JPH049443A - アルミニウム系軸受合金 - Google Patents

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、アルミニウム系軸受合金に関するものであり
、特に硬さが伝い軸の表面を粗さず、耐焼付性に優れた
アルミニウム系軸受合金に関するものである。

（従来の技術） 特開昭５３−８７９１７号公報によると、Ｓｎ２５重量
％以下、（以下、百分率は特に断らない限り重量％であ
る）、ＣｒまたはＺｒＯ，１〜１．０％を基本成分とし
て含有し、必要によりさらにＣｕＯ１５〜２．０％また
はＣｕ０．５〜２．０％とＢｅ０．１〜０．５％を含有
するアルミニウム系軸受合金が提案されている。この合
金は、Ａｌ−３ｎ系合金の高温での急激な硬さ低下を防
ぐためにＣｒまたはＺｒを添加したことを特徴とすると
説明されているが、相手軸を５５５Ｃ焼入軸とした動荷
重疲労試験により合金の特性を評価した実施例ではＺｒ
添加の例は示されていない。

特公昭６０−５５５８２号公報によると、Ｓｎ３〜４０
％、Ｐｂ０．１〜５％、Ｓｂ０．１〜３％、Ｃｕおよび
／またはＭｇ０．１〜３．０％、Ｚｒなど３．０％を超
え１０．０％までを含有するアルミニウム系軸受合金が
提案されている。この合金の特徴は、Ｚｒなどは硬質物
形成元素として添加し、硬質物を多量に存在させること
によって相手軸に対する耐摩耗性を向上するところにあ
る。

さらに、特開昭６２−６３６３６号公報によると、Ｓ　
ｎ　３〜２０％、Ｐｂ０．１〜５％、Ｃｕおよび／また
はＭｇ０．２〜２％、Ｚｒ０．１〜１％、Ｓｉ１．５〜
８％を含有するアルミニウム系軸受合金が提案されてい
る。この合金の特徴は、Ｚｒの添加によりアルミニウム
基地を固溶強化しかつ析出物の生成によりＳｎの粗大化
を防ぎ、また、単体で１０００以上のビッカース硬さを
もっＳｉの添加により耐焼付性および耐摩耗性を高めた
ところにある。従来のアルミニウム系軸受合金では、主
として相手軸が球状黒鉛鋳鉄であるときの耐摩耗性向上
を重視されていた。ところが近年エンジンの振動、騒音
低減の観点から、焼入鋼、炭素鋼を焼入れあるいは焼串
しないで鍛造のまま非調質で使用する検討が行われるよ
うになった。

（発明が解決しようとする課題） ところが、従来のアルミニウム系軸受合金を非調質軸に
対して使用すると軸受が軸の表面を粗してしまい、軸受
が軸に低い荷重で焼付いてしまう問題が現れた。

また、近年エンジンが高出力、高速、高温、低燃費かつ
低排ガス化に伴い、通常の焼入鋼軸に対して従来のアル
ミニウム系軸受合金を使用した場合でも高面圧、高温、
高速の使用環境のもとて耐疲労性や耐焼付性が不十分に
なることがあった。

（課題を解決するための手段） 上記した課題を解決する本発明の第１は、Ｓｎ２〜２５
重量％、 ＺｒＯ，０２’〜１．０重量％、 ＣｕおよびＭｇの少なくとも１種０．１〜２．５重量％ Ｐｂ、ＢｉおよびＩｎの１種以上０．１〜８．０重量％
、 を含有し、残部が不可避的不純物及びＡｌからなること
を特徴とするアルミニウム系軸受合金である。

本発明の第２は、 Ｓｎ２〜２５重量％、 Ｚｒ０．０２〜１．０重量％、 ＣｕおよびＭｇの少なくとも１種０．１〜２．５重量％ Ｐｂ、ＢｉおよびＩｎの１種以上０．１〜８．０重量％
、 Ｍｎ、Ｖ、Ｓｂ、Ｎｂ％Ｍｏ、Ｃｏ、Ｔｉ、ＴｉＢ、Ｆ
ｅおよびＳｒの１種以上０．０１〜２．０重量％ を含有し、残部が不可避的不純物及びＡ１からなること
を特徴とするアルミニウム系軸受合金である。

