JPS5852525B2 - 青銅系焼結軸受材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、従来品よりも強度の高い青銅系焼結軸受材を
製造する方法に関するものである。

なお青銅系焼結合金の製造においては、青銅の粉末を原
料とする場合と、銅、錫各々の粉末の混合粉を原料とす
る場合とがあるが、本発明の技術は後者の場合を対象と
して開発されたものである。

はじめに粉末冶金の一般的な工程を述べると、まず原料
粉末にステアリン酸亜鉛その他の粉末状潤滑剤０．３〜
２重量優を添加して充分に混合し、これを金型により所
要の形状に圧縮成形し、次に焼結炉で焼結した後、サイ
ジングおよび含油処理を施して完成するのが標準的な工
程である。

ここで、焼結合金の材質特性に最も関係の深い焼結工程
に触れると、まず焼結炉の型式は、通常小規模の焼結に
用いられるバッチ型炉と、量産に適する連続型炉とに二
大別される。

連続型の炉は横に長い管状の炉で、装入物（成形体）を
移動させる機構によって、たとえば耐熱合金製の鋼ベル
トを用いるメツシュベルト式炉、成形体を入れた焼結箱
を半連続的に順次炉内に押し入れるプッシャ一式炉、そ
の他ローラ一式炉、リフト・ビーム式炉などと種々の方
式があるが、いずれも基本的には、炉の入口側から順に
、成形体の予熱・脱ろう室、焼結室、冷却室の３帯域を
備える構造となっている。

なお、炉内の雰囲気としては、一般に水素ガスあるいは
アンモニア分解ガスなどの還元性雰囲気が用いられてい
る。

次に焼結工程は、前段の脱ろう工程と、後段の本焼結工
程との二段階に分けられる。

即ち、成形体が前述の炉内を通過する間に、まず比較的
低温の予熱・脱ろう室で成形体中の潤滑剤を蒸発させて
除去し、次いで所定の高温に保たれた焼結室で本格的に
焼結された後、常温近くまで徐冷されて焼結工程を終了
する。

ここで、脱ろつ温度は約４００℃、この温度に至る昇温
速度は毎分１０〜３０℃、本焼結温度は約７８０℃なる
条件が、青銅系における従来の標準的焼結条件である。

第１図のグラフは、成形体が上述の焼結工程で受ける熱
履歴を表わしたもので、図中←Ａ→の範囲が脱ろう工程
に、←Ｂ→の範囲が本焼結および冷却工程に相当する。

さて、このようにして還元性雰囲気中で脱ろ５および焼
結して得られる青銅系焼結合金は、その強度が圧環強度
で１８ Ｋｆ／ｙｔａ？’％：僅かに上回る程度である
。

そこで、含油軸受も機械要素の一種である以上、設計の
自由度を増すためにもその強度をできるだけ高めること
が望まれている。

しかし、軸受材の高強度化はそう容易なことではない。

何故ならば、含油軸受の場合はそれ自身の耐摩耗性と共
に相手部材の軸をも摩耗させないこと、さらに、できる
だけ多孔質で、多量の潤滑油な含浸保持できることが必
須の条件であって、従って、例えば歯車などの機械構成
部品の場合のように、強化成分の添加によって高合金化
するとか、あるいは高圧で圧縮成形して部材を緻密化す
るなどの、粉末冶金における一般的な強化方法が採用で
きないからである。

そこで発明者は、専ら成形体の焼結工程の研究に努めた
結果、その前段である予熱・脱ろう工程の改良によって
、本来の軸受特性を保ち乍らその強度を向上させること
に成功した。

この改良点即ち本発明の特徴は、脱ろう工程における炉
内の雰囲気を酸化性雰囲気とすること、脱ろ５温度を従
来よりも高目の４００〜７５０℃とすること、脱ろう工
程における昇温速度を毎分５０℃以上の高速とすること
などを骨子とするものである。

なお、ここにいう酸化性雰囲気としては特別な酸化性ガ
スを用いてもよいが、通常は大気を用いることによって
、簡便にその目的を達することが可能である。

以下本発明をその一実施例について説明する。

実施例 まず銅粉と錫粉とを銅９１％、錫９％の害拾に配合し、
その全量に対して０．３％のステアリン酸亜鉛を潤滑剤
として添加して充分に混合し、この混合粉を金型に入れ
て圧縮し、形が外径１８１１Ｊｓ内径ｌＯＭ、長さ１４
ｉｃｘの円筒状で、圧粉密度が６．３３１１’／ｃ１１
ｉの試料多数を成形する。

次に試料の焼結については、脱ろう室と本焼結室とが分
離され、両者をメツシュベルトで連結シた型式の連続焼
結炉を用い、上記の試料な工〜Ｖの群に分けて、それぞ
れを、第１表に示す脱ろう条件に基づいて焼結する。

即ち、表中試料■の群は本発明に係るもので、まず試料
を酸化性雰囲気の脱ろう室に送り込み、毎分５５℃の昇
温速度で７００℃まで上昇させて数分間保持し、潤滑剤
を蒸発させる。

