JPS63259218A - ベアリング材料とその製造方法 - 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】 本発明は、粉末冶金技術により製造するアルミニウム基
のベアリング、更に具体的にはあらかじめ合金としたア
ルミニウム基の粒子の表面層を保有するベアリングに閏
する。

２粉末冶金技術により、鉛、錫、銅およびカドミウム等
のような一般的な材料のベアリング相を金石するアルミ
ニウム基のベアリングを製造することは、知られている
。しかし、そのようなベアリング組立Ｊ３よび使用にお
いては、特にベアリング構造における均一なずぐれた軸
受荷重容量および耐焼付性を付与づるにおいて、かなり
の困難があった。ベアリング特性を改善する一つの方法
として、ベアリング層の粒子をあらかじめ合金とした粉
末状で、その場合特にベアリング相をアルミニウムに関
して、粒子自位置にあるベアリング相とＪ′る方法があ
る。個々のアルミニウム粒子中に微細にベアリング相を
分散させたベアリングと製造方法は、共に本出願人の米
国特許第３，７９７゜０８４号（１９７２年１２月１８
日）および米国特許第４，０６９，３６９号（１９７３
年５月４日）の明ｌｌｌ１１に開示されている。

過給機付のエンジンのごとき最近のエンジンの高出力化
の傾向により、さらにより高性能ベアリング材料の必要
がでてきた。現在のところ、このような高出力エンジン
の必要とする高性能を堅実に満足りるのはオーバーレイ
メツ′４：　（ｏｖｅｒｌａｙｐｌａｔｅｄ）　Ｌ／た
三層金属ベアリングのみである。これらのベアリングは
よい機能特性を有するが、製造するのに高価で必り、加
速度的に摩耗が進行し、間隙の制御に問題がある。

したがって、本発明の主な目的は、ベアリング荷重容は
および耐焼付性を改良したアルミニウム基ベアリングを
、粉末冶金技術により製造する方法を提供することであ
る。

一面においては、本発明は、優れた疲労および耐焼付特
性を有する粉末金属アルミニウム基のベアリング材料の
製造方法であって： ａ）　アルミニウム粉末粒子の、三つの別個の層の内の
底部の層が５５重Ｍ％を越えるアルミニウムと、シリコ
ン、銅、マンガン、マグネシウム、ニッケル、鉄、亜鉛
、クローム、ジルコニウム、チタンおよびそれらの混合
物からなる第１群の添加物から選んだ残部から本質的に
成る粉末金属結合層を構成し； 該層の中間層が、５５以上で約９５重量％以°Ｆのアル
ミニウムと、ｍ１群の材料から選んだ材料が０〜約２０
％および鉛、錫、カドミウム、ビスマス、アンチモンお
よびその混合物からなる第２群のベアリングＪｌ？ｌｌ
料から選／υだ材料が５〜２５重婚％から成る残部、か
ら本質的に成る粉末金属ベアリング層を構成して； 該層の表面層が、５０重量％を越えるアルミニウム粒子
と前記の第１群ａ３よび第２群から選んだ添加物である
残部とから木質的に成る、該粉末金属ベアリング層に沈
着する、犠牲層を構成して；該ベアリング層の該アルミ
ニウムと該ベアリング相粒子を形成して、アルミニウム
粒子に対するそこの間隙を確立して； からなる該三層を同時にロール成形（ｒｏｌＩｃｏｎｔ
ａｃｔｉｎｇ　）　シ； ｂ）上記のごとく成形した三層複合体を焼結し：そして Ｃ）剛体である裏当て層に結合層を面と而を合わＵてロ
ールクラッド（ｒｏｌｌ　ｃｌａｄｄｉｎｏ　）　Ｌ／
　；そのさい、改善点は、ロールクラッド複合４４利を
連続的に約７００　’Ｆから約９００°「までの温度に
少くとも３０秒間熱処理し、それからイの伺トｌを少く
とも１００°Ｆ／時の速度で冷却する：ことから成る該
粉末金属アルミニウム基のベアリングの製造方法に関す
る。

