JPS6237337A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、自動車、工作機械、農業機械等の各種機械
装置の構造部品として使用される軸受および摺動部材用
の素材として適する軸受合金に関し、とくに銅系材料に
比べてかなり軽量であってしかも耐疲労性１表面性能等
にすぐれたアルミニウム系の軸受台金に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来、すべり軸受の素材として使用される合金には、Ｃ
ｕ−Ｐｂ系、バビット系等が所要の環境に応じて使用さ
れているが、とくに内燃機関用の軸受台金としては、耐
熱１１１１１Ｆｌ耗性、耐腐食性、酎疲労性等の点から
ＡＵ系の軸受合金が注目されている。なかでも、Ａｎ−
５ｎ系、ＡＵ−５ｎ　−Ｐｂ系の軸受台金は上記性能の
点で他の材質に比べすぐれているため、近年急速にその
使用端が増加している。しかしながら、内燃機関の小型
化による軸受幅の縮小、高出力化に伴う軸受負荷の増大
等の内燃機関の高性能化により、軸受に課せられる要求
、はさらに強まり、とりわけ＃＃疲労性の而、すなわち
軸受合金の亀裂あるいは鋼裏金からの局部的！Ａ雛を抑
制すべく改善が望まれているのが実情である。

本発明者らは、このような要望に応えるべく種々の研究
を積重ねているが、例えば先に粉末押出法を用いるＡＬ
；Ｌ系の軸受合金を開発した（特願昭５９−１３２２４
９号）。

この軸受合金は、Ａ文を主成分とし、潤滑成分としてＰ
ｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉよりなる群から選ばれた１
種以上の金属をＡＱマトリクス（ｍａｔｒｉｘ）に対す
る断面積比で０．００６以上０．０４０以下、硬質成分
としてＳｔを同じく断面積比で０．００３以Ｊ：０．０
６０以丁、強化成分としてＣｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎ
ｉ。

Ｚｎよりなる群から選ばれた１種以丘の金属を０．２重
量％以上５．０重量％以下を含み、均一微細に分散した
？！￥１滑成分の大きさが８μｍ以下である合金粉末か
ら成形したビレットを押出比１０以にで押出成形して成
るものである。

このＡＬ；Ｌ系の軸受台金は、強度および伸びが優れた
ものであり、銅系の軸受台金に比べてかなり軽量であっ
てしかも耐疲労性および表面性能（潤滑性能〕という二
律背反・的な特性の両方共が従来にない高い水準をもつ
という著しく優れた軸受台金である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したＡＵ系の軸受台金は、上記のように耐疲労性お
よび潤滑性能の両方共において優れた特性を有している
が、潤滑油膜が極めて薄くなって油切れを起こすような
場合、例えば、低速回転高荷重の場合、あるいは潤滑油
温が高温の運転条件の場合には微小焼付きを起こす恐れ
があった。

このような焼付防止には、耐焼付性の優れる成分（Ｐｂ
、Ｓｎ等）の含有量を増加させることも一方法であるが
、強度不足や高温軟化をもたらす難点があり１強度不足
や高温軟化をきたすことなく油切れ限界を高めることが
可能である軸受合金の開発が望まれていた。

（発明の目的） この発明は、このような要望に着目してなされたもので
、軟質物質である潤滑成分としてＰｂ。

Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉよりなる群から選ばれた１種以
上の金属を多量かつ均一微細に含有させると共に、親油
性の優れるＺｎを多量に含有させ。

さらに軸受合金としての有効成分をもつ合金噴霧粉末か
ら成形したビレットを押出成形することにより粉末粒子
表面の酸化皮膜を粉々に分散し、これによってＳＡＰの
ような耐熱性向上の効果も生じさせ、粉末粒子を強固に
固着せしめた軸受合金を得ることで耐疲労性と表面性能
（潤滑性能）という軸受における二律背反的性能を従来
にない高い水準で実現し、とくに潤滑油膜が極めて薄く
なって油切れを起こすような場合においても微小焼付を
生じないようにするＡＵ系の軸受合金を提供することを
目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するためのＦ段） この発明による軸受台金は、Ａｌを主成分とし、潤滑成
分としてＰｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ。

