JPH0949063A - 相手攻撃性の低い耐摩耗性Fe基焼結合金軸受 - Google Patents

相手攻撃性の低い耐摩耗性Fe基焼結合金軸受

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JPH0949063A
JPH0949063A JP22103895A JP22103895A JPH0949063A JP H0949063 A JPH0949063 A JP H0949063A JP 22103895 A JP22103895 A JP 22103895A JP 22103895 A JP22103895 A JP 22103895A JP H0949063 A JPH0949063 A JP H0949063A
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JP
Japan
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sintered alloy
alloy
distributed
phase
bearing
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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Fe基焼結合金軸
受を提供する。 【解決手段】 焼結合金軸受を、重量%で、Cu:1〜
20%、C:0.5〜3%、S:0.02〜1%、B
N:0.1〜4%、Mo:0.1〜4%を含有し、さら
に必要に応じてSn:0.1〜5%、Zn:0.1〜3
%、およびP:0.05〜0.6%のうちの1種以上を
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とCu合金
結合相の界面部にBNが分布した組織、および9%以下
の気孔率を有するFe基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Fe
基焼結合金軸受(以下、焼結合金軸受という)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:1〜20%、C:
0.5〜3%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2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Fe基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Fe基焼結合金に図2に示される通り、相対的
に硬質のパーライト相が存在することが原因で、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Fe基焼結合金に、合金成分と
してSと窒化ほう素(以下、BNで示す)、望ましくは
六方晶窒化ほう素(以下、hBNで示す)を含有させる
と、パーライト相内の結晶粒界にそって析出したS成分
を核として遊離黒鉛が析出し、この遊離黒鉛の成長が同
じくパーライト相とCu合金結合相の界面部にそって分
布したBN成分によって著しく促進されることから、前
記パーライト相はFeを主体としたフェライト相と遊離
黒鉛に変り、図1に組織拡大模写図で示される組織をも
つようになり、この結果Fe基焼結合金はフェライト相
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
ったものになり、さらに加えてMoを含有させると、前
記フェライト相に固溶して強度を向上させ、またSn,
Zn、およびPを含有させると、これらの成分はいずれ
もCu合金結合相に固溶してなじみ性を向上させること
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:1〜20%、
C:0.5〜3%、S:0.02〜1%、 BN:
0.1〜4%、Mo:0.1〜4%、を含有し、さらに
必要に応じて、Sn:0.1〜5%、 Zn:0.
1〜3%、P:0.05〜0.6%、のうちの1種また
は2種以上、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
とCu合金結合相の界面部にBNが分布した組織、およ
び9%以下の気孔率、を有するFe基焼結合金で構成し
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Fe基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
%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20%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1〜20%、望ましくは5〜15
%と定めた。
【0007】(b) C C成分には、SとBN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0.5%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3%を越え
ると相対的に多量の黒鉛が析出するようになって強度低
下が避けられないことから、その割合を0.5〜3%、
望ましくは1〜2.5%と定めた。
【0008】(c) 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0.02%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0.02〜
1%、望ましくは0.1〜0.7%と定めた。
【0009】(d) BN BN成分には、フェライト相とCu合金結合相の界面部
に分布して、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
0.1%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4%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0.1〜4%、望ましくは1〜2.5%と定め
た。
【0010】(e) Mo Mo成分には、フエライト相に固溶して強度を向上させ
る作用があるが、その割合が0.1%未満では所望の強
度向上効果が得られず、一方その割合が4%を越える
と、炭化物を形成して軸受特性を損なうようになること
から、その割合を0.1〜4%、望ましくは1〜2.5
%と定めた。
【0011】(f) Sn,Zn、およびP これらの成分には、主としてCu合金結合相に固溶して
なじみ性を向上させる作用があるので、必要に応じて含
有させるが、その割合が、それぞれSn:0.1%未
満、Zn:0.1%未満、およびP:0.05%未満で
は前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その割合
がそれぞれSn:4%、Zn:3%、およびP:0.6
%を越えると急激に脆化するようになることから、その
割合をそれぞれSn:0.1〜4%、望ましくは0.5
〜2%、Zn:0.1〜3%、望ましくは0.5〜1
%、およびP:0.05〜0.6%、望ましくは0.1
〜0.3%と定めた。
【0012】(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。
【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メッシュのりん片状黒鉛粉末、同−100メッシュ
のhBN粉末、同−100メッシュのMo粉末、同−1
00メッシュのCu−Sn合金(Sn:9%含有)粉
末、同−100メッシュのCu−Zn合金(Zn:30
%含有)粉末、Cu−P合金(P:8%含有)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、1000〜1250℃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Fe基焼結合で構成され、いずれも外径:16mmφ×
内径:8mmφ×長さ:8mmの寸法を有する本発明焼結合
金軸受1〜21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1〜21はいず
れも図1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2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3
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3に示した。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【表3】
【0018】
【発明の効果】表1〜3に示される結果から、本発明焼
結合金軸受1〜21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Fe基焼結合金
の組織拡大模写図である。
【図2】従来焼結合金軸受を構成するFe基焼結合金の
組織拡大模写図である。
【図3】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:1〜20%、 C:0.5〜3%、 S:0.02〜1%、 窒化ほう素:0.1〜4
    %、 Mo:0.1〜4%、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とCu
    合金結合相の界面部に窒化ほう素が分布した組織、 および9%以下の気孔率、を有するFe基焼結合金で構
    成したことを特徴とする相手攻撃性の低い耐摩耗性Fe
    基焼結合金軸受。
  2. 【請求項2】 重量%で、 Cu:1〜20%、 C:0.5〜3%、 S:0.02〜1%、 窒化ほう素:0.1〜4
    %、 Mo:0.1〜4%、を含有し、さらに、 Sn:0.1〜5%、 Zn:0.1〜3%、 P:0.05〜0.6%、のうちの1種または2種以
    上、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とCu
    合金結合相の界面部に窒化ほう素が分布した組織、 および9%以下の気孔率、を有するFe基焼結合金で構
    成したことを特徴とする相手攻撃性の低い耐摩耗性Fe
    基焼結合金軸受。
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Cited By (2)

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