KR101607726B1

KR101607726B1 - 슬라이딩 부재용 고력 황동 합금 및 슬라이딩 부재

Info

Publication number: KR101607726B1
Application number: KR1020117015891A
Authority: KR
Inventors: 신야 니시무라; 도모유키 야마네; 다케시 곤도
Original assignee: 오일레스고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2010-01-06
Publication date: 2016-03-30
Also published as: EP2386664B1; EP2386664A1; JP2010159443A; US9322085B2; EP2386664A4; KR20110100644A; CN102272341B; JP5342882B2; CN102272341A; US20120020600A1; WO2010079840A1

Abstract

본 발명은, 모상 중에 고용되는 Si의 양을 한없이 제로에 가깝게 하여 모상의 β상의 단상 조직을 유지함과 함께, β상에 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 분산된 조직을 가짐으로써, 내마모성이 우수한 슬라이딩 부재용 고력 황동 합금 및 슬라이딩 부재를 제공하는 것이며, 상기 슬라이딩 부재용 고력 황동 합금은, 질량비로, Zn:17~28%, Al:5~10%, Mn:4~10%, Fe:1~5%, Ni:0.1~3%, Si:0.5~3%, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 모상이 β상의 단상 조직을 나타냄과 함께 그 β상에 침 형상, 구 형상 및 꽃잎 형상을 나타내는 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물의 적어도 하나가 분산된 조직을 가지는 것이다.

Description

슬라이딩 부재용 고력 황동 합금 및 슬라이딩 부재{HIGH-STRENGTH BRASS ALLOY FOR SLIDING MEMBERS, AND SLIDING MEMBERS}

본 발명은, 내마모성이 우수한 고력 황동 합금에 관한 것으로, 특히, 미끄럼 베어링이나 미끄럼판 등의 슬라이딩 용도에 사용되기 적합한 고력 황동 합금 및 그 고력 황동 합금을 사용한 슬라이딩 부재에 관한 것이다.

종래부터 베어링 등의 슬라이딩 용도에 사용되는 고력 황동 합금으로서는, 일본공업규격 JISH5120(비특허 문헌 1 참조)에 규정된 고력 황동 주물 1종~4종이 있다. 이들 고력 황동 합금은, Cu-Zn 합금에 Al, Fe, Mn 등의 원소를 첨가함으로써 내해수성, 강인성(强靭性), 내마모성, 및 경도를 향상시킨 것으로, 자동차의 트랜스미션 기구에 이용되는 싱크로나이저링, 일반 기계용 톱니바퀴, 베어링 등의 슬라이딩 용도에 다용되고 있다.

고력 황동 합금에서는, 그 모상이 아연 당량에 따라 가중된 첨가 원소의 총량(이하, 「아연 당량 상당량」이라고 칭한다)에 따라 α상, β상, α+β상, γ상 등 다양한 상을 나타낸다. 아연 당량 상당량이 낮은 경우에는 모상은 α상을 나타내고, 이 α상을 나타내는 고력 황동 합금은, 인성이 우수하지만 경도가 낮기 때문에, 슬라이딩 용도에 사용한 경우에는 어브레이시브 마모(거친 마모)가 발생하기 쉬워진다. 또, 아연 당량 상당량을 증가시켜 가면 β상을 나타내고, 아연 당량 상당량을 더 증가시키면 γ상을 나타낸다. γ상을 나타내는 고력 황동 합금은, 경도가 증가하여 내마모성이 향상된다는 이점을 가지는 반면, 인성이 현저하게 저하되어 내충격성이 저하된다.

따라서, 슬라이딩 용도에 있어서는, 모상을 β상의 단상 조직으로 한 고력 황동 합금이 인성의 저하가 없이 우수한 내마모성을 가지는 점에서 널리 사용되고 있다. 그러나, 최근의 기계 장치의 고효율화나 장수명화에 수반하여, 고력 황동 합금으로 이루어지는 슬라이딩 부재의 더 나은 내마모성의 향상이 요구되고 있다.

모상이 α+β상 혹은 β상 조직의 고력 황동 합금의 내마모성의 향상을 목적으로 하여, 모상 중에 Mn₅Si₃ 등의 규화 망간계의 금속간 화합물을 분산시킨 고력 황동 합금(특허 문헌 1 참조)이나, 모상 중에 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물을 분산시킨 고력 황동 합금(특허 문헌 2 및 특허 문헌 3 참조)이 제안되어 있다.

