JPH0949062A - 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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JPH0949062A
JPH0949062A JP22103795A JP22103795A JPH0949062A JP H0949062 A JPH0949062 A JP H0949062A JP 22103795 A JP22103795 A JP 22103795A JP 22103795 A JP22103795 A JP 22103795A JP H0949062 A JPH0949062 A JP H0949062A
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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、Cu:10
〜30%、C:0.1〜5%、S:0.05〜1%、
B:0.05〜1%を含有し、さらに必要に応じてMo
2 :0.5〜2%を含有し、残りがFeと不可避不純
物からなる組成、個々のフェライト相がCu合金結合相
を介して分布し、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、必要に応じて前記フェライト相とCu合金結合相の
界面部にMoS2 が分布した組織、9%以下の気孔率を
有する低気孔Fe−Cu−C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)、Cu:10〜30%、C:
0.1〜5%を含有し、残りがFeと不可避不純物から
なる基本組成を有し、さらに図3に組織拡大模写図で示
されるように、個々のパーライト相がCu合金結合相を
介して分布した組織を有し、さらに9%以下の気孔率を
もった低気孔Fe−Cu−C系焼結合金で構成されてい
ることは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Fe−Cu−C系焼結合金が、図3に示
される通り、相対的に硬質の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Fe−Cu−C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Fe−Cu−C系焼結合金は、図1に組織拡大模写図
で示される通り、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Cu合金結合相を介して分布し、
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Fe−Cu−
C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Fe−Cu−C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Cu合金
結合相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、Cu:10〜30%、
C:0.1〜5%、S:0.05〜1%、 B:
0.05〜1%、を含有し、さらに必要に応じて、Mo
2 :0.5〜2%、を含有し、残りがFeと不可避不
純物からなる組成、個々のフェライト相がCu合金結合
相を介して分布し、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、必要に応じてフェライト相とCu合金結合相の界
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Fe−Cu−C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Fe−Cu−C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) Cu Cu成分には、液相焼結を可能ならしめ、焼結性向上に
寄与して強度を向上させる作用があるが、その割合が1
0%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30%を越えると耐摩耗性が低下するようにな
ることから、その割合を10〜30%、望ましくは15
〜25%と定めた。
【0007】(b) C C成分には、SとB成分の作用でフェライト相内の結晶
粒界に微細な遊離黒鉛として析出し、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5%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0.1〜5%、望ましくは1〜3%と定めた。
【0008】(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0.1〜0.7%と定めた。
【0009】(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
0.05%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1%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0.05〜1%、望ましくは0.2〜0.7%
と定めた。
【0010】(f) MoS2 MoS2 成分には、Cu合金結合相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。
【0011】(g) 気孔率 気孔率が9%を越えると、軸受の強度が低下し、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。
【0012】
【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−10
0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Fe−Cu−C系焼結
合金で構成され、いずれも外径:16mmφ×内径:8mm
φ×長さ:8mmの寸法を有する本発明焼結合金軸受1〜
13および従来焼結合金軸受1〜5をそれぞれ製造し
た。なお、本発明焼結合金軸受1〜13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1〜5はいずれも図3に示される組織を有するもので
あった。
【0013】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、1
00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。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
【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1〜13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、フェライト相と、こ
のフェライト相内に微細に分散分布する遊離黒鉛によっ
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1〜5においては、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Fe−C
u−C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Fe−C
u−C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Fe−Cu
−C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、 Cu:10〜30%、 C:0.1〜5%、 S:0.05〜1%、 B:0.05〜1%、を含
    有し、残りがFeと不可避不純物からなる組成、 個々のフェライト相がCu合金結合相を介して分布し、
    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Fe−Cu−
    C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、 Cu:10〜30%、 C:0.1〜5%、 S:0.05〜1%、 B:0.05〜1%、を含
    有し、さらに、 硫化モリブデン:0.5〜2%、を含有し、残りがFe
    と不可避不純物からなる組成、 個々のフェライト相がCu合金結合相を介して分布し、
    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、フェライ
    ト相とCu合金結合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Fe−Cu−
    C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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