史に、ｂう一つの−・面では、本発明は上記の方法によ
り製造したベアリング構造に関する。

本発明は、従来技術によって現在まで得られなかった特
性を有するベアリング材料を１　ｆｆｉする方法に関す
る。

以下に記述１゛るように、本発明は米び１特許第３，７
９７．０８４号および第４．０６９．３６９号明１ｌｌ
に開示された方法の重要な改良である。特に、この改良
は、剛性の裏当て金（ｒｉｇｉｄｂａｃｋｉｎｇ　１ａ
ｙｅｒ　ｃｌａｄ）を右するベアリング材料を、約７０
０°Ｆ〜約９００　°Ｆの範囲の温度で少くとも３０秒
開側熱して、合金の溶解を起こさせ、次に急冷するよう
に熱処理条件を制御したとき、優れたベアリング材料が
製造されるという、予１９１シなかった発見によって、
達成した。冷ｎ１速度は溶解処理４麿に依存しており、
溶解熱処理温度域の高温部では、低温域に比較して速い
が、いずれの場合にしてし標準的な完全焼鈍と関係する
５０°「７時よりは速く、実際には１００°Ｆ／時より
速い。

すなわら、本発明の冷ＩＡ速度は７００　”Ｆに加熱し
たちのＪ：す９００　’Ｆに加熱した材料のほうが大き
い。

本発明の実行に採用する技術および材料は、上述の重要
な熱処理を除けば、米国特許１３，７９７．０１！’３
／Ｉ号明１１１ｉ１に概ね開示されている。したがって
、１ｍ単のために該第３．７９７．０８４号明細書の開
示内容を繰り返すことはしないが、参考のために１８ば
ておく。

本発明の熱処理は、従来技術に対しては全く改めて設定
しである。この再設定の具体的な要素は次の通りである
； ａ）後熱処理は必須のものであり、任意ではない。

ｂ）熱処理は完全焼鈍から溶解処理へと変更しｌこ。

この変更により、ベアリング材料の溶解処理により一般
的に起こる潜在的なベアリング表面特性劣化を経ｗＡす
ることなく、銅および／または他の合金添加物の、強度
を増す効果が得られる、半開せざる結果がでた。

Ｃ）熱処理温度は、６００°Ｆ〜７５ｏ下がら７゜Ｏ°
Ｆ〜９００″Ｆに設定し、効果的な溶解を得た。

ｄ）冷却速度は、材料硬度が最も低く靭性の高い完全焼
鈍に必要な５０°Ｆ／時より低い速度から１００°Ｆ／
時より高い速度に変更し、合金元素の強化効果を引き出
した。材料特性を最高にする好ましい速度は、冷却の初
期の３分間、平均５０　’Ｆ　／分の高いところにある
。

本発明の実施に使用する材料には次のものが含まれる； ａ）底部の層、すなわち粉末金属結合層は、５５４°Ｆ
／％を越えるアルミニウムと、シリコン、銅、マンガン
、マグネシウム、ニッケル、鉄、亜鉛、クローム、ジル
コニウム、チタンおよびその混合物から成る、第一の添
加物群から選択した残部とから本質的に成ることができ
る、 ｂ）中間層、ずなわち粉末金属ベアリング層は、５５以
上約９５１ｊ％以°Ｆのアルミニウムと、０〜約２０　
ｆｆｌ　１１％のωの前記第１群の添加物材Ｆ’ｌ　ｈ
ｌら、および５〜２５％の鉛、錫、カドミウム、ビスマ
ス、アンチモンおよびその註合物から成る第二群のベア
リング層材料から選んだ残部とから本質的に成ることが
できる。

Ｃ）表面層、すなわち粉末金属ベアリング層に沈着する
犠牲層は５０重滑％を超えるアルミニウム粒子と前記第
１および第２群から選んだ添加物の残部から木質的に成
ることができる。さらに、ベアリング層のアルミニウム
とベアリングの層材料はあらかじめ合金とした粒子にし
て相互に粒子自位置を確立し、犠牲層中にベアリング相
粒子が形成して、アルミニウム粒子に対し間隙が形成さ
れる。

以下に本発明の実施を訂細な実施例により示す。

実施例 （１１米１１１ｉＷ第３　、７９７　、０８　／１Ｑｌ
ｌｌＩｉｌｌＩｉＬ開示されている方法で、空気微粉ａ
機によりベアリング粉末月料を作成した。合金の呼称の
重量％による組成は、鉛７．５％、８１．５％、銅０．
９％、シリコン／１．０％、およびアルミニウム残部で
ある。

