JPH1046272A - 耐摩耗性に優れる摺動材料 - Google Patents
耐摩耗性に優れる摺動材料Info
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Abstract
に使用されている摺動部材、ワッシャ−などの材料に適
し、特に耐摩耗性に優れ、苛酷な境界潤滑状態におい
て、有効な摺動材料を提案する。 【解決手段】 鋼板の裏金5と、この裏金5の一方の面
上に一体に設けられた焼結軸受層とから成る摺動材料に
おいて、この焼結軸受層は、その基地4中に硬質物の粉
末2が0.5〜20重量%を分散、焼結して成って、基
地4が1〜30重量%Pb、1〜15重量%Snならび
に残部Cuから成る一方、硬質物の粉末2が16.5〜
18.5重量%Cr、27〜30重量%Mo、3.0〜
4.0重量%Siならびに残部Coから成る。
Description
料に係り、なかでも、自動車、産業機械、農業機械等に
使用されている摺動部材、ワッシャ−などの材料に適
し、特に耐摩耗性に優れ、苛酷な境界潤滑状態におい
て、有効な摺動材料に関する。
用される摺動材料のうち、焼結合金から成る摺動材料
は、主として、青銅、鉛青銅などの焼結合金から成って
いる。これら合金は、潤滑油が存在する使用条件下では
良好な摺動特性を持っているが、潤滑油は存在しないか
ほとんど存在しない境界潤滑条件では異常摩耗や焼き付
きを起こす。
性ならびになじみ性にすぐれるPbが全体にわたって分
散しているために、軸受材料又は摺動材料として使用す
ると、良好な潤滑性が保持される。しかし、潤滑条件が
苛酷な境界潤滑条件下では、耐摩耗性に問題があり、し
ばしば異常摩耗を引き起す事例も報告されている。
硬質物として、硬い化合物(Fe3Pなど)の粒子や、
Mo粉末またはCo粉末、更にNi基合金粉末の粒子を
点在させることによって耐焼付性や耐摩耗性を向上させ
ることが提案されている。(特公昭57−50844号
公報参照)。
に、銅青銅基地中に、黒鉛粒子とNi−B化合物の粒子
とを添加した摺動材料が提案されている。(特開平4−
198440号公報参照)
て硬質物として介在させる粒子は、主としてFe3Pや
NiBなどの化合物系粒子であり、結晶性が強いため、
形状は、破砕面がナイフエッヂのような鋭角の形をなす
ものである。このため、摺動材料のうちでも、自動車な
どの軸受として使用すると、軸受そのものの摩耗量が低
減できるが、かえって相手方の軸を摩耗させる。
る場合、通常、切削加工により仕上げる。しかし、この
ような場合でも、あまり硬くなり過ぎると、超硬バイト
でも切削加工が出来ない。このため、切削加工には、ダ
イヤモンドバイトを使用しなければならず、このところ
が加工上の大きな問題点になっている。
も、添加される硬質物の粉末そのものが硬く、とくに、
硬質物の粉末が化合物かビッカ−ス硬さ(Hv)で10
00以上を示すものから成るため、硬さがあまりにも硬
い。また、硬質物の粉末は鉛青銅基地との焼結性も弱
く、このため、添加された硬質物の粉末が摩耗粉として
脱落し、相手方の軸を傷つけてしまう。
する境界潤滑条件に達すると、相手方の軸の荷重は硬質
物の粉末によって受けることになる。このときにも、硬
質物の粉末と鉛青銅基地との焼結性が弱いことから、相
手方の回転軸と硬質物の粉末との間で摩擦熱が発生し、
この摩擦熱が放散しにくいことから、発熱が加速される
と、焼付に至る。
決を目的とし、とくに、銅系焼結合金から成る基地の中
に硬質物の粉末を添加させ介在させて成る摺動材料にお
いて、この硬質物の粉末は、適切な硬度ならびに焼結性
が与えられるものとして構成し、境界潤滑下において
も、より適切な耐摩耗性が与えられ、軸受として使用で
きる摺動部材を提供する。
を有する化合物系添加物が添加されることがなく、配合
される硬質物の粉末は適切な硬さを有するため、相手方
の軸をいためることがない。
末であり、しかも、鉛青銅基地との焼結性も良好であ
り、摩擦熱の熱伝達性も良く、軸受面での温度上昇もわ
ずかである。
摺動部材は、鋼板の裏金と、この裏金の一方の面上に一
体に設けられた焼結軸受層とから成る摺動材料におい
て、この焼結軸受層は、その基地中に硬質物の粉末0.
