JPH0461064B2

JPH0461064B2 -

Info

Publication number: JPH0461064B2
Application number: JP60051646A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yomo; Tadao Hayasaka
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1985-03-15
Filing date: 1985-03-15
Publication date: 1992-09-29
Also published as: JPS61210155A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は軸受その他の摺動部材に好適な鉄−
黄銅系焼結合金に関するものである。鉄−黄銅系の焼結合金は鉄系、銅系それぞれの
短所を補い長所を併せ持つ材料として、軸受その
他の摺動部材の分野で用途を拡大しつつある。ところでこの材料は、焼結時に蒸発し易く且つ
摺動部材の焼結温度では鉄と合金化し難い亜鉛を
含むので、所望の組織および特性を得るためには
種々の工夫を要する合金である。そしてこの工夫の一端として、先に本発明者は
錫の添加によつて焼結温度を下げて亜鉛の蒸発を
抑制するとともに、ホウ素を単味で、もしくは鉄
または銅との合金粉の形で添加して基材の耐摩耗
性を高める方法（特開昭57−169064号、同58−
96850号公報参照）を発明した。しかし、この手段により得られる焼結材料は、
軸受に用いた場合通常の使用条件では優れた軸受
特性を示すが、面圧10Kg／cm²以上の場合とか、環
境温度60℃以上、相対湿度30％以下などの過酷な
条件下では軸受や軸の摩耗が大きくなり、寿命が
短いという不満があつた。ここでその原因について考察すると、上述した
鉄−黄銅系焼結材は、鉄部分と黄銅部分とが斑に
なつた基地中にFe−Ｂ、Cu−Ｂなどの硬い相が
分布して基地の耐摩耗性を高めている訳である
が、この硬い相の種類に、言い換えればホウ素の
添加方法に問題があると考えられる。即ち、Fe−Ｂの場合は基地との固着性が悪い
ために過酷な条件での摺動時に脱落し易く、また
硬すぎるために相手部材の軸を傷付け易いことに
原因があり、一方、Cu−Ｂは基地との固着性は
よいが、自身の硬さが前者ほど高くないために、
摺動条件が高負荷になると基地の塑性変形を阻止
できなくなる結果、摺動面に開口している給油孔
が減少して油膜切れを生じ易くなることに原因が
あるものと考えられる。この発明は、上述の事情に基づき基地中に分散
させるホウ素合金相の改良に努めた結果得られた
もので、即ちホウ素合金としてニツケル含有量が
１〜30％、ホウ素含有量が１〜10％残部銅のCu
−Ni−Ｂ合金、またはこれに１〜25％の鉄を加
えたCu−Ni−Fe−Ｂ合金を採択し、これを基地
中に0.1〜３％分散させることをその骨子とする
ものである。ちなみにこの発明の如き分散硬化型合金の全体
組成は、基地および分散相を形成する各原料粉の
組成とそれらの配合比率に基づいて各成分の範囲
が定まるものである。以下この発明の実施例について説明する。先ず、原料粉として粒度100メツシユ以下の還
元鉄粉、亜鉛含量40％の黄銅粉、粒度250メツシ
ユ以下の錫粉、粒度200メツシユ以下の鉛粉およ
び天然黒鉛粉を、それにホウ素添加用の合金とし
て、各々粒度200メツシユ以下の次の６種類の合
金粉を用意した。この内イ〜ニは前述の従来方法
で用いた合金および添加効果の乏しい合金、ホお
よびヘがこの発明の特徴とする合金粉である。イ：Fe−20B ロ：Cu−3B ハ：Ni−10B ニ：Cu−20Fe−5B ホ：Cu−15Ni−1.5B ヘ：Cu−27Ni−23Fe−9B 次に順序として、従来方法による比較例を先に
述べる。先ず鉄粉に黄銅粉を25％、錫粉を２％お
よびホウ素合金粉イを0.75％配合し、これに潤滑
剤としてステアリン酸亜鉛を0.3％添加して充分
に混合した。次にこの混合粉を内径10mm、外径16
mm、長さ15mmで圧粉密度6.1ｇ／cm³の円筒形に成
形後、分解アンモニア雰囲気炉中温度740℃で20
分間焼結して比較例の試料No.１を作成した。以下同様にして、第１表に示した原料粉の配合
割合に従い、比較例の試料No.２〜No.４、この比較
例と黄銅粉の配合割合を揃えた実施例の試料No.５
〜No.12および黄銅粉の配合割合を増減した試料No.
13、No.14を作成した。ただし試料No.14のみ、亜鉛
含有量10％の黄銅粉を用いている。このようにして得られた各試料は、後述の如く
合金粉の形で配合した諸成分が拡散して均質化し
ないような低温で焼結することの結果として、鉄
部分と黄銅部分とが斑に混在する基地中にホウ素
合金の硬質相が分散した組織を呈している。なお
