JPS6316455B2

JPS6316455B2 -

Info

Publication number: JPS6316455B2
Application number: JP14014380A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kurosawa; Keiichiro Mizuta
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1980-10-06
Filing date: 1980-10-06
Publication date: 1988-04-08
Also published as: JPS5763653A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は黄銅合金、特に耐摩耗性が必要とされ
る用途に有用な黄銅合金に関する。黄銅合金は耐食性、耐摩耗性及び鋳造性が良
く、高力黄銅や青銅に比較し安価である。しかし、黄銅合金は耐摩耗性に優れているとは
いえ高荷重領域では高力黄銅に、そして高速摺動
下においては青銅より劣る。従つて、黄銅合金単独で所望の潤滑効果が得ら
れない場合、耐摩耗性を向上させる目的で固体潤
滑剤の添加が考えられる。固体潤滑剤としては、黒鉛、鉛または硫化銅、
硫化鉛、二硫化モリブデン等からなる硫化物や弗
化物が挙げられる。これらの固体潤滑剤を含有せ
しめるための方法は、焼結法及び含浸法や鋳造法
がある。例えば、これらの方法による黒鉛の分散含有に
おいては、均一混合上の問題や製法上の制約によ
り、特に黒鉛粒子の粒度と含有量に注意が払われ
ている。しかし、これらの方法によつて得られた合金は
黒鉛の適正な粒度及び含有量にもかかわらず、ま
た基合金の強化が得られているにもかかわらず、
所望の耐摩耗性が得られなかつた。一般に摺動体として要求される主な特性は相手
材に対し摩耗や損傷を与えず、摺動体自身が耐摩
耗性であることが必要である。本発明の目的は低摩擦係数で耐摩耗性のすぐれ
た黄銅合金で、特に高圧力用無給油軸受及び摺動
板用として、低摩擦係数で耐摩耗性を有する黄銅
合金を提供することにある。本発明は、銅合金地金中、最も安価で、かつ鋳
造性、被削性に優れた黄銅合金に、固体潤滑剤の
黒鉛を分散せしめることで、著るしく耐摩耗性が
向上すること、および鉛と黒鉛の共存で潤滑相剰
効果が得られること、およびSnを添加すること
により応力腐食割れ防止が可能であること。さら
には、Cr，Si，Ce，Laから選ばれる２種以上を
添加することで、著るしく強靭化した黄銅合金を
得ることができることを見出したことにもとづ
く。すなわち、本発明は重量割合でCu60.0〜88.0
％、pb0.1〜20.0％、Ti0.1〜2.0％、p0.1〜1.0％、
黒鉛1.0〜10.0％及び残Znからなること、および
この合金にSn0.5〜2.0％を添加したもの、さら
に、Cr，Si，Ce，Laから選ばれる２種以上を0.5
〜2.0％添加したことを特徴とするものであり、
その目的とするところは、従来の黄銅合金に比較
して、著るしく耐摩耗性の優れた黄銅合金を提供
すことにある。次に本発明の詳細を述べる。先ず、黄銅合金中へ黒鉛を添加する場合、添加
量として、10％を越えると、特に鋳造法におい
て、溶湯の湯流性が悪くなり、健全な鋳物が得難
くなるので10％以下の範囲にすべきである。1.0
未満だと所望の潤滑効果が得られない。また、鉛
の添加量は0.1〜20.0％とする。20.0％をこえる
と、添加量に対して耐摩耗性の顕著な改善効果は
得られず、摺動材自身の強度が低下し、0.1％未
満だと所望の潤滑効果は得られない。 Tiの添加は黒鉛と金属マトリツクスとの濡れ
性を改善すると共に、金属マトリツクスの結晶粒
微細化による強靭性向上の効果がある。Tiの添
加量が0.1％未満では上記した効果がなく、2.0％
を越えると金属マトリツクスに完全に固溶せず残
存する。しかしながらその添加量は黒鉛粒子の表面積に
比例し、例えば、平均粒径250μm（60mesh）の黒
鉛粒子を６％添加した場合、Ti0.6〜0.8％が好適
範囲である。Tiは大気中の溶湯温度950℃程度で
溶湯中及び大気中の酸素と化合し酸化チタンとな
りその効果を消失するが、前記のごとく添加量が
0.8％以上であると黒鉛粒子表面層に炭化チタン
として析出するのみでなく、金属マトリツクス中
に固溶せず残存することがあり、これが切削加工
時にバイトの割損や摺動材とした場合、相手材を
ステイク（かじり）することにもなるので、平均
粒径250μm（60mesh）の黒鉛に対し0.8％を越え
て添加することは望ましくない。ｐは脱酸作用を主目的として添加するものであ
るが本発明においては耐摺動摩耗性を確保するた
めに添加するものである。添加量が0.1％未満で
あると効果が無く、1.0％を越えると他の配合元
素と化合物を生成することから、溶湯の湯流性が
悪くなり適当でない。本発明のもう一つの発明に
おけるSnは長期的に使用される部材に対して添
加するもので、その目的は応力腐食割れを防止す
ることにある。添加量は0.5〜2.0％で、0.5％未満では効果がな
く、2.0％を越えると耐摺動摩耗性の向上に若干
の効果があるが顕著な潤滑効果は得られない。また、本発明のもう一つの発明においては、
Cr，Si，Ce，Laから選ばれる２種以上を0.5〜2.0
％添加される。これらを含む金属としてミツシユ
メタル（MM）等が用いられる。添加量が0.5％未満であると耐高温酸化性の効
果が期待できず、20％を越えると耐高温酸化性を
低下させず耐摩耗性を向上させることが不能とな
る。例えばCu中へのCrの溶解度限は1070℃で約0.7
％でそれ以上であると、粗大なCr化合物が多量
に銅基体中に析出し所望の耐高温酸化の特性は得
られない。すなわち、2.0％を越えることは極端
な耐高温酸化の特性の低下になり適当でない。また、黒鉛は摺動面上に面積比15〜50％露出し
た状態において著るしく耐摩耗性が向上する。そ
して、黒鉛が摺動面上に露出しやすい形状とし
て、箔状や鱗片状に対し塊状又は球状が適してい
る。従来一般の黒鉛分散焼結合金においては、分散
する黒鉛粒子は均一混合の目的から粒度分布や添
加量に注意がはらわれており、かかる焼結法によ
れば粒径が100μmより小さい程すぐれているとい
われている。一方、鋳造法では粒子径の大きいもの程すぐれ
ている。さらに、本発明の目的において黒鉛粒子に関す
る詳細について検討を行なつた結果、例えば６重
量％の黒鉛粒子をその形状が箔状のもの鱗片状の
ものおよび塊状又は球状のもの、それぞれを基合
金溶湯中に分散し、鋳込んだ後鋳型壁面側を約２
mm切削し、摺動面とした場合、摺動面積に対する
黒鉛粒子露出部面積比は、箔状黒鉛粒子で13.1
％、鱗片状黒鉛で14.7％、塊状（球状）黒鉛粒子
では23.1％となり、塊状又は球状の黒鉛粒子は黒
鉛露出面積が大となることが判明した。一方、摺動特性試験の結果から、黒鉛露出面積
の大きさに比例した耐摩耗性が得られた。すなわち、摺動特性は黒鉛の添加量のみならず
摺動表面積に対する黒鉛粒子露出面積比に著るし
く影響を受け、それは、黒鉛粒子の形状に深く関
係し、鋳型壁面を切削し摺動面とする場合箔状や
鱗片状に比較し、塊状又は球状のものが良好であ
るということが判明した。従つて、黒鉛粒子形状は塊状又は球状のものを
使用し、摺動面積に対する黒鉛粒子露出面積は、
15〜50％とすることが望ましい。以上、本発明の化学組成の合金により、高圧力
下ですぐれた低摩擦係数で耐摩耗性が得られた。次に本発明の実施例を説明する。実施例１鋳物用黄銅合金地金（YBsCIn）と同じ組成に
なるように市販の銅及び亜鉛の地金を黒鉛製ルツ
ボに入れて溶解後、Pb，Ｐ及びTiを添加溶解し
た。この溶湯4.7Kgに対し自家製塊状黒鉛（−16
〜80mesh）を0.3Kg投入し撹拌分散した後、金型
に注湯し、加圧凝固（600Kg／cm²）して第１表の
組成の鋳塊を得た。実施例２実施例１におけるPb，Ｐ及びTiの添加のとき
に更にSnを加える以外は実施例１と同様にして
第１表に示す組成の鋳塊を得た。実施例３，４実施例２におけるPb，Ｐ，Ti，Snの添加のと
きに更にCr＋Si＋MM（実施例３），Si＋MM（実
施例4a）又はCr＋MM（実施例4b）を加える以外
は実施例２と同様にして第１表に示す組成の鋳塊
を得た。比較例１，２市販の鋳物用黄銅合金地金（YBsCIn3）の鋳
塊を比較例１とした。また実施例１においてPb
を添加しないほかは実施例１と同様にして第１表
に示す組成の鋳塊を得、比較例２とした。得られた鋳塊を金型壁面から約２mm切削し、摺
動面としたところの試験片を切出し、相手材を
SAE4620（HRC；58〜63）とし、寸法形状；外径
35mm、巾8.15mm、面粗さ0.13〜0.28μRMSの外周
に、面圧10〜300Kg／cm²で押し付け、摺動速度
（周速）0.03m／Ｓとし、乾式下（無給油状態）
で摺動試験を行なつた。試験結果を第１表に示した。