Ｂｉよりなる群から選ばれた１種以上の金属をＡ！；Ｌ
マトリクスに対する断面積比で０．００６以上０．０４
０以下、硬質成分としてＳｉを同じく断面積比で０．０
０３以上０．０６０以下、親油成分としてＺｎを５．０
重量％超過１０．０重量％以下１強化成分としてＣｕ、
Ｃｒ、Ｍｇ。

Ｍｎ、Ｎｆ、Ｆｅよりなる群から選ばれた１種以上の金
属を０．２重量％以上５．０重量％以下を含み、必要に
応じて微細化成分としてＴｉ、Ｂ。

Ｚｒ、Ｖ、Ｇａおよび希土類元素（ＲＥＭ。

Ｓｃ、Ｙを含む希土類元素の１種以上を含む）よりなる
群から選ばれた１種以上の金属を０．０１重Ｌし１％以
上３．０重量％以下を含み、均−微開に分散した潤滑成
分の大きさが８μｍ以下である合金粉末から成形したビ
レットを押出比１０以玉で押出成形して成り、Ａｎマト
リクス中に分散したＳｉ粒子の大きさが１２μｍ以下、
常温での引張強度が１５　ｋｇｆ／ＩＩｎ？以上、常温
での伸びが１２％以上であることを特徴としており、Ａ
２系の軸受台金そのものとして使用したり、該軸受台金
層を鋼板等と直接、あるいはＡｌ、Ｎｉ等の密着層を介
して接合した軸受として使用したりするものである。

この発明による軸受合金の成分組成は、押出成形法を導
入することによってはじめて従来以上の軸受性能を発揮
することができる範囲であり、特許請求の範囲外の成分
にあっては押出成形を行うことによる相乗効果は期待し
がたい。

ここで、この発明による軸受合金に使用するＡ！；Ｌ合
金粉について説明する。

（１）Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉは潤滑成分として
有効であり、耐焼伺性にすぐれたものである。これらの
うちｐｂは鋳造材ではＡｎマトリクスに対する断面積比
で０．００５以ドが偏析を起さない−１−眼である、し
かしながら、前述の如くアトマイズ法では多量のＰｂを
均一微細に含有させることができ、軸受合金の潤滑性能
を発揮させるためには断面積比で０．００６以七でなけ
ればならない、また、Ｐｂのほか、潤滑成分であるＳｎ
、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉとの総量がＡＬ；Ｌマトリクスに対
する断面積比で０．０４０を超過すると１耐荷重性の点
で軸受性能を満足できなくなるので潤？！？成分は０．
００６以上０．０４０以下の範囲とするのが良い、一方
、Ｓｎはｐｂとの共存により表面性能を改善し、加えて
Ｐｂの耐腐食性を数片する。また、ＩｎはＳｎと同じ作
用をするが高価であるので実用的には少量添加に抑える
方がより好ましい、さらに、Ｓｂ、ＢｉはＰｂ、Ｓｎの
微細分散に寄与するが、Ｐｂ、Ｓｎ添加針の０．１〜８
．５重量％の範囲にとどめるのがより望ましい、さらに
、潤滑成分の粒子径が過大であると軸受合金の性能に悪
影響を及ぼすので８μｍ以下とするのが良い。

（２）Ｓｉは硬質成分として添加するものであり、共品
Ｓｉまたは初晶ＳｉとしてＡ！；Ｌ中に分散し、硬質物
質として軸受強度の向丘および耐摩耗性の向丘にＮ’ｆ
−する。このＳｉの添加量としては前記潤滑成分の約半
分から１，５倍程度までの量がのぞましく、多く添加す
ると硬くてもろくなり、加工性を阻害するので、Ａｌト
リクスに対する断面積比で０．００３以上０．０６０以
下の範囲とするのがよい、また、Ｓｉ粒子の最大径が大
きくなれば相手材を傷つけ、分散の面密度が低下し、耐
摩耗性が劣化するので、Ｓｉ粒子の最大径は１２μｍ以
下に抑えるべきである。

