JPH07242986A - 無給油複合合金の製造方法 - Google Patents

無給油複合合金の製造方法

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JPH07242986A
JPH07242986A JP5812794A JP5812794A JPH07242986A JP H07242986 A JPH07242986 A JP H07242986A JP 5812794 A JP5812794 A JP 5812794A JP 5812794 A JP5812794 A JP 5812794A JP H07242986 A JPH07242986 A JP H07242986A
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Japan
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graphite
cast
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oil
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JP5812794A
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Tadahito Uchida
忠人 内田
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NANKOU KK
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NANKOU KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】摺動部材として供される合金鋳鉄又は銅合金鋳
物等鋳造品について、基合金と固体潤滑材とを一体化し
た従来の複合摺動部材に匹敵若しくはそれ以上の性状を
有する無給油複合合金を提供し、耐摩耗性・高潤滑性等
製品の向上と工数の節減を実現可能とする。 【構成】合金鋳鉄素材又は銅合金素材を基合金とする無
給油複合合金の製造方法であって、湯溜り(3)又は鋳
型(2)内に適量の黒鉛系接種剤(1)を投入して溶湯
(4)を鋳込み、接種処理を施すとともに黒鉛を固体潤
滑材として分散・晶出させる。ここで、黒鉛系接種剤
(1)が粉末又は数ミクロン〜数ミリメートル径の粒状
に調製されたものであり、その添加割合が、基合金に対
して2.5 〜5.0 体積%であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳造時に接種工程を包
含する無給油複合合金の製造方法に係り、詳しくは、プ
レス機等のオイルレスウエアプレート及びダイフェー
ス、エンジンのシリンダーライナー並びに軸受等摺動部
材として供され、基合金と固体潤滑材とを一体化した従
来の複合摺動部材に匹敵若しくはそれ以上の性状を有す
る無給油複合合金の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、自動車や工作機械の摺動部材
等において、その摺動表面に耐摩耗性並びに潤滑性を高
める表面処理を施したり、穴あけ加工した母材に固体潤
滑材を埋め込む等の技術が知られている一方で、軸受合
金に代表されるように過酷な摺動条件下で使用される耐
摩耗性合金として合金鋳鉄、銅基合金あるいは複合合金
等の提供が知られている。
【0003】ここでは、プレス機等の摺動部材として、
鋳鉄、アルミ青銅合金鋼材等の孔部に固体潤滑材を埋設
して一体化形成(以下、この種のものを複合摺動部材と
いう。)したものや、この改良を図り、摺動面側表層に
合金層を形成し、潤滑性と機械的強度を向上しようとす
るものがあった。(例えば、特開平1−182622号
参照。)
【0004】そこで、固体潤滑材の被覆あるいは成形固
体潤滑材の埋設による摩擦面の潤滑皮膜形成によるもの
を評価すると、例えば、金型鋳造された鋳鉄素材を基体
