JPS5864334A - アルミニウム系合金軸受 - 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】 本発明はアルミニウム系合金軸受に関するものでアク、
さらに評しく述べるならば内燃機関の軸受として用いら
れる鉛含有アルミニウム系合金軸受の改良に関するもの
である。

上記アルミニウム系合金はスズを含有するものが一般に
裏金鋼板に圧接されて軸受とし゛て供用されている。鉛
はスズと同様に軟質の元素であり、スズと同様にアルミ
ニウム合金に軸受性能全付与するが、合金中に均一に分
散させることが困難であるので、スズ龜ど合金元素とし
て多用されていない。しかしながらスズ及び鉛は物性的
には共通の性質を有しておシ、軸受性能の一つとしての
なじみ性を付与する点で共通である。なお、ここでなじ
み性とは、軸受の相手材である軸の加工梢度に対して軸
受と軸との間に常に潤滑油の油膜が介在した状態で両者
が接触しうるように、軸受の表面が軸受使用の初期に軸
によって部分的に削シとられ又はＭ粍する軸受の性質を
、指すものである。

従来の慣用的方法はスズ又は鉛をアルミニウム中に含有
させ、これによってなじみ性を発現しようとするもので
あった。ここで軸受の製法について若干述べると、鋳造
・圧延によって成形された軸受合金と裏金鋼板の接着強
度を高くするために圧接後にこれを焼鈍する工程が不可
欠であ）、一般的にはこの焼鈍はムｔ−Ｆ・の金属間化
合物が生成する温度未満で時間を長くして行なわれる。

ところがスズ及び／又は鉛含有アルミニウム系合金では
上記焼鈍によって高温下に置かれると、合金組織中でア
ルミニウム結晶粒及びスズ又は鉛の晶出物が粗大化し、
スズ及び／又は鉛含有アルミニウム合金の高温硬さ及び
耐疲労強度が低下するという欠点力゛ありた。

よって、最近の技術によるとスズ又は鉛よシは１硬質の
金属をアルミニウム合金に添加することによシ、アル１
ニウム地を強化させ軸受性能を高める提案がされるに至
つた。スズ及び／又は鉛アルミニウム合金の例について
述べると、例えば、３．５〜４．５９Ｇ　Ｂｍ−３，５
〜４．５　Ｔｏ　８１−０．７〜１．３９６Ｃｕ−残Ａ
　Ｌｘ　４〜８９６　Ｓ　ｎ　−１ヘ２　％　８１−０
−１〜２　’Ｉｒ　Ｃｕ　−０，１〜１　％　Ｎｉ−残
Ａｔ、３〜４０％５ｎ−０．１〜５％Ｐｂ−０．２〜２
％Ｃｕ−０，１〜３％５ｂ−０，２〜３チ５１−０．０
１〜１％Ｔ量−残Ａｔ、１５〜３０％５ｎ−０，５〜２
％Ｃｕ−残ｈｔ、及び１〜２３％５ｎ−１，５〜９＊Ｐ
ｂ−０，３へ３％Ｃｕ−１〜８％Ｓｉ−残ｋｌなどのス
ズ含有アルミニウム系軸受合金（以下多元系軸受合金と
称する）が使用されていた。

しかし、近年の自動車用内燃機関は小型化及び高出力化
が要求され、しかも排気ガスの浄化対策のためのブロー
パイガス還元装置の取付が景求されるようになると、内
燃機関の軸受の使用条件り従来より悪化するに至った。

すなわち近年の軸受は小型にて従来よル高荷重及び高温
下で使用されるようになっ九ため、従来の多元系軸受合
金は疲労破壊や異常摩耗を起こして、自動車の内燃機関
のトラブルの一つの要因になっていた。なお、金属拐料
の疲労現象は一般的には長期に亘って該材料が使用され
たときに発現するが、近年の内燃機関では高負荷運転が
比較的短時間継続したときでも疲労による軸受の破壊が
起こることがあった。

これは内燃機関内の潤滑油が高負荷運転時に高温になシ
、例えばオイルパン内の潤滑油の温度で測定した温度が
１３０ないし１５０１１：：にも達するため、軸受は相
手材であるクランクシャフト等とがなりの高温で摺動し
ていると予測され、この結果従来の多元系軸受合金の高
温硬さが急激に低下し、又スズの溶融又は移動が起こシ
、このことが耐疲労強度を低下させる原因になっている
と本願発明者は考える。

本願出願人は特願昭５５−８５１号にて重量百分率で、
２．５ないし２５％のスズ、０．５ないし８％の亜鉛及
び０．１ないし１．０％未満のクロムを含有するアルミ
ニウム系合金を提案した。又本願出願人は特願昭５５−
８５２号にて、重量百分率で、２．５ないし２５嗟のス
ズ、０．５ないし８チの亜鉛及び工ないし７％のケイ素
、クロム、マンガン、ニッケル、鉄、ジルコニウム、モ
リブデン、コバルト、タングステン、チタン、アンチモ
ン、ニオブ、バナジウム、セリウム、バリウム及びカル
シウムからなる群から選択された少なくとも１棟の元素
を含有し、残部が実質的にアルミニウムからなるアルミ
ニウム系合金も提案した。これらのアルミニウム系合金
ではケイ素、クロム等は極めて微細な硬質の１ｌ−Ｃｒ
金属間化合物としてマ）　ＩＪソックス中分散し、主と
してスズ粒子の粗大化防止の効果を奏し、又亜鉛は殆ん
どがマ）　ＩＪソックス中固溶してマトリックスを強化
し、この結呆該合金の耐疲労強度及び高温硬さが向上す
る。これらのアルミニウム系合金の軸受性能はマ）　Ｉ
Ｊソックス強化と微細分散物による強化の両件用の相乗
効果によって単一作用の場合よシも向上される。

