KR20080077250A

KR20080077250A - 철계 소결 복층 권취 부시, 그 제조 방법 및 작업기 연결장치

Info

Publication number: KR20080077250A
Application number: KR1020087016180A
Authority: KR
Inventors: 타케모리 타카야마
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-08-21
Also published as: CN101374969B; GB2447855B; WO2007086621A1; JPWO2007086621A1; US8283046B2; CN101374969A; GB2447855A; US20100227188A1; JP4842283B2; GB0813767D0

Abstract

저마찰계수화를 꾀하면서, 내시징성 및 내마모성이 우수하고, 또한, 자기 윤활성을 부여해서 급유 간격의 장시간화 또는 무급유화할 수 있는 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 백메탈 강판에 강고하게 소결 접합함으로써 경제성이 우수한 철계 소결 복층 권취 부시, 그 제조 방법, 및 작업기 연결 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시는 백메탈 강판과, 상기 백메탈 강판 상에 소결 접합된 Fe계 소결 슬라이딩 재료층과, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층과 상기 백메탈 강판의 접합 계면 근방에 형성된 Fe계 합금 입자의 확산층과, 상기 접합 계면 근방에 형성된 상기 접합 계면측으로 신장되는 Cu 합금상을 구비하는 것을 특징으로 한다.

철계 소결 복층 권취 부시

Description

철계 소결 복층 권취 부시, 그 제조 방법 및 작업기 연결 장치{IRON-BASED SINTER MULTILAYER WOUND BUSH, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND OPERATING MACHINE CONNECTING APPARATUS}

본 발명은 철계 소결 복층 권취 부시, 그 제조 방법 및 작업기 연결 장치에 관한 것으로, 특히, 저마찰계수화를 꾀하면서, 내시징성(seizing resistance) 및 내마모성이 우수하고, 또한, 자기 윤활성을 부여해서 급유(lubrication) 간격의 장시간화 또는 무급유화할 수 있는 철계 소결 복층 권취 부시, 그 제조 방법, 및 작업기 연결 장치에 관한 것이다.

고면압, 저속 슬라이딩, 요동의 매우 나쁜 윤활 조건하에서 사용되는 작업기 연결 장치용 레이디얼 베어링으로서는 적어도 그 슬라이딩면을 침탄 담금질이나 고주파 담금질한 강제 베어링이 사용되고 있으며, 특히, 슬라이딩시의 이음 발생이나 시징성을 개선하기 위해서 상기 강제 베어링 슬라이딩면에 다수의 윤활홈이나 딤플상의 오일홀을 형성시킨 베어링이 이용되고 있다.

또한 최근, 보수관리의 용이화의 요구로부터 이 베어링에의 급유 간격을 늘리기 위해서 고강도로 소결된 오일함유 베어링이나 원통형상 고력 황동재에 구멍 가공을 실시하고, 그 구멍에 다공질의 흑연을 메워 넣은 오일함유 베어링, 또한, 소결 슬라이딩 재료중에 흑연, MoS₂, WS₂ 등의 고체 윤활제를 분산시킨 자기 윤활성의 슬라이딩 재료가 널리 실용화되고 있다.

예를 들면 자기 윤활성 동계 슬라이딩 재료로서는 동계 소결재의 모상에 흑연, MoS₂, WS₂ 등의 고체 윤활제를 분산시켜서 핫프레스한 것(도시바 탄가로이제, SL 합금)이 있다.

또한 1.2중량% 이하의 탄소가 고용된 철 기지중에 1∼5%의 유리 흑연이 분산된 조직을 갖는 Fe계 소결 합금은 우수한 슬라이딩 특성을 갖는다. 흑연 입자에 적정한 동 도금을 실시하여 Fe계 소결 합금중의 유리 흑연 주위에 두께가 5∼10㎛인 철-동 경화층을 형성함으로써 원료 분말에 배합한 흑연을 기지중에 확산시키지 않고 유리 흑연으로서 분산시킨 슬라이딩 재료용 소결 합금이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌1 참조).

상기 슬라이딩 재료용 소결 합금은 초기의 슬라이딩 특성은 좋지만, 사용함에 따라 그 마모량이 현저히 증대되는 문제가 크다. 이 때문에 특허문헌1에서는 원료 분말에 배합되는 흑연 분말에 적정한 두께의 동 도금을 실시하고, 또한 소결시에 상기 동 도금층이 철입자중에 확산 고용되지 않는 소결 온도를 엄밀히 선정함으로써 흑연 입자 주위에 Fe-Cu 경화층을 형성시키고 있다. 그러나, 상기 동 도금층 두께의 관리나 소결 온도가 동 도금층을 용해시키지 않는 저온도로 제약되기 때문에 고면압하에서 사용할 수 있기에 충분한 소결체 강도가 얻어지지 않아 내마모성이나 마찰계수가 충분하지 않다.

또한 입경이 0.03∼1㎜로 입자화된 흑연, MoS₂등의 고체 윤활제 10∼80 체적%에 대하여 입경 45㎛ 이하의 철계 금속 분말을 혼합한 혼합 분말을 성형하고, 1050℃에서 소결함으로써 입자화된 고체 윤활제의 연결을 저감시킴과 아울러, 그 소결시에 동 합금계의 용침제를 용침시킴으로써 입자화된 고체 윤활제의 위치에서의 응력집중을 경감시킨 보다 고강도이며 내마모성의 개선을 꾀한 자기 윤활성 소결 슬라이딩 재료가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌2 참조).

상기 자기 윤활성 소결 슬라이딩 재료에서는 소결시에 입자화 흑연과 철 기지의 반응을 방지하기 위해서 소결 온도를 1050℃로 제한하므로, 충분한 소결 강도가 얻어지지 않는다. 또한 고체 윤활제의 입자간의 거리가 길기 때문에, 입자화 흑연간의 철 기지에서 국소적인 시징이 일어나기 쉽다. 또한 동 합금계 용침제를 용침함으로써 슬라이딩 재료중의 기공이 봉공(封孔)되고, 윤활유의 오일함유성이 현저히 저해되어 결과적으로 충분한 내마모성 및 내시징성을 얻을 수 없다.

또한 10∼30중량부의 동 분말과, 0.1∼6.5중량부의 흑연 분말과, 0.1∼7.0중량부의 2황화몰리브덴 분말과, 잔부가 철 분말로 이루어지는 혼합 분말에 의한 철계 소결 합금층이 강철 백메탈에 소결 접합된 미끄럼 베어링이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌3 참조).

상기 미끄럼 베어링에 있어서도 소결 온도가 제한되므로, 충분한 소결 강도가 얻어지지 않는다. 또한 특허문헌3에 있어서는 고체 윤활제의 첨가 방법이나 그 양적 관계를 주체로 해서 개시되어 있지만, 시징성이 우수한 금속상(철계) 기지에 관한 검토는 그다지 이루어져 있지 않다.

또한 고체 윤활제가 분산되어 있지 않는 베어링으로서 고하중하에서 사용 가능한 오일함유 미끄럼 베어링으로서는 애토마이즈 철 분말, Cu 또는 Cu 합금 분말, 흑연 분말 및 각종 고속도강 분말, 페로몰리브덴 분말, 코바메토(Co 합금) 분말(캐보트사제)을 배합한 혼합 분말 성형체를 Cu 또는 Cu 합금 분말이 용해되는 온도역에서 소결하고, 그 냉각 과정에서 철 기지중에 확산 고용된 Cu 또는 Cu 합금상으로서 석출시킴으로써 마텐자이트가 존재하는 철탄소 합금 기지중에 Cu 입자 또는 Cu 합금 입자가 분산된 것이 있다. Cu의 함유량이 7∼30중량%임과 아울러, 상기 철탄소 합금 기지보다 경질인 상으로서 특정의 조성을 갖는 합금 입자가 5∼30중량% 분산되고, 또한 기공률이 8∼30체적%인 오일함유 베어링용 내마모성의 Fe계 소결 합금이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌4 참조). 그리고, 이 오일함유 베어링용 내마모성의 소결 합금에 있어서는 다량의 Cu 또는 Cu 합금 분말을 원료 분말로서 배합하고, [1]소결시의 Cu 또는 Cu 합금 분말의 용해에 의해 오일함유에 필요한 유출 구멍을 형성시키는 것, [2]연질의 Cu입자를 마텐자이트상중에 분산시킴으로써 순응성(conformability)을 개선하는 것, [3]기지의 마텐자이트보다 경질인 상기 합금 입자를 분산시킴으로써 기지의 소성 변형을 저감시킴과 아울러 미끄럼 슬라이딩시에 기지 합금에 가해지는 부담을 저감시킴으로써 고면압하에 있어서도 우수한 내마모성이 얻어지는 것이 개시되어 있다.

또한, 상기 합금 입자로서는, (1)C가 0.6∼1.7중량%, Cr이 3∼5중량%, W가 1∼20중량%, V가 0.5∼6중량%를 함유하는 Fe기 합금 입자(고속도강(하이스) 분말 입 자), (2)C가 0.6∼1.7중량%, Cr이 3∼5중량%, W가 1∼20중량%, V가 0.5∼6중량%, Mo 및 Co 중 적어도 한쪽이 20중량% 이하를 함유하는 Fe기 합금 입자(고속도강(Mo, Co를 함유하는 하이스) 분말 입자), (3)55∼70중량%의 Mo를 함유하는 Mo-Fe 입자(페로몰리브덴), (4)Cr이 5∼15중량%, Mo가 20∼40중량%, Si가 1∼5중량%를 함유하는 Co기 합금 입자(빌드업 용사용 내열 내마모성 합금 분말, 캐보트사제, 상품명 코바메트) 등을 들 수 있다(예를 들면 특허문헌4 참조).

상기 오일함유 미끄럼 베어링에서는 상기 합금 입자가 5∼30중량% 분산되어 있으므로, 상기 슬라이딩 조건이 엄격한 건설기계용 작업기 부시(고면압, 저요동)로서는 그 내시징성이 충분하지 않고, 때때로 마찰계수가 높다는 문제가 있다.

[특허문헌1]일본 특허 공개 소58-157951호 공보

[특허문헌2]일본 특허 공개 평4-254556호 공보

[특허문헌3]일본 특허 제3168538호 공보

[특허문헌4]일본 특허 공개 평8-109450호 공보

작업기 연결 장치와 같이 고면압, 저속 슬라이딩, 요동 등의 매우 엄격한 슬라이딩 조건하에서 사용되는 종래의 소결 슬라이딩 재료에서는 마찰계수가 높은 경향(0.15 이상)을 가짐과 아울러, 내시징성, 내마모성이 불충분하기 때문에 이음의 발생 방지나 급유 간격의 장시간화가 불가능하고, 또한 자기 윤활성이 불충분하기 때문에 무급유화할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 고려해서 이루어진 것이며, 그 목적은 상기 슬라이딩 조건하에서도 저마찰계수화를 꾀하면서 내시징성 및 내마모성이 우수하고, 또한, 자기 윤활성을 부여해서 급유 간격의 장시간화 또는 무급유화할 수 있는 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 백메탈 강판에 강고하게 소결 접합함으로써 경제성이 우수한 철계 소결 복층 권취 부시, 그 제조 방법, 및 작업기 연결 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시는 백메탈 강판과,

상기 백메탈 강판 상에 소결 접합된 Fe계 소결 슬라이딩 재료층과,

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층과 상기 백메탈 강판의 접합 계면 근방에 형성된 Fe계 합금 입자의 확산층과,

상기 접합 계면 근방에 형성되고, 상기 접합 계면측으로 신장되는 Cu 합금상을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 C:0.40∼5중량%, Cu:8∼40중량%(보다 바람직하게는 8∼30중량%), Sn:0.5∼10중량을 함유하는 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 상기 백메탈 강판 상에 가소결 접합하고, 라운드 벤딩 가공후에 본소결을 실시한 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 1000℃ 이상(보다 바람직하게는 1050℃ 이상)의 온도에서 액상 소결되고, 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금 입자가 주체가 되고 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고, 또한, 상기 Fe-C계 합금 입자가 담금질 경화되어 그 모상이 마텐자이트 또는 마텐자이트를 주체로 하는 조직을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시는 백메탈 강판 상에 소결 접합된 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 갖는 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서,

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 적어도 C:0.40∼5중량%, Cu:8∼40중량%(바람직하게는 8∼30중량%), Sn:0.5∼10중량을 함유하는 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 상기 백메탈 강판 상에 가소결 접합하고, 라운드 벤딩 가공후에 본소결을 실시한 것이며,

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 상기 가소결 접합 온도보다 고온(예를 들면 1000℃ 이상, 바람직하게는 1050℃ 이상)에서 액상 소결되고, 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금 입자가 주체가 되고 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고, 또한, 상기 Fe-C계 합금 입자가 담금질 경화되어 그 모상이 마텐자이트 또는 마텐자이트를 주체로 하는 조직을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 적어도 C:0.40∼5중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 상기 백메탈 강판 상에 가소결 접합하고, 라운드 벤딩 가공후에 1000℃ 이상의 고온에서 액상 소결에 의해 본소결 접합을 실시한 것이며,

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고,

또한, 상기 고상상태의 Fe-C계 합금상중에 Cr₇C₃, M₆C, M₂C, MC형 특수 탄화물의 1종 이상의 특수 탄화물을 분산시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 작업기 연결 장치는 상술한 철계 소결 복층 권취 부시를 갖는 작업기 연결 장치로서, 상기 백메탈 강판중의 탄소 농도가 0.3∼0.6중량%이며, 또한, 상기 철계 소결 복층 권취 부시의 양단면에 있어서의 상기 백메탈 강판의 부위가 담금질 경화되고, 이 담금질 경화된 부위에 시일 기능을 발현시키는 립 시일(lip seal) 또는 더스트 시일(dust seal)이 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 백메탈 강판 상에 가소결함으로써 상기 백메탈 강판 상에 가소결층을 형성하는 공정과,

상기 가소결층을 기계적으로 압하하는 공정과,

상기 가소결층 및 상기 백메탈 강판을 라운드 벤딩 가공하는 공정과,

상기 가소결시의 온도보다 고온(예를 들면 1000℃ 이상, 바람직하게는 1050℃ 이상)에서 상기 가소결층을 본소결함으로써 상기 백메탈 강판 상에 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 형성하는 본소결 공정을 구비하고,

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 적어도 C:0.3∼5중량%, Cu:8∼40중량%(바람직하게는 8∼30중량%), Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 백메탈 강판 상에 750∼950℃의 온도범위에서 가소결 접합함으로써 상기 백메탈 강판 상에 가소결층을 형성하는 공정과,

상기 가소결층을 기계적으로 압하하는 공정과,

상기 가소결시의 온도보다 고온인 1000℃ 이상에서 상기 가소결층을 본소결함으로써 상기 백메탈 강판 상에 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 형성하는 본소결 공정을 구비하고,

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 적어도 C:0.4∼5중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이며,

상기 본소결후의 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고,

또한, 상기 고상상태의 Fe-C계 합금상중에 Cr₇C₃, M₆C, M₂C, MC형 특수 탄화물의 1종 이상을 분산시키는 것을 특징으로 한다.

상기 가소결층을 기계적으로 압하하는 공정과,

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 적어도 C:0.2∼15중량% 또는 0.2∼9중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이며,

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 함유되는 Fe계 합금 분말에는 고용 한도 이상이며 또한 적어도 2중량% 이상 40중량% 이하의 Cu와 0.2중량% 이상의 탄소가 함유되고,

상기 본소결후의 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.2중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고,

또한, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 Co, Cr, Mo, W의 금속 분말, Mo 금속간 화합물을 함유하는 NiMo, CoMo, FeMo의 합금 분말, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재 분말, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Nb 중 어느 1종 이상의 합금 원소를 주체로 하는 특수 탄화물 분말, 질화물 분말, 산화물 분말 중 1종 이상의 분말 입자를 분산시키는 것을 특징으로 한다.

상기 가소결층을 기계적으로 압하하는 공정과,

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 함유하는 Fe계 합금 분말에는 고용 한도 이상이며 또한 적어도 2중량% 이상 40중량% 이하의 Cu와 0.45중량% 이상의 탄소가 함유되고,

또한, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 Co, Cr, Mo, W의 금속 분말, Mo 금속간 화합물을 함유하는 NiMo, CoMo, FeMo의 합금 분말, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재 분말, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Nb 중 어느 1종 이상의 합금 원소를 주체로 하는 질화물 분말, 산화물 분말 중 1종 이상의 분말 입자를 분산시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 본소결후의 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 확산층 또는 중간 Fe계 소결층을 통해 상기 백메탈 강판에 소결 접합되어 있고,

상기 확산층은 상기 백메탈 강판에 접해서 형성된 탄화물을 함유하지 않는 Fe계 합금상과 상기 본소결 공정에서 소결 접합된 소결층측으로 신장되는 Cu 합금상을 구비하는 것이며,

상기 중간 Fe계 소결층은 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층보다 탄소량이 적은 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법에 관하여, 상기 백메탈 강판의 슬라이딩면측에 있어서는 적어도 Cu:10∼40중량%, Sn:0.5∼10중량%, C:0∼0.8중량%를 함유하는 상기 중간 Fe계 소결층이 가소결 접합되고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층이 상기 중간 Fe계 소결층을 통해 소결 접합되어 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법에 있어서, 상기 본소결 공정은 상기 본소결한 후의 급랭 처리에 의해 상기 Fe-C계 합금상에 담금질 또는 담금질 뜨임을 행하고, 그것에 의해서 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 Fe-C계 합금상을 Hv500 이상의 경도까지 경화시키는 공정을 포함하는 것도 가능하다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법에 있어서, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 Fe 합금 분말과, Cu 분말과, Sn 분말 및 Cu 합금 분말 중 적어도 하나의 분말을 배합한 혼합 분말, 또는, 상기 혼합 분말에 흑연 분말을 더 배합한 혼합 분말인 것도 가능하다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법에 있어서, 상기 본소결 공정은 상기 본소결할 때에 있어서 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금 입자와 액상상태의 Cu-Sn계 합금상을 갖는 액상 소결 조직을 형성하고, 그 후에 급랭 처리에 의해 상기 Fe-C계 합금 입자를 담금질 경화시키는 공정인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법에 있어서, 상기 본소결 공정후의 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 있어서의 상기 Fe-C계 합금 입자의 함유량은 65체적% 이상인 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 저마찰계수화를 꾀하면서, 내시징성 및 내마모성이 우수하고, 또한, 자기 윤활성을 부여해서 급유 간격의 장시간화 또는 무급유화할 수 있는 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 백메탈 강판에 강고하게 소결 접합함으로써 경제성이 우수한 철계 소결 복층 권취 부시, 그 제조 방법, 및 작업기 연결 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예1의 Fe계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 이용하여 제작한 인장 시험편을 나타내는 도면이다.

도 2는 Fe-Cu-Sn계 소결체의 소결 온도와 치수 변화율을 나타내는 도면이다.

도 3은 Fe-Cu-Sn계 소결체의 소결 온도와 치수 변화율을 나타내는 도면이다.

도 4는 Fe-Cu-Sn계 소결체의 소결 온도와 소결체의 록웰 B 경도를 나타내는 도면이다.

도 5는 Fe-Cu-Sn계 소결체의 가소결 온도와 가소결체의 록웰 B 경도를 나타내는 도면이다.

도 6은 Fe(ASC300)-Cu, -Sn, -C계 소결체의 소결 온도와 치수 변화율을 나타내는 도면이다.

도 7은 Fe16Al25Cu 합금의 소결 온도와 치수 변화율을 나타내는 도면이다.

도 8은 표 3-1에 나타내는 B15의 1200℃에서의 소결 조직을 나타내는 사진이다.

도 9는 표 3-1에 나타내는 B16의 1200℃에서의 소결 조직을 나타내는 사진이다.

