JPS6263638A - アルミニウム軸受合金 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明はアルミニウム軸受合金に関し、より詳しくは高
温での強度の向上、耐焼付性の向上および疲労強度の増
大を図ったアルミニウム軸受合金に関する。

「従来の技術」 従来から、アルミニウム軸受合金については、高温での
強度の向上、耐焼付性の向上、或いは疲労強度の増大が
図られており、特公昭５２−１２１３１号公報、特公昭
５８−１４８６６号公報、特公昭５２−２１４４７号公
報等が知られている。

特公昭５２−１２１３１号公報のアルミニウム軸受合金
は、重量％でＳｎ３〜４０％、Ｐｂ０．１〜５％、Ｓｂ
　０．１〜３％未満、Ｃｕ　０．２〜２％、および残部
がＡｌからなり、さらに必要に応じて、　Ｎｉ、　Ｍｎ
、　Ｓｉのいずれか一種でその添加量が０．２〜３％と
なるように添加することを要旨とするものである。

特公昭５８−１４８６６号公報のアルミニウム軸受合金
は１重量％でＳｎ　３．５〜３５％、　Ｃｒ　０．１％
〜１％、　Ｓｉ１〜１０％、　Ｍｎ、　Ｓｂ、　Ｔｉ、
　Ｎｉ、　Ｆｅ、　Ｚｒ、　Ｍｏ、　Ｃｏ、の１種又は
２種以上を１〜１０％でその総量が１０％以下、および
残部がＡｌからなり、さらに必要に応じて、Ｃｕ及び／
又はＭｇを３．０％以下、或いはこれに代えて、又はこ
れとともに、Ｐｂ、　Ｂｉ、　Ｉｎの１種又は２種以上
を９％以下添加したことを要旨とするものである。

特公昭５２−２Ｍ４７号公報の軸受台金は、３．５〜４
．５％の錫、３．５〜４．５％のケイ素、０．７〜１．
７％の銅並びに０．５％以下の鉄、０．２％以下のチタ
ン、０．２％以下のマンガン、０．２％以下のマグネシ
ウム及び各々０．０５％以下のホウ素、カドミウム、亜
鉛、鉛等の通常の不純物を含有するアルミニウムよりな
る軸受台金を要旨とするものである。

「発明が解決しようとする問題点」 ト記公知の各アルミニウム軸受合金はそれぞれ従来のも
のに対して優れた性能を有するものであるが、近年の内
燃機関のように小型化・高出力化が要求されるようにな
ると、軸受材料はより高荷重、高温度の条件下で使用さ
れることとなり、このような悪条件下では従来の軸受材
料は疲労破壊、異常摩耗、焼付き等を起こしてトラブル
の要因となっていた。

「問題点を解決するための手段」 本発明者等はこれらの問題点を解決するために。

より高温での強度の向上、耐焼付性の向上、疲労強度の
増大を図るため、上述したような各元素の種々の組合せ
について、より効果的な組合せを見出した。

本発明の特徴であるアルミニウム軸受合金の組成につい
て説明する。

本発明に係るアルミニウム軸受合金は１重縫％でＳｎ３
〜２０％、Ｍｎ　０．２％を越え１．２％、Ｃｕ　０．
２〜２％、Ｓｉ　１．５〜８％、および残部が実質的に
Ａ］からなるものを基本とし、更に、必要に応じ、Ｖ。

Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｃｏの少なくとも１挿具−４−で、Ｍ
ｎとの総量が０．２％を越えて１゜２％までを添加した
ものである。

本発明のアルミニウム軸受合金におけるＳｎは潤滑を主
目的として添加される元素であって、；３％未満では潤
滑の効果がなく、２０％を越えて添加すると全体に軟ら
かくなって耐荷重性、耐疲労性が低下する。

