WO2007126006A1 - 軸受性に優れた摺動材料用銅合金 - Google Patents

軸受性に優れた摺動材料用銅合金 Download PDF

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Takeshi Kobayashi
Toru Maruyama
Hideaki Takeuchi
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Kaibara Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a copper alloy for sliding materials, which is excellent in bearing property, that is, abrasion resistance and seizure resistance so as to be suitable for sliding materials of various industrial machines.
  • Non-patent Document 1 Japanese Patent Document 1
  • Non-Patent Document 1 JIS (Japanese Industrial Standard) H5120
  • Non-Patent Document 1 bronze, lead bronze and phosphor bronze are all weak in strength. Therefore, it can not be satisfied as a sliding material to be used under severe conditions such as the recent continuous high speed and high pressure conditions. In addition, those containing lead are also plagued if they adversely affect the environment and hygiene.
  • Non-Patent Document 1 Although aluminum bronze-based copper alloys are excellent in mechanical strength, particularly in fatigue strength, their seizure resistance is very poor.
  • Non-Patent Document 1 Among the copper alloys specified in Non-Patent Document 1, high-strength brass-based ones are inferior to aluminum bronze-based ones in terms of force abrasion resistance, which is excellent in tensile strength and toughness.
  • the problem to be solved by the present invention is that the above-described conventional copper alloy-based sliding material can not simultaneously achieve both wear resistance and seizure resistance at a high level! It is a point. Means to solve the problem
  • the copper alloy for sliding materials having excellent bearing properties of the present invention is
  • At least one of 0.1 mass% or more and 11.0 mass% or less of Pb, 0.1 mass% or more, and less than 5.4 mass% of Bi may be contained.
  • the copper alloy for sliding materials of the present invention can achieve both wear resistance and seizure resistance at a high level by containing an appropriate amount of strength S which has not been contained conventionally, and severe conditions Even then, it can be used for a long time as a sliding material member.
  • the copper alloy for sliding materials of the present invention does not adversely affect the environment or health when Pb is not added.
  • FIG. 1 is an explanatory view of a test for determining wear loss and friction coefficient.
  • FIG. 2 A diagram showing investigation results of friction coefficients of invention example 1 and a comparative example in experiment 1.
  • FIG. 3 is a view showing investigation results of friction coefficients of Inventive Example 1 and Comparative Example in Experiment 2 performed on a solid solution strengthened copper alloy.
  • FIG. 4 is a view showing the results of investigation of Rockwell hardness in Inventive Example 1 and Comparative Example in Experiment 2.
  • Fig. 5 is a view similar to Fig. 3 in Experiment 3 performed on a solid solution strengthened copper alloy.
  • FIG. 6 is a view similar to FIG. 4 in Experiment 3.
  • Fig. 7 is a view similar to Fig. 3 in Experiment 4 conducted on a copper alloy strengthened by solid solution and compound formation.
  • FIG. 8 is a view similar to FIG. 4 in Experiment 4.
  • FIG. 9 is a view similar to FIG. 3 in Experiment 5 conducted on a copper alloy strengthened by solid solution and compound formation.
  • FIG. 10 is a view similar to FIG. 4 in Experiment 5.
  • FIG. 11 is a view similar to FIG. 3 in Experiment 6 performed on a copper alloy strengthened by solid solution and compound formation.
  • FIG. 12 is a view similar to FIG. 4 in Experiment 6.
  • FIG. 13 is a view similar to FIG. 3 in Experiment 7 conducted on a copper alloy strengthened by solid solution and compound formation.
  • FIG. 14 is a view similar to FIG. 4 in Experiment 7.
  • FIG. 15 is a schematic explanatory view of a cylindrical bearing test for determining a coefficient of friction.
  • FIG. 16 A diagram showing the results of investigation of the coefficient of friction in Experiment 8; (a) shows an invention example 1 and (b) a comparative example.
  • FIG. 17 A diagram showing the results of investigation of burn-in in Experiment 8; (a) shows an invention example 1 and (b) a comparative example.
  • the copper alloy for sliding materials of the present invention has an object of achieving both wear resistance and seizure resistance at a high level, in an appropriate amount, to a copper alloy which has been hardened S which has not been contained conventionally. It is realized by containing it.
  • the inventors found that if the formation temperature of the sulfate is made close to the solidification temperature of the ⁇ -Cu, the copper matrix is obtained. It has been found that the sulfate can be effectively dispersed therein. And, it was also found that the formation of the sulfide improves the wear resistance and the seizure resistance of the copper alloy.