（２）　　呼称の重量％組成が、アルミニウム８０％と
鉛−錫が８５／１５である半田粉末２０％である犠牲層
材料を作成した。

（３）　　本質的に純粋なアルミニウムから成る結合層
材料を作成した。

（４）純粋なアルミニウム粉末、ベアリング合金粉末お
よび犠牲層粉末を、同時に圧延成形して（Ｗ（！ｒｅ　
ｒｏｌｌ　Ｃｏｍｐａｃｔｅｄ　）　、アルミニウム（
結合）層と犠牲層の間に合金粉末を挿入した、未焼成の
三層から成る根を作成した。

（５）　　コイル状の成形した板を空気雰囲気の炉中で
９７５°［±２５°Ｆの温度で、少くとも１２時闇焼結
した。

（６）上記の焼結した板を４００　’Ｆで２時間加熱し
、ざらに８００°Ｆで２時間加熱し、蒸気による膨れの
生成を除いて後、該焼結板を鋼製の基板に圧着（ｒｏｌ
ｌ　ｂｏｎｄｉｎす）した。（この方法は好ましいが、
しかしやらなければならないものではない。）ｆ７１　
　焼結し熱処理した板を極めて軟らかい裏当て鋼に、次
のような望ましい方法で圧枡した：（２）　該鋼をアル
カリ洗浄し水洗いＪる：（ハ）　該鋼の表面を？σ［磨
して酸化物を除去し、新鮮な粗い接合面を作成し： （→　焼結した板の純粋なアルミニウムの側の面にワイ
ヤーブラツシをかけて酸化物を除去し、粘性な接合面を
作成し； （へ）　新鮮に準備したアルミニウム層と１ｔＪＩＪｅ
した鋼裏当て金とを、面と面を合わせて、同時に圧延機
を通し、焼結板の厚さを最小５５％減小させ、アルミニ
ウムと鋼の闇に冶金的結合を起こさヒた。

（８）　　好ましい方法では、鋼／アルミニウム合金組
成物を、圧着後に、史に圧延加工して約５％の断面縮少
する。

（９）仕、Ｆつだ、圧延した組織体を、連続的に熱処理
する： （２）組織体を約７００　°Ｆから約９００°Ｆの間の
温度に加熱する； （へ）　組織体を少くとも３０秒、しかしアルミニウム
／鉄の、脆性の金属間物質を形成するに必要な時間上り
は短かい間、均熱する。たとえば、９００°Ｆでの最大
限の時間は、典型的に約５分であろう。

（ロ）　そのように熱処理した組織体を少くとも１００
°Ｆ／時の速度で冷却し、そして、 ゆ　本発明の好ましい実施では、組織体を約７５０°「
から約８００″Ｆに加熱し、少くとも２分間均熱する。

以下は、実施した各種の試験の詳細な説明であり、本発
明の効果を示す。

特に、第１図に［アンダーウッドテスト」（ｔｈｅ　Ｕ
ｎｄｅｒｗｏｏｄ　ｔｅｓｔ）で測定されたごとく、（
支から施こした熱処理の、ベアリング疲労寿命への効果
を説明する。本充用により製造したベアリングは、標準
の熱処理で製造したベアリングの寿命の２倍以上を示し
た。各データを示す点は４個の試験結宋の平均を示す。

すべての試験は、８０００ＰＳ［の単位荷重（理論ピー
クフィルム圧（（ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｐｅａｋ　
ｆｉｌ＋ｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ））は１１７゜５００Ｐ
Ｓ［）で実施し、最初の割れの徴候（損（１りで終了と
した。

すべての試験したベアリングは、本明細出に記載の方法
で作成した材料から製造した。この材料は同一の粗材、
すなわち１巻のコイルから取った。

最後の熱処理を除いて、すべての工程は生産工程で行っ
た。実験用炉は第１図に示す処理に用いた。空冷サイク
ルには、材料を所望する温度に２分間均熱した後材料を
炉から取り出し、空気中で放冷することを含めた。

