JPH0539811A - 高速用多層摺動材料及びその製造方法 - Google Patents
高速用多層摺動材料及びその製造方法Info
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Abstract
2kgf/mm2 以上である鋼裏金、重量比でPb;15〜
30%、Sn;0.5〜2.0%を含み、熱伝導率が
0.25 cal/cm・sec ・℃以上を有し、ビッカース硬
さ75以上、引張り強さ18kgf/mm2 以上である銅鉛
軸受合金、及び重量比でSn;2〜8%、In;3〜1
1%を含み、かつその溶融開始温度が250℃を越える
事を特徴とするオーバーレイからなる非焼付性に優れた
高速用多層摺動材料。 【効果】 従来の多層摺動材料の高速域での非焼付性を
改善するため、各層の成分あるいは諸物性を限定した。
特にオーバーレイの溶融開始温度及び銅鉛軸受合金の熱
伝導率の向上によって、平軸受として高速域での摺動特
性に優れる。
Description
あり、特に、近年の内燃機関の出力増大に伴う高速・高
回転化によって起こる潤滑油の温度上昇及びハウジング
への慣性力増大等の条件下で十分に性能を発揮する平軸
受に関する。
タルの多層摺動材料は、鋼裏金、銅鉛軸受合金及び鉛合
金オーバーレイの多層構造からなり、高速、高荷重エン
ジンに広く適用されている。鋼裏金は耐荷重性、鉛合金
オーバーレイは銅鉛軸受合金の非焼付性、なじみ性、埋
収性、耐食性を補うために必要である。銅鉛軸受合金の
成分はCu−Pb系、Cu−Sn−Pb系であり、鉛合
金オーバーレイの成分としてはPb−Sn系、Pb−S
n−Sb系、Pb−Sn−Cu系、Pb−Sn−In系
等が知られている。また、運転中にオーバーレイ中のS
n等の成分が銅鉛軸受合金中へ拡散していくのを防止す
るため、鉛合金オーバーレイと銅鉛軸受合金の間にNi
等のメッキ層を設けることもある。さらに、平軸受の最
表面には防錆の目的で、錫等の10μm以下のメッキ層
が施されているものもある。
自動車用エンジンの高性能化の一環として従来にない高
速回転化の傾向が見られるようになってきた。その結
果、エンジンの油温の上昇をもたらし、このようなエン
ジンの高速高温域条件下において、従来からの鉛合金オ
ーバーレイ/銅鉛軸受合金/鋼裏金からなる多層摺動材
料では、オーバーレイのワイピングが起こったり、摩耗
が激しかったりする等の問題が発生しており、更に高速
高温下において非焼付性及び耐摩耗性の一層優れた摺動
材料が要求されるようになってきた。また、エンジンの
高速回転化により軸受のハウジングが慣性力によって変
形を受けやすくなっている。この変形によって、軸受背
面にフレッチング摩耗が生ずる問題が発生している。こ
のため、軸受の鋼裏金を硬く、強度のある材料とするこ
とでフレッチング摩耗防止を図ったり、軸受をハウジン
グへ組付ける際の締代を高くして密着性を向上させるの
に耐え得るだけの強度が必要とされる。さらに、エンジ
ンの高速回転化に伴う油温の上昇によって、軸受の温度
環境は益々厳しくなってきており、耐熱強度が優れ、ワ
イピングが起こる原因となる反応層を下地層との境界に
形成しにくいようなオーバーレイ成分が要求されてきて
いる。また、軸受にかかる熱を素早く放散することので
きる熱伝導率の優れた軸受合金が望まれている。本発明
の目的は、従来の多層摺動材料を各層の物性について、
高速エンジンに適合するように、特に、焼付特性の観点
から追究し、また、平軸受としての耐荷重性、耐疲労性