以下、本発明の構成を詳しく説明する。

先ず第１発明と第２発明に共通する組成について説明す
る。

Ｓｎは潤滑性向上を主目的として添加される元素である
。Ｓｎの含有量が２％未満であると、潤滑性がなく、一
方２５％を超えると合金全体が軟質になって耐荷重性、
耐疲労性および耐食性が低下する。好ましいＳｎの含有
量は３〜２０％である。より好ましいＳｎの含有量は８
〜１５％である。

Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ　（以下ｒｐｂなど」と総称すること
もある）は一部はアルミニウム基地に分散するが、その
ｐｂなとの分散相の一部はＳｎに固溶しあるいは共晶合
金を作り、Ｓｎ相の親油性や相手軸との凝着性を改善す
る。また、ｐｂなとはそれ自体でなじみ性を高める作用
をもつ。このようにｐｂなどとＳｎは作用が類似しまた
ｐｂなとの添加によりＳｎが安定化するために、ｐｂな
どを添加するとＳｎの好ましい量を３〜２０％のより低
い範囲とすることができ、この結果耐疲労性も向上する
。

ｐｂなとの添加量が０．１％未満では上記の作用がなく
、一方８．０％（２種以上添加の場合は合計量）を超え
ると、ｐｂなどはアルミニウム合金中でＡｌ−Ｐｂ−Ｓ
ｎ、Ａｌ−Ｉｎ−ＳｎＡｌ−Ｂｉ−Ｓｎは低融点の共晶
組織を作り易く、耐疲労性や耐荷重性が低下するので、
ｐｂなとの添加量は０．１〜８．０％とする必要がある
。

Ｚｒはアルミニウム基地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強化する。

また、再結晶温度を上げることは軸受がさらされる内燃
機関の高温環境でも安定した機械的性質を維持するのに
効果がある。

Ｚｒを添加した本発明合金の特に優れた性質は高温硬さ
が高いことである。これは固溶強化が顕著であるために
基地の高温での硬度低下が少ないこと、および再結晶軟
化温度が高温側にずれることによる。

ＺｒのＡｌ中の最大固溶量は平衡状態図から０．２８％
程度であると考えられる。一方、平衡状態ではない鋳造
時にはさらに固溶量を増し、過飽和固溶体を作るが、本
発明の含有量範囲でＺｒの一部は析出する。Ｚｒの析出
物が微細に不分散することは高温硬さの維持に良い影響
を与え、またＳ　ｎ粒子の粗大化やその移動を直接妨げ
、またＡ１の結晶粒界の移動を阻止し、結晶粒界の移動
に伴うＳｎ粒子の粗大化を間接的に妨げる。したがって
、圧延と焼鈍の繰り返しによって微細化されたＳｎ粒子
を軸受使用中に微細に保つことができる。また、Ｓｎ粒
子が微細なまま保持されてアルミニウム基地中に存在す
ることは２３２℃という低融点をもつＳｎ粒子が高温で
溶は出すと言う溶出現象を防止するためにも効果的であ
る。

Ｚｒの添加量が０．０２％未満であると上記した作用が
発現せず、１．０％を超えるとＡｌ−Ｚｒの金属間化合
物が多量かつ粗大に析出し、合金が硬くかつ脆（なり軸
受の本質的性能が失われてしまいかつ、軸受が非調質軸
を著しく疵付ける。好ましいＺｒの添加量は０．０５〜
０．３％である。

ＣｕおよびＭｇは主として高温での高硬度を確保するた
めに、１種または２種添加される。Ｃｕおよび／または
Ｍｇを添加しないＡｌ−Ｓｎ−ｐｂ金合金、Ｃｕおよび
／またはＭｇを添加したＡｌ−Ｓｎ−Ｐｂ合金についＺ
ｒの作用を比較すると、後者の方がＺｒの作用が量的に
顕著であることが認められる。したがって、α−Ａ１相
中にＣｕおよびＭｇを溶質原子として存在させることは
Ｚｒの上記作用を高める面からも有利である。

