JPH045745B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は焼結合金軸受及びその製造法に係り、
鉄系焼結合金軸受において有効な耐食性その他の
特性を有せしめ、更には斯様な焼結合金軸受につ
いての工学的に有利な製造法を提供し、低コスト
に斯様な特質性を具備した各種軸受を提供しよう
とするものである。 低コストでしかも強度的に優れた焼結合金軸受
としては鉄系のものが広く利用されている。即ち
この種焼結合金軸受としてはその他に銅系や青銅
系のものも実用化されているが原料費として鉄系
のものは比較的低廉な青銅系のものに比較しても
数分の１以下であり、しかも強度的に優れている
ことから特に高荷重用焼結機械部品に関しては鉄
系のものとせざるを得ない実情である。ところが
このような鉄系焼結合金においては腐食し易いと
いう決定的な不利点を有しており、このため黒化
処理や蒸気処理の如き防錆処理を施すことが必要
で、しかも必ずしも有効な防錆結果が得られず、
又軸受のような防錆処理を採用し得ないような用
途において防錆を必要とする場合には利用され難
いなどの欠点を有している。 本発明は上記したような実情に鑑みて検討を重
ねて創案されたものであつて、低廉でしかも好ま
しい耐食性を有し、又機械的強度に優れていると
共に高潤滑性を有していて前記軸受として適切に
利用することのできる焼結合金を得ることに成功
した。 即ちこのような本発明によるものは、wt％
（以下単に％とする）で、Fe：28〜70％、Cu：15
〜60％、Ni：３〜15％、Zn：３〜20％を含有し、
残部が不可避的不純物より成ることを特徴とした
粉末冶金法による焼結合金を提案するものであつ
て、場合によつては上記基本成分組成のものに対
してPb：10％以下、黒鉛３％以下の何れか１種
又は２種およびこれにSn：５％以下を含有させ
ることができる。又その製造法としてはCu、Ni、
Znの３元合金を一方の母材とし、これに他方の
鉄粉を配合したものを圧粉成形し焼結処理するも
ので、その焼結工程において脱亜鉛を防止するた
め圧粉体を耐熱性（金属を含む）容器に装入して
焼結処理する。 上記したような本発明について更に説明する
と、本発明によるものは鉄と、銅、ニツケル、亜
鉛の４元素を基本成分とするもので、具体的製造
に際しては、前記Cu、Ni、Znの粉末を各別に調
整して準備することを頗る煩雑で、コストアツプ
となる傾向を有するが、これらのCu、Ni、Znを
共に含有した合金粉末として準備することによ
り、充分な簡易性と低コスト化を図り得る。即ち
Cu、Ni、Znの３元系合金材は洋白又は洋銀と称
されるもので、家具などにおける各種装飾用、食
器、楽器その他の器具や貨幣などとして広く利用
されているものであつて、このように器具等とし
て利用されていた合金材を粉末化して利用すると
鉄粉に対して単にこの３元系合金粉末を添加配合
するだけで簡易に調整することができる。然して
この３元系合金についてはそのZn分が高くなる
と（α＋β）組織になり、粘性が低く、加工性が
劣ると云われているが、本発明のような粉末冶金
法では焼結時においてその蒸化量を抑制すれば何
等問題なく、逆に亜鉛の被覆作用により、防錆、
防食効果が顕著に発揮されて鉄系焼結合金におけ
る耐食性を充分に向上し得る。ところで本発明者
等は前記したような３元素合金に対して４元素焼
結合金とする場合について、そのFe配分合量の
上限および下限についての実験検討を行つた結果
28〜70％であることを知つた。即ち鉄粉が70％以
上も配合されたものにおいては耐食性が急激に低
下し、折角の３元素合金粉末配合によつても好ま
しい耐酸化性を確保できず、しかも摺動性その他
が劣化する。又鉄粉が28％未満では３元合金粉末