（３）Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＦｅはＡｎマト
リクスの強度を高めるのに有効な成分である。これらの
うち、Ｃｕはクリープ強度すなわち高温軟化抵抗を高め
る主要な元素であり、高温摺動下における耐疲労性の向
上に？ｉ′グーする。しかし、０．２重量％未満では上
記した効果が少なく、５．０重量％を超過すると針状の
ＣｕＡ交。

化合物が多量に析出して脆くなり、耐疲労性の低下を招
く、また、Ｃｕ以外にＡｎマトリクスの強度を高める元
素として、Ｃｒ　、　Ｍ　ｇ　、　Ｍ　ｎ　。

Ｎｉ、Ｆｅがあり、Ａｎ合金展伸材の添加元素として良
く使用され、Ｃｕを含むこれらの元素の１種以上を合計
で０．２重量％以上５．０重量％以下の範囲で添加して
もよい０、 （４）Ｚｎは上記したＣ　ｕ　、　Ｃｒ　、　Ｍ　ｇ　
。

Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅと同様にＡ！；Ｌマトリクスの強度を
高めるのに有効な成分である。そして、このＺｎはとく
にＭｇとの共存でＭ　ｇ　Ｚ　ｎ　２析出物の作用によ
りＡｎマトリクスを著しく強化できる成分である。さら
に、このＺｎの添加は、潤滑油との親和力が大きく油膜
切れ防止に著しく有効である。この場合、Ｚｎの添加量
が５．０重量％以丁ではこの親油性の効果が少なく、１
０．Ｏｉ量％を超過すると硬さが増大して加工性を阻害
するので、５．０重量％超過１０．０重量％以下の範囲
とするのが良い、なお、このＺｎは上記した強化成分元
素であるＣｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ　。

Ｆｅと共存してその相乗効果を期待することもできる。

（５）Ｔｉ　、Ｂ’、Ｚｒ、Ｖ、Ｇａ、およびＲＥＭ（
Ｙ、Ｓｃを含む希土類元素の１種以、ｈ）は、Ａ１合金
の結晶粒微細化剤として有効であり、この発明の主旨で
ある潤滑成分（軟質物質）の均一微細化を助長するもの
として、必要に応じて０．０１重量％以上３．０重量％
以下の範囲で添加することも望ましい。

本発明者らは、以上の成分を決定する前にこれら組成の
単独粉の混合体あるいは一部合金粉と単独粉との混合体
を押…成形したが、押出し素材の表面欠陥および内部に
おける粉末粒界のクラックが発生し、結果として上記組
成の完全合金粉末を使用することにより観全な押出成形
体が得られた。これは、上記有効元素を粉末粒子内に内
包した１つ１つの粉末粒子硬さが混合粉の場合に比べて
均質であり、かつこのような粉末粒子が押出し時に粉末
粒子同士の摩擦による表面酸化皮膜の破壊と金属結合が
連続的に行われるためと推察される。

（実施例） 次にこの発明の実施例を比較例と共に説明する。

ここで使用した合金粉末組成を表１に示す。

まず、９５０　’Ｃ〜１０００℃の電気溶解炉にて表１
の各組成になるように各合金を溶製し、エアーアトマイ
ズ法により一１８メツシュの粒径をもつ合金粉末を得た
、次いで、これらの合金粉末を直径１００　ｍ　ｍ　、
長さ１００ｍｍの円柱状に２ｔｏｎｆ／ｃｍ２の静水圧
にて冷ｆｉｎ静水圧成形を行ってビレットに成形し、こ
のビレットを押出し前素材とした。なお、」二足の合金
粉末を直接押出す方法は、表面クラック、内部欠陥等を
発生し、現実には実用に供しうるちのは得られにくいこ
とがわかった。また、本発明者らによれば、粉末の直接
押出しでは、押出比を２０以上に設定しても健全なもの
はえられなかった。したがって、冷間静水圧もしくは金
型成形により合金粉末を−・旦ビレット状に固化成形し
てこれを押出し前素材として準備する必要がある。

