JPS6237336A - 軸受合金 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、自動車、工作機械、農業機械等の各種機械
装置の構造部品として使用される軸受および摺動部材用
の素材として適する軸受合金に関し、とくに銅系材料に
比べてかなり軽量であってしかも耐疲労性１表面性能等
にすぐれたアルミニウム系の軸受台金に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来、すべり軸受の素材として使用される合゛金には、
Ｃｕ−Ｐｂ系、バビット系等が所要の環境に応じて使用
されているが、とくに内燃機関用の軸受台金としては、
耐熱耐摩耗性、耐腐食性、耐疲労性等の点からＡ文系の
軸受台金が注目されている、なかでも、ＡＪＩ−Ｓｎ系
、Ａｌ−５ｎ　−ｐｂ系の軸受合金は上記性能の点で他
の材質に比べすぐれているため、近年急速にその使用量
が増加している。しかしながら、内燃機関の小型化によ
る軸受幅の縮小、高出力化に伴う軸受負荷の増大等の内
燃機関の高性能化により、軸受に課せられる要求はさら
に強まり、とりわけ耐疲労性の面、すなわち軸受台金の
亀裂あるいは鋼裏金からの局部的剥離を抑制すべく改善
が望まれているのが実情である。

本発明者らは、このような要望にこたえるべく種々の研
究を積重ねているが、例えば先に粉末押出法を用いるＡ
ｌ系の軸受合金を開発した（特願昭５９−１３２２４９
号）。

この軸受合金は、Ａｌを主成分とし、潤滑成分としてＰ
ｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉよりなる群から選ばれた１
種以上の金属をＡｌマトリクス（ｍａｔｒｉｘ）に対す
る断面積比でｏ、ｏｏｓ以上０．０４０以下、硬質成分
としてＳｉを同じく断面積比で０．００３以上０．０６
０以下、強化成分としてｃｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ
　。

Ｚｎよりなる群から選ばれた１種以上の金属を０．２重
量％以上５．０重量％以下を含み、均一微細に分散した
潤滑成分の大きさが８μｍ以下である合金粉末から成形
したビレットを押出比１０以上で押出成形して成るもの
である。

この人文系の軸受台金は１強度および伸びが優れたもの
であり、銅系の軸受合金に比べてかなり軽量であってし
かも四疲労性および表面性能（ｎ滑性能）という二律背
反的な特性の両方共が従来にない高い水準をもつという
著しく優れた軸受台金である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したＡｌ系の軸受台金は、上記のように耐疲労性お
よび潤滑性能の両方共において優れた特性を有している
が、軸受台金の強度不足による耐荷重性、および表面の
硬さ不足による耐摩耗性に改善の余地があり、耐荷重性
および耐摩耗性をより一層改善した軸受台金の開発が望
まれていた。

（発明の目的） この発明は、このような要望に着目してなされたもので
、軟質物質である潤滑成分としてＰｂ。

Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉよりなる群から選ばれた１種以
上の金属を多量かつ均一微細に含有させると共に、硬質
成分としてＳｉをより多く含有させ、さらに軸受合金と
しての有効成分をもつ合金噴霧粉末から成形したビレッ
トを押出成形することにより粉末粒子表面の酸化皮膜を
粉々に分散し、これによってＳＡＰのような耐熱性向上
の効果も生じさせ、粉末粒子を強固に固着せしめた軸受
合金を得ることで耐疲労性と表面性能（潤滑性能）とい
う軸受における二律背反的性能を従来にない高い水準で
実現し、とくに耐荷重性および耐摩耗性をより一層改善
したＡｌ１系の軸受台金を提供することを目的としてい
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明による軸受台金は、Ａｌを主成分とし、潤滑成
分としてＰｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ。

Ｂｉよりなる群から選ばれた１種以上の金属をＡＩマト
リクスに対する断面積比でｏ　、ｏｏｓ以上０．０４０
以下、硬質成分としてＳｉを同じく断面積比で０．０６
超過０．１７以下、強化成分としてｃｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、
Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ　。

Ｚｎよりなる群から選ばれた１種以上の金属を０．２重
量％以上５．０重量％以下を含み、必要に応じて微細化
成分としてＴｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｖ。

Ｇａおよび希土類元素（ＲＥＭ；Ｓｃ、Ｙを含む希土類
元素の１種以上）よりなる群から選ばれた１種以上の金
属を０．０１重量％以上３．０重量％以下を含み、均一
微細に分散した潤滑成分の大きさが８ｇｍ以下である合
金粉末から成形したビレットを押出比１０以上で押出成
形して成り。