도 10은 Fe16Al25Cu+15Cu의 흑연 첨가량과 치수 변화율을 나타내는 도면이다.

도 11(a)는 표 3-1에 나타내는 B7의 1200℃에서의 소결 조직을 나타내는 사진, 도 11(b)는 표 3-1에 나타내는 B11의 1200℃에서의 소결 조직을 나타내는 사진, 도 11(c)는 표 3-1에 나타내는 B13의 1200℃에서의 소결 조직을 나타내는 사진, 도 11(d)는 표 3-1에 나타내는 B20의 1200℃에서의 소결 조직을 나타내는 사진이다.

도 12(a)는 표 3-1에 나타내는 B21 합금의 1200℃에서 소결한 조직을 나타내 는 사진, 도 12(b)는 표 3-1에 나타내는 B22 합금의 1200℃에서 소결한 조직을 나타내는 사진, 도 12(c)는 표 3-1에 나타내는 B23 합금의 1200℃에서 소결한 조직을 나타내는 사진, 도 12(d)는 표 3-1에 나타내는 B24 합금의 1200℃에서 소결한 조직을 나타내는 사진, 도 12(e)는 표 3-1에 나타내는 B25 합금의 1200℃에서 소결한 조직을 나타내는 사진, 도 12(f)는 표 3-1에 나타내는 B26 합금의 1200℃에서 소결한 조직을 나타내는 사진이다.

도 13(a)는 표 3-1에 나타내는 B23 합금의 1200℃에서 소결한 조직을 나타내는 사진, 도 13(b)는 표 3-1에 나타내는 B23 합금의 1100℃에서 소결한 조직을 나타내는 사진, 도 13(c)는 표 3-1에 나타내는 B23 합금의 1000℃에서 소결한 조직을 나타내는 사진이다.

도 14는 실시예2에 의한 흑연 분산량과 인장 강도의 관계를 나타내는 도면이다.

도 15는 표 3-2에 나타낸 B28∼B40 합금의 소결 온도와 치수 변화율을 나타내는 도면이다.

도 16은 표 3-2에 나타낸 B41∼B53 합금의 소결 온도와 치수 변화율을 나타내는 도면이다.

도 17은 표 3-2에 나타낸 B54∼B65 합금의 소결 온도와 치수 변화율을 나타내는 도면이다.

도 18(a)∼(c)는 표 4에 나타내는 C6을 900℃, 1000℃, 1050℃ 각각의 온도에서 가소결한 백메탈 강판과 소결층의 접합 계면 근방 조직을 나타내는 사진, (d) ∼(f)는 표 4에 나타내는 C8을 900℃, 1000℃, 1050℃ 각각의 온도에서 가소결한 백메탈 강판과 소결층의 접합 계면 근방 조직을 나타내는 사진이다.

도 19(a), (b)는 표 4에 나타내는 C9를 1050℃, 1170℃ 각각의 온도에서 본소결한 백메탈 강판과 소결층의 접합 계면 근방 조직을 나타내는 사진, (c), (d)는 표 4에 나타내는 C10을 1050℃, 1170℃ 각각의 온도에서 본소결한 백메탈 강판과 소결층의 접합 계면 근방 조직을 나타내는 사진이다.

도 20(a), (b)는 가소결후에 압연을 실시하지 않고, 1130℃, 30분의 본소결후에 N₂가스 냉각한 C12, C14 합금의 소결층 단면 조직을 나타내는 사진이다.

도 21(a)∼(c)는 C2 합금의 가소결층에 압하율 60%의 압연을 실시한 후에 1100℃, 30분의 본소결을 실시하고, 그 본소결 온도로부터 N₂가스 냉각한 것의 외관과 단면의 조직 사진이다.

도 22(a)∼(e)는 C3∼C5, C7, C11 합금의 가소결층에 압하율 약 60%의 압연을 실시한 후, 본소결과 N₂가스 냉각을 실시한 것의 단면 조직을 나타내는 사진이다.

도 23(a), (b)는 C13 합금의 1100℃ 본소결후의 단면 조직을 나타내는 사진이다.

도 24(a), (b)는 C15 합금의 1100℃ 본소결후의 단면 조직을 나타내는 사진이다.

도 25(a), (b)는 C17 합금의 1100℃ 본소결후의 단면 조직을 나타내는 사진 이다.

도 26(a), (b)는 C19 합금의 1100℃ 본소결후의 단면 조직을 나타내는 사진이다.

도 27(a), (b)는 C13 합금을 가소결한 후에 미세한 Cu-10중량% Sn 합금 분말을 표면에 매우 얇게 산포한 후에 압하율 약 65%로 압연한 후, 본소결, N₂가스 냉각을 실시한 단면 조직을 나타내는 사진이다.

도 28(a), (b)는 C17 합금을 가소결한 후에 미세한 Cu-10중량% Sn 합금 분말을 표면에 매우 얇게 산포한 후에 압하율 약 65%로 압연한 후, 본소결, N₂가스 냉각을 실시한 단면 조직을 나타내는 사진이다.

도 29(a)는 실시예 6의 철계 소결 복층 권취 부시를 베어링 시험용 부시 형상으로 가공한 시험편이며, 도 29(b)는 베어링 시험 장치의 개념도이다.

도 30(a)∼(d)는 본 발명의 일실시형태에 따른 작업기 연결 장치를 나타내는 단면도이다.

도 31(a), (b)는 작업기 연결 장치를 나타내는 단면도이다.

도 32(a)∼(h)는 각종 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법을 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 33은 본 발명의 실시형태에 의한 철계 소결 복층 권취 부시의 일부를 나타내는 모식도이다.

도 34는 본 실시형태에 따른 철계 소결 복층 권취 부시의 일부를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 내마모성, 내시징성을 개선하기 위해서 시멘타이트나 Cr₇C_3,M₆C, M₂C, MC형 특수 탄화물 중 1종 이상의 탄화물이 석출된 Fe 합금상과 Cu-Sn 합금상, 및, 또한, 고체 윤활제의 흑연이 분산되는 Fe-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료가 백메탈 강판에 소결 접합된 권취 부시 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 건설기계의 작업기 연결 장치 베어링으로 대표되는 고면압, 저속 슬라이딩, 요동의 매우 나쁜 윤활 조건하에서도 내시징성, 내마모성이 우수한 Fe계 소결 슬라이딩 재료를 백메탈 강판에 가소결 접합하고, 라운드 벤딩 가공후에 본소결을 실시해서 제조되는 철계 소결 복층 권취 부시와 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, (1)내시징성과 내마모성의 개선에 유효한 시멘타이트나 Cr₇C₃, M₆C, M₂C, MC형 특수 탄화물 등 중 1종 이상의 탄화물을 마텐자이트 조직의 모상중에 분산시킨 Fe계 합금 입자를 주체로 하고, (2)백메탈 강판과의 소결 접합성을 확보하기 위해서 내응착성이 우수한 CuSn계 합금이 분산된 Fe계 소결 슬라이딩 재료를 백메탈 강판에 소결 접합한 철계 소결 복층 권취 부시에 관한 것이며, 또 그 Fe계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 백메탈에 가소결 접합, 압연 가공을 실시한 후에 라운드 벤딩 가공하고, 또한, 상기 가소결 접합 온도보다 고온도에 있어서 본소결한다는 제조 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 건설기계의 작업기 연결 장치 베어링으로 대표되는 고면압, 저속 슬라이딩, 요동의 매우 나쁜 윤활 조건하에서도 내시징성, 내마모성이 우수한 성능이 발현되도록, (1)내시징성과 내마모성의 개선에 유효한 시멘타이트나 Cr₇C₃, M₆C, M₂C, MC형 특수 탄화물 등의 1종 이상의 탄화물을 미세하게 석출시킨 Fe계 합금 분말을 베이스로 하고, (2)백메탈 강판과의 소결 접합성을 확보하기 위해서 내응착성이 우수한 Cu계 합금 분말 또는 혼합 분말을 첨가하고, 또한, (3)윤활유가 함침되기 쉽고, 또한, 슬라이딩면에 윤활성이 풍부한 자기 윤활성 피막이 형성되기 쉬운 고체 윤활제(흑연 함유)를 분산시킨 Fe계 소결 슬라이딩 재료(즉 고체 윤활성 Fe-C-Cu-Sn계, Fe-C-Cu-Sn-흑연계 소결 슬라이딩 재료)를 백메탈에 가소결 접합, 압연 가공을 실시한 후에 라운드 벤딩 가공하고, 또한, 950℃ 이상의 고온도에 있어서 다시 액상 소결함으로써 장기간의 급유 간격을 가능하게 하는 내응착성과 내마모성을 개선할 수 있는 철계 소결 복층 권취 부시 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시는 적어도 C:0.4∼5중량%, Cu:8∼40(30)중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 백메탈 강판 상에 배치해서(예를 들면 산포해서), 1000℃ 이하의 저온역에서 가소결 접합하고, 또한, 기계적으로 압하(예를 들면 압연, 프레스)한 후에 상기 저온역에서 재소결, 라운드 벤딩 가공을 실시해서 권취 부시로 성형한 후에 상기 1000℃ 이상의 고온역에서 본소결된 것이다. 그 소결시에 있어서는, 주체가 되는 고상상태의 0.45중량% 이상의 탄소를 함유하는 Fe-C계 합금 입자와 액상상태의 Cu- Sn계 합금으로 이루어지는 액상 소결 조직이 형성된다. 소결후의 냉각 과정, 또는 별도 공정에 있어서 담금질 열처리를 실시하고, 상기 Fe-C계 합금 입자의 모상이 담금질 경화되어 마텐자이트 또는 마텐자이트를 주체로 하는 조직을 갖게 되는 복층 Fe계 소결 권취 부시를 개발했다.

또, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 백메탈 강판에 소결 접합해서 이루어지는 복층 철계 소결 권취 부시는 백메탈에 의해 레이디얼 베어링(부시)으로서의 강성을 향상시키고, 작동시에 있어서의 부시의 빠져나감을 방지함과 아울러, 편하중시에 작용하는 굽힘응력에 대한 소결 슬라이딩층의 균열을 방지할 수 있고, 또한, 고가인 소결 슬라이딩 재료의 사용량을 저감해서 그 경제성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시는 백메탈 강판 상에 소결 접합된 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 갖는 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 적어도 C:0.4∼15중량% 또는 0.4∼9중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이며, Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 상기 백메탈 강판 상에 가소결 접합하고, 라운드 벤딩 가공후에 1000℃ 이상의 고온에서 액상 소결에 의해 본소결 접합을 실시한 것이며, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 함유하는 Fe계 합금 분말에는 고용 한도 이상이며 또한 적어도 2중량% 이상 40중량% 이하의 Cu와 0.2중량% 이상의 탄소가 함유되고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.2중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖 고, 또한, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 Cu에 대한 고용도가 매우 적은 Cr, Co, Mo, W의 금속 분말, Mo 금속간 화합물을 함유하는 NiMo, CoMo, FeMo의 합금 분말, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재 분말, Cr, Mo, W, V, Ti, Zr 중 어느 1종 이상의 합금 원소를 주체로 하는 특수 탄화물 분말, 질화물 분말, 산화물 분말 중 1종 이상의 분말 입자를 분산시키는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시는 백메탈 강판 상에 소결 접합된 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 갖는 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 적어도 C:0.4∼15중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이며, Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 상기 백메탈 강판 상에 가소결 접합하고, 라운드 벤딩 가공후에 상기 가소결 접합의 온도보다 고온인 1000℃ 이상에서 액상 소결에 의해 본소결 접합을 실시한 것이며, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 함유하는 Fe계 합금 분말에는 고용 한도 이상이며 또한 적어도 2중량% 이상 40중량% 이하의 Cu와 0.2중량% 이상의 탄소가 함유되고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고, 또한, 상기 고상상태의 Fe-C계 합금상중에 Cr₇C₃, M₆C, M₂C, MC형 탄화물의 1종 이상의 탄화물을 분산시키고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 Cr, Co, Mo, W, NiMo, CoMo, FeMo, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재 분말, Cr, Mo, W, V, Ti, Zr 중 어느 1종 이상의 합금 원소를 주체로 하는 질화물 분말, 산화물 분말 중 1종 이상의 분말 입자를 분산시키는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에는 탄화물이 분산되어 있고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 확산층 또는 중간 Fe계 소결층을 통해 상기 백메탈 강판에 소결 접합되어 있고, 상기 확산층은 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층과 상기 백메탈 강판의 접합 계면 근방에 형성되고, 상기 탄화물을 함유하지 않는 Fe계 합금상과 상기 소결 접합된 소결층측으로 신장되는 Cu 합금상을 구비하는 것이며, 상기 중간 Fe계 소결층은 상기 탄화물을 함유하지 않거나, 또는 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층보다 탄소량이 적은 것도 가능하다.

상기 중간 Fe계 소결층은 적어도 Cu:10∼40중량%, Sn:0.5∼10중량%, C:0∼0.8중량%를 함유하는 Fe계 소결 재료층이며, 상기 중간 Fe계 소결층중의 Fe 합금상의 베이스 조직이 페라이트, 펄라이트, 베이나이트의 1종 이상을 주체로 하고, 또한 50체적% 미만의 마텐자이트 조직이 되도록 조정된 상기 Fe계 소결 재료층이 상기 백메탈 강판에 소결 접합되고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층이 상기 중간 Fe계 소결층을 통해 상기 백메탈 강판의 슬라이딩면측에 소결 접합되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 상기 Fe-C계 합금상이 담금질 경화되고, 그 모상이 마텐자이트 또는 뜨임 마텐자이트를 주체로 하는 조직을 갖는 것이 바람직하다.

또한 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 표면으로부터 0.1㎜의 깊이까지의 표층에 있어서는 슬라이딩 특성이 우수한 Cu 합금상 비율을 상기 Fe계 소결 슬라이 딩 재료층의 내부층에 비해서 높이고 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 표면으로부터 0.1㎜의 깊이까지의 표층에 있어서는 그 내부층에 비해서 보다 미세한 Fe 합금 입자가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말중에는 Cu 첨가량에 알맞은 Sn 소분(principle powder) 또는 Sn 모합금 분말을 첨가함으로써 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말의 백메탈 강판의 소결 접합성을 높임과 아울러, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말중에 Cu상이 분산된 경우에 있어서도 Cu-Sn계 합금상이 우수한 슬라이딩 특성을 발현하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 경질인 Fe 합금 입자끼리의 강화된 소결성이 개시되지 않는 상기 저온역 가소결(1000℃ 이하)에 있어서 충분한 Cu-Sn계 합금의 액상이 발생되고, 백메탈 강판이나 Fe 합금 분말과 젖음성을 개선해서 상술한 기계적 압하(예를 들면 압연)나 권취 부시화하기 위한 벤딩 가공에 충분한 Fe계 소결 슬라이딩 재료층(즉 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 소결 접합한 층)의 강도를 얻도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

또한 Cu 첨가량은 상기 액상 소결 범위에서 충분한 액상이 발생되도록 설정되고, HANSEN의 상태도를 참고로 해서 그 하한 첨가량을 8중량%, 상한 첨가량을 40중량%로 하고, Sn 첨가량은 상기 저온역에서의 소결시에는 Fe 합금 분말로 확산 고용되는 일이 거의 없으므로, Cu 첨가량으로 Cu-5중량% Sn 이상의 Sn 농도의 Cu-Sn 합금이 생성되도록 0.5∼10중량%로 했다.

또, Cu의 상한 첨가량이 지나치게 많아지는 것은 최종 소결 상태에서 다량의 Cu-Sn계 합금상을 늘리고, Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 내마모성을 나쁘게 하는 것은 명확하므로, (Cu+Sn)의 상한 첨가량을 30중량%로 하는 것이 바람직하고, 20중량%가 보다 바람직하다.

또한, 상기 라운드 벤딩 가공에서 권취 부시로 한 상태에서의 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에서는 고면압하에서의 슬라이딩에 견디는 강도나 경도가 충분하지 못하므로 본 발명에서는 1000℃ 이상에서 본소결을 실시함으로써 철 합금 분말끼리나 철 합금 분말과 Cu 합금 액상간이나 철 합금 분말과 첨가 흑연간의 고용·확산을 충분히 꾀하고, 그것에 계속해서 급랭 처리를 실시하여 그 소결 슬라이딩 재료중의 Fe 합금 입자를 담금질 경화시킴으로써 보다 고강도이며, 고면압, 내시징성이 우수한 슬라이딩 특성이 얻어지도록 한 것이다.

또 동시에, 고면압하에서 사용하기 위한 내하중성을 얻기 위해서는 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층과 백메탈 강판의 소결 접합을 보다 강고한 것으로 하는 것이 중요하다. 그래서, 본 발명에 있어서는 본소결에 의해 상기 접합 계면 근방에 있어서 명확한 확산역을 형성시킴과 아울러 그 확산 방향으로 길게 신장되도록 성장한 Fe계 합금 입자 및/또는 Cu-Sn계 합금상(입자)을 형성시킴으로써 강고한 소결 접합성을 얻을 수 있다.

또, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 첨가되는 흑연 분말은 빠르게 Fe계 합금 분말중에 확산 고용되는 것이나, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말중의 Fe계 합금 분말간의 소결성이 현저히 나타나고, 또 한, 상기 접합 계면에 있어서의 확산층이 명확하게 형성되기 시작하는 1000℃를 본소결의 하한온도로 설정하지만, 1050℃ 이상에서 본소결을 실시하는 것이 보다 바람직하다. 또한 그 상한 온도는 상기 Fe 합금 입자간의 소결성이 과다하게 되지 않는 온도로서, 또는 Cu-Sn 합금이 과다하게 증발하지 않는 온도로서 1200℃가 바람직하다.

또한 상기 Fe-C계 합금 입자를 담금질 경화시키기 위한 급랭 처리는 본소결후에 계속되고, 가스 냉각에 의해 행해지는 것이 경제성이 우수하므로 Fe-C계 합금 입자중에는 Cr, Mo, W, V, Ni, Mn, Si의 담금질성을 높이는 합금 원소 중 1종 이상이 총량으로 1중량% 이상 함유되는 것이 바람직하다.

또, 상기 담금질 처리에 의해 백메탈 강판이 모두 담금질된 경우에는 백메탈 의 큰 체적 팽창에 의해 내경면에 소결 접합되는 Fe계 소결 슬라이딩 재료에 균열이 생길 위험성이 있으므로, 백메탈에 담금질되지 않은 강판을 선정함과 아울러, 상기 급랭 처리는 가스 냉각 또는 오일중 냉각 등으로 하는 것이 바람직하다.

또, Fe 합금상의 경도는 마이크로 비커스 경도 MHV550 이상인 것이 바람직하므로, 적어도 0.3중량% 이상의 탄소가 고용된 마텐자이트상을 형성시키는 것이 바람직하다.

또한 상기 담금질 경화된 Fe-C계 합금 입자의 양은 적어도 65체적% 이상이지만, 상술한 바와 같이 내마모성을 보다 개선하는 관점으로부터는 75체적% 이상이 바람직하고, 또한, 내마모성이 거의 포화되는 90체적% 이상이 보다 바람직하다. 또한 상기 Fe-C계 합금 입자의 상한 함유량은 98체적%인 것이 바람직하다. 이것에 의 해 대부분의 상기 Fe-C계 합금 입자끼리가 강고하게 결합된다. 또한 상기 Fe-C계 합금 입자의 상한량은 Cu성분이 본소결시에 Fe-C계 합금 입자중에 고용되는 것을 고려한 경우에, 슬라이딩면 상에서는 거의 100체적%에 근접하지만, 내마모성적으로는 거의 포화되는 것은 명확하다. 또한 HANSEN의 상태도를 참고로 하면, 예를 들면 1100℃에서의 고온측의 액상 소결에 의해 Fe 합금중에 최대 약 10중량%의 Cu가 고용되므로, 첨가되는 Cu의 대부분이 Fe 합금상중에 고용되어 내마모성이 바람직하지 못한 Cu 합금상의 함유량을 저감시킬 수 있는 것은 바람직한 것이다.