5〜20重量%を分散、焼結して成って、基地が1〜3
0重量%Pb、1〜15重量%Snならびに残部Cuか
ら成る一方、硬質物の粉末が16.5〜18.5重量%
Cr、27〜30重量%Mo、3.0〜4.0重量%S
iならびに残部Coから成ることを特徴とする。
従来提案されてきた硬質物の粉末は主として化合物系で
あり、いずれもきわめて硬い硬さ、ちなみにHvで10
00以上を有しているし、MoやCoなどの粉末はHv
で200〜500程度で硬さが低く、境界潤滑条件で適
切な性能を達成できない。
化合物系のインゴットを粉砕した結果得られるものであ
るから、形状は、鋭角なエッヂシェイプを示す。
傷つけず、かつその軸に対して適切な形状、硬さを有し
耐摩耗性に優れる硬質物の粉末として金属系合金粉末を
選定した。
面の温度上昇を防止し、熱放散性を高めるために、鉛青
銅基地に対する焼結性を配慮した。
は、化合物系のものとしては構成せずに、合金系のもの
として構成し、組成としては、Co−Mo−Cr系合
金、なかでも、16.5〜18.5重量%Cr、27〜
30重量%Mo、3.0〜4.0重量%Si、残部Co
から成る合金、ちなみに、17.5重量%Cr、28重
量%Mo、3.4重量%Siならびに残部Coから成る
合金が適切であることがわかった。
しては、丸みを帯びた形状とし、このような形状の粉末
は、アトマイズ法によって製造するのがきわめて適切で
あった。
3.4%Si−残部CoのCo基合金の粉末であると、
硬度はHv(ビッカ−ス硬度)で800であって、硬
さ、焼結性など上記の条件が充足できる。
の鉛青銅合金から成る基地の中に、硬さHv(ビッカ−
ス硬度)1350迄の硬質物の粉末を同じ割合で配合し
て軸受から成る摺動材料をつくり、この摺動材料につい
て、硬質物の粉末の硬さHvと相手方の軸の摩耗量(μ
m)との間の関係を求めたところ、次に示す通り、図5
に示す結果が得られた。
し、硬質物の粉末としては、従来例の化合物系粉末の硬
さはことごとく硬さHvが1000以上であるので、硬
さHv1000以上のものとしては、化合物系粉末を用
いた。硬さHv1000以下のものは、Cr−Mo−S
i−Co系の合金の粉末、Hv500以下のものはMo
やCoなどの単体粉末を用いた。
硬度をとり、縦軸は軸受と軸の摩耗量をとり、符号
(イ)で軸受、(ロ)で軸をそれぞれ示す。なお、相手
方の軸の硬さは、図5において(ハ)で示す領域にあ
る。
耗試験すると、Hv1000を超えるような化合物系硬
質物の粉末を5wt%添加すると、試験時間100時間
の長時間の摩耗テストで軸が相当摩耗し、なかでも、硬
さ(Hv)850を境として摩耗量が急速に増加するこ
とがわかった。
物の粉末の硬さが増加すると、それに伴って摩耗量は減
少している。
耗しにくく、その上、相手方の軸を摩耗させないため、
つまり、互いに相容れない条件をバランスさせるのに
は、硬質物の粉末は、硬さはHvで750〜850程度
が有効で適切である。
ほかに、基地との焼結性、なかでも、Pbを含んで、残
部がCu−Snから成る鉛青銅基地との間で焼結性を高
めることが必要である。
粒子として化合物系硬質物の粒子が配合されたものであ
って、これからも焼結性が悪く、放熱性に問題があるこ
とがわかる。すなわち、図3ならびに図4においては、
1は相手方の軸、2は硬質物の粉末、3はPb相、4は
基地、5は鋼の裏金、6は熱流を示す。硬質物の粉末2
と基地4との間の焼結性が悪い場合、硬質物の粉末2の
周りに低融点のPb相3によって囲まれていることにな
り、硬質物の粉末2が、Pb相3が溶融又は軟化したプ
−ルの中に浮いているような状態になる。
の粉末2の間で発生した摩擦熱の熱流6は、Pb相3を