上記特願昭５５−８５１号及び特願昭５５−８５２号で
は、軟質なスズ粒子が優れたなじみ性を実状するものと
把握されている。上述のようななじみ性のとらえ方は尚
業界において確立された考え方であシ、軟質なスズ及び
／又は鉛粒子により軸受になじみ性を付与しようとする
思想自体は、従来の当業界の考え方に沿うものであシ、
その延長線上にあるということができる。また、クロム
、ケイ素等の作用については、これらの粒子がスズ及び
／又は鉛粒子の粗大化を妨げるという面からとらえられ
てお）、いわばクロム、ケイ素等の粒子が直接的になじ
み性を改良するという技術思想はなく、軟質なスズ及び
／又は鉛粒子の形態制御により間接的にスズ及び／又は
鉛含有アルミニウム系合金のなじみ性を改良するという
技術思想及び後述の技術的手段にて上記待針出願の記載
は首尾一貫しているといえる。

本発明者は鉛含有アルミニウム系合金の軸受性能を詳し
く研究したところ、従来の考え方とは全く異なる技術思
想及び技術的手段にょシ軸受性能、特になじみ性及び耐
焼付性、を飛躍的に向上しうることを見出して、本発明
を完成した。この技術的手段とは詳しくは後述するよう
に、スズ含有アルミニウム合金中の硬質粒子の寸法制御
であるが、５ｉ−ＡＡ＝元素合金において硬質粒子が析
出ないし晶出（以下、便宜上品出と称する）すること自
体は周知の事実であル、また内燃機関用アルミニウム系
合金合金においてケイ素粒子の分布につぃて論じた論文
又は特許も公表されている。

特開昭５５−８２７５６号によると、軸受用合金の製造
において、５〜１５チのケイ素、銅５−以下、ビスマス
１０％以下、及び鉛１％以下からなるアルミニウム系合
金を熱間又は冷間圧延するか、あるいは押出すことによ
って、少なくとも９０％の断面減少率を得、それによっ
て合金中のケイ素粒子が連続したスケルトン様網目構造
とならずに微細に分かれた粒子の状態で存在するように
した発明が提案されている。そして、この軸受台金は軟
質のメッキ（オーバレイ）を施こした軸受にも施こさな
い軸受にも有用であると述べられている。

この発明の要点は鋳造状態の粗いケイ系粒子を圧延等に
よシ微細分散させ、圧延加工後に必菅に応じて行なう焼
鈍は加工組織を回会させる８度にとどめ、ケイ素粒子の
微細形態を維持した点にある。

さらに、この発明では約１０−程度の高いケイ素含有蓋
が好ましいと明記されているから、ケイ素宮廟蓋が高い
アルミニウム合金にてかなシ大きく発達するケイ素粒子
を微細分散させることに意義が見出されている。しかし
ながら、本願発明者の研究によると、オーバレイを施こ
さずに使用する内燃機関用軸受合金にあっては、ケイ素
等の硬質粒子晶出元素の含有量が高いと軸受の疲労強度
が低下し、特に軸受が軸から繰返し荷重を受けて摺動す
る場合に負荷能力が著しく低下するという欠点があるこ
とが分かつた。さらに、軸受性能を高める目的上はケイ
素粒子を微細分散させる圧延等の方法によっては満足す
べき結果は得られない。

すなわち軸受用アルミニウム合金は通常鋳造材を圧延勢
の方法によって所定寸法を付与することによ）製造され
、この圧延等によりケイ素粒子は分断される。このよう
なケイ素等の硬質粒子を分断するだけではなく、場合に
よってはこれら粒子を粗大化し、所定寸法の硬質粒子を
所定個数に制御した場合に、軸受性能が顕著に高まるこ
とが分かった。ちなみに、上記公開公報では、１１％ケ
イ素含有のアルミニウム合金について実験がなされ、そ
してケイ素微細粒子の寸法は０．０００１インチ（２，
５ミクロン）からｏ、ｏｏｉインチ（２５ミクロン）で
あると記載されているが、単位面積当りの個数について
は何ら触れられておらない。

ＳＡＥ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐ＠ｒＳｅｒｉｅｓ
のＡｌｕｍｉｎｉｕｍＢａｓｅｄ　Ｃｒａｎｋｓｈａｆ
ｔ　Ｂｅａｓｉｎｇｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＨｉｇｈＳｐ
ｅｅｄ　Ｄｉｅｓｓｌ　Ｅｎｇｉｎｅと題する一文（１
９８１年２月２３日−２７日、デトロイトで発表）は上
記公開公報と向−人が発表した一文であシ、その中では
１１チ８１−１％Ｃｕ−Ａｔ合金についての焼付荷重が
掲載されている。これによるとケイ素粒子寸法が１７ミ
クロンを越えするものが、単位面積（Ｗ２）クシ８．７
　Ｘ　１０’個存在していると焼付荷重のはらつきが多
く、一方１７ミクロンを越えるものが０．６Ｘ１０１固
存在していると焼付荷重がよシ＾くしかもはらつきが少
なくなるという説明かなされている。この説明及びその
他の理論的祝明ｔよアルミニウムマトリックス中に、硬
度か高いケイ系粒子が微細分散していることが適合性（
ｃｏｍｐａＨｂｉｌｉｔｙ　）及び焼付荷重向上に貝献
するということである。

