JPH1158034A - 鉄系材料と高力黄銅合金を接合する方法及びその方法 で接合した複合材 - Google Patents
鉄系材料と高力黄銅合金を接合する方法及びその方法 で接合した複合材Info
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- JPH1158034A JPH1158034A JP9244701A JP24470197A JPH1158034A JP H1158034 A JPH1158034 A JP H1158034A JP 9244701 A JP9244701 A JP 9244701A JP 24470197 A JP24470197 A JP 24470197A JP H1158034 A JPH1158034 A JP H1158034A
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Abstract
料と高力黄銅合金とをインサートを用いることなく直接
接触させ、しかも、その間に脆弱な金属間化合物層が発
生しないために、充分な接合強度が得られる鉄系材料と
高力黄銅合金を接合する方法及びその方法で接合した複
合材を提供する。 【解決手段】 機械部品や摺動部品の本体としての鉄系
材料に、耐食性、耐摩耗性、耐焼付性の良好な高力黄銅
合金を接合させる際、それに用いる高力黄銅合金の化学
成分について、Al;3%以下、Zn;15〜50%、
残部Cuとなし、接合面に酸素が介在しないよう窒素や
アルゴン等の不活性ガスや還元性の分解ガス等の雰囲気
でシールしたり、加熱温度で作用する硼砂やフラックス
で覆ったり、真空やその他の方法を用いたりして酸素を
遮断し、鉄系材料と高力黄銅合金の両方又は片方を70
0〜1300℃に加熱して高力黄銅合金を固体、液体又
は半溶融状態で鉄系材料に直接接触させる。
Description
(一部溶融状態での接合を含む)により、本体としての
鉄系材料に、摺動部又は耐食部として高力黄銅合金を複
合一体化する、鉄系材料と高力黄銅合金を接合する方法
及びその方法で接合した複合材に関する。
ャーナル軸受、スラスト軸受等の軸受類、ピストンポン
プ、ピストンモーター用のシリンダーブロック、斜板、
シュー等の摺動部品等、さらには、高速、高荷重下で使
用される部品等が挙げられ、高力黄銅合金単体では強度
が不充分であるため、強靱な鉄系材料と摺動特性の良い
高力黄銅合金を複合される。
淡水、酸、アルカリに触れる部分や、腐食性蒸気や腐食
性ガス等の雰囲気で使用される。つまり、鉄系材料の強
靱性と高力黄銅合金の優秀な耐食性を合わせ求められる
耐食用部品及びこのような耐食性雰囲気下で使用される
摺動部品として必要とされる。
合する場合には、次の如き方法が用いられている。 1)肉盛溶接 2)ロー付け、ハンダ付け 3)インサート法 4)接合界面にNi材、リン青銅材等からなるインサー
ト材、あるいはメツキ層を介して固体接合や鋳込溶着を
なす方法 5)溶射法 6)粉末焼結法 7)鋳込溶着、固体接合
合方法のうち、肉盛溶接や、ロー付け、ハンダ付け、イ
ンサート法では、技術的に困難であるとか、量産に適し
ない等の問題がある。
ので、溶射皮膜の接合強度が低く、摺動条件が厳しいと
剥離することがある。また、溶射温度が約2000℃の
高温であるので、鉛や亜鉛等の沸点の低い成分やアルミ
ニウムや珪素等の酸化しやすい成分を含有する高力黄銅
合金材料では、溶射皮膜中のこれらの元素の含有量にバ
ラツキが生じる。また、製造コストが高くなる欠点もあ
る。
2,LBC−3等)をプレスにより圧縮成形して圧粉体
を造り、これを鉄基材料の上に置き、800〜900℃
の高温で加熱して接合する方法である。この場合、通
常、重錘を加え加圧した状態で加熱し、高力黄銅合金全
部を溶融させることもある。いずれにしても、粉末焼結
層がポーラスのため摺動条件の厳しい用途ではクラック
が生じ剥離しやすく、また、接合強度も低いという難点
がある。
合金との接合では、インサートを用いずに、鋳込や固体
接合又は一部溶融状態での接合を行うことができるの
で、上記の方法に比較して、強力な接合強度を安価に得