本発明の第２の軸受台金は上記した組成にさらに、Ｍｎ
、Ｖ、Ｓｂ、Ｎｂ％Ｍｏ、Ｃｏ％Ｔｉ、ＴｉＢ、Ｆｅお
よびＳｒの１種以上を０．０１〜２．０％含有すること
を特徴とする。これらの元素は硬質物を発生させ、耐摩
耗性を向上するが、２．０％を超えると軸受が相手材を
疵つける傾向が現れるので２．０％以下に制限して添加
しなければならない、また添加量が０，０１％未満では
効果がない。

本発明の軸受け、鋳造、冷間圧延、中間焼鈍、裏金への
圧接等の工程により製造される。圧延品が著しく加工硬
化しているときは必要により最終焼鈍を行ってもよい。

中間焼鈍および最終焼鈍の温度は２２０〜５２０℃の範
囲内であることが好ましい。温度が２２０℃未満である
とＡｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｍｇの時効析出は起こるがＡｌ−
Ｃｕ、Ａｌ　−Ｍｇの析出は本発明の特性達成のために
本質的ではなく、また圧延過程における加工硬化かを取
り除くために２２０’Ｃ以上の温度が好ましい。さらに
Ｚｒの過飽和固溶部分を微細析出させるには３００〜５
２０℃が好ましい。焼鈍温度が５２０℃を超えると、Ａ
ｌ−Ｃｕ−Ｘ系の多元共晶温度に近付き、Ｓｎ以外にＡ
ｌの液相が表れ、合金の強度が低下しさらにＳｎ相が粗
大化するので、５２０℃以下の焼鈍温度が好ましい。

本発明の軸受の相手軸は焼入鋼材、調質鋼材（鋳鉄は含
まない、以下同じ）軸あるいは非調質鋼材である。鋼材
としては炭素鋼が一般に使用される。Ｖなどの硬化元素
を微量添加した炭素鋼の非調質鋼が軸として使用される
場合にも本発明の軸受が使用される。ｍ材の炭素量は一
般に０．４〜０，６５％の中炭素含有量である０本発明
の軸受の相手材としては鋳鉄は使用されない。また「非
調質Ｊとは圧延あるいは鍛造のままと言う意味であり、
硬さでは特にＨｖ＝　１８０〜３３０の状態を指してい
る。

（作用） 実施例で説明する試験方法により下記の４種類の合金の
特性を評価した。

本発明　　　Ａ　ｆｉ　−１３％Ｓｎ−２％Ｐｂ−１％
Ｃｕ−０，２％Ｚｒ比較例■　　Ａ　ｎ　−１３％Ｓｎ
　　　−１％Ｃｕ−０，２％Ｚｒ比較例■　　Ａ　Ａ　
−１３％Ｓｎ−２％Ｐｂ−１％Ｃｕ−０，２％Ｃｒ比較
例■　　Ａ　Ｉ２−１３％Ｓｎ−２％Ｐｂ−１％Ｃｕ−
０，２％Ｚｒ−３％Ｓｉ各材料は鋳造により製造したス
トリップを６回圧延し、最終板厚が１ｍｍの板に加工し
た。圧延の途中で２２０〜５２０℃で中間焼鈍を行った
。得られた板をＮｉめっきされた裏金鋼板（ＳＰＣＣ）
に圧接してバイメタルを作り、これを試験片形状に加工
した。試験結果は以下のとおりでありた。

本発明 比較例■ 比較例■ 焼付面圧（ｋｇ／ｅｍｚ） ＦＣＤ７０　　５５０Ｃ−１（５５０Ｃ−Ｒ疲労面圧　
高温 」ｈ凶１５」肚 ７００　　１９．８ ６８０　　２０．４ ６８０　　１８．５ この結果の比較より各成分の作用が分かる。