昇温速度は炉室内の温度分布および送り速度の調節によ
って任意に設定することができる。

脱ろう後の試料は続いて本焼結室に移されるが、この際
の温度低下は焼結結果には殆ど影響しない。

本焼結は還元性雰囲気中で７８０℃の温度を約１５分間
保持して行なわれ、以後通常の冷却工程を経て焼結を完
了する。

なお第２図のグラフは、試料■がこの間に受ける熱履歴
を表わしたもので、図中←Ａ→の範囲が脱ろう工程に、
←Ｂ→の範囲が本焼結および冷却工程に相当する。

かくして焼結された試料Ｉについて、その圧環強度をＪ
ＩＳ ｚ２５０７（ＩＳＯ２７３９）に従って測定し
たところ、２６Ｋｙｌｄの高い値を示した。

これに対して、表中試料■の群＆Ｌ脱ろ５工程を従来の
方法、即ち脱ろう室を還元性の雰囲気として、毎分３０
℃の昇温速度で４００℃まで上昇させるという条件で行
ない、以後の焼結は試料■の場合と同様にしたものであ
って、その圧環強度は１９縁メム２であった。

次に、試料■および■の群は、それぞれ試料■および■
における脱ろ５条件の一部を変えてみた比較例で、即ち
、試料■は、従来の脱ろう方法において脱ろう室の雰囲
気のみ還元性から酸化性に変えた例、また試料■は、本
発明の脱ろう方法において昇温速度のみ毎分５５℃から
３０℃に下げた例であって、いずれも、その圧環強度が
上記の２例に比べてかなり低い値を示している。

次に試料■の群は、従来通りの還元性雰囲気および昇温
速度において、脱ろう温度のみ４００℃から７００℃に
上げたもので、温度が高いだけにその強度も従来より僅
かに上昇している。

なお、以上５種の試料にサイジングおよび含油を施して
軸受に仕上げ、軸受性能試験機にかげて比較試験をした
ところ、いずれもほぼ同等の特性を示し、格別の有意差
は認められなかった。

そこで、更に実験を重ねて、このように顕著な差を圧環
強度に生じる限界条件を求めたところ、昇温速度の影響
は毎分５０℃以上で明らかに有意となり、また、脱ろう
温度は７００℃前後が適してはいるが、４００〜７５０
℃の範囲内であれば試料■に代表される従来方法よりも
良好な結果が得られることが判明した。

但し、７５０℃以上に昇温させると、粉末表面の酸化膜
剥離現象を生じ却って強度を低下させる。

以上の結果に明らかなように、本発明によれば従来品よ
り以上の高強度の軸受材が、また、強度は従来程度でよ
い場合にはより高含油率の軸受材が得られ、従って、本
発明は青銅系線結含油軸受の適用範囲の拡大に大きく寄
与するものである。

さて、以上で本発明の構成およびその効果を詳述したが
、最後に、本発明による作用効果の原理について考察す
る。

先ず、粉末粒子間に潤滑剤が介在しない成形体における
、純然たる焼結現象にのみ着目すれば、粉末の表面があ
る程度酸化されている方が、以後の焼結がより良く進行
する。

これは、還元性雰囲気中での焼結の過程で酸化膜が還元
され、粒表面が活性になるためである。

従って、この意味からは、酸化性雰囲気中での予熱・脱
ろうに有利な点が認められるが、他方、この方式には次
のような不利な点がある。

即ち、酸化性雰囲気中での加熱により生成される酸化物
によって成形体の表面および内部の空孔が被覆される結
果、成形体内部からの潤滑剤の蒸発飛散が阻害され、さ
らに、潤滑剤組成中のカーボン物質がすす状になって残
留し、その結果、粉末相互の拡散焼結が十分に行なわれ
なくなる。

そしてこのマイナスの方が、活性化焼結によるプラスよ
り太きい。

これが従来、成形体の予熱・脱ろうを還元性の雰囲気中
で行なっている大きな理由である。

しかるに、本発明によれば、潤滑剤の脱ろうと成形体の
酸化との両反応の進行を制御することができる。

即ち、前述した脱ろつ温度と昇温速度の組み合わせの下
に酸化性雰囲気中で加熱すると、先ず潤滑剤の脱ろうが
先行し、その後に成形体の酸化反応が進行する。

そのため潤滑剤の完全除去と活性化焼結とが共に達成さ
れ、その結果として従来法に比べて高強度の軸受材が得
られるものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の焼結工程における熱履歴を示す温度一時
間特性図、第２図は本発明の焼結工程におげろ熱履歴を
示す温度一時間特性図である。 Ａ・・・予熱・脱ろ５工程、Ｂ・・・本焼結工程。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銅粉および錫粉等を原料として粉末冶金法により軸
   受材を製造する方法において、銅粉、錫粉および潤滑剤
   を所定の割合で混合して所要の形状に成形した後、酸化
   性雰囲気中４００〜７５０℃の温度まで毎分５０℃以上
   の昇温速度で上昇させて一定時間保持することにより前
   記潤滑剤を蒸発させて除去し、次いで更に高温に保たれ
   た還元性雰囲気中で一定時間焼結を行なうことを特徴と
   する青銅系焼結軸受材の製造方法。 ２ 上記酸化性雰囲気として大気を用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の青銅系焼結軸受材の製
   造方法。