특허 문헌 1: 일본국 특허공고 소51-41569호 공보 특허 문헌 2: 일본국 특허공고 소62-57700호 공보 특허 문헌 3: 일본국 특허공고 평2-38651호 공보

비특허 문헌 1: 일본공업규격 JISH5120

모상 중에 규화 망간이나 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물을 분산시킴으로써, 내마모성의 향상에 효과가 있는 것은 알려져 있지만, Si의 아연 당량은 10이며, 고력 황동 합금의 첨가 원소 중에서는 극히 높다. 따라서, Si를 첨가함으로써 아연 당량 상당량이 증가하기 때문에, 모상을 β상의 단상 조직으로 유지하려면 다른 원소의 첨가량에 제약을 받는다. 여기서, 다른 원소로서는 예를 들면 Al이 알려져 있다. Al은, 내식성을 향상시킴과 함께 모상을 강화하는 원소이며, 경질로 된 모상에 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 분산되는 결과, 내마모성을 더 향상시킨다는 효과를 가진다. 그러나, Al의 아연 당량은 6으로 매우 높다. 이 때문에, 상기한 Si와 함께 Al을 첨가하면 아연 당량 상당량이 증대하여, 모상 중에 γ상이 생성된다. 그 결과, 내마모성은 향상되지만, 신장이 현저하게 저하된다. 이 때문에, Si의 첨가에 의한 내마모성의 개선을 시도해도, Al의 첨가량을 감소시키지 않을 수 없어, β상의 단상 조직을 유지하면서 내마모성을 더 개선하는 것은 곤란했다.

따라서, 본 발명은, 모상 중에 고용되는 Si의 양을 한없이 제로에 가깝게 하여 모상을 β상의 단상 조직으로 유지함과 함께, 모상이, 그 β상에 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 분산된 조직을 가짐으로써, 내마모성이 우수한 슬라이딩 부재용 고력 황동 합금 및 슬라이딩 부재를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명자들은 상기 사정을 감안하여 예의 검토를 거듭한 결과, 아연 당량이 0.5로 구성 원소 중에서 가장 작은 Mn에 주목하여, Mn을 많이 첨가해도 아연 당량 상당량의 증가로 연결되지 않으며, 또한 동시에 첨가되는 Si의 아연 당량 상당량이 차지하는 비율을 실질적으로 제로로 할 수 있는 것을 찾아냈다. 즉, 본 발명자들은, 내마모성의 향상에 효과가 있는 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물을 모상 중에 형성시킬 수 있도록 Si를 첨가하는 한편, Mn의 첨가량을 많게 함과 함께 Fe의 첨가량도 많게 하여, 첨가한 Si의 대부분을 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물로서 석출시키고, 모상에 대한 Si의 고용을 한없이 제로로 함으로써, Si의 모상에 대한 영향을 억제하고, 그 모상을 β상의 단상 조직으로 유지하면서 아연 당량이 큰 Al의 첨가를 가능하게 한다는 지견을 얻었다.

본 발명의 슬라이딩 부재용 고력 황동 합금은, 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 질량비로, Zn:17~28%, Al:5~10%, Mn:4~10%, Fe:1~5%, Ni:0.1~3%, Si:0.5~3%, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 모상이 β상의 단상 조직을 나타냄과 함께 그 β상에 침 형상, 구 형상 및 꽃잎 형상을 나타내는 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물의 적어도 하나가 분산된 조직을 나타내는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 고력 황동 합금은, 질량비로, Zn:17~28%, Al:5~10%, Mn:4~10%, Fe:1~5%, Ni:0.1~3%, Si:0.5~3%, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 이하, 본 발명의 고력 황동 합금의 성분 조성에 대해서 설명한다.