Ｍｎの添加量は０．２％を越え１，２％まで添加する。

０９２％以下では高温強度のあまり改良は期待できず、
１．２％を越えて添加すると析出物が析出しすぎて軸受
台金としては硬くなりすぎる。さらに好ましい範囲は０
．３〜１．０％で、最も好ましい範囲は０．４〜０．８
％である。なお、Ｍｎの添加による高温強度の維持、組
織の微細効果等は後述する。

Ｃｕの添加量は０．２％〜２％で、これは高温下での強
度の低下をより小さくするために添加するものである。

０．２％未満ではその効果がそれ程期待できず、２％を
越えて添加すると硬くなりすぎて圧延性を阻害する上、
耐蝕性が低下する。さらに好ましい範囲は０．２〜１．
５％で、最も好ましい範囲は０．５〜１．２％である。

Ｓｉは耐摩耗性を向上させる目的で添加するもので、そ
の添加量は１．５〜８％である。１．５％未満では析出
量が少なくて耐摩耗性の有効な向上が認められず、逆に
８％を越えて添加すると析出物が析出しすぎ、圧延性が
悪くなって圧延、焼鈍の繰り返しが困難となり、　Ｓｎ
の微細化が妨げられるからである。さらに好ましい範囲
は１．５〜５％で、最も好ましい範囲は２〜４％である
。

さらに本願発明は、必要に応じＶ　ＨＮｂ　＋　Ｍｏ　
ｐ　Ｃ。

の少なくとも１種以上で、　Ｍｎとの総量が０．１％を
越えて１．２％まで添加したものである。すなわちそれ
ら自体の添加量は微量から１．２％未満となる。

これらの添加目的はＡｌ地の再結晶温度を上げると共に
、これらの金属間化合物がＡｌ粒界の移動を防ぐことに
ある。Ｍｎとの総量が１％を越えるようになると粗大析
出物が生じて強度、延び、疲労に悪影響を与え望ましく
ない。

「作用」 上述したような各元素の種々の組合せについての効果を
確認するため、第１表のアルミニウム軸受合金について
、各種の実験を行った。

第　　１　　表 第１表のアルミニラｌい軸受合金を、２０℃と１７５℃
に温度を変化させた場合の引張強度の試験を下記の条件
で行った。試験結果を第１ａ図および第１ｂ図に示す。

〔引張強度の試験条件〕

試験機：インストロンタイプ引張試験機引張速度：　５
ｍｍ／ｌ１ｌｉｎ 試験片：ＪＩ８　６号 下記条件により行った疲労強度の試験結果を第２図に示
す。

〔疲労強度の試験条件〕

試験機：シェンク式平板曲げ試験機 ３０００サイクル／ｍｉｎで１０７回疲労強度を測定雰
囲気温度：１７５±５℃ 下記条件により行った疲労面圧の試験結果を第３図に示
す。

〔疲労面圧の試験条件〕

試験機：９田式動荷重試験機 回転数：　２１００〜３１００ｒｐｍ 軸　　径＝直径４０ｍｍ 軸　　：５５０Ｃ焼入れ（Ｈｖ５００−６００）潤滑油
：　Ｓ　Ａ　Ｅ　　ｌ０Ｗ−３０油　　　ｉ：　　１４
０±５℃ 荷　　重：４０ｋｇ／ａＪおき １０’回疲労強度を測定 さらに、第２表のアルミニウム軸受合金について、疲労
面圧、焼付面圧の試験を行った。試験結果を第４図およ
び第５図に示す。

第　　２　　表 第４図の疲労面圧の試験条件は、第３図の条件と同じで
あり、第５図の焼付面圧の試験条件は下記の通りである
。

〔焼付面圧の試験条件〕

試験機：ジャーナル型焼付試験機 回転数：１０００ｒｐｎ＋ 軸　　径：直径５２ｎ＋ｍ 軸　　　：　　Ｆ　ＣＤ　７０　（Ｈｖ２３０〜２５０
）３５０Ｃ焼入れ（Ｈｖ５００〜６００）潤滑油：　Ｓ
　Ａ　Ｅ　ＬＯＷ−３０ 油　　　量：　１４０±５℃ 荷　　重＝３０分毎に５０　ｋｇ／ｃｄずつ増加第１図
ないし第５図より本発明のアルミニウム軸受合金は、比
較材のアルミニウム軸受合金より、高温下での引張強度
、疲労強度、疲労の面で効果があることが判る。

