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JP2606335B2 - 耐摩耗性のすぐれた高強度高靭性Cu基焼結合金 - Google Patents

耐摩耗性のすぐれた高強度高靭性Cu基焼結合金

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JP2606335B2
JP2606335B2 JP63285214A JP28521488A JP2606335B2 JP 2606335 B2 JP2606335 B2 JP 2606335B2 JP 63285214 A JP63285214 A JP 63285214A JP 28521488 A JP28521488 A JP 28521488A JP 2606335 B2 JP2606335 B2 JP 2606335B2
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英俊 阿久津
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、耐摩耗性にすぐれ、かつ高強度および高
靭性を有し、さらに摩擦係数で評価される相手部材に対
する同期特性にもすぐれ、したがってこれらの特性が要
求される変速機のシンクロナイザリンやエンジンのバル
ブガイド、さらにターボチャージャの軸受などとして用
いるのに適したCu基焼結合金に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、上記の各種部材の製造に、重量%で(以下%は
重量%を示す)、Cu−28%Zn−6%Alの代表組成を有す
るCu基焼結合金を用いることが提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記の従来Cu基焼結合金は、焼結体であるた
めに、相手部材に対する同期特性にはすぐれているもの
の、十分な耐摩耗性、強度、および靭性を具備するもの
ではなく、したがって近年の各種機器の小型化および軽
量化、並びに高出力化に対応することができず、より一
段とすぐれた耐摩耗性、高強度および高靭性を具備する
Cu基焼結合金の開発が強く望まれている。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から特に上
記の従来Cu基焼結合金に着目し、一段とすぐれた耐摩耗
性、強度、および靭性を有するCu基焼結合金を開発すべ
く研究を行なった結果、 Zn:10〜40%、Al:0.3〜5%未満、 Mn:0.1〜5%、Si:0.6〜3%、 Fe,Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:0.1〜5
%、 酸素:0.03〜1%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Cr:0.1〜3%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成、並び
に素地中に酸化アルミニウム(Al2O3)を主体とした微
細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した組織を
有するCu基焼結合金は、すぐれた耐摩耗性を有すると共
に、高強度および高靭性を有することから、各種機器の
小型化および軽量化、並びに高出力化に十分対応するこ
とができる構造部材の製造に適用することができるとい
う知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、この発明のCu基焼結合金は、上記組成によって、
素地中に、1〜40μmの粒度範囲内に分布したAl2O3
主体とした酸化物が0.5〜15%の面積率で均一分散し、
かつ同じく1〜25μmの粒度範囲内に分散した金属間化
合物が1〜10%の面積率で均一分散した組織をもつよう
になり、これら酸化物と金属間化合物によって耐摩耗性
が著しく向上するようになり、特に酸化物の均一分散に
よって耐焼き付性が向上するようになるほか、摩擦面の
耐熱性が向上することと合まって高負荷条件下でもすぐ
れた耐摩耗性を示すようになるものである。
つぎに、この発明のCu基焼結合金において、成分組成
を上記の通り限定した理由を説明する。
(a) Zn Zn成分には、CuおよびAlと共に素地を形成し、合金の
強度および靭性を向上させる作用があるが、その含有量
が10%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方
その含有量が40%を越えると、前記作用に劣化現象が現
われるようになることから、その含有量を10〜40%と定
めた。
(b) Al Al成分には、上記の通りCuおよびZnと高強度および高
靭性を有する素地を形成するほか、酸素と結合して酸化
物を形成し、もって常温は勿論のこと、高温条件下での
耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が0.3
%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その
含有量が5%以上になると、素地の靭性が低下するよう
になることから、その含有量を0.3〜5%未満と定め
た。
(c) Mn Mn成分には、Siと結合して、素地中に微細に分散する
金属間化合物を形成し耐摩耗性を向上させると共に、一
部が素地に固溶して、強度を向上させる作用があるが、
その含有量が0.1%未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方その含有量が5%を越えると靭性が低下す
るようになることから、その含有量を0.1〜5%と定め
た。
(d) Si Si成分には、上記の通りMnと結合して微細な金属間化
合物を形成するほか、Alと共に微細な複酸化物を形成
し、もって耐摩耗性、特に高負荷条件での耐摩耗性を向
上させ、さらに耐焼き付性および摩擦面の耐熱性を向上
させる作用があるが、その含有量が0.6%未満では前記
作用に所望のすぐれた効果が得られず、一方その含有量
が3%を越えると靭性が低下するようになることから、
その含有量を0.6〜3%と定めた。
(e) Fe,Ni、およびCo これらの成分には、素地中に分散して合金の強度およ
び靭性を向上させると共に、CuおよびAlと結合し、さら
にCrを含有する場合にはこれとも結合して、素地中に分
散する微細な金属間化合物を形成し、もって耐摩耗性を
向上させる作用があるが、その含有量が0.1%未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が5