Zn은, 모상의 강도, 내마모성, 내충격성 및 윤활유에 대한 내부식성을 부여함과 함께, 모상의 조직을 결정하는 원소이다. Zn의 첨가량의 많고 적음에 따라, 모상의 조직에 α상, β상, γ상 등의 상이 출현한다. 다른 첨가 원소의 아연 당량과 그 첨가량에 따라 Zn의 첨가량이 달라지지만, 첨가량이 17질량% 미만에서는 모상의 조직에 α상이 출현하여 내마모성을 악화시키고, 또 첨가량이 28질량%를 초과하면 모상의 조직에 γ상이 출현하여 합금을 취약하게 한다. 따라서, Zn의 첨가량을 17~28질량%로 했다.

Al은, β상의 생성 촉진 원소로 모상의 강화에 유효하고, 또 Si와 마찬가지로 아연 당량이 커 γ상의 생성을 조장하지만, 5질량% 미만에서는 내마모성에 필요한 충분한 경도를 얻을 수 없고, 또 10질량%를 초과하여 첨가되면, γ상이 생성되어 합금이 취화된다. 따라서, Al의 함유량은 5~10질량%로 했다.

Mn은, 후술하는 Fe 및 Si와 결합하여 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물을 석출하고, 내마모성을 향상시킴과 함께, Si와 결합함으로써 Si 단독의 모상에 대한 고용을 한없이 제로에 가깝게 하는 원소이기 때문에, 다량의 함유량을 필요로 한다. 4질량% 미만에서는 상기 효과가 충분히 발휘되지 않으며, 또 10질량%를 초과하여 첨가해도 상기 효과 그 이상의 효과는 기대할 수 없다. 따라서, Mn의 함유량은 4~10질량%로 했다.

Fe는, 상기 Mn 및 후술하는 Si와 결합하여 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물을 석출하고, 내마모성을 향상시킨다. 1질량% 미만에서는 상기 효과가 충분히 발휘되지 않으며, 또 5질량%를 초과하여 첨가해도 상기 효과 그 이상의 효과는 기대할 수 없다. 따라서, Fe의 함유량은 1~5질량%로 했다.

Ni는, 모상 중에 고용되어, 합금의 강도 및 인성을 향상시킴과 함께, 후술하는 Si, Zn과도 결합하여, 모상 중에 분산되는 미세한 Ni계 금속간 화합물을 형성하여 내마모성을 향상시킨다. 0.1질량% 미만에서는 상기 효과가 충분히 발휘되지 않으며, 또 Ni는 음의 아연 당량을 가져, β상의 단상 조직을 얻기 위해서는 3질량% 이하로 할 필요가 있다. 따라서, Ni의 함유량은 0.1~3질량%로 했다.

Si는, 상기 Fe 및 Mn과 결합하여 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물을 석출하고, 내마모성을 향상시키는 역할을 한다. 또, 동시에 첨가되는 Mn과 Fe에 의해 Si의 모상에 대한 고용을 한없이 제로에 가깝게 함으로써, 모상에 대한 γ상의 출현이 회피된다. 필요한 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물의 양을 확보하기 위해서 Si의 함유량은 0.5질량% 이상 필요하고, 한편, Si의 함유량이 3질량%를 초과하면 Si의 모상에 대한 고용량이 증가하여 γ상이 출현한다. 따라서, Si의 함유량은 0.5~3질량%로 했다.

본 발명의 고력 황동 합금에 있어서 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물은, 침 형상, 구 형상 및 꽃잎 형상의 적어도 어느 하나를 나타낸다. 도 1(a)는, Zn 25.90질량%, Al 5.67질량%, Mn 5.95질량%, Fe 2.00질량%, Ni 2.32질량%, Si 1.45질량%, 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 사형 주조에 의해 얻어진 고력 황동 합금의 배율 200배의 광학 현미경 사진에 의한 합금 조직을 나타내는 것이며, 도 1(b)는 배율 450배의 광학 현미경 사진에 의한 합금 조직을 나타내는 것이다. 도 1(a), 도 1(b)에 있어서, 침 형상, 구 형상 및 꽃잎 형상으로 보이는 것이 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이며, 그 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 β상의 단상 조직에 5.7%의 면적 비율로 분산되어 있다.

도 2(a)는, Zn 20.46질량%, Al 5.66질량%, Mn 5.93질량%, Fe 2.75질량%, Ni 2.52질량%, Si 1.48질량%, 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 사형 주조에 의해 얻어진 고력 황동 합금의 배율 200배의 광학 현미경 사진에 의한 합금 조직을 나타내는 것이며, 도 2(b)는 배율 450배의 광학 현미경 사진에 의한 합금 조직을 나타내는 것이다. 도 2(a), 도 2(b)에 있어서, 침 형상, 구 형상 및 꽃잎 형상으로 보이는 것이 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이며, 그 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 β상의 단상 조직에 8.8%의 면적 비율로 분산되어 있다.