介して基地4の中に放熱しなければならない。
1/10以下と悪い。このため、この悪い熱伝導の障壁
となり、熱放散は大巾に低下する。
2cal/cm・deg・secであり、基地4中のC
uの熱伝導率は0.94cal/cm・deg・sec
である。
硬質物の粉末2としてCr−Mo−Si−Co合金の粉
末が配合され、この硬質物の粉末2が基地4に対して十
分に焼結されている場合は、図1ならびに図2に示され
るようになる。なお、図1ならびに図2の各符号は図3
ならびに図4と同等のものを示す。
2が十分に焼結されていることもあって、各粉末2の粒
子の周囲にはPb相3の存在が少なく、摩擦熱による熱
流6はスム−ズに基地4ならびに裏金5へ放散され、表
面の温度上昇を抑えることが出来る。
めて重要で潤滑油が乏しい場合や、潤滑油の粘度が低い
場合は、硬質物の粉末と相手方の軸との間の発熱量も大
きくなり、潤滑油による熱の放散も期待出来なくなる。
このことから、基地への熱放散性は重要な意味をもって
いる。
場合は、Pb相の表面における消耗も少なくなり、安定
した潤滑状態を保つことが出来る。
焼結性は、熱の放散性という観点からは密接な関係があ
る。このところは、硬質物の粒子の基地に対する焼結性
は、キャビテ−ションテストを施すことで確認すること
が出来る。
しては、次の条件を持っていることが必要である。 (1)、硬質物の粉末の硬さがHvで750〜850程
度であること、(2)、基地との焼結性が良いこと、
(3)、なお、このほかに、硬質物の粉末の形状が丸み
を帯びた形であることが好ましい。
質物の粉末として、Co基合金、なかでも、Co−Mo
−Cr−Si系合金、とくに、16.5〜18.5重量
%Cr、27〜30重量%Mo、3.0〜4.0重量%
Siならびに残部Coから成る硬質物の粉末が適切であ
る。
状、球状に近く、更に、一部に丸味がある形状に調整す
るのが好ましいが、粉末の粒径は100μm若しくはそ
れ以下に調整するのが好ましい。この粒径であると、1
00μm以上のものに較べると、分散性が向上し、添加
量が少なくとも、耐摩耗性を一層向上させることができ
る。
と硬質物の粉末とに分けて説明すると、次のとおりであ
る。
1〜15%Snを含み、残部がCuから成っている。 Pb(1〜30%) Pbは軟質成分であって潤滑性に寄与し、なかでも、潤
滑油がほとんど存在しない境界潤滑などのときには、基
地中のPb相を多くすることによって摩耗量を低減でき
る。しかし、Pb1%未満では、添加の効果はない。P
b30%を超えると、合金強度が低下するほか、あま
り、Pbが多いと、摺動時に溶融し、上記の通り、Pb
相のプ−ルを生成する可能性があり、このため、30%
以下が好ましい。 Sn(1〜15%) Snは基地中においてCuと合金化して、基地強度を高
める。Sn1%未満ではその効果は少なく、Sn15%
を超えると、Cu−Sn化合物を生成して、脆弱になる
ほか、この化合物が基地中においてきわめて硬い硬質物
の粉末を配合した場合と同じ挙動を示し、Sn15%以
下が好ましい。
5〜20%配合する)、 この硬質物の粉末はCo基合金の粉末であって、Cr−
Mo−Si−Coから成っている。この粉末の各粒子に
おいて、各成分、Cr、Mo、Si、CoはCo基地中
に硬質相が析出しており、なかでも、Crによって硬質
相を生成させる。ちなみに、この硬質相の硬さ(Hv)
は1100程度である。このような構成によって適切な
硬さと良好な焼結性を与える。 Cr(16.5〜18.5%) Crは硬さ(Hv)1000程度の硬質相を生成する。
しかし、Crがあまり多いと、硬い硬質相が多くなって
硬質物の粉末の硬さが硬くなり過ぎ、硬化物の粉末を基
地粉末に対して20%まで配合すると、摺動材料として
