JP2008063663A - 銅系焼結摺動材料およびそれを用いる焼結摺動部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Cu合金相を母相として、2.0〜35重量%のAlと、25重量%以下のCuと、0.05〜1.5重量%のCと、5〜40重量%のCoと、5〜40重量%のNiと、0.05〜5.0重量%のSi、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Ti、P、Co、Snの一種以上を含有するFe合金相が、5〜50重量%分散されてなる焼結組織からなる構成とする。
【選択図】なし
Description
予め成分調整された鉄系焼結材料の成形体もしくは焼結体を、円筒状もしくは略円筒状の鉄系材料よりなる裏金の内径面に略内接するように配置し、前記鉄系焼結材料より低融点に成分調整された銅系または銅アルミニウム系材料を前記鉄系焼結材料の成形体もしくは焼結体に加熱しながら溶浸することによってその鉄系焼結材料を膨張させながら前記裏金に接合する方法とするのが好ましい。
(a)700℃以上の温度で所定時間加熱することによって、前記焼結材料を膨張させて前記裏金に焼結接合させ、
(b)さらに昇温して820℃以上の温度で加熱することによりCu系合金液相を発生させることによって、前記焼結材料を緻密化させる方法とするのが好ましい。
円筒状もしくは略円筒状に成形された複層焼結摺動部材の製造方法であって、円筒状もしくは略円筒状の鉄系材料よりなる裏金にスラスト荷重を受けて摺動するように鍔部が設けられ、この裏金の内径面に鉄系焼結摺動材料を焼結接合すると同時に、前記鍔部摺動面に耐摩耗材料および/または摺動材料を接合することにより行うのが好ましい。
電解鉄(99.95質量%)とAl、Coとを用いて、各種組成の合金を真空雰囲気下で溶解、製造し、鍛造後、小試験片に切り出し、それら合金の磁気変態温度(キュリー点、℃)と、硬さと熱処理との関係を調べた。
本実施例では、Fe規則相単味の耐摩耗性を評価するために、表1に示される組成の溶製材料よりなる直径10mm、長さ50mmの円柱状試験片を用いて、500℃と600℃での前記時効処理時間を調整することによって各種の硬さを調整した後、油潤滑下で、SiCを20質量%含有したポルトランドセメント円盤に摺動材料を押し付けたときの土砂摩耗性を評価した。
本実施例では、表2に示される合金を真空溶解して、1000〜1150℃での熱間鍛造、熱間圧延で板状に加工した後、切断・丸曲げし、図6に示される形状に機械加工したブッシュを摺動試験片とし、600℃での前記時効処理時間を調整することによって各種の硬さになるように調整した。比較材としては、SCM420肌焼き鋼に表面炭素濃度を約0.8質量%に調整した浸炭処理ブッシュ(比較材1)、S43C焼入れ焼戻しブッシュ(比較材2)および高力黄銅4種材(Cu−25質量%Zn−5質量%Al−3質量%Mn−2.5質量%Fe)(比較材3)を用いた。
300メッシュ以下のFeアトマイズ粉末、Fe10質量%Al、Fe17質量%Alアトマイズ粉末、Alアトマイズ粉末、Snアトマイズ粉末、Ni10Pアトマイズ粉末、Cu8Pアトマイズ粉末、300メッシュ以下のTiH粉末、燐鉄(25質量%P)、Si粉末、Mn粉末、5μmのカーボニルNi粉末、平均粒径6μmの黒鉛等を用いて、表3、表4に示される配合成分の混合粉末を作成し、図10に示される引張試験片(形状ブッシュ摺動試験片)を成形圧力4ton/cm2で成形した。なお、これら成形体は、10−1torr以下の真空状態にて950〜1250℃の範囲で10分〜1hr焼結して、600torrのN2ガス冷却後にそれらの寸法、組織を調査した。
本実施例は、実施例4に示される表3、表4中の代表的なFe−Al焼結合金と、表6に示されるようなCu合金マトリックスに#100メッシュ以下のFe15Al、Fe10Al10Co、Fe0.6C4Al0.74Mn1.51Cr0.38Mo合金粉を分散させるように焼結した材料の摺動特性の調査を行ったものである。なお、比較材として、高力黄銅4種材(Cu−25質量%Zn−5質量%Al−3質量%Mn−2.5質量%Fe)および表6中のNo.53組成の鉄系含油軸受を用いた。
表7には本実施例で使用したFe系規則相焼結合金組成が示されている。混合粉末の成形は、外径53mm、内径47mm、高さ35mmの円筒体を2ton/cm2の加圧力で成形した後に、外径66mm、内径53mm、高さ40mmの鋼管(S45C)の内径部にセットして1150℃、1hr真空焼結した後、N2ガス冷却した。