  • the copper alloy for sliding materials of the present invention is the result of the above-mentioned experiment and examination of the inventors, Solid solution strengthened copper alloy,
  • L by 5 be contained S mass 0/0, those having both wear resistance and seizure resistance at a high level.
  • the S content is set to 0.05-5% by mass.
  • the present invention relates to a copper alloy in which solid solution strengthening is carried out, or a copper alloy which is strengthened by solid solution and compound formation and which contains S in the above range. Explain it physically.
  • a solid solution strengthened copper alloy for example, a lead bronze type, a high strength brass type, etc. may be mentioned. That is, in the case of lead bronze, it has a structure in which Pb is dispersed in a structure in which a hard ( ⁇ + ⁇ ) eutectoid phase is distributed in a matrix in which Sn is solid-solved. Also, in high strength brass, Al + Fe, Mn, Sn, Ni, etc. are added to ⁇ + ⁇ brass of 40 mass 0 / o Zn, solid solution strengthening to a and 13 phases, and formation amount of ⁇ phase This is because it has a tissue structure that has improved hardness and strength.
  • the solid solution strengthened copper alloy not only the above-mentioned lead bronze type and high strength brass type but also other copper alloys containing Sn, Al, Ni, Fe, Mn Corresponds to the solid solution strengthened copper alloy as referred to in the present invention.
  • Zn and Si are also elements that strengthen the copper alloy in the same manner as Sn and the like.
  • a phosphor bronze type As a copper alloy which has been strengthened by solid solution and compound formation, for example, a phosphor bronze type, an aluminum-um bronze type, etc. may be mentioned.
  • the ( ⁇ + ⁇ + Cu P) eutectic phase consisting of (X (Cu) phase with solid solution of 31 8 3 and P is a branch of a dendrite
  • aluminum bronze has a Cu—Al—Fe system containing 6: LO. 5 mass 0 / oAl and a predetermined amount of Fe, Ni, Mn, and Cu—Al—Fe, Cu—Al— Fe—Ni, Cu—Al—Fe—Mn alloy.
  • this Cu-Al system contains Fe in excess of the solid solution limit, the ⁇ phase (FeAl and this solid solution) precipitates in the matrix and hardens.
  • the (phase (Ni Al) is precipitated, and together with Fe, it has a precipitation hardening property.
  • the copper alloy which has been strengthened by solid solution and compound formation is not limited to the above-mentioned phosphor bronze type or aluminum bronze type, and even if it is another copper alloy, Cu and Sn, Cu and P, Al When it contains Fe, A1 and Ni, it corresponds to a copper alloy which is strengthened by solid solution and compound formation as described in the present invention.
  • the copper alloy for sliding materials of the present invention in addition to the above-mentioned constitution, further contains 0.1% by mass or more,
  • It may contain 0 mass% or less of Pb, 0.1 mass% or more, and 5. 4 mass% or less of Bi.
  • Pb does not form a solid solution in the Cu matrix, but agglomerates around the dispersed fine shrinkage cavities to improve the pressure resistance and improve the wear resistance. Furthermore, Pb and S combine to form a PbS complex, which improves the abrasion resistance and the seizure resistance. If the content is less than 0.1% by mass, the effect of improving the wear resistance is small. On the other hand, when the content exceeds 11.0% by mass, not only the wear resistance and the change when Pb is not contained is lost but Negative impact on environment and hygiene. Therefore, in the present invention, when Pb is added, the content is made 0.1% by mass or more and 11.0% by mass or less.
  • the optimum content of Bi is 0.1% by mass or more and less than 5.4% by mass.
  • the content of Bi when the content of Bi is less than 0.1% by mass, the effect of improving the wear resistance is small, while when the content is 5.4% by mass or more, the wear resistance is higher than the case where Bi is not contained. In some cases, the sex may deteriorate, and the cost may increase.
  • Invention Example 1 is a bronze (CAC 403), a bronze bronze (CAC 502 B), and an aluminum bronze (CAC 703) specified in accordance with the front face 6 JIS, and 0.3 wt.% Of 3 is contained as a target.
  • Invention Example 1 has shear pins and a shear pin than the comparative examples specified in JIS. It can be seen that the wear loss of the Fabry test piece + shear pin is reduced and the slidability is improved. It is to be noted that the materials described in Table 1 as being unmeasurable are those which were seized during the test, and from this it is also understood that the sebum resistance is improved.
