KR940002490B1 - 강화 중간접착층을 가진 알루미늄기 합금베어링 - Google Patents

강화 중간접착층을 가진 알루미늄기 합금베어링 Download PDF

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Abstract

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Description

강화 중간접착층을 가진 알루미늄기 합금베어링
본 발명은 자동차 및 일반산업기계의 고출력 엔진용으로 사용될 경우 회전축 표면과의 친화성 및 내하중성을 겸비한 강화 중간접착층이 부착된 알루미늄기 합금베어링에 관한 것이다.
종래 고하중 엔진용 알루미늄기 베어링 합금으로서 예를들어 일본공고 소52-12131, 62-14024 및 57-14742호에 개시되어 있는 Al-Sn 합금, Al-Sn-Si 합금 및 Al-Zn 합금이 알려져 있다. 이들 각 재료는 강판에 직접적으로 또는 저경도(예를들어 20Hv 이하)의 니켈도금층, 순수 알루미늄층 또는 알루미늄 합금층을 중간접착층으로 하여 접착되고, 이로써 베어링을 형성한다.
최근 엔진의 부하가 증가함에 따라 상기 언급된 알루미늄기 베어링 합금은 더 높은 내피로성 및 경도(예를들어 50Hv 이하)를 가지도록 개선되었다. 그러나, 이러한 베어링 합금은 드물긴 하지만 다음 문제를 갖고 있다.
(a) 먼저 강판 및 베어링 합금을 동시에 직접 또는 Ni 도금층을 중간접착층으로 하여 접착되어 있는 베어링은 사용된 합금의 경도 때문에 축과 친화성이 나쁘다. 그결과 오배열 또는 헤딩모션을 가진 축상에 이들 베어링이 가해질 경우, 이들은 피로해지기 더 쉬워진다.
(b) 저경도(예를들어 20Hv 이하)를 가진 알루미늄 합금층을 통하여 또는 순수 알루미늄층을 통하여 강판 및 베어링 합금을 서로 접착시킨 베어링이 고하중으로 사용될 경우에, 베어링 합금의 주성분은 저경도의 중간층내로 확산되어 보강층과 중간합금층 사이의 경계부근에 모아진다. 그결과 보강층은 이러한 경계부근의 중간합금층에서 박리되기 쉽다.
(c) 저경도(예를들어 20Hv 이하)의 알루미늄 합금층 또는 순수 알루미늄층을 통하여 강판과 베어링 합금을 서로 접착시킨 베어링의 경우에는 이러한 베어링이 고하중하에서 사용될 경우 이 중간접착층은 그의 저경도 때문에 소성 변형되어 베어링의 단면으로부터 돌출된다.
상기에 비추어 보아 본 발명의 목적은 종래기술의 결점을 개선한 강화 중간접착층을 가진 알루미늄기 합금베어링을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의하면 강화 중간접착층을 가진 제1알루미늄기 합금베어링, 보강층판, 중간접착층 및 알루미늄기 베어링 합금으로 이루어진 알루미늄기 베어링합금, 비커즈 경도로 환산하여 알루미늄기 베어링 합금층의 것에 40 내지 70% 범위의 경도를 가진 중간접착층이 제공된다.
그리고 본 발명의 다른 형태에 의하면 강화 중간접착층을 가진 제2알루미늄 합금층으로 이루어진 알루미늄기 합금베어링, 비커스 경도로 환산하여 알루미늄기 베어링 합금층의 것에 40 내지 70% 범위의 경도를 가진 중간접착층 및 비커즈 경도로 환산하여 50 이상의 경도를 가진 알루미늄기 베어링 합금층이 제공된다.
그리고 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 강화 중간접착층을 가진 제3알루미늄기 합금베어링, 보강층, 중간접착층 및 알루미늄기 베어링 합금층으로 이루어진 알루미늄기 합금베어링, 비커스 경도로 환산하여 알루미늄기 베어링 합금의 것에 40 내지 70% 범위의 경도를 가진 중간접착층, 비커즈 경도로 환산하여 25 이상의 경도를 가진 중간접착층 및 비커즈 경도로 환산하여 50 이상의 경도를 가진 알루미늄기 베어링 합금이 제공된다.
중간접착층은 Mn, Cu, Zn, Si 및 Mg중 최소한 하나를 0.3 내지 5중량% 포함하고, 나머지가 Al 및 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다.
베어링 제품의 알루미늄기 베어링 합금층은 두께가 0.2 내지 1.0㎜가 바람직하고 주조공정 및 압연공정을 통하여 생산된다.
중간접착층의 경도는 알루미늄기 베어링 합금의 것에 50 내지 65% 범위가 바람직하다.
다음에 강화 중간접착층을 가진 알루미늄기 베어링 합금의 중간접착층의 경도가 알루미늄기 베어링 합금의 것에 40 내지 70% 범위가 되는 이유를 아래에 설명한다.
(a) 중간접착층의 경도가 비커즈 경도로 환산하여 알루미늄기 베어링 합금의 40% 미만인 경우에 악조건하에서 베어링을 사용하는 것은 알루미늄기 베어링 합금의 주성분이 중간접착층 내로 확산되거나 중간접착층 자체가 국부적으로 변형되어 베어링의 단부면에서 돌출되거나 튀어나오게 한다. 그러나 중간접착층의 경도는 최소한 비커즈 경도로 환산하여 25 이상이어야 한다. 한편 중간접착층의 경도가 비커즈 경도로 환산하여 알루미늄기 베어링 합금의 70% 이상인 경우, 중간접착층은 쿠션으로 작용하여 베어링은 친화성이 감소하게 된다.