도 3(a)은, Zn 16.98질량%, Al 6.63질량%, Mn 7.75질량%, Fe 2.91질량%, Ni 1.96질량%, Si 1.49질량%, 잔부 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 사형 주조에 의해 얻어진 고력 황동 합금의 배율 200배의 광학 현미경 사진에 의한 합금 조직을 나타내는 것이며, 도 3(b)는 배율 450배의 광학 현미경 사진에 의한 합금 조직을 나타내는 것이다. 도 3(a), 도 3(b)에 있어서, 침 형상, 구 형상 및 꽃잎 형상으로 보이는 것이 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이며, 그 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 β상의 단상 조직에 12.9%의 면적 비율로 분산되어 있다.

본 발명의 고력 황동 합금에서는, Si의 함유량에 비해 Mn 및 Fe의 함유량이 많다. 이 때문에, 아연 당량이 많은 Si는 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물을 형성하기 위해 소비되어, 모상에 고용되는 Si의 양을 줄일 수 있으므로, 모상에 있어서의 아연 당량 상당량의 증가가 억제되어, Al의 함유량에 제약을 받는 일이 없다.

본 발명에서는, 모상이 Al에 의해 강화됨과 함께 β상의 단상 조직을 나타내고, Al에 의해 경질로 된 β상에 경질의 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 분산된 조직을 나타내므로, 경도 및 인장 강도가 증대하여 내마모성이 더 향상되고, 또한 인성이 향상되어 일정한 신장을 확보할 수 있는 등의 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태의 고력 황동 합금의 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태의 다른 고력 황동 합금의 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태의 또 다른 고력 황동 합금의 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태의 판 형상 슬라이딩 부재의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태의 원통 형상 슬라이딩 부재의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태의 원통 형상 슬라이딩 부재의 다른 예의 단면도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 원통 형상 슬라이딩 부재의 슬라이딩 부재 기체의 단면도이다.
도 8은 실시예에 있어서의 마모량의 시험 방법을 나타낸 사시도이다.

본 발명의 실시의 형태를 더 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.

본 발명의 고력 황동 합금에 있어서, 모상인 β상의 단상 조직에 분산된 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물은, 도 1~도 3의 광학 현미경에 의한 조직 사진에 나타내는 바와 같이, 그 형태가 침 형상, 구 형상 및 꽃잎 형상의 적어도 하나의 형태를 나타내고 있다. 이 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물은 경질이며, Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 모상인 β상의 단상 조직에 분산되는 면적 비율과 고력 황동 합금의 내마모성의 관계는 거의 비례 관계에 있다. Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 모상인 β상의 단상 조직에 약간의 양, 예를 들면 3%의 면적 비율로 분산됨으로써, 고력 황동 합금의 내마모성을 향상시키는 효과가 나타나기 시작하여, 20%의 면적 비율까지 당해 효과는 유지된다. 그러나, Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 모상인 β상의 단상 조직에 분산 함유되는 면적 비율이 20%를 초과하면, 고력 황동 합금 자체의 내마모성은 증대하는 반면, 상대재를 마모시키는 비율이 높아질 뿐만이 아니라 기계적 성질, 특히 신장을 현저하게 저하시킬 우려가 있다. 따라서, Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 모상인 β상의 단상 조직에 분산 함유되는 면적 비율은, 바람직하게는 3%~20%이며, 5~15%이면 더 적합하다.

본 발명의 고력 황동 합금에 있어서는, Fe, Mn 및 Si의 질량 백분율을 [Fe], [Mn] 및 [Si] 로 했을 때에, 하기 1식을 만족하는 것이 바람직하다.