또한, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 내시징성과 내마모성을 보다 개선시키기 위해서 적어도 0.45중량% 이상(바람직하게는 0.6중량% 이상)의 탄소를 함유하고, 시멘타이트 및/또는 Cr₇C₃, M₆C, MC, M₂C형 특수 탄화물 중 1종 이상은 그 입자내, 입계에 석출된 Fe-C계 합금 입자(특수강 입자)가 전체 Fe-C계 합금 입자의 30체적% 이상 또는 100체적% 함유되는 것이 바람직하다. 마찰계수를 보다 저감시키는 관점과 보다 내시징성, 내마모성을 개선시키는 관점으로부터는 특수강 입자가 전체 Fe-C계 합금 입자의 50중량% 이상 또는 100중량% 함유되는 것이 바람직하다.

또, 상기 특허문헌4에서는 고속도강 분말을 5∼30중량% 첨가한 Fe-C-Cu 소결 슬라이딩 재료가 개시되어 있지만, 상기 특수 탄화물을 석출하는 고속도강 분말을 Fe-C-Cu 소결 합금중에 분산시키고 있으므로, 상기 슬라이딩 조건이 엄격한 건설기계용 작업기 부시(고면압, 저요동)로서는 그 내시징성이 충분하지 않고, 때때로 마찰계수가 높은 문제가 있었지만, 본 발명에 있어서는 상기 특수 탄화물이 거의 균 일하게 분산된 Fe 합금 입자가 전체 Fe 합금 입자의 50중량% 이상 또는 전량으로 되고, 나머지를 슬라이딩 특성이 우수한 Cu-Sn 합금상으로 함으로써 문제점을 해결할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서, 상기 Fe-C계 합금 입자는 5∼25중량%의 Cr, 3∼20중량%의 Mo, 3∼20중량%의 W, 0.5∼7중량%의 V 중 어느 1종 이상을 함유하고, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 Cr₇C₃형 특수 탄화물, M₆C형 특수 탄화물, MC형 특수 탄화물 및 M₂C형 특수 탄화물 중 어느 1종 이상이 합계로 5체적% 이상(바람직하게는 5∼50체적%) 분산되어 있는 특수강 분말(예를 들면 Fe-C 합금 분말)을 50중량% 이상 함유하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시에 관하여, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 있어서는 0.45중량% 이상의 탄소를 함유하고, 또한, 5∼25중량%의 Cr, 3∼20중량%의 Mo, 3∼20중량%의 W, 0.5∼7중량%의 V 중 어느 1종 이상을 함유하고, Cr₇C₃형 특수 탄화물, M₆C형 특수 탄화물, MC형 특수 탄화물 및 M₂C형 특수 탄화물 중 어느 1종 이상이 합계로 5∼60체적% 분산되어 있는 Fe-C계 합금 분말은 Fe계 분말 중 50∼100중량% 또는 100중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 Fe-C계 합금 분말의 입자내 및 입계에 석출, 분산되는 특수 탄화물의 평균 입경이 10㎛ 이하로 미세화되어 있는 것이 바람직하다.

상기 특수강 입자에 있어서는 적어도 0.45중량% 이상(바람직하게는 0.6중량% 이상)의 탄소와 5∼25중량%의 Cr, 3∼20중량%의 Mo, 3∼20중량%의 W, 0.5∼7중량%의 V 중 어느 1종 이상이 함유되고, 내시징성과 내마모성이 우수한 공구강(SKD 강재)이나 고속도강(SKH 강재)에 석출 분산되는 상기 특수 탄화물의 1종 이상이 분산되는 것이며, 상기 Fe-C계 합금 입자중에 석출 분산시키는 그 탄화물량은 고속도강(약 10체적%)을 참고로 해서, 5체적% 이상이 바람직한 것으로 하고, 그 상한량은 초경이나 서멧의 탄화물량을 참고로 해서 60체적%로 하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로는, 예를 들면 M₆C 탄화물(탄소 농도:약 3중량%)을 분산시키는 경우에는 0.15중량%의 탄소가 탄화물 형성에 사용되고, 또한 상술한 바와 같이 모상 마텐자이트중에 0.3중량%의 탄소가 고용되므로, Fe 합금상중의 필요 하한 탄소 농도를 0.45중량%로 하는 것이 바람직하지만, 상기 특수 탄화물이 10체적% 이상 분산되는 경우의 쪽이 보다 내시징성이나 내마모성의 향상, 저마찰계수화에 바람직하므로 0.6중량%가 보다 바람직하다.

또한, 상기 탄화물량의 상한값은 초경이나 서멧 공구를 참고로 하면 약 60체적%로 높이는 것도 가능하므로, 예를 들면 Cr₇C₃탄화물(8.5중량% C)의 경우에는 상한 탄소 농도를 약 5.5중량%로 하는 것이 바람직하다.

상기 특수 탄화물을 고농도로 분산시키는 것은 내시징성과 내마모성의 개선에 효과가 있지만, 그 특수 탄화물이 지나치게 조대하게 되는 경우에는 탄화물 자체가 매우 경질이기 때문에 상대 슬라이딩재를 어택 마모하는 것이 우려되므로, 그 평균 입경을 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 탄화물의 평균 입경을 5㎛ 이하로 미세화하는 것이 보다 바람직하다.

또한 Fe 합금 입자중의 탄소 함유량은 흑연 분말로서 첨가, 혼합되고, 고온측의 본소결시에 확산·고용시킴으로써 조정될 수 있지만, 상기 Fe 합금 분말중에 미리 함유시켜 두는 것이 상기 산포후의 가소결 접합성을 개선하는 것이나, 후술하는 특수 탄화물을 미세하게 석출, 분산시키는 데에 있어서 보다 바람직하다.

또한, 미리 탄소를 함유한 Fe 합금 분말을 이용할 때에도 그 혼합 분말중에는 탄소(흑연 분말)가 0.1∼3중량% 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 본소결시에 조대 기공(조대 기포)의 발생을 방지할 수 있음과 아울러, Fe-C계 합금 분말간의 소결성을 촉진시킬 수 있어 본소결시의 Fe계 소결체의 소결성을 높일 수 있다.

또한, 고온측에서의 본소결(액상 소결)에 의해 Fe 합금 분말간의 소결성을 촉진시키는 것은 고강도, 고경도화의 관점으로부터 보다 바람직한 것이며, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에는 P:0.1∼1.5중량%, B:0.05∼1.5중량%, C:0.1∼3.0중량%, Al:1∼10중량%, Si:0.5∼3중량%, Mn:1∼20중량%, Ti:0.1∼2중량%, Mo:0.1∼10중량% 중 1종 이상이 첨가되어 있는 것이 바람직하다.

특히, 흑연, Mn이나 Cu-P 모합금이나 Fe-P 모합금으로서 첨가되는 P의 첨가에 의해 약 1000℃ 근방부터 소결성이 현저하게 촉진되고, 동일한 효과가 B, Si에 대해서도 예측된다.

또, 이들 첨가 원소의 상한값은 예를 들면 흑연은 분산시키는 상기 탄화물이 60체적%를 초과해서 취화되지 않도록, P는 인화물, B는 붕탄화물이나 붕화물, Si는 Cu 합금상의 취화, Mn은 과잉의 잔류 오스테나이트의 석출 방지 등의 관점으로부터 Fe계 슬라이딩 재료가 지나치게 취화되지 않고, 마텐자이트가 단단해지지 않을 정도로 설정한 것이다.

백메탈 강판 상으로의 Fe계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 산포하고, 소결 접합하는 복층 슬라이딩 재료에 있어서는 혼합 분말의 유동성 등에 따라 산포 불균일이 발생하기 쉽고, 소결 접합, 기계적 압하후에 있어서도 밀도 불균일이나, 표면에 20㎛정도의 깊이의 미소한 노치상의 홈이 다수 발생하고, 본소결후에 있어서는, 또한, 이러한 것들이 원인이 되어 표면층의 다공질화나 취약화가 일어나기 쉽고, 때로는 충분한 슬라이딩 특성이 발현되지 않는 일이 우려된다. 그래서, 본 발명에 있어서는 적어도 슬라이딩 특성이 우수한 -#250메시 이하의 미세한 분말을 가소결한 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 표면에 매우 얇게 산포하고, 기계적 압하를 가하여 가소결하는 공정을 1회 이상 반복하는 화장층(가소결층)을 형성하는 것도 바람직하다. 또한 화장용 미세한 분말은 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말의 동일 또는 유사 조성의 혼합 분말을 이용할 수 있지만, 후술하는 바와 같은 슬라이딩 특성이 우수한 이종(異種) 재료 분말을 이용할 수 있는 것은 명확하다.

또한 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 표면층에 있어서는 그 내부층에 비해서 보다 미세한(예를 들면 Fe 합금 분말을 사용한) Fe 합금 입자가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해 보다 순응성과 면압강도를 개선할 수 있다.

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료는 탄화물을 많이 함유하는 경질층으로 이루어지므로 상대 재료와의 순응성이 매우 중요하게 되는 경우가 상정된다. 그래서, Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 표면층에 있어서는 슬라이딩 특성이 우수한 연질의 Cu 합금의 비율을 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 내부층에 비해서 높이는 것이 바람직하다. 또한 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말의 Cu, Sn 성분량을 높인 혼합 분말을 매우 얇게 피복해서 표면층의 Cu 합금상 비율을 내부층에 비해서 높이는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 순응성을 개선할 수 있다.

상기 매우 얇게 피복한 연질의 피복층의 두께는 권취 부시의 순응 마모량을 고려해서 0.1㎜ 이하인 것이 바람직하다.

또한 상기 Cu 합금으로서는, 상기 Cu-Sn계 합금이 바람직하지만, Mn, Si, Al을 다량으로 함유하는 Cu 합금을 산포해서 본소결후의 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 Cu 합금상중에 β상이 석출되도록 개질하는 것도 바람직하다.

또한 상술한 연질의 피복층과 유사한 기능을 발현시키는 것으로서 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 표면에 미세한 Mo, W, 페로몰리브덴, Co-Mo, CaF₂, 흑연, BN 등의 고체 윤활제 분말이 분산되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 순응성과 내시징성을 개선할 수 있다.

또, 상기 고체 윤활제의 거의 전체가 본소결시에 Fe-C계 합금 입자와 현저하게 반응하므로, 본 발명에 있어서는 적어도 0.45중량% 이상의 탄소와 고용 한도 이상으로 Cu를 함유시킨 상기 Fe-C-Cu계 합금 분말을 사용해서 본소결시에 액상의 Cu 합금상을 그 분말 표면에 출현시킴으로써 상기 반응을 방지하여 고체 윤활제 입자가 분산되는 것이 바람직하다.

또, 상기 고온측의 본소결(액상 소결)전의 기계적 압하와 본소결 온도를 조정함으로써 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 기공률을 조정할 수 있고, 오일함유 베어링으로서 적정한 통기공률(10∼30체적%)로 조정하고, 그 기공중에 윤활유 또는 윤활 조성물을 충전시킴으로써 내시징성과 급유 간격의 장시간화를 꾀할 수 있지만, 또한, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층이 다공질인 Fe-Cu-Sn계 소결 재료층을 통해 백메탈에 소결 접합하고, 그 중간 Fe-Cu-Sn계 소결 재료층중의 기공에도 상기 윤활유나 윤활 조성물을 함유시킴으로써 보다 급유 간격의 장시간화를 꾀할 수 있지만, 슬라이딩 속도가 느린 작업기 부시로서는 마찰계수가 높게 되기 쉽고, 또한 토사의 침입을 피할 수 없는 부위에서는 내마모성이 충분하지 않은 문제가 있다.

이 경우에는, 본소결 온도를 1000℃ 이상으로 높임으로써 철 합금 분말끼리의 소결성을 촉진하고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 기공률을 10체적% 이하로 하도록 밀도를 높여 강도와 내마모성을 높이는 것이 바람직하지만, 철계 소결 복층 권취 부시의 소결 슬라이딩층에는 윤활유를 공급하기 위한 적정한 오일홈이나 (딤플상의) 오일홀을 형성하는 것이 바람직하다.

특히, 요동 각도가 작고, 슬라이딩 속도가 느린 건설기계 작업기 부시에서는 오일홈이나 오일홀이 보다 촘촘히 배치되도록 하는 것이 바람직하고, 또한, 오일홈이나 오일홀의 면적율이 과다해지는 경우에는 슬라이딩부에서의 면압이 높아지고, 국부 응착성이 높아져 결과적으로 고마찰계수화가 일어나는 것으로 이어지므로, 그 면적율을 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다. 그래서, 본 발명의 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서는 가소결 상태의 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 기계적 압하를 가함으로써 권취 부시의 내주방향과 대략 직각인 축방향으로 미세한 크랙을 복수개 이상 발생시키고, 본소결에 의해 그 소결층을 보다 치밀화함으로써 그 크랙을 개구시켜서 파상(波狀)의 오일홈, 오일홀로서 형성시키는 것이 바람직하다. 이것에 의해 슬라이딩면에 있어서의 윤활성을 개선할 수 있다. 또, 상기 미세한 크랙은 압연 방향에 대하여 대략 직각방향으로 형성되는 것이다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서는, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 표면으로부터 0.1㎜의 깊이까지의 표층에는 내주방향과 대략 직각방향으로 상기 본소결에 의해 개구시킨 파상의 크랙이 형성되어 있는 것도 가능하다.

또, 상기 크랙을 발생시키는 기계적 압하 방법으로서는 압연이 바람직하다. 또한 상기 크랙에 의한 오일홈, 오일홀의 면적율로서는 ∼30면적% 이하이며, 상기 크랙 홈간의 평균 간격은 15㎜ 이하인 것이 바람직하지만, 20면적% 이하, 8㎜ 이하가 보다 바람직하다.

또한, 저요동 각도이며, 또한 저슬라이딩 속도하에서의 마찰계수를 보다 저감시키는 부시로서는 상기 크랙에 의한 오일홈, 오일홀부에 4불화 수지(예를 들면 PTFE), 폴리아미드계 수지(나일론), 폴리아세탈(POM), 폴리에틸렌(PE) 등의 수지류나 흑연, BN, MoS₂, WS₂등의 고체 윤활제 중 1종 이상을 충전해서 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 상기 백메탈 강판 상에 30∼70면적%의 범위에서 복수개 이상의 섬형상 또는 볼록형상으로 소결 접합되어 있는 것도 가능하다.

또한, 보다 고면압이며, 또한, 긴 급유 간격 또는 무급유화를 필요로 하는 작업기 부시에 있어서는 소결 슬라이딩층에 보다 많은 오일홈이나 딤플상의 오일홀을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 백메탈 강판 상에 볼록부형상으로 Fe계 소결 슬라이딩 재료를 소결 접합한 철계 소결 권취 부시가 보다 바람직하다. 또 그 때의 볼록부의 면적율은 30∼70면적%인 것이 바람직하고, 또한, 그 볼록부가 지그재그 배열 또는 랜덤 배열되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 슬라이딩면에 있어서의 볼록부의 사이즈는 슬라이딩 방향의 최대길이가 15㎜ 이하가 되는 것이 바람직하지만, 10㎜ 이하가 보다 바람직하다.

또한 상기와는 반대로 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 오일홈이나 딤플상의 오일홀을 형성하는 Fe계 소결 권취 부시에 있어서도, 오일홈, 오일홀의 면적율은 30∼70면적%가 바람직하고, 슬라이딩 방향의 슬라이딩 재료부의 최대 길이는 15㎜ 이하가 바람직하고, 10㎜ 이하가 보다 바람직하다.

또한 상술한 바와 같이 오일홈, 오일홀부에 상기 수지류나 고체 윤활제를 충전하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 보다 고면압에서 사용되는 작업기 부시에서는 상기 오일홈부에서의 파손이 우려되므로, 이러한 경우에는 기계가공에 의해 오일홈의 깊이가 백메탈 강판 내부에 도달하도록 조정해서 백메탈 강판과 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료의 접합면에 응력이 집중하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 고면압하이며, 또한 내토사마모성이 필요하게 되는 부위에 사용되는 Fe계 소결 권취 부시를 상정한 경우에는 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료는 의해 고밀도화되어 그 재료중의 기공률이 10체적% 이하가 바람직하고, 5체적% 이하가 보다 바람직하다.

상기 담금질 경화된 Fe-C계 합금 입자중의 모상이 300℃ 이상에서 1회 이상 뜨임 처리된 뜨임 마텐자이트 조직을 주체로 하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 담금질 경화된 Fe 합금상중의 모상 조직이 마텐자이트를 주체로 하는 것은 상술한 바와 같지만, 본 발명에 있어서는 그 슬라이딩 최표면부가 슬라이딩시의 발열에 의해 현저하게 뜨임될 위험성이 높고, 최표면층부가 현저하게 뜨임 연화되거나, 현저한 인장응력을 발생시킴으로써 마모나 균열을 야기할 위험성이 크므로, 공구강이나 고속도강의 뜨임 처리를 참고로 해서 300℃ 이상에서의 뜨임 처리를 1회 이상, 보다 바람직하게는 2회 이상 실시하는 것이 바람직한 것으로 한다.

또한, 뜨임 연화 저항성을 높이는 것도 중요하며, 상기 뜨임 처리후의 Fe 합금상의 경도를 비커스 경도 Hv550이상, 보다 바람직하게는 Hv650 이상으로 높이는 것이 바람직하다.

또한 공랭이나 기름중 냉각으로 담금질 경화시킨 Fe 합금 모상중에는 마텐자이트 이외에 연질의 잔류 오스테나이트상이 다량으로 잔류하여 고면압, 저속 슬라 이딩한 경우에 내시징성과 내마모성을 열화시킬 위험성이 있다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 고속도강의 열처리를 참고로 해서 Fe-C계 합금 입자의 모상중의 마텐자이트 조직중의 잔류 오스테나이트량을 10체적% 이하로 조정하는 것이 바람직하고, 5체적% 이하로 조정하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 Fe 합금 모상중의 마텐자이트 조직중의 고용 탄소 농도가 0.6중량% 이상으로 높은 경우에 있어서는 잔류 오스테나이트량의 현저한 증대와 슬라이딩면에 있어서의 미세한 히트 크랙이 발생되기 쉬우므로 고속도강에 있어서의 고용 탄소 농도를 참고(사토, 니시자와:일본 금속 학회 회보, 2(1963), P564.)로 해서 0.6중량% 이하로 조정하는 것이 바람직하다.

또, 상기 Fe 합금상중(Fe-C계 합금 입자)에는 상기 특수 탄화물 형성 원소 이외에도 Fe 합금상중의 모상의 담금질성, 뜨임 연화 저항성, 내시징성의 개선을 목적으로 해서 Si, Al, Mn, Ni, Cr, Mo, V, W, Co, S, P, N, B, Nb, Ti 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상이 함유되는 것이 바람직하다.

Si는 통상의 철 합금 중에는 0.05중량% 이상 함유되며, 탈산 작용과 담금질성을 향상시키는 원소이지만, 또한, 450℃ 이하에서의 뜨임 연화 저항성을 높이는 원소이므로, 0.5중량% 이상 첨가되는 경우가 많지만, 보다 다량의 첨가는 Cu 합금상중으로의 과잉의 Si의 고용에 의해 취화되기 쉬워지므로, 그 상한 첨가량을 5중량%, 보다 바람직하게는 3중량%로 한다.

Al은 탈산 작용과 담금질성을 높이는 원소이며, 통상 0.01중량% 이상 첨가되는 일이 많지만, Si와 마찬가지로 뜨임 연화 저항성을 높이므로 0.5중량% 이상 첨 가되는 것이 바람직하며, 또한 Si보다 현저한 페라이트 안정화 원소로서 작용해서 담금질 온도가 지나치게 높아지거나, 소결 온도에 있어서도 페라이트상이 석출되는 것을 막기 위해서 그 상한 첨가량을 10중량%, 보다 바람직하게는 7중량%로 한다.