  • the tests for determining the wear loss shown in Table 1 and the coefficient of friction shown in FIG. 2 are the shear pin 1 (outer diameter 6.5 mm) in the state of being rotated at 300 rpm as the fabiry test piece 2 It was carried out by applying and holding a predetermined load with individual V blocks (see Fig. 1).
  • the shear pin 1 used is a S45C (carbon steel material for machine structural use) heat treated material having a Rockwell hardness HR B of 97.
  • the predetermined load is 200 kg for bronze and phosphor bronze and 100 kg for aluminum bronze.
  • a test specimen was produced in a copper alloy (comparative example) in which Ni was contained in Cu and made solid solution-hardened, and Inventive Example 1 in which an appropriate amount of S was added to this copper alloy, and an experiment similar to Experiment 1 was performed.
  • Table 2 shows the Ni content and S addition amount of Comparative Example and Inventive Example 1 which were tested, and FIG. 3 shows the friction coefficient.
  • FIG. 4 shows Rockwell hardness HR H of Comparative Example and Inventive Example 1 which were tested. The load applied to the V block during the experiment is 4 kg.
  • Table 4 shows the contents of Sn and P and the amount of S added to the tested CAC 502 B equivalent and invention example 1, and the friction coefficient is shown in FIG.
  • FIG. 8 shows the Rockwell hardness HR B of the CAC 502 B equivalent and the Inventive Example 1 which were tested.
  • the load applied to the V block at the time of the experiment is 30 kg.
  • a test piece was manufactured using Inventive Example 2 corresponding to Item 2 and a comparative example in which the amount of added Pb deviates from Inventive Example 2, and the same experiment as in Experiment 2 was performed.
  • FIG. 12 shows the Rockwell hardness H of the invention examples 1 and 2 and the comparative example which were tested. Indicates RH.
  • the load applied to the V block during the experiment is 6 kg.
  • a solid solution of P in Cu and a copper alloy reinforced by dispersing a Cu—P compound contain S in the invention example 1 corresponding to claim 1 and further added Bi in the copper alloy
  • a test piece was manufactured using Inventive Example 2 corresponding to Item 2 and a comparative example in which the amount of Bi added was removed from Inventive Example 2, and the same experiment as in Experiment 2 was performed.
  • FIG. 14 shows the Rockwell hardness HR H of the Inventive Example 1 and the Inventive Example 2 which were tested.
  • the load applied to the V block during the experiment is 6 kg.
  • FIG. 16 shows wear of the conventional example in which the bush 4 is made of phosphor bronze (CAC 502 C equivalent) and invention example 1 in which 0.6 mass% of 3 is contained as a target in the phosphor bronze of this conventional example. It is the figure which showed the test result.
  • FIG. 17 is a diagram showing the results of a burn-in test using the prior art example and the invention example 1.
  • the wear test shown in FIG. 16 was performed by rotating for 2 hours at a peripheral speed of 0.7 m / sec in a state where a constant load of 5 MPa was applied to the bush 4.
  • the invention example 1 has a coefficient of friction, a smaller friction than that of the comparative example defined in JIS, and an improvement in the slidability without any temporary increase in the coefficient of friction. It is a part of me.

