JPS62224722A

JPS62224722A - 軸受材料

Info

Publication number: JPS62224722A
Application number: JP61066138A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kamiya; 荘司神谷; Makoto Masaki; 正木　良
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1987-10-02
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH0810012B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、裏金と、高温強度の大きい、つまり高温状態
でも硬さの低下の小さいＡｌ軸受合金からなるライニン
グ層を有する軸受材料に関する。

「従来の技術」従来、鋼板製の裏金と、高温硬さの大きいＡｌ軸受合金
からなるライニング層とを圧着させた軸受材料（例えば
特公昭５８−１４８６６号公報）は既に知られており、
更に裏金鋼板とＡｌ軸受合金からなるライニング層との
間にＡｌ又はＡｌ合金からなる中間層を介在させた軸受
材料（例えば特公昭３７−１５０１４号公報、特公昭４
４−２８１７４号公報）は既に知られている。

特公昭５８−１４８６６号公報のアルミニウム軸受合金
は、重量％でＳｎ　３．５〜３５％、　Ｃｒ　Ｏ，１％
〜１％、Ｓｉ１〜１０％、　Ｍｎ、　Ｓｂ、　Ｔｉ、　
Ｎｉ、　Ｆｅ、　Ｚｒ、　Ｍｏ。

Ｃｏ、の１種又は２種以上を１〜１０％でその総量が１
０％以下、および残部がＡｌからなり、さらに必要に応
じて、Ｃｕ及び／又はＭｇを３．０％以下、或いはこれ
に代えて、又はこれとともに、Ｐｂ、　Ｂｉ、　Ｉｎの
１種又は２種以上を９％以下添加したことを要旨とする
ものである。

特公昭３７−１５０１４号公報の軸受製造用複合金属ス
トリップは、錫を含有しない、または本質的に錫を含有
しないアルミニウムまたはアルミニウム合金とアルミニ
ウムー錫合金のストリップを圧延機に通し最初の通過で
本質的に寸法を減らすことによって両者を圧延結合させ
ること、そのようにしてつくられた二枚重ねのストリッ
プの錫のないまたは本質的に錫のない表面と鋼のストリ
ップを圧延機に通し最初の通過で本質的に寸法を減らす
ことによって上記表面を鋼のストリップに圧延結合させ
ること、結合の行われる予定の表面における圧延結合段
階に先立って各ストリップがそれぞれ適当に製造される
ことからなる。複合金属ストリップの製造方法を要旨と
するものである。

特公昭４４−２８１７４号公報のベアリング製造用合成
材料は、高錫アルミニウム合金の表面層をスチール裏板
の面に接着させてなるベアリング製造用合成材料を生産
する方法にして、スチールストリップと、高錫アルミニ
ウム合金ストリップと、これらの中間アルミニウム箔ス
トリップとをロール加圧し、而して上記高錫アルミニウ
ム合金のストリップ及びスチールストリップの少なくと
も一方を約２３０℃を越えない温度にまで加熱する方法
を要旨とするものである。

「発明が解決しようとする問題点」上記公知の各アルミニウム軸受合金はそれぞれ従来のも
のに対して優れた性能を有するものであるが、近年の内
燃機関のように小型化・高出力化が要求されるようにな
ると、軸受材料はより高荷重、高温度の条件下で使用さ
れることとなり、このような悪条件下では従来の軸受材
料は疲労破壊。

異常摩耗、焼付き等を起こしてトラブルの要因となって
いた。

特公昭５８−１４８６６号公報のアルミニウム軸受合金
は、裏金鋼板との密着力が充分でなく、疲労強度の面で
問題があった。

また、特公昭３７−１５０１４号公報および特公昭４４
−２８１７４号公報の軸受材料は、裏金とＡｌ軸受合金
からなるライニング層との間に、Ａｌ又はＡｌ合金から
なる中間層を設けた３層の軸受材料であるが、従来のこ
の種の軸受材料における中間層は、裏金とライニング層
との密着強度が小さい場合に、すなわちライニング層を
裏金に強固に密着させることが困芝な場合にその密着強
度を増大させる目的で設けられたもので、本発明のよう
に疲労強度の向上を意図したものではなく、実際に後の
実験結果で示すように、従来周知の３層軸受材料では疲
労強度の向上はさほど認められなかった。これは、従来
の３層軸受材料に用いられているライニング層の高温硬
さと中間層の高温硬さとが同程度であり、高温条件下で
はライニング層、中間層ともに柔くなってしまうことが
あると考えられる。