についても従来の材料から低下させない、高速高温域で
優れた多層摺動材料及びその製造方法を提供することに
ある。
いられる平軸受において、高速用多層摺動材料として各
層の成分及び選択された諸物性の組合せにより上記目的
を達成した。本発明の高速用多層摺動材料は、鋼裏金、
該鋼裏金に接合された銅鉛軸受合金及び該銅鉛軸受合金
に接合された鉛合金オーバーレイの三層構造からなり、
前記鋼裏金がビッカース硬さ155以上、0.2%耐力
42kgf/mm2 以上であり、前記銅鉛軸受合金の熱伝導
率が0.25 cal/cm・sec ・℃以上を有し、合金のビ
ッカース硬さが75以上、引張り強さ18kgf/mm2 以
上であり、前記鉛合金オーバーレイがその重量比で錫2
〜8%、インジウム3〜11%の範囲で含み、かつ鉛合
金オーバーレイの溶融開始温度が250℃を越える事を
特徴とする。本発明の高速用多層摺動材料製造方法は、
鋼裏金上に散布した銅鉛錫軸受合金粉末を焼結−圧延の
繰り返しによりバイメタルを製造する工程を有し、その
繰り返し圧延の圧下率の総合計が投入時の裏金厚に対
し、7〜35%の範囲で実施する事により、鋼裏金のビ
ッカース硬さ155以上、0.2%耐力42kgf/mm2
以上、銅鉛軸受合金のビッカース硬さ75以上、引張り
強さ18kgf/mm2 以上の強度を持たせる事を特徴とす
る。
変形した際の裏金背面のフレッチング摩耗防止、また、
軸受とハウジングとの密着性を上げるため、軸受のハウ
ジングへの組付け時に締代を高く取れるように、硬く、
強度のある裏金とし、ビッカース硬さ155以上、0.
2%耐力42kgf/mm2 以上とすることを特徴とする。
銅鉛軸受合金においては、摺動面にて発生した熱を、素
早く裏金、さらにはハウジングに伝達して熱放散するこ
とによって、非焼付性の向上を図ることを目的として、
熱伝導率を0.25 cal/cm・sec ・℃以上を有するこ
とを特徴とする。また、耐疲労性の維持のため、ビッカ
ース硬さ75以上、引張り強さ18kgf/mm2 以上であ
ることを特徴とする。さらに、上記銅鉛軸受合金の成分
は、銅合金の熱伝導率を低下させるSn量を0.5〜
2.0%の範囲と限定し、熱伝導率の向上を図っている
ことを特徴とする。鉛合金オーバーレイについては、高
温でのワイピング現象防止のために、溶融開始温度を上
昇させる必要がある。そのため、Sn及びIn含有量を
低下させる必要があるが、耐摩耗性及び耐食性との相関
を考え、Sn;2〜8%,In;3〜11%の範囲に限
定し、かつ溶融開始温度が250℃を越えることを特徴
とした。さらに、上記成分の鉛合金オーバーレイは、高
温でのSn及びInの熱拡散に伴う下地層との境界に反
応層が厚く形成されないため、ワイピング現象防止にも
役立っている。この各層を組合せた多層摺動材料は、非
焼付性が非常に優れ、耐摩耗性、耐疲労性も維持され、
高速エンジンの軸受材料として優れた性能が発揮され
る。さらに鋼裏金と銅鉛軸受合金との境界に、厚さ10
μm以下の銅または銅合金のメッキ層が施されているこ
とを特徴とし、鋼裏金と銅鉛軸受合金との接着強度を向
上させる。また、銅鉛軸受合金と鉛合金オーバーレイと
の境界に、厚さ5μm以下のNi,Co,Agまたはこ
れらの合金のメッキ層が施されている事を特徴とし、オ
ーバレイ中のSn及びInの銅鉛軸受合金中への拡散を
防止することによって、オーバーレイの耐摩耗性及び耐
食性の維持を図る。さらに鉛合金オーバーレイ及び鋼裏
金の最表面に、防錆を目的として厚さ3μm以下の錫、
鉛またはこれらの合金のメッキ層が施されている事を特