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Description

軸受性に優れた摺動材料用銅合金
技術分野
[0001] 本発明は、各種産業機械の摺動用材料に適するよう、軸受性すなわち耐摩耗性と 耐焼付性に優れた摺動材料用銅合金に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、銅合金系の摺動用材料としては、青銅系、鉛青銅系、りん青銅系のものが多 く使用されている。また、アルミニウム青銅系や高力黄銅系のものも広く採用されてい る (非特許文献 1)。
非特許文献 1 :JIS (日本工業規格） H5120
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] しカゝしながら、非特許文献 1に規定された銅合金のうちの青銅系、鉛青銅系、りん 青銅系のものは、いずれも強度が弱い。したがって、近年の連続的な高速'高圧条件 のような過酷な条件下で使用する摺動用材料としては満足できない。また、鉛を含有 するものは、環境や衛生面に悪影響を与えると ヽぅ問題もある。
[0004] また、非特許文献 1に規定された銅合金のうちのアルミニウム青銅系のものは、機 械的強度，特に疲労強度には優れているものの、耐焼付性は大変劣っている。
[0005] また、非特許文献 1に規定された銅合金のうちの高力黄銅系のものは、抗張力や 靱性が優れている力 耐摩耗性の点でアルミニウム青銅系のものより劣っている。
[0006] 本発明が解決しょうとする問題点は、上記した従来の銅合金系摺動用材料では、 耐摩耗性と耐焼付性を高 ヽレベルで両立させることができな 、と!/ヽぅ点である。 課題を解決するための手段
[0007] 本発明の軸受性に優れた摺動材料用銅合金は、
耐摩耗性と耐焼付性を高 ヽレベルで両立させるために、
固溶強化した銅合金、
又は固溶と化合物生成による強化を行った銅合金に、 0. 05〜： L 5質量％の3を含有させたことを最も主要な特徴としている。
[0008] また、前記の本発明の軸受性に優れた摺動材料用銅合金は、
さらに 0. 1質量％以上、 11. 0質量％以下の Pb、 0. 1質量％以上、 5. 4質量％未 満の Biのうち少なくともどちらか一方を含有させたものでも良い。
発明の効果
[0009] 本発明の摺動材料用銅合金は、従来は含有させていな力つた Sを適量含有させる ことで、耐摩耗性と耐焼付性を高いレベルで両立させることができ、過酷な条件であ つても摺動材料用部材として長期間にわたって使用できるようになる。
[0010] カ卩えて、本発明の摺動材料用銅合金は、 Pbを添加していない場合には、環境ゃ衛 生面に悪 、影響を与えることもな 、。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]摩耗減量と摩擦係数を求める試験の説明図である。
[図 2]実験 1において、発明例 1と比較例の摩擦係数の調査結果を示した図である。
[図 3]固溶強化した銅合金について行った実験 2において、発明例 1と比較例の摩擦 係数の調査結果を示した図である。
[図 4]実験 2において、発明例 1と比較例のロックウェル硬さの調査結果を示した図で ある。
[図 5]固溶強化した銅合金について行った実験 3における図 3と同様の図である。
[図 6]実験 3における図 4と同様の図である。
[図 7]固溶と化合物生成により強化した銅合金について行った実験 4における図 3と 同様の図である。
[図 8]実験 4における図 4と同様の図である。
[図 9]固溶と化合物生成により強化した銅合金について行った実験 5における図 3と 同様の図である。
[図 10]実験 5における図 4と同様の図である。
[図 11]固溶と化合物生成により強化した銅合金について行った実験 6における図 3と 同様の図である。
[図 12]実験 6における図 4と同様の図である。 [図 13]固溶と化合物生成により強化した銅合金について行った実験 7における図 3と 同様の図である。
[図 14]実験 7における図 4と同様の図である。
[図 15]摩擦係数を求める円筒軸受試験の概略説明図である。
[図 16]実験 8において、摩擦係数の調査結果を示した図で、（a)は発明例 1、（b)比 較例である。
[図 17]実験 8において、焼付きを調査した結果を示した図で、（a)は発明例 1、（b)比 較例である。
符号の説明
[0012] 1 シェアピン
2 ファビリー試験片
3 回転軸
4 ブッシュ
発明を実施するための最良の形態
[0013] 本発明の摺動材料用銅合金は、耐摩耗性と耐焼付性を高 ヽレベルで両立させると いう目的を、従来は含有させていな力つた Sを、強化した銅合金に適量含有させるこ とで実現するものである。