0.31×[Mn]+0.17×[Fe]≥[Si] (1)

상기 식은, 다음의 사고에 기초하여 유도된 식이다. 즉, 금속간 화합물로서 Mn₅Si₃ 및 Fe₃Si가 대표적인 것으로서 알려져 있다. 이 금속간 화합물이 생성된다고 가정하고, 모든 Si를 소비하는데 필요한 Mn량 및 Fe량을 원자량으로부터 산출한다. Si원자의 질량을 1로 했을 때, Mn은 54.94(Mn의 원자량)/28.09(Si의 원자량)=1.956, Fe는 55.85(Fe의 원자량)/28.09=1.988이 된다. Mn₅Si₃에서 Si를 소비하는데 필요한 Mn량은, 1.956×5÷3=3.26(역수는 0.31), Fe₃Si에서 Si를 소비하는데 필요한 Fe량은, 1.988×3=5.964(역수는 0.17)가 되어, 상기 식이 도출된다.

Fe와 Mn과 Si의 함유량을, 상기 식을 만족하는 함유량으로 함으로써, 모상인 β상의 단상 조직에 대한 Si의 고용을 한없이 제로에 가깝게 할 수 있어, 모상에 대한 γ상의 출현이 회피된다. 그 결과, Si와 Al의 동시 첨가를 가능하게 하여, Fe-Mn-Si계 금속간 화합물의 석출에 의한 내마모성의 향상을 도모할 수 있다.

또, 본 발명의 고력 황동 합금을 판 형상으로 주조하여 판 형상체를 형성하고, 판 형상체의 슬라이딩면으로서의 표면에 복수개의 구멍 또는 홈을 형성하여, 그 구멍 또는 홈에 흑연 등의 고체 윤활제를 매설 고정한 고체 윤활제 매입(埋入)형 슬라이딩 부재로 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 고력 황동 합금을 사용한 판 형상체의 형태를 이루는 슬라이딩 부재(미끄럼판)(1)를 나타내는 평면도이다. 고력 황동 합금제의 슬라이딩 부재 기체(2)의 한쪽의 표면(슬라이딩면)(3)에는, 그 두께 방향으로 패인 복수개의 오목부(4)가 형성되어 있다. 이 오목부(4)는, 그 슬라이딩 부재 기체(2)의 표면(3)의 면적을 차지하는 개구부의 면적의 총합이 10~40%의 비율이 되도록 형성된다. 오목부(4)는, 흑연 등의 고체 윤활제(5)를 충전 유지하는 것이며, 그 슬라이딩 부재(1)의 내마모성을 양호하게 발휘시키기 위해서는, 슬라이딩 부재 기체(2)의 표면(3)의 면적을 차지하는 오목부(4)의 개구부의 면적의 총합이 적어도 10% 필요하게 된다. 그러나, 슬라이딩 부재 기체(2)의 표면(3)의 면적을 차지하는 오목부(4)의 개구부의 면적의 총합이 40%를 초과하면 슬라이딩 부재 기체(2)의 강도 저하를 초래하게 된다. 또한, 오목부(4)는, 드릴이나 엔드 밀 등을 이용한 천공 가공 혹은 절삭 가공에 의해 형성되지만, 그 외의 수단으로 형성해도 된다.

또, 본 발명의 고력 황동 합금을 원통 형상으로 주조하여 원통체를 형성하고, 원통체의 슬라이딩면으로서의 적어도 내주면에 복수개의 구멍 또는 홈을 형성하여, 구멍 또는 홈에 흑연 등의 고체 윤활제를 매설 고정한 고체 윤활제 매입형 슬라이딩 부재로 할 수 있다.

도 5는, 본 발명의 고력 황동 합금을 사용한 원통 형상 부시의 형태를 이루는 슬라이딩 부재(원통 베어링)(1a)를 나타내는 단면도이다. 고력 황동 합금제의 슬라이딩 부재 기체(2a)의 내주면(슬라이딩면)(3a)에는, 그 길이 방향을 따라 배열된 복수개의 링 형상의 홈(4a)이 형성되어 있다. 이 홈(4a)은, 상기 슬라이딩 부재(1)와 마찬가지로, 슬라이딩 부재 기체(2a)의 내주면(3a)의 면적을 차지하는 링 홈(4a)의 개구부의 면적의 총합이 10~40%의 비율이 되도록 형성된다. 또한, 홈(4a)은, 바이트 등을 이용한 절삭 가공에 의해 형성되지만, 그 외의 수단으로 형성해도 된다.