Mn은 탈황 작용과 담금질성을 현저히 높이는 원소이며, 통상 0.3중량% 이상 함유되어 있지만, 또한, 상술한 바와 같이 Fe계 소결 재료의 고온도측의 액상 소결성을 높임과 아울러, Fe 합금상중에 잔류 오스테나이트를 증량시키므로, 그 상한 첨가량을 15중량%, 보다 바람직하게는 10중량%로 한다.

Ni는 상기 특수 탄화물중으로부터 배출되어서 Fe 합금상의 모상중에 농축되는 원소이며, 잔류 오스테나이트를 현저히 증대시키기 위해서 4중량% 이하, 보다 바람직하게는 2.5중량%로 한다.

Cr은 담금질성을 현저히 높이는 원소임과 아울러, 현저한 탄화물 형성 원소이며, 통상 1.0중량% 이상 첨가되지만, Cr₇C₃형 탄화물을 석출 분산시키기 위해서는 5∼25중량% 첨가하는 것이 바람직하다.

Mo는 담금질성을 현저히 높이는 원소이므로, 통상 0.1중량% 이상 첨가되는 일이 많지만, 보다 현저한 뜨임 연화 저항성을 발현시키기 위해서 1중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하고, 또한, M₆C, M₂C형 탄화물을 석출 분산시키기 위해서는 3∼20중량% 첨가하는 것이 바람직하다.

W는 Mo와 마찬가지로 현저한 뜨임 연화 저항을 발현시키기 위해서 1중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하고, 또한, M₆C, MC형 탄화물을 석출 분산시키기 위해서는 3∼20중량% 첨가하는 것이 바람직하다.

V는 매우 현저한 뜨임 연화 저항성을 발현시키는 원소이며, 통상 0.1중량% 이상 첨가되지만, 또한, V₄C₃(MC형) 탄화물을 석출 분산시키기 위해서는 0.5∼7중량% 첨가되는 것이 바람직하다.

Co는 상기 특수 탄화물로부터는 배출되고, Fe 합금상중에 농축되는 원소이며, Co 자신은 뜨임 연화 저항성에 크게 기여하지 않지만, Al, Cr, Mo, W, V의 뜨임 연화 저항성을 보다 촉진시키는 작용을 가지므로 그 상한 첨가량은 20중량%, 보다 바람직하게는 10중량%로 한다.

기타 Ti, Nb, Zr 등의 원소는 MC형 탄화물을 석출시키는 원소이므로, 그 첨가량은 0.01∼2.0중량%로 하지만, 보다 바람직하게는 경제성을 고려해서 1중량%를 상한으로 한다.

P는 상술하는 바와 같이 고온측의 액상 소결성을 촉진시키는 작용이 현저한 원소이며, 0.1중량% 이상을 첨가하는 것이 바람직하고, 또한, 그 상한 첨가량은 인화물의 형성에 의한 취화를 방지하는 관점으로부터 1.5중량%로 한다.

S는 불순물 원소로서 0.005중량% 이상이 함유되는 원소이지만, Fe계 소결 슬라이딩 재료의 절삭, 연삭 가공성을 개선하기 위해서 최대 1중량%가 첨가되지만, 보다 바람직하게는 0.5중량%로 한다.

C는 경질의 마텐자이트와 상기 특수 탄화물의 형성에 빠뜨릴 수 없는 원소임과 아울러, 고온측에서의 소결성을 촉진시키는 원소이며, 우선, 마텐자이트중의 탄 소 농도(0.3∼0.6중량%)와 특수 탄화물량(5∼50체적%) 및/또는 흑연 입자(3∼50체적%), 특수 탄화물량+흑연 입자량(5∼50체적%)을 구성하는 탄소량으로서 0.3∼15중량%로 함유된다.

N은 Fe 합금 분말의 용제시나 상기 액상 소결시에 함유되는 것이지만, 특히, 금형 등의 시징 방지용으로서 자주 실시되는 연질화, 질화 처리 등의 후열 처리에 의해서도 함유시킬 수 있으므로, 본 발명의 Fe계 소결 권취 부시에 이들 후열 처리를 실시하는 것은 바람직하다.

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 Cu-Sn계 합금상에 있어서는, Sn 이외에도 Fe계 합금 분말간의 소결성을 높이는 원소(P:0.1∼1.5중량%, B:0.05∼1.5중량%, C:0.2∼3.0중량%, Al:1∼10중량%, Si:0.5∼3중량%, Mn:1∼20중량%, Ti:0.1∼2중량%, Mo:0.1∼10중량%)의 일부가 불가피하게 고용되지만, Cu-Sn 합금상의 액상 소결시의 융점을 조정하는 목적이나 강도, 경도, 슬라이딩 특성, 내식성 등의 조정을 목적으로 해서 합금 원소가 첨가되는 것이 바람직하고, 본 발명에 있어서는, Pb, Fe, Al, Ti, Mn．Ni, Si, P의 1종 이상이 함유되는 것이 바람직하다.

Fe는 상기 가소결시나 본소결시에 상기 Fe 합금 분말로부터 Cu-Sn 합금상에 고용됨으로써 함유되는 불가피한 원소이며, 그 고용 농도는 1∼3중량% 이내이며, 또한 후술하는 1000℃에서의 소결에 의해 상기 특수 탄화물을 함유하는 특수강 분말의 Fe성분이 고용되고, 특수 탄화물이 Cu-Sn 합금상중에 분산되므로, Cu-Sn 합금상의 내시징성이나 내마모성이 개선되는 것이 기대된다.

Al은 산화성이 강력하며, 또한, 질소와의 반응성도 높으므로, 진공 소결 분 위기에서의 소결 이외에는 적극적으로 이용되는 것은 아니지만, 진공 소결 조건하에서 합금화되는 경우에는 Cu 합금을 강화하는 데에 바람직한 원소이며, 또한, 2∼12중량%의 Al을 첨가시킴으로써 β상을 형성하고, 슬라이딩 특성을 개선시키는 기능을 가진다.

Ti는 산화성이 강력하며, 또한, 질소와의 반응성도 높으므로, 진공 소결 분위기에서의 소결 이외에는 적극적으로 이용되는 것은 아니지만, 진공 소결 조건하에서 합금화되는 경우에는 Cu 합금을 강화하는 데에 바람직한 원소이며, 또한, Ti 첨가에 의해 Cu 합금층의 융점이 저하됨으로써 저온에서의 소결성에 기여함과 아울러, 0.1중량% 이상의 Ti 첨가에 의해 백메탈 강판과의 소결 접합성을 현저히 높인다.

또한, Ti는 강력한 탄화물 형성 원소이며, 본소결시에 있어서 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말중에 첨가되는 탄소성분과 반응해서 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 TiC를 형성해서 내시징성과 내마모성을 개선하는 것이 기대되므로, 그 첨가량의 상한값을 2중량%로 했다. 또, Ti를 베이스 분말로서 첨가한 경우에는 TiC가 조대하게 형성되기 쉬우므로 상대 슬라이딩 재료에 대한 어택성에 주의하는 것이 필요하다.

Mn은 Cu에 합금화시킴으로써 융점을 현저히 저하시켜 소결성을 높임과 아울러, Cu-Sn-Mn 합금에서는 경질의 β상을 출현시키고, 상기 Cu-Al-Sn계의 β상과 동일한 우수한 슬라이딩 특성과 내마모성의 개선이 기대되므로, Cu-5∼30중량% Mn 상당량이 첨가되는 것이 바람직하다.

Ni는 Cu에 합금화시킴으로써 융점을 높여 Cu 합금을 보다 강화시키는 것이 잘 알려져 있고, 또한, Cu-Sn-Ni 액상은 상기 Fe 합금 분말과의 젖음성을 개선시키는 바람직한 원소이며, 또한 Cu-Ni-Fe, Cu-Ni-Sn 3원합금에 있어서는 (스피노달 분해반응에 의한) 현저한 경화성을 나타내는 것이 알려져 있으므로, Cu 합금상중의 Ni농도가 1∼30중량%가 되도록 첨가되는 것이 바람직하다.

Si는 Cu에 합금화시킴으로써 융점을 저하시켜 Cu 합금을 보다 강화시키는 것이며, 그 첨가량은 취약한 금속간 화합물의 석출을 방지하기 위해서 Cu 합금상중의 Si가 ∼5중량% 이하가 되도록 조정되는 것이 바람직하다.

P는 Cu-Sn 합금의 탈산 작용과 액상의 유동성을 높이는 원소로서 알려져 있고, 또한 그 탈산 작용에 의해 Cu-Sn 합금이 액상 소결되는 과정에서의 발포 현상을 억제하는 것이므로, 그 하한 첨가량은 0.1중량%로 했다.

Mo는 Cu-Sn 합금상에 거의 고용되지 않고, Cu와 금속간 화합물도 형성하지 않는 원소이지만, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료중의 탄소성분과는 본소결시에 현저한 탄화물 형성 반응을 나타내는 원소이며, 본소결시에 있어서는 Mo₂C, M₆C 등의 탄화물을 형성해서 상기 Ti와 마찬가지로 내마모성의 개선이나 내시징성의 개선에 바람직한 원소이다. 또한 본소결시에 있어서도 Mo 입자를 안정되게 분산시켜 Mo를 고체 윤활제로서 이용하는 경우에 있어서는, 상기한 바와 같이 C:0.45∼5중량%의 탄소와 고용 한도 이상으로 Cu를 미리 함유시킨 Fe계 합금 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 Mo와 같은 원리를 이용함으로써 흑연, BN, W, Co, Cr, 페로몰리브덴, Co-Mo 합금의 분말 입자를 분산시킬 수 있다. 본 발명의 철계 소결 복층 권취 부시는 3∼30체적%의 흑연, Mo, BN, 페로몰리브덴, Co-Mo 합금 입자 중 어느 1종 이상이 분산되는 것이 바람직하다. 특히, 흑연 입자는 저렴하며, 3체적% 이상을 분산시킴으로써 고체 윤활성이 명확하게 출현되지만, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 강도를 저하시키므로, 그 상한값을 30체적%로 하고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 전체 탄소 함유량이 1.2∼13중량%로 조정되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 분산되는 Cr, Co, Mo, W의 금속 분말, Mo 금속간 화합물을 함유하는 NiMo, CoMo, FeMo의 합금 분말, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재 분말, Cr, Mo, W, V, Ti, Zr 중 어느 1종 이상의 합금 원소를 주체로 하는 특수 탄화물 분말, 질화물 분말, 산화물 분말의 평균 입경이 1∼50㎛이며, 상기 분말 입자가 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 3∼30체적% 분산되어 있는 것이 바람직하다.

상기 흑연의 평균 입자지름이 1㎛ 이상 50㎛ 이하의 범위이며, 상기 분말이 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 3∼30체적% 분산되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 흑연 분말의 평균 입경이 1㎛ 이상 20㎛ 이하의 범위이며, 상기 분말이 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 3∼30체적% 분산되어 있는 것이 보다 바람직하다.

상기 철계 소결 권취 부시에는 플랜지부가 형성되어 있는 것도 가능하다.

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 C:1.5∼15중량%, Cu:10∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이다. 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 3∼30체적%의 흑연 분말이 함유되고, Mo, BN 중 어느 1종 이상이 응집 분산되는 것이 바람직하다. 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 Fe-C계 합금 입자를 형성시키는 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 함유되는 Fe계 합금 분말에는 고용 한도 이상이며 또한 적어도 2중량% 이상의 Cu와 0.45중량% 이상의 탄소가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해 혼합시킨 흑연 분말과 Fe-C계 합금 분말의 본소결시에 있어서의 침탄 반응이나 용해를 방지할 수 있다.

또한, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 분산되는 흑연 입자는 그 평균 입경이 1∼50㎛(보다 바람직하게는 5∼50㎛)의 범위인 것이 바람직하다. Fe계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 조대하게 입자화된 흑연(입자지름 0.1∼3㎜)을 첨가시키는 것도 바람직하지만, 후술하는 바와 같이 그 제조과정에 있어서 기계적 압하를 실시하는 경우에는 그 조대 흑연이 편평화되어 슬라이딩 재료 강도를 보다 현저하게 열화시키므로, 평균 입경이 1∼25㎛이며, 상기 혼합 분말중의 Fe 합금 분말에 비해 보다 미세한 흑연을 사용하여 그 편평화를 방지함과 아울러, 상기 본소결중에 있어서 그 미세한 흑연 분말을 응집 분산시키는 것이 바람직하다.

상기 기공 및 또는 흑연 입자가 분산되는 Fe계 소결 슬라이딩 재료에 있어서는 이들 기공중에 윤활유 또는 윤활유와 왁스로 이루어지는 윤활 조성물(그리스를 포함)이 충전됨으로써 보다 내시징성이 우수하고, 급유 간격의 장시간화가 꾀해진 다. 본 발명에 있어서도 소결체 강도를 고려해서 상기 소결 기공 및 상기 다공질인 흑연 입자의 합계 함유량을 5체적% 이상 50체적% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 윤활 조성물은 그 적점이 60℃ 이상이 되도록 조정하는 것이 바람직하고, 그 결과, 급유 간격의 장시간화에 대응할 수 있다.

매우 경질인 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 백메탈 강판에 소결 접합하는 방법으로서는 원통형상 강관이나 원통형상 소결체 또는 성형체의 내주면에 그 내경과 거의 같은 약간 작은 외경을 갖는 소결 고속도강이나 소결 공구강용 분말의 성형체를 배치해서 소결시의 치수 변화율의 차이를 이용하는 방법이나 소결과 동시에 Cu 합금을 용침하는 방법(일본 특허 공개 소62-253702), 또한, 소결시에 가압하면서 소결 접합시키는 방법이 있다.

상기 경질인 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 백메탈 강판에 소결 접합하는 복층 Fe 소결 슬라이딩부재의 제조 방법에 있어서는 적어도 C:0.4∼5중량%, Cu:8∼40(바람직하게는 8∼30)중량%, Sn:0.5∼10중량 함유하는 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료로 이루어지고, 그 슬라이딩 재료를 구성하는 Fe 합금 분말과, Cu 분말, Sn 분말 및 Cu 합금 분말 중 적어도 한쪽의 분말을 더 배합한 혼합 분말, 또는, 그 혼합 분말에 흑연 분말을 배합한 혼합 분말을 백메탈 강판 상에 가소결 접합하는 공정이 1회 이상과, 그 가소결층을 기계적으로 압하하는 공정이 1회 이상과, 라운드 벤딩 가공 공정을 실시한 후에, 상기 가소결 접합 온도보다 고온영역에 있어서의 본소결(1000℃ 이상)을 실시하고, 그 소결시에 있어서 주체(65∼98체적%)가 되는 고상상태의 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 Fe-C계 합금 입자와, 액상상태 의 CuSn계 합금으로 이루어지는 액상 소결 조직을 형성시키는 공정과 그 후에 급랭 처리에 의해 상기 Fe-C계 합금 입자를 담금질 경화시키는 공정을 구비하는 것이다. 복층 Fe계 소결 슬라이딩부재는 소결 접합성이 우수함과 아울러, 경질이며, 내마모성, 내시징성이 우수하고, 상기 제조 방법에 의해 저렴하게 공급할 수 있게 된다.

또, 가소결 접합이나 가소결 상태의 상기 Fe 소결 슬라이딩 재료층을 기계적 압하시키는 이유는 상술한 바와 같이 Fe계 합금 분말끼리나 Fe계 합금 분말과 백메탈 강판의 접합을 강고하게 하지 않고, 연질인 Cu, Cu-Sn 합금상과 Fe계 합금 분말, 백메탈 강판의 접합성이 확보되는 저온역에서 소결하여 가공성을 발현할 수 있는 상태에서 기계적 압하하는 것을 이 제조 방법의 특징으로 하고, 또한, 보다 고온역에서의 본소결에 의해 철계 합금 분말간의 소결과 백메탈 강판의 강고한 소결 접합성을 촉진시켜서 고면압하에서 내시징성이 우수함과 아울러, 내마모성이 우수한 철계 소결 복층 권취 부시를 제조하는 것이다.

또한 적어도 상기 Fe계 소결 재료층을 가소결한 후에 기계적 압하하는 공정을 1회 이상 실시한 후에, 셔링 가공, 라운드 벤딩 가공(롤 벤더), 프레스 가공, 또는, 라운드 벤딩 가공한 백메탈 강판의 양단부를 용접하고, 또한, 상기 본소결을 행함으로써 철계 소결 복층 권취 부시를 제조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 백메탈 강판에 있어서는 미리 그 접합면측에 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료 조성과 달리 가소결성이 우수한 중간 소결 재료층을 가소결 접합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

예를 들면 가소결 접합성을 개선하는 중간 소결 재료로서는 Cu-Sn계 소결 재 료가 바람직하고, 또한 가소결 접합성의 개선과 오일함유량의 증대 및 경제성을 개선하는 중간 소결 재료층으로서는 적어도 Cu:10∼40중량%, Sn:0.5∼10중량%, C:0∼0.8중량%를 함유하는 Fe계 소결 재료가 바람직하다.

또, Cu, Sn의 첨가량은 상술한 백메탈 강판과의 소결 접합성을 고려해서 결정되는 것이며, C량은 중간 소결 재료의 강화를 목적으로 해서 적정하게 첨가되는 것이 바람직하지만, 상기 가소결 접합이나 가소결, 본소결로부터의 냉각시에 조대한 초석 시멘타이트가 석출되고, 그 압연시의 소결층의 균열이나 접합면 계면에서 박리되기 쉽게 하는 것을 고려해서 거의 공석 조성이 되는 0.8중량%를 상한으로 했다.

또한 고농도로 흑연을 분산시키는 상기 Fe-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료층을 백메탈 강판에 직접적으로 소결 접합하는 경우보다 흑연 입자를 분산시키지 않는 상기 Fe계 소결 재료층을 통해 소결 접합하는 방법이 상기 Fe-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료층과 중간 소결층의 계면을 요철시킴으로써 보다 강고하게 접합하는 것은 명확하다.

또한, 상기 Cu-Sn계 소결 재료층은 상기 본소결시에 있어서는 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료중에 도입되는 것이지만, 상기 Fe계 소결 재료는 본소결시에 의해서도 10∼30체적%의 통기공이 잔류되도록 조정되고, 그 기공중에 윤활유 또는 윤활 조성물의 함유량을 증가시킴으로써 급유 간격의 장시간화에 적합한 작업기 부시의 제조 방법으로서 바람직하고, 또한 고가인 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료의 사용량을 저감시킬 수 있으므로 보다 경제적인 것은 명확하다.

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료용의 혼합 분말에 있어서는 상기 저온역에서의 가소결시에 있어서도 Cu-Sn 합금의 액상이 발생되므로, Fe계 합금과 반응해서 커켄달(kirkendall) 효과에 의한 이상 팽창 현상이 발현되므로, 본 발명에 있어서는 그 이상 팽창 현상을 억제하기 위해서 상기 소결 슬라이딩 재료용의 Fe 합금 분말에는 미리 C:0.45중량% 이상의 탄소를 함유시키는 것을 특징으로 함과 아울러, 상기 가소결 온도를 1000℃ 이하, 보다 바람직하게는 950℃ 이하로 한다.

