JPH0347932A - 高温で耐摩耗性にすぐれた銅基焼結合金 - Google Patents

高温で耐摩耗性にすぐれた銅基焼結合金

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JPH0347932A
JPH0347932A JP1182098A JP18209889A JPH0347932A JP H0347932 A JPH0347932 A JP H0347932A JP 1182098 A JP1182098 A JP 1182098A JP 18209889 A JP18209889 A JP 18209889A JP H0347932 A JPH0347932 A JP H0347932A
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阿久津 英俊
Toru Kono
河野 通
Masato Otsuki
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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〕 この発明は、常温から高温までのいずれの状況下におい
てもすぐれた耐摩耗性を有する銅基焼結合金、特に高温
下での耐摩耗性にすぐれた銅基焼結合金に関するもので
あり、内燃機関のガイドブツシュ、ターボチャージャー
の軸受などとして用いるに適した銅基焼結合金に関する
ものである。
〔従来の技術〕
従来、上記各種部材の製造に、重量%で(以下%は、重
量%を示す。) 、Cu −28%2n −6%Agの
代表組成を有する銅基溶製合金が用いられていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記の従来の銅基溶製合金は、比較的低温から
高温にわたって使用した場合、特に高温下において、焼
付きが発生し、耐摩耗性に問題があった。
最近の、内燃機関は、高出力化にともない、従来よりも
摺動部が一層高温に曝らされるため、特に高温下におい
て、焼付きが発生せずかつ耐摩耗性にすぐれた銅基合金
の開発が強く望まれでいた。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者らは、上述のような観点から、特に上
記の従来の銅基溶製合金に着目し、−段とすぐれた耐焼
付き性および耐摩耗性を有する銅基焼結合金を開発すべ
く研究を行った結果、Zn:5〜25%、 Mn:0.1〜3%、 Si:0.1〜2%、 Fe、Ni、およびCoのうち1種または2種以上二0
.1〜3%、 酸素: 0.01〜0.5%、 を含有し、さらに必要に応じて、 (a) AR: 0.1〜OJ%、 (b) Cr 、 Mo 、およびWのうち1種または
2種以上:0.1〜2%、 以上(a)〜(b)のうちのいずれか1種または2種を
含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成、
並びに素地中に微細な酸化物および金属間化合物が均一
に分散しかつ空孔が容積率で1〜15%分布した組織を
有する銅基焼結合金は、常温および高温における耐摩耗
性が向上し、さらに素地中に微細な酸化物および空孔が
存在することにより高温下での耐焼付き性が向上すると
いう知見を得たのである。
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであ
って、この発明の銅基焼結合金は、上記組成によって、
素地中に、1〜40ttnの粒度範囲内に分布した酸化
物が0.1〜7%の面積率で均一分散し、かつ同じく1
〜25t1mの粒度範囲内に分布した金属間化合物が1
〜8%の面積率で均一分散し、さらに、1〜40.cm
の粒度範囲内の空孔が1〜15容量%均一分布した組織
を持ち、これら酸化物と金属間化合物が素地中に存在す
ることによって常温および高温での耐摩耗性が著しく向
上し、これら酸化物と空孔が素地中に存在することによ
って高温下での耐焼付き性が著しく向上するものである
つぎに、この発明の銅基焼結合金の成分組成および空孔
を上記のごとく限定した理由について説明する。
(a)、空孔 空孔は、摺動面に分布し、特に高温下での耐焼付き性を
改善する作用を有するが、1容量%未満ではその効果が
得られず、一方、15谷量%より多く分布すると強度が
低下するのみでなく、熱伝導度が低下することにより逆
に耐熱性が悪くなり、高温下での耐焼付き性が低下し、
また耐摩耗性も低下するので好ましくない。
したかって、空孔の分布量は、1〜15容量%に定めた
(b)、 Zn Znは、Cuとともに素地を形成し、合金の強度および
靭性を向上させる作用があり、さらに酸素と結合して酸
化物を形成し、高温での耐焼付き性並びに常温および高
温での耐摩耗性を改善する作用を有するが、5%未満で
はその効果がなく、一方、25%を越えて含有すると、
熱伝導度が低下するとともに高温下での耐焼付き性が低
下するようになる。
したがって、Znの含有量は、5〜25%に定めた。
(c)、MnおよびSt これらの成分は、お互いに結合して素地中に微細に分散
する金属間化合物を形成し、また、Mnの一部は素地に
固溶して銅基焼結合金の強度を向上させる作用があり、
さらにStは、W、Mo。
またはCrと結合して硬くて微細な金属間化合物を形成
し、常温および高温での耐摩耗性および耐焼付き性を改
善する作用を有するが、これらの成分は、それぞれ0.
