JPS6324040A - 焼結合金の製造法 - 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】 本発明は焼結合金の製造法に係り、強度、靭性に優れ、
しかも摩擦係数その他の軸受機能において卓越した特性
を示す新規な焼結合金の製造法を提供しようとするもで
ある。

軸受材その他として用いられる焼結合金としては従来か
ら種々のものが知られているが、これを大別すると銅系
と鉄系とがあり、銅系にはＣｕ　−Ｓｎ、Ｃｕ−５ｎ　
　Ｃ％　Ｃｕ−５ｎ−Ｐｂ　−Ｃ合金などが、又鉄系に
はＦｅ　−Ｃ，Ｆｅ−Ｐｂ　−Ｃ５Ｆｅ−Ｃｕ、　Ｆｅ
−Ｃｕ　−Ｃ合金などが多様に提案され又実用化されて
いる。しかしこのような従来のものにおいて、鉄系のも
のは銅系のものに比較して硬度が高いので軸材などに対
するなじみが必ずしも好ましいものとなし得ず、又耐食
性などにおいても劣るが、その機械的性質が優れ、した
がって薄肉化が可能であると共に比較的安価であるなど
のメリットを有し、これらの特性に関しては銅系のもの
が対称的な関係を有している。なおこれらの中間的なも
のとして鉄に対し銅のみを５〜３０％の範囲で添加した
鉄−銅系のものがあるが、このものは鉄、銅の単味粒子
が軸受面に露出した組織となり易（、銅粒子が軸面と接
着剥離して摩擦係数を高め発熱などして軸受寿命を短縮
するなどの不利がある。

なお後述するように亜鉛などを含有し焼結中に気化脱出
する成分を含有した圧粉成形体の焼結に当って炭素粉末
中に装入し、あるいは金属ケース内に入れ蓋を施して気
化脱出を低減することは、■本山願人による特公昭２７
−２９５６号公報、■昭和３９年７月２５日日刊工業新
開社発行、粉末冶金技術協会側「粉末冶金技術講座」第
８巻１３５頁、■昭和４２年６月１日技術書院発行、粉
体粉末冶金協会場「焼結機械部品の設計要覧」４７頁、
■昭和４６年５月３０日コロナ社発行「非鉄金属材料」
２６頁などに夫々記載されていて周知である。

本発明は上記したような実情に鑑み検討を重ねて創案さ
れたものであって、鉄粉７０〜３０重量部に対しＣｕ５
９ｗｔ％以上とＰｂ、　Ｓｎ、　Ａ　ｌ　、　Ｆｅの何
れか１種または２種以上を夫々１％以下の範囲で含有す
ると共に２２〜３８．５ｗｔ％のＺｎを含有した黄銅粉
末３０〜７０重量部を添加混合したものを圧縮成形して
から焼結処理することを提案する。なおこのもの１００
重量部に対し３〜７重量部の銅粉又は３〜２０重量部の
青銅粉の何れか一方又は双方と０〜６重量部の黒鉛粉又
は０〜３重量部のモリブデン又は二硫化モリブデンの何
れか一方又は双方とを混合し成形焼結することができる
。

即ち斯かる本発明について更に説明すると、本発明者は
上記したような技術構想に立脚して鉄、銅及び亜鉛の如
きを用いた各種焼結合金について仔細な検討をなした結
果、その銅及び亜鉛を車体として配合した場合とそれを
合金とした黄銅として利用した場合においては焼結時の
挙動を異にすることを発見した。蓋しこの黄銅は一般的
にｗｔ％（以下車に％という）でＣｕ：５９〜８８％、
ｐｂ。

