JPH0949047A - 相手攻撃性の低い耐摩耗性焼結合金軸受 - Google Patents

相手攻撃性の低い耐摩耗性焼結合金軸受

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JPH0949047A
JPH0949047A JP21980195A JP21980195A JPH0949047A JP H0949047 A JPH0949047 A JP H0949047A JP 21980195 A JP21980195 A JP 21980195A JP 21980195 A JP21980195 A JP 21980195A JP H0949047 A JPH0949047 A JP H0949047A
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JP
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sintered alloy
distributed
ferrite phase
component
low
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Sekihin You
楊  積彬
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Mitsubishi Materials Corp
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Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 相手攻撃性の低い耐摩耗性焼結合金軸受を提
供する。 【解決手段】 焼結合金軸受を、重量%で、Fe:40
〜60%、Sn:0.1〜5%、C:0.1〜2%、
S:0.05〜1%、B:0.01〜0.5%を含有
し、さらに必要に応じてMoS2 :0.5〜2%を含有
し、残りがCuと不可避不純物からなる組成、Cu−S
n系合金の素地に、フェライト相が分散分布し、かつ前
記フェライト相内にはS成分を核として成長した遊離黒
鉛が分散分布し、さらに前記フェライト相の表面および
結晶粒界にそってB成分が分布し、必要に応じて前記素
地とフェライト相の界面部にMoS2 が分布した組織、
および9%以下の気孔率を有する低気孔Cu−Fe−S
n系焼結合金で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、相手材である回
転軸に対するなじみ性にすぐれ、かつ自己潤滑性にもす
ぐれているので、苛酷な条件下での実用に際しても、き
わめて低い相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を示す焼結
合金軸受に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に各種駆動装置には、相手材
である回転軸の支持部材として焼結合金軸受が用いられ
ており、この焼結合金軸受が、重量%で(以下、組成に
関する%は重量%を示す)、Fe:40〜60%、S
n:0.1〜5%、C:0.1〜2%を含有し、残りが
Cuと不可避不純物からなる組成、並びに図3に組織拡
大模写図で示されるように、Cu−Sn系合金の素地に
パーライト相が分散分布した組織を有し、さらに9%以
下の気孔率を有する低気孔Cu−Fe−Sn系焼結合金
で構成されていることも良く知られるところである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の駆動装置
の高性能化および小型化、さらに高出力化はめざまし
く、これに伴ない、駆動装置の構造部材である回転軸の
回転は高速化し、かつこれへの負荷は高荷重となる傾向
にあるが、上記の従来焼結合金軸受においては、これを
構成する低気孔Cu−Fe−Sn系焼結合金が、図3に
示される通り素地中に存在するパーライト相が原因で、
相手材である回転軸に対するなじみ性が低く、さらに自
己潤滑性も十分でなく、したがって高速回転および高荷
重条件では相手攻撃性が強く現われ、かつ摩耗進行も加
速されるようになるのが避けられないのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、特になじみ性および自己潤滑性
のすぐれた焼結合金軸受を開発すべく、特に上記の従来
焼結合金軸受に着目し研究を行なった結果、上記の従来
焼結合金軸受を構成する低気孔Cu−Fe−Sn系焼結
合金に、合金成分としてSとBを含有させると、前記S
成分が核となって遊離黒鉛が析出し、この遊離黒鉛の成
長をB成分が促進するように作用することから、前記低
気孔Cu−Fe−Sn系焼結合金は、図1に組織拡大模
写図で示される通り、Cu−Sn系合金の素地に、硬質
のパーライト相に代って主体がFeのフェライト相が分
散分布し、このフェライト相内の結晶粒界にそってS成
分が核となって成長した微細な遊離黒鉛が分散分布し、
かつフェライト相の表面および結晶粒界にそってB成分
が分布した組織をもつようになり、この結果の低気孔C
u−Fe−Sn系焼結合金は、軟質のフェライト相と遊