(b) 알루미늄기 베어링 합금은 비커즈 경도가 50 이하인 경우에 본 베어링이 사용되고자 의도했던 고하중 상태하에서 피로가 발생한다.
(c) 중간접착층을 강화하는데 사용된 원소는 Mn, Cu, Zn, Si 및 Mg일 수 있고 이들 각각은 Al 메트릭스와 고용액을 형성하거나 결정화 또는 침전되지만 어떤 조대한 입자 화합물을 만들지 않는다. 그러나 이 경우 Mn, Cu, Zn, Si 및 Mg로 이루어진 그룹에서 선택된 최소한 한 종류를 첨가하는 것이 유효하다. 선택된 원소의 첨가의 함유량이 0.3% 미만일 경우 그 첨가에서 어떤 효과도 얻을 수 없다. 한편, 그 첨가가 함유량이 5%를 초과할 경우 베어링은 지나치게 단단해진다.
본 발명을 이하에서 설명한 실시예에서 구체적으로 설명한다.
[실시예]
표 1에 나타낸 중간접착층으로 사용하기 위한 알루미늄기 베어링 합금판 및 알루미늄 합금판은 통상의 주조 및 압연으로 준비되었다. 다음 중간접착층으로 사용하기 위한 각 알루미늄 합금판은 알루미늄기 베어링 합금판상에 중첩하고 나서 이 양자를 압력하에 압력접착하여 복합 알루미늄판을 형성한다. 베어링의 보강층이 되는 저탄소 함유량(0.04 내지 0.35중량%)을 가진 강 스트립을 중간접착층에 대한 알루미늄 합금판의 측면에 있는 복합 알루미늄판상에 중첩하였다. 그다음 35 내지 50%의 압하율로 이 양자를 롤압접하여 알루미늄기 합금베어링 재료를 얻었다. 이 베어링 재료를 가공하여 하프베어링을 얻었다. 이때 중간접착층의 두께는 0.02 내지 0.12 범위이며 보강층의 두께는 1.17 내지 1.23㎜의 범위내이다. 베어링 재료의 두께는 1.5㎜였다. 경도시험, 피로도시험 및 국부적인 불균일 고압접촉 피로강도 시험(표 2 및 3에서 후반의 2개 시험조건을 나타냄)을 베어링에서 행하고 그 결과를 표 1에서 표시하였다.
본 발명의 베어링 실시예와 비교하기 위하여, 상기 실시예의 조건하에서 여러가지 베어링 비교품을 제작하였다. 그러나, 비교품의 중간접착층이 Ni인 경우에는, Ni 도금층이 강판에 제공되고난 다음 이 Ni 도금층과 알루미늄기 베어링 합금을 가압 접착하여 2 내지 4㎜의 Ni 도금층을 가진 베어링 비교품을 제작한다. 중간접착층이 없는 베어링 비교품인 경우에는 베어링 합금과 강판을 직접 압착하여 베어링 비교품을 제작한다.
표 3에 나타낸 조건하에서 국부적으로 불균일한 고압접촉 피로 강도 시험을 베어링과 축이 서로 극도로 불균일한 고압접촉되어 있는 상태에서 행한다. 한편 표 2에 나타낸 조건하에서 축과 불균일하게 접촉되어 있는 베어링으로 피로강도 시험을 행하였다.
표 1의 피로시험 결과를 분석시에, 알루미늄기 베어링 합금 및 중간접착층이 각각 50Hv 미만의 경도와 25Hv 미만의 경도를 갖는 베어링 비교품 번호 1-3의 경우에 중간접착층을 가진 베어링에서도 피로가 발생한다. 그리고 중간접착층이 소프트 알루미늄으로 구성된 베어링 비교품(번호 4 및 번호 9)은 알루미늄기 베어링 합금 그 자체가 50Hv 이상의 경도를 갖지만 다음 현상을 보인다. 즉, 알루미늄 베어링 합금의 주성분이 중간접착층 내로 확산되어 중간접착층과 강판 사이의 경계내에 모아진다. 그결과 이상 박리가 일어나거나, 중간접착층이 소성 변형되어 관련 베어링의 단부면으로부터 돌출된다. 중간접착층이 없는 베어링 비교품 번호 7과 같은 경우 보강층과 알루미늄기 베어링 합금간의 접착강도는 불충분하다. 이들 실험결과로부터, 저경도의 중간접착층을 가진 베어링 구조는 고하중하에서 실제 사용조건을 이겨낼 수 없다. 그리고 국부적으로 불균일한 고압접촉 피로강도 시험의 결과에 의하면, 피로현상은 중간접착층으로서 고경도의 알루미늄 합금을 사용한 베어링 비교품(번호 3,6 및 10)에서, 중간접착층이 없는 베어링 비교품(번호 7 및 11)에서, 및 중간접착층으로 니켈 도금층을 가진 베어링 비교품(번호 2,5 및 9)에서 일어난다. 역으로 중간접착층으로 소프트 알루미늄을 가진 베어링 비교품(번호 1,4 및 8)은 피로가 일어나지 않는다. 이것은 이러한 소프트 중간층이 쿠션으로 작용하고, 완성된 베어링이 축과 친화성을 갖기 때문이다.
본 발명의 각 베어링 시료번호 12 내지 15에 있어서, 중간접착층이 밸런스된 경도(알루미늄기 베어링 합금의 비커즈 경도의 40 내지 70% 경도를 가진 알루미늄 합금으로 구성됨)를 가진 보강층과 50Hv 이상의 고경도를 가진 알루미늄기 베어링 합금 사이의 중간접착층이 제공되었고, 피로시험과 국부적으로 불균일한 고압피로 강도시험에서 좋은 결과가 얻어진다. 이것은 본 발명에 의한 알루미늄기 합금베어링 시료가 2개의 밸런스된 성질, 즉 피로강도와 회전축의 표면과의 친화성 때문이다.
[표 1a]
[표 1b]
[표 2]
[표 3]
본 발명에 의한 알루미늄기 합금베어링은 우수한 친화성과 피로강도를 동시에 가지며 이에 의해 종래 기술에 의한 베어링에 내재하는 결점을 제거하고 그들은 고출력 엔진용 베어링으로서 신뢰성이 높다.