この理由を下記に詳述する。

ＭｎはＡｌ中に固溶することによってＡｌの再結晶温度
を上げ、かつ固溶すること自体でＡｌ地の硬さを上昇さ
せるが、これと同時に数回の圧延によっても鋳造時に比
して硬さが上昇する。再結晶温度をとげることは、内燃
機関の軸受がさらされる高温領域でも安定した機械的性
質を維持させるために効果があり、特に硬さについては
、高温下での硬さの低下を少なくして高温領域での軸受
強度の向上をもたらす。また固溶限を過ぎて析出するＡ
ｌ−Ｍｎの金属間化合物は、高温でも安定して存在しこ
のためこの析出物が細かく分散することは再結晶温度を
上げ高温硬さの維持を助けるρで、これが適量分散する
ことは良い効果を生じる。

さらに、上記析出物がＡＩ地金中に細かく分散して存在
すると、その金属間化合物が直接的にはＡｌ粒界の移動
、つまりはＳｎ粒子の粗大化を防ぎ、このことは圧延、
焼鈍の繰り返しによって微細化されたＳｎ粒子をそのま
まに保つことにつながり、前記種々の効果を持つのであ
る。またＳｎ粒子が微細なまま保持されてＡｌ地金中に
存在するということは、同時に２３２℃という低い融点
をもつＳｎ粒子の高温化での溶出現象を防止するために
も効果的である。

このような効果はＣｒにも若干あるがＣｒの場合には４
５０℃３０分でＳｎの粗大化が始まるのに対し、Ｍｎの
場合には５００℃３０分でもＳｎの粗大化を阻止する能
力があり、後の実験結果でも示すようにＭｎの方がＣｒ
よりも優れた効果が得られることが判った・ なお、ｓｂを添加するとＡｌＳｂの粗大析出物が生じる
ことから５強度、延び、疲労に悪影響を与え、ｓｂにつ
いては引張強度、疲労強度の向上の面では効果を有しな
いことが明らかになった。

また、　Ｃｕの強度に関する効果はＭｎと同時に添加し
て生じるもので、Ｃｕ単独では高温化での強度の上昇の
効果は期待できない。すなわちＣｕはＡｌ中に添加した
場合に圧延時の硬さの上昇が大きく、同一圧延率でも他
の元素を添加したＡｌ材料に比し。

硬さの上昇は顕著であるが、２００℃近くまで加熱する
と容易に軟化し、高温強度の維持はできない。これに対
して肚とＣｕとを同時に添加すると、Ｃｕの添加しこよ
って圧延時に高くなった硬さが焼鈍してもＭｎの添加効
果によりあまり低下しない。このため強度の高いアルミ
ニウム軸受合金が得られ、かつこの強度は高温下におい
ても従来のこの種の合金のように大きく低下することが
ない。

Ｓｉはそれ自体の硬さが高くて鋳造性に優れており、ま
たその析出物はビッカース硬さで約１０００にも達して
非常に硬いため、軸との摺動による軸受の摩耗を著しく
減少させることができる。軸よりも軟らかい軸受ではそ
の軸受面が切削されることになり、この状況が進行する
と軸受表面粗さが粗くなったり、軸と軸受とのクリアラ
ンスが増大して油膜が構成されなくなり、軸と軸受どの
直接接触、つまり金属接触が多く起って焼付に至るよう
になるが、上記析出物は焼入れ鋼軸は勿論、鋳鉄軸より
も硬いため、鋳鉄軸を使用した場合の耐摩耗性の向上並
びに耐焼付性の向上に特に効果がある。このように１本
来Ｓｉは軸受の耐焼付性および酎摩耗性、特に鋳鉄軸に
対しての耐焼付性を向上させる。

