JP5563489B2 - 錫基ホワイトメタルから成る滑り軸受合金 - Google Patents

Description

本発明は、錫基ホワイトメタルから成る滑り軸受合金であって、主合金元素としてのアンチモン及び１〜１０重量％の銅を含むものに関する。

２〜１５重量％のアンチモン、１〜１０重量％の鋼、１５重量％までの鉛、及びカドミウム、ニッケル、銀、テルル、コバルト、マグネシウム、マンガン及び砒素のような別の合金元素を含むことができる錫基滑り軸受合金は公知であり（英国特許出願公開第２１４６３５４号明細書）、０．００５〜０．５重量％のチタン含有量が軸受のミクロ組織を細粒化し、それにより滑り軸受の負荷能力を改善する。環境保護ホワイトメタル合金の負荷能力を高めるため、６〜１５重量％の割合を持つアンチモン及び３〜１０重量％の割合を持つ銅のほかに、０．１〜１８重量％の割合を持つビスマスを使用することが既に提案された（ドイツ連邦共和国特許第１０１４５３８９号明細書）。この方策にもかかわらず、環境を汚染する合金成分のないこれらの公知の滑り軸受合金は、一層高度の強度要求に対して十分でないので、負荷能力及び耐摩耗性に対する一層高度の要求があると、アルミニウム基軸受金属を使用する場合錫基軸受合金のすぐれた非常運転特性を断念せねばならないとしても、やむを得ずこのアルミニウム基軸受金属にくら替えすることがしばしばある。

従って本発明の根底にある課題は、カドミウム、鉛、砒素及びクロムのような環境を汚染する合金元素を使用する必要なしに、最初にあげた種類の錫基ホワイトメタルから成る滑り軸受金属の強度を高めることである。

本発明は、不可避な不純物を含むけれどもカドミウム、鉛、砒素及びクロムを含まないホワイトメタルが、主合金元素としての４〜３０重量％のアンチモンを含み、コバルト、マンガン、スカンジウム及びゲルマニウムを含む元素群から少なくとも１種類の元素を、この群の使用される元素に関して０．２〜２．６重量％の全濃度で含み、かつマグネシウム、ニッケル、ジルコニウム及びチタンを含む元素群から少なくとも１種類の元素を、この群の使用される元素に関して０．０５〜１．７重量％の全濃度で含み、アンチモンと銅の合計割合が、少なくとも銅含有量の３倍に相当するアンチモン含有量において最高でも３５重量％であることによって、与えられた課題を解決する。いずれの場合においても、最小含有量は有効性限界を示し、最大含有量は、その大きさ及び数のため既に有害となる広範な析出を防止する。

コバルト、マンガン、スカンジウム及び／又はゲルマニウムの添加により、析出する金属間相の細粒化及び面取りが有利に行われる。ゲルマニウムは更に遊離銅と金属間化合物を形成し、それが合金の強度に有利な影響を及ぼし、しかも個々の析出物の大きさが小さく保たれることを前提として影響を及ぼす。これらの一層高度に溶融する元素の一次結晶化によって、ホワイトメタルの凝固の際多数の結晶核が形成されて、銅及びアンチモンとの金属間相の析出物を著しく細粒化し、それによりホワイトメタルの変形可能性をあまり損なうことなしに、錫基質の強度を著しく改善することができる。そうでない場合摩擦学的に不利な針形状で析出する鋼−錫の相及び同様に不利な立方体の錫−アンチモン相が、有利に丸められる。更に亀裂形成傾向が著しく少なくされる。これに関して述べておくべきことは、比較的長い針の形の金属間銅−錫相及び錫−アンチモン相の形成を阻止するために、合金溶融物の十分迅速な凝固が保証されねばならないことである。

マグネシウム、ニッケル、ジルコニウム及びチタンの元素を含む元素群は、特にアンチモン含有量が高い場合、アンチモンの一部を金属間相においてゆるめ、それにより、そうでない場合高いアンチモン含有量に伴って現れる脆化が防止される。マグネシウムは更に強い脱酸作用を持っている。しかしマグネシウムの大きすぎる含有量は腐食し易さを高め、特に孔蝕が起こる。ニッケルは銅−錫結晶に存在し、その硬度を高める。しかしニッケルは本発明による合金の滑り特性に不利な影響を及ぼさない。ニッケルは更に耐食性を改善し、偏析し易さを少なくする。しかし５重量％以上の含有量は、大きく固い相の析出により、合金を脆化する。示される含有量でジルコニウムの添加は、基質に対する硬化作用を持ち、結晶粒微細化に役立つ。チタンの添加は結晶粒微細化を援助し、それにより滑り軸受合金の負荷能力が改善されるが、その硬度はほぼ不変である。高められる銅含有量は合金を硬化する。なぜならば、アンチモンと銅との間に金属間相が形成されるからである。しかし銅含有量は、示された限界を超過してはならない。なぜならば、そうしないと針状の銅−錫相が過度に形成されるからである。