実施例
[0014] 銅合金の場合、溶解させた銅中では、 Sは早期に硫ィ匕物を形成して、溶解した銅の 表面に浮上 '分離するので、銅マトリックス中に硫ィ匕物を分散させること自体が困難で あると考えられていた。従って、 JISで規定された銅合金では、その成分中に Sは含ま れていない。
[0015] し力しながら、発明者らは、摺動材料用銅合金について種々実験及び検討を重ね た結果、硫ィ匕物の生成温度を α— Cuの凝固温度に近づければ、銅マトリックス中に 硫ィ匕物を効果的に分散できることを見出した。そして、この硫化物の生成によって、 銅合金の耐摩耗性と耐焼付性が向上することも判明した。
[0016] すなわち、本発明の摺動材料用銅合金は、発明者らの前記実験及び検討の結果 なされたものであり、 固溶強化した銅合金、
又は固溶と化合物生成による強化を行った銅合金に、
0. 05〜： L 5質量0 /0の Sを含有させることによって、耐摩耗性と耐焼付性を高いレ ベルで両立させたものである。
[0017] 以下、本発明の構成要件の限定理由について説明する。
S : 0. 05〜： L 5質量0 /0
Sは、 Cuと結合して Cu S化合物 (Znを含有する場合は ZnS化合物）を形成し、耐
2
摩耗性と耐焼付性を向上させる。しカゝしながら、銅合金中に前記硫化物を形成させる には 0. 05質量％以上含有する必要がある。一方、 1. 5質量％を超えて含有させる と、組織中に占める硫ィ匕物が過剰となって、銅合金の脆化を招く。このため、本発明 では S含有量を 0. 05- 1. 5質量％とした。
[0018] 本発明は、固溶強化した銅合金、又は固溶と化合物生成による強化を行った銅合 金に、前記範囲の Sを含有させるものである力 以下、これらの銅合金について、具 体的に説明する。
[0019] 1)固溶強化した銅合金
固溶強化した銅合金としては、例えば鉛青銅系、高力黄銅系などが挙げられる。す なわち、鉛青銅では、 Snを固溶した aマトリックス中に硬い（ α + δ )共析相が分布し ている組織中に Pbが分散した組織構成となっているからである。また、高力黄銅では 、 40質量0 /oZnの α + β黄銅に Al, Fe, Mn, Sn, Niなどを添カ卩して aと 13相への 固溶強化と、 β相の生成量を増して硬さと強さを向上させた組織構成となっているか らである。
[0020] したがって、固溶強化した銅合金としては、前記鉛青銅系、高力黄銅系に限らず、 他の銅合金であっても、 Sn, Al, Ni, Fe, Mnを含有させた場合には本発明でいう固 溶強化した銅合金に該当する。
[0021] また、 Cuとの二元平衡状態図を読み取れば、 Znや Siも前記 Snなどと同様に銅合 金を固溶強化する元素と 、える。
よって、 Znや Siを含有させた場合にも、本発明でいう固溶強化した銅合金に該当 する。 [0022] 2)固溶と化合物生成による強化を行った銅合金
固溶と化合物生成による強化を行った銅合金としては、例えばりん青銅系、アルミ -ゥム青銅系などが挙げられる。
[0023] すなわち、りん青銅では、 Cu— Sn系の δ相（Cu Sn )と Cu— P系の Cu P相と Sn
31 8 3 や Pが固溶した (X (Cu)相とからなる（ α + δ + Cu P)共晶相が aデンドライトの枝の
3
間隙に分散した組織構成となっているからである。
[0024] また、アルミニウム青銅は、 6〜： LO. 5質量0 /oAlを含有する Cu— A1系に所定量の F e, Ni, Mnをカ卩えた Cu— Al— Fe、 Cu— Al— Fe— Ni、 Cu— Al— Fe— Mn合金で ある。この Cu— Al系に固溶限以上の Feを含有すると κ相（FeAl及びこの固溶体） がマトリックス中に析出して硬化する。また、固溶限以上の Niを含有すると、 κ相（Ni Al)を析出し、 Feとともに析出硬化特性を有するようになるからである。
[0025] したがって、固溶と化合物生成による強化を行った銅合金としては、前記りん青銅 系、アルミニウム青銅系に限らず、他の銅合金であっても、 Cuと Sn、 Cuと P、 Alと Fe 、A1と Niを含有させた場合には本発明でいう固溶と化合物生成による強化を行った 銅合金に該当する。
[0026] また、 Cuとの二元或!、は三元平衡状態図を読み取れば、 Niと Si、 Mnと Siなども前 記と同様に固溶と化合物生成により銅合金を強化する元素といえる。
[0027] よって、固溶限以上に Niと Siを含有させたコルソン合金や、 Mnと Siを含有させた 場合にも、本発明でいう固溶と化合物生成による強化を行った銅合金に該当する。
[0028] 本発明の摺動材料用銅合金は、上記構成に加えて、さらに 0. 1質量％以上、 11.