%を越えると、靭性が低下するようになることから、そ
の含有量を0.1〜5%と定めた。
(f) 酸素 酸素には、上記の通りにAlやSi、さらにCrと結合し
て、素地中に微細均一に分散する酸化物を形成し、もっ
て耐摩耗性を向上させ、特に、耐焼き付性および耐熱性
の改善によって高負荷条件下での耐摩耗性を向上させる
作用があるが、その含有量が0.03%未満では酸化物の形
成が少なすぎて所望の耐摩耗性を確保することができ
ず、一方その含有量が1%を越えると酸化物の粒径が40
μmを越えて粗大化するばかりでなく、面積率で15%を
越えて多くなりすぎ、合金の強度および靭性が低下する
ようになるほか、相手攻撃性も増すようになることか
ら、その含有量を0.03〜1%と定めた。
(g) Cr Cr成分には、上記の通り鉄族金属と結合して金属間化
合物を形成するほか、酸化物を形成し、耐摩耗性を一段
と向上させる作用があるので、必要に応じて含有される
が、その含有量が0.1%未満では耐摩耗性に所望の向上
効果が得られず、一方その含有量が3%を越えると靭性
が低下するようになることから、その含有量を0.1〜3
%と定めた。
〔実施例〕
つぎに、この発明のCu基焼結合金を実施例により具体
的に説明する。
原料粉末として、いずれも200mesh以下の粒度を有
し、表面酸化層の層厚を調整することによりO2含有量を
それぞれ4%および2%とした2種のCu−Al合金(Al:5
0%含有)粉末、Cu粉末、Zn粉末、Al粉末、Mn粉末、Si
粉末、Fe粉末、Ni粉末、Co粉末、およびCr粉末を用意
し、これら原料粉末をそれぞれ第1表に示される配合組
成に配合し、ボールミルで72時間湿式粉砕混合し、乾燥
した後、4〜6ton/cm2の範囲内の所定の圧力で圧粉体に
プレス成形し、ついで、露点:0℃〜−30℃のH2ガス雰囲
気中、800〜900℃の範囲内の所定温度に1時間保持の条
件で焼結することにより、圧壊荷重測定用として外径:7
1mm×内径:63mm×厚さ:8mmの寸法をもち、また摩耗試験
用として幅:10mm×厚さ:10mm×長さ:40mmの寸法をも
ち、さらに摩擦係数測定用として外径:10mm×高さ:20mm
の寸法をそれぞれ有し、かついずれも配合組成と実質的
に同一の成分組成をもった本発明Cu基焼結合金1〜14、
比較Cu基焼結合金1〜7、および従来Cu基焼結合金をそ
れぞれ製造した。
なお、本発明Cu基焼結合金1〜14は、いずれも微細な
酸化物および金属間化合物が素地中に均一に分散する組
織をもつものであった。
また、比較Cu基焼結合金1〜7は、いずれも構成成分
のうちのいずれかの成分含有量(第2表に※印を付した
もの)がこの発明の範囲から外れたものである。
つぎに、この結果得られた各種のCu基焼結合金につい
て、強度および靭性を評価する目的で圧壊荷重を測定
し、さらに耐摩耗性を評価する目的で、 試片形状:8mm×8mm×30mm、 相手材:材質がS35C(炭素鋼)にして、外径:30mm×幅:
5mmのリング、 オイル:10Wのエンジンオイル、 油温:85℃、 摩擦速度:10m/sec.、 最終荷重:4kg、 滑り距離:1.5km、 の条件でブロックオンリング摩耗試験を行ない、比摩耗
量を測定し、さらに相手部材に対する同期特性を評価す
る目的で、 試片形状:2.5mmの直径を有するピン、 相手材:S35Cのディスク、 オイル:10Wのエンジンオイル、 油温:85℃、 摩擦速度:10m/sec.、 圧力:2kg、 滑り距離:1.5km、 の条件でピン摩耗試験を行ない、トルクメーターから摩
擦係数を算出した。これらの結果を第1,2表に示した。
〔発明の効果〕
第1,2表に示される結果から、本発明Cu基焼結合金1
〜14は、いずれも従来Cu基焼結合金と同等の摩擦係数を
有し、これは相手部材に対する同期特性にすぐれている
ことを示し、また従来Cu基焼結合金に比して一段とすぐ
れた耐摩耗性、強度、および靭性をもつのに対して、比
較Cu基焼結合金1〜7に見られるように、構成成分のう
ちのいずれかの成分含有量でもこの発明の範囲から外れ
ると、耐摩耗性、強度、および靭性のうちの少なくとも
いずれかの性質が劣ったものになることが明らかであ
る。
上述のように、この発明のCu基焼結合金は、すぐれた
耐摩耗性を有し、かつ高強度および高靭性を有し、さら
に相手部材に対する同期特性にもすぐれているので、小
型化および軽量化、並びに高出力化が要求される各種機
器の構造部材としての適用に十分に対応することができ
るものであり、しかも実用に際してはすぐれた性能を長
期に亘って発揮するようになるなど工業上有用な特性を
有するのである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−206441(JP,A) 特開 昭60−174843(JP,A) 特開 昭54−100908(JP,A) 特開 昭56−20137(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Zn:10〜40%、Al:0.3〜5%未満、 Mn:0.1〜5%、Si:0.6〜3%、 Fe,Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:0.1〜5
    %、 酸素:0.03〜1%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成(以上
    重量%)、並びに素地中に酸化アルミニウムを主体とし
    た微細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した組
    織を有することを特徴とする耐摩耗性のすぐれた高強度
    高靭性Cu基焼結合金。
  2. 【請求項2】Zn:10〜40%、Al:0.3〜5%未満、 Mn:0.1〜5%、Si:0.6〜3%、 Fe,Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:0.1〜5
    %、 酸素:0.03〜1%、 を含有し、さらに、 Cr:0.1〜3%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成(以上
    重量%)、並びに素地中に酸化アルミニウムを主体とし
    た微細な酸化物および金属間化合物が均一に分散した組
    織を有することを特徴とする耐摩耗性のすぐれた高強度
    高靭性Cu基焼結合金。
JP63285214A 1988-10-26 1988-11-11 耐摩耗性のすぐれた高強度高靭性Cu基焼結合金 Expired - Lifetime JP2606335B2 (ja)

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