あまり硬くなり過ぎて好ましくない。このところから、
硬質物の粉末の硬さ(Hv)750〜850に保つのに
は、他の成分とのバランスから16.5〜18.5%が
適切である。 Mo(27〜30%) Cr、Coと共に硬質相を生成しかつ基地硬さの向上に
も寄与し、基地との焼結性を向上させる。このため、他
の成分とのバランスから、適切な硬さや焼結性などの上
から、27〜30%が好ましい。 Si(3.0〜4.0%) SiはCo合金を溶解する時にフラックスとして使わ
れ、高温(1900〜2000℃)の溶製時のCoの酸
化をおさえるのにどうしても必要である。したがって、
溶製時のSiの溶入はどうしてもまぬがれない。一方、
Siは硬化成分と知られるが、Si単相による硬化の程
度はCrによる硬化相の析出による場合に較べるとやや
低いし、Siは焼結性に寄与する。この点、Si3.0
〜4.0%の範囲では、Coとの化合物も生成せず、硬
さ(Hv)750〜850の範囲に保つのに適切であ
り、Siの混入を3.0〜4.0%の範囲内におさえる
溶製であると、Co合金の溶製も支障なくできる。 Co残部 Coは他の成分に較べるときわめて高価であり、なるべ
く少ないのが望ましいが、耐摩耗性や、良好な焼結性を
与える上からは、Coベ−スとするのが好ましい。
のとして0.5〜20%配合する。
の添加ではその効果はなく、20%を超えると、基地中
に硬質物の粒子が連結して存在するようになり、基地自
体の焼結性を阻害する。
の粉末粒度にすることが必要である。
加工性ならびに性能は硬質物の粉末の粒度に依存する。
例えば、硬質物の添加量が同一であっても、粗粒(15
0〜50μm)のものに比べ、細粒、なかでも50μm
以下にすると、硬くても軸摩耗量が減少し、硬質物の粉
末の分散性は一層向上し、結果的に、この分散性の向上
が耐摩耗性の向上につながる。
質物の粉末の粒径が粗い場合には、軸受層の内面仕上げ
加工(要するに、通常の機械加工)において、どうして
も、表面粗さ(Ra)は1.0〜1.2μmとなる。こ
れに対し、細粒(50μm以下)の場合は、表面粗さ
(Ra)が0.5〜0.3μmになり、平滑度は大巾に
向上する。
示す軸受層表面の拡大写真を見ると、硬質物の粉末の粗
い場合は(図6参照)、基地と添加される硬質物の粉末
粒子との間にすき間が見られ、更に、機械加工によるバ
イトの切削時に、硬質物の粒子が変形を受けた形跡がみ
られる。これに対し、細粒の硬化物の粉末を添加した場
合には、硬質物の粉末は緻密に基地中に埋収されてお
り、有効な仕上げ状態になってきわめて平滑な軸受面が
得られる。
1〜No.12を用意した。各摺動材料は基地を成す基
地粉末中に、硬質物の粉末2.5〜10%を配合して全
体として100%に成る様に混合し、裏金を成す鋼板上
にこの混合粉末を所定厚さに散布した。
℃にて10〜30分加熱焼結した。
摺動材料No.1〜6の硬質物の粉末は、いずれも、C
o系粉末であって、その組成は28%Mo−17.5%
Cr−3.5%Si−残部Coから成って、これら各成
分はCo基地中に硬質相を析出し、粒径は50μm以下
である。また、摺動材料No.7〜12はいずれも比較
例を示し、摺動材料No.7ならびに10は硬質物の粉
末としてNi−Bの化合物粉末を配合し、摺動材料N
o.8ならびに11は硬質物の粉末としてFe3Pの化
合物粉末を配合し、摺動材料No.9ならびに12は硬
質物の粉末が添加されていない。
について、圧延、再焼結ならびに圧延の各処理を施し、
摺動材料No.1〜12を得た。
であり、密度を100%まで上げた。再焼結は、700
〜900℃の温度で、より強固な基地をつくるために行
なったものである。
