JPH0536486B2

JPH0536486B2 -

Info

Publication number: JPH0536486B2
Application number: JP2010556A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Tanaka; Masaaki Sakamoto; Koichi Yamamoto; Tooru Kato
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1990-01-22
Filing date: 1990-01-22
Publication date: 1993-05-31
Also published as: DE4101620A1; GB2240785B; GB2240785A; GB9101342D0; JPH03215642A; KR930006211B1; DE4101620C2; KR910014528A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、非焼付性、耐摩耗性および耐蝕性に
優れた摺動用銅基合金に係わり、さらに詳しく言
えば、苛酷な摺動条件下で使用される機器材料、
例えばターボチヤージヤーのフローテイングベア
リング（浮動ブシユ軸受）用材料として適する摺
動性銅基合金に関するものである。従来技術および発明が解決しようとする課題一般に、ターボチヤージヤーの浮動ブシユ軸受
の材料として、例えば快削黄銅系合金
（JISH3250）、鉛青銅系合金（JISH5115）、
本出願人による先願特許発明としての低摩擦高力
黄銅合金としての特公昭53−44135号公報および
特公昭56−11735号公報が存在する。合金、については、劣化オイルに対する耐
蝕性高温および境界潤滑条件下での非焼付性、耐
摩耗性について十分満足できるものではなかつ
た。また、合金については、そのマトリツクスが
α＋β相の混合組織あるいはβ相の単独組織であ
るため、冶金学上多くのPbを含有させることが
できず、耐焼付特性に劣つていた。近年、エンジンの過給機化は急速に進み、内燃
機関（エンジン）に装着されるターボチヤージヤ
ーの軸受部等に使用される浮動ブシユ軸受は、周
囲温度、給油量、オイル劣化度等の作動条件がま
すます厳しくなつてきている。そのうち、特にタービンからの熱伝導によつて
軸受温度が400℃前後の高温になるため、オイル
の性状および温度の影響によつて潤滑油中の硫黄
が軸受メタルの銅と化合して硫化銅（CuS）なる
化合物を作り、軸受メタル表面にこの硫化銅を主
成分とする黒化物層が軸受メタル表面に形成され
る（黒化腐食現象と称される）。これが稼動時間
の経過とともに成長して使用中に摩耗剥離をおこ
し、ついには浮動ブシユ軸受としての機能を維持
し得なくなることが大きな問題となつている。また、300℃を越えるドライアツプ時における
潤滑停止後の非焼付性においても充分満足できる
ものではなく、大きな問題となつている。なお、ドライアツプとは、高温での潤滑油によ
る潤滑作用が停止した状態を言う。より詳しく言
えば、ターボチヤージヤーは排気ガスのもつてい
る高温高圧のガスエネルギーを使つてタービン翼
を回転させ、それと同軸のコンプレツサーを回転
させる構造になつており、エンジン稼働状態で作
動する、そのため、例えば高速運転直後のエンジ
ン停止時には、潤滑油圧力がなくなつて油冷を期
待できず。高温のタービンハウジングに蓄えられ
ていた熱エネルギーが熱伝導により低温側に流入
してベアリング部の温度を上昇させる。前述の問
題は、この現象に付随する問題である。一般に、ターボチヤージヤーの浮動ブシユ軸受
用の材料として、銅、鉛、錫を主成分とする鉛青
銅系合金および銅、亜鉛、鉛を主成分とする快削
黄銅系合金が主として使用されている。しかる
に、鉛青銅系軸受では、温度300℃に達するドラ
イアツプ時に潤滑油中の硫黄分と銅とが反応して
黒化物層の生成が保進され、さらに表面の摩耗が
急激に進行する。また一方、快削黄銅系合金は耐
食性に優れるものの、潤滑停止後の潤滑油との親
和力に劣るため、比較的早期に焼付きまたはかじ
りを生じることがあつた。本発明は、斯かる技術的背景の下に創案された
ものであり、過給機に代表される高速、高温なら
びに高腐食環境なる厳しい使用条件下において
も、摩耗に十分耐え、優れた非焼付性を有し、か
つ優れた耐食性を有する高性能耐摩耗材料として
の新規な摺動用銅基合金を提供することをその目
的とする。課題を解決するための手段この目的は、非焼付性、耐摩耗性および耐蝕性
に優れた次の摺動用銅基合金〜を提供するこ
とによつて達成される。その化学組成が、Mn：1.0〜3.0％、Si：0.3
〜1.5％、Zn：10〜23％、Pb：５〜18％、残
部：Cuおよび不可避不純物であり（以上、数
字はいずれも重量％）、前記Pbが全組織中に均
一に分散し、マトリツクスがα相の単一組織か
ら成つている銅基合金。その化学組成が、Mn：1.0〜3.0％、Si：0.3
〜1.5％、Zn：10〜23％、Pb：５〜18％、0.02
〜1.5％のMgと0.1〜1.5％のTeの２成分のうち
の少なくとも一種、残部：Cuおよび不可避不
純物であり（以上、数字はいずれも重量％）、
前記Pbが全組織中に均一に分散し、マトリツ
クスがα相の単一組織から成つている銅基合
金。その化学組成が、Mn：1.0〜3.0％、Si：0.3
