JPS61133357A - 加工性および耐焼付性にすぐれた軸受用Ｃｕ合金 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、塑性加工性、切削加工性にすぐれ、かつ耐焼
付性等のすべり軸受性能にすぐれた軸受用Ｃｕ合金に関
する。

［従来の技術］ 一般に、すべり軸受材料として具備すべき要件は静的お
よび動的負荷に対する強度の大なること、局部的外圧に
対して容易に降伏して軸になじみ易いこと、ｒＲＷＩ性
良好で油によくなじむこと、耐摩耗性大かつ摩擦係数小
で、かじり難いこと、熱膨張係数が小であること等があ
げられる。上記諸特性はそれぞれ相矛盾するものが見ら
れ、たとえばｍ滑油になじみ易いことと、かじり難いこ
とは両立しうるがこれらと静的、動的強度の高いこと、
すなわち圧縮強度が高いことと、つかれ強度の高いこと
は両立し難いものである。

従来、銅基合金、とくに黄銅すなわちＣｕ　−Ｚｎ系の
軸受材料として提案されている合金はおびただしい数に
上るが、いづれも軸受材として要求される上記緒特性改
善のため第３、第４成分等の適量を添加することによっ
て効果を達成する提案であり、著名な合金としてはケル
メツト、ＬＢＣ，ＰＢＣ，５ＡＥ６４０などがあげられ
、あるいは斯様な規格合金の他いくつかの同程材料の提
唱が見られる。（たとえば特公昭５５−５１５０２　。

５９−２５９３９等）斯様な提案合金の基調をなすのは
第３、第４成分等の、いわゆるギエ−（Ｇｕｉｌｌｅｔ
）のＺｎ当隋と称される概念の下に、合金のＺｎｆｆ１
に対し、ある特性改善のために一定当量の第３、第４成
分等を添加するという技術思想にもとづくものである。

しかるにこれらの合金は一般機械の軸受材としては一応
の目的を達成してはいるが、電気機器、特にＶ　Ｔ　Ｒ
ｍ受部品のような各種精′ｆｉ機器軸受用としては性能
的に十分な満足が得られているとは云い難く、したがっ
て従来においては使用目的に応じてその都度材料選択を
余儀なくされる状態であり、格別好適な材料開発は実現
されていない実状にある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記従来技術の不備にかん□がみ軸受材料とし
て要望されるすぐれた耐荷重性、耐摩耗性、耐焼付き性
を有し、被削性良好で、しかも製造容易な軸受用銅基台
金材料を提供することにある。

特に近年、電気機器たとえばＶＴＲ用軸受部品は小型化
、精密化の傾向にあり、必ずしも従来の高速、高荷重に
的をしぼった軸受材では十分な性能が得られないレベル
に達している。

このような要求を満足するため本発明は合金組、） 成および金属間化合物のｍ比さらに金属組織を制御する
ことにより、なじみ性、耐摩耗性良好で、しかも静的な
らびに動的強度の高い軸受材を提供することを可能にし
たものである。

Ｅ問題点解決の手段および作用１ 本発明の合金はその雪山組成においてＣｕ５０〜７５％
、Ｍｎ　　１．５〜４．０％、Ａｉ　１．０〜２．５％
、Ｎｉ０．３〜１．５％、Ｓｉ０．５〜２．０％と、Ｐ
ｂＯ，１〜１．５％、Ｂ　ｉ　０．１〜１．５％、１−
ｅ（１．０５〜０．５％のうち１種もしくは２種以上を
含有し、残部はＺｎと不可避的不純物から成る組成を有
するものであり、またＣｕ５０〜７５％、Ｍｎ１．５〜
４．０％、Ａ吏　１．０〜２．５％、Ｎｉ０．３〜１．
５％、Ｓｉ０．５〜２．０％と、Ｐｂ０．１〜１．５％
、Ｂｉ０．１〜１．５％、Ｔｅ　Ｏ，０５〜（１．５％
のうち１種もしくは２種以上とＴｉおよび／ＵべはＺｒ
０．１〜１．０％を含有し残部はｚｎと不可避的不純物
から成る組成を有するものであって、しかも結晶粒の大
きさが平均８０μｍ以下、金属間化合物の晶出物または
析出物から成る第二相粒子の大きさが、平均１０μ瓦以
下であり、かつ任意断面におけるその面積率が１７％を
超えない組織から成る加工性および耐焼付性°にすぐれ
た軸受用Ｑｕ金合金ある。