0質量％以下の Pb、 0. 1質量％以上、 5. 4質量％未満の Biのうち少なくともどちらか 一方を含有させたものでも良い。
[0029] 以下、これら Pb及び Biについて説明する。
Pbは Cuマトリックスには固溶せずに、分散した微細な収縮巣の周辺に凝集して、 耐圧性を向上させるのと共に耐摩耗性を改善させる。さらに、 Pbと Sが結合し PbSィ匕 合物を形成し、耐摩耗性と耐焼付性を向上させる。しカゝしながら、その含有量が 0. 1 質量％未満では、耐摩耗性を向上させる効果が小さい。一方、その含有量が 11. 0 質量％を超えると Pbを含有させない場合の耐摩耗性と変化がなくなるのみならず、 環境や衛生面に悪影響を与える。従って、本発明では、 Pbを添加する場合は、その 含有量を 0. 1質量％以上、 11. 0質量％以下とした。
[0030] また、 Cuとの二元平衡状態図を読み取れば、 Biも Pbと同様に Cuマトリックスには 固溶せずに単独、或いは Bi S化合物として存在して耐摩耗性を向上させる元素とい
2 3
える。発明者らの検討によれば、 Biの最適含有量は 0. 1質量％以上、 5. 4質量％未 満である。
[0031] すなわち、 Biの含有量が 0. 1質量％未満では、耐摩耗性を向上させる効果が小さ い一方、含有量が 5. 4質量％以上になると Biを含有させない場合よりも耐摩耗性が 悪くなる場合が発生し、またコスト高になるからである。
[0032] 以下、本発明の摺動材料用銅合金の効果を確認するために行った実験結果を基 に、発明例を比較例と対比しながら説明する。なお、これらの発明例は本発明に係る 摺動材料用銅合金の効果を示す例示であって、本発明の技術的範囲を制限するも のでな 、ことは言うまでもな！/、。
[0033] (請求項 1の効果を確認するための実験 1)
実験は、青銅 (CAC403相当）、りん青銅 (CAC502B相当）、アルミニウム青銅 (C AC703相当）で図 1に示す形状のファビリー試験片を製造して行った。その結果を 表 1及び図 2に示す。なお、発明例 1は、前曾 6JISで規定された青銅 (CAC403)、り ん青銅（CAC502B)、アルミニウム青銅（CAC703)に 0. 6質量％の3を目標として 含有させたものである。
[0034] [表 1]
Figure imgf000008_0001
[0035] 表 1より明らかなように、発明例 1のほうが JISで規定された比較例よりもシ アピンや ファビリー試験片 +シェアピンの摩耗減量が小さくなり、摺動性が向上していることが 分かる。なお、表 1中に測定不能と記載したものは、試験中に焼付きを起こした資料 であり、このことから耐焼付き性が向上していることも分かる。
[0036] また、図 2より明らかなように、発明例 1のほうが JISで規定された比較例よりも摩擦 係数が小さくなり、摺動性が向上していることが分かる。
[0037] なお、表 1に示した摩耗減量と図 2に示した摩擦係数を求める試験は、 300rpmで 回転させた状態のシェアピン 1 (外径 6. 5mm)を、ファビリー試験片 2である 2個の Vブ ロックで所定の荷重を作用させて挟持することにより行った（図 1参照)。
[0038] なお、使用したシェアピン 1は、 S45C (機械構造用炭素鋼鋼材)調質材でロックゥ エル硬さ HR Bを 97としたものである。また、前記所定の荷重とは、青銅、りん青銅の 場合は 200kg、アルミニウム青銅の場合は 100kgである。
[0039] (請求項 1の効果を確認するための実験 2)
Cuに、 Niを含有させて固溶強化した銅合金 (比較例）と、この銅合金に適量の Sを 添加した発明例 1でフアビリー試験片を製造し、実験 1と同様の実験を行った。実験し た比較例と発明例 1の Ni含有量と S添加量を表 2に、摩擦係数を図 3に示す。また、 図 4には、実験した比較例と発明例 1のロックウェル硬さ HR Hを示す。なお、実験時 に Vブロックに作用させた荷重は 4kgである。
[0040] 図 3より、添加する S量の増加に伴って、摩擦係数が減少し、軸受性能が向上して いることが分かる。また、図 4より、ロックウェル硬さは、 Sを添加した場合も、 Sを添加し て 、な 、場合と同等であることが分かる。
[0041] [表 2] 化学成分組成 （質量％)
No.