とし、これにグラファイトを埋設する場合、使用条件
(相手材,材質,表面処理,硬さ;荷重;摺動方向,摺
速;雰囲気温度;薬液使用等)にかかる成形固体潤滑材
の配置を含む部材設計が複雑で、しかも穴加工、埋め込
み等工数を要するものであった。
【0005】従来技術の多くは、上記したように機械加
工や固体潤滑材の基体への固着を必要とするものであ
り、加工コストや使用温度制限をともなうものであっ
た。
【0006】また、こういった問題から、鋳造工程のな
かで基体を固体潤滑材と一体化することにより、上記問
題を解消しようとする試みがあった。例えば、特開平3
−128161号では、フルモールド法により、消失模
型の嵌合穴に固体潤滑材を嵌合固着して注湯し、金属製
の基体に固体潤滑材を一部突出させた状態で埋設・一体
化した複合摺動部材の製造方法を開示している。
【0007】しかしながら、上記フルモールド法による
と、鋳肌が荒れやすいという欠点があった。また、使用
時に固体潤滑材との境界を構成している基合金が傷みや
すいという問題もあった。
【0008】このように使用条件下での耐摩耗性および
自己潤滑性に関しては、依然として質量効果を含む個別
の技術的課題を残しており、かつ、消耗部材としての製
品コストの要求もある。
【0009】そこで、上記利用分野にかかる本発明の位
置は無給油複合合金であって、鋳造時の溶湯処理により
基合金中に黒鉛を分散・晶出させて組織上の改善を図
り、自己潤滑性及び耐摩耗性を向上しようとするもので
ある。
【0010】溶湯処理では、溶湯にある物質を添加(接
種)すると、添加(接種)剤が合金効果として影響する
以上の物理化学的変化を生じさせる場合があることに着
目して、古くから秘伝として接種処理が施されてきたと
いう歴史的経緯があり、今日、代表的な接種方法として
は取鍋接種、湯流れ接種、取鍋口接種、湯溜り接種及び
鋳型内接種が知られている。したがって、公知の接種処
理は、概して合金鋳鉄を対象とした主題であり、一般的
な目的効果は、鉄−黒鉛系凝固を促し、現象的には黒鉛
晶出状態を改善することにある。
【0011】また、接種効果に影響する諸要因には、元
湯成分、接種後の経過時間及び接種剤等が考えられ、鋳
鉄用接種剤としてSi系接種剤や黒鉛系接種剤が知られ
ている。
【0012】この処理を施された鋳鉄素材としては、球
状化黒鉛鋳鉄、すなわち鋳放し状態で黒鉛が球状に晶出
している鋳鉄がよく知られており、接種剤としてセリウ
ム(Ce),マグネシウム(Mg),カルシウム(C
a)等を有効元素とするものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みなされたものであって、摺動部材として供され
る合金鋳鉄又は銅合金鋳物等鋳造品について、基合金中
に黒鉛を分散・晶出させて耐摩耗性・高潤滑性等製品の
向上と工数の節減を実現可能とした無給油複合合金の製
造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、合金鋳鉄素材又は銅合金素材を基合金とす
る無給油複合合金の製造方法であって、湯溜り又は鋳型
内に適量の黒鉛系接種剤を投入して溶湯を鋳込み、接種
処理を施すとともに黒鉛を固体潤滑材として分散・晶出
させることを特徴とするものである。
【0015】ここで、黒鉛系接種剤が粉末もしくは数ミ
クロン〜数ミリメートル径の粒状に調製されたものであ
り、その添加割合が基合金に対して2.5 〜5.0 体積%と
される場合がある。
【0016】また、好適な実施態様では、黒鉛系接種剤
を湯溜り接種又は鋳型内接種して合金鋳鉄素材又は銅合
金素材の溶湯を鋳込み、基合金中に黒鉛を分散・晶出さ
せ、基合金相と黒鉛相(固体潤滑材)を呈するものと
し、同様の手法でそれぞれ鉄基又は銅基の無給油複合合
金を得るものである。
【0017】そして部材供給先が主にプレス機等のオイ
ルレスウエアプレートであり、他にプレス型のダイフェ
ース、エンジンのシリンダーライナー及び各種軸受等で
ある。この場合、好適には溶湯凝固時の黒鉛分布が1ミ