離黒鉛によってすぐれたなじみ性と自己潤滑性をもち、
さらに前記低気孔Cu−Fe−Sn系焼結合金に硫化モ
リブデン(以下、MoS2 で示す)を含有させると、同
じく図2の組織拡大模写図で示される通り、フェライト
相と素地の界面部に分布して自己潤滑性が一段と向上し
たものになることから、焼結合金軸受として高速回転お
よび高荷重条件での実用に際しても相手攻撃性が著しく
低く、かつすぐれた耐摩耗性を発揮するという研究結果
を得たのである。
【0005】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、Fe:40〜60%、 S
n:0.1〜5%、C:0.1〜2%、 S:
0.05〜1%、B:0.01〜0.5%、を含有し、
さらに必要に応じて、MoS2 :0.5〜2%、を含有
し、残りがCuと不可避不純物からなる組成、Cu−S
n系合金の素地に、フェライト相が分散分布し、かつ前
記フェライト相内にはS成分を核として成長した遊離黒
鉛が分散分布し、さらに前記フェライト相の表面および
結晶粒界にそってB成分が分布し、必要に応じて前記素
地とフェライト相の界面部にMoS2 が分布した組織、
および9%以下の気孔率、を有する低気孔Cu−Fe−
Sn系焼結合金で構成してなる、相手攻撃性の低い耐摩
耗性焼結合金軸受に特徴を有するものである。
【0006】つぎに、この発明の焼結合金軸受におい
て、これを構成する低気孔Cu−Fe−Sn系焼結合金
の成分組成および気孔率を上記の通りに限定した理由を
説明する。 (a) Fe Fe成分には、素地に分散分布するフェライト相を形成
してなじみ性を向上させる作用があるが、その割合が4
0%未満では相対的にフェライト相の割合が少なくなり
すぎて、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方
その割合が60%を越えると、相対的に素地の割合が少
なくなりすぎて強度が低下するようになることから、そ
の割合を40〜60%、望ましくは45〜55%と定め
た。
【0007】(b) Sn Sn成分には、Cuに固溶して素地のCu−Sn系合金
を形成し、強度を向上させる作用があるが、その割合が
0.1%未満では所望の強度を確保することができず、
一方その割合が5%を越えると素地に脆化傾向が現わ
れ、相手攻撃性が増すようになることから、その割合を
0.1〜5%、望ましくは1〜3%と定めた。
【0008】(c) C C成分には、SとB成分の作用でフェライト相内の粒界
に微細な遊離黒鉛として析出し、かつ成長して自己潤滑
性を向上させる作用があるが、その割合が0.1%未満
では遊離黒鉛の分布割合が少なすぎて所望の自己潤滑性
を確保することができず、一方その割合が2%を越える
と完全な黒鉛化が困難になり、セメンタイトが析出する
ようになって相手攻撃性が高くなることから、その割合
を0.1〜2%、望ましくは0.5〜1.5%と定め
た。
【0009】(d) S S成分は、上記の通り遊離黒鉛の析出には不可欠の成分
であり、したがってその割合が0.05%未満では黒鉛
化が不十分となって所望の自己潤滑性が得られず、その
分セメンタイトが析出して相手攻撃性を増すようにな
り、一方その割合が1%を越えると急激に脆化し、強度
が低下するようになることから、その割合を0.05〜
1%、望ましくは0.2〜0.7%と定めた。
【0010】(e) B B成分には、フェライト相の表面および結晶粒界にそっ
て分布して、フェライト相内の粒界にS成分を核として
析出した遊離黒鉛を成長させる、いいかえればパーライ
ト相のセメンタイトを黒鉛化して前記パーライト相をフ
ェライト相と遊離黒鉛にする作用があるが、その割合が
0.01%未満では黒鉛化が不十分で、残留パーライト
による相手攻撃性は避けられず、かつ所望の自己潤滑性
も得られず、一方その割合が0.5%を越えると焼結性
が低下し高強度を確保することができなくなることか
ら、その割合を0.01〜0.5%、望ましくは0.1
〜0.3%と定めた。
【0011】(f) MoS2 MoS2 成分には、上記の通り素地とフェライト相の界
面部に分布して自己潤滑性を一段と向上させる作用があ
るので必要に応じて含有されるが、その割合が0.5%
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その割
合が2%を越えると強度が急激に低下するようになるこ
とから、その割合を0.5〜2%、望ましくは0.5〜
1.5%と定めた。
【0012】(g) 気孔率 気孔率が9%を越えると、軸受の強度か低下し、特に高
強度が要求される場合に対応することができなくなるこ
とから、気孔率を9%以下、望ましくは7%以下と定め
た。
【0013】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の焼結合金軸受
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、粒
度:−100メッシュのアトマイズFe−S合金(S:
0.3%含有)粉末、同−100メッシュのアトマイズ
Fe粉末、同−150メッシュの電解Cu粉末、同−1
00メッシュのSn粉末、同−100メッシュのCu−