さらに、上記論文では「遍谷性」という観念とは相反す
る概念として、クランクシャフトと軸のミスアラインメ
ントを許容する「順応性」（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｉｌｉ
ｔｙ）がうたわれており、ケイ素含有アルばニウム合金
は順応性が低いから、オーバレイを具備する必要がある
と述べられている。したがって、従来アルミニウム合金
軸受にて、ケイ素粒子寸法に層目した考え方はあっても
、オーバレイなしで軸受として使用可能なアルミニウム
系合金の提供に成功した例はなかった。また、ケイ素粒
子が硬質であるため直接相手材（鋼製クランクシャフト
等）を研摩し、なじみ性又は適合性に直接影響を与える
ことは知られていたが、その粒子寸法の制御は軟質マ）
　ＩＪフックス中微細な硬質粒子を均一に分散させると
いう理論を応用してなされていたものであシ、この理論
自体は、例えば出願人の先願特許出願にも内在しており
、摺動材料の外分では良く知牧れた一つの理論である。

本発明は上述したような従来技術とは全く異なる理論に
基づいており、なじみ性及び焼付荷１が従来のものよシ
飛躍的に高められており且つオ−バレイなしで軸受とし
て使用可能な鉛含有アルミニウム系合金軸受を提供した
ものである。

本発明に係るアルミニウム系合金軸受は、重量百分率で
、０．１ないし１０チの鉛、カドミウム、インジウム、
タリウム及びビスマスからなるｌ）　１群の少なくとも
１種の元素、及び０．５ないし１１チのマンガン、鉄、
ジルコニウム、チタン、アンチモン、ニッケル、モリブ
デン、コバルト、麟７０へ 違夢＝及びニオブからなる第２．＃の少なくとも１櫨の
元素を官有し、残部が実質的にアルミニウムからなる合
金が裏金に接着されており、前記第２群の元素からなる
又はこれを含む粒子の長径で測定した寸法が５ミクロン
以上４０ミクロンのｉｌｌ／子が前記合金の任意の部分
で３．５６Ｘ１０　　ｔｒｙａ当プ５当身５個以上存在
シ、且つオーツ寸レイなしで使用可能なアルミニウム系
合金軸受である。

以下、本発明の構成要件を化学組成、粒子及び軸受構造
の順に説明する。

まず、化学組成について述べると、鉛、カドミウム、イ
ンジウム、タリウム、及びビスマス（以下これらの全元
素を指すときは鉛等と称する）はアルミニウム合金の性
質を軟質に変化させ、軸受として適する潤滑性能及びな
じみ性を与える元素である。ここでなじみ性とは、前述
したように当業界に一般的に受けいられている技術的概
念によって定義され、これを以下一般的概念のなじみ性
と称する。鉛尋の含有量が１０％を越えると、一般的概
念のなじみ性及び潤滑性は向上するが、アル＜ニウム合
金の硬さが世下し、鉛等のせ有蓋が０゜ｌチ未満ではア
ルミニウム合金が軸受合金としては硬質になシ過ぎ、よ
って一般的概念のなじみ性が劣化する。鉛等の含有量を
０．１ないし１０チの範囲でどのように定めるかは、用
途に応じて適宜決定されるべきものであるが、一般的に
は軸受に加わる荷重、すなわち内燃機関の、ピストンを
経由して加えられる爆発荷重が大きいときは、含有量を
低く、例えば１〜４％、小さいときは鉛等の含有量を高
くするのが良い。一方、高荷重・高速回転のために軸受
の焼付が懸念される場合は、鉛等の含有蓋を高く、例え
ば４〜８％にすれは良い。

なお、鉛等含有アルミニウム合金の疲労強度及び高温硬
さを軸受として賛求される性能に対して十分なものとす
るためには、鉛等の粒子が合金中に微細に分散している
ことが望ましい。しかしながら特に鉛は微細分散が困難
な元素である。だが、本発明では後述の特殊なじみ作用
が軸受性能を実質的に担っているから、スズ粒子の微細
化はさはど重視しなくても内燃機関用軸受として使用上
の支障がなくなりた。好ましい鉛等の含有蓋は１〜６％
である。

総称する場合はマンガン等と称する）は後述する特殊な
じみ作用をもたらす元素であυ、その言有蓋が０．５４
未γ内では該なじみ作用が不足し、一方１１％を越える
と軸受台金の該なじみ作用が同上されず、また疲労強度
、焼付荷重が低下する傾向続いてマンガン等の添加によ
シ生成する粒子について説明する。マンガン等は、単独
の金属形態で晶出するかあるいはマンガン岬とアルミニ
ウムの金属間化合物の形態で晶出するか、晶出物の成分
を分析することはできない。しかしながら、スズ含有ア
ルミニウム合金にマンガン等を加えることによって、ス
ズ等の軟質粒子以外の硬質粒子が晶出する。したがって
、マンガン等からなる又はこれを含む粒子が晶出するが
、以下これを硬質粒子と称する。

本発明者の発見によると硬質粒子の長径寸法（以下単に
寸法と称する）が５ミクｐン未満では現れない特殊なじ
み作用が５ミクロン以上で現れ、鉛等含有アル＜　ニウ
ム合金の軸受性能を飛躍的に向上させる。なお、この作
用は該５ξミクロン上の硬質粒子が３．５６Ｘ１０　　
ｍ　　当９５個以上存在しているときに認められ、多け
れば多いほど顕著になる・一方、硬質粒子の寸法が４０
ミクロンを越えると、スズ含有アルミニウム合金の疲労
強度が低下する。この面から本発明の合金マンガン等の
含有量上限は上述のように１１％である。

