JPS6075544A - 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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JPS6075544A
JPS6075544A JP17928083A JP17928083A JPS6075544A JP S6075544 A JPS6075544 A JP S6075544A JP 17928083 A JP17928083 A JP 17928083A JP 17928083 A JP17928083 A JP 17928083A JP S6075544 A JPS6075544 A JP S6075544A
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Shinji Fukuda
福田 伸二
Tsunehisa Sekiguchi
関口 常久
Tetsumi Tanaka
田中 徹巳
Soichi Hayashi
林 壮一
Yoshio Fuwa
良雄 不破
Shinji Kato
慎治 加藤
Hideo Ishikawa
石川 秀雄
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Toyota Motor Corp
Showa Keikinzoku KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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シ、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1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81のアルミニウム合金が使用され
て来ておシ、従来よル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(2) 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、リンクによって運転席のシフ
トレバ−に連結しておシ、シフトレバ−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、スラスト形のすベシ軸受けであシ、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
材料及びノ・ブスリープ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シ、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シ、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材としては、(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)
A’ 390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
じたシ、摩耗が著しく進行してしまう欠点がおる。
上記(2)のクロムメッキ、モリブデン溶射は耐摩耗性
、及び耐焼付性が優れているものの高価である欠点があ
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
になシ、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(3) 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
であシ、更に上記に示した車両等の駆動変速装置におけ
る回転しているノ1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 本発明の目的は珪素15.0〜23.0%、銅3.5〜
5.5%、マグネシウム0.5〜2.0%、チタニウム
0.05〜0.3%、マンガン0.5〜2.0%、クロ
Sラム0.3〜1.0%を含有し、あるいは珪素15.
0〜23.0チ、銅3,5〜5.5チ、マグネシウム0
.5〜2.0%、チタニウム0.05〜0.3%、マン
ガン(4) 0.3〜2.0チ、クロSラム0.3〜1.0%及び、
ニオビウム0.01〜0.1チ、コバルト0.05〜0
.5チ、ジルコニウム0.05〜0.3チ、鉄1.5%
以下から選ばれた一種、或いは二種以上を合宿し、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
は次の通シである。
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チ以上)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
。一方珪累が23.0チ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
下や被剛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2
3.0%とした。珪素含有量は15.0〜23.0係が
好ましい〇 銅は、過共晶アルミニウムシリコン合金において、3.
0%以上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俤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81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、3.5〜5.5チとした。
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fi
、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S量を粗大化させ、鋳造性も悪化させる為に最
高含有量は、2.0チとした。
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
であシ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At−Tl−8l−系
化合物を晶出し靭性を低下させる。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シ、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AtyMn−Fe 、或
いは、A、4−Mn−Fe−81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ピーカ
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きクロンの粒状
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
シリコン合金よシも優れた耐摩耗性、及び耐焼付性を示
す。しかしながら、2.(l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At−Mn−Fe系又は
At−Mn−Fs −81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%〜2.0
チとした@クロiウムはAt−Cr−8i 、又はAt
−Cr−Fe−8l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υ、AL−Mn−Or−8l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Sラムの含有量が0.3%未満では化合物粒
子の晶出が少な(,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Sラム
の含有量は、0.3〜1.0チとした。
ニオビウムは鋳造合金のマクロ結晶粒の微細化を期待で
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0.01〜0
,1%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シ溶解温度を上昇さ
せる事から0.05〜0.5俤とした。
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靭性を劣化させる。従っ
てジル蔚は0.05〜0,3%とした。
鉄は1.5%までの含有によシ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F e kL
BあるいはAL6MnF eなどの晶出物が多くなシ合
金の強度を低下する。なおこれらの効果は0.1%以上
において発見される。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K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
)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。
黒鉛ルツか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
45m+φ高さ195簡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、及び剛節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。
以下余白 (11) (12) 0摩粍試験は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。
0焼付試験は機械試鋏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おる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300 kfl/an”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よシ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。
以下余白 第4表試験結果 本発明合金はダイカスト製サンプルにおいても、公知合
金でおる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)よシ採取
した各摩耗試験片について、そのミクロ組織を見るとそ
れぞれ第3図(合金A2)および第4図(合金A10)
に例示するごとく、(15) 黒色の初晶珪素粒子と灰色のAJ!−Mn−Feあるい
はAt−Mn−8n−Fe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j=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A2)および
第4図(合金A10)は本発明合金の顕微鏡下(X12
0)Zクロ組織写真である。 tlりA (16) 図面の浄書(内容に変更なし) 第1図 第2図 図面の浄書(内容に変更なし) 手続補正書岨発) 昭和58年10月zz口 特許庁長官 若 杉和夫 殿 1、事件の表示 昭和58年 特許願 第179280号2、発明の名称 摺動部材用アルミニウム合金 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称昭和軽金属株式会社 名称(320))!夕自動車株式会社 4、代理人 (外 4名) 5、補正の対象 (1) 図面(第1図から第4図) 6、補正の内容 (1)浄書した図面を追完致します。(内容に変更なし
) 7、添付書類の目録

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量百分率で、珪素15.0〜23.0%、銅3.
    5〜5.5チ、マグネシウム0.5〜2.0チ、チタニ
    ウム0.05〜0.3俤、マンガン0.5〜2.0俤、
    クロミウム0.3〜1.0%、及び残部アルミニウムと
    不可避的不純物からなシ耐摩耗性、及び耐焼付性に優れ
    た摺動部材用アルミニウム合金。 2、重量百分率で、珪素15.0〜23,0チ、銅3.
    5〜5.5チ、マグネシウム0.5〜2.0チ、チタニ
    ウム0.05〜0.3チ、マンガン0.5〜2.0%。 及びクロミウム0.3〜1.O%を含有し、さらにニオ
    ビウム0,01〜0.1俤、コバルト0.05〜0.5
    チ、ジルコニウム0.05〜0.3%、鉄1.5%以下
    の一種または二種以上含有し、残部がアルミニウム及び
    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。 (” ) QA7
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016121759A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 多摩川精機株式会社 ディテント機構

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JPS4841409A (ja) * 1971-09-29 1973-06-18

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