또한, 상기 본소결후의 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 내시징성과 내마모성을 개선시키기 위해서 상기 Fe계 합금 분말 중에는 시멘타이트 및/또는 Cr₇C₃형 특수 탄화물, M₆C형 특수 탄화물, MC형 특수 탄화물 및 M₂C형 특수 탄화물 중의 1종 이상이 그 입자내에 있어서도 미세하게 석출, 분산되어 있는 특수강 분말이 전체 Fe 합금 분말의 50∼100중량%를 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 Fe 합금 분말중에는 특수강 분말이 50∼100중량% 함유되어 있고, 상기 특수강 분말은 0.45중량% 이상의 탄소를 함유하고, 또한, 5∼25중량%의 Cr, 3∼20중량%의 Mo, 3∼20중량%의 W, 0.5∼7중량%의 V 중 어느 1종 이상을 함유하고, 시멘타이트, Cr₇C₃형 특수 탄화물, M₆C형 특수 탄화물, MC형 특수 탄화물 및 M₂C형 특수 탄화물 중 어느 1종 이상이 5∼60체적% 석출, 분산되어 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 Fe-C계 합금상의 입자내 및 입계에 석출, 분산되는 특수 탄화물의 평균 입경이 10㎛ 이하로 미세화되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 특수강 분말과 같이 미리 매우 미세한 상기 특수 탄화물이 석출 분산되어 있는 경우에 있어서는 본소결후에 있어서도 이들 특수 탄화물이 급격히 성장하여 조대화되는 일이 없으므로, 상대 슬라이딩 재료에 대한 어택성을 적게 하기 위한 탄화물 사이즈의 제어가 용이해지는 특징을 갖는 것은 바람직하다.

또한, 상기 소결시의 이상 팽창을 억제하는 것과, 가소결시나, 본소결시의 소결성을 개선하기 위해서 상기 소결 슬라이딩 재료용 Fe 합금 분말 중에는 미리 C:0.45중량% 이상의 탄소와 고용 한도 이상이며, 또한, 2중량% 이상의 Cu를 함유시키고, 또한, 상기 Fe 합금 분말은 시멘타이트, Cr₇C₃형 특수 탄화물, M₆C형 특수 탄화물, MC형 특수 탄화물 및 M₂C형 특수 탄화물 중 어느 1종 이상은 그 입자내에 있어서도 미세하게 석출, 분산되어 있는 특수강 분말이 50∼100중량%를 구성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 C와 Cu가 미리 함유되는 Fe계 합금 분말을 이용하는 경우에 있어서는 상기 가소결시나 상기 Cu-Sn 합금상이 완전 액상화되는 본소결시에 있어서 Fe계 합금 분말 표면이 Cu-Sn 합금상에 의해 피복되고, Cu-Sn 합금과 반응하지 않는 흑연, BN, Mo, W, 페로몰리브덴, Co-Mo 등의 고체 윤활 분말과 Fe계 합금 분말의 반응성이 방지되어 이들 분말 입자가 응집, 분산된다. 그래서, 본 발명에 있어서는 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 적어도 C:1.5∼15중량%, Cu:8∼40중량%(바람직하게는 10∼40중량%), Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이며, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 0.45중량이상의 C와 고용 한도 이상이며 또한 2중량% 이상 40중량% 미만의 Cu를 함유한 Fe 합금 분말과, 흑연 분 말과, Cu 분말, Sn 분말 및 Cu 합금 분말 중 적어도 하나의 분말을 혼합한 혼합 분말로 이루어지고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 상기 본소결 공정에 있어서 상기 가소결상을 액상 소결해서 형성된 것이며, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 Fe 합금 입자와 Cu 합금상으로 이루어지는 조직을 갖고, 상기 조직중에 평균 입경이 1㎛ 이상 50㎛ 이하인 배합 흑연 입자가 3체적% 이상 50체적% 이하(바람직하게는 3체적% 이상 30체적% 이하)로 응집·분산되어 있다.

상기 기계적 압하를 실시하는 경우에 조대한 흑연 분말이나 BN이 배합되어 있으면 편평형상으로 변형되므로, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료의 강도적 열화가 현저해질 위험성이 있으므로, 본 발명에 있어서는, 상기 흑연 분말의 평균 입경이 1㎛ 이상 20㎛ 이하이며, 적어도 상기 Fe계 합금 분말보다 작게 해서 이들 고체 윤활제의 편평화를 방지하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적인 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법으로서는 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 백메탈 강판 상에 산포해서(예를 들면 750∼1000℃에서) 가소결함으로써 상기 백메탈 강판 상에 가소결층을 형성하는 제 1 공정과, 상기 가소결층에 기계적 압하(예를 들면 압연)을 가한 후에 상기 가소결층에 (예를 들면 750∼1000℃에서) 가소결하는 제 2 공정과, 상기 가소결층 및 상기 백메탈 강판을 라운드 벤딩 가공해서 권취 부시를 형성하는 제 3 공정, 또는 상기 가소결층 및 상기 백메탈 강판을 라운드 벤딩 가공한 후에 양단면을 용접해서 권취 부시를 형성하는 제 3 공정과, 상기 가소결할 때보다 고온(예를 들면 1000℃ 이상, 바람직하게는 1050℃ 이상)에서 액상 소결해서 상기 가소결층을 보다 강고하게 본 소결함으로써 상기 백메탈 강판 상에 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 형성하는 제 4 공정과, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 급랭 처리를 행함으로써 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 Fe 합금상을 담금질 경화하는 제 5 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 보다 구체적인 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법으로서는, Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 디스크상 또는 시트상으로 성형한 성형체를 백메탈 강판 상에 배치해서 가소결함으로써 상기 백메탈 강판 상에 가소결층을 형성하는 제 1 공정과, 상기 가소결층에 기계적 압하(예를 들면 압연)를 가한 후에 상기 가소결층에 (예를 들면 750∼1000℃에서) 가소결하는 제 2 공정과, 상기 가소결층 및 상기 백메탈 강판을 라운드 벤딩 가공해서 권취 부시를 형성하는 제 3 공정, 또는 상기 가소결층 및 상기 백메탈 강판을 라운드 벤딩 가공한 후에 양단면을 용접해서 권취 부시를 형성하는 제 3 공정과, 상기 가소결할 때보다 고온(예를 들면 1000℃ 이상, 바람직하게는 1050℃ 이상)에서 액상 소결해서 상기 가소결층을 보다 강고하게 본소결함으로써 상기 백메탈 강판 상에 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 형성하는 제 4 공정과, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 급랭 처리를 실시함으로써 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 Fe 합금상을 담금질 경화하는 제 5 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정 사이에 상기 가소결층의 표면에 -#250메시 이하의 미세한 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 매우 얇게 산포 또는 도포 또는 피복하는 공 정을 더 구비하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 강판 상에 산포해서 가소결 접합하는 제 1 공정에 있어서는 그 산포 상황에 따라서는 균일한 슬라이딩 표면이 얻어지기 어려우므로, 상기 제 2 공정에 있어서의 기계적 압하전의 소결 슬라이딩 재료층 표면에 동일하거나 또는 유사 조성의 -#250메시 이하의 미세한 Fe계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 매우 얇게 피복(산포, 도포)해서 화장층을 형성한 후에 제 2 공정, 제 3 공정 또는 제 4 공정 이후를 계속하는 것을 특징으로 하지만, 보다 바람직하게는 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말보다 미세하고, 적어도 -#250메시 이하의 미세한 Fe계 합금 분말을 사용하는 것이다. 또한 통상 상기 화장층의 두께는 0.3㎜ 이하이면 충분하다.

또한 상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정 사이에 상기 가소결층의 표면에 연질인 Cu 분말 또는 적어도 Sn을 2중량% 이상 함유하는 Cu 합금 분말을 매우 얇게 산포 또는 도포 피복하는 공정을 더 구비해도 좋다. 즉, 상기 화장층으로서 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말 대신에 연질인 Cu 또는 Cu 합금 분말을 사용함으로써 밀도 불균일이나 최표면부에서의 노치상의 홈의 발생을 방지할 수 있고, 가소결 강판의 셔링에 의한 절단면 근방 크랙을 방지할 수 있다.

또한 매우 얇게 피복되는 Cu 합금 분말로서는 Sn, Si, Mn, Ni, P 중 1종 이상이 총량으로 2∼30중량% 함유됨으로써 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료중의 Cu-Sn 합금층의 경도, 강도, 슬라이딩 특성, 내식성 등을 개질할 수 있다.

또한 상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정 사이에 상기 가소결층의 표면에 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료의 초기 순응성을 개선하는 Mo, W, 흑연, CaF₂등 중 하나 이상을 함유하는 고체 윤활제 분말 또는 Co-Mo 합금 분말을 매우 얇게 산포 또는 도포 또는 피복하는 공정을 더 구비해도 좋다. 즉, 상기 화장층의 재료로서 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료의 초기 순응성을 개선하는 Co-Mo 합금 분말이나 Mo, W, 흑연, CaF₂ 등의 고체 윤활제 분말 또는 이들 분말과 Cu 합금으로 이루어지는 혼합 분말을 이용하는 것도 바람직하다.

또한 상기 제 2 공정과 제 3 공정 사이에 상기 가소결층에 기계적 압하(예를 들면 압연)를 실시함으로써 가소결층의 보다 고밀도화를 꾀하는 공정을 더 구비하고, 상기 제 3 공정에 있어서의 상기 라운드 벤딩 가공으로서는 롤러 벤더 및 프레스 벤딩 가공 중 적어도 한쪽을 사용함으로써 상기 가소결층의 고밀도화를 꾀하는 것도 가능하다. 바꿔 말하면, 상기 제 2 공정을 실시한 후에 압연에 의한 기계적 압하를 실시하는 공정을 추가하고, 이어서, 롤 벤더 및 또는 프레스를 사용한 벤딩 가공인 제 3 공정에 있어서, 상기 가소결 슬라이딩 재료층의 고밀도화를 꾀하고, 상기 제 4 공정의 본소결을 실시하고, 제 5 공정의 급랭 처리함으로써 보다 고밀도의 Fe계 소결 슬라이딩 재료를 백메탈 강판 상에 소결 접합하는 것이 바람직하다.

또, 상기 추가되는 기계적 압하는 상기 가소결 슬라이딩 재료층 두께의 30% 이상을 압하시키는 것이 바람직하지만, 50% 이상 압하시키는 것이 보다 바람직하다.

또한 상기 제 3 공정에 있어서의 벤딩 가공 또는 라운드 벤딩 가공후에 양단 면을 용접한 권취 부시 내주부의 상기 소결 슬라이딩 재료층을 사이징 또는 코이닝 처리에 의해 상기 가소결 슬라이딩 재료층을 기계적으로 압하한 후에 상기 제 4 공정의 본소결과 상기 제 5 공정의 급랭 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

또, 상기 압연에 의한 기계적 압하 공정과 본 발명의 사이징을 조합하는 것도 바람직하다. 또한, 본사이징 처리는 권취 부시의 진원도 개선으로 이어져서 권취 부시의 마무리 가공의 간략화를 가능하게 하는 바람직한 방법이다.

상기 기계적 압하시에 과도한 압하를 실시해서 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 미세한 크랙을 발생시킨 후, 상기 본소결중에 그 소결 슬라이딩 재료를 보다 치밀화함으로써 상기 크랙을 개구시켜 오일홈이나 오일홀로 하는 것도 가능하다.

즉, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료를 고밀도화시키는 경우에는 적정한 오일 윤활용의 오일홈이나 오일홀을 그 슬라이딩면에 형성하는 것이 바람직하다. 그래서, 본 발명의 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서는 상기 제 5 공정의 급랭 처리의 앞공정, 바람직하게는 상기 제 4 공정의 본소결전에 기계 가공하는 것이 바람직하지만, 또한, 본 발명에 있어서는 상기 기계적 압하(압연, 프레스) 공정에 있어서 과도한 압하를 실시해서 상기 소결 슬라이딩 재료층에 미세한 크랙을 발생시킨 후, 상기 제 4 공정의 본소결에 의해 상기 크랙을 성장시킨 홈을 오일홈, 오일홀로서 이용하는 것도 가능하다.

가소결 슬라이딩 재료층에 크랙을 도입하는 기계적 압하 방법으로서는, 압연에 의한 방법이 바람직하고, 이 경우에는 압연 방향과 거의 직각인 방향으로 미세 한 크랙이 도입되고, 권취 부시에 있어서는 슬라이딩 방향에 대하여 거의 직각으로 파도 형상으로 도입되므로, 오일홈, 오일홀로서 보다 바람직하다.

또한 크랙 홈을 도입한 슬라이딩면은 배럴 가공이 실시되어 그 오일홈이나 오일홀의 가장자리가 매끄럽게 가공되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 급유시간의 연장화를 꾀하기 위해서 슬라이딩면에 많은 윤활재를 유지시키는 것을 필요로 하는 경우에는 상기 가소결의 공정후에, 또한, 상기 본소결의 공정전에 상기 가소결층에 면적율이 30∼70면적%가 되는 오일홈 또는 오일홀을 형성하는 것도 가능하다.

또한 상기 대면적률의 오일홈이나 오일홀을 기계 가공하는 경우의 경제성이 매우 문제가 되므로, 본 발명에 있어서는 상기 백메탈 강판 상에 가소결되는 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말이 섬형상으로 산포되거나, 또는 디스크상의 성형체가 면적율로 30∼70면적%가 되도록 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 백메탈 강판 상에 가소결되는 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 있어서는 오일홀이나 오일홈 형상이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말층에 있어서, 오일홀이나 오일홈 형상이 형성되도록 산포 또는 성형체가 배치되는 것이 바람직하다.

또한 상기 각종의 오일홈이나 오일홀을 형성하는 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서는 보다 고면압에 대한 내하중성이 필요하게 되는 경우가 많으므로, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 기공률이 10체적% 이하로 고밀도화된 것이 바람직하다.

상기 섬형상으로 산포되거나, 또는 디스크상의 성형체로 배열된 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말이 상기 백메탈 강판에 소결 접합되어서 형성된 오목부나 오일홀, 오일홈에 플라스틱 재료 및/또는 고체 윤활 재료가 충전되는 것도 가능하다.

또, 상기 백메탈 강판 상에 가소결 접합, 가소결하는 공정에 있어서는, 가소결 온도가 높은 경우에는 상기 합금 원소를 다량 함유하는 특수강 입자가 냉각 과정에서 담금질 경화되므로, 그 가소결 온도를 750∼1000℃의 범위로 조정하는 것이 바람직하지만, 보다 바람직하게는 750℃ 이상 950℃ 이하로 한다. 또한 하한 온도는 Cu-Sn 합금상이 액상을 발생하고, 상기 가소결 접합성을 발현하기 시작하는 온도로서 설정한 것이다.

또한 상기 백메탈 강판 상에 가소결 접합하는 공정에 있어서는, 그 가소결후의 냉각은 상기 탄소를 함유하는 Fe 합금 분말이 경화되지 않도록 서냉하는 것이 바람직하고, 예를 들면 상기 서냉수단으로서는 적어도 500∼700℃까지 노냉(爐冷)하는 것이나, 그 온도범위로 조정한 노내를 통과하면서 냉각하는 방법이 바람직하다.

또한 상기 본소결의 공정에 있어서는, 그 액상 소결온도를 1000℃ 이상으로 한 경우에, 상기 백메탈 강판과의 강고한 접합 조직이 발현되기 시작하지만, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료가 보다 강도를 높임과 아울러, 백메탈 강판과의 접합 강도를 보다 높이기 위해서 상기 본소결의 온도를 1050℃ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한 Fe 합금 입자를 형성시키는 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 있어서의 특수강 분말에는 C:0.45∼5중량%를 함유함과 아울러, 또한, 5∼25중량%의 Cr, 3∼20중량%의 Mo, 3∼20중량%의 W, 0.5∼7중량%의 V 중 어느 1종 이상이 함유되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 철계 소결 슬라이딩 재료에 있어서는, 그 혼합 분말중에는 탄소(흑연)가 0.1∼3중량% 함유되고, 상기 본소결시의 조대 기포의 발생을 방지함과 아울러, 상기 본소결시의 Fe계 소결체의 소결성을 높이는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 철계 소결 슬라이딩 재료에 있어서는 고온측의 액상 소결시(본소결시)의 Fe계 소결 슬라이딩 재료층(Fe계 소결체)의 소결성을 향상시키는, P:0.1∼1.5중량%, B:0.05∼1.0중량%, Si:0.5∼3중량%, Mn:1∼20중량%, Ti:0.1∼5중량%, Mo:0.1∼10중량%의 1종 이상이 베이스 분말 또는 합금 분말로서 첨가되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 Fe 합금 입자중의 담금질 마텐자이트 조직에서는 슬라이딩면에서의 마찰열에 의해 최표면층부가 뜨임된 경우에는 그 최표면층이 연화됨과 아울러 인장 잔류응력이 발생되어 히트 크랙의 발생이나 내시징성의 열화가 우려된다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 300℃ 이상의 온도에 있어서의 뜨임 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 뜨임 처리후의 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 경도는 Hv550 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 Fe 합금 입자가 상기 특수강 분말로 이루어지는 경우에 있어서는, 현저한 잔류 오스테나이트가 존재하고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 내 시징성이나 내마모성의 열화가 우려되므로, 고속도강의 뜨임 처리를 참고로 해서 잔류 오스테나이트상이 상기 Fe 합금 입자의 모상중에 10체적% 이하가 되는 뜨임 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

또, 상기 고속도강의 뜨임 처리로서는 복수회 이상의 550℃ 뜨임 처리, 350℃에서의 뜨임 처리+550℃의 뜨임 처리, 심랭 처리+550℃의 뜨임 처리 등이 있고, 본 발명에 있어서는 이들 처리를 실시해도 좋다.

또, 백메탈 강판은 상기 급랭 처리에 의해 담금질 경화되지 않는 강 종류가 선택되지만, 그 경도는 작업기 부시로서의 압입력 및 빠져나가는 힘을 확보하기 위해서 비커스 경도 Hv250∼400 이하가 되도록 0.35중량% 이상의 탄소를 함유하는 강판으로 하는 것이 바람직하다.

상기 Fe 합금 분말에 있어서는, 상기 급랭 처리에 의해 경화되는 담금질성과 뜨임 연화 저항성을 확보하기 위해서 C, Si, Al, Mn, Ni, Cr, Mo, V, W, Co, Sn, Ca, Pb, S, P, N, B, Nb, Ti 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상이 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 Cu-Sn 합금상에는 상기 Sn 이외에도 Al, Ti, Mn, Ni, Si, Sb, Bｉ, Ag, Mg, Ca의 1종 이상이 함유되는 것을 특징으로 한다.

상기 철계 소결 복층 권취 부시에는 플랜지부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 소결 기공 및 다공질 흑연을 갖고, 상기 소결 기공 및 상기 다공질 흑연의 합계 함유량이 5체적% 이상 50체적% 이하이며, 상기 소결 기공 및 상기 다공질 흑연 각각 중에 윤활유 또는 윤활 조성물이 충전되어 있는 것을 특징으로 하며, 또, 상기 윤활유 또는 윤활 조성물의 충전 방법으로서 감압 충전 방식 등의 종래 기술이 적용된다. 상기 윤활 조성물의 적점이 60℃ 이하인 것이 바람직하다.

(작업기 연결 장치)

다음에 본 발명에 의한 작업기 연결 장치의 구체적인 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 30(a), (b), (c), (d)에는 본 발명의 일실시형태에 따른 작업기 연결 장치의 단면도가 나타내어져 있다.

본 실시형태의 대표적인 작업기 연결 장치로서 도 30(a)에 나타내는 유압 셔블의 암 본체와 버킷의 연결 장치에서는 암 본체(8)에 압입되는 작업기 부시(1)와, 이 작업기 부시(1)의 내경부를 관통함과 아울러 버킷 프레임(2)의 구멍을 관통하도록 배치된 원통형상의 작업기 핀(4)으로 구성되어 있다. 작업기 핀(4)의 일단에는 작업기 핀의 빠짐방지용 강판(3)이 일체화되고, 또한, 고정용 링(5)과 볼트(6)에 의해 버킷 프레임(2)에 고정되고, 버킷이 작업할 때에는 작업기 핀(4)이 버킷과 함께 회전해서 작업기 부시(1)와의 사이에서 슬라이딩한다. 그리고, 상기 작업기 부시(1)와 작업기 핀(4) 사이에는 오일함유 및/또는 그리스 등의 윤활재를 저장할 수 있는 구조의 금속계 슬라이딩 재료(7)가 개재되어 작업시에 있어서의 시징, 이상 마모 등을 그 금속계 슬라이딩 재료(7)에 집중시키도록 해서 그 보수성의 개선이 꾀해지고 있다. 또, 상기 금속계 슬라이딩 재료(7)로서는 상술한 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 사용한다.