徴とする。さらに本発明の多層摺動材料を得る製造方法
は、鋼裏金上に散布した銅鉛錫軸受合金粉末を焼結−圧
延の繰り返しによりバイメタルを製造する工程を有し、
その繰り返し圧延の圧下率の総合計が、投入時の裏金厚
に対し7〜35%の範囲で実施する事により、鋼裏金及
び銅鉛軸受合金の機械的強度の向上を図り、その結果と
して、鋼裏金のビッカース硬さ155以上、0.2%耐
力42kgf/mm2 以上、銅鉛軸受合金のビッカース硬さ
75以上、引張り強さ18kgf/mm2 以上の強度を持た
せる事を特徴としている。
の製造方法について、前記特許請求の範囲の限定理由を
述べる。 (1) 鋼裏金 i) 硬さ ビッカース硬さ155以上 155未満では、高回転時のハウジングの微変形によっ
て、軸受背面のフレッチング摩耗が激しく生じる。 ii) 0.2%耐力 42kgf/mm2 以上 42kgf/mm2 未満では、軸受をハウジングに組付ける
際、締代を高くすると降伏を生じ、運転時にハウジング
との密着力が低下する。 (2) 銅鉛軸受合金 i) 熱伝導率 0.25 cal/cm・sec ・℃ 0.25 cal/cm・sec ・℃未満では、摺動面にて発生
した熱を素早く裏金、さらにはハウジングに伝達して熱
放散するのに不十分であり、非焼付性が劣る。 ii) 硬さ ビッカース硬さ 75以上 75未満では、強度不足となり、軸受合金の耐疲労性に
劣る。 iii)引張り強さ 18kgf/mm2 以上 18kgf/mm2 未満では、強度不足であり、軸受合金の
耐疲労性に劣る。 iv) Pb含有量 15〜30% 15%未満では、軸受合金として非焼付性、異物性埋収
性に劣り、30%を越えると、強度が低下し、耐疲労性
に劣る。 v) Sn含有量 0.5〜2.0% 0.5%未満では、合金の強度及び耐食性が不十分であ
り、2.0%を越えると、合金の熱伝導率が低下し、熱
の伝達が悪くなり、非焼付性が劣る。 (3) 鉛合金オーバーレイ i) Sn含有量 2〜8% 2%未満では、オーバーレイの強度が低下し、耐摩耗性
に劣る。8%を越えるとIn量との相関により、オーバ
ーレイの溶融開始温度が低くなると共に、オーバーレイ
と下地層との境界へ拡散が激しくなり、反応層を形成し
易くなり、ワイピング現象の原因となり、非焼付性に劣
る。 ii) In含有量 3〜11% 3%未満では、特にSnとの共存性による耐食性に劣
る。11%を越えると、Sn量との相関により、オーバ
ーレイの溶融開始温度が低くなると共に、オーバーレイ
と下地層との境界へ拡散が激しくなり、反応層を形成し
易くなり、ワイピング現象の原因となり、非焼付性に劣
る。 (4) 鋼裏金と銅鉛軸受合金との境界の銅または銅合金
のメッキ層 厚さ 10μm以下 鋼裏金と銅鉛軸受合金との安定した接着力を確保するた
めに設ける層だが、10μmを越えるとコトス上昇につ
ながる。 (5) 銅鉛軸受合金と鉛合金オーバーレイの境界のN
i,Co,Agまたはこれらの合金のメッキ層 厚さ 5μm以下 鉛合金オーバーレイ中のSn及びInの銅鉛軸受合金中
への拡散を防止する層であるから、5μm以下で十分で
ある。 (6) 鉛合金オーバーレイ及び鋼裏金の最表面の錫、鉛
またはこれらの合金のメッキ層 厚さ 3μm以下 防錆を目的として設ける層であるので、3μm以下で十
分であり、3μmを越えるとオーバーレイの表面特性を
低下させる。 (7) 繰り返し圧延の裏金の圧下率の総合計 7〜35
% 7%未満では、鋼裏金及び銅鉛軸受合金の機械的強度が
前記請求の範囲を維持できず、高速エンジン用軸受に必