ＡＭママトリクス中分散したＳｉ粒子の大きさが１２１
Ｌｍ以下、常温での引張強度が１５　ｋｇｆ／ａｍ２以
上、常温での伸びが８％以上であることを特徴としてお
り、Ａｌ系の軸受台金そのものとして使用したり、該軸
受台金層を鋼板等と直接、あるいはＡｌ、Ｎｉ等の密着
層を介して接合した軸受として使用したりするものであ
る。

ここで、この発明による軸受台金に使用するＡ交合金粉
について説明する。

（１）Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉは潤滑成分として
有効であり、耐焼付性にすぐれたものである。これらの
うちｐｂは鋳造材ではＡＭマトリクスに対する断面積比
で０．００５以下が偏析を起さない上限である。しかし
ながら、前述のようにアトマイズ法では多量のｐｂを均
一微細に含有させることができ、軸受台金の潤滑性能を
発揮させるためには断面積比で０．００６以上でなけれ
ばならない、また、Ｐｂのほか、潤滑成分であるＳｎ、
Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉとの総量がＡｆＬマトリクスに対する
断面積比で０．０４０を超過すると耐荷重性の点で軸受
性能を満足できなくなる傾向にあるので、潤滑成分はｏ
、ｏｏｓ以上０　、０４０以下の範囲とするのが良い、
一方、ＳｎはＰｂとの共存により表面性能を改善し、加
えてｐｂの耐腐食性を改善する。また、ＩｎはＳｎと同
じ作用をするが高価であるので実用的には少量添加に抑
える方がより好ましい、さらにＳｂ、Ｂｉ、はＰｂ　、
Ｓｎの微細分散に寄与するが、Ｐｂ、Ｓｎ添加量の０．
１〜８．５重量％の範囲にとどめるのがより望ましい、
さらに、潤滑成分の粒子径が過大であると軸受台金の性
能に悪影響を及ぼすので８７ｚｍ以下とするのが良い。

（２）Ｓｉは硬質成分として添加するものであり、共晶
Ｓｉまたは初晶ＳｉとしてＡＩ中に分散し、硬質物質と
して軸受強度の向上および耐摩耗性の向上に寄与する。

このＳｉの添加量は多いほど軸受台金としての耐荷重性
や耐摩耗性を向上させるが、押出性や加工性を考慮する
とＡＭマトリクスに対する断面積比で０．０６超過０．
１７以下の範囲とするのが望ましい。

また、Ｓｉ粒子の最大径が大きくなれば相手材を傷つけ
、分散の面密度が低下し、耐摩耗性が劣化するので、Ｓ
ｉ粒子の最大径は１２μｍ以下に抑えるべきである。

（３）Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ　。

ＺｎはＡｎマトリクスの強度を高めるのに有効な成分で
ある。これらのうち、Ｃｕはクリープ強度すなわち高温
軟化抵抗を高める主要な元素であり、高温摺動下におけ
る耐疲労性の向上に寄与する。しかし、０．２重量％未
満では上記した効果が少なく、５．０重量％を超過する
と針状のＣｕＡｕ２化合物が多量に析出して脆くなり、
耐疲労性の低下を招く、また、Ｃｕ以外にＡＩＬマトリ
クスの強度を高める元素として、Ｃｒ　、　Ｍ　ｇ　。

Ｆｅ　、Ｍｎ　、Ｎｉ　、Ｚｎがあり、Ａ１合金展伸材
の添加元素として良く使用され、Ｃｕを含むこれらの元
素の１種以上を合計で０．２重量％以上５．０重量％以
下の範囲で添加してもよい０、（４）Ｔｉ　、Ｂ、Ｚｒ
、Ｖ、Ｇａ、およびＲＥＭ（Ｙ、Ｓｃを含む希土類元素
の１種以上）は、Ａｎ合金の結晶粒微細化剤として有効
であり、この発明の主旨である潤滑成分（軟質物質）の
均一微細化を助長するものとして、必要に応じて０．０
１重量％以上３．０重量％以下の範囲で添加することも
望ましい。

本発明者らは、以上の成分を決定する前にこれら組成の
単独粉の混合体あるいは一部合金粉と単独粉との混合体
を押出成形したが、押出し素材の表面欠陥および内部に
おける粉末粒界のクラックが発生し、結果として上記組
成の完全合金粉末を使用することにより健全な押出成形
体が得られた。これは、上記有効元素を粉末粒子内に内
包した１つ１つの粉末粒子硬さが混合粉の場合に比べて
均質であり、かつこのような粉末粒子が押出し時に粉末
粒子同士の摩擦による表面酸化皮膜の破壊と金属結合が
連続的に行われるためと推察される。

