JPS6320903B2

JPS6320903B2 -

Info

Publication number: JPS6320903B2
Application number: JP25400084A
Authority: JP
Inventors: Tsunehisa Sekiguchi; Katsumi Yokoi
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1984-12-03
Filing date: 1984-12-03
Publication date: 1988-05-02
Also published as: JPS61133357A

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、潤滑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
えば潤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
れる上記諸特性改善のため第３、第４成分等の適
量を添加することによつ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、SAE640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、いわゆるギエー（Guillet）のZn当量と称
される概念の下に、合金のZn量に対し、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VTR軸受部品のような各種精密機器軸受用
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、したがつ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合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、高荷重に的をしぼつ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量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。〔問題点解決の手段および作用〕本発明の合金はその重量組成においてCu50〜
75％、Mn1.5〜4.0％、Al1.0〜2.5％、Ni0.3〜1.5
％、Si0.5〜2.0％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
組成を有するものであり、またCu50〜75％、
Mn1.5〜4.0％、Al1.0〜2.5％、Ni0.3〜1.5％、
Si0.5〜2.0％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ものであつ
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10μm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
Cu合金にある。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，Bi，Teの１種以上あるいは更にTiおよび／
またはZrの各元素を上記組成範囲において添加
した合金である。黄銅系合金は輝面摩耗に対するすぐれた耐性を
有しており、したがつ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
Mn₅Si₃を形成し耐摩耗性を向上する。Mn含有量
1.5重量％未満においてはその効果は少く、4.0％
を超える切削加工性劣化をもたらす。 PbおよびBi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。 AlはギエーのZn当量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Ni₃Alを形成し、耐摩
耗性向上に寄与する。Al1.0％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。Al，Siと金属間化合物を形成し、と
くにSiとはNi₃Si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Ni0.3重量％未満
においては上記の効果は見られず、また1.5重量
％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削性をいちじるし
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Te0.05重量％未満においては効果は充分で
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、一部は
合金基地に固溶し強度を向上する。ただしSi0.5
重量％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Zr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で耐摩耗性、なじ
み性、被削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つて、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
とすることによつて加工性および耐焼付性にすぐ
れた軸受合金を得ることができる。かゝる合金組
成と合金組織の組み合せを特徴とする軸受用銅基
合金は従来見ることができなかつたものであり、
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No.１〜10は本発明合金であり、合金No.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50mm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、日本レギユレーター株式
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、mμ、(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、機械的特性及び強度を
測定した結果表２のごとくであり、Cu−Zn系に
Mn，Al，Ni，SiとPb，Bi，Teのうち１種以上、
あるいはさらにTiおよび／またはZrを特定量添
加含有させた本発明合金は、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（ロツクウエル硬度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】

〔実施例２〕

実施例１の供試合金材を830℃に加熱し、熱間
押出しを行なつて直径20mmの棒状に成型しこれに
さらに冷間引き抜き加工を加えて、直径17mmの抽
伸棒状試片を得た。これら各試片について大越式
摩耗試験を行なつた結果を第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12.5Kg、
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SUS304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
（No.11，12）に比し本発明合金材（No.２，３，５，
９）は比摩耗量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
発明材は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
鍛造加工性の評価は、ウエツジ（Wedge）試験
により、限界加工率を測定しこれに基いて行なつ
たウエツジ試験は例えば「金属塑性加工学」（加
藤健三著、丸善）に記載されているもので、その
試験片は第２図のａに示すごとき「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により鍛圧し
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No.１の組成の合金を、組織をコントロー
ルしうる、特殊鋳造機により造魂し、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エツジ試験の
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、第二相粒子の平均サイズ
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。これによつ
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No.２，３，４，５，
６および11，13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、冷間鍛造性、穴あけ性お
よび加工後の精度として内径真円性、平面度を求
めた結果を表３に示す。上記加工性を求める各値
の評価においては快削黄銅棒（JIS H3422）のデ
ータを100％とし、85％を超えるものを◎、75％
を超え85％以下を〇、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。

〔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VTRのすべり軸受として組み込み回転ドラ
ム２の周速31ｍ／sec、回転数1800r.p.m.に調整
して実機試験を行なつた。ON−OFF、30000回
テスト、および温度60℃、相対湿度80％の環境に
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例に比し軸
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き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Cu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
に軸受合金として耐摩耗性、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VTR等各種精密
機器の軸受材として甚だ有用である。

【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Wedge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
試片の縦断面図、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

【特許請求の範囲】１重量でCu50〜75％、Mn1.5〜4.0％、Al1.0〜
2.5％、Ni0.3〜1.5％、Si0.5〜2.0％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し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加
工性および耐焼付性にすぐれた軸受用Cu基合金。２重量でCu50〜75％、Mn1.5〜4.0％、Al1.0〜
2.5％、Ni0.3〜1.5％、Si0.5〜2.0％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
る組成を有し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加工性および耐
焼付性にすぐれた軸受用Cu基合金。