上述の条何で、次の冷ｎ１リイクルを記録した：処理温
度　　６００下　　７５０°［８５０°「冷却速度（°
Ｆ／分） 最初の１分　　　　１６５　　　　２３５　　　　　２
７４最初の２分　　　　　８５　　　　１１１　　　　
　１３（ｉ最初の３分　　　　　６３　　　　　７２　
　　　　　９０最初の４分　　　　　４４　　　　　６
３　　　　　　５９最初の５分　　　　　３５　　　　
　．１９　　　　　　４８　　・５分時の温度　　　２
０８　　　　２２０　　　　　２４３５分間の平均　　
　７８°／分　１０６’　／分　　１２１°／分冷却速
度 炉冷却すイクルは、材料を所望の温度で３０分　４間均
熱した後、ｆＩＩＩ御器によって５０″Ｆ／時の速度で
炉を冷ＩＡするようにプログラムして実施した。

第２図は、ヌープ微小；ｅ度計によって測定して、後か
ら施こした熱処理の、ベアリング合金硬度に対する効果
庖説明する。各点は５個の読みの平均値を示す。硬度は
、材料の引張りＪ３よび疲労強さを、かなりよく示す指
標である。

第１図Ｊ３よび第２図は、本発明により処理した材ｒ１
の特性を曲線Ａで示し、他方本発明の範囲外の材料の特
性を曲ｌＱＢで示す。

萌述により、優れたベアリング材料は本発明を実行して
製造できることが認められる。

ここに、現時点で本発明の好ましい実施形態と考えられ
るところを説明してきたが、本発明から逸ｊ悦すること
なく様々な変更および改良をすることは当業者は容易に
できるであろうものなので、本特許請求の範囲における
本発明の真の精神および範囲内に入る、かかるすべての
変更と改良を網羅することを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図はアンダーウッドと処理時間の関係を示ずグラフ
を、第２図はヌープ硬さと温度の関係を示すグラフであ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）優れた疲労および耐焼き付き特性を保有する、粉
   末金属アルミニウム基ベアリング材料を製造する方法に
   おいて、 ａ）アルミニウム基粉末粒子の、三つの別個の層のうち
   の底部の層が、５５重量％を越えるアルミニウムと、シ
   リコン、銅、マンガン、マグネシウム、ニッケル、鉄、
   亜鉛、クローム、ジルコニウム、チタンおよびその混合
   物から成る第一群の添加物から選んだ残部とから本質的
   に成る金属粉末結合層を構成し、 該層の中間層が、５５以上で約９５重量％以下のアルミ
   ニウムと、０〜約２０重量％の量の該第一群の材料から
   選んだ材料、および鉛、錫、カドミウム、ビスマス、ア
   ンチモンおよびその混合物から成る第二群のベアリング
   相材料から選んだ５〜２５重量％の材料とから本質的に
   成る、粉末金属ベアリング層を構成し、 該層の表面層が、該粉末金属ベアリング層に沈着した犠
   牲層を構成し、かつ５０重置％を越えるアルミニウム粒
   子と該第一群および該第二群から選んだ添加物である残
   部とから本質的に成り、該ベアリング層の該アルミニウ
   ムと該ベアリングの相材料をあらかじめ合金とした粒子
   にして相互に粒子内位置を確立し、該犠牲層中にベアリ
   ング相粒子を形成してアルミニウム粒子間に間隙を確立
   して、 該三層を同時にロール成形し、 ｂ）該成形した三層の複合体を焼結し、そして、ｃ）結
   合層を剛体の裏当て層に面と面が接するようにロールク
   ラッドし、該ロールクラッド複合体材料を連続的に、約
   ７００°Ｆ〜約９００°Ｆの温度に少くとも３０秒間熱
   処理し、その後該材料を１００°Ｆ／時より高い速度で
   冷却する、ことから成る粉末金属アルミニウム基ベアリ
   ング材料を製造する方法。
2. （２）最初の３分間の冷却の間に、冷却速度が平均して
   少くとも５０°Ｆ／分である、特許請求の範囲第（１）
   項に記載の方法。
3. （３）ロールクラッド複合体材料を約７００°Ｆから約
   ９００°Ｆの温度に少くとも３０秒から脆性のアルミニ
   ウム／鉄金属間物質を形成するに必要な時間よりは短か
   い最大限時間の範囲の時間保持する、特許請求の範囲第
   （１）項に記載の方法。
4. （４）該加熱を約７５０°Ｆから約８００°Ｆの範囲の
   温度で行い、該温度に約２分間保持する、特許請求の範
   囲第（３）項に記載の方法。