また、本発明において粗大な硬質粒子、すなわち寸法が
５ミクロン以上の硬質粒子、を構成要件として規定して
いる意義は、消極的にいえば微細硬質粒子は軸受性能向
上に寄与しないということであシ、この点で従来のアル
ミニウム系合金軸受の軸受性能のとらえ方とは異なりて
いる。すなわち、出願人の先願ではａｍなケイ素粒子が
既述のようにスズ粒子の形態制御を介して間接的に軸受
性能を向上させ、且つ上記ＳＡＥ誌の一文では埋−的に
も実験データ的にも彼細なケイ素粒子の方が良好な軸受
性能が得られている。しかしながら、本発明では粗大な
硬質粒子の方が疲労強度以外の性能は格段に良好である
。そこで、粗大な硬質粒子の意義を積極的に述べるなら
は、かかる硬質粒子を含む軸受の相手材である軸の加工
軸°度による微細な凹凸、あるいは軸が球状黒鉛鋳鉄で
ある場合にラッピングによシ表面部よシ黒鉛が脱格して
生じた凹部の周囲を、硬質粒子が平坦化し以って、軸受
と軸の間で常に油展が介在した状態でこれらの良好な摺
動が起こるものと考えられる。なお、従来軸受の分野で
はスズ等の軟質な成分がアルミニウム合金の表じみ性に
寄与するものとの考え方が一般的であル、硬質粒子が直
接相手材の凹凸の平坦化に寄与するとの考え方は、発明
者が知る限シ、上記ＳＡＥＡ１外にはないので、硬質粒
子によるなじみ作用を特殊なじみ作用と称する。しかし
雇から、このようなケイ素粒子の作用１ｓＡＥ誌では順
応性を向上させるものであシ、適合性には逆効果であり
、結果として軸受はオーバレイを備える必要があると強
調されている。ここで、適合性とは軸と軸受との加工上
のミスアライメントに適合しうる軸受の性能であるから
、なじみ性（一般的概念によるなじみ性）と意味上等価
である。

したがって、ＳＡＥ誌にも、その他発明者が知る限シの
論文発表にお込ても、硬質粒子が相手軸の表面凹凸を削
ルとシ、平坦化しなじみ性に寄与するという考え方はな
く、まして粗大な硬質粒子が軸受中に多く存在する方が
焼付荷重その他の軸受性能が向上するという実験データ
も発表されていない、したがってで上記特殊なじみ作用
は本発明の特色であシ、従来の一般的概念のなじみ作用
のみをもつ材料と比較すると、軸受性能、例えば焼付荷
重、が格段に向上している。尤も本発明の合金は鉛等を
含有しているが一般的概念のなじみ作用による軟質金属
の相手材表面への埋収は、特殊なじみ作用によシ相手材
の凹凸を平坦化してから実現されると考えられ、結果と
しては両者の総合によシ自動車内燃機関の軸受として優
れた性能が発揮されると信じられる。

上述のような特殊なじみ作用が特に有効であるのは相手
材軸が球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄の場合である。球
状黒鉛鋳鉄は内燃機関のクランクシャフト等の軸の低コ
スト化を図るために従来の鍛造軸に代わって使用される
傾向にあるが、軸の研磨加工時に黒鉛粒子が軸表面から
ＰｇＩＪシとられ、脱落した球状黒鉛の粒子の跡は多く
の凹部又は窩状部となりておル、その周シの鉄基マトリ
ックスは加工硬化した鋭いばシ又はエツジとなっている
。

このばシ等が軸受表面の異常摩耗を起こすという問題が
従来のスズ及び／又は鉛含有アルオニウム系軸受用合金
にはあった。本発明者の研究によると、軟質のアルミニ
ウムマトリックスがばシによシ削シとられ凹部中にとシ
こまれ、またこのアルミニウムと軸受材料のアルミニウ
ム順応性不足によシが非常に凝着し易いので、直ぐに焼
付が生じることも判明した。しかしながら、本発明によ
る鉛等含有アルｉニウム合金では粗大な硬質粒子がばシ
を削シとシ、凹部の周シを滑かな状態とする。

この結果、焼付が高荷重まで起こらないこととなシ、耐
焼付性が格段と向上する。

上述の軸受台金の厚さは０．１〜１■、特に０．２〜０
．５１が好ましい。必要に応じ軸受合金上に防錆油を塗
布する。

以下余白 本発明の軸受は上述のような理由によりｉ→焼付性に優
れているためにオーバレイを施こさない構造である。軸
受合金は例えば圧接などの方法により、下地層を介して
又は介さずして接着される。

本発明の鉛等含有アルミニウム合金は、（Ａ）　０．１
ないし２１％好ましくは０．２ないしＩＳの銅及び有す
るものであってよい。

銅等はスズ含有アルミニウム合金の高温硬さを筒め、軸
受の疲労強度向上に寄与する。銅等の含有ｌが０．１１
未満では高温硬さ改善効果が少なく、２．０％を越える
と鉛等含有アルミニクム合金が硬くなシ過ぎ圧延性が害
されるとともに、耐焼付性及び濁渭油に対する耐食性も
低下する。この銅等の高温硬さ改善効果はクロムと共存
すると一層顕著になり、２００℃強の温度でも硬さはあ
まり低を上昇せしめ、また高温での軟化を防止又は緩和
し、高温での鉛等の粒子の粗大化を招かないとい十階６ う効果を奏する。り　　　一部がアルミニウム地に固溶
しその固溶強化をもたらし、また再結晶軟化Ｉｌｌ！’
を高温側にずらし、さらに加工硬化性を増大させる。再
結晶軟化温度の上昇は、内燃機関の軸受がさらされる高
温球（オイルパンの温度で１３０〜１５０℃）でも軸受
台金の高ｍ強度が良好に保たれることにつながり、耐疲
労強度及び耐負荷能力上望ましい結果が得られる。詣ア
ルミニウムマトリ、クスに固溶しない部分は匂 Ａｔ−Ｃ属間化合物として極めて微細に析出し、鉛等の
粒子が軸受合金の裏金への接着時の焼鈍あるいは内燃機
関内の高温によシ粗大化するのを防ＣＭＩＩ） 止する。このｈｔ　−６１−間化合物の硬さはビッカー
ス硬さで約３７０であシ、硬質粒子の硬さと比較して著
しく小さい。このような硬さの差がある故に、ｈｔ−ｔ
！”＝−１間化合物は鉛等の粒子の粗大化を防止して一
般的概念のなじみ作用を向上させ、一方硬質粒子は相手
材軸の凹凸を平坦化して出するため好ましくない・ 続いて、硬質粒子の寸法及び個数の制御方法について欽
明する。ｋＡ　−Ｍｎ等の二元合金ではその状態図から
判断して硬質粒子は合金元素の種類により次の如きもの
であると思われる。