또한, 버킷 프레임(2)에 고정되는 작업기 핀(4)의 약간의 휘어짐에 기인하는 미소한 슬라이딩에 의해 버킷 프레임(2)과 작업기 핀(4) 사이에서 발생하는 이음(異音)을 방지하기 위해서는 도 30(b)에 나타내듯이 버킷 프레임(2)에 작업기 부시(9)와 금속계 슬라이딩 재료(10)를 배치하는 것이 보다 바람직하다. 또, 상기 금속계 슬라이딩 재료(10)로서는 상술한 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 사용한다.

또한 상기 시징성이나 국부 시징에 의한 이상 마모를 가능한 한 개선하기 위해서 상기 작업기 부시(1) 및/또는 상기 작업기 핀(4)과의 슬라이딩면에 있어서의 재료의 조합을 5∼30체적%의 통기공이 함유되는 금속계 다공질 소결 슬라이딩 재료와 HRC45 이상의 경도로 담금질 경화된 강철로 이루어지도록 하고, 그 금속계 다공질 소결 슬라이딩 재료의 기공중에 윤활유를 함유시키도록 되어 있다. 여기에서, 도 30(c)에는 작업기 부시(1)의 내경부에 홈을 형성하고, 이 홈에 상기 금속계 슬라이딩 재료(7)를 일체화한 예가 나타내어지고, 도 30(d)에는 작업기 핀(4)의 외경부에 홈을 형성하고, 이 홈에 상기 금속계 슬라이딩 재료(7)를 일체화한 예가 나타내어져 있다. 또, 도 30(c)에 있어서 부호 11로 나타내어지는 것은 시일 장치이다.

또한, 도 31(a)에 나타내듯이, 작업기 핀(4)과 작업기 부시(1)를 시일 장치(13) 또는 시일 장치(13)와 스러스트 링(14)을 통해 고정 링(15,16)으로 일체화해서 본체로의 부착, 분리성을 간편화함과 아울러, 또한, 장시간의 사용후에 금속계 슬라이딩 재료(7)의 하중면을 변경할 수 있도록 하기 위해서 일체화한 연결 장 치를 본체에 장착한 채의 상태에서 부시 고정 핀(12)을 느슨하게 하거나 풀어서 작업기 부시(1)를 회전시키는 구조 및/또는 고정 링(5)과 고정 볼트(6)를 느슨하게 하거나 풀어서 작업기 핀(4)을 회전할 수 있는 구조로 해도 좋다.

또한, 도 31(b)에 나타내듯이, 브래킷부가 2분된 암 본체(8)와 버킷 프레임(2)을 연결함에 있어서, 2분된 브래킷부 각각에 작업기 부시(1)를 시일 장치(13) 또는 시일 장치(13)와 스러스트 링(14)을 통해 장착하고, 링(30)을 통해 작업기 핀(4)과 고정 링(15,16)으로 일체화해서 부착하도록 해도 좋다. 이렇게 함으로써 작업기 부시(1)를 포함해서 브래킷부가 콤팩트해져서 부착·분리성을 간편화할 수 있다. 또한, 장시간의 사용후에 금속계 슬라이딩 재료(7)의 하중면을 변경할 수 있도록 하기 위해서 일체화된 연결 장치를 본체에 장착한 채의 상태에서 부시 고정 핀(12)을 느슨하게 하거나 풀어서 작업기 부시(1)를 회전시키는 구조 및/또는 고정 링(5)과 고정 볼트(6)를 느슨하게 하거나 풀어서 작업기 핀(4)을 회전할 수 있는 구조로 할 수도 있다.

(철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법의 구체예)

다음에 본 발명에 의한 철계 소결 복층 권취 부시의 구체적인 제조 방법의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 32(a)∼(h)는 각종 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법을 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 32(a)에 나타내는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 백메탈 강판(61) 상에 상술한 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말(62)을 산포해서 가소결 접합한 후에 가소결층(63)을 압연기에 의해 압하한 것을 라운드 벤딩 가공 하여 본소결함으로써 제조된다. 또, 가소결 접합과 압연 사이에 코팅 산포를 행해도 좋다.

도 32(b)∼(h)에 나타내는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 도 32(a)의 압연까지의 공정은 같으므로 설명을 생략한다.

도 32(b)에 나타내는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 압연후 라운드 벤딩 가공을 행하고, 사이징, 코이닝을 행한 후, 본소결함으로써 제조된다.

도 32(c)에 나타내는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 압연후 다시 가소결을 행하고, 라운드 벤딩 가공을 행한 것을 본소결함으로써 제조된다.

도 32(d)에 나타내는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 압연후 다시 가소결을 행하고, 라운드 벤딩 가공을 행한 후, 사이징, 코이닝을 행하고, 본소결함으로써 제조된다.

도 32(e)에 나타내는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 압연후 다시 가소결을 행하고, 다시 압연기에 의해 압하한 것을 라운드 벤딩 가공하고, 본소결함으로써 제조된다.

도 32(f)에 나타내는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 압연후 다시 가소결을 행하고, 다시 압연기에 의해 압하한 것을 라운드 벤딩 가공하고, 사이징, 코이닝을 행하고, 본소결함으로써 제조된다.

도 32(g)에 나타내는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 압연후 다시 가소결을 행하고, 다시 압연기에 의해 압하하고, 또 다시 가소결을 행한 것을 라운드 벤딩 가공하고, 본소결함으로써 제조된다.

도 32(h)에 나타내는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법은 압연후 다시 가소결을 행하고, 다시 압연기에 의해 압하하고, 또 다시 가소결을 행한 것을 라운드 벤딩 가공하고, 사이징, 코이닝을 행한 후, 본소결함으로써 제조된다.

(Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 섬형상으로 소결 접합한 예)

상술한 바와 같이 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 백메탈 강판 상에 30∼70면적%의 범위에서 복수개 이상의 섬형상 또는 볼록형상으로 소결 접합되어 있는 것도 가능하므로, 이 섬형상으로 소결 접합된 구체예에 대해서 이하에 설명한다.

철계 소결 복층 권취 부시는 백메탈 강판의 표면에 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층으로 이루어지는 복수개의 독립된 돌출부를 소결 접합하고, 이 돌출부에 의해 형성되는 오목부를 윤활유가 슬라이딩면에 균일하게 유동하도록 연속해서 형성하는 구성으로 한다.

즉, 철계 소결 복층 권취 부시는 각종 형상의 구멍을 갖는 시트를 백메탈 강판에 겹치고, 상방으로부터 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 산포해서 상기 시트의 구멍에 그 혼합 분말을 충전한 것을 상술한 방법으로 소결 접합하고, 권취 부시의 형상으로 가공하는 것이다.

철계 소결 복층 권취 부시에 사용하는 백메탈로서는 판두께 5㎜, 폭 150㎜, 길이 1000㎜의 S45C 강판을 이용하고, 또 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 돌출부를 형성시키는 방법으로서는 두께 4㎜의 SUS304 스테인레스제 구멍이 형성된 메탈 시 트를 앞의 강판 상에 배치하고, 구멍부에 상술한 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 슬라이딩 산포했다. 또, 도 33에 나타내듯이 구멍이 형성된 부분의 면적율은 모두 62.5면적%로 통일하고, 구멍부의 지름은 예를 들면 5, 10, 15, 20㎜로 하고, 각 피치간 거리를 조정해도 좋다(P=6, 12, 18, 24㎜). 백메탈 강판 상에 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 배치한 후의 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 제작 방법은 상술한 바와 같다.

(Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 섬형상으로 소결 접합한 다른 예)

다음에 섬형상으로 소결 접합된 다른 구체예에 대해서 설명한다.

철계 소결 복층 권취 부시는 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 있어서 고밀도 소결층과 저밀도 소결층을 교대로 분포시키고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 오일함유된 오일이 미슬라이딩시 및 슬라이딩시에 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층 끝면부로부터 누출되는 것을 막도록 하는 것이다.

도 34는 본 실시형태에 따른 철계 소결 복층 권취 부시의 일부를 나타내는 단면도이다. 본 실시형태의 철계 소결 복층 권취 부시(51)는 백메탈 강판(52)과, 이 백메탈 강판(52)의 상면에 일체로 형성된 슬라이딩 윤활층(53)으로 구성되어 있다. 슬라이딩 윤활층(53)은 슬라이딩부 끝면부 및 소결체 내부에 있어서 밀도가 높아지도록 산포·소결·압연된 다수의 대략 평행한 스트라이프상 또는 서로 교차하는 스트라이프상의 Fe계 소결 슬라이딩 재료층(54)을 갖고 있다. 이 Fe계 소결 슬라이딩 재료층(54)을 제외한 다른 부분은 다공질 상태로 존재하고, 겔화제가 들어간 오일이 함침된 다공질 함유층(55)으로 되어 있다. 또, Fe계 소결 슬라이딩 재료 층(54)은 상술한 방법으로 형성되는 것이다.

이렇게, 철계 소결 복층 권취 부시(1)의 끝면부에 고밀도의 소결체인 Fe계 소결 슬라이딩 재료층이 존재하고, 또 내부에도 오일함유층이 연속하지 않도록 고밀도의 Fe계 소결 슬라이딩 재료층이 메시상으로 존재함으로써 소결체 내부에서의 오일의 이동이 방해되므로, 일부 끝면의 고밀도 소결체부인 Fe계 소결 슬라이딩 재료층이 붕괴되어 끝면부로부터의 오일 유실을 막는 방파제가 없어졌다 해도 오일함유층이 작게 섬형상으로 독립해서 분포되어 있음으로써 소결체 내부의 오일의 이동이 방해되어 오일의 손실이 적게 된다.

(실시예)

다음에 본 발명의 실시예에 의한 복층 Fe계 소결 권취 부시와 그 제조 방법에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시예1)

(각종 Fe계 소결 슬라이딩 재료의 가소결성 확인 실험)

표 1에 나타낸 3종류의 Cu 합금 혼합 분말을 미리 준비하고, 표 2에 나타낸 조성의 Fe계 소결 합금을 본 실시예에서 사용했다. 이들 소결 합금은 A300M(코베 세이코우, 철 분말), PX16(미쓰비시 세이코우, 고속도강 분말 Fe-1.1중량% C-4중량% Cr-5중량% Mo-6중량% W-2중량% V), KM15(미쓰비시 세이코우, 고Cr 공구강 분말 Fe-0.45중량% C-16중량% Cr-3중량% Mo-2중량% V), -#350메시 이하의 애토마이즈 동 분말(후쿠다 킨조쿠), 애토마이즈 Cu-33중량% Sn 분말(후쿠다 킨조쿠), -#250메시 이하 애토마이즈 Sn 분말(후쿠다 킨조쿠), 평균 입경 6㎛의 흑연(LONZA사제, KS6) 을 사용하여 조성 조정한 것이며, 이들 혼합 분말을 이용하여 도 1에 나타내는 인장 시험편을 성형압 5ton/㎠로 성형하고, 770∼1050℃의 각 온도에서 15분간 진공소결한 후 600℃까지 노냉하고, 또한, 600℃에서 30분간 유지한 후에, 600torr의 N₂가스로 냉각한 것이다.

또한 소결 온도로부터 600℃로 노냉하는 것은 소결 온도가 지나치게 높게 된 경우에는 상기 PX16, KM15 합금이 소결 온도로부터의 직접 N₂ 가스 냉각에 의해 마텐자이트 변태하여 담금질 경화되는 것을 피함과 아울러, 그 상 변태에 의한 현저한 팽창을 피하기 위해서이다.

(표1)

(표2)

또한 상기 소결 시험편에 관해서는 그 치수 변화율, 록웰 B 경도(HRB)를 조사했다.

(1)치수 변화율과 소결 특성

도 2는 상기 표 1에 나타내는 Sn 함유량을 바꾼 혼합 분말을 28.5중량% 첨가한 표 2에 나타내는 A1, A5∼A8, A11∼A13, A16, A17 합금의 소결 온도와 그 소결체의 치수변화를 나타낸 것이다.

(a)860℃ 이하에 있어서는 상기 Cu-Sn 혼합 분말의 합금화에 따른 팽창 현상이 모든 합금에서 확인된다.

(b)상기 Cu-Sn 혼합 분말중의 Sn의 양이 많을수록 그 팽창량은 커지고, 소결체가 다공질화된다.

(c)탄소를 미리 함유하지 않는 Fe 분말을 고용한 A1, A5∼A7에서는 900℃ 이상에 있어서는 액상의 Cu-Sn 합금과의 확산에 따른 팽창이 지속되는 것에 대해서, 미리 탄소를 함유하는 PX16, KM15를 사용한 A8, A11∼A13, A16, A17 합금에서는 900℃ 이상으로 소결 온도를 승온함에 따라 소결성이 개선되어 치밀화된다.

(d)탄소를 미리 함유하지 않는 Fe 분말을 사용하고, 또한, 0.5중량%의 흑연(Gr)을 배합한 A6 합금에 있어서는 950℃ 이상에서 현저한 팽창을 나타내지만, 1000℃ 이상에서는 흑연이 Fe 분말중에 완전 고용화됨으로써 소결성이 개선되어 그 소결체가 명확하게 수축되기 시작하는 것을 알 수 있다.

상기 (a)∼(d)의 결과로부터 저온 소결 온도에서는 과잉의 Sn량의 첨가는 소결체의 팽창을 촉진하고, 후술하는 가소결 공정후나 가소결후의 압연에 의한 기계적 압하를 곤란하게 하는 것을 알 수 있다. 따라서 적어도 Fe계 소결체내의 Cu량과 Sn량이 Cu-16중량% Sn이하의 관계, 보다 바람직하게는 Cu-Sn 2원계 상태도를 참고 로 해서 취약한 금속간 화합물이 저온 소결후의 냉각 과정에서 다량으로 석출되지 않는 Cu-13중량% 이하의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.

또한 도 3은 Cu-12중량% Sn에 배합된 혼합 분말의 첨가량을 9∼28.5중량%로 조정한 A2∼A6, A9∼A11, A14∼A16 합금의 소결 치수 변화율을 나타낸 것이지만,

(e)Cu-Sn 혼합 분말의 배합량을 많게 함에 따라 그 팽창성이 증대되는 것

(f)상기 (a)∼(c)와 거의 같은 결과가 관측되는 것

등을 알 수 있다.

(2)소결 온도와 경도(HRB)의 관계

도 4는 표 2에 나타내는 A1∼A12 합금의 소결체 경도(록웰 경도 HRB)와 소결 온도의 관계를 나타낸 것이다. 표 2에 나타낸 철 분말 A300M을 주체로 하는 A1∼A5와 A7 합금에서는 900℃ 이상의 온도에서 소결한 경우에는 그 소결체 경도가 저하되는 경향이 있고, 그 원인이 상기 소결체의 팽창에 의한다고 생각되고, 흑연을 첨가한 A6 합금에서는 900℃ 이상에서 상기 소결체의 팽창이 커짐에도 불구하고, 배합 흑연이 철 분말중에 고용되기 시작함으로써 소결체내의 Fe 입자의 경도가 증대되고, 강화되어 있는 것을 알 수 있다.

또한 미리 탄소를 함유하는 PX16 특수강 분말을 주체로 하는 A8∼A12 합금에서는 850℃ 이상의 온도에서 소결성이 개선되고, 이들 소결체 경도도 급속하게 증대되고, 소결체 강도가 증대되지만, 850℃ 이하에 있어서는 상기 도 2, 도 3에 나타내듯이 현저한 팽창을 나타내므로, 그 소결체의 경도(강도)가 상기 A1∼A7 합금의 그것보다 낮은 것을 알 수 있다.

또한 도 5는 미리 탄소를 함유하는 KM15 특수강 분말을 주체로 하는 A13∼A17 합금의 소결체 경도(록웰 경도 HRB)와 소결 온도의 관계를 나타낸 것이며, 상기 A8∼A12 합금과 동일한 경향을 나타내지만, 특히, 850℃ 이하에서의 소결성은 상기 A8∼A12 합금의 경우보다 우수함을 알 수 있다.

(실시예2)

(각종 Fe계 소결 슬라이딩 재료의 본소결성 확인 실험)

표 3-1 및 표 3-2에 본 실시예에 사용한 Fe계 소결 슬라이딩 재료의 합금용 혼합 분말 조성이 나타내어져 있다. 이들 슬라이딩 재료는 상기 실시예1에서 사용한 원료 분말 이외에 ASC300(헤가네스사제 철 분말), M2(미쓰비시 세이코우, 고속도강 분말 Fe-0.8중량% C-4중량% Cr-5중량% Mo-6중량% W-2중량% V), SUS440C(니혼 아토마이즈사제, Fe-1.1중량% C-17중량% Cr), 전해 동 분말(후쿠다 킨조쿠 CE25), -#350메시 이하의 TiH, 전해 Mn, Ni, 인철(25중량% P), 평균 입경 5㎛의 Mo, ＃200메시 이하의 Fe-16중량% Al-25중량% Cu, Fe-16중량% Al을 이용하여 조성 조정한 것이며, 이들 혼합 분말을 이용하여 상기 인장 시험편을 성형압 5ton/㎠로 성형하고, 1000∼1200℃의 각 온도에서 1시간 진공 소결한 후, 600torr의 N₂ 가스로 냉각하고, 이들의 소결 치수 변화율을 측정함으로써 그 합금계의 소결성을 조사했다.

(표 3-1)

(표 3-2)

도 6은 B1∼B11의 합금에 대해서 그 소결 온도와 치수 변화율의 관계를 나타낸 것이다. B1∼B5의 Fe-Cu계에 있어서는 Cu가 액상화되는 1086℃ 이상의 1100℃에서 명확하게 팽창되고, 또한, 1200℃에 있어서도 충분한 치밀화를 달성하지 않는 것을 알 수 있다.

또한, B5와 B8 합금의 치수 변화율을 비교함으로써 2중량%의 Sn 첨가에 의해 Cu의 액상이 보다 저온으로부터 발생하여 소결체의 팽창성이 증대됨을 알 수 있다.

또한 B5와 B6, B7 합금의 치수 변화율을 비교함으로써 탄소의 첨가에 의해 상기 B1∼B5 합금에서 관찰된 1100℃에서의 팽창이 억제됨과 아울러, 탄소 함유량 을 증량시킴으로써 급속하게 소결성이 개선되어 보다 치밀화됨을 알 수 있다.

또한 B9(Fe-16중량% Al 합금 분말) 합금은 B1 철 분말과 동일한 치수 변화 거동을 나타내지만, 그것에 25중량%의 Cu 분말을 첨가한 합금(B10)의 치수 변화율은 예를 들면 B4, B5 중 어느 경우보다 1000℃ 이상의 고온 소결에 의해 현저하게 소결성이 촉진되는 것을 알 수 있다.

또한, Fe-16 중량% Al에 대한 Cu의 고용 한도(약 20중량% Cu) 이상의 25중량%의 Cu를 미리 함유시킨 Fe-16중량% Al-25중량% Cu 합금 분말(B11)에서는 1000℃의 팽창 현상을 나타내지 않고, 또한, 보다 소결성이 촉진되어 현저하게 치밀화되는 것을 알 수 있다.