本実施例では、250メッシュ以下のCuアトマイズ粉末、Snアトマイズ粉末、100メッシュ以下のFe15Al、Fe10Al10Ni、Fe0.6C4Al0.74Mn1.51Cr0.38Moアトマイズ粉末を用いて、前記実施例5の表6に示される混合粉末を調整し、400番の研磨紙で表面を荒し、アセトンで良く洗浄した軟鋼板(SS400、厚さ3.5mm、幅90mm、長さ300mm)への接合焼結実験を実施した。
本実施例では、100メッシュ以下のFeアトマイズ粉末、250メッシュ以下のCuアトマイズ粉末、Snアトマイズ粉末、100メッシュ以下のFe15Al、Fe10Al10Niアトマイズ粉末を用いて表8に示される混合粉末を調整し、実施例7と同じ鋼鈑への接合焼結実験を実施した。なお、焼結温度は900℃として丸曲げ加工後の焼結層の剥離状況を観察した。この観察において薄利の発生はなかった。
本実施例では、溶浸方法による焼結材料の製造と鋼管内径部への接合に関して試験を行った。本実施例では、表9に示される鉄系焼結材料の混合粉末を先の実施例6と同じ条件でプレス成形体とし、これにCu、Cu20Sn、Cu20Sn22Al2Tiの組成になるように調整した混合粉末成形体を準備し、1150℃の真空雰囲気中で焼結と同時に溶浸した。
実施例6で製造したB12〜15および実施例9で製造したD4,9,11,12を用いて、実施例3と同じ方法で含油処理した後に、摺動試験を実施した。本実施例に供する試験片はすべて、焼結または溶浸後に急冷して焼入れ硬化するように調整し、Hv450以上の硬さに調整したものである。
Claims (13)
- Cu合金相を母相として、2.0〜35重量%のAlと、25重量%以下のCuと、0.05〜1.5重量%のCと、5〜40重量%のCoと、5〜40重量%のNiと、0.05〜5.0重量%のSi、Mn、Ni、Cr、Mo、V、Ti、P、Co、Snの一種以上を含有するFe合金相が、5〜50重量%分散されてなる焼結組織からなることを特徴とする銅系焼結摺動材料。
- 前記Cu合金相において、Al、Sn、Tiの一種以上を含有し、Cu−Al状態図中に記載されるβ相および/またはその変態相を含んでいる請求項1に記載の銅系焼結摺動材料。
- 前記銅系焼結摺動材料中に分散するFe合金相が、マルテンサイト、ベイナイト、粒状セメンタイトの一種以上の組織からなっている請求項1または2に記載の銅系焼結摺動材料。
- 気孔率が3〜30体積%に調整され、各気孔に潤滑油が含浸されている請求項1〜3のいずれかに記載の銅系焼結摺動材料。
- 黒鉛、MoS2、WS2、MnS、CaF2等の固体潤滑剤および/またはMo、W等の金属粒子、酸化物、炭化物、窒化物等のセラミックス、超硬、サーメット、高速度鋼粉末等の炭化物、窒化物を含有する硬質分散材、さらにはFeCo、NiAl、TiAl、NiSi、NiTi等の金属間化合物の一種以上が含有されている請求項1〜4のいずれかに記載の銅系焼結摺動材料。
- 少なくとも2〜9重量%の造粒された黒鉛が分散され、さらに0.1〜5重量%のMoS2、WS2、MnSが分散されている請求項5に記載の銅系焼結摺動材料。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の銅系焼結摺動材料を円筒状、略円筒状もしくは板状に成形・加工し、鉄系材料よりなる裏金に一体化してなることを特徴とする焼結摺動部材。
- 前記裏金となる鉄系材料の焼入れ性がDI値=2.0以下で、ガス急冷もしくは油焼入れによってもフェライト、パーライト、ベイナイトのいずれかの組織を示し、この裏金に焼結接合する銅系焼結摺動材料中のFe合金相の一部以上をマルテンサイト化することによって、この銅系焼結摺動材料に圧縮残留応力が働くようにする請求項7に記載の焼結摺動部材。
- 前記裏金となる鉄系材料の気孔率が3〜20体積%に調整され、各気孔に潤滑油が含浸されている請求項7または8に記載の焼結摺動部材。
- 円筒状もしくは略円筒状に成形されて複層焼結ブッシュとされた複層焼結摺動部材であって、両端面部の外周面の面取りが内周面の面取りよりも小さくされている請求項7〜9のいずれかに記載の焼結摺動部材。
- 円筒状もしくは略円筒状に成形された複層焼結摺動部材であって、スラスト荷重を受けて摺動するように前記裏金に鍔部が設けられ、この鍔部摺動面に焼入れ硬化処理が施されているか、もしくは耐摩耗材料および/または摺動材料が配されている請求項7〜10のいずれかに記載の焼結摺動部材。
- 前記耐摩耗材料もしくは摺動材料が、超硬、ステライト、鉄系耐摩耗材料、セラミックス、Cu系耐摩耗材料のうちの一種であり、これらが溶射、ロウ付け、焼結接合、溶浸接合、接着のうちのいずれかの手段で一体化される請求項11に記載の焼結摺動部材。
- 前記銅系焼結摺動材料が前記鍔部摺動面において一体化されている請求項11に記載の焼結摺動部材。
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