C u N i S
1 . 残部 2. 9 ―
比較例
2 残部 2. 8 0. 02
3 残部 2. 8 0. 05
4 残部 2. 8 0. 13
発明例 1 5 残部 2. 7 0. 28
6 残部 2. 7 0. 51
7 残部 2. 5 0. 81 [0042] (請求項 1の効果を確認するための実験 3)
Cuに、 Siを含有させて固溶強化した銅合金 (比較例）と、この銅合金に Sを添加し た発明例 1でフアビリー試験片を製造し、実験 2と同じ実験を行った。実験した比較例 と発明例 1の Si含有量と S添加量を表 3に、摩擦係数を図 5に示す。また、図 6には実 験した比較例と発明例 1のロックウェル硬さ HR Hを示す。なお、実験時に Vブロック に作用させた荷重は 4kgである。
[0043] 図 5より、適量の Sを添加した場合には、摩擦係数が減少し、軸受性能が向上して いることが分かる。また、図 6より、ロックウェル硬さは、 Sを添加した場合も、 Sを添加し て 、な 、場合と同等であることが分かる。
[0044] [表 3]
Figure imgf000010_0001
[0045] (請求項 1の効果を確認するための実験 4)
Cuに Sn及び Pを固溶させるのと、 Cu— Pの化合物及び Cu— Snの化合物によって 強化した銅合金（りん青銅: CAC502B相当）と、この銅合金に Sを添加した発明例 1 でフアビリー試験片を製造し、実験 2と同じ実験を行った。実験した CAC502B相当 品と発明例 1の Sn, P含有量と S添加量を表 4に、摩擦係数を図 7に示す。また、図 8 には実験した CAC502B相当品と発明例 1のロックウェル硬さ HR Bを示す。なお、実 験時に Vブロックに作用させた荷重は 30kgである。
[0046] 図 7より、添加する S量の増加に伴って、摩擦係数が減少し、軸受性能が向上して いることが分かる。また、図 8より、 Sを添カ卩した場合、ロックウェル硬さも、 CAC502B 相当品よりも大きくなつて 、ることが分かる。
[0047] [表 4] 化学成分組成 （質量％)
No.
C u S n P S
CAC502B相当品 10 残部 9. 1 0. 45 ―
11 残部 9. 0 0. 49 0. 06
12 残部 11. 7 0. 50 0. 32
発明例 1
13 残部 12. 0 0. 49 0. 50
14 残部 11. 9 0. 47 1. 07
[0048] (請求項 1の効果を確認するための実験 5)
Cuに Sn, Ni及び Siを固溶させるのと、 Ni— Siの化合物及び Cu— Snの化合物に よって強化した銅合金 (コルソン合金）に Sを添加した発明例 1でフアビリー試験片を 製造し、実験 2と同じ実験を行った。実験した発明例 1の Sn, Ni, Si含有量と S添カロ 量を表 5に、摩擦係数を図 9に示す。また、図 10には実験した発明例 1のロックウェル 硬さ HR Bを示す。なお、実験時に Vブロックに作用させた荷重は 30kgである。
[0049] 図 9より、添加する S量の増加に伴って、摩擦係数が減少し、焼付き性が向上してい ることが分かる。また、図 10より、ロックウエノレ硬さは、 Sを添カロした場合も、 Sを添加し て 、な 、場合と同等であることが分かる。
[0050] [表 5]
Figure imgf000011_0001
[0051] (請求項 2の効果を確認するための実験 6)
Cuに Pを固溶させるのと、 Cu— P化合物を分散させることによって強化した銅合金 に Sを含有させた請求項 1に対応する発明例 1と、この銅合金にさらに Pbを添加した 請求項 2に対応する発明例 2及び Pb添加量が発明例 2を外れた比較例とでフアビリ 一試験片を製造し、実験 2と同じ実験を行った。
[0052] 実験した発明例 1, 2及び比較例の P, S含有量と Pb添加量を表 6に、摩擦係数を 図 11に示す。また、図 12には実験した発明例 1, 2及び比較例のロックウェル硬さ H R Hを示す。なお、実験時に Vブロックに作用させた荷重は 6kgである。
[0053] 図 11より、 Sにカ卩えて適量の Pbを添カ卩した場合、 Sのみを添カ卩した場合よりも摩擦 係数がさらに減少し、焼付き性がより向上していることが分かる。また、図 12より、ロッ クウエル硬さは、 Pbを添カ卩した場合は、 Pbを添カ卩していない場合と同等力、さらに向 上していることが分かる。
[0054] [表 6]
Figure imgf000012_0001
[0055] (請求項 2の効果を確認するための実験 7)
Cuに Pを固溶させるのと、 Cu— P化合物を分散させることによって強化した銅合金 に Sを含有させた請求項 1に対応する発明例 1と、この銅合金にさらに Biを添加した 請求項 2に対応する発明例 2及び Bi添加量が発明例 2を外れた比較例とでフアビリ 一試験片を製造し、実験 2と同じ実験を行った。
[0056] 実験した発明例 1, 2及び比較例の P, S含有量と Bi添加量を表 7に、摩擦係数を図 13に示す。また、図 14には実験した発明例 1と発明例 2のロックウェル硬さ HR Hを 示す。なお、実験時に Vブロックに作用させた荷重は 6kgである。
[0057] 図 13より、 Sにカ卩えて適量の Biを添カ卩した場合、 Sのみを添カ卩した場合よりも摩擦係 数がさらに減少し、焼付き性がより向上していることが分かる。また、図 14より、ロック ゥエル硬さは、 Biを添カ卩した場合は、 Pbを添カ卩していない場合と略同等であることが 分かる。
[0058] [表 7] 化学成分組成 （質量％)
No.