ｒ問題点を解決するための手段」本発明者等はこれらの問題点を解決するために、より高
温での強度の向上、耐焼付性の向上、疲労強度の増大を
図るため、より効果的な組合せを見出した。すなわち、
特公昭５８−１４８６６号公報のアルミニウム軸受合金
のような、高温硬さの大きいＡｌ軸受合金をライニング
層とし、裏金とライニング層との間に、ライニング層よ
りも高温硬さの小さい実質的に純粋なＡＩ又はＡｌ合金
からなる中間層を設けると、疲労強度が一層向上するこ
とに着目してなされたものである。

本発明の軸受材料は、裏金と、少なくとも３〜３５ｗｔ
％のＳｎおよび０．１〜１０ｗｔ％のＺｒ、Ｖ、　Ｎｂ
、　Ｍｏ、Ｃｏの少なくとも１種以上を含む高温硬さの
大きいＡｌ軸受合金からなるライニング層と、上記裏金
とライニング層との間に介在され、そのライニング層よ
りも高温硬さの小さいＡｌ又はＡｌ合金からなる中間層
を設けたものを基本とし、必要に応じ上記ライニング層
にＳｉ、　Ｍｎ、　Ｓｂ、　Ｔｉ、　Ｎｉ、　Ｆｅの少
なくとも１種以上を添加し、或いはこれに代えて又はこ
れとともに、Ｃｕ、　Ｍｇの少なくとも１種以上を、或
いはこれに代えて又はこれとともに、ｐｂ、Ｂｉ、　Ｔ
ｌ、Ｃｄ、　Ｉｎの少なくとも１種以上を添加できるも
のである。なお、用途に応じ上記中間層にＳＬ等、Ｃｕ
等、ｐｂ等を添加することができる。

本発明のアルミニウム軸受合金におけるＳｎは潤滑を主
目的として添加される元素であって、３ｗｔ％未満では
潤滑の効果がなく、３５％Ｉｔ％を越えると全体に軟ら
かくなって耐荷重性が低下する。Ｓｎの好ましい添加量
は、３．５〜２０％で、より好ましい添加量は、５〜１
５％である。

Ｚｒ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｃｏｔ±高温硬高温数
良を主目的として添加される元素であって、０．１ｗｔ
％高温硬さの改良は期待できず、Ｌｏｕｔ％を越えて添
加すると析出物が析出しすぎて軸受台金としては硬くな
りすぎる。好ましい添加量の範囲は０．２〜３％で、さ
らに好ましい添加量の範囲は０．３〜１％である。

なお、　ｚｒ、　Ｖ、　Ｎｂ＋　Ｍｏ、　Ｃｏの添加に
よる高温強度の維持１組織の微細効果等は後述する。

Ｃｕ、　Ｍｇの添加量は０．２％〜２％で、これは高温
下での強度の低下をより小さくするために添加するもの
である。０．２％未満ではその効果がそれ程期待できず
、２％を越えて添加すると硬くなりすぎて圧延性を阻害
する上、耐蝕性が低下する。さらに好ましい範囲は０．
２〜１．５％で、最も好ましい範囲は０．５〜１．２％
である。

中間層のＡｌ合金に添加する場合のこのＣｕ、　Ｍｇは
上記と同じ目的で添加することができる。

Ｓｉ、　Ｍｎ、　Ｓｂ、　Ｔｉ、　Ｎｉ、　Ｆｅ、は耐
摩耗性を向上させる目的で添加するもので、上記Ｚｒ、
　Ｖ＋　Ｎｂ、　Ｍｏ。

Ｇｏの少なくとも１種以上との総量がＬｏｕｔ％以下で
ある。０．２％未満では析出量が少なくて耐摩耗性の有
効な向上が認められず、逆に１０％を越えて添加すると
析出物が析出しすぎ、圧延性が悪くなって圧延、焼鈍の
繰り返しが困難となり、Ｓｎの微細化が妨げられるから
である。さらに好ましい範囲は０．５〜５％で、最も好
ましい範囲は１．５〜３％である。

さらに本発明は、必要に応じてＳｎの潤滑金属としての
性能を改良するためにＰｂ、　Ｂｉ、　Ｔｌ、Ｃｄ、Ｉ
ｎを１種又は２種以上を総量で９ｗｔ％以下添加したも
ので、０．１％未満では実質的に潤滑性の改善効′果は
期待できず、逆に９％を越えて添加すると軟らかくなり
すぎ対疲労性が悪くなる。さらに好ましい範囲は０．５
〜５％で、最も好ましい範囲は１〜３％である。