〜1.5％、Zn：10〜23％、Pb：５〜18％、0.5〜
3.0％のNiと0.3〜3.0％のAlの２成分のうちの
少なくとも一種、残部：Cuおよび不可避不純
物であり（以上、数字はいずれも重量％）、前
記Pbが全組織中に均一に分散し、マトリツク
スがα相の単一組織から成つている銅基合金。その化学組成が、Mn：1.0〜3.0％、Si：0.3
〜1.5％、Zn：10〜23％、Pb：５〜18％、0.02
〜1.5％のMgと0.1〜1.5％のTeの２成分のうち
の少なくとも一種、0.5〜3.0％のNiと0.3〜3.0
％のAlの２成分のうちの少なくとも一種、残
部：Cuおよび不可避不純物であり（以上、数
字はいずれも重量％）、前記Pbが全組織中に均
一に分散し、マトリツクスがα相の単一組織か
ら成つている銅基合金。該銅基合金における各合金成分の添加理由およ
び含有量限定理由は以下のとおりである。 (1) Zn：10〜23重量％ Znは、強度、耐摩耗性および潤滑油に対す
る耐腐食性を付与する効果を有する。その添加
量は、他の添加成分の亜鉛当量および添加量に
よつて違つてくるが、10％未満では上記の効果
が少なく、とりわけ前述した高温時の潤滑油に
よる黒化腐食現象を防ぐためにZn量10％以上
が必要である。さらに、α＋β相を生じると、
合金に非焼付性を付与するための鉛の添加量が
抑制されるため、α相単一組織を確実にし、ま
た最小添加量５％の鉛をα相内に均一分散させ
るためにも、Znの最大添加量は23％とするこ
とが望まれる。 (2) Mn：1.0〜3.0重量％ Mnは、Siとの間ですべり特性に優れた金属
間化合物Mn₅Si₃を作り、耐摩耗性および耐焼
付性の向上に寄与するとともに、金属間接触の
発生時に素地の流動を阻止する。Mnの含有量
が1.0％未満では、その効果が少なく、また3.0
％を超える含有量ではその効果が概ね飽和す
る。さらに、Mn含有量が3.5％を超えると、合
金の脆化が生じるため、この脆化現象を確実に
防ぐためにも、Mn量の上限値を3.0％にするこ
とが望ましい。 (3) Si：0.3〜1.5重量％ Siは、前述のようにMnとの間でMn₅Si₃なる
化合物を形成し、耐摩耗性及び耐焼付性の向上
に寄与する。その含有量は、Mn₅Si₃化合物の
構成割合により決定され、Mn対Siの重量比で
１：0.3の割合のとき全Siが化合物となる。ゆ
えに、Siは最低0.3重量％が必要であり、また
上限の1.5％を越えると、遊離Siの晶出が多く
なりすぎて合金の脆化を招く。 (4) Pb：５〜18重量％ Pbは自己潤滑性を有し、摩擦熱によつて溶
融し、摺動面に流動して数ミクロンの薄膜を形
成するため、非焼付性に優れた結果をもたらす
とともに切削性をも改善する。このような数ミクロンの膜を形成するために
は、合金中におけるPbの組成が少なくとも５
％以上必要である。しかし、Pbの増加に伴い
合金の強度が低下するため、18％をその上限と
する。以上の理由により、Pbの添加量は５〜
18重量％とする。 (5) Mg：0.02〜1.5重量％ Mgは、Pbを均一分散させるのに有効である
とともに、マトリツクスの強化改善にも効果が
ある。その添加量が0.02％以下では前記効果は
少なく、多過ぎるとMgとPbの金属間化合物が
晶出しすぎてPbの自己潤滑作用が損われる。
以上の理由により、Mgの添加量は0.02〜1.5重
量％とする。 (6) Te：0.1〜1.5重量％ Teは、少量の添加でPbの均一分散性、非焼
付性および靭性を向上させるとともに、耐腐食
性の改善にも効果がある。但し、0.1重量％よ
り少では、その効果を期待できず、1.5重量％
より多く添加すると、コスト高になる上、効果
が格別向上するわけでもなく、利点が少ない。
ゆえに、Teの添加量は0.1〜1.5重量％とする。 (7) Ni：0.5〜3.0重量％ Niはマトリツクスを強化し、強度を向上さ
せ耐摩耗性を高める。さらに、Niは、再結晶
温度を上昇させ、熱間塑性加工時の結晶粒粗大
化防止効果がある。但し、0.5重量％未満にお
いては上記の効果は認められず、また３％を越
えると疲労強度、耐衝撃性を著しく低下させ
る。それゆえに、該添加量を0.5〜3.0重量％と
する。 (8) Al：0.3〜3.0重量％ Alはマトリツクスの強化に有効である。そ
の添加量が0.3重量％より少ないと、強度に及
ぼす効果は期待できず、3.0重量％より多いと、
脆化及び結晶粒が粗大化する弊害を生じる。し
たがつて、該添加量を0.3〜3.0重量％とする。試験例１（本発明合金）第１表に示すNo.１〜No.９の組成の合金を連続鋳
造法により鋳造後、押出し加工、引抜き加工を行
なつて直径35mmの棒状体を作成し、次いで該棒状
体を加工して焼付試験、摩耗試験、腐食試験用の
試料を得た。該試料の、各種試験条件を第２表ないし第４表
に示し、また焼付試験結果を第５表に、摩耗試験
結果を第６表に、代表的な腐食試験結果を第８表
にそれぞれ示す。試験例２（従来合金）第１表に示すNo.10〜No.13組成の合金を連続鋳造
法により鋳造後、押出し加工、引抜き加工を行な
つて直径35mmの棒状体を作成し、次いで該棒状体
を加工して試験例１と同じ様な試験用の試料を得
た。該試料の、各種試験条件を第２表ないし第４表
に示し、試験結果を第５表ないし第８表にそれぞ
れ示す。なお、各試験例は連続鋳造法で作成した試料に
ついてこれを行つたが、さらに置注鋳造法等の方
法によつても同じ様な効果が得られ、鋳造方法に
ついて、特に限定がなされるものではない。