また、ＳＬとＭｎを同時に添加すると、その後の圧延と
焼鈍の繰返しによりＳｉの形状が比較的丸くなりやすく
、その晶出径も僅かに大きくなる傾向があり、このこと
は先に述べた耐焼付性および酎摩耗性の向上効果をより
一層大きくする。

「実施例」 以下図示実施例について本発明を説明する。第３表に示
すアルミニウム軸受合金について、引張強度、焼付面圧
、疲労の試験を行った。試験結果も同表に示す。

表中試料１〜１０．１６〜２５は本発明に係るアルミニ
ウム軸受合金材であり、１１〜１５．２６〜２９は比較
材である。

第１表ないし第３表の試料はガス炉においてＡ］地金を
溶解し次にＡｌ−Ｃｕ母合金、Ａｌ−Ｍｎ母合金、Ａｌ
−Ｓｉ母合金、Ａｌ−Ｖ母合金、Ａｌ−Ｎｂ母合金、Ａ
ｌ−Ｍｏ母合金、Ａｌ−Ｃｏ母合金、Ａｌ−Ｃｒ母合金
を目的成分に応じて溶解し、最後にＳｎ、　Ｓｂを添加
した後脱ガス処理をし、金型に鋳造を行ったもので、そ
の後数回の圧延と焼鈍を繰返して試料を調製し引張強度
の試験を行った。次に、この試料をさらに圧延し、その
後これらの合金と裏金鋼板とを圧接してバイメタル材と
し、これを焼鈍した後すベリ軸受に加工して焼付面圧試
験および各種疲労の試験を行った。

なお、本発明に係る合金組成において、Ａｌ中には通常
の精錬技術ではどうしても避けられない不純物が含まれ
ることは勿論である。

各種の試験条件は、下記に示す回転荷重疲労試験を除い
ては第１図ないし第５図のものと同じ条件である。

〔回転荷重疲労試験の条件〕

試験機： 回転数：８０００ｒＰｍ 面　　　圧：３００ｋｇ／ａａ 軸　　径：直径４０ｍｍ 軸　　：５５０Ｃ焼入れ（Ｈｖ５００−６００）潤滑油
：　Ｓ　Ａ　Ｅ　ｌ０Ｗ−３０ 油　　　量：　１２０〜１６０℃ １０７回の試験に耐える軸受背面の限界温度を測定〔以
下余白〕 第３表の試験結果から、本発明のアルミニウム軸受合金
は比較材のアルミニウム軸受合金よりも優れていること
が判る。

特に、引張強度については、油温２０℃の場合は比較材
と顕著な差がないのに対し、油温が１７５℃になると明
確な差があられれる。従って、ＭｎおよびＣｕの添加に
より高温下での強度が充分維持されていることが判る。

また、５５０Ｃ軸を使用した焼付試験では比較材とあま
り効果１こ差のない試料に対してもＦＣＤ７０軸を使用
した焼付試験では顕著な差があられれた。

更に、シェンク式平板曲げ試験機、９田式動荷重試験機
および回転荷重試験機による疲労試験では、尚一層顕著
な差が出た。

「発明の効果」 以上のように１本発明によれば、従来材に比較して一層
高温強度の向上、耐焼付性の向上、および疲労強度の増
大を図ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は第１表のアルミニウム軸受合金に
ついての引張強度の試験結果、疲労強度の試験結果、疲
労面圧の試験結果を各々示す図、第４図および第５図は
第２表のアルミニウム軸受合金についての疲労面圧、焼
付面圧の試験結果を各々示すものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％でＳｎ３〜２０％、Ｍｎ０．２％を越え１
   ．２％、Ｃｕ０．２〜２％、Ｓｉ１．５〜８％、および
   残部が実質的にＡｌからなるアルミニウム軸受合金。
2. （２）重量％でＶ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｏの少なくとも１種
   以上をＭｎとの総量が０．２％を越えて１．２％までを
   添加してなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のアルミニウム軸受合金。