まず、相手軸が球状黒鉛鋳鉄（ＦＣ：Ｄ）であると、Ｓ
ｉを含有させることによりすぐれた特性が得られる（比
較例■）。

次に、焼入鋼（Ｓ５０Ｃ−Ｉ１硬さＨｖ＝６００）や圧
延のままの鋼（５５０Ｃ−Ｒ）　、硬さＨｖ＝２３０）
が相手軸であると、Ｓｉは特性を却って低下させている
（比較例■または比較例■と比較例■の対比）。

比較例■は本発明の添加成分ではないＣｒを含有するが
、特開昭５３−８７９１７号公報においてＣｒがＺｒと
代替可能であると（実施例には基づかない）一般説明が
あるので、ＣｒとＺｒの作用をデータに基づいて比較す
るために比較例■を示したａｃｒとＺｒの耐焼付性向上
作用は量的に同じであるが、耐疲労性向上の面ではＺｒ
の作用がＣｒの作用よりも量的に優れている（比較例■
と本発明との比較）、また、高温硬さもＺｒの方がＣｒ
よりも優れている。

ＣｒはＺｒよりも再結晶を遅らせる効果が少ない。第１
図は「本発明」材と比較例■の材料の６０％冷間圧延後
の再結晶軟化を示し、横軸は加熱温度（℃）、縦軸は室
温へ冷却後測定した硬さ（Ｈｖ）をである０本発明の材
料は３６０℃から再結晶軟化が始まり、比較例材は３０
０℃から軟化が始まっていること分かる。

ｐｂは耐焼付性を向上させる（比較例■と本発明の比較
）。ｐｂの添加により高温硬さは若干低下するが、特性
は優れている。これはＳｎが潤滑油との親油性が改善さ
れるためであると考えられろ。

以下、実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。

（実施例） 表１の組成の合金を溶解し、前述の方法でバイメタル状
の軸受とし、以下の条件で試験を行った。

焼付試験 （１）ジャーナル型焼付き試験機 （２）回転数−１５００ｒｐｍ （３）荷重増加法−５０Ｋｇ／ｃ＋ｏ”を３０分毎に増
加（焼付いた時の面圧測定） （４）潤滑油−５ＡＥ１０Ｗ３０ （５１ｋ油温度−１４０℃ （６）相手軸−３５０Ｃ鍛造のまま（硬度Ｈｖ＝２３０
） 疲労試験 （１）往復動荷重試験機 （２）回転数−３０００ｒｐ＋ｍ （３）荷重　−１０７回で疲労する面圧を測定潤滑油−
５ＡＥ１０Ｗ３０ 給油温度− １４０℃ （以下、 余白） （発明の効果） 以上説明したように、本発明請求項１記載の軸受台金は
特開昭５３−８７９１８号（Ｃｒ添加）のものに比較し
て耐疲労性が優れ、また特開昭６２−６３６３６号（Ｓ
ｉ含有）に比較して耐焼付性および耐疲労性に優れてい
る。

さらに、必要により請求項２記載のように硬質物形成元
素を添加して耐摩耗性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＺｒ（本発明材）とＣｒ（比較材■）添加によ
る再結晶軟化に及ぼす影響を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．Ｓｎ２〜２５重量％、 Ｚｒ０．０２〜１．０重量％、 ＣｕおよびＭｇの少なくとも１種０．１〜２．５重量％
   、 Ｐｂ、ＢｉおよびＩｎの１種以上０．１〜８．０重量％
   、 を含有し、残部が不可避的不純物及びＡｌからなること
   を特徴とするアルミニウム系軸受合金。
2. ２．Ｓｎ２〜２５重量％、 Ｚｒ０．０２〜１．０重量％、 ＣｕおよびＭｇの少なくとも１種０．１〜２．５重量％
   、 Ｐｂ、ＢｉおよびＩｎの１種以上０．１〜８．０重量％
   、 Ｍｎ、Ｖ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｏ、 Ｔｉ、ＴｉＢ、ＦｅおよびＳｒの１種以上０．０１〜２
   ．０重量％、 を含有し、残部が不可避的不純物及びＡｌからなること
   を特徴とするアルミニウム系軸受合金。