すなわち高力黄銅系合金に耐摩耗性、なじみ性を付加し
加工性と耐焼付性を向上するためＣｕ　−Ｚｎの基元素
にＭｎ　、Ａｌ．Ｎｉ　、Ｓｉ　と、Ｐｂ。

加した合金である。

黄銅系合金は扉面摩耗に対するすぐれた耐性を有してお
り、したがって一般軸受として使用されることは公知で
ある。しかも油膜破断を生ずるような潤滑状態が良くな
い用途には黄銅系が良好な特性を示すことが実験の結果
得られたのでこれにもとづいて本発明に到達したもので
ある。

本発明におけるＣｕ　、Ｚｎ以外の添加成分の特徴とそ
の組成範囲の作用について次に述べる。

Ｍｎは固溶強化元素であり本合金の強度、硬度向上に寄
与する元素である。Ｓｉ　と金属間化合物Ｍｎ　　Ｓ１
３を形成し耐摩耗性を向上づる。Ｍｎ含有量１．５重怨
％未満におい２てはその効果は少く、４．０％を超える
切削加〕：性劣化をもたらす。

ｐｂおよびＳｉは０．１重量％未満においては被削性を
改善する効果は少く、１．５重量％を超えると脆くなり
塑性加工性を阻害する。　　　　　　。

Ａｊはギ、［−のＺｎ当１を促進する元素として合金基
地を強化し、強度および硬度を向上する。

Ｎｉと共存して金属間化合物Ｎｉ３Ａρを形成し、耐摩
耗性向上に宵与する。Ａ吏　１．０％未満においては添
加の効果は微弱であり、また２、５％を超えると脆性を
増し加工亀裂等、塑性加工性を害するようになる。

Ｎｉは合金基地を強化し強度を向上し耐摩耗性を高める
。Ａｊ、Ｓｉと金属間化合物を形成し、とくにＳｉ　と
はＮｉ　３Ｓｉを形成して耐摩耗性を向上する。また再
結晶温度を上昇し熱間塑性加工時の結晶粒粗大化防止効
果がある。ただしＮｉＯ，３重ｆｆｉ％未満においては
上記の効果は見られず、また１、５噌は％を超えると耐
衝撃性、疲労強度をいちじるしく低下する。

Ｔｅは微量で粒界に析出し被剛性をいちじるしく改善、
する。Ｐｂも同様の効果を有するが潤滑油を劣化させる
現象があり、この点が難点であるが、Ｔｅには斯様な欠
点を伴うことなく、しかも被削性を改善するため有効な
添加元素である。ただしｌよ Ｔｅ０．０５重１％未満においては効す分でなく、また
０、５重量％を超えるときは脆性を増し実用的ではなく
なる。

ＳｉはＮｉ、Ｍｎと金属間化合物を形成し、部は合金基
地に固溶し強度を向上する。ただしＳｉ０．５重間％未
満ではその効果は少く、また２、０重量％を超えると靭
性を低下して脆くなる。

ＴｉおよびＺ「はいづれも金属組織において結晶粒を微
細化し強度を向上する。しかしいづれも０．１重量％未
満においては効果は少く、また１、０重量％を超えると
粒界析出もしくは金属間化合物を形成して脆化し実用に
供し得ない。