도 7은 표 3-1에 나타낸 B11∼B19 합금의 소결후의 치수 변화율을 나타낸 것이다. B11∼B14 합금의 비교에 의해 Fe-16중량% Al-25중량% Cu 합금에 Cu 분말을 첨가시킴으로써 1150℃ 이하의 소결성이 촉진되고, 반대로 1200℃ 이상에서는 5중량% 이상의 Cu 첨가에 의해 오버 소결 상태로 되어 소결 밀도가 저하되는 것을 알 수 있다.

또한 B13과 B15∼B19의 치수 변화율을 비교함으로써 Mo, 및 Ni-Mo의 복합 첨가, Ti, Mn의 첨가가 현저한 소결성을 저해화하는 일이 없는 것을 알 수 있고, 또한 Sn의 첨가에 따라서는 소결성에 대한 촉진이 보다 저온측으로부터 개시되는 것을 알 수 있고, 상기 본소결 온도를 저감시키는 유효한 원소로서 이용되는 것을 알 수 있다.

또한 도 8, 도 9에는 B15와 B16의 1200℃에서의 소결 조직을 나타냈지만, 소 결시에 발생되는 Cu 합금 액상과 거의 반응하지 않는 Mo는 Mo상으로서 분산되고, 또한 Ni-Mo를 복합 첨가한 경우에는 Ni와 Mo가 우선적으로 합금화 반응을 일으켜서 Ni-Mo계 금속간 화합물로서 분산되는 것을 알 수 있다. 따라서, 미리 고용 한도 이상으로 Cu를 함유시킨 Fe계 합금 분말중에 Mo를 배합시킨 Fe계 소결 슬라이딩 재료에 있어서는 고체 윤활제로서의 Mo가 유효하게 이용되는 것을 알 수 있다. 또한 상기 Ni-Mo와 같은 복합 첨가에 의해 내시징성과 내마모성의 향상에 기대되는 Mo계 금속간 화합물을 분산시킬 수 있다.

도 10은 B14와 B20∼B27 합금의 소결후의 치수 변화율을 나타낸 것이며, 후술하는 바와 같이, 배합 흑연 분말은 소결체내에 분산됨으로써 소결에 의한 치밀화가 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 1000℃에서는 Cu계 합금의 액상이 발생되지 않는 고상 소결, 1100℃에서는 Cu가 완전하게 액상화되는 액상 소결, 1200℃에서는 적어도 2중량%의 흑연을 함유하는 합금에 있어서는 Fe-C계의 액상이 발생되기 시작하고, 4중량%의 흑연을 함유하는 합금에 있어서는 완전하게 Fe-C계 합금이 완전하게 액상화되는 온도임에도 불구하고, 용손되지 않는 것을 알 수 있다. 후술하는 바와 같이, 이 원인이 배합 흑연 분말과 Fe 합금의 합금화 반응을 미리 Fe 합금 분말중에 고용 한도 이상으로 함유시킨 Cu에 의해 발생되는 Cu 합금계 액상이 저지되어 있는 것은 명확하다.

도 11(a)∼(d)는 B7, B11, B13과 B20의 1200℃에서의 소결 조직을 나타낸 것이다.

[1]B7에서는 배합된 1.2중량%의 흑연은 Fe 분말중에 고용되고, 일부 백색의 시멘타이트 탄화물이 석출되어 있는 것,

[2]B11과 비교해서, B13에서는 10중량% Cu의 첨가에 의해 소결시에 보다 많은 액상이 발생되고, 큰 결정립으로 성장하고, 또한,

[3]B20에서는 배합된 미세한 흑연이 상기 Fe-16중량% Al-25중량% Cu 합금 분말중에 고용되지 않고 응집되면서 미세하게 분산되고, Fe-16중량% Al-25중량% Cu 합금상의 결정립 성장을 억제하는 것을 알 수 있다.

또한 도 12(a)∼(f)는 B21∼B26 합금이 1200℃에서 소결된 조직을 나타낸 것이며, 미세한 흑연 입자(평균 입경 6㎛)가 응집되면서 입계 상에 거의 균일하게 고농도로 분산되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 14(a)∼(c)에 나타내듯이 그 소결 온도(1200∼1000℃)를 내림으로써 분산되는 흑연 입자를 미세화할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한 상기한 바와 같이 고용 한도 이상으로 Cu를 미리 함유하는 Fe계 합금 분말을 활용함으로써 배합 흑연 분말을 Fe계 합금중에 고용시키지 않고, 미세한 배합 흑연을 적정하게 응집, 분산시킨 Fe계 소결 슬라이딩 재료가 상기 분산되는 흑연의 자기 윤활성과 흑연의 다공질성을 이용해서 우수한 슬라이딩 특성을 나타내는 것은 명확하다.

또한 도 14는 흑연 분산량과 인장 강도의 관계를 나타낸 것이다. 종래의 오일함유 베어링의 압환 강도가 20kgf/㎟ 이상(인장 강도: 약 100N/㎟ 이상)인 것을 참고로 하면, 본 Fe계 소결 슬라이딩 재료에서는 9중량% 흑연까지 첨가되면 좋은 것을 알 수 있다. 500kgf/㎠ 이상의 고면압하에서 사용하는 경우에는 면압의 3배의 인장 강도인 150N/㎟이상인 것이 바람직하므로, 흑연의 첨가량을 7중량% 이하로 하 는 것이 보다 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 상기 Fe계 합금상을 보다 강화하거나, 내마모성을 개선하기 위해서는 상기 Fe계 합금 분말로서 고용 한도 이상의 Cu 이외에 적정량의 탄소를 함유시켜 둠으로써 소결후에 담금질 경화 등의 열처리를 부가하는 것이 바람직하다.

도 15는 표 3-2에 나타낸 상기 M2 특수강 분말을 베이스로 한 B28∼B40 합금의 소결후의 치수 변화율을 나타낸 것이다. 또한 도 16은 상기 SUS440C 분말을 베이스로 한 B41∼B53의 소결후의 치수 변화율을 나타낸 것이다.

B28, B41의 결과로부터는 탄소를 미리 함유하는 Fe계 합금 분말과 Cu 분말로 이루어지는 소결체에 있어서는 상기 B2∼B5에서 관찰된 Cu 분말 첨가에 의한 팽창 현상이 발현되지 않는 것을 알 수 있다.

또한 B28과 B29∼B40 합금의 치수 변화율의 비교에 의해 이하의 것을 알 수 있다.

[1]상기 인철 합금(Fe-25중량% P)에 의해 그 소결성이 현저하게 개선되어 보다 치밀화된다(B29),

[2]Sn, Si의 첨가에 의해 약간 소결성이 개선된다(B30, B36).

[3]Mo의 첨가는 약간 치밀화 억제 작용을 나타낸다(B34, B35),

[4]흑연의 첨가에 의해 그 소결성이 현저하게 촉진되어 보다 치밀화되고(B31, B37), Ti와 흑연을 첨가해서 TiC를 분산시킨 소결체에 있어서도 치밀화된다(B33),

[5]Mn의 첨가에 의해 보다 저온측에 있어서의 소결성이 현저하게 개선되어 저온측에서 보다 치밀화되기 시작한다(B38),

[6]Fe 50중량% Al 모합금에 의한 Al 첨가에 의해 현저한 팽창성이 발현된다(B39, B40)

특히, P, C(Mn)가 소결에 있어서의 치밀화 제어 원소로서 중요하며, 이들과 유사한 B의 첨가도 바람직한 것을 알 수 있다.

또한, B41과 B42∼B53 합금의 치수 변화율의 비교에 의해 Cr₇C₃형 탄화물을 석출 분산하는 고Cr강 베이스 소결체에 있어서도 상기 M2 특수강 베이스의 소결체와 마찬가지로 인철, 흑연, Mn의 첨가에 의해 소결성이 촉진되어 Fe 50중량% Al 모합금의 첨가에 의해 현저한 팽창성이 발현되는 것이 확인되지만, 특히, P첨가가 가장 현저한 소결 촉진 작용을 나타내므로 적어도 P, 흑연 또는 B 중의 1종 이상이 함유되는 것이 매우 중요한 것을 알 수 있다.

도 17은 B54∼B65 합금의 소결 치수 변화율을 나타낸 것이다. Fe 분말(ASC300)과 M2 또는 SUS440C를 혼합한 B54∼B57 합금에서는 상기 Cu 분말의 혼합에 기인하는 팽창성이 흑연 분말의 첨가에 의해 확인되지 않게 되고, 그 수축성은 상기 도 6중의 B7 합금의 예와 비교해서 보다 분명하게 증가하고 있으며, 이것이 미리 탄소를 함유한 M2, SUS440C의 첨가에 의한 것은 명확하지만, 충분한 치밀화를 달성하는 것은 아닌 것을 알 수 있다.

또한 미리 Cu를 함유시킨 Fe-16중량% Al-25중량% Cu(Cu의 고용도; 약 20중량%) 합금 분말에 M2 또는 SUS440C를 혼합한 B58∼B60, B62∼B64 합금에 있어서는 현저한 소결 수축성이 발현되는 것을 알 수 있다.

또, B61, B65 합금에 있어서는 미리 Cu를 함유하고, 소결시에 있어서 Cu 합금의 액상을 발생하는 Fe-16중량% Al-25중량% Cu 합금 분말량이 적기 때문에, 상기 소결시의 수축성이 줄어들어 상기 흑연을 혼합한 B56, B57에 가깝게 되지만, M2, SUS440C의 첨가량이 50중량% 정도까지는 치밀화되는 것을 기대할 수 있다.

또한, 소결성이 우수한 상기 M2나 SUS440 등의 고속도강 분말로서는 Fe-16중량% Al-25중량% Cu(Cu의 고용도; 약 20중량%) 합금 분말과 마찬가지로 미리 고용 한도 이상으로 Cu를 함유시키는 것이 바람직하다.

(실시예3)

(Fe계 소결 권취 부시의 제조 1)

표 4에 본 실시예에 사용한 Fe계 소결 슬라이딩 재료의 합금 조성이 나타내어져 있다. 이들 슬라이딩 재료는 상기 실시예1, 2에서 사용한 원료 분말을 이용하여 조성 조정한 것이다. 이들 혼합 분말을 4㎜ 두께의 SPCC 강판 상에 1.4㎜의 두께로 산포하고, 900℃에서 15분간 가소결 접합한 후에 약 50% 소결층을 압연기에 의해 압하하고, 다시 900℃에서 15분간 가소결한 후에 일단 냉각하고, 1000∼1200℃의 각 온도에서 30분 본소결한 후에 각 소결 온도로부터 600torr의 N₂가스에 의해 급랭한 것을 조직 관찰해서 각 합금계의 소결성과 백메탈 강판의 강고한 접합 강도가 확보되는 하한의 본소결 온도에 대해서 조사했다.

도 18(a)∼(f)에는 C6, C8 합금의 가소결(900℃)후와, 또한, 1000℃, 1050℃ 의 본소결후에 상기 N₂가스 냉각한 소결층 단면 조직을 나타낸 것이다. 1000℃의 본소결에 의해 백메탈 강판과 소결층의 접합 계면에 있어서 PX16의 확산층이 형성됨과 아울러, 그 확산 방향으로 신장된 Cu 합금상 입자가 분산된 특유한 접합 계면조직을 형성하는 것을 알 수 있고, 강고한 접합 강도를 갖는 복층 부재를 얻기 위해서는 본소결이 1000℃ 이상에서 실시되는 것이 필요하며, 바람직하게는 소결층이 보다 치밀화되는 1050℃ 이상으로 설정되는 것이 좋은 것을 알 수 있다.

또한 도 19(a)∼(d)는 C9, C10 합금의 소결층 조직과 본소결 온도의 관계를 나타낸 것으로, 1050∼1170℃의 온도 범위에서 치밀한 소결 조직이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 본합금계에서는 1200℃의 본소결에서는 과잉 소결(오버 신터링)상태에 들어가서 다공질화되기 시작하는 것을 알 수 있었다.

또한, 도 20(a), (b)는 상기 가소결후에 압연을 실시하지 않고, 1130℃, 30분의 본소결후에 N₂가스 냉각한 C12, C14 합금의 소결층 단면 조직을 나타낸 것이며, 상기 도 19에 나타낸 각 조직에 비해 오일함유 소결 슬라이딩 재료에 적합한 다공질 조직이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

(표 4)

(실시예4)

(Fe계 소결 권취 부시의 제조 2)

표 4에 본 실시예에 사용한 Fe계 소결 슬라이딩 재료의 합금 조성이 나타내어져 있다. 이들 슬라이딩 재료는 상기 실시예1, 2에서 사용한 원료 분말을 이용하여 조성 조정한 것이다. 이들 혼합 분말을 4㎜ 두께의 SPCC 강판 상에 1.4㎜의 두께로 산포하고, 900℃에서 15분간 가소결 접합한 후에 약 50% 소결층을 압연기에 의해 압하하고, 다시 900℃에서 15분간 가소결한 후에 일단 냉각하고, 또한, 압연기에 의해 압연율 0%와 55%의 기계적 압하한 것을 1100℃에서 30분간 본소결한 후에 각 소결 온도로부터 600torr의 N₂가스에 의해 급랭한 것을 조직 관찰하여 각 합금계의 소결성을 조사했다. 또한 상기 압연율은 압연 공정 전후에 있어서의 복층 부재의 두께의 변화량을 소결층 두께로 나눈 값을 사용하지만, 또한, 소결층 두께 는 압연시에 있어서 백메탈 두께가 변하지 않는 것으로 해서 압연전의 복합 부재 두께로부터 백메탈 두께를 뺀 값을 사용했다. 또, 상기 압연율은 압연에 의해 상기 복층 부재에 현저한 신장이 발생되지 않는 압연율 범위내에서는 소결층의 압하율을 적정하게 표시할 수 있지만, 강압연을 실시한 경우에 있어서는 백메탈도 압하되는 것은 명확하며, 상기 압하율은 편의적인 파라미터가 되는 것은 명확하다.

상기 표 4의 우측 란에는 가소결 접합후의 소결층을 약 50% 압연했을 때의 압연성을 표시했지만, 모든 합금 수준에 있어서, 백메탈 강판과의 박리나 소결층에 크랙이 발생하는 일없이 압연할 수 있는 것을 확인하고, 상기 가소결 접합성을 확보하면서, 제 1 회째의 압연에 의해 소결층을 충분히 압하할 수 있는 합금으로서는 8중량 이상의 상기 Cu-Sn계 혼합 분말을 첨가하는 것이 필요하며, 바람직하게는 그 첨가량은 10중량% 이상으로 하는 것을 알 수 있다.

또한 상기 표 4의 최우측 란에는 상기 900℃의 가소결후의 소결층에 압하율 약 55∼67%의 압연을 실시했을 때의 압연성을 평가한 결과를 나타냈지만, 명백히 C1 합금에 있어서는 미세한 크랙이 다발하고, C2, C3 합금에 있어서는 조금 미세한 크랙이 발생하는 것을 알 수 있었다.

도 21(a)∼(c)는 C2 합금의 가소결층에 압하율 60%의 압연을 실시한 후에 1100℃, 30분의 본소결을 실시하고, 그 본소결 온도로부터 N₂가스 냉각한 것의 외관과 단면의 조직 사진을 나타낸 것이다. 상기 압연시에 발생한 미세한 크랙이 본소결에 의해 파상의 홈을 형성하고, 그 단면 조직으로부터 그 홈 폭은 약 200㎛ 이 상으로 성장하고 있고, 또한 백메탈 강판과의 접합 강도를 열화시키는 크랙을 발생하고 있지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 그 접합 계면에 있어서는 소결 슬라이딩 재료의 PX16과 백메탈 강판이 충분히 서로 확산해서 일체화되고, 그 계면 근방에서는 상기 확산 방향으로 신장된 Cu 합금상이 분산된 강고한 접합 계면을 형성하고 있으므로, 이들 크랙 홈이 슬라이딩면에 있어서의 오일홀이나 오일홈으로서 매우 유효하게 이용되는 것을 알 수 있다.

또한 슬라이딩 재료부를 확대한 도 21(c)로부터 그 슬라이딩재중에 있어서는 Cu 합금상은 약간 입상으로 점재하는 정도이며, 그 슬라이딩 재료가 거의 PX16의 소결 고속도강과 같은 특성을 갖고, 우수한 내마모성, 내뜨임 연화 저항성, 내시징성, 저마찰계수화를 갖는 것을 알 수 있다.

또한, 도 22(a)∼(e)는 C3∼C5, C7, C11 합금의 가소결층에 압하율 약 60%의 압연을 실시한 후, 상기 본소결과 N₂가스 냉각을 실시한 것의 단면 조직을 나타낸 것이다. C3∼C5 합금 및 C7, C11 합금의 비교로부터 0.5중량% 이상의 흑연이 배합된 소결층이 보다 치밀하게 소결화되어 있는 것을 알 수 있다. 또한 도 22(b)(C4 합금)의 기공이 조대 기공이므로, 본소결시에 있어서의 발생 가스의 소결층중으로부터의 빠짐을 촉진하는 흑연을 미량 첨가하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

또한 표 4중의 C12∼C19 합금에 대해서도 상기와 마찬가지로 압연성에 대해서 평가한 결과를 기재했지만, C12∼C17에 있어서는 과잉의 압하율로 압연한 경우에 약간 미세한 크랙이 형성되는 것을 알 수 있었다.

도 23(a), (b), 도 24(a), (b), 도 25(a), (b), 도 26(a), (b)에는 C13, C15, C17, C19 합금의 1100℃ 본소결후의 단면 조직을 나타냈지만, 상기 PX16 특수강 분말을 사용한 경우와 마찬가지로, 그 소결 슬라이딩재는 치밀하게 소결되어 있는 것을 알 수 있다.

또한 C19 합금의 단면 조직을 확대한 도 27 및 도 18로부터는 그 소결 슬라이딩 재료중의 KM15 중에는 Cr₇C₃탄화물이 고밀도로 분산되고, 또한 Cu 합금상이 입상으로 분산되어 있는 것을 알 수 있다.

또한 도 27(a), (b), 도 28(a), (b)에는 C13, C17 합금을 상기 가소결한 후에 350메시 이하의 미세한 Cu-10중량% Sn 합금 분말을 표면에 매우 얇게 산포한 후에 압하율 약 65%로 압연한 후, 상기 본소결, N₂가스 냉각을 실시한 단면 조직을 나타낸 것이다. 상기 연질인 Cu-10중량% Sn 합금의 산포에 의해 강압연시의 크랙 발생을 억제함과 아울러, 보다 고밀도로 소결층을 마무리할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 상기 도 20(a), (b)의 오일함유 소결 슬라이딩 재료에 적합한 다공질 조직에 비해 가소결후에 압연 등으로 기계적 압하를 추가함으로써 상기 도 23∼도 26, 도 27, 도 28에 나타낸 고밀도의 소결 조직이 얻어지는 것을 알 수 있다.

(실시예5)

(Fe계 소결 권취 부시의 제조 3)

실시예3, 4와 같은 C4, C6, C8, C9 합금을 사용하고, 가소결 온도를 820℃로 해서 가소결하고, 가소결후의 압하율을 20∼100% 바꾸어서 압연하고, 본소결 조건 1100℃, 30분을 실시했다. 그 결과, 820℃ 가소결후의 압연에 있어서는 매우 그 압연성이 우수하고, 100% 압하율에 있어서도 상기 모든 합금계에 있어서 미세 크랙의 발생이 확인되지 않고, 가소결 접합과 가소결 온도가 가소결후의 압연성에 중요한 영향을 주는 것을 알 수 있었다.

또한 이 원인은 실시예1에서 조사한 바와 같이, 상기 소결 재료중의 연질성이 높은 Cu-Sn 합금상이 충분한 소결성이 확보되고, 또한, 철계 분말끼리의 소결이 촉진되지 않는 것이 중요하다는 것을 시사하고 있다. 또한 도 4에 나타낸 실시예1의 결과로부터 가소결 온도로서는 770℃이어도 좋은 것을 알 수 있고, 가소결 온도의 하한값이 750℃로 설정되지만, 770℃가 보다 바람직하다.