次に、前記ビレット状押出し前素材を押出し温度２５０
℃〜５５０℃において押出比４０で前方押出しし、各種
の押出成形体を得た。そして、各押出成形体の押出時機
械的特性、すなわち引張強度および伸びを測定したとこ
ろ、同じく表１に示す結果が得られた。

なお、押出方式には各種の方法および設備が検討されて
いるが、生産性の高さ、設備メンテナンスの容易さ、そ
して安定した品質が得られやすいことなどから縦型ある
いは横型押出機による前方−軸押出しが好適である。ま
た、押出し温度は成形体の押出後の硬さおよび押出速度
ならびに押出比に影響を与えるが、押出成形体の健全性
は実質的に押出比で決定される。すなわち、押出ししに
くい成分配合の場合には押出し温度をＬ昇させればよい
、さらに、押出比はこの発明による軸受台金の性状に大
きく影響し、実施したいくつかの組成において押出比１
０を境にそれ以北であると表面クラックおよび内部クラ
ックが顕著に減少し、押出比２０を超えるといずれの組
成でもクラックは皆無となった。そして、押出比の上限
は成形が可能である限り、また設備能力等の関係゛で設
定されるべきであり、この発明においてその上限設定は
不要である。

これに対して、この発明の成分外の組成や、この発明の
成分内であっても混合粉の場合、そして押出比が１０未
満の場合はいずれもクラ７りが発生し、観全な押出成形
体が得られにくいことが確かめられた。

（製造例） 次に、軸受の製造例について説明すると、第１図は軸受
を製造するのに採用したｌ工程図であり１合金粉末を冷
間静水圧成形してビレットとしたのちこのビレットを押
出成形し、その後必要に応じて圧接予備熱処理を行い、
次いで圧接およびアニール処理して軸受とするものであ
る。

陽、５組成の合金を溶解温度９５０℃〜１０００℃で溶
製し、この合金溶湯からエアーアトマイズ法で一１８メ
ツシュの粒径をもつ合金粉末を製造し、次いでこの合金
粉末を冷間静水圧２ｔｏｎｆ／ｃｍ’で加圧成形して直
径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍのビレット成形体を製造
した６次いで、このビレット成形体を押出し温度４００
℃、押出比８０の条件で押出し、幅６０ｍ　ｍ　Ｘ厚さ
１．８ｍｍの板状押出成形体を得た。

次いで、この成形体に、幅６２ｍｍＸ厚さ０．４ｍｍの
純アルミニウム薄板を圧接し、厚さ１．２ｍｍの二層軸
受合金板を得た０次に、この合金板に対し４００℃×６
時間の７ニール処理を施すことによりＨｖ５３に軟化さ
せ、この合金を粗面化した厚さ２ｍｍの鋼板に圧接した
後厚さが１．８ｍｍとなるようにロール圧接を行った。

そして、圧接後に４００℃×６時間のアニール処理を行
った。この後、電子顕微鏡によって軟質物質の分布を調
べたところ、軟質物質は均一微細に分散されており、潤
滑成分である軟質物質の大きさは８７４ｍ以内であった
。

なお、合金板と鋼板とを圧接する方法としては、Ａ文薄
板を密着層とする方法以外に、密着層を省略する方法、
密着層にＮｉめっきを利用する方法などがあるが、軸受
合金組成、工法および経済性等の観点から適宜の工程を
選定すべきであって、他の材料（例えばＡｎ粉末、Ｃｕ
めっきなど）であっても差支えない、また、圧接前に押
出成形体の熱処理を行うことも当然ｒｉｒ能であり、圧
接条件によっては押出成形体の前記予備熱処理を行うこ
とより圧下−（にをさらに大きくすることができる。

次に、表１の組成をもつＡｎ系軸受合金の表面性能を調
へるために、前記製造例において述べたアニール処理後
の材料から試料（３５Ｘ３５ｍ　ｍ　）を切出し１表２
に示す条件で摩擦試験を行った。この結果を第３図に示
す。

表　２　　摩擦試験条件 第３図に示す結果より明らかなように、この発明による
軸受合金（１’ｏ、３，６．１１）は参考に示した従来
の軸受合金（Ｎｏ、１３）よりも優れた表面性能を有し
ている。