1%未満ではその効果がなく、一方、Mnは3%を、S
iは2%をそれぞれ越えて含有すると逆に耐焼付き性が
低下し相手攻撃性が増すので好ましくない。
したがって、MHの含有量は0.1〜3%、Slの含有
量は、0,1〜2%にそれぞれ定めた。
(d)、酸素 酸素は、Cu、ZnおよびSt、並びに必要に応じて含
有されるAI、W、MoおよびCrと結合して、素地中
に均一微細に分散する酸化物を形成し、常温および高温
での耐摩耗性を向上させ、特に耐焼付き性および耐熱性
の改善によって、高温下での耐摩耗性を向上させる作用
を有するが、0.01%未満ではその効果がなく、一方
、0.5%を越えて含有すると、酸化物の粒径が40即
を越えて粗大化するばかりでな(、面積率で7%を越え
て多くなりすぎ、合金の強度および靭性を低下させるほ
か、相手攻撃性を増し、好ましくない。
したがって、酸素の含有量は、0.旧〜0,5%に定め
た。
(e)、Fe、NiおよびC。
これらの成分は、いずれも素地中に分散して合金の強度
および靭性を向上させるとともにCu、並びに必要に応
じて含有されるAI、W、MoおよびCrと結合して、
素地中に分散する微細な金属間化合物を形成し、耐摩耗
性を向上させるとともに耐熱性を向上させ、耐焼付き性
にも効果かあるが、その含有量が0.1%未満ては、所
望の効果が得られず、一方、その含有量か3%を越えて
含有すると靭性が低下するとともに熱伝導度が低下する
ことにより耐焼付き性が劣化するようになるので好まし
くない。
したがって、Fe、NjおよびCOの含有量は、0.1
〜3%に定めた。
(f)、 AI AIは、CuおよびZnとともに高強度および高靭性を
有する素地を形成するほか酸素と結合して酸化物を形成
し、高温下での耐焼付き性並びに常温および高温下での
耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が0.
1%未満では、所望の効果が得られず、一方、その含有
量が0.3%を越えて含有すると熱伝導度が低下し、耐
焼付き性が劣化するようになるので好ましくない。
したがって、A、Qの含有量は、0.1〜0.3%に定
めた。
(g)、W、MoおよびCr 0 これらの成分は、いずれもFe、NiおよびCoと結合
して、素地中に分散する微細な金属間化合物を形成し、
また酸素と結合して微細な酸化物を形成し、耐摩耗性を
向上させるとともに耐焼付き性を向上させる効果がある
が、その含有量が0.1%未満では、所望の効果が得ら
れず、一方、その含有量が2%を越えて含有すると靭性
が低下するので好ましくない。
したがって、W、MoおよびCrの含有量は、0.1〜
2%に定めた。
なお、この発明の銅基焼結合金は、不可避不純物として
P、Mg、Snおよびpbを含有する場合があるが、そ
の含有量が合計で1.5%以下であれば、合金特性が何
等損なわれるものではないので、その含有量を許容でき
る。
〔実 施 例〕
つぎに、この発明の銅基焼結合金を実施例により具体的
に説明する。
原料粉末として、いずれも200mesh以下の、Cu
−5%Zn合金粉末、Cu−30%Zn合金粉末、Cu
粉末、Zn粉末、AI?粉末、Si粉末、Mo粉末、W
粉末、C「粉末、Fe粉末、Ni粉末、およびCo粉末
を用意し、これら原料粉末を配合し、V型ミキサーで3
時間粉砕混合したのち、5〜7ton/c+a’の範囲
内の所定の圧力で圧粉体にプレス成型し、露点二〇℃〜
−30’Cの水素ガス中、850〜950℃の範囲内の
所定の温度で1時間保持の条件で焼結し、ついで空孔量
をコントロールするために、必要に応じて400〜60
0℃の範囲内の所定の温度に1分間保持後、再加圧を行
うことにより、 圧壊荷重測定用として、外径: 63mm、内径=54
m1m%厚さ:8m+*の寸法を有し、第1表に示され
る組成を有するリングからなる本発明Cu基焼結合金1
〜30.および比較Cu基焼結合金1〜!3を、また、 摩耗測定用として、直径:10市、高さ: 30mrs
の寸法を有する丸棒および外径:12龍、内径=6關、
長さ:45IIIIMの寸法を有するパイプからなる本
発明Cu基焼結合金1〜30、および比較Cu基焼結合
1 金1〜13を、それぞれ製造した。
さらに、通常の溶解法により溶解し鋳造して上記寸法の
リング、丸棒およびパイプからなり、第1表に示される
成分組成を有する従来Cu基基型製合金製造した。
なお、本発明Cu基焼結合金1〜30は、いずれも素地
中に微細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した
組織をもつものであった。
また、比較Cu基焼結合金1〜13は、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分含有量または空孔含有量(第
1表に※印を付したもの)がこの発明の範囲から外れた
ものである。
つぎに、この結果得られた各種のCu基焼結合金につい
て、強度および靭性を評価する目的で上記リングを三分
割し、その1つを試料として常温下の圧壊荷重を測定し
、その結果を第1表に示すとともにさらに高温下での耐
摩耗性を評価する目的で下記の摩耗試験を行った。
摩耗試験 I 上記直径=lOLII+1、高さ: 30+amの寸法
を有する丸2 棒を加工して直径:1.5mmのピンを作製し、さらに
相手材としてクロムメツキしたSUH材製ディスクを用
意し、上記ディスクの裏側よりバーナーにてディスクを
620℃に加熱しながら周速:2.1m/seeで回転