「作用」裏金と高温硬さの大きいライニング層との間に高温硬さ
の小さい中間層を介在させると、高温状態において、ラ
イニング層は硬さがそれほど低下しないのに対し、中間
層の硬さが大きく低下して高温硬さの小さい中間層が高
温硬さの大きいライニング層に対するクッション材とし
て作用するようになり、これによって疲労強度が向上す
るものと考えられる。また、特に中間層が純粋なＡｌ又
はこれに近いＡｌ合金からなっているとライニング層の
放熱性が良好となり、これも疲労強度の向上に役立つも
のと考えられる。

次に各添加元素の作用について説明する。

Ｚｒ、　Ｖ、　Ｎｂ＋　Ｍａｙ　ＧｏはＡｌ中に固溶す
ることによってＡｌの再結晶温度を上げ、かつ固溶する
こと自体でＡＩ地の硬さを上昇させるが、これと同時に
数回の圧延によっても鋳造時に比して硬さが上昇する。

再結晶温度を上げることは、内燃機関の軸受がさらされ
る高温領域でも安定した機械的性質を維持させるために
効果があり、特に硬さについては、高温下での硬さの低
下を少なくして高温領域での軸受強度の向上をもたらす
、また固溶限を過ぎて析出するＡｌ−Ｚｒ％ＡＩ−Ｖ、
Ａｌ−Ｎｂ、＾１−Ｎｏ。

ＡＩ−Ｇｏの金属間化合物は、高温でも安定して存在し
このためこの析出物が細かく分散することは再結晶温度
を上げ高温硬さの維持を助けるので、これが適量分散す
ることは良い効果を生じる。

さらに、上記析出物が＾１地金中に細かく分散して存在
すると、その金属間化合物が直接的にはＡｌ粒界の移動
、つまりはＳｎ粒子の粗大化を防ぎ、このことは圧延、
焼鈍の繰り返しによって微細化されたＳｎ粒子をそのま
まに保つことにつながり、前記種々の効果を持つのであ
る。またＳｎ粒子が微細なまま保持されてＡｌ地金中に
存在するということは、同時に２３２℃という低い融点
をもっＳｎ粒子の高温化での溶出現象を防止するために
も効果的である。

このような効果はＣｒにも若干あるがＣｒの場合には４
５０℃３０分でＳｎの粗大化が始まるのに対し、Ｚｒ、
　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｃｏの場合には５００℃３０
分でもＳｎの粗大化を阻止する能力がある。

また、Ｃｕの強度に関する効果はＺｒ、　Ｖ、　Ｎｂ、
　Ｍｏ。

Ｃｏと同時に添加して生じるもので、Ｃｕ単独では高温
化での強度の上昇の効果は期待できない。すなわちＣｕ
はＡｌ中に添加した場合に圧延時の硬さの上昇が大きく
、同一圧延率でも他の元素を添加したＡｌ材料に比し、
硬さの上昇は顕著であるが、２００℃近くまで加熱する
と容易に軟化し、高温強度の維持はできない。これに対
してｌｒ、　’Ｊ　、　Ｎｂ、　Ｍｏ。

Ｇｏの１種以上とＣｕとを同時に添加すると、Ｃｕの添
加によって圧延時に高くなった硬さが焼鈍してもＺｒ、
　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｃｏの添加効果によりあまり
低下しない。このため強度の高いアルミニウム軸受合金
が得られ、かっこの強度は高温下においても従来のこの
種の合金のように大きく低下することがない。

さらにｐｂの潤滑性に関する効果はＺｒ、　ｖ、　Ｎｂ
。

Ｍｏ、Ｃｏの１種以上と同時に添加して尚一層の効果が
ある。すなわち、Ａｌ−５ｎ系軸受合金の中にｐｂを単
独で加えると、Ａｌ−５ｎ系合金中へ合金化されてＳｎ
の融点か低くなってしまうという欠点が避けられなイ、
コれに対し、　Ｚｒ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｃｏを
添加することによってＳｎ粒を微細化し、がっその組織
を高温でも維持できるようにしておくと、Ｐｂを加えて
も上記のような弊害は生ぜずに潤滑性を改善することが
できると共に、耐疲労性の向上を図ることができる。