（実施例） 次にこの発明の実施例を比較例と共に説明する。

ここで使用した合金粉末組成を表１に示す。

まず、９５０℃〜１０００℃の電気溶解炉にて表１の各
組成になるように各合金を溶製し、エアー７トマイズ法
により一１８メツシュの粒径をもつ合金粉末を得た０次
いで、これらの合金粉末を直径１００ｍｍ、長さ１００
ｍｍの円柱状に２ｔｏｎｆ／ｃｍ２の静水圧にて冷間静
水圧成形を行ってビレットに成形し、このビレットを押
出し前素材とした。なお、上記の合金粉末を直接押出す
方法は、表面クラック、内部欠陥等を発生し、現実には
実用に供しうるちのは得られにくいことがわかった。ま
た、木発明者らによれば、粉末の直接押出しでは、押出
比を２０以上に設定しても健全なものはえられなかった
。したがって、冷間静水圧もしくは金型成形により合金
粉末を一旦ビレット状に固化成形してこれを押出し前素
材として準備する必要がある。

次に、前記ビレット状押出し前素材を押出し温度２５０
℃〜５５０℃において押出比４０で前方押出しし、各種
の押出成形体を得た。そして、各押出成形体の押出時機
械的特性、すなわち引張強度および伸びを測定したとこ
ろ、同じく表１に示す結果が得られた。

なお、押出方式には各種の方法および設備が検討されて
いるが、生産性の高さ、設備メンテナンスの容易さ、そ
して安定した品質が得られやすいことなどから縦型ある
いは横型押出機による前方−軸押出しが好適である。ま
た、押出し温度は成形体の押出後の硬さおよび押出速度
ならびに押出材の健全性に影響を与える。そして、この
押出し温度は硬質成分が多い場合には一般に高くすると
押出しやすくなる０例えば、Ｎｏ、を組成では４２０℃
の押出し温度が適しているが、陽、３組成では５００℃
の押出し温度が適している。

さらに、押出比は押出材内部のクラックに影響を与え、
押出比１０を境にそれ以上であると内部クラックが顕著
に減少する。そして、押出比の上限は成形が可能である
限り、また設備能力等の関係で設定されるべきであり、
この発明においてその上限設定は不要である。

これに対して、この発明の成分外の組成や、この発明の
成分内であっても混合粉の場合、モして押出比がｌＯ未
渦の場合はいずれもクラックが発生し、健全な押出成形
体が得られにくいことが確かめられた。

次に、軸受の製造例について説明すると、第１図は軸受
を製造するのに採用したｌ工程図であり、合金粉末を冷
間静水圧成形してビレットとしたのちこのビレットを押
出成形し、その後必要に応じて圧接・予備熱処理を行い
、次いで圧接およびアニール処理して軸受とするもので
ある。

（製造例１） 陽、３組成の合金を溶解温度９５０℃〜１０００℃で溶
製し、この合金溶湯からエアー７トマイズ法で一１８メ
ツシュの粒径をもつ合金粉末を製造し１次いでこの合金
粉末を冷間静水圧２ｔＯｎｆ／ｃｍ２で加圧成形して直
径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍのビレット成形体を製造
した８次いで、このビレット成形体を押出し温度５００
℃、押出比８０の条件で押出し、幅６０ｍｍＸ厚さ１．
６ｍｍの板状押出成形体を得た０次に、この押出成形体
を、研削ベルトで表面層を除去した厚さ２ｍｍの鋼板に
圧接した後、１．８ｍｍの厚さとなるようにロール圧接
を行った。この圧接後、軸受合金（押出成形体）と鋼製
裏金との密着性をさらに向上させ、軸受合金の加工歪を
除去するために４００℃×６時間のアニール処理を行っ
た。この時の軸受金全部は圧接前と顕微鏡による組織変
化は大差がなく、電子顕微鏡による軟質物質（Ｐｂ、Ｓ
ｎなど）の分布は均一微細に分散しており、潤滑成分と
しての軟質物質の大きさはＢμｍ以内であった。

（製造例２） 崩、１組成の合金を溶製したのち、この合金溶湯からエ
アーアトマイズ法で合金粉末を製造した。

次いで、上記合金粉末から製造例１と同一条件で板状押
出成形体に成形し、この成形体を２ｊＬｍのＮｉめっき
を施した厚さ２ｍｍの鋼板に圧接した後２ｍｍ厚となる
ようにロール圧接を行った。この圧接後４００℃×６時
間の７二−ル処理を行った。このときの軸受台金におい
て電子顕微鏡による軟質物質の分布は均一微細に分散さ
れており、潤滑成分である軟質物質の大きさはＢＩＬｍ
以内であった。

また、陽、１組成に微細化成分としてＴｉを０．０１重
量％添加して製造例２と同一方法で実施した勤、７組成
の軟質物質の大きさは６ｇｍ以内となっており、結晶粒
の微細化を助長していることが確認された。