参考までに、各試料の全体組成を第２表の左欄に
記してある。次いで各試料にサイジングを施してその内径を
軸受所定の寸法に仕上げてタービン油を含浸し、
軸受試験機に掛けて下記の条件で試験を行なつた
後、軸受自身の摩耗量、および相手部材である軸
については摩耗量の代用として表面粗さ（試験前
の粗さは1μ）と軸の表面状態を調べ、その結果
を第２表の右欄に示した。軸の材質…S45C、焼なまし材摺動速度…120ｍ／min 面圧…12Kg／cm² 環境温度…70℃ 環境湿度…RH30％運転時間…150時間以上の実験結果から、比較例の試料No.１〜４と
実施例のNo.５〜12とは基地の組成が共通している
にも拘らず、苛酷な条件下では軸受特性が著しく
異なることが分るが、この理由は、基地に分散す
るホウ素合金の種類の差異に基づくものと判断さ
れる。即ち、比較例の試料No.１と２では軸受の摩耗と
軸の摩耗の傾向が相反しているが、Fe−ＢとCu
−Ｂの硬さの影響であろう。また、鉄および銅と
３元合金にしても、No.４が示す通り結果に大差は
なく、軸と軸受の双方にななりの摩耗を生じてい
る。これに対して実施例のNo.５〜12は、ホウ素がニ
ツケルおよび銅を含む３元以上の合金の形で添加
されたことにより軸受特性が著しく向上してい
る。しかし、この効果が単なるニツケルの影響で
はないことは、ホウ素合金にNi−Ｂを用いたNo.
３の結果から明らかである。ちなみに、以上の実施例は鉄と黄銅とを適切な
割合に配合したもので、これより鉄が多くなるに
つれて摺動の相手部材（軸）側の摩耗が、逆に、
黄銅が多くなると自己（軸受）の摩耗が多くなる
傾向にある。しかし試料No.13、14の結果が示すよ
うに、黄銅の配合割合10〜60％（銅の全体組成に
して６〜54％）の範囲内であれば、本発明は従来
材に比べて有意差を保つている。このように材質の僅かな改良がその軸受特性に
大きく影響する事実は、摩耗現象の複雑で微妙な
性格を示している。なお、これらのホウ素合金の基地への添加量は
0.1〜３％が適当で、0.1％未満では添加しない場
合との有意差が認められず、一方３％を越えて添
加すると、基材の強度が低下するので好ましくな
い。このホウ素合金において、ニツケルの含有量は
１〜30％が適当で、１％未満ではCu−Ｂ合金と
変わらず、30％を越えると、硬くなりすぎて軸の
摩耗が多くなる。従つて、ホウ素合金の基地への
添加量が３％以下、その中にニツケルの量が30％
以下であることから、摺動材料の全体組成として
のニツケル含有量は0.9％以下となる。ホウ素合金におけるホウ素の含有量は５％前後
が好ましいが、主としてホウ素合金粉の製造上の
都合から決められる１〜10％の範囲内ならば、基
地への添加量の加減により同程度の効果を保つこ
とができる。従つて摺動材料の全体組成としての
ホウ素含有量は0.3％以下となる。なお、この合
金中の銅の一部を鉄と置換すればその分コストの
低下に役立つが、実験の結果によれば、ホウ素合
金の効果を損わずに置換できる量は最大25％であ
る。次に、この発明に係る合金の他の成分・組成に
ついて述べる。鉄および黄銅は、言うまでもなくこの摺動材料
の基地を形成する主要成分である。黄銅としては
亜鉛含有量10％（丹銅）〜40％（四六黄銅）の数
種の規格があり、また、鉄−黄銅系焼結材料では
（黄銅／鉄＋黄銅）の割合が10〜60％の場合に、
基地の硬さや靭性が最もよく調和するとされてい
る。この発明でもこの原則をそのまま踏襲している
ことから、全体組成における亜鉛の範囲の下限値
は亜鉛含有量10％の黄銅粉を10％配合した場合の
１％、上限値は亜鉛含有量40％の黄銅粉を60％配
合した場合の24％となる。同様に、全体組成における銅の範囲は亜鉛含有
量40％の黄銅粉を10％配合した場合の６％が下限
値、亜鉛含有量10％の黄銅粉を60％配合した場合
の54％が上限値となる。錫は、焼結時に液相を発生して低温での焼結を
可能にするとともに、黄銅中に拡散して基地を強
化する。その添加量は0.5〜３％が適量であり、
0.5％未満では添加しない場合との有意差が認め
られず、一方３％を越えると、鉄中にも拡散して
硬く脆い相を生じ、相手部材を傷付け易くなる。ここで、錫の添加に関連して焼結温度に触れる
と、黄銅中への錫の拡散を促進するには700℃以
上でなるべく高いことが望ましく、一方、高温に
なるにつれて亜鉛の蒸発および焼結体の肌荒れを
生じるため、その許容限界の800℃を上限として
焼結温度を設定するべきである。鉛および黒鉛は、摺動材料の添加成分としては
固体潤滑機能が期待される成分で、各単独添加の
No.６、９および併用No.11、12と無添加のNo.５、８
との比較から分るようにその効果は何れもほぼ何
等で、摺動条件がより苛酷な場合に一層の効果を
示すと考えられる。但し、その添加量が４％を超
えると基材の強度が低下するので、添加量は合計
４％を限度とする。

