられている
このようなアルミニウムシリコン合金製シフトフォーク
も低粘オイル使用のような苛酷な条件では、耐摩耗性及
び耐焼付性が低下し問題となる。
(3)発明の目的 本発明の目的は、耐摩耗性及び耐焼付性が従来のアルミ
ニウムシリコン合金と比較して極めて良好であることを
特徴とする摺動部材用アルミニウム合金を提供すること
であり、更に上記に示した車両等の駆動変速装置におけ
る回転しているハブスリーブに嵌合しているシフトフォ
ークを安価でかつ耐摩耗性及び耐焼付性の優れたものと
するものである。
(4)発明の構成 本発明の目的は重量百分率で、珪素15.0%以上23.0%以
下、銅4.0%超5.5%以下、マグネシウム0.5%以上2.0%
以下、チタニウム0.05%以上0.3%以下、マンガン0.5%
以上2.0以下、クロミウム0.3%超1.0%以下、鉄0.1%以
上1.5%以下を含有し、残部実質的にアルミニウムから
なる合金、あるいは珪素15.0%以上23.0%以下、銅4.0
%超5.5%以下、マグネシウム0.5%以上2.0%以下、チ
タニウム0.05%以上0.3%以下、マンガン0.5%以上2.0
%以下、クロミウム0.3%超1.0%以下、鉄0.1%以上1.5
%以下及びニオビウム0.01%以上0.1%以下、コバルト
0.05%以上0.5%以下、ジルコニウム0.05%以上0.3%以
下から選ばれた1種又は2種以上を含有し、残部実質的
にアルミニウムからなる合金によって達成された。
本発明において各含有成分を前記のように限定した理由
は次の通りである。
珪素は、アルミニウム合金の耐摩耗性とカタサを増加さ
せる元素である。本発明合金において珪素含有量が15
%未満(但し12%以上)では、初晶珪素の晶出が少な
く、耐摩耗性及び耐焼付性に好ましい結果が得られな
い。一方珪素が23.0%を越えて含有しても、耐摩耗性、
耐焼付性の向上はさほど顕著ではなく、逆に強度の低下
や被削性を悪化させる他湯流れ不良、溶解温度の上昇等
ダイカスト鋳造時の困難性を増すため最高含有量は23.0
%とした。珪素含有量は15.0〜23.0%が好ましい。
銅は、過共晶アルミニウムシリコン合金において、4.0
%超では共晶点を低珪素側に移動させ、所与の珪素含有
量での初晶珪素の面積比率を増加させる。また5.5%以
下では固溶強化をもたらすこと及び合金に熱処理性を与
えて時効硬化に寄与し強度を向上させる。このような初
晶Siの面積比率の増加と、強度への寄与を勘案して銅の
含有量は4.0%超5.5%以下とした。
マグネシウムは合金に熱処理性を与えて時効硬化に大き
く寄与し、合金の強度及びカタサを高める元素であり、
0.5%未満においては充分な強度と硬さが得られず、2.0
%を越えて含有しても逆に引張強さの低下をもたらす。
またマグネシウムが2.0%を越えて含有されると初晶Si
を粗大化させ、鋳造性も悪化させる為に最高含有量は、
2.0%とした。
チタニウムは鋳造合金のマクロ結晶粒を微細化する元素
であり引張強度を増加させる。その含有量が0.05%未満
ではその寄与は少なく、0.3%を越えて含有しても強度
の向上は小さく逆に針状のAl-Ti-Si-系化合物を晶出し
靱性を低下させる。したがってチタニウムの最高含有量
は0.3%とした。
マンガンは、アルミニウム中に強制固溶され熱的に安定
な過飽和固溶体を作り、高温硬さ及び高温強度を向上さ
せる。本発明においては、鋳造時の冷却過程で強制固溶
する0.3%以上のマンガンをAl-Mn-Fe、或いは、Al-Mn-F
e-Si系の化合物を粒状に晶出させる。このように、晶出
した化合物の硬さはビーカース硬度で300〜400を
有し、初晶珪素とのα−マトリックス間に通常の鋳造条
件下で数十ミクロンの粒状又は球状で分散晶出する。こ
の晶出化合物は硬度が高く、耐摩耗性に優れ、Mnを含ま
ない過共晶アルミニウムシリコン合金よりも優れた耐摩
耗性、及び耐焼付性を示す。しかしながら、2.0%を越
えるマンガンを含有するとこの晶出化合物は巨大な異形
乃至不規則形状に成長し、耐摩耗性及び耐焼付性の向上
は顕著でなくなる。またマンガンは、鉄による悪影響を
緩和し流動性及び鋳造性を良好にする効果を有するが、
2.0%を越えると逆に鋳造性を悪化させ、晶出したAl-Mn
-Fe系又はAl-Mn-Fe-Si系化合物が炉床堆積し炉を汚染さ
せる。従ってマンガンの含有量は0.5%以上2.0%以下と
した。
クロミウムはAl-Cr-Si、又はAl-Cr-Fe-Si系の化合物を
晶出させるので耐摩耗性及び耐焼付性を向上させる。特
にマンガンと共存することにより、Al-Mn-Cr-Si系化合
物の硬さを増加させ、耐摩耗性及び耐焼付性を向上させ
る。しかしながらクロミウムの含有量が0.3%以下では
化合物粒子の晶出が少なく、1.0%を越えるとマンガン
と同様に鋳造性を悪化させ炉を汚染させる。従ってクロ
ミウムの含有量は、0.3%超1.0%以下とした。
ニオビウムは鋳造合金のマクロ結晶粒の微細化を基体で
き、マトリックスの耐摩耗性を向上させるが、溶解温度
を上昇させ、また高価な元素であるために0.01%以上0.