Ｍｎ　：　ＭｎｋＬ４及びＭｎ　Ａｌ３Ｆｅ　ｍ　Ｆｅ
Ａｔｓ Ｍｏ　：　ＭｏＡＬ５ Ｎｌ　：　Ｎｔｈｔ３ Ｚｒ　：　ＺｒＡｔ。

Ｃｏ　：　Ｃｏ２Ａｔ。

ｒｔ　：　ＴｌＡｔ。

ｓｂ　：　ｈｔｓｂ Ｎｂ　：　Ｎｂｈｔ。

上記金属間化合物と考えられる鋳造中の晶出形態は多様
であり、これらの晶出物は鋳造合金を圧延し軸受として
の必要な厚さに圧延される過程で分断され、寸法が小さ
くなる。このような鋳造−圧延法によシ得られた硬質粒
子はほとんどが５ミクロン以下であシ、１０ミクロン以
下のものも稀にはあるがその単位面積当シの個数は少な
く、針状又は扁平形状である。また圧延の稜に中間焼鈍
が行なわれるが、その温度は再結晶温度程度に選択され
るので、その中間焼鈍によっては硬質粒子がほとんど粗
大化しない、上述のような鋳造−圧延（中間焼鈍）によ
シ所定の厚さの軸受合金を得た彼に、これを裏金鋼板に
圧接し、この際Ａｔ−Ｆ・の金属間化合物生成温度未満
、例えば３５０″Ｃ−にて圧接後焼鈍するのが従来のス
ズ及びＡは鉛含有アルにラム合金軸受の製造方法であっ
た。この３５０℃の温度でも硬質粒子は殆んど粗大化せ
ず、結果としてほとんどが５ミクロン未満の微細硬質粒
子が最終軸受製品中に存在していた。これに対して、本
発明による粗大硬質粒子を５ミクロン以±４０ミクロン
以下のものが３．５６　Ｘ　１０””■２当シ５個以上
存在させるため−に献上記圧接前に軸受台金を３５０〜
５５０℃の高混熱処理することが最も有効であることが
分かった。すなわち、圧接前の熱処理工程以外での硬ｌ
Ｊｋ粒子寸法制御は効果が低く、例えは圧延工程での加
熱温度、圧下率等の制御、又は鋳造工程での冷却速度開
−あるいは中間焼鈍等によって祉硬質粒子の寸法制如（
が至難であシ、そうかといって圧接時又圧接後の熱処理
ではＡｔ−Ｆ・金属間化合物の生放、あるいは完成直前
の軸受のアルミニウム合金内での鉛等の低融点成分の溶
解等が起こり、これらは軸受性能、特に一般的概念のな
じみ性土留ましくない結果をもたらす。

上述の如き圧＆前の高温熱処理によるとマンガン等の含
有量により硬質粒子の概略晶出個数かどのように変化す
るかを第１表に示す４１１ｉ−１表は横カラムに示され
た寸法の立方体の硬質粒子として、すべてのマンガン等
が晶出したと仮足してｔｌｊｌＦしたものである。実際
には５ミクロン未満の′ｆｊｊ！負粒子は圧接前の高温
熱処理によ９５４２０７以上の硬質粒子として大半が粗
大化される。したカッて、第１表は本発明アルミニウム
合金内の硬質粒子制御方法資料として有用である。

第　１　表 硬質粒子個数計算値（３，５６Ｘ１０　　ｗｓ当りのａ
数）マンガン等の含有量が０．５％の場合はｊｌｌＩ１
表より硬質粒子の個数は３４０である。マンガン等の一
部が５ミクロン未満の硬質粒子として晶出しても、５個
以上の確保祉容易である。

５ミクロンの硬質粒子はマンガン等の含有量によシ３４
０ないし３５００個の個数となる魯寮際の軸受台金中の
５ミクロン〜１０ミクロンの硬質粒子個数はこれより少
ないが、圧接前の高温熱処理によ９５４２０７以上の粗
大粒子の５ミクロン未満の微細粒子に対する割合が高め
られる。そして、例えば５〜１０ミクロン粗粒硬負粒子
の割合を高めるために３５０〜４５０℃の圧接前高温熱
処理を利用することができる０ マンガン等の含有量が３％の場合の硬質粒子個数は、腑
１表によれば、マンガン等が完全Ｋ　４０ミクロンの粒
子として晶出したとすれば４＠である。仮にこれを１個
とすれば５〜３０ミクロン硬質粒子と４０ミクロンの硬
質粒子を共に晶出させることが可能である。したがって
本発明の鉛等含有アルミニウム合金のマンガン等の含有
量の範囲内で、しかも５ないし４０ミクロンの寸法の範
囲内でよシ粗大硬質粒子を特電個数析出させることがで
きる。この好ましい側杖、次のとうりである。