C u P S B i
発明例 1 26 残部 0. 29 0. 34 ―
27 残部 0. 05 0. 28 0. 10
28 残部 0. 06 0. 27 0. 12
発明例 2 29 残部 0. 09 0. 30 2. 3
30 残部 0. 12 0. 25 7. 9
31 残部 0. 07 0. 32 9. 4
[0059] (請求項 1の効果を確認するための実験 8)
実験は、図 15に示すように、回転軸 3を嵌入したブッシュ 4の上下力も油圧を作用さ せて荷重を加えた状態で、回転軸 3を回転させてトルクを検出し、摩擦係数を計算す ることにより行った。その結果を図 16及び図 17に示す。
[0060] 図 16は前記ブッシュ 4をりん青銅 (CAC502C相当）で製造した従来例と、この従来 例のりん青銅に 0. 6質量％の3を目標として含有させた発明例 1を使用した摩耗試 験結果を示した図である。また、図 17は前記従来例と発明例 1を使用した焼付き試 験結果を示した図である。
[0061] なお、図 16に示した摩耗試験は、 5MPaの一定荷重をブッシュ 4に作用させた状態 で、 0. 7m/secの周速で 2時間回転させることにより行った。また、図 17に示した焼 付き試験は、 0. 7mZsecの周速で回転させつつ、ブッシュ 4に作用させる荷重を、 5
MPaから 10分ごとに 5MPa増加することにより行った。
[0062] 図 16より明らかなように、発明例 1のほうが JISで規定された比較例よりも摩擦係数 力 、さくなると共に、一時的に摩擦係数が増加することもなぐ摺動性が向上している ことが分力ゝる。
[0063] また、図 16に示した摩耗試験に供した従来例と発明例 1の試験前と試験後の重量 差力も比重で除して摩耗体積 (摩耗減量)を求めたところ、従来例は 2. 159mm3であ つたものが発明例 1では 1. 047mm3と、摩耗減量は約 1Z2であった。
[0064] また、図 17より明らかなように、比較例では 15MPaの荷重をブッシュ 4に作用させた 約 2分後に焼付きが発生した力 発明例 1の場合は 20MPaの荷重をブッシュ 4に作用 させた約 2分後に焼付きが発生した。このことからも、発明例 1では比較例より摺動性 が向上していることが分かる。 [0065] なお、図 16及び図 17で示した結果を得た、円筒軸受試験に使用した回転軸 3は、 実験 1で使用したシェアピンと同様の S45C調質材である。
[0066] 以上の実験では、 Pbと Biを共に添カ卩した銅合金についての実験は行っていない。
しかしながら、 Pbと Biのみを添加した場合の実験を行って、本発明の優位性を確認 している。したがって、 Pbと Biを共に添加した場合も、同様の優位性を備えることは容 易に推察できる。

Claims

請求の範囲
[1] 固溶強化した銅合金、
又は固溶と化合物生成による強化を行った銅合金に、
0. 05〜： L 5質量％の3を含有させたことを特徴とする軸受性に優れた摺動材料用 銅合金。
[2] さらに 0. 1質量％以上、 11. 0質量％以下の Pb、 0. 1質量％以上、 5. 4質量％未 満の Biのうち少なくともどちらか一方を含有させたことを特徴とする請求項 1に記載の 軸受性に優れた摺動材料用銅合金。
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