1%以下とした。
コバルトもニオビウムと同様にマトリックスの耐摩耗性
を向上させる。この元素も高価であり溶解温度を上昇さ
せる事から0.05%以上0.5%以下とした。
ジルコニウムは、鋳造合金のマクロ結晶粒を微細化させ
強度を向上させる。しかしながら含有量が0.3%を超え
ると針状の化合物を晶出させ靱性を劣化させる。従って
ジルコニウムは0.05%以上0.3%以下とした。
鉄は1.5%までの含有により鋳造合金の熱間割れを防
ぎ、ダイカストの場合では金型への焼付きを防止する効
果があるが、1.5%を超える含有量ではFeAl3あるいはAl
6MnFeなどの晶出物が多くなり合金の強度を低下する。
なおこれらの効果は0.1%以上において発現される。
尚、本発明合金においてT6等の熱処理によりマトリッ
クスの硬さが上昇するためにさらに耐摩耗性は向上す
る。しかしながら鋳造状態で使用しても上記元素の効果
により充分な耐摩耗性、耐焼付性を有する。
(5)実施例 以上本発明を下記実施例によって説明する。
実施例1 本発明と公知合金との比較実施例を示す。
黒鉛ルツボにて所定の原料を溶解し、リン含有フラック
スにて初晶珪素を微細化し、そして脱ガス鎮静後、直径
45mmφ高さ195mmの水冷銅モールドに鋳造し得られ
た鋳塊を第1図及び第2図の形状に切削加工して、耐摩
耗性、及び耐焼付性の試験を行った。試験結果を第1表
及び第2表に示す。
摩耗試験はLFW-1摩擦摩耗式試験機で行った。相手材
はSUJ-2ベアリングアウターレースを使用して実施し
た。
焼付試験は機械試験所型焼付試験機で行った。相手材
はSCR420浸炭材でギアオイル75W−90で行った。第
2表に示すように公知合金であるAC8C、或いは過共
晶シリコン合金である390(AA規格)合金と比較し
ても本発明合金は優れた耐摩耗性を示し、更に耐焼付性
も焼付荷重は300Kg/cm2以上で優れた特性を示して
いる。
実施例2 第3,4表に実施例1より高速冷却のダイカスト法で製
作したサンプルによる試験結果を示す。
本発明合金はダイカスト製サンプルにおいても、公知合
金である390(AA規格)合金と比較して、優れた耐
摩耗性及び耐焼付性を示し、摺動部材としては、安価な
ダイカスト法と組合せて従来になく優れた特性を有して
いる。
上記、本発明合金の水冷モールドによる鋳塊(実施例
1)およびダイカスト法による鋳塊(実施例2)より採
取した各摩耗試験片について、そのミクロン組織を見る
とそれぞれ第3図(合金No.2)および第4図(合金No.
10)に例示するごとく、黒色の初晶珪素粒子と灰色の
Al-Mn-FeあるいはAl-Mn-Fe-Si系の晶出物が多数認めら
れ、これらの晶出物が摺動特性を高めていることが確か
められた。
(6)効果 本発明によるアルミニウム合金は従来の高ケイ素アルミ
ニウム合金と比較して、少量の第三元素添加によって耐
摩耗性及び耐焼付性に格段の向上を達成しているので、
低粘度潤滑油使用状況下におけるシフトフォークなどの
摺動部材としても好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は摩耗試験サンプル、第2図は焼付試験サンプル
をそれぞれ示す図面である。第3図(合金No.2)およ
び第4図(合金No.10)は本発明合金の顕微鏡下(×
120)ミクロ組織写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 徹巳 神奈川県横浜市神奈川区恵比須町2―1 昭和軽金属株式会社加工研究所内 (72)発明者 林 壮一 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 不破 良雄 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 加藤 慎治 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 石川 秀雄 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特公 昭48−41409(JP,B1) 特公 昭52−43762(JP,B2)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量百分率で、珪素15.0%以上23.0%以
    下、銅4.0%超5.5%以下、マグネシウム0.5%以上2.0%
    以下、チタニウム0.05%以上0.3%以下、マンガン0.5%
    以上2.0%以下、クロミウム0.3%超1.0%以下、鉄0.1%
    以上1.5%以下を含有し、残部がアルミニウムと不可避
    的不純物からなる耐摩耗性及び耐焼付性に優れた摺動部
    材用アルミニウム合金。
  2. 【請求項2】重量百分率で、珪素15.0%以上23.0%以
    下、銅4.0%超5.5%以下、マグネシウム0.5%以上2.0%
    以下、チタニウム0.05%以上0.3%以下、マンガン0.5%
    以上2.0%以下、及びクロミウム0.3%超1.0%以下、鉄
    0.1%以上1.5%以下を含有し、さらにニオビウム0.01%
    以上0.1%以下、コバルト0.05%以上0.5%以下、ジルコ
    ニウム0.05%以上0.3%以下、から選ばれた1種または
    2種以上を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不
    純物からなる耐摩耗性及び耐焼付性に優れた摺動部材用
    アルミニウム合金。
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