の必要量が大となり、鉄系焼結合金に準じた低廉
性を得ようとする本発明の目的を達し得ない。 Cuは、15〜60％であつて、このCuが15％未満
の場合には軸受としての回転軸に対するなじみ性
が適切に得られず、又防錆性なども劣化する。ま
た、このCuが60％超えでは軸受体としての機械
的強度が不充分となり、特に高荷重軸受目的に採
用し難い。 Niは、３〜15％であり、３％未満では不動態
性酸化膜の形成などによる酸化防止効果が不充分
であり、一方このNiが15％を超えると酸化防止
効果が飽和すると共に高価となる。 Znは、３〜20％であつて、３％に達しないよ
うな場合にはこのZnによる防錆、防食効果が有
効に得られないこととなる。これに対してZn分
が20％を超えるような場合には焼結時における蒸
化を防止することが困難となり、なじみ性や加工
性なども劣化するのでこれを上限とする。 上記のような組成に対して、更に添加される
Pbは10％以下であり、10％超では機械的強度が
低下する。同様に黒鉛についても３％以下であつ
て３％以上も含有すると製品の強度が低下し鉄粉
をベースとした軸受材の高強度性が損われる。 又上記のようにPbを含有せしめたような場合
に併用されるSnは５％を上限とし、５％を超え
て添加してもその効果が飽和し、又コスト高とな
るので、これを上限とする。 本発明の製造方法における焼結温度について
は、Fe70％（３元合金30％）およびFe28〜30％
（３元合金70〜72％）の場合もFe50％（３元合金
50％）の場合と同じに900℃の同じ条件で実施す
ることができる。即ち元来は鉄量が50％を超過す
るに従い900℃より徐々に高温とし、又反対に鉄
量が50％以下となると900℃より徐々に低温とす
ることが必要と考えられるが、鉄量50％の場合と
同一温度としても焼結し得る。然しこの焼結温度
を高目調製することにより、特に鉄粉配合量の高
い場合に耐圧力向上を図り得、反対にFe28〜30
％のような場合には低目とすべきで最適温度はこ
の場合には実験的に850〜860℃である。焼結時に
洋白に含有されたZnの気散損失を防止すべく適
当な容器を用いることは特に洋白配合量の高い場
合に枢要であつて、このような脱亜鉛防止は鉄粒
子表面に効率高くZnを被覆せしめ強度を大なら
しめると共に粒子表面をZnが被覆して耐食性の
向上に寄与する。 ニツケルは特有の耐酸性を有し、又外部からの
腐食作用に対して不動態性酸化膜を形成するので
腐食の進行を阻止する作用をなし、このものは前
記合金体としては勿論、鉄地に固溶して合金体と
なることにより酸化防止効果を著しく大とするこ
とができ、従つて焼結合金として３％以上を含有
することが必要である。 本発明においては基本成分系に対しPb及びSn、
黒鉛を適宜添加することは上記の通りである。即
ち、Pb及び黒鉛の適加により軸受としての摩擦
係数低減を図り、潤滑性を向上する。然してこの
ようなPb添加時において錫の添加は合金全体の
強度向上に寄与すると共に鉛の鉛汗反応を抑え
る。つまりこのような場合における錫の添加は経
済的には不利であるが鉛を含有した洋白合金粉を
得るには不可欠に近く、この洋白中の鉛は軸受な
どにおける摺動性を向上すると共に耐食性をも向
上し、更には切削性などを良好とするもので、斯
うした特性を必要とする場合にはSn、Pbの適量
添加は頗る有意である。 更に本発明による前記黒鉛の添加は特に含油軸
受として使用する場合に上記潤滑性と共に軸受の
温度上昇を抑制する効果を有する。然して用いら
れる黒鉛粉末は通常325メツシユアンダーであり、
適用される金属粉に対して同一重量で容積比は４
〜５倍となるため３％以下で充分な潤滑効果を得
ることができ、特に高荷重用途においては耐摩耗
性も大きいものとなる。但しこの黒鉛の添加は耐