更に本発明により、ホワイトメタルのアンチモン含有量が１０〜２２重量％であり、銅含有量が３〜７重量％であると、このような滑り軸受合金から成る軸受金属層に対して特に有利な負荷条件が生じる。これに関してホワイトメタルのアンチモン含有量が１３〜１８重量％であり、銅含有量が３．５〜５．５重量％であると。最適条件が生じる。銅の添加が高められるため軸受金属にとって有害な程度の針状の銅−錫相が形成される危険を予防するため、ホワイトメタルに０．６〜１．８重量％なるべく０．７〜０．９重量％の亜鉛を添加することができる。亜鉛は、付加的な結晶核の形成により、銅−錫相及び錫−アンチモン相の細粒化に役立つ。それにより有害な大きさにこれらの相が成長するのを防止される。０．６重量％以下の亜鉛では、有利な効果が生じず、１重量％の亜鉛はもはや錫混晶に溶解されず、錫と亜鉛との間に低融点の共晶相（Ｔｍ約２００℃）が形成される。この相は耐熱性及び耐食性を低下する。

ホワイトメタルが、銀、金、バナジウム及び鉄を含む元素群から少なくとも１種類の元素を含み、これらの元金元素の個別割合が４重量％を超過してはならないことによって、類似な効果が得られる。合計割合は上方に対して８重量％で限定されねばならない。

アルミニウムは、アンチモン及び銅に基く金属間相の細粒化を援助する。この理由からホワイトメタルが０．０５〜２．５重量％のアルミニウム割合を持つことができる。ホワイトメタルの気孔率に対する不利な影響を甘受しなくてもよいようにするため、アルミニウム割合は上方に対して限定される。珪素はホワイトメタルに対して同じような影響を与える。過剰な珪素はジルコニウム及びスカンジウムと結合して金属間相を形成し、こうして軸を損傷する一次珪素結晶の形成を防止する。この理由から珪素及びアルミニウムは、一次珪素結晶の形成を回避するため、なるべく亜共晶組成で添加される。従ってアルミニウム及び珪素は不均一な相混合物として存在し、アルミニウム割合が珪素割合の７〜４５倍に等しいようにする。

金属間化合物によりホワイトメタルの強度特性を高めるために、０．０５〜１．６重量％を持つリチウムを添加することもできる。最後に希土類の群から少なくとも１種類の金属を添加すると、ホワイトメタル合金の鋳造特性を改善し、偏析し易さを回避することができる。更にこれらの希土類は結晶粒微細化作用を持っている。しかし不利な影響を抑制しようとすれば、使用される希土類の全濃度は１．３重量％を超過してはならない。

本発明による滑り軸受合金の若干の実施例が以下に説明される。

例１
１０．１重量％のアンチモン、３．１重量％の銅、０．５重量％のマンガン、０．０８重量％のスカンジウム、０．０５重量％のジルコニウム及び０．１重量％のマグネシウム、残部は錫から成る滑り軸受合金は、良好な変形可能性及び３０．０ＨＢＷ２．５／１５．６２５／１５の鋳造硬さを示した。
例２
強度を高めるため、１５．４重量％のアンチモン、４．６重量％の銅、０．３重量％のマンガン、０．０７重量％のコバルト、０．１重量％のマグネシウム、０．０５重量％のニッケル、０．７重量％の亜鉛、残部は錫を含む滑り軸受合金が製造された。この滑り軸受合金は３６．１ＨＢＷ２．５／１５．６２５／１５の鋳造強さを持っていた。冷間圧延により硬さは低下したが、熱処理により再び３７．６ＨＢＷ２．５／１５．６２５／１５に上昇し、従って鋳造硬さ以上の硬さに上昇した。

Claims (9)

1. 錫基ホワイトメタルから成る滑り軸受合金であって、主合金元素としてのアンチモン及び銅を含むものにおいて、カドミウム、鉛、砒素及びクロムを含まない上記ホワイトメタルが、
   アンチモン １０〜２２重量％、
   銅 ３〜７重量％、
   コバルト、マンガン、スカンジウム及びゲルマニウムから
   成る元素群から選ばれる少なくとも１種類の元素 ０．２〜２．６重量％、
   マグネシウム、ニッケル、ジルコニウム及びチタンから成る
   元素群から選ばれる少なくとも１種類の元素 ０．０５〜１．７重量％、
   残部が不可避的不純物と錫から成り、
   アンチモン含有量が銅含有量の少なくとも３倍であることを特徴とする、滑り軸受合金。
2. ホワイトメタルのアンチモン含有量が１３〜１８重量％であり、銅含有量が３．５〜５．５重量％であることを特徴とする、請求項１に記載の滑り軸受合金。
3. ホワイトメタルが０．６〜１．８重量％の亜鉛を含んでいることを特徴とする、請求項１又は２に記載の滑り軸受合金。
4. ホワイトメタルが０．７〜０．９重量％の亜鉛を含んでいることを特徴とする、請求項３に記載の滑り軸受合金。
5. ホワイトメタルが、銀、金、バナジウム及び鉄を含む元素群から少なくとも１種類の元素を含み、これらの元金元素の個別割合が最大４重量％であるが、合計割合は最大８重量％であることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の滑り軸受合金。
6. ホワイトメタルが０．０５〜２．５重量％のアルミニウムを含んでいることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の滑り軸受合金。
7. ホワイトメタルが珪素を含み、アルミニウム及び珪素が不均一な相混合物として存在し、アルミニウム割合が珪素割合の７〜４５倍に等しいことを特徴とする、請求項６に記載の滑り軸受合金。
8. ホワイトメタルが０．０５〜１．６重量％のリチウムを含んでいることを特徴とする、請求項１〜７の１つに記載の滑り軸受合金。
9. ホワイトメタルが、最大１．３重量％の全濃度で少なくとも１種類の希土類金属を含んでいることを特徴とする、請求項１〜８の１つに記載の滑り軸受合金。