Ｓｎ、Ａｊｌ！、Ｆｅの何れか１種又は２種以上を夫々
１％以下の範囲で含有し残部がＺｎの組成を有しくＺｎ
は一般的に１０〜３９％）たちのであって、このような
範囲内においても夫々の成分％範囲が種々に異なること
によりそれなりに異なった特性が得られるとしても、斯
かる黄銅は何れにしても銅単体の場合よりは相当に融点
の低いものとなる。然して上記のように鉄、銅、亜鉛の
各粉末を配合した場合にはＺｎ停約４２０℃程度のよう
な比較的低融点のものであるのに対し、Ｃｕは１０８３
°Ｃ，Ｆｅは１５３９℃と夫々に融点が高く、このよう
な３種の金属粉末を単に混合成形して焼結させてもＺｎ
の偏析の如きを発生してＺｎ含有量の高いβ相の如きを
形成することがあると共にＺｎ単体として添加混合した
場合は固より黄銅として添加した場合においてもそのＺ
ｎ分が気散して黄銅を添加したことによる後述するよう
な特性が得られないこととなり好ましい軸材などとのな
じみ性その他に欠けるものとならざるを得ないのに対し
、そのＣｕとＺｎとを一旦合金化させて得られるＺｎ：
２２〜３８．５％の黄銅粉末を主体として用いることに
より好ましい軸受性能が得られる。なおこのようにＺｎ
分が高目の黄銅粉末を用いる場合において焼結時にＺｎ
が気散するから上述した従来からの周知技術に従い鉄箱
内にバックし、あるいは木炭粉中にバックするが、更に
このＦｅ粉との混合物に銅粉を３〜７％か青銅粉を３〜
２０％添加してＺｎの気散を防止する。

このものの焼結温度については一般的にｒｅ系焼結金属
において採用される１１００℃前後より相当に低い温度
で焼結せしめられるだけでなしにその焼結時に黄銅成分
の一部が鉄と共晶して黄銅−鉄の合金組成を作ることと
なり、特にこのような黄銅−鉄の合金組成によって鉄粒
子表面を被覆する傾向が認められて相当量の鉄粉を配合
したものにおいても黄銅焼結合金に近い色彩、感覚を呈
することとなって組成が均一で、鉄−銅焼結品において
不可避的な偏析などを見ることのない焼結合金を得しめ
る。このように均一で偏析がないと共に適切にＺｎの気
散を防止し、Ｆｅ粒子表面を黄銅−鉄の合金で被覆した
ような組成のものは充分な耐食性を示すことは明らかで
あり、又Ｆｅ粒子が中核に存在し、それが黄銅質合金で
被覆された本発明のものは従来の鉄系焼結合金と同等な
いしそれ以上の機械的強度を有することとなる。しかも
前記のようにＺｎを２２％以上含有した黄銅粉の溶融焼
結被覆層によって摩擦係数を小とし、連続回転時におけ
る温度上昇を小ならしめ、軸材等に対するなじみも好ま
しいものとして得られる。

前記黄銅粉末におけるＺｎ量については２２％以上３８
．５％以下とする。即ちＺｎが２２％未満の黄銅粉を用
いた場合においては摩擦係数が大となる１頃向が認めら
れ、又高荷重、高ｐｖ値条件下における回転での温度上
昇が従来の鉄−銅系軸受に近いものとなる。しかもこの
ようにＺｎの少ない黄銅は当然に高価であってコストア
ンプとなる。これに対しＺｎが３９％を超えるようなＺ
ｎ分の高い黄銅粉を用いた場合においてはやはり摩擦係
数が高くなり、又特に焼入れなしの軸材に対しては疵を
与える可能性があり高速回転、高荷重回転時においては
やはり温度上昇が認められる。Ｚｎが２２〜３８．５％
程度の範囲内である黄銅粉はそのＺｎおよびＣｕ分が鉄
粉に対し好ましいバランスを採るものの如くで、摩擦係
数の低下と回転時における温度上昇の低減を有効に図ら
しめ、しかも比較的低コストに目的の製品を得しめる。