（ハ）３０ミクロン以上の硬質粒子　１個以上次に本発
明による硬質粒子の形態について説明する。一般に圧延
された鉛等含有アルミニウム合金中の硬質粒子は針状を
呈し、圧延方向に長手方向が一致する場合が多いが、本
発明の高温熱処理を実施すると硬質粒子は比較的圧延直
交方向の巾が大きくなシ扁平又は塊状となる。この硬質
粒子は軸受の水平面、すなわち相手材軸と接する面で見
えときに扁平又は塊状を呈する。好ましい形状は水平面
及びこれに垂直な面で見て塊状である・そして、５ミク
ロン以上の硬質粒子は殆んどが塊状であシ、□扁平形状
が少なく、針状は所定面積て殆んどない・このような塊
状形状が特殊なじみ作用上極めて有効である。

さらに、鉛等含有アルミニウム系合金の組織観察法とし
ては機械加工変質最表面を除き上記水平面で行ない硬質
粒子の寸法を掬足するものとする。

該合金中には硬質粒子の他にクロムの金属間化合物、鉛
等の粒子その他の粒子（相）が存在しているが、これら
から硬質を識別するためには、金属顕微鏡で見た時に、
エツチング法如何を問わず鉛。

クロム等は白色を呈し、硬質粒子は灰色（濃灰色）・を
呈することに依れば良い。

以下、本発明を実施９例により説明する。これらの実施
例においては特に断わらない限シ、軸受又は軸受合金の
製造方法は次のとうシであり九。

所定組成のアルミニウム合金を連続鋳造によシ厚さ１５
−の板とし、鋳造板をビーリングした稜連続的に６■の
板淳に冷間圧延した。次に中間焼鈍（３５０℃）を行な
い、続く冷間圧延によりアルミニウム合金薄板を得た・
続いて３５０〜５５０℃の範囲で所望の大きさの硬質粒
子を得るように高温熱処理し、続いてアルミニウム合金
薄板を２３０℃に予熱し同様に予熱した裏金鉄板に圧接
しそして３５０℃で圧接のための焼鈍を行ない軸受を完
成した。軸受台金自体の性能を試験する場合には圧接以
降の工程を省略した。

実施例１ 第２表は供試材アルミニウム合金の組成及び硬質粒子分
布を示している０表中及び以下特に断わらない限夛、硬
質粒子の個数は３．５６Ｘ１０ｍ当りの個数をｈす◎ 第２表の供試材を以下の条件による焼付荷重増加に付し
た。

逢豆人 テスター：ジャーナル型焼付試験機 条　件　：相手材軸−ＦＣＤ　７０ 潤滑油種−８Ａ１１０Ｗ−３０ 軸表面粗さ−０，６〜０．８ＪＩｓｓＲｇ潤滑油１！−
１６０±２．５℃ 軸回転数−１００Ｏｒｐｍ 軸径−５２１ 軸硬度−Ｈｖ２００−３００ 荷重−５０ｋｇ／１ｘ２７３０　ｍ　ｉ　ｍ間隔で同量
増加 軸受粗さ−１〜１．８μｍＲｚ 軸受径−５２− 焼付荷重側足結果を第１図に示す、第１図において横軸
は供試材の最大寸法硬質粒子の個数である。供試材は、
第１！！の五つの範囲の最大粒子寸法によシムからＤま
での五つの群に分けられて、第１図に示されている。こ
の図よシ次の事実が明らかとなる。

（イ）焼付荷重社最大寸法ケイ素粒子の個数にょシ左右
され、よシ小さい寸法の硬質粒子の個数には殆んど影響
されない。

←）　最大寸法硬質粒子個数とともに焼付荷重は増大す
る。但しＡ群の供試材の焼付荷重増加はほとんどなく、
よシ大きな寸法の硬質粒子を含むその他の群の焼付荷重
が著しく増大が顕著である。

以上の事実ビ）及び（ロ）よシ、本発明では最低５ミク
ロンの硬質粒子が５個以上あることに限足したものであ
る。

笑施例２ ＩＩ　３　！！（１）に示す供試材一ついて焼付荷重及
び疲労強度を測定した。疲労強度の測定条件は次のとう
シであった。

１１町 テスター：交番荷重試験機 条　件　：相手材軸−８５５Ｃ 潤滑油種−８ＡＥ１０Ｗ−３０ 軸表面粗さ−０，８μｍＲ１ 潤滑油温−１４０±２．５℃ ａ清油圧−５時／／３２ 軸回転数−３００Ｏｒｐｍ 軸径−５２φ 軸硬度−Ｈｖ５００〜６００ 軸（ロ）転回数−１Ｏ回 軸受粗さ−１〜１．８μｒＩ＠Ｒｚ 軸受径−５２Ｘ２０■ 以下余白 ―」足結果を第３表（２）に示す、これよシ、本発明に
よると焼付荷重が向上しまた疲労強度は粗大な硬質粒子
によシ劣化しないことが分かる。なお、第３　！！（１
）中で５ミクロン未満の硬質粒子個数は測定してない、
また疲労試験の相手材軸は機械構造用脚素鋼（ｓｓｓｃ
）であシ、本発明材料は相手材鉄系材料中の辰素が黒鉛
として存在しない場合にも有効であることが分かる。

第３！！（２） 試験結果 実施例３ マンガン含有量が７チの供試材について実施例２と同様
な冥験を行なったところ、第４！！（１）及び（２）に
示すように同様な結果が得られた。

以下余白 館４！１（２） 試験結果 実施例４ マンガン含有量がＩＩＩＧの供試材につき実施例２と同
１！！に実験を行なった結果を第５表（１）及び（２）
に示す、この実験結果は実施例２とほぼ同様である。