도 6은, 본 발명의 고력 황동 합금을 사용한 원통 형상 부시의 형태를 이루는 슬라이딩 부재(1b)를 나타내는 단면도이다. 이 슬라이딩 부재(1b)는, 도 7에 나타낸 고력 황동 합금으로 이루어지는 원통 형상의 슬라이딩 부재 기체(2b), 그 내주면(슬라이딩면)(3b)과 외주면에 연통하는 복수의 원기둥 형상의 구멍(4b)을 형성하고, 구멍(4b)에 고체 윤활제(5)를 충전하여 구성되어 있다. 구멍(4b)은, 상기 슬라이딩 부재(1)와 마찬가지로, 슬라이딩 부재 기체(2b)의 내주면(3b)의 면적을 차지하는 개구부의 면적의 총합이 10~40%의 비율이 되도록 형성된다. 그리고, 이 구멍(4b)은 드릴 등을 이용한 천공 가공에 의해 형성되지만, 그 외의 수단으로 형성해도 된다.

<실시예>

다음에, 본 발명을 실시예에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.

실시예 1~6 및 비교예 1~5

표 1의 화학 성분이 되도록, Cu, Zn, Al, Cu-Fe 모합금, Ni-Al 모합금, Si-Cu 모합금, Mn-Cu 모합금, Fe-Al 모합금을 저주파 용해로에서 용해하여, 1100℃ 이상의 용탕 온도로 내경 50mm, 외경 80mm, 길이 100mm의 사형에 주입(鑄入)하여, 원통체를 제작한 후, 기계 가공을 실시하여 내경 60mm, 외경 75mm, 길이 50mm의 원통 형상 베어링을 제작했다. 얻어진 원통 형상 베어링에 두께 방향으로 직경 10mm의 복수개의 관통 구멍을 그 내주면에 개구 면적이 내주면의 면적에 대해 30%가 되도록 형성함과 함께 관통 구멍에 흑연으로 이루어지는 고체 윤활제를 매입했다. 그 다음에, 고체 윤활제 부위에 윤활유를 진공 함침시키고, 이것을 마모 시험용 시험편으로 했다. 또, 인장 시험용 시험편은, JISH5120의 B호에 준거하여 주조한 후, JISZ2201(금속 재료 인장 시험편)에 준거하여 4호 시험편에 기계 가공하고, JISZ2241(금속 재료 인장 시험 방법)에 준거하여 인장 시험을 행했다. 경도(브리넬 경도) 측정은 상기 4호 시험편을 사용했다. 표 1 중, 금속간 화합물 면적 비율(%)은 모상 중에 분산 함유된 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물의 면적 비율을 나타낸다.

표 2는, 상기 실시예 및 비교예의 기계적 성질 및 마모량을 나타내는 것으로, 표 2에 있어서의 마모량은, 도 8에 모식적으로 나타내는 저널 요동 시험에 의해 행한 결과를 나타낸다. 시험 방법은, 상기 실시예 및 비교예의 원통 형상 베어링 A에 대해 회전축(상대재) B를 요동 회전시켜 행한 것으로, 원통 형상 베어링 A에 하중을 부하하여 고정하고, 회전축 B를 일정한 미끄럼 속도로 요동 회전시키고, 소정의 시험 시간 후의 원통 형상 베어링 A 및 회전축 B의 마모량을 측정했다. 시험 조건은, 다음과 같다.

<시험 조건>

미끄럼 속도 0.47m/min

면압 1000kgf/cm²(98MPa)

시험 시간 100시간

운동 형태 회전축 연속 요동 운동

요동 각도 ±45°

상대재 재질 기계 구조용 탄소강(S45C)

윤활 조건 시험 개시 시에 슬라이딩면에 리튬계 그리스를 도포

본 발명의 실시예에 의한 고력 황동 합금은, 모상이 β상의 단상 조직이며, 모상에 대한 Si의 고용을 한없이 제로에 가깝게 함으로써, Si의 모상에 대한 영향을 억제하고 그 모상을 β상의 단상 조직으로 유지할 수 있음과 함께 그 β상에 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 분산된 조직을 나타낸다. 이것에 의해, 실시예의 고력 황동 합금은, 내마모성이 우수하고, 또한 기계적 성질이 우수하다. 이 고력 황동 합금에 고체 윤활제를 매입한 고체 윤활제 매입형 슬라이딩 부재에 있어서는, 베이스 금속인 고력 황동 합금의 우수한 내마모성과 고체 윤활제의 저마찰성이 더불어, 베어링으로서의 우수한 내마모성을 발휘하는 것이 확인되었다.