リ角視野あたり15μ〜150 μの大きさに晶出し、かつ、
5〜10個点在したものとされる。なお、形状等必要に
応じて機械加工が施されてもよい。
【0018】
【作用】投入した黒鉛が溶湯に混和し、接種処理される
とともに溶湯凝固時に基合金中に分散・晶出して二相組
織を呈し、複合合金への改質がなされる。
【0019】
【実施例】本発明の最適な実施例を添付図面にしたがっ
て以下に説明する。図1は、本発明の無給油複合合金の
製造方法にかかる工程説明図である。ここで、1が黒鉛
系接種剤、2が鋳型、3が湯溜り及び4が溶湯(合金鋳
鉄素材又は銅合金鋳物素材)である。
【0020】図中、湯溜まり(3)と鋳型(2)内の双
方に黒鉛系接種剤(1)を投入配置したかたちになって
いるが、これは一図で説明を兼ねるためであり、少なく
とも何れか一方を選択して本発明方法の一工程とすれば
よい。鋳型(2)内の二箇所についても選択又は併用し
てよいが、製品型内に接種する場合は、型内面への塗布
もあわせておこなうのが好ましい。
【0021】接種工程を包含するための鋳造方案は、湯
口系の湯溜り又は鋳型内に黒鉛系接種剤を投入して溶湯
を鋳込む、いわゆる鋳型内接種法〔以下、湯溜り接種
(法)又は鋳型内接種(法)を含み鋳型内接種(法)と
称する。〕によればよく、型取りは木型である。
【0022】そこで、黒鉛系接種剤(1)を鋳型内(2
又は3)接種して合金鋳鉄溶湯〔又は銅合金溶湯〕
(4)を鋳込み、放冷後、これを取り出す。
【0023】なお、本発明の実施に際してその要旨を逸
脱しない限り、鋳造方案及びそれにともなう型技術等の
改変は自由であり、適宜になされてよい。例えば、押湯
を複数箇所からおこなうことや複数の接種箇所を設ける
こと等及びそのための型技術である。(これらの図示は
省略する。)
【0024】この溶湯凝固時に黒鉛が固体潤滑材として
分散・晶出するので、基合金と固体潤滑材とを一体化し
た複合摺動部材に匹敵もしくは摩擦特性ではそれ以上の
性状を複合合金の物性として獲得することができる。
【0025】ここで、上記黒鉛系接種剤(1)は粉末又
は数ミクロン〜数ミリメートル径の粒状に調製されたも
のであり、15μ〜150 μの大きさに晶出すれば好ましい
といえる。この黒鉛系接種剤(1)は市販品で足り、ま
た上記粒度にこだわらず各種重量の鋳造塊であってもよ
いが、コスト面からも好適なのは、電極屑等の黒鉛質加
炭剤である。また、黒鉛系接種剤(1)の添加割合は、
基合金に対して2.5 〜5.0 体積%の範囲、好結果を得た
実績からすると、好ましくは3.0 体積%程度である。
【0026】また、基合金の構成は合金鋳鉄素材又は銅
合金素材に大別されるが、製造工程(処理条件)につて
は同様の手法とされる。すなわち、黒鉛系接種剤を鋳型
内接種して合金鋳鉄素材又は銅合金素材の溶湯を鋳込
み、基合金中に黒鉛を分散・晶出させ、基合金相と黒鉛
相(固体潤滑材)を呈した鉄基又は銅基の無給油複合合
金を得ることができる。
【0027】ここで、本発明無給油複合合金の基合金
(相)を構成する合金鋳鉄素材としては、例えばFC2
50(JIS) 等の(普通)鋳鉄品が主たる考慮の範囲であ
り、そのような成分系の素材を選択することになる。当
然ながら鋳鋼品は範囲外であるが、必要に応じてリン
(P)等合金元素の添加は許される。一方、銅合金素材
としては、BC6(JIS) 等の銅合金鋳物が主たる考慮の
範囲である。
【0028】本発明方法はフルモールド法によらないの
で、鋳肌は良好であり、そのため仕上げしろを小さくす
ることができる。実用化試験では9mmとしたが、5mm程
度あるいはそれ以下でも十分可能であることが評価され
た。
【0029】そして、本発明製品を10万ストローク時点
での摩擦特性を摩耗量[mm] VS.荷重[N/cm2] で評価した
ところ、従来品( 複合摺動部材) に比して0〜5割方
(自社比)摩耗量の低減が認められた。(このデータプ
ロットは省略する。)また、従来品では基体摺動面に部
分的に擦り傷が生じたにもかかわらず、本発明製品の部
材表面(摺動面)には異常がなかった。なお、焼き付き
はともにみられなかった。