Ｆｅ粉末と前記黄銅粉末との配合割合については黄銅粉
末を重量部（以下単に部という）で３０〜７０部に対し
Ｆｅ粉末７０〜３０部の範囲内で適宜に変えて実施する
ことができる。即ち黄銅粉末が３０部未満でＦｅ粉末が
７０部を超える場合には単なる鉄系焼結体に近いような
ものとなって黄銅との合金層も充分に得られないことか
ら前記した本発明の特性を有効に得ることができない。

又黄銅粉末が７０部を超え、Ｆｅ粉末が３０部未満のよ
うなことでは前記したようなＦｅ粒子による中核的作用
が得られず、その機械的強度等が劣ることとなる。この
鉄粉と黄銅粉を混合したものを圧粉成形して焼結する際
のＺｎ分の気散を防止するには前述した周知技術に従い
炭素粉末中に装入し、あるいは鉄箱中に収容するが、こ
のようにしても黄銅中のＺｎ分がそれなりに高い条件下
ではＺｎ蒸気圧も高くなってなお不充分であり、（例え
ばＺｎが２０％の黄銅と３０％の黄銅とでは同じ温度条
件で蒸気圧が３倍前後となる。）好ましくは該混合粉１
００部に対して少な（とも３部の銅粉又は青銅粉を添加
することが必要であって、それによって焼結時のＺｎ分
気気散適切に防止することができる。それらの上限につ
いては銅粉は７部、青銅扮は２０部であって、これらの
限度を超えて添加することは経済的でないと共にＣｕ分
が高くなってその機械的強度などの低下する傾向がある
。

焼結温度については上記したような範囲内での黄銅粉未
配合量如何によってそれなりに調整すべきであり、例え
ば黄銅粉末が３０％の場合（鉄粉が７０％）のような場
合には約９００°Ｃ前後であり、又この黄銅粉末が７０
％（鉄粉が３０％）のような場合には８２０℃程度を採
用することが上記したような本発明の特性を有効に発揮
する所以であり、それらの間の中間的配合関係の場合に
はその程度に応じて焼結温度を調整し操業する。

父上記したような主体粉末１００部に対し場合によって
は黒鉛質粉末を６部以下、モリブデン又は二硫化モリブ
デン粉末を３部以下の範囲で添加することによりその潤
滑性能をより改善することができる。

本発明によるものの具体的な製造例について説明すると
以下の如くである。

製造例１゜ Ｃｕ　：　６０．５％、Ｚｎ　：　３８．５％で残部が
Ｐｂ、　Ｓｎ、　Ａ　Ｉｔ、Ｆｅが夫々０．５％以下と
不可避不純物より成る黄銅鋳物を溶融してから噴霧処理
し得られた黄銅粉末の６０〜３５０メツシユのものと１
５０〜２５０メツシユの鉄粉を準備し、これらの等量に
配合したものを用いて外径１０１ｍ、内径４　ｍ＠で、
高さが８１の軸受材に成形し、これを鉄製容器内に装入
すると共に蓋を施し８５０℃で還元性雰囲気を用い焼結
した。

製造例２゜ Ｃｕ：６９％程度で、Ｚｎが２９６３％の黄銅粉及び鉄
粉を用い、黄銅粉５０％、鉄粉４８％、黒鉛粉末２％の
割合で配合したものを製造例１と同じに成形し、且つ同
じに焼結させた。

製造例３゜ Ｃｕニア７％前後で、Ｚｎが２２．１％で６０メツシユ
以下の黄銅粉と８０メソシユ以下の市販鉄粉とを準備し
、これらを５０％：５０％の割合で配合したものを製造
例１におけると同じ寸法形状に成形し、同様に焼結させ
た。

又上記したような本発明製造例のものに対し、別にＦｅ
系焼結合金として鉄粉９０％に銅粉１０％として配合成
形したものを１０５０℃で焼結した比較例１および銅粉
９０％に錫粉１０％の割合で配合したものを成形し、製
造例１と同じに鉄箱内に入れて８００℃で焼結させた比
較例２のものを準備し、更にＣｕ　：　８７．２％、Ｚ
ｎ　：　１２．２％の−・般に丹銅と称される低亜鉛黄
銅粉の６０メフシユ以下のものと、８０メツシユ以下の
鉄粉を等量に配合し、製造例１と同じに成形し焼結した
ものを比較例３として（＄備した。