2.20mmであり、これら材料を用いて摩擦摩耗特性
を調査するために、内径20mm、長さ20mm、厚さ
2.0mmのブシュをつくり、摩耗試験した。
である。
して用い、境界潤滑に近いテスト条件とし、軸受の摩耗
量相手方の軸の摩耗量、更に、軸受の背面温度を測定し
た。この測定結果は、表2に示す。
用した各摺動材料No.1〜6(本発明に係るもの)
は、基地の組成にかかわらず、相手方の軸の摩耗も少な
いほか、軸受層の摩耗も1.0〜3.7μmという低摩
耗量を示し、背面温度も60〜75℃であって、比較例
No.7〜12に較べて、熱放散性が良好ですぐれた結
果を示した。
の粉末であるCo系合金粉末において、Crを8%、S
iを2.5%まで低減させ、これらの粉末を添加配合し
た。この摺動材料であると、軸受側の摩耗量は1.0〜
2.0μm更に増加し、背面温度も最大で12℃高くな
った。
した方が、摩耗量も少なく、更に、比較例としての摺動
材料No.7、8においては、基地中のPb相が多くな
っているのにも拘らず、Pb相の少ない本発明の摺動材
料No.5に較べて、軸受摩耗量も多く、本発明に係る
ものがすぐれていることがわかる。
較例と比べ軸の損耗がきわめて少なく、より苛酷な境界
潤滑下においても、すぐれた耐摩耗性を示し摺動部材を
得ることが出来る。
体に設けられた焼結軸受層が基地中に硬質物の粉末0.
5〜20%を分散焼結して成る摺動材料であって、この
硬質物の粉末は、16.5〜18.5%Cr、27〜3
0%Mo、3.0〜4.0%Siを含み、残部がCuか
ら成っている。
も、すぐれた耐摩耗性を示すほか、相手方の軸の摩耗量
も大巾に低減できる。
生しても、硬質物の粉末が上記組成から成って各成分が
Co基地中に析出しているため、焼結軸受層の基地中に
硬質物の粉末が均一に分散されて焼結性がきわめて良好
であり、摩擦熱は基地が主としてCuから成るところを
利用して、熱放散が促進できる。
であると、粉末の分散性が高められ、耐摩耗性が一層向
上する。
示す説明図である。
である。
ある。
である。
耗量との関係を示すグラフである。
た場合の軸受層の拡大写真である。
の軸受層の拡大写真である。
た場合の軸受層の金属組織を示す顕微鏡写真である。
の軸受層の金属組織を示す顕微鏡写真である。
Claims (5)
- 【請求項1】 鋼板の裏金と、この裏金の一方の面上に
一体に設けられた焼結軸受層とから成る摺動材料におい
て、 この焼結軸受層は、その基地中に硬質物の粉末0.5〜
20重量%を分散、焼結して成って、前記基地が1〜3
0重量%Pb、1〜15重量%Snならびに残部Cuか
ら成る一方、前記硬質物の粉末が16.5〜18.5重
量%Cr、27〜30重量%Mo、3.0〜4.0重量
%Siならびに残部Coから成ることを特徴とする耐摩
耗性に優れる摺動材料。 - 【請求項2】 前記硬質物の粉末がビッカ−ス硬さ(H
v)で750〜850であることを特徴とする請求項1
記載の耐摩耗性に優れる摺動材料。 - 【請求項3】 前記硬質物の粉末中に含まれるCr、M
o、SiおよびCoの各成分がCo基地と硬質析出物の
2相から成ることを特徴とする請求項1記載の耐摩耗性
に優れる摺動材料。 - 【請求項4】 前記硬質物の粉末が丸味をおびた形状か
ら成ることを特徴とする請求項1記載の耐摩耗性に優れ
る摺動材料。 - 【請求項5】 前記硬質物の粉末を粒径50μm以下に
調整することを特徴とする請求項1記載の耐摩耗性に優
れる摺動材料。
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-
1996
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