本発明は上記した組成の合金Ｃ耐摩耗性、なしみ性、被
剛性にすぐれることはもちろんであるが特定の成分組成
のみならず、これと特定の組織要件を組み合せることに
より軸受性能はさらに向上　　　　□゛し、特に高温多
湿、低温多湿等の環境における軸受の寿命を延ばすこと
が可能となる。すなわち上記した組成の合金であって、
結晶粒の大きさが平均８０μｍ以下に限定すると共に、
上記したような金属間化合物の品出物または析出物から
成る第二相粒子の大きさが平均１０μｍ以下、かつ任意
断面におけるその粒子の面積率が１７％を超えない組織
とすることによって加工性および耐焼付性にすぐれた軸
受台金を得ることができる。か）る合金組成と合金組織
の組み合せを特徴とする軸受用銅基台金は従来見ること
ができなかったものであり、軸受材料としての適用性に
甚だ富むものである。

以下本発明を実施例により説明する。

［実施例１］ 供試した合金材の組成および組織を表１に示した。合金
隘１〜１０は本発明合金であり、合金風１１〜１３は公
知の比較合金である。各供試片は連続鋳造または金型鋳
造により直径５０＃の棒状体に鋳造した。表１にはこれ
ら鋳造棒状体の組織を画像解析装置（ＬＵＺＥＸ５００
．日本レギュレーター株式会社商品名）により観測した
数値を示してあり、（Ａ）は結晶粒の平均サイズ、ｍμ
（Ｂ）は第二相粒子の平均サイズ、乳μ、（Ｃ）は第二
相粒子の平均面積率％である。

表１の合金材について、機械的特性溝び強度を測定し７
Ｃ結果表２のごとくであり、Ｃｕ−”Ｚｎ系にＭｎ、Ａ
ｊ、Ｎｉ　、ＳｉとＰｂ　、　［Ｓｉ　、　１−ｃのう
ち１種以上、あるいはさらに−［１および／またはＺｒ
を特定量添加含有さぜた本発明合金ｔよ、金型鋳物材、
連続鋳物材の何れにおいても従来合金材（高力黄銅系）
に比して強度、伸び共に改善され、靭性が向上している
。なお硬度（ロックウェル硬度Ｂスケール値）は、従来
合金材と同等であることが認められる。

表　　　　２ 実施例１の供試合金材を８３０℃に加熱し、熱間押出し
を行なでて直径２０ｍの棒状に成型しこれにさらに冷間
引き扱き加工を加えて、直径１７綱の抽伸棒状試片を得
た。これら各試片についで大違式摩耗試験を行なった結
果を第１図に示す。

試験は潤滑油使用による湿式法で行ない、荷重１２．５
に９、摩擦距離は６００ｍとした。摩擦の相手材は一般
的軸材として使用される５ＬＪＳ３０４を用いた。図１
から明らかなように、従来の高力黄銅系の合金材料（Ｎ
１１１．１３＞に比し本発明合金材（８ｍ２，３．５．
９）Ｇ、を比摩耗ａが少く耐摩耗性の改善を認めること
ができる。表２に示された強度結果と併せ、本発明材１
よ高強度かつ耐摩耗性良好なことが実証される。

［実施例３］ 本発明合金の鍛造加工性について述べる。以下Ｗｉ造加
工性の評価は、ウェッジ（Ｗ　ｅｄｇｅ　）試験により
、限界加工率を測定しこれに基いて行なったウェッジ試
験は例えば「金属塑性加工学」（加藤健三著、丸荀に記
載されているもので、その試験片は第２図の（ａ）に示
すこと８「くさび」形１であり、これを第２図の（ｂ）
に示すごとく、金敷２に載置し、′ハンマー（１／２ト
ン）３により椴圧し鍛圧後の試験片４の割れの程度によ
り加工限界を測定する。この方法は鍛造加工性の評価方
法として甚だ適切であり、信頼されている。

表１の翫１の組成の合金を、組織をコントロールしつる
、特殊鋳造機により造塊し、得られた種々の鋳塊組織中
の第二相粒子の平均サイズと第二相粒子の面積率の関係
及び上記ウェッジ試験の結果と対応させて第３図に示し
た。図から明らかなように、鍛造割れは、第二相殺Ｆの
平均サイズが１０μを超え、かつその面積率が１７％以
下の領域において発生する現象を確認した。これによっ
て、本発明合金の組織的要件を満す合金は、冷間鍛造性
に優れていることが認められる。