【表】

【表】［試験結果の評価］第５表の焼付試験結果を比較すると、従来合
金の快削黄銅系（No.10）、高力黄銅系（No.12、
13）に比して、本発明品はいずれも最高荷重
500Kgｆ／cm²でも焼付が発生しないことが判る。第７表に示すように試料を実機に組み込み、
一定回転数にて、油をON・OFFさせて行なつ
た焼付試験テストにおいても、本発明品では焼
付が認められない。本発明品は、摺動材料とし
て極めて優れた性能を示し、浮動ブシユ軸受用
金属として十分満足すべき成果を収め得ること
が明らかである。第６表の摩耗試験結果について比較してみる
と、本発明品は、いずれも従来品に比し摩耗量
が小さいことが判り、優れた耐摩耗性を有して
いることが明らかである。なお、ブシユ摩耗試験は、潤滑油使用による
湿式法でこれを行い、摩擦の相手部材としては
一般軸材用S55Cの焼入れ品を用いた。本発明品と従来品の代表的な腐食テストにつ
いても、第８表に示すように、本発明品の方が
良い結果を示している。発明の効果本発明の銅基合金は、従来合金に比べ、耐焼付
性に優れ、しかも耐摩耗性、耐腐食性やなじみ性
にも優れた合金である。特に、高性能、長寿命の
要求されるターボチヤージヤー等の摺動材として
卓越した性能を有している。

Claims

【特許請求の範囲】１その化学組成が、Mn：1.0〜3.0％、Si：0.3
〜1.5％、Zn：10〜23％、Pb：５〜18％、残部：
Cuおよび不可避不純物であり（以上、数字はい
ずれも重量％）、前記Pbが全組織中に均一に分散
し、マトリツクスがα相の単一組織から成つてい
ることを特徴とする非焼付性、耐摩耗性および耐
蝕性に優れた摺動用銅基合金。２その化学組成が、Mn：1.0〜3.0％、Si：0.3
〜1.5％、Zn：10〜23％、Pb：５〜18％、0.02〜
1.5％のMgと0.1〜1.5％のTeの２成分のうちの少
なくとも一種、残部：Cuおよび不可避不純物で
あり（以上、数字はいずれも重量％）、前記Pbが
全組織中に均一に分散し、マトリツクスがα相の
単一組織から成つていることを特徴とする非焼付
性、耐摩耗性および耐蝕性に優れた摺動用銅基合
金。３その化学組成が、Mn：1.0〜3.0％、Si：0.3
〜1.5％、Zn：10〜23％、Pb：５〜18％、0.5〜
3.0％のNiと0.3〜3.0％のAlの２成分のうちの少
なくとも一種、残部：Cuおよび不可避不純物で
あり（以上、数字はいずれも重量％）、前記Pbが
全組織中に均一に分散し、マトリツクスがα相の
単一組織から成つていることを特徴とする非焼付
性、耐摩耗性および耐蝕性に優れた摺動用銅基合
金。４その化学組成が、Mn：1.0〜3.0％、Si：0.3
〜1.5％、Zn：10〜23％、Pb：５〜18％、0.02〜
1.5％のMgと0.1〜1.5％のTeの２成分のうちの少
なくとも一種、0.5〜3.0％のNiと0.3〜3.0％のAl
の２成分のうちの少なくとも一種、残部：Cuお
よび不可避不純物であり（以上、数字はいずれも
重量％）、前記Pbが全組織中に均一に分散し、マ
トリツクスがα相の単一組織から成つていること
を特徴とする非焼付性、耐摩耗性および耐蝕性に
優れた摺動用銅基合金。