以下余白 ＠５！！（２） 試験結果 （４２〕 実施例５ 第６表に示す供試材の如く硬質粒子分布を一定にマンガ
ン等のすべての元素についてその含有量を変化させた場
合の焼付荷重を御１足した結果（条件Ａ）を！２ｖ！Ｊ
Ｋ示し九〇ナオ、＄２図Ｋｕ、４９ｂＰｂ、　０．５１
ｇＣｕ、　０．４＊Ｃｒ及びＭｍ等を含有するアルミニ
ウム合金を圧接前の焼鈍温度を３５０℃とし、硬質粒子
の寸法制御を行なわない供試材を比較例として示した。

“第２図よシ本発明の供試材は比較例のものよシも焼付
荷重が著しく高いことが分かる。また本発明の供試材で
はマンガン等が約４１にて鋳付荷重が飽和する。

既述のように焼付荷重は本発明のマンガン嬶の含有量範
囲では最大硬質粒子の個数及び寸法により支配されるが
、この下限５ミクロンの粒子寸法個数を一定に制御した
本実施例ではマンガン等の含有量による多少の影響がみ
られる。これは５ミクロン未満の微細硬質粒子によるも
のと考えられる。

本発明の供試材の疲労強度を条件Ｂで測？した結果を第
３図に示す、蒙３図よシマンガン等の含”有量が５９１
を越えると疲労強度が低下していることが分かる。これ
も上記微細粒子によるものと考えられる。

以下余白 実施例６ 鉛等、銅等その他の種類を変化させて、実施例２．３．
４及び５と同様の実験を行なった・この結果を第７表（
１）及び（２）に示す、これらの表よシ各種任意成分に
ついて、十分な焼付荷重及び疲労強度が得られることが
分かる。

以下余白 第７表　（２）−１ 第７表　（２）　−２ ｌＩ７表　（２）　−３ 実施例７ 第２！！の供試材を用いて以下に述べる実験を行なった
・ （１）潤滑油油温の影響 Ｃ２の供試材につき条件Ａにおいて８０℃及び１４０℃
の油温にて焼付荷重を１ｉｌｌ定した。比較材として４
チＰｂ−１＊Ｃｕ−Ａｔ合金を供試材として同様の測定
を行なった。この結果を第４図に示゛す、比較材と本発
明の材料では高温下の焼付荷重に極端々差があることが
分かる。

（２）　　油１ｉ１４０℃における相手材（鍛造軸及び
球状黒鉛鋳鉄）の影蕃 Ｃ２の供試材及び２０１６８ｍ−１９６Ｃｕ　−Ａ１合
金を比較供試材とし、条件Ａ（但し油温１４Ｇ℃）にて
焼付荷重を測定した結果を！６図に示す。本発明と比較
例の供試材では相手材が鍛造材の場合には焼付荷重に大
きな差はないが、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ　７０　）では
かなシの差が現われる。

（３）耐摩耗性 Ｃ２の供試材につき以下の条件にて摩耗量を８ｊ定しえ
。

逢丘旦 テスター：混合潤滑試験機 条　件　：相手材軸−ＦＣＤ　７０ 軸褒面粗さ−０，８〜０．９趣Ｒ。

潤滑油種−流動パラフィン 軸回転数−１０Ｏｒｐｍ 軸径−４０φ（■） 軸硬ｔ’　−Ｈｖ　２００〜３００ 荷重−２５に９ 比較の九めにケイ票を含有しない６チＰｂ　−１％　Ｃ
ｕ　−Ａ１合金の摩耗量を条件Ｃによシ測定した・摩耗
量ＩＩＩ定結果を第６図に示す、比較材は時間とともに
摩耗が進行するが本発明材料は約１時間稜にはほとんど
摩耗量が増大していない、このような差異について発明
者は次のように考える。比較材では主として軟質のスズ
相が相手材軸によ〕削シとられることによシ、絶えず比
較材は摩耗している０本発明材料では軸受表面に存在し
ている粗大硬質粒子が摺動初期の段階で、相手軸の野面
粗さの突出部及び表面に存在する球状黒鉛周辺のパリ等
のエツジ部を摩耗させ（削シ取シ）、軸を軸受にとりて
よシ良い摺動状態となる軸表面に変化させることによシ
、流体潤滑に近い状態とし、軸−軸受の直接接触を妨げ
ておル、これが軸受の摩耗進行を停止させているものと
想定している。

実施例８ ４＊Ｐｂ　、０．５＊Ｃｕ　、０．４ｆ６Ｃｒを含有し
、マンガン等の含有量を変化させたアルイ二りム合金を
圧接前に３５０℃で鋳鈍した他は本発明の供試材と同様
の製法によシ軸受を製造した。この軸受の賑耗量を条件
Ｇで側足し九結果を蒙７図に示す。

また試料番号２５−３３の供試材の摩耗量も同図に示す
・ 」１Ｂし テスター二混合潤滑試験機 条　件　：相手材軸−ＦＣＤ　７０ 軸表面粗さ−０，８〜０．９μｍＲ１ 淘渭油種−流動ノｆ２フィン 軸回転数−１０Ｏｒｐｍ 軸径−４０φ（■） 軸硬度−Ｈｖ　２００〜３００ 荷重−２５階 テスト時間−５Ｈｒｓ 摩耗量測定結果を第７図に示す、この図面より、本発明
により高温熱処理を行ないケイ素粒子寸法の制御を行う
とスズ含有アルミニウム合金の耐摩耗性が著しく向上す
ることが分かゐ。

実施例９ ５１Ｇ　Ｍｍ　−４５Ｇ　Ｐｂ　−０−５＊　Ｃｕ　ｓ
及び０．４％Ｃｒを含有するアルミニウム合金の圧接前
焼鈍ＷＡｆを以下のように変化させた場合の水平面顕微
鏡組皺スケッチ図をそれぞれの図面に示す。