Ｓｉはそれ自体の硬さが高くて鋳造性に優れており、ま
たその析出物はビッカース硬さで約１０００にも達して
非常に硬いため、軸との摺動による軸受の摩耗を著しく
減少させることができる。軸よりも軟らかい軸受ではそ
の軸受面が切削されることになり、この状況が進行する
と軸受表面粗さが粗くなったり、軸と軸受とのクリアラ
ンスが増大して油膜が構成されなくなり、軸と軸受との
直接接触、つまり金属接触が多く起って焼付に至るよう
になるが、上記析出物は焼入れ鋼軸は勿論、鋳鉄軸より
も硬いため、鋳鉄軸を使用した場合の耐摩耗性の向上並
びに耐焼付性の向上に特に効果がある。

「実施例」以下図示実施例について本発明を説明すると、第１図に
おいて、１は鋼板からなる裏金、２は高温硬さの小さい
Ａｌ又はＡｌ合金からなる中間層、３は高温硬さの大き
いＡｌ軸受合金からなるライニング層で、それら裏金１
、中間層２およびライニングＲ４３を相互に一体に圧接
して軸受材料４として構成している。

上記高温硬さの小さい中間層２は実質的に純粋なＡｌ、
例えば商業的に純粋なＡＩから構成することができ、或
いはそれに総量で０．１〜２％のＣｕ、Ｍｇの一方又は
両方を添加してもよい。なお、用途に応じて中間層２の
厚さはライニング層３と同程度までの厚さとしてもよい
。

次に１本発明の効果を実験結果について説明する。この
実験は、回転荷重試験機を用いて中間層２を設けた試料
と設けない試料（ともにすベリ軸受として製造）とにつ
いて耐疲労性がどの程度向上するかを測定したもので、
　　８０００ｒｐ園で軸を回転させ、測定すべき試料に
面圧３００ｋｇ／ｄの回転荷重を与えてその試料に疲労
が生じるまでの時間を測定したものである。このときの
油温は１６０℃。

潤滑油は７．５％ｌ−３０であった。

下記第１表は、それぞれ上記実験に使用した試料におけ
る高温硬さの大きいＡｌ軸受合金からなるライニング層
３の組成と、それぞれの試料に対する実験結果とを示し
ており、また本実験では高温硬さの小さい中間層２とし
て商業的に純粋なＡｌを使用し、その厚さを５０μ曙と
している。

第１表において、試料１〜２４は本発明品、試料２５〜
・２８は比較材である。また疲労時間の欄において２０
以上又は３０以上と記載されているのは、２０時間又は
３０時間経過しても疲労が生じなかったことを意味して
いる。

このような、第１表の実験結果から理解されるように１
本発明に係る試料においては疲労強度の向上がめざまし
く、試料３．１０．１２．１８、′２０における疲労強
度は中間Ｍ２を設けることにより３００％以上も向上し
、本発明の試料は全て２００％以上の向上が認められる
。

これに対し、　Ｚｒ＋　ｖ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｃｏの
１種以上を含んでいない、したがって高温硬さの小さい
ライニング層３を有する比較材２５〜２８においては、
最大でも試料２８で示す１７１％の向上にすぎず、本発
明の試料に比較して中間層２を設けても疲労強度の向上
がさほど期待できないことが認められる。

「発明の効果」以上のように、本発明によれば、高温硬さの大きいライ
ニング層にそれよりも高温硬さの小さい中間層を設ける
と耐疲労性を大幅に向上させることができるという従来
では予期されなかった効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）裏金と、少なくとも３〜３５ｗｔ％のＳｎおよび
０．１〜１０ｗｔ％のＺｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｏの少
なくとも１種以上を含む高温硬さの大きいＡｌ軸受合金
からなるライニング層と、上記裏金とライニング層との
間に介在され、そのライニング層よりも高温硬さの小さ
いＡｌ又はＡｌ合金からなる中間層を設けたことを特徴
とする軸受材料。
（２）ライニング層のＡｌ軸受合金が、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ
ｂ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅの少なくとも１種以上を含み、か
つこの添加物と上記Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｏの少な
くとも１種以上との総量が１０ｗｔ％以下であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の軸受材料。
（３）ライニング層のＡｌ軸受合金が、総量で０．１〜
２ｗｔ％のＣｕ、Ｍｇの一方又は両方を含むことを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項のいずれか１に
記載の軸受材料。
（４）ライニング層のＡｌ軸受合金が、総量で９％以下
のＰｂ、Ｂｉ、Ｔｌ、Ｃｄ、Ｉｎを１種又は２種以上を
含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３
項のいずれか１に記載の軸受材料。
（５）中間層のＡｌ合金が、総量で０．１〜２％のＣｕ
、Ｍｇの一方又は両方を含むことを特徴とする特許請求
の範囲第１項ないし第４項のいずれか１に記載の軸受材
料。