Claims (9)

  1. 알루미늄기 베어링 합금층, 중간접착층 및 보강층을 가진 알루미늄기 합금베어링에 있어서, 상기 중간 접착층은 비커즈 경도로 환산하여 알루미늄기 베어링 합금층의 것의 40 내지 70% 범위의 경도를 가진 것을 특징으로 하는 알루미늄기 합금베어링.
  2. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄기 베어링 합금층은 비커즈 경도로 환산하여 50 이상의 경도를 가진것을 특징으로 하는 알루미늄 합금베어링.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간접착층은 비커즈 경도로 환산하여 25 이상의 경도를 가진 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금베어링.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄기 베어링 합금층은 0.2 내지 1.0㎜의 두께로 주조공정 및 압연공정을 통하여 생산되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금베어링.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간접착층은 Mn, Cu, Zn, Si 및 Mg중 최소한 하나가 0.3 내지 5중량%을, 나머지가 Al 및 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄기 합금베어링.
  6. 제3항에 있어서, 상기 알루미늄기 베어링 합금층은 0.2 내지 1.0㎜의 두께로 주조공정 및 압연공정을 통하여 생산되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금베어링.
  7. 제3항에 있어서, 상기 중간접착층은 Mn, Cu, Zn, Si 및 Mg중 최소한 하나가 0.3 내지 5중량%을, 나머지가 Al 및 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄기 합금베어링.
  8. 제4항에 있어서, 상기 중간접착층은 Mn, Cu, Zn, Si 및 Mg중 최소한 하나가 0.3 내지 5중량%을, 나머지가 Al 및 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄기 합금베어링.
  9. 제6항에 있어서, 상기 중간접착층은 Mn, Cu, Zn, Si 및 Mg중 최소한 하나가 0.3 내지 5중량%을, 나머지가 Al 및 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄기 합금베어링.
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