られるが、高力黄銅合金であると、接合界面にAl−F
eを主成分とする脆弱な金属間化合物層が生じるので
(図12参照)、さらに高度な接合強度を得るには、こ
の脆弱な金属間化合物層の発生を防止する必要がある。
である高力黄銅合金を溶融点近くに加熱し、固体のまま
鉄と銅の分子間の相互拡散により接合する方法である
が、所望の接合強度を得るためにはインサート材が必要
であり、それを溶融させているのが現状である。
込溶着法又は固体接合法において、鉄系材料と高力黄銅
合金とをインサートを用いることなく直接接触させ、し
かも、その間に脆弱な金属間化合物層が発生しないため
に、充分な接合強度が得られる鉄系材料と高力黄銅合金
を接合する方法及びその方法で接合した複合材を提供す
ることを目的とした。
めに、本発明は、機械部品や摺動部品の本体としての鉄
系材料に、耐食性、耐摩耗性、耐焼付性の良好な高力黄
銅合金を接合させる際、それに用いる高力黄銅合金の化
学成分について、Al;3%以下、Zn;15〜50
%、残部Cuとなし、接合面に酸素が介在しないよう窒
素やアルゴン等の不活性ガスや還元性の分解ガス等の雰
囲気でシールしたり、加熱温度で作用する硼砂やフラッ
クスで覆ったり、真空やその他の方法を用いたりして酸
素を遮断し、鉄系材料と高力黄銅合金の両方又は片方を
700〜1300℃に加熱して高力黄銅合金を固体、液
体又は半溶融状態で鉄系材料に直接接触させることを特
徴とする鉄系材料と高力黄銅合金を接合する方法及びそ
の方法で接合した複合材を提供するものである。
て、Al;3%以下、Zn;15〜50%、残部Cuを
ベースとし、これにSi;0.1〜3%を加えたり、さ
らに順次、Mn;0.1〜5%、Pb;0.1〜4%を
加えたり、或いは、Si;0.1〜3%、Mn;0.1
〜5%、Pb;0.1〜4%、Ni;0.1〜5%、F
e;0.1〜4%、Co;0.1〜3%、Zr;0.0
1〜2%、Cr;0.01〜2%、Ti;0.01〜3
%、Mo;0.01〜2%、V;0.01〜2%、S
n;0.1〜3%、Nb;0.01〜1%、P;0.0
05〜0.5%、Sb;0.05〜1%、Bi;0.1
〜3%において、少なくとも一種が混合されていたり、
すると目的の達成により有効である。
密着を良くしたり、接合界面の気泡やフラックス、その
他の介在物の除去を目的として、鉄系材料と高力黄銅合
金の両方又は片方を500〜1300℃の温度範囲でプ
レス又は重錘等により押し付けて冶金的結合を促すと、
目的の達成により有効である。
は固体接合において、高力黄銅合金の成分を、Al;3
%以下、Zn;15〜50%となすことにより、鉄系材
料との間に、脆弱な金属間化合物層の発生がなく、両金
属が直接強力に接合する。Alが3%よりも多いと、接
合部にAl−Feの脆弱な金属間化合物が生成し、接合
強度が不足する。また、Znが15%よりも少ないと、
高力黄銅合金としての耐摩耗性や耐食性が得られない。
50%よりも多いと、高力黄銅合金中に硬くて脆い相が
析出し、靭性が不足する。次に、このような高力黄銅合
金に他の元素を混合する場合の元素の選定理由と、添加
量限定理由について説明する。
ては、マトリックスに固溶し、マトリックスの強化と材
料の耐食性を向上させる。また、Mn、Fe、Co、Z
r、Ni、Cr、Ti、Mo、V、Nb、P、Sbと共
存し、金属間化合物を構成し、これにより耐摩耗性、耐
焼付性が向上する。そして、Siが3%よりも多いと、
耐食性は飽和し、金属間化合物の分布が不均一となる。
また、0.1%よりも少ないと、耐食性向上の効果が認
められず、金属間化合物の量も不足を来す。
ては、マトリックスに固溶し材料の強度を向上させる。
主としてSiと結びついて金属間化合物を構成し、耐摩
耗性、耐焼付性を向上させる。 (請求項4)Pb(0.1〜4%)については、耐焼付
性、被削性の向上が望める。 (請求項5)Ni(0.5〜5%)は、マトリックスに
固溶し、耐食性と強度を向上させる。また、P、Sb、
Nb、Al、Fe、Co、Zr、Si、Cr、Ti、V
と金属間化合物を作り、耐摩耗性、耐焼付性が向上す
る。
大化の防止と材料強度の向上のためで、Al、Ni、S
i、Co、P、Nb、Mn、Zr、Cr、Ti、Mo、