圧力において低目となるから、洋白配合率の高い
ものに添加することが好ましい。 本発明によるものの具体的な実施例について説
明すると以下の如くである。 次の第１表のような本発明の配合による各原料
粉を用い、内径８mm、外径12mmで長さ12mmの焼結
軸受を夫々製造した。

【表】 又それらとは別に鉄粉のみによる原料粉と、
Cuが90％で、Snが10％の割合による青銅系原料
粉を用い、上記同様の寸法による圧粉成形焼結軸
受を製造した。焼結軸受の気孔率は軸受標準に従
い何れも20％であり、焼結温度については900℃
の一定温度とした。焼結に際しては焼結温度の上
昇に従い本発明によるものの場合亜鉛分が一部蒸
化気散し、一部は蒸化しながら隣接する鉄粒子表
面に滲透溶着するものであるから気散量を縮減す
るように圧粉成形体を小孔を配設した容器に収容
して実施した。この方法は洋白配合量が50％を超
えるような場合においてその気散低減を顕著に図
るものであり、洋白量が30％又はそれ以下のよう
な場合においては開放状態で焼結したものとの間
に実質的な差が認められない。 なお黒鉛を0.5〜2.5％添加した〜のものに
おいて、該黒鉛は325メツシユ以下の微粉であり、
この黒鉛量に相当した分だけ鉄粉の配合量を低減
したものである。 また、鉛または鉛と錫を添加した〜のもの
においては洋白または洋白と鉄粉の配合量をそれ
ら鉛単独または鉛と錫の添加量に見合つた量だけ
低減したものである。 上記のようにして得られた各焼結合金につい
て、それらの耐圧力、3000rpmで全加重を10Kgと
した試験条件による温度上昇および５％食塩水に
浸漬し放置して発錆時間を求める発錆試験をそれ
ぞれ実施した結果を要約して示すと次の第２表の
通りである。

【表】 即ち本発明によつものは耐圧力において、洋白
配合量を高めることにより従来の鉄系焼結合金材
に相当した強度を得しめており、又温度上昇値に
おいては何れも鉄系のもの以下で、特に黒鉛を配
合したものにおいては青銅系のものよりも優れた
値すら得しめている。発錆試験結果は何れの比較
材よりも良好で、特に鉄系比較材に対しては10倍
以上、数十倍に達する卓越した耐食性を有するこ
とが確認された。なおこの耐食性については一般
的には鉄粉量に反比例することになるがZn分も
大きく影響し、のものは鉄粉量が高いに拘わ
らず最高状態の耐食性を示しており、これらのも
のは鉄粉がZn分により充分に被覆されたことに
よるものと認められる。 以上説明したような本発明によるときは鉄系焼
結合金においてその好まし強度を確保せしめつつ
優れた耐食性を発揮し得るものであり、更には潤
滑性などをも良好に維持して軸受などとして採用
した場合の温度上昇を低減し得るなどの作用効果
を有しており、工業的にその効果の大きい発明で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Fe：28〜70wt％、Cu：15〜60wt％、Ni：
   ３〜15wt％、Zn：３〜20wt％、を含有し、残部
   が不可避的不純物より成ることを特徴とした粉末
   冶金法による焼結合金軸受。 ２ Fe：28〜70wt％、Cu：15〜60wt％、Ni：
   ３〜15wt％、Zn：３〜20wt％、を含有すると共
   に、 Pb：10wt％以下、黒鉛：3wt％以下、の何れ
   か１種又は２種と、 Sn：5wt％以下、 を含有し、残部が不可避的不純物より成ることを
   特徴とした焼結合金軸受。 ３ 銅、ニツケルおよび亜鉛の３元合金による母
   材を用いた粉末と鉄粉とをFe：28〜70wt％、
   Cu：15〜60wt％、Ni：３〜15wt％、Zn：３〜
   20wt％となるように混合し、圧粉成形して焼結
   することを特徴とする焼結合金の製造法。