（製造例３） 陽、２組成の合金粉末を上記と同様に７トマイズ法によ
って製造したのち、製造例１と同様に板状押出成形体に
成形し、この成形体に幅６２ｍｍ×厚さ０．４ｍｍの純
アルミニウム薄板を圧接し、厚さ１．２ｍｍの二層軸受
合金板を得た０次いで、この合金板に４００℃×６時間
のアニール処理を施した後、この合金板を粗面化した厚
さ２ｍｍの鋼板に圧接し、続いて厚さが１．８ｍｍとな
るようにロール圧接を行った。そして、圧接後さらに４
００℃×６時間の７ニール処理を行った。

なお、上記の製造例１，２．３においては、密着層を省
略する方法、密着層にＮｉめっきを利用する方法、Ａｎ
薄板を密着層とする方法を記載したが、軸受台金組成、
工法および経済性等の観点から適宜の工程を選定すべき
であって、他の材料（例えばＡｎ粉末、Ｃｕめっきなど
）であっても差支えない、また、圧接前に押出成形体の
熱処理を行うことも当然可能であり、圧接条件によって
は、押出成形体の前記予備熱処理を行うことにより圧下
率をさらに大きくすることができる。

次に、表１に示す各押出成形体（Ｎｏ、１〜Ｎｏ。

１１）を鋼板と圧接してアニール処理した後の軸受台金
から当業界公知の機械加工で軸受を製作し、表２に示す
ような苛酷な軸受耐疲労性試験を表２　軸受耐疲労性試
験条件 第２図に示すように、この発明による軸受（Ｎｏ、１〜
７）は従来の軸受（Ｎｏ、８〜１１）には見られないす
ぐれた耐疲労性を有しており、耐久時間が長いことがわ
かる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明による軸受台金は、
ＡＩを主成分とし、潤滑成分としてＰｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、
Ｓｂ、Ｂｉよりなる群から選ばれた１種以上の金属をマ
トリクスに対する断面積比で０．００６以上０，０４以
下、硬質成分としてＳｉを同じく断面積比で０．０６超
過０．１７以下、強化成分としてＣｕ、Ｃｒ。

Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ　、Ｚｎよりなる群から選ばれ
た１種以上の金属を０．２重量％以上５．０重量％以下
を含み、必要に応じて微細化成分としてＴｉ、Ｂ、Ｚｒ
＋、Ｖ、ＧａおよびＲＥＭよりなる群から選ばれた１種
以上の金属を０．０１重量％以上３．０重量％以下を含
み、均一微細に分散した潤滑成分の大きさが８ｇｍ以下
である合金粉末から成形したビレットを押出比１０以上
で押出成形して成り、ＡＭママトリクス中分散したＳｉ
粒子の大きさが１２μｍ以下、常温での引張強度が１５
　ｋｇｆ／ａｍ２以上、常温での伸びが８％以上であり
□１強度および伸びが著しく優れていると共に、銅系の
軸受材料に比較してかなり軽量であってしかも耐疲労性
および表面性能（？ｌ！ｌ滑性濠）という軸受における
二律背反的特性の両方共が従来にない高い水準をもち、
とくに耐荷重性および＃摩耗性がより一層改善された著
しく優れた特性の軸受合金であるという著大なる効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は軸受の製造工程例を示すブロック説明図、第２
図はこの発明による軸受と従来による軸受の各々耐疲労
性試験の結果を示す説明図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌを主成分とし、潤滑成分としてＰｂ、Ｓｎ、
   Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉよりなる群から選ばれた１種以上の金
   属をＡｌマトリクスに対する断面積比で０．００６以上
   ０．０４０以下、硬質成分としてＳｉを同じく断面積比
   で０．０６超過 ０．１７以下、強化成分としてＣｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｆｅ
   、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎよりなる群から選ばれた１種以上の
   金属を０．２重量％以上５．０重量％以下を含み、均一
   微細に分散した潤滑成分の大きさが８μｍ以下である合
   金粉末から成形したビレットを押出比１０以上で押出成
   形して成り、Ａｌマトリクス中に分散したＳｉ粒子の大
   きさが１２μｍ以下、常温での引張強度が１５ｋｇｆ／
   ｍｍ＾２以上、常温での伸びが８％以上であることを特
   徴とするアルミニウム系軸受合金。
2. （２）Ａｌマトリクス中に微細化成分としてＴｉ、Ｂ、
   Ｚｒ、Ｖ、Ｇａおよび希土類元素よりなる群から選ばれ
   た１種以上の金属を全合金に対して０．０１重量％以上
   ３．０重量％以下含んでいることを特徴とする特許請求
   の範囲（１）項記載のアルミニウム系軸受合金。