또한 가소결의 상한 온도는 상기 도 4의 결과와 실시예 4의 압연성 확인 결과로부터 1000℃로 설정되지만, 950℃ 내지는 900℃가 보다 바람직한 것을 알 수 있다.

(실시예6)

(베어링 슬라이딩 시험)

본 실시예에서 사용한 소결 합금 조성을 표 5에 나타냈다. D1∼D8은 상기 표 4에 기재된 C2, C6, C9, C11, C12, C13, C16, C19 합금을 사용한 것이며, D11∼D13은 표 6에 나타낸 미리 탄소와 Cu를 함유한 Fe-C-Cu계 합금 분말을 주체로 한 것이다.

(표 5)

(표 6)

또한 비교 부시로서 비교 1에는 다공질의 오일함유 소결 부시, 비교 2, 3에는 SCM420 탄소강 강관의 내주면에 스파이럴상으로 약 2㎜ 폭의 오일홈을 면적율 10%, 35%가 되도록 가공한 것을 침탄 담금질한 부시를 사용했다.

상기 실시예 2, 3에 기재된 방법에 따라 가소결후, 또는 가소결후에 압연을 실시한 상기 복층 부재를 롤 벤더를 이용하여 라운드 벤딩 가공한 후에, 또한, 프레스로 내경 70㎜로 강제하고, 백메탈 강판의 양단부를 TIG 용접한 권취 부시에 본소결(1100∼1170℃), N₂ 가스 냉각을 실시한 것을 도 29(a)에 나타내는 베어링 시험용 부시 형상으로 가공하고, 또한, 엔진 오일 W30을 진공 오일함유해서 베어링 시험에 제공했다. 또, D1∼D4, D13은 550℃에서 1hr, D5∼D12는 200℃에서 1hr의 뜨임 처리를 실시한 것이다.

베어링 시험 장치의 개념도를 도 29(b)에 나타내지만, 상기 부시의 상대재는 S53C재를 기계 가공후에 고주파 담금질, 180℃, 1hr의 뜨임 처리를 실시한 샤프트를 이용했다. 또한 D1, D5에 대해서는 상기 크랙 홈을 도입한 부시, D3, D10에 대해서는 기계 가공에 의해 상기 면적율 30%의 스파이럴상의 오일홈을 형성시킨 것 에 대해서도 평가했다.

또한, D11∼D13은 다량의 다공질 흑연 입자를 분산시킨 것으로서, 다공질 소 결 슬라이딩 재료가 된다.

본시험에 있어서는, 요동각 5°로 하고, 1Hz 간격으로 요동 회수 1000회마다 면압을 50kgf/㎠마다 승압해서 이상한 마찰계수(0.25이상)나 시징이 발생되는 면압과 시징전 또는 면압 400kgf/㎠에 있어서의 마찰계수를 조사하고, 그 결과를 표 5중에 기재했다. 또, 상기 베어링 시험기를 부하할 수 있는 최대 면압은 1800kgf/㎠이다.

표 5중에 기재한 D1∼D4의 비교, 및, 비교재 1∼3의 결과와 비교함으로써 M₆C형, Mo₂C형 탄화물이 다량으로(10체적% 이상) 분산되는 D1∼D4 합금에서는 다공질화된 경우의 쪽이 내시징성이 우수하고, 고밀도화된 것에서는 저마찰계수화되지만, 고밀도품에 오일홈을 형성시킨 경우에는 저마찰계수화와 내시징성이 양립해서 바람직한 것을 알 수 있다. 특히, 상기 가소결후의 강압연에 의해 도입된 파상의 크랙 홈이 소결층의 박리를 일으키지 않고, 윤활용 오일홈으로서 유효하게 작용하는 것이 확인되었다.

또한, D1∼D4와 D9, D10 합금의 결과를 비교한 경우, A300M으로 기재된 Fe 분말의 증량에 의해 내시징성이 열화됨과 아울러, 마찰계수도 증대됨을 알 수 있고, (A300M 분말 첨가량÷특수강 분말 첨가량)≤1이 되도록 조정되는 것이 바람직하고, 또한 0.5이하로 조정되는 것이 보다 바람직하다.

또한 D5∼D8 합금의 비교에 의해 Cr₇C₃형 탄화물이 석출 분산되지 않는 D7 합금을 제외하고는 상기 D1∼D4의 결과와 거의 마찬가지로 우수한 슬라이딩 특성을 나타내므로, 10체적% 이상(D5 합금)의 Cr₇C₃형 탄화물을 분산시키는 것이 슬라이딩 특성의 개선에 효과적인 것을 알 수 있다.

D11∼D13은 미리 탄소와 Cu를 함유한 Fe-C-Cu계 강 분말을 이용함으로써 배합되는 흑연을 분산시킨 것이며, 흑연의 고체 윤활 작용에 의해 마찰계수의 저감과 내시징성의 개선이 현저하게 꾀해지는 것을 알 수 있다.

D14, D15 합금은 D1 합금의 다공질품을 N₂ 가스 냉각 상태로 200℃, 1hr의 뜨임 처리를 실시한 것이며, 이들에는 큰 슬라이딩 특성의 차이는 없지만, C1 합금과 비교한 경우에는 마찰계수의 증가와 내시징성의 저하가 확인되고, 소결층중의 잔류 오스테나이트 상량을 20체적% 이하로 억제하는 것이 보다 바람직한 것을 알 수 있었다.

Claims

백메탈 강판 상에 소결 접합된 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 갖는 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서:

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 적어도 C:0.40∼5중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 상기 백메탈 강판 상에 가소결 접합하고, 라운드 벤딩 가공후에 1000℃ 이상의 고온에서 액상 소결에 의해 본소결 접합을 실시한 것이며;

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고;

또한, 상기 고상상태의 Fe-C계 합금상중에 Cr₇C₃, M₆C, M₂C, MC형 특수 탄화물 중 1종 이상의 특수 탄화물을 분산시키는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
백메탈 강판 상에 소결 접합된 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 갖는 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서:

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 적어도 C:0.4∼15중량% 또는 0.4∼9중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이며, Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 상기 백메탈 강판 상에 가소결 접합하고, 라운드 벤딩 가공 후에 1000℃ 이상의 고온에서 액상 소결에 의해 본소결 접합을 실시한 것이며;

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 함유되는 Fe계 합금 분말에는 고용 한도 이상이며 또한 적어도 2중량% 이상 40중량% 이하의 Cu와 0.2중량% 이상의 탄소가 함유되고;

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.2중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고;

또한, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 Cu에 대한 고용도가 매우 적은 Cr, Co, Mo, W의 금속 분말, Mo 금속간 화합물을 함유하는 NiMo, CoMo, FeMo의 합금 분말, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재 분말, Cr, Mo, W, V, Ti, Zr 중 어느 하나의 합금 원소를 주체로 하는 특수 탄화물 분말, 질화물 분말, 산화물 분말 중 어느 1종 이상의 분말 입자를 분산시키는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
백메탈 강판 상에 소결 접합된 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 갖는 철계 소결 복층 권취 부시에 있어서:

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 적어도 C:0.4∼15중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이며, Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 상기 백메탈 강판 상에 가소결 접합하고, 라운드 벤딩 가공후에 상기 가소결 접합의 온도보다 고온인 1000℃ 이상에서 액상 소결에 의해 본소결 접합을 실시한 것 이며;

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 함유되는 Fe계 합금 분말에는 고용 한도 이상이며 또한 적어도 2중량% 이상 40중량% 이하의 Cu와 0.2중량% 이상의 탄소가 함유되고;

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고;

또한, 상기 고상상태의 Fe-C계 합금상중에 Cr₇C₃, M₆C, M₂C, MC형 탄화물 중 1종 이상의 탄화물을 분산시키고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 Cr, Co, Mo, W, NiMo, CoMo, FeMo, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재 분말, Cr, Mo, W, V, Ti, Zr 중 어느 1종 이상의 합금 원소를 주체로 하는 질화물 분말, 산화물 분말 중 1종 이상의 분말 입자를 분산시키는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에는 탄화물이 분산되어 있고;

상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 확산층 또는 중간 Fe계 소결층을 통해 상기 백메탈 강판에 소결 접합되어 있고;

상기 확산층은 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층과 상기 백메탈 강판의 접합 계면 근방에 형성되고, 상기 탄화물을 함유하지 않는 Fe계 합금상과 상기 소결 접합된 소결층측으로 신장되는 Cu 합금상을 구비하는 것이며;

상기 중간 Fe계 소결층은 상기 탄화물을 함유하지 않거나, 또는 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층보다 탄소량이 적은 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 4 항에 있어서, 상기 중간 Fe계 소결층은 적어도 Cu:10∼40중량%, Sn:0.5∼10중량%, C:0∼0.8중량%를 함유하는 Fe계 소결 재료층이며, 상기 중간 Fe계 소결층중의 Fe 합금상의 베이스 조직이 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 중 1종 이상을 주체로 하고 또한 50체적% 미만의 마텐자이트 조직이 되도록 조정된 상기 Fe계 소결 재료층이 상기 백메탈 강판에 소결 접합되고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층이 상기 중간 Fe계 소결층을 통해 상기 백메탈 강판의 슬라이딩면측에 소결 접합 되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 상기 Fe-C계 합금상이 담금질 경화되고, 그 모상이 마텐자이트 또는 뜨임 마텐자이트를 주체로 하는 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 있어서는, 0.45중량% 이상의 탄소를 함유하고, 또한, 5∼25중량%의 Cr, 3∼20중량%의 Mo, 3∼20중량%의 W, 0.5∼7중량%의 V 중 어느 1종 이상을 함유 하고, Cr₇C₃형 특수 탄화물, M₆C형 특수 탄화물, MC형 특수 탄화물 및 M₂C형 특수 탄화물 중 어느 1종 이상이 합계로 5∼60체적% 분산되어 있는 Fe-C계 합금 분말을 Fe계 분말 중 50∼100중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 7 항에 있어서, 상기 Fe-C계 합금 분말의 입자내 및 입계에 석출, 분산되는 특수 탄화물의 평균 입경이 10㎛ 이하로 미세화되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 분산되는 Cr, Co, Mo, W의 금속, Mo 금속간 화합물을 함유하는 NiMo, CoMo, FeMo의 합금, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재, Cr, Mo, W, V, Ti, Zr 중 어느 1종 이상의 합금 원소를 주체로 하는 특수 탄화물, 질화물, 산화물의 분말의 평균 입경이 1∼50㎛이며, 상기 분말이 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 3∼30체적% 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 권취 부시.
제 9 항에 있어서, 상기 흑연 분말의 평균 입자지름이 1㎛ 이상 50㎛ 이하의 범위이며, 상기 분말이 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 3∼30체적% 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 표면으로부터 0.1㎜의 깊이까지의 표층에 있어서는 슬라이딩 특성이 우수한Cu 합금상 비율을 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 내부층에 비해 높이고 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층의 표면으로부터 0.1㎜의 깊이까지의 표층에 있어서는 그 내부층에 비해 보다 미세한 Fe 합금 입자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에는 내주방향과 대략 직각방향으로 상기 본소결에 의해 개구시킨 파상의 크랙이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 있어서는 그 층내의 통기공률이 10∼30체적%이며, 그 소결 통기공중에 윤활유 또는 윤활 조성물이 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재 료층에는 오일홈, 오일홀이 되는 오목부가 형성되고, 상기 오목부에 MoS₂또는 흑연을 갖는 고체 윤활제 또는 수지가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에는 P:0.1∼1.5중량%, B:0.05∼1.5중량%, C:0.1∼3.0중량%, Ni:∼10중량%, Al:1∼10중량%, Si:0.5∼3중량%, Mn:1∼20중량%, Ti:0.1∼2중량%, Mo:0.1∼10중량% 중 1종 이상이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 철계 소결 권취 부시에는 플랜지부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 철계 소결 복층 권취 부시를 갖는 작업기 연결 장치로서: 상기 백메탈 강판중의 탄소 농도가 0.3∼0.6중량%이며, 또한, 상기 철계 소결 복층 권취 부시의 양단면에 있어서의 상기 백메탈 강판의 부위가 담금질 경화되고, 이 담금질 경화된 부위에 립 시일 또는 더스트 시일이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 작업기 연결 장치.
Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 백메탈 강판 상에 750∼950℃의 온도범위에서 가소결 접합함으로써 상기 백메탈 강판 상에 가소결층을 형성하는 공정,

상기 가소결층을 기계적으로 압하하는 공정,

상기 가소결층 및 상기 백메탈 강판을 라운드 벤딩 가공하는 공정, 및

상기 가소결시의 온도보다 고온인 1000℃ 이상에서 상기 가소결층을 본소결함으로써 상기 백메탈 강판 상에 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 형성하는 본소결 공정을 구비하고;

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 적어도 C:0.4∼5중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이며;

상기 본소결후의 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고;

또한, 상기 고상상태의 Fe-C계 합금상중에 Cr₇C₃, M₆C, M₂C, MC형 특수 탄화물 중 1종 이상을 분산시키는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 백메탈 강판 상에 750∼950℃의 온도범위에서 가소결 접합함으로써 상기 백메탈 강판 상에 가소결층을 형성하 는 공정,

상기 가소결층을 기계적으로 압하하는 공정,

상기 가소결층 및 상기 백메탈 강판을 라운드 벤딩 가공하는 공정, 및

상기 가소결시의 온도보다 고온인 1000℃ 이상에서 상기 가소결층을 본소결함으로써 상기 백메탈 강판 상에 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 형성하는 본소결 공정을 구비하고;

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 적어도 C:0.2∼15중량% 또는 0.2∼9중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이며;

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 함유되는 Fe계 합금 분말에는 고용 한도 이상이며 또한 적어도 2중량% 이상 40중량% 이하의 Cu와 0.2중량% 이상의 탄소가 함유되고;

상기 본소결후의 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.2중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고;

또한, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 Co, Cr, Mo, W의 금속 분말, Mo 금속간 화합물을 함유하는 NiMo, CoMo, FeMo의 합금 분말, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재 분말, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Nb 중 어느 하나의 합금 원소를 주체로 하는 특수 탄화물 분말, 질화물 분말, 산화물 분말 중 1종 이상의 분말 입자를 분산시키는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 백메탈 강판 상에 750∼950℃의 온도범위에서 가소결 접합함으로써 상기 백메탈 강판 상에 가소결층을 형성하는 공정,

상기 가소결층을 기계적으로 압하하는 공정,

상기 가소결층 및 상기 백메탈 강판을 라운드 벤딩 가공하는 공정, 및

상기 가소결시의 온도보다 고온인 1000℃ 이상에서 상기 가소결층을 본소결함으로써 상기 백메탈 강판 상에 Fe계 소결 슬라이딩 재료층을 형성하는 본소결 공정을 구비하고;

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 적어도 C:0.4∼5중량%, Cu:8∼40중량%, Sn:0.5∼10중량을 함유하는 것이며;

상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에 함유되는 Fe계 합금 분말에는 고용 한도 이상이며 또한 적어도 2중량% 이상 40중량% 이하의 Cu와 0.45중량% 이상의 탄소가 함유되고;

상기 본소결후의 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 0.45중량% 이상의 C를 함유하는 고상상태의 Fe-C계 합금상과 액상상태의 Cu-Sn계 합금상이 분산된 액상 소결 조직을 갖고;

또한, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중에 Co, Cr, Mo, W의 금속 분말, Mo 금속간 화합물을 함유하는 NiMo, CoMo, FeMo의 합금 분말, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재 분말, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Nb 중 어느 하나의 합금 원소를 주체로 하는 질화물 분말, 산화물 분말 중 1종 이상의 분말 입자를 분산시키는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본소결후의 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층은 확산층 또는 중간 Fe계 소결층을 통해 상기 백메탈 강판에 소결 접합되어 있으며;

상기 확산층은 상기 백메탈 강판에 접해서 형성된 탄화물을 함유하지 않는 Fe계 합금상과 상기 본소결 공정에서 소결 접합된 소결층측으로 신장되는 Cu 합금상을 구비하는 것이며;

상기 중간 Fe계 소결층은 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층보다 탄소량이 적은 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 백메탈 강판의 슬라이딩면측에 있어서는 적어도 Cu:10∼40중량%, Sn:0.5∼10중량%, C:0∼0.8중량%를 함유하는 상기 중간 Fe계 소결층이 가소결 접합되고, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층이 상기 중간 Fe계 소결층을 통해 소결 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본소결 공정은 상기 본소결한 후의 급랭 처리에 의해 상기 Fe-C계 합금상에 담금질 또는 담금질 뜨임을 행하고, 그것에 의해서 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 Fe-C계 합금상을 Hv500이상의 경도까지 경화시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말은 Fe 합금 분말, Cu 분말과, Sn 분말 및 CuSn 합금 분말 중 1종 이상의 분말을 배합한 혼합 분말, 또는, 상기 혼합 분말에 흑연 분말을 더 배합한 혼합 분말인 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 25 항에 있어서, 상기 Fe 합금 분말중에는 특수강 분말이 50∼100중량% 함유되어 있고, 상기 특수강 분말은 0.45중량% 이상의 탄소를 함유하고, 또한, 5∼25중량%의 Cr, 3∼20중량%의 Mo, 3∼20중량%의 W, 0.5∼7중량%의 V 중 어느 1종 이상을 함유하고, 시멘타이트, Cr₇C₃형 특수 탄화물, M₆C형 특수 탄화물, MC형 특수 탄화물 및 M₂C형 특수 탄화물 중 어느 1종 이상이 5∼60체적% 석출, 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 Fe-C계 합금상의 입자내 및 입계에 석출, 분산되는 특수 탄화물의 평균 입경이 10㎛ 이하로 미세화되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 20 항 또는 21 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 분산되는 Cr, Co, Mo, W의 금속, Mo 금속간 화합물을 함유하는 NiMo, CoMo, FeMo의 합금, 흑연, BN, CaF₂의 고체 윤활재, Cr, Mo, W, V, Ti, Zr 중 어느 1종 이상의 합금 원소를 주체로 하는 특수 탄화물, 질화물, 산화물 분말의 평균 입경이 1∼50㎛이며, 상기 분말이 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 3∼30체적% 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 28 항에 있어서, 상기 흑연 분말의 평균 입경이 1㎛ 이상 20㎛ 이하의 범위이며, 상기 분말이 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 3∼30체적% 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가소결층을 형성하는 공정과 상기 기계적으로 압하하는 공정 사이에 상기 가소결층의 표면에 적어도 Sn을 2중량% 이상 함유하는 Cu 합금 분말을 산포 또는 도포하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가소결층을 형성하는 공정과 상기 기계적으로 압하하는 공정 사이에 상기 가소결층의 표면에 -#250메시 이하의 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말을 산포 또는 도포하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계적으로 압하할 때에 상기 가소결층에 크랙을 발생시킨 후 상기 본소결에 의해 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에 상기 크랙을 성장시켜서 오일홈 또는 오일홀로 하는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층중의 통기공률이 10∼30체적%인 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe계 소결 슬라이딩 재료층에는 오일홈, 오일홀이 되는 오목부가 형성되고, 상기 오목부에 MoS₂또는 흑연을 갖는 고체 윤활제 또는 수지가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.
제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe-C-Cu-Sn계 소결 슬라이딩 재료용 혼합 분말에는 P:0.1∼1.5중량%, B:0.05∼1.5중량%, C:0.1∼3.0중량%, Ni:∼10중량%, Al:1∼10중량%, Si:0.5∼3중량%, Mn:1∼20중량%, Ti:0.1∼2중량%, Mo:0.1∼10중량% 중 1종 이상이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 철계 소결 복층 권취 부시의 제조 방법.