２７０℃（比較例低温熱処Ｎ）　　第８図ＳＯＯ℃加Ｊ
Ｉ後徐冷　　　　　　　［９図本発明の高温熱処理によ
シ硬質粒子が扁平から塊状に変化している。

【図面の簡単な説明】

蒙ｌ図は焼付荷重と最大寸法ケイ素粒子の個数の関係を
示すグラフ、 第２図は、鋳付荷重とマンガン等の含有量の関係を示す
グラフ、 第３図は疲労強度とマンガン等の含有量の関係を示すグ
ラフ、 第４図は焼付荷重と一渭油温の関係を示すグラフ、 第５図は相手材軸のｓｅｔによる焼付荷重変化を示す図
、 第６図は摩耗■の時間変化を示すグラフ、第７図は摩耗
量とマンガン含有量の関保管示すグラフ、 第８図及び第９図は供試材アルミニウム合金の顕微鏡細
織スケッチ図である。 図面中ＣＯＭＰは比較材、その他の数字及び符号は供試
材の番号を指する。 ｌ／に１図 最大寸法粒子個数 第２図 Ｍｎ含有員（ｗｔ％｝ Ｍｎ含有量（ｗｔ％） 第４図 第５図 鍛造軸　　　ＦＣＤ７０ 第６図 Ｍｎ含有量（ｗｔ％） 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量百分率で、０．１ないし１０％の鉛、カドミウ
   ム、インジウム、タリウム及びビスマスからなる［１群
   の少なくとも１′ｍの元素、及びＯ６５ないし１１チの
   マンガン、鉄、ジルコニウム、チタンいアンチモン、ニ
   ッケル、モリブデン、コパクムへ ルト、壬！及び二オッからなる第２１ｊ＋の少なくとも
   １種の元素を含有し、残部が実質的にアルミニウムから
   なる合金が裏金に接着されておシ、前記第２群の元素か
   らなる又はこれを名む粒子の長径で測定した寸法が５ミ
   クロン以上４０ミクロンの該粒子が前記合金の任意の部
   分で３．５６Ｘ１０−２■２当り５個以上存在しておシ
   、且つオーバレイなしで使用可能なアルミニウム系合金
   軸受。 ２、前記第２群の元素からなる又はこれを含む粒子の寸
   法が１０ミクロン以上且つ４０ミクロン以下、好ましく
   は２０ミクロン以上４０ミクロン以下の該粒子が該合金
   の任意の部分で３．５６Ｘ１０−２■２当シクシ以上存
   在している特Ｆｆｆ請求の範囲第１項記載のアルミニウ
   ム系合金軸受。 ３、前記第１群の元素の含有量が１〜６％であシ且つ前
   記第２群の元素の含有量が１〜９チである特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載のアルミニウム系合金軸受。 ４、軸受相手材の軸が球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄で
   ある特許請求の範囲第１項ないし第３項の１項に記載の
   アル１ニウム糸合金軸受。 ５、５オクロンないし４０ミクロンの粒子寸法をもつ前
   記粒子が、水平面、すなわち相手材軸受と鱗する面と平
   行な面で見て、好ましくは前記水平面及びこれに垂直な
   面で見て、塊状である特許請求の範囲第４項記載のアル
   ミニウム系合金軸受◎６、重量百分率で、０．１ないし
   １０−の鉛、カドミウム、インジウム、タリウム及びビ
   スマスからなる第１群の少なくとも１ｍの元素、０．５
   ないし１１−のマンガン、鉄、ジルコニウム、チタン、
   アンチモン、ニッケル、モリブデン、コバルト、も１Ｐ
   ｔｉの元来及び０．１ないし２チの銅及びマグネシウム
   からなる第３群の少なくとも１櫨の元素を含有し、残部
   が実質的にアルミニウムからなる合金が裏金に接着され
   ておル、前記第２群の元素からなる又はこれを含む粒子
   の長径で測定した寸法が５ミクロン以上４０ミクロンの
   該粒子が前記合雀の任意の部分で３．５６　Ｘ　１０−
   ２■２当シ５１−以上存在してお夛、且つオーバレイな
   しで愛用可能なアルミニウム系合金軸受。 ７、重量百分率で、０．工ないし１０％の鉛、カドミウ
   ム、インジウム、タリウム及びビスマスからなる第１群
   の少なくとも１権の元素、０．５ないｔ、１１％のマン
   ガン、鉄、ジルコニウム、チタン、し、残部が実質的に
   アルミニウムからなる合金が表金に接着されておシ、前
   記第２群の元素からなる又はこれを含む粒子の長径で測
   定した寸法が５ミクロン以上４０ンクロンの該粒子が前
   記合金の任意の部分で３．５６　Ｘ　１０−２ｍ２当シ
   ５個以上存在しており、且つオーバレイなしで使用可能
   なアルミニウム系合金軸受。 ８、重量百分率で、０．１ないし１０チの鉛、カドミウ
   ム、インジウム、タリウム及びビスマスからなる第１群
   の少なくとも１種の元素、０．５ないｔ、ｉｉ＊のマン
   ガン、鉄、ジルコニウム、チタン、アンチモン、ニッケ
   ル、モリブデン、コバルト、ご琴５ ４専ギ≠字及びニオブからなる第２群の少なくとも１種
   の元素、０．１ないし２！ｊの銅及びマグネジ！ 的にアルミニウムからなる合金が裏金に接着されてお夛
   、前記第２群の元素からなる又はこれを含む粒子の長径
   で測定した寸法が５ミクロン以上４０ミクロンの核粒子
   が前記合金の任意の部分で３．５６Ｘ１０　　■当夛５
   個以上存在してお〕、且つオーバレイなしで使用可能な
   アルミニウム系合金軸受。