【0030】本発明製品の部材供給先が代表的にはプレ
ス機等のオイルレスウエアプレートであり、この場合、
好適には溶湯凝固時の黒鉛分布が1ミリ角視野あたり15
μ〜150 μの大きさに晶出し、かつ、5〜10個点在し
たものとされる。なお、形状等必要に応じて機械加工が
施されてもよい。
【0031】また本発明は合金材料の提供でもあり、他
にプレス型のダイフェース、エンジンのシリンダーライ
ナー及び各種軸受等耐摩耗性・高潤滑性が要求される種
々の部材に利用先を拡大できる。
【0032】なお、この無給油複合合金部材の組織を説
明するための部材表面の拡大模式図を図2に示すが、こ
こで、5が基合金(相)〔FC250〕及び6が黒鉛
(相)である。図示した拡大模式図は、一実施例の製品
を 100mm角でサンプリングし、その材料表面の9箇所測
定点(縦方向に3点及び横方向に3点)の一つにおける
1mm角視野を 100倍に拡大した光学顕微鏡写真からスケ
ッチしたものである。
【0033】晶出黒鉛(6)を上記9点における表面分
布個数の合計で評価すると、湯溜り接種の場合が80個前
後、鋳型内接種の場合が100 個前後であった。そして、
いずれの製品も所望の摩擦特性を満たすものであった。
【0034】
【発明の効果】本発明は以上の構成よりなるものであ
り、これによれば溶湯凝固時に固体潤滑材となる黒鉛が
晶出し、基合金中にほぼ均一に分散するので、基体と固
体潤滑材とを一体化した従来の複合摺動部材に匹敵もし
くは摩擦特性ではそれ以上の性状を複合合金の物性とし
て獲得することができる。
【0035】また、合金材料自体を摺動部材(鋳造品)
として提供できるので二次加工等の工数を節減でき、し
かも、量産が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の処理工程説明図である。
【図2】本発明の無給油複合合金の組織を説明するため
の部材表面の拡大模式図である。
【符号の説明】
1 黒鉛系接種剤 2 鋳型 3 湯溜り 4 溶湯(合金鋳鉄素材又は銅合金素材) 5 基合金(相) 6 黒鉛(相)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F16C 33/14 6814−3J

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 摺動部材として供され耐摩耗性・高潤滑
    性を示す鋳造品の製造において、合金鋳鉄素材又は銅合
    金素材を基合金とする無給油複合合金の製造方法であっ
    て、湯溜り又は鋳型内に適量の黒鉛系接種剤を投入して
    溶湯を鋳込み、接種処理を施すとともに黒鉛を固体潤滑
    材として分散・晶出させることを特徴とする無給油複合
    合金の製造方法。
  2. 【請求項2】 黒鉛系接種剤が粉末又は数ミクロン〜数
    ミリメートル径の粒状に調製されたものであり、その添
    加割合が、基合金に対して2.5 〜5.0 体積%である請求
    項1記載の無給油複合合金の製造方法。
  3. 【請求項3】 黒鉛系接種剤を接種して合金鋳鉄素材の
    溶湯を鋳込み、基合金中に黒鉛を分散・晶出させ、鉄基
    合金相と黒鉛相を呈するようにした請求項1又は2記載
    の無給油複合合金の製造方法。
  4. 【請求項4】 黒鉛系接種剤を接種して銅合金素材の溶
    湯を鋳込み、基合金中に黒鉛を分散・晶出させ、銅基合
    金相と黒鉛相を呈するようにした請求項1又は2記載の
    無給油複合合金の製造方法。
  5. 【請求項5】 部材供給先がプレス機等のオイルレスウ
    エアプレート及びダイフェース、エンジンのシリンダー
    ライナー並びに軸受であり、溶湯凝固時の黒鉛分布が1
    ミリ角視野あたり15μ〜150 μの大きさに晶出し、か
    つ、5〜10個点在したものである請求項1乃至は4の
    何れか1項記載の無給油複合合金の製造方法。
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