又これらの本発明による製造例および各比較例による焼
結合金に対しては夫々同じタービン油系の潤滑油を含浸
させたものについてその軸受性能を試験測定した結果は
次の第１図に示す通りであり、本発明によるものが荷重
１５１ｔｇ／＋ｎ２以上、ＰＶ値１０００以上において
従来の銅系軸受（比較例２）や比較例３のものよりも軸
受性能の改善を得ていることがｆｉ：認され、勿論鉄系
Ｑもの（比較例１）よりも全領域に亘って好ましい特性
のものであることを知った。

父上記したような本発明製造例及び比較例のものについ
てその機械的強度を検討し、即ち圧縮成形、焼結後の気
孔率を種々に調整したものについてその圧環強度を測定
した結果は本発明によるものが気孔率１０％で２５〜２
９　ｋｇ／　ｍ１Ａ２．１５％で２０〜２４．５　ｋｇ
／　ｔａ”、２０％で１５．５〜１９．５ｋｇ／■１”
、２５％でも１１．５〜１４ｋｇ／ｎ禽２であって、比
較例２のものに略準じた機械的強度を有しており、同じ
＜Ｆｅ５０％と黄銅５０％（但しＺｎが１２．２％の丹
銅）を用いて得られる比較例３のものの気孔率１０％で
２３．１　ｋｇ／ｎｍ”　、１５％で１７．８ｋｇ／Ｉ
１１”　、２９％で１３．０　ｋｇ／１ｍ”　、２５％
で９．３　ｋｇ　、／　ＩＩ　”に比すれば、夫々３〜
６．５　ｋｇ　／龍２程度の相当に高強度のものである
ことが確認された。

なお本発明者等は上記した黄銅粉末として、別に次のよ
うな成分組成のものについても夫々検討したが、何れも
同様な結果を得ることができた。

■　製造例２と製造例３との間の成分組成であるＣｕ：
８３〜８８％、Ｚｎ：２２〜２７％、Ｐｂ：０．５％以
下、Ｓｎ、ＡＣ，Ｐｅの合計値が１．０％以下。

■　製造例１と製造例２との間の成分組成をもつＣｕ：
６５〜７０％、Ｚｎ：３０〜３５％、Ｐｂ：０．５〜３
％、Ｓｎ：１％以下、Ａβ：０．５％以下、Ｆｅ：　０
．８％以下。

又その製品としても上記したような範囲内でその配合比
および成形密度、焼結温度を適宜に変更することにより
歯車や電動機部品、バルブ材などの各種機械部品を製造
することができる。

以上説明したような本発明によるときはＺｎが２２〜３
８．５％である黄銅粉３０〜７０重量部と鉄粉７０〜３
０重量部とを配合した原料粉を用いこれを圧粉成形して
焼結することにより摩擦係数が小で連続回転条件下にお
いても温度上昇が少なく、軸材などに対するなじみや耐
食性において従来の銅系焼結合金と同等ないしそれ以上
であり、しかもその機械的強度においては従来の鉄系焼
結合金に準する優れた特質性を有する新規な焼結合金を
的確に提供し得るものであり、その圧縮成形に当っても
従来の鉄系焼結合金の場合より金型の摩耗が少ないなど
の特質を有するものであって、工業的にその効果の大き
い発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第１図
は本発明による焼結合金についての軸受性能を従来法に
よる比較例と共に測定した結果を示す図表である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃｕ：５９％以上とＰｂ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｆｅの何れか１
   種又は２種以上を夫々１％以下の範囲で含有すると共に
   ２２〜３８．５％のＺｎを含有した黄銅粉末３０〜７０
   重量部と鉄粉７０〜３０重量部とを配合したものを圧縮
   成形してから焼結処理することを特徴とする焼結合金の
   製造法。