要な耐疲労性及び締代が確保できない。また、35%を
越えると圧延回数が増え、コスト上昇につながり、その
割に機械的強度の向上もほとんどみられない。
メッキされた鋼板上に、表1内に示す各成分の銅鉛錫合
金粉末を散布し、還元雰囲気炉内で700〜900℃の
温度で10〜30分間焼結し、その後、ロール間を通し
て、これらの複合焼結材を圧延し、さらに再焼結後、再
圧延を行い、焼結バイメタルを得た。尚、必要に応じ
て、前記再圧延を必要回数だけ繰り返し、圧下率の総合
計を7〜35%となるようにしてもよいことはもちろん
である。尚、比較として銅メッキのない鋼板を用いて、
同様に焼結バイメタルを得た。表1に作製したバイメタ
ルの銅鉛軸受合金の成分、硬さ、引張り強さ、熱伝導
率、鋼裏金の硬さ、0.2%耐力、軸受合金と鋼裏金の
接着強さ、軸受合金と鋼裏金の境界のCuメッキの有
無、厚さ、及び圧延の総圧下率を示す。しかる後、プレ
ス、機械加工により、半円形の軸受形状を作製した。そ
の後、軸受合金を一般の電気メッキの場合と同様に脱脂
及び酸洗を行い、1〜2μm厚のニッケルメッキを行な
う。このニッケルメッキについては、一般のワット浴を
使用した。そして、その表面に一般によく知られている
硼弗化浴を用いて、鉛−錫合金メッキを行った。さら
に、その表面にスルファミン酸浴にてインジウムメッキ
を行い、その後、1〜2μm厚のSnメッキを行った。
その後、インジウムを合金化するために、140℃で2
時間熱処理を行った。表2に施した鉛合金オーバーレイ
の成分及び溶融開始温度を示す。以上、前記方法によっ
て得られた多層摺動材料について各層の組合せを表3に
示す。この組合せによって得られた多層摺動材料につい
て、高速条件下における非焼付性を確認するため、静荷
重下で軸周速25m/sec 、回転数9000rpmの高速
焼付試験機を用いて、比較試験を行った。この試験の詳
細な条件を表4に示す。1時間のなじみ運転後、潤滑油
の給油量を150ml/min とし、静荷重を累積的に増加
させ、軸受の背面温度が200℃を越えるか、または、
モーター駆動電流値が異常を示した時を焼付きと判定し
た。この焼付きが起こる前の面圧(焼付かない最高面
圧)を表3に示す。また、軸受の組付け前後の高さの変
化を確認するために、表3のA、J、Kの各々の組合せ
について、1時間のなじみ運転後、面圧300kgf/cm
2 、回転数9000rpm にて20時間運転後、高さの測
定を行い比較した。この高さの変化量について表5に示
す。さらに、銅鉛軸受合金と鉛合金オーバーレイとの境
界にニッケルメッキの有るものと無いものについて、表
2のNo.1のオーバーレイを施したもので耐食性の比較を
行った。その方法としては、抑制剤を含まないSAE1
0エンジン油に腐食剤としてオレイン酸を1%添加し、
その中に130℃で100時間浸漬し、その腐食減量を
測定することによった。この腐食減量について表6に示
す。
られた多層摺動材料は比較材と比べて、様々な点で高速
用エンジン軸受の材料として優れている。即ち、銅鉛軸
受合金は硬さ、引張り強さといった機械的強度は高いレ
ベルを維持しながら、熱伝導率を低下させない高速高温
域においてバランスのとれた成分系であり、製造条件に
おける圧延の総圧下率の高い事が、銅鉛軸受合金及び鋼
裏金の機械的強度を高いレベルに保持するのに効果があ
り、耐疲労性の向上及び軸受とハウジングの密着性を向
上させるための高い締代の確保に役立っている。また、
鋼裏金と銅鉛軸受合金との境界に設けたCuメッキ層が
接着力の向上に寄与していると判断できる。さらに、バ