한편, 비교예 1의 고력 황동 합금은, 모상이 β상의 단상 조직을 나타내지만 그 β상에 분산된 금속간 화합물은 Fe-Cu-Al계 금속간 화합물이며, 고체 윤활제를 매입한 슬라이딩 부재에 있어서는, 마모량이 증대하여 내마모성이 떨어져 있는 것을 알 수 있다. 비교예 2의 고력 황동 합금은, Mn의 함유량이 적기 때문에 잉여의 Si가 모상에 고용되어 모상의 조직이 β+γ상을 나타내고, 신장이 현저하게 저하되는 것이 인정되었다. 또, 비교예 2의 고체 윤활제를 매입한 슬라이딩 부재에 있어서는, 마모량이 증대하여 내마모성에 떨어져 있는 것을 알 수 있다. 비교예 3의 고력 황동 합금은, Zn의 함유량이 적고, 또, 비교예 4의 고력 황동 합금은, 음의 아연 당량을 나타내는 Ni의 함유량이 많기 때문에, 어느 하나의 고력 황동 합금에 있어서도 β상에 α상이 출현하고, 내마모성이 현저하게 저하되어 있다. 또한, 비교예 5의 고력 황동 합금은, Mn의 함유량이 많고, 모상은 β상의 단상 조직이지만 금속간 화합물의 면적 비율이 20%를 초과하여, 기계적 성질의 신장이 현저하게 저하되는 것이 인정되었다. 이에 더하여, 비교예 5의 고체 윤활제를 매입한 슬라이딩 부재에 있어서는, 상대재의 마모량이 현저하게 증가하는 것을 알 수 있다.

<산업상의 이용 가능성>

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 고력 황동 합금은, 모상이 β상의 단상 조직을 나타내고, 그 β상에 경질의 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이 소정의 면적율로 분산된 조직을 나타내고 있으며, 경도 및 인장 강도가 증대하여 내마모성이 향상됨과 함께, 일정한 신장을 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 고력 황동 합금은, 미끄럼 베어링, 워셔 및 미끄럼판 등의 슬라이딩 용도에 대한 적용이 가능해진다.

1, 1a, 1b 슬라이딩 부재
2, 2 a, 2b 슬라이딩 부재 기체

Claims

질량비로, Zn:17~28%, Al:5~10%, Mn:4~10%, Fe:1~5%, Ni:0.1~3%, Si:0.5~3%, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 모상이 β상의 단상 조직을 나타냄과 함께 그 β상에 침 형상, 구 형상 및 꽃잎 형상을 나타내는 Fe-Mn-Si계 금속간 화합물의 적어도 하나가 분산된 조직을 나타내고, Fe, Mn 및 Si의 질량 백분율을 [Fe], [Mn] 및 [Si]로 했을 때에, 하기 1식을 만족하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재용 고력 황동 합금.
0.31×[Mn]+0.17×[Fe]≥[Si] (1)
청구항 1에 있어서,
Fe-Mn-Si계 금속간 화합물은, β상의 단상 조직에 3~20%의 면적 비율로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재용 고력 황동 합금.
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 고력 황동 합금으로 이루어지는 원통체의 적어도 슬라이딩면으로서의 내주면에, 복수의 구멍 또는 홈이 형성되고, 그 구멍 또는 홈에 고체 윤활제가 매설 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 슬라이딩 부재용 고력 황동 합금으로 이루어지는 판 형상체의 슬라이딩면으로서의 표면에, 복수의 구멍, 홈 또는 오목부가 형성되고, 그 구멍, 홈 또는 오목부에 고체 윤활제가 매설 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
청구항 4에 있어서,
상기 슬라이딩면으로서의 내주면 또는 표면에 있어서의 고체 윤활제가 차지하는 면적 비율은, 10~40%인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
청구항 5에 있어서,
상기 슬라이딩면으로서의 내주면 또는 표면에 있어서의 고체 윤활제가 차지하는 면적 비율은, 10~40%인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.