せしめ、一方、上記ピンを押し付荷型:8kgで上記デ
ィスクに押付け、5 W −30オイルを滴下しなから
摺動距離:I5kmを摺動せしめ、相手材に対する高温
での同期特性を評価する目的でピンオンデスク摩擦摩耗
試験を行い、トルクメーターにより発生トルクの変化か
ら焼付き発生の有無の調査を行い、これらの結果を第1
表に示した。
摩耗試験 ■ 上記外径: 12mm、内径=6關、長さ: 45mm
の寸法を有するパイプからなる各種本発明Cu基焼結合
金、比較Cu基焼結合金および従来Cu基基型製合金そ
れぞれ加工して外径:11mm、内径6.5++ms長
さ:45關の寸法を有するパイプからなる各種本発明C
u基焼結合金、比較Cu基焼結合金および従来Cu基基
型製合金らなる試料を製造し、一方、3 4 相手材としてSUH材を塩クロムメツキ処理した直径:
 8.42mll5長さ:150mmの丸棒を用意した
上記相手材である丸棒を上記試料であるパイプ孔に挿入
し、相手材である丸棒の片端部をバーナーで加熱しつつ
片端部雰囲気温度を550℃とし、上記試料を相手材に
押付荷重:6kgで押付け、5W−30オイルを滴下し
ながら、上記相手材である丸棒を上記試料であるパイプ
孔の軸方向にストローク摺動距離: 15mm、 40
00ストロ一ク/分で30分間摺動の条件で摩耗試験を
行い、摩耗量を測定し、さらに焼付きの有無および相手
材の表面状態を観察し、それらの結果を第1表に示した
なお、相手材の表面状態については、全くキズが見られ
なかったものをO印、一部焼付きによるキズが見られた
ものをΔ印、摩耗キズが表面に見られたものをX印を付
して区別した。
〔発明の効果〕
第1表に示される結果から、本発明Cu基焼結合金1〜
30は、いずれも従来Cu基基調製合金比べて、−段と
すぐれた耐摩耗性および耐焼付き性をもち、また比較C
u基焼結合金1〜13に見られるように、構成成分およ
び空孔のうちいずれかでもこの発明の範囲から外れると
、高温下での耐摩耗性、耐焼付き性もしくは相手攻撃性
、または常温下での強度および靭性のうち少なくともい
ずれかの性質が劣ったものとなることが明らかである。
上述のように、この発明のCu基焼結合金は、高温下で
の耐摩耗性および同期特性を有するので、高出力化に伴
う高温度にさらされる各種機器の構造部材として十分に
対応することができ、実用に際しては、すぐれた性能を
長期にわたって発揮することにより工業上すぐれた効果
をもたらすものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Zn:5〜25%、 Mn:0.1〜3%、 Si:0.1〜2%、 Fe、Ni、およびCoのうち1種または2種以上:0
    .1〜3%、 酸素:0.01〜0.5%、 を含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成
    (以上重量%)、並びに素地中に微細な酸化物および金
    属間化合物が均一に分散しかつ空孔が1〜15容量%分
    布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗性に
    すぐれた銅基焼結合金。
  2. (2)Zn:5〜25%、 Mn:0.1〜3%、 Si:0.1〜2%、 Fe、Ni、およびCoのうち1種または2種以上:0
    .1〜3%、 酸素:0.01〜0.5%、 を含有し、さらに、 Al:0.1〜0.3%、 を含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成
    (以上重量%)、並びに素地中に微細な酸化物および金
    属間化合物が均一に分散しかつ空孔が1〜15容量%分
    布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗性に
    すぐれた銅基焼結合金。
  3. (3)Zn:5〜25%、 Mn:0.1〜3%、 Si:0.1〜2%、 Fe、Ni、およびCoのうち1種または2種以上:0
    .1〜3%、 酸素:0.01〜0.5%、 を含有し、さらに、 Cr、Mo、およびWのうち1種または2種以上:0.
    1〜2%、 を含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成
    (以上重量%)、並びに素地中に微細な酸化物および金
    属間化合物が均一に分散しかつ空孔が1〜15容量%分
    布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗性に
    すぐれた銅基焼結合金。
  4. (4)Zn:5〜25%、 Mn:0.1〜3%、 Si:0.1〜2%、 Fe、Ni、およびCoのうち1種または2種以上:0
    .1〜3%、 酸素:0.01〜0.5%、 を含有し、さらに、 Al:0.1〜0.3% Cr、Mo、およびWのうち1種または2種以上:0.
    1〜2%、 を含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組成
    (以上重量%)、並びに素地中に微細な酸化物および金
    属間化合物が均一に分散しかつ空孔が1〜15容量%分
    布した組織を有することを特徴とする高温で耐摩耗性に
    すぐれた銅基焼結合金。
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