次に表１に示す各押出成形体を鋼板と圧接してアニール
処理した後の軸受合金から当業界公知の機械加工で軸受
を製作し、表３に示すような過酷な軸受耐疲労性試験を
行った。この結果を第４図に示す。

表　３　　軸受耐疲労性試験条件 第４図に示すように、この発明による軸受（Ｎｏ、１〜
１２）は従来の軸受（Ｎｏ、１３〜１８）には見られな
いすぐれた耐疲労性を有しており、耐久時間が長いこと
がわかる。

［発明の効果］ 以Ｆ説明してきたように、この発明による軸受合金は、
Ａｌを主成分とし、４月滑成分としてＰｂ、Ｓｎ、Ｉｎ
、Ｓｂ、Ｂｉよりなる群から選ばれた１挿置りの金属を
Ａｌトリクスに対する断面積比で０．００６以北０．０
４０以下、硬質成分としてＳｉを同じく断面積比で０．
００３以七〇、０６０以下、親油成分としてＺｎを５．
０重ｈ２％超過１０．０重發％以下、強化成分としてＣ
ｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ　、Ｆｅよりなる群から選
ばれた１挿置りの金属を０．２重量％以上５．０重量％
以下を含み、必要に応じて微細化成分としてＴｉ　、Ｂ
、Ｚｒ　、Ｖ’、Ｇａ、ＲＥＭよりなる群から選ばれた
１種以上を０．０１重州％以北３，０重量％以下を含み
、均一微細に分散した潤滑成分の大きさが８＃Ｌｍ以下
である合金粉末から成形したビレットを押出比１０以上
で押出成形して成り、Ａｎマトリクス中に分散したＳｉ
粒子の大きさが１２μｍ以下、常温での引張強度が１５
　ｋｇｆ／ｌＩｒｍ２以上、常温での伸びが１２％以上
であり、強度および伸びが箸しく優れていると共に、銅
系の軸受材料に比較してかなり軽量であってしかも耐疲
労性および表面性能（潤滑性能）という軸受における二
律背反的特性の両方共が従来にない高い水準をもち、と
くに低速回転高負荷の場合あるいは潤滑油温度が高温で
ある場合のごとく潤滑油膜が極めて薄くなって油切れを
起しやすいような場合であっても微小焼付を生じがたい
特性をもち、油切れ限界の高い著しく優れた特性の軸受
合金であるという著大なる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は軸受の製造工程例を示すブロック説明図、第２
図は摩擦試験の際の負荷パターンを示す説明図、第３図
は摩擦試験結果を示すグラフ、第４図はこの発明による
軸受と従来による軸受の各々耐疲労性試験の結果を示す
説明図である。 特許出願人　　　日産自動車株式会社 同　出願人　　　工ヌデーシー株式会社代理人弁理士　
　小　　塩　　　　間 第１図　　　　　　　　　第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌを主成分とし、潤滑成分としてＰｂ、Ｓｎ、
   Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉよりなる群から選ばれた１種以上の金
   属をＡｌマトリクスに対する断面積比で０．００６以上
   ０．０４０以下、硬質成分としてＳｉを同じく断面積比
   で０．００３以上０．０６０以下、親油成分としてＺｎ
   を５．０重量％超過１０．０重量％以下、強化成分とし
   てＣｕ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅよりなる群から
   選ばれた１種以上の金属を０．２重量％以上５．０重量
   ％以下を含み、均一微細に分散した潤滑成分の大きさが
   ８μｍ以下である合金粉末から成形したビレットを押出
   比１０以上で押出成形して成り、Ａｌマトリクス中に分
   散したＳｉ粒子の大きさが１２μｍ以下、常温での引張
   強度が１５ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上、常温での伸びが１２
   ％以上であることを特徴とするアルミニウム系軸受合金
   。
2. （２）Ａｌマトリクス中に微細化成分としてＴｉ、Ｂ、
   Ｚｒ、Ｖ、Ｇａおよび希土類元素よりなる群から選ばれ
   た１種以上の金属を全合金に対して０．０１重量％以上
   ３．０重量％以下含んでいることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載のアルミニウム系軸受合金。