【表】

【表】以上説明した通り、この発明に係る摺動材料は
比較的高面圧・高温下においてもそれ自身および
相手部材双方の摩耗が少なく、これら機械部品の
寿命を延長させる効果を奏する。なお、本発明でホウ素の添加に用いた２種類の
銅−ニツケル系ホウ素含有合金は、本発明の用途
以外に、青銅などの銅系焼結摺動材料への添加も
有効である。とくに、その焼結を窒素濃度に高い
雰囲気中で行なうと焼結材中に窒化ホウ素が生成
されて摺動特性を更に高めるようであるが、その
詳細については目下研究中である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比で全体組成が Cu…６〜54％ Zn…１〜24％ Sn…0.5〜３％ Ni…0.9％以下Ｂ…0.3％以下 Fe…残部であり、且つ鉄部分と黄銅部分とが斑に混在する
基地中に、ニツケル含有量１〜30％、ホウ素含有
量１〜10％残部銅のCu−Ni−Ｂ合金、およびこ
れに１〜25％の鉄を加えたCu−Ni−Fe−Ｂ合金
の少なくとも一種が0.1〜３％分散した組織を呈
することを特徴とする、鉄−黄銅系焼結摺動材
料。２重量比で全体組成が Cu…６〜54％ Zn…１〜24％ Sn…0.5〜３％ Ni…0.9％以下 Pbおよび黒鉛の少なくとも一方…４％以下Ｂ…0.3％以下 Fe…残部であり、且つ鉄部分と黄銅部分とが斑に混在する
基地中に、ニツケル含有量１〜30％、ホウ素含有
量１〜10％残部銅のCu−Ni−Ｂ合金、およびこ
れに１〜25％の鉄を加えたCu−Ni−Fe−Ｂ合金
の少なくとも一種が0.1〜３％分散した組織を呈
することを特徴とする、鉄−黄銅系焼結摺動材
料。