Sn合金(Sn:9%含有)粉末、同−150メッシュ
のりん片状黒鉛粉末、同−100メッシュのFe−B合
金(B:5%含有)粉末、および同−100メッシュの
MoS2 粉末を用意し、これら原料粉末を表1,2に示
される配合組成に配合し、これに潤滑剤として0.4%
のステアリン酸亜鉛を添加してV型ミキサーにて30分
間混合した後、3.5〜5ton/cm2 の範囲内の所定の圧
力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、アンモニア
分解ガス雰囲気中、850〜950℃の範囲内の所定温
度に30分間保持の条件で焼結して、同じく表1,2に
示される気孔率および配合組成と実質的に同一の成分組
成をもった低気孔Cu−Fe−Sn系焼結合金で構成さ
れ、いずれも外径:16mmφ×内径:8mmφ×長さ:8
mmの寸法を有する本発明焼結合金1〜15、および従来
焼結合金軸受1〜7をそれぞれ製造した。なお、本発明
焼結合金軸受1〜15はいずれも図1または図2に示さ
れる組織を有し、また従来焼結合金軸受1〜7はいずれ
も図3に示される組織を有するものであった。
【0014】ついで、この結果得られた各種の焼結合金
軸受のそれぞれを、合成油を真空浸油した状態で、図4
に概略正面図で示されるラジアル式摩擦試験機の支持治
具1に嵌め込み、これにS45C(炭素鋼)製回転軸3
を25μmのクリアランスで挿通し、前記回転軸3に焼
結合金軸受2、支持治具1、およびボールベアリング4
を介して20kgf/cm2 の高荷重Wをかけた状態で前記回
転軸を10,000rpm の回転数で高速回転させ、10
0時間運転の摩耗試験を行ない、試験後、焼結合金軸受
および回転軸の最大摩耗深さを測定した。この測定結果
を表1,2に示した。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【発明の効果】表1,2に示される結果から、本発明焼
結合金軸受1〜15は、いずれも高速回転および高荷重
運転の苛酷な条件にもかかわらず、基本的に素地中に分
散分布するフェライト相とこれに分散分布する微細な遊
離黒鉛によってすぐれたなじみ性と自己潤滑性を具備す
ることから、相手材である回転軸の摩耗少なく、すなわ
ち低い相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を示すのに対し
て、従来焼結合金軸受1〜7においては、素地中に分散
分布する硬質のパーライト相が原因で、上記の苛酷な条
件下では著しく高い相手攻撃性を示すばかりでなく、な
じみ性にも劣るので偏摩耗が発生し易いことが明らかで
ある。上述のように、この発明の焼結合金軸受は、相手
材である回転軸に対するなじみ性にすぐれ、かつ自己潤
滑性にもすぐれているので、苛酷な条件下でも、きわめ
て低い相手攻撃性で、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って
発揮するのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明焼結合金軸受を構成する低気孔Cu−F
e−Sn系焼結合金の組織拡大模写図である。
【図2】本発明焼結合金軸受を構成する低気孔Cu−F
e−Sn系焼結合金の組織拡大模写図である。
【図3】従来焼結合金軸受を構成する低気孔Cu−Fe
−Sn系焼結合金の組織拡大模写図である。
【図4】ラジアル式摩擦試験機を示す概略正面図であ
る。
【符号の説明】
1 支持治具 2 焼結合金軸受 3 回転軸 4 ボールベアリング 5 ロードセル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 Fe:40〜60%、 Sn:0.1〜5%、 C:0.1〜2%、 S:0.05〜1%、 B:0.01〜0.5%、を含有し、残りがCuと不可
    避不純物からなる組成、 Cu−Sn系合金の素地に、フェライト相が分散分布
    し、かつ前記フェライト相内にはS成分を核として成長
    した遊離黒鉛が分散分布し、さらに前記フェライト相の
    表面および結晶粒界にそってB成分が分布した組織、 および9%以下の気孔率、を有する低気孔Cu−Fe−
    Sn系焼結合金で構成したことを特徴とする相手攻撃性
    の低い耐摩耗性焼結合金軸受。
  2. 【請求項2】 重量%で、 Fe:40〜60%、 Sn:0.1〜5%、 C:0.1〜2%、 S:0.05〜1%、 B:0.01〜0.5%、 硫化モリブデン:0.5〜2%、を含有し、残りがCu
    と不可避不純物からなる組成、 Cu−Sn系合金の素地に、フェライト相が分散分布
    し、かつ前記フェライト相内にはS成分を核として成長
    した遊離黒鉛が分散分布し、さらに前記フェライト相の
    表面および結晶粒界にそってB成分が分布すると共に、
    前記素地とフェライト相の界面部に硫化モリブデンが分
    布した組織、 および9%以下の気孔率、を有する低気孔Cu−Fe−
    Sn系焼結合金で構成したことを特徴とする相手攻撃性
    の低い耐摩耗性焼結合金軸受。
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