Sb、Vと金属間化合物を構成し、耐摩耗性、耐焼付性
が向上する。
促進され、また、Al、Si、Ni、Fe、Zr、P、
Sb、Nb、Vと金属間化合物を構成する。
Ni、Fe、Cr、Ti、V、P、Co、Nb、Sbと
の間の金属間化合物の結晶を微細化する。
i、Fe、Ti、Al、Zr、V、Ni、Mo、Mn、
Nb、Sbとの間に金属間化合物を作ると共に、一部固
溶して耐食性を向上させる。
Si、Fe、Niと金属間化合物を構成する。
r、Zr、Co、Fe、Ni、Sbと金属間化合物を構
成する。
Si、Mn、Fe、Co、Zr、Cr、Ti、Mo、
V、P、Sbと金属間化合物を構成し、結晶の微細化を
促進する。
ックスの強化、耐食性の向上、脱亜鉛腐食の防止が望め
る。
合物の構成と、脱亜鉛腐食の防止とを果たす。
Nb、V、Ti、Cr、Zr、Co、Fe、Si、Ni
との金属間化合物の構成と、脱亜鉛腐食の防止が望め
る。
被削性の向上に作用する。
鋼、合金鋼、ステンレス鋼が適宜に使用される。
材料と高力黄銅合金とをインサートを用いることなく直
接接触させ、しかも、その間に脆弱な金属間化合物層が
発生しないために、充分な接合強度が得られる鉄系材料
と高力黄銅合金を接合する方法及びその方法で接合した
複合材を提供することに成功したものであって、これに
よれば、従来に比して、高力黄銅合金の結合強度が格段
に優れ、耐摩耗性、耐食性、耐焼付性等を有効に発揮す
る製品を製造することができるという効果がある。
法による場合とを図面及び表を用いて説明する。いずれ
も、図4に示すように、φ95×29tの鉄系材料1の
円盤面の片面に厚さ2mmの高力黄銅合金3を接合した
複合材Pを得た場合である。
ては、図1が鋳込溶着用を示し、図2が固体(半溶融)
接合用を示す。また、図3は、高力黄銅合金3の材料を
示す。いずれの図面においても、寸法はmm単位で示
す。
S45C(JISG451)材を使用した。これは、炭
素が0.42〜0.48%を成分として含むため、圧延
材又は鍛造材として使用され、一般機械部品用の材料で
ある。強度の高い要求があれば、焼入れ、焼戻しの熱処
理を行って強靱性を高めて使用でき、比較的多用途材と
して広く用いられている。そこで、本実施例では、この
用途を考慮して材料選択した。
100×5mm厚とした(図3)。本発明による高力黄
銅合金3の化学成分については表1の通りであって、鋳
込溶着法と固体接合法とにそれぞれ23種(No1〜2
3)の資料を得た。また、比較例として本発明から外れ
る高力黄銅合金3の化学成分について、同じく鋳込溶着
法と固体接合法とにそれぞれ9種の資料を得た。これを
表2に示す(A〜I)。
砂4を使用した。硼砂4は、金属酸化物を良く溶かす性
質を有し、金属ロウ付け等の溶剤として知られている。
基本的には、硼砂4以外のフラックスであっても、本発
明の接合適正温度700℃よりも低い融点を有するフラ
ックスで、700〜1300℃の温度範囲で活性を示せ
ば、硼砂に限定されない。現状では、種々の他のフラッ
クスの使用を試みたが、硼砂が最も良好な結果を得た。
れ、それから加熱炉へ入れ、900〜950℃の温度を
保持し、1時間加熱して炉から取り出し、別の溶解炉で
溶解しておいた高力黄銅合金3の溶湯を注入する(図
6)。それから、シャワー水冷により冷却した(図
7)。なお、焼入れを行なわない場合には、エアー冷却
による。次に、溶融又は半溶融状態でプレスにより押圧
する。これには油圧シリンダーを用い、荷重18〜12
tonとした。これに関しては、加圧したもの(プレス
施工)、しないもの(プレス無し)との2通りの資料を
得た。次いで、シャワー水冷したものについて、600
℃の温度で1時間焼戻し、放冷してから図4のように機
械加工した。
明する。
から、接合面に硼砂4を散布し(図8)、その上に高力
黄銅合金3を載せる(図9)。次に、加熱炉へ挿入し、
900〜950℃の温度を保持して1時間加熱処理した
後、炉から取り出し、固体状態でプレスにて、荷重8〜
12tonで加圧する。この場合も、加圧したものと、
しないものとの2通りとした。次に、図4に示すよう
に、機械加工を行なった。
価については、剪断強度測定と浸透採傷試験(P.