【表】第１表から明らかなように、実施例の黄銅合金
は限界面圧及びPV値が比較例１の市販黄銅合金
の10倍、比較例２の黒鉛分散黄銅合金の1.7倍で
あり、耐摩耗性に優れることが示される。また比
較例２に較べて摩耗係数、温度上昇及び相手材摩
耗量が小さい。データの添付を省略したが、本発明のSn添加
材は応力腐食割れがなく、加工時の亀裂発生は皆
無となつた。更にCr，Si，MM添加材は耐高温
酸化性に優れ、集電材に使用した場合、優れた耐
摩耗性が得られることが確認された。本発明の黄銅合金は、低摩擦係数で耐摩耗性に
優れ、高温用、高荷重用の無給油軸受、摺動板等
に用いられる。

Claims

【特許請求の範囲】１重量割合でCu60.0〜88.0％，Pb0.1〜20.0％，
Ti0.1〜2.0％，P0.1〜1.0％、黒鉛1.0〜10.0％及び
残Znからなる耐摩耗性黄銅合金。２重量割合でCu60.0〜88.0％，Pb0.1〜20.0％，
Ti0.1〜2.0％，P0.1〜1.0％、黒鉛1.0〜10.0％，
Sn0.5〜2.0％及び残Znからなる耐摩耗性黄銅合
金。３重量割合でCu60.0〜88.0％，Pb0.1〜20.0％，
Ti0.1〜2.0％，P0.1〜1.0％、黒鉛1.0〜10.0％，
Sn0.5〜2.0％及びCr，Si，Ce，Laから選ばれる
２種以上を0.5〜2.0％及び残Znからなる耐摩耗性
黄銅合金。