イメタルの圧延の総圧下率についていえば、組付け前後
の高さの変化量が本発明品は比較材の4分の1程度であ
り、エンジンの高速化に対応できる高い締代の確保に役
立っている。また、鉛合金オーバーレイについては本発
明品は高い溶融開始温度を維持しつつ、高速域で優れた
非焼付特性を示した。さらに、銅鉛軸受合金と鉛合金オ
ーバーレイの境界にNiメッキ層を設けることで、鉛合
金オーバーレイの腐食減量が5分の1程度になり、軸受
材料の耐食性の向上に一役をになっていると判断でき
る。これら優れた各層の組合せからなる本発明の多層摺
動材料は高速域での焼付試験においても安定して高いレ
ベルを示しており、本発明の効果が明確である。以上の
事から、本発明に示した鋼裏金、銅鉛軸受合金及び鉛合
金オーバーレイ等の成分、諸物性及び製造方法の改善、
向上によって得られた多層摺動材料は、内燃機関の高速
域における潤滑油の温度上昇及びハウジングへの慣性力
増大等の苛酷な条件下で非焼付性という点で従来の多層
摺動材料にない高い水準を有するものである。
Claims (6)
- 【請求項1】 鋼裏金、該鋼裏金に接合された銅鉛軸受
合金及び該銅鉛軸受合金に接合された鉛合金オーバーレ
イの三層構造からなり、前記鋼裏金がビッカース硬さ1
55以上、0.2%耐力42kgf/mm2 以上であり、ま
た前記銅鉛軸受合金の熱伝導率が0.25 cal/cm・se
c ・℃以上を有し、合金のビッカース硬さが75以上、
引張り強さ18kgf/mm2 以上であり、前記鉛合金オー
バーレイがその重量比で錫2〜8%、インジウム3〜1
1%の範囲で含み、かつ鉛合金オーバーレイの溶融開始
温度が250℃を越える高速用多層摺動材料。 - 【請求項2】 前記第1項記載の銅鉛軸受合金がその重
量比で鉛15〜30%、錫0.5〜20%の範囲で含む
銅合金である高速用多層摺動材料。 - 【請求項3】 前記第1項記載の多層摺動材料に於て、
鋼裏金と銅鉛軸受合金との境界に厚さ10μm以下の銅
または銅合金のメッキ層が施されている事を特徴とする
高速用多層摺動材料。 - 【請求項4】 前記第1項記載の多層摺動材料に於て、
銅鉛軸受合金と鉛合金オーバーレイとの境界に厚さ5μ
m以下のNi、Co、Agまたはこれらの合金のメッキ
層が施されている事を特徴とする高速用多層摺動材料。 - 【請求項5】 前記第1項記載の多層摺動材料に於て、
鉛合金オーバーレイ及び鋼裏金の最表面に厚さ3μm以
下の錫、鉛又はこれらの合金のメッキ層が施されている
事を特徴とする高速用多層摺動材料。 - 【請求項6】 前記第1項記載の多層摺動材料を得る製
造方法に於て、鋼裏金上に散布した銅鉛錫軸受合金粉末
を焼結−圧延の繰り返しによりバイメタルを製造する工
程を有し、その繰り返し圧延の圧下率の総合計が投入時
の裏金厚に対し、7〜35%の範囲で実施する事によ
り、鋼裏金のビッカース硬さ155以上、0.2%耐力
42kgf/mm2 以上、銅鉛軸受合金のビッカース硬さ7
5以上、引張り強さ18kgf/mm2 以上の強度を持たせ
る事を特徴とする高速用多層摺動材料の製造方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3026314A JP2595386B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | 高速用多層摺動材料及びその製造方法 |
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