［実施例４］ 実施例１、表１に示す合金１に２．３，４，５゜６およ
び１’ｌ、１３について第４図に示すドラム形試片に冷
間鍛造し、次いで切削加工した。切削処理性、切削バイ
ト摩耗性、冷間＃Ｉ造性、穴あけ性および加工後の精度
として内径貞円性、平面度を求めた結果を表３に示す。

上記加工性を求める８値の評価においては快削黄銅棒（
ＪＩＳト１３４２２）のデータを１００％とし、８５％
を超えるものを◎、７５％を超え８５％以下をＱ、６５
％を超え７５％以下を△、６５％以下を×で表示した。

この結果によれば本発明材はすべての点において従来材
よりすぐれていることが確認された・　　　　　　　　
表　　３ ◎　　　　　　　　８５％以」− ０７５％〃 Δ　　　　　　　　　　　　　６５％〃×　　　　　　
　　　　　　　６５％以小［実施例５］ 実施例１、表１に示す合金材を第５図に示すようなＶＴ
Ｒのすべり軸受として組み込み回転ドラム２の周速３４
ｍ／３８Ｃ，、回転数１８０　Ｏｒ、Ｉ）、１゜に調整
して実曙試験を行なった。０Ｎ−ＯＦＦ、３０、０００
回テスト、および温度６０℃、相対湿度８０％ｇ）環境
において連続運転テストの結果を表４に示す。この結果
によれば本発明材はいづれも従来材に比し軸受材として
極めてすぐれた成績を示しＶＴＲ軸受材として十分に満
足すべぎ成果を収めたことが認められる。

［発明の効果］ 上記発明の詳細な説明に記載の通り、特許請求の範囲に
記載する本発明の軸受用ＣＬＩ合金は従来合金に比し加
工性および耐焼付性にすぐれ、とくに軸受台金として耐
摩耗性、なじみ性にも卓越した性質を有する合金である
ことは明らかであり特に高性能、長寿命の要求されるＶ
ＴＲ等各種精密機器の軸受材として甚だ有用である。

第　　４　　表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金および従来合金の摩耗試験成績、第
２図はＷ　ｅｄｇｅ鍛造加工試験片および試験法の概念
図、第３図は合金組織中の第二相粒子の大きさとその面
積率と鍛造割れの関係図、第４図は本発明合金の加工性
試験のためのドラム形状試片゛、カ縦断面図、第５図は
本発明合金をすべり軸受として組込んだ試験用ＶＴＲド
ラムの縦断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量でＣｕ５０〜７５％、Ｍｎ１．５〜４．０％
   、Ａｌ１．０〜２．５％、Ｎｉ０．３〜１．５％、Ｓｉ
   ０．５〜２．０％と、Ｐｂ０．１〜１．５％、Ｂｉ０．
   １〜１．５％、Ｔｅ０．０５〜０．５％のうち１種もし
   くは２種以上を含有し、残部はＺｎと不可避的不純物か
   ら成る組成を有することを特徴とする加工性および耐焼
   付性にすぐれた軸受用Ｃｕ合金。
2. （２）重量でＣｕ５０〜７５％、Ｍｎ１．５〜４．０％
   、Ａｌ１．０〜２．５％、Ｎｉ０．３〜１．５％、Ｓｉ
   ０．５〜２．０％と、Ｐｂ０．１〜１．５％、Ｂｉ０．
   １〜１．５％、Ｔｅ０．０５〜０．５％のうち１種もし
   くは、２種以上と、Ｔｉおよび／またはＺｒ０．１〜１
   ．０％を含有し、残部はＺｎと不可避的不純物から成る
   組成を有することを特徴とする加工性および耐焼付性に
   すぐれた軸受用Ｃｕ合金。 ３、結晶粒の大きさが平均８０μｍ以下であり、金属間
   化合物の晶出物または析出物からなる第二相粒子の大き
   さが平均１０μｍ以下であり、かつ任意断面におけるそ
   の面積率が１７％を越えない組織から成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の加工性お
   よび耐焼付性にすぐれた軸受用Ｃｕ合金。