T.)とを行った。その結果を比較例(A〜I)と共に
表3に示す。
の剪断試験片Paを採取し、図11に示すように剪断力
を測定し、13kgf/mm2以上の値のものを合格と
した。
いて、「JIS Z 2343」に従って、接合界面を
浸透採傷検査(P.T.)した。合否の判定基準は、
1.6mm未満の指示模様を許容するものとした。
測定及び浸透採傷試験の両方において全ての資料で合格
したが、比較例の場合は、P.T.は全て合格したが、
剪断強度は全て不合格となった。また、溶射品について
も同時に測定したが、両方の測定において不合格であっ
た(表3の末欄参照)。
ある。
る。
ある。
Claims (7)
- 【請求項1】 機械部品や摺動部品の本体としての鉄系
材料に、耐食性、耐摩耗性、耐焼付性の良好な高力黄銅
合金を接合させる際、それに用いる高力黄銅合金の化学
成分について、Al;3%以下、Zn;15〜50%、
残部Cuとなし、接合面に酸素が介在しないよう窒素や
アルゴン等の不活性ガスや還元性の分解ガス等の雰囲気
でシールしたり、加熱温度で作用する硼砂やフラックス
で覆ったり、真空やその他の方法を用いたりして酸素を
遮断し、鉄系材料と高力黄銅合金の両方又は片方を70
0〜1300℃に加熱して高力黄銅合金を固体、液体又
は半溶融状態で鉄系材料に直接接触させることを特徴と
する鉄系材料と高力黄銅合金を接合する方法。 - 【請求項2】 高力黄銅合金の化学成分について、A
l;3%以下、Zn;15〜50%、Si;0.1〜3
%、残部Cuであることを特徴とする請求項1記載の鉄
系材料と高力黄銅合金を接合する方法。 - 【請求項3】 高力黄銅合金の化学成分について、A
l;3%以下、Zn;15〜50%、Si;0.1〜3
%、Mn;0.1〜5%、残部Cuであることを特徴と
する請求項1記載の鉄系材料と高力黄銅合金を接合する
方法。 - 【請求項4】 高力黄銅合金の化学成分について、A
l;3%以下、Zn;15〜50%、Si;0.1〜3
%、Mn;0.1〜5%、Pb;0.1〜4%、残部C
uであることを特徴とする請求項1記載の鉄系材料と高
力黄銅合金を接合する方法。 - 【請求項5】 高力黄銅合金の化学成分について、A
l;3%以下、Zn;15〜50%であって、加えて、
Si;0.1〜3%、Mn;0.1〜5%、Pb;0.
1〜4%、Ni;0.1〜5%、Fe;0.1〜4%、
Co;0.1〜3%、Zr;0.01〜2%、Cr;
0.01〜2%、Ti;0.01〜3%、Mo;0.0
1〜2%、V;0.01〜2%、Sn;0.1〜3%、
Nb;0.01〜1%、P;0.005〜0.5%、S
b;0.05〜1%、Bi;0.1〜3%において、少
なくとも一種が混合され、残部がCuであることを特徴
とする請求項1記載の鉄系材料と高力黄銅合金を接合す
る方法。 - 【請求項6】 鉄系材料と高力黄銅合金の密着を良くし
たり、接合界面の気泡やフラックス、その他の介在物の
除去を目的として、鉄系材料と高力黄銅合金の両方又は
片方を500〜1300℃の温度範囲でプレス又は重錘
等により押し付けて冶金的結合を促すことを特徴とする
請求項1,2,3,4又は5記載の鉄系材料と高力黄銅
合金を接合する方法。 - 【請求項7】 請求項1,2,3,4,5又は6の接合
する方法により製造された鉄系材料と高力黄銅合金の複
合材。
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