(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３．５〜２０重量％のＳｎ、０．５〜４．５重量％のＳｉ、０．０１〜２重量％のＭｎ、０．０１〜２重量％のＶおよび／またはＭｏ、残部が実質的にＡｌからなり、
粒子径が２〜３μｍのＳｉ粒子と、Ａｌ―Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を生成させてＶおよび／またはＭｏにより成長させた粒子径が４〜５μｍの塊状の硬質粒子とを含んでいることを特徴とするアルミニウム基軸受合金。
【請求項２】
次の（１）〜（３）のうち、１つ以上を含有することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム基軸受合金。
（１）Ｃｕを５重量％以下
（２）Ｔｉ、Ｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｓｂのうちから１種以上を３重量％以下
（３）Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから１種以上を５重量％以下
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐疲労性、非焼付性、耐摩耗性の向上を図ると共に、塑性加工性の改良を図ったアルミニウム基軸受合金に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
アルミニウム基軸受合金は、耐疲労性、非焼付性、耐摩耗性に優れるため、自動車および一般産業機械の高出力エンジン用軸受として広く使用されている。最近のエンジンは、高速高出力化、軽量化、低燃費化の傾向にあり、これに伴って軸受には更なる性能の向上が望まれている。軸受合金の耐疲労性、非焼付性、耐摩耗性などの軸受性能を向上するには、軸受合金に種々の元素を添加する。アルミニウム基軸受合金の場合には、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｃｕなどを添加し、軸受性能の向上を図っている。
【０００３】
一方、エンジン用軸受は、Ａｌ合金板を鋼板（裏金）上に圧接して得たバイメタルから製造される。上記Ａｌ合金板は、Ａｌ合金を鋳造し、これを圧延することによって形成される。しかしながら、Ａｌ合金に種々の元素を添加すると、Ａｌ、Ｓｉ、不可避的に含まれるＦｅなどがマトリックス中に脆い針状の金属間化合物を生成する確率が高くなる。マトリックス中に針状の金属間化合物が生成されると、Ａｌ合金の圧延性が損なわれ、圧延（塑性加工）工程でＡｌ合金板にクラックが発生したりするという問題を生ずる。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、耐疲労性、非焼付性、耐摩耗性に優れ、しかも添加する元素により生成される金属間化合物の針状化を防止して塑性加工性を向上することができるアルミニウム基軸受合金を提供するにある。
【０００５】
３．５〜２０重量％のＳｎ、０．５〜４．５重量％のＳｉ、０．０１〜２重量％のＭｎ、０．０１〜２重量％のＶおよび／またはＭｏ、残部が実質的にＡｌからなり、粒子径が２〜３μｍのＳｉ粒子と、Ａｌ―Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を生成させてＶおよび／またはＭｏにより成長させた粒子径が４〜５μｍの塊状の硬質粒子とを含んでいることを特徴とする。
この場合、次の（１）〜（３）のうち、１つ以上を含有させることができる。
（１）Ｃｕを５重量％以下
（２）Ｔｉ、Ｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｓｂのうちから１種以上を３重量％以下
（３）Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから１種以上を５重量％以下
【０００７】
本発明者は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉ系合金にＭｎを添加すると、ＭｎがＡｌ、Ｓｉ、不可避的に含まれるＦｅなどと針状の金属間化合物を生成するが、そのＭｎを含む金属間化合物に対して、ＶやＭｏが針状化を防止し、塊状化する作用を有していることを見出し、これに着目して本発明を完成した。すなわち、本発明のアルミニウム基軸受合金では、ＡｌにＳｎ、Ｓｉ、Ｍｎなどを添加することにより、軸受合金の耐疲労性、非焼付性、耐摩耗性の向上を図る。しかし、Ｓｉ、Ｍｎ、不可避的に含まれるＦｅは、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の脆い針状の金属間化合物を生成するため、Ｖおよび／またはＭｏを添加することより、このＭｎを含む針状の金属間化合物を、塊状化することが可能となる。
【０００８】
金属間化合物は、塊状化されることで軸受合金の靭性を損なわず、軸受合金の強度を維持する。このため、軸受合金の圧延などの塑性加工性が向上し、圧延工程でクラックを発生したりすることがなくなる。また、塊状化された金属間化合物は、高硬度の粒子としてマトリックスの内部に分散し、非焼付性および耐摩耗性を向上する。
【０００９】
ところで、硬質粒子は非焼付性、耐摩耗性を向上するが、その効果は粒子径が大きいほど高い。Ｓｉは硬質で、非焼付性、耐摩耗性の向上に寄与するが、その効果を高めるために、Ｓｉの粒子径を大きくするには、従来、軸受合金の鋳造時の冷却をゆっくり行う方法が採られていた。ところが、徐冷のため均一な合金組織が得られず、軸受性能の向上を期し難くなる。
【００１０】
しかしながら、本発明によれば、Ｖおよび／またはＭｏを添加することにより、Ｍｎの含む針状の金属間化合物を塊状化できるので、Ｓｉ粒子を微細均一化  （例えば２〜３μｍ）しておき、そしてＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物を生成させてＶおよび／またはＭｏにより大きな塊状の硬質粒子（４〜５μｍ）に成長させることができる。したがって、徐冷を行わずとも済む。
【００１１】
次に、本発明による軸受合金の各成分元素を上記のように限定した理由とその作用効果を説明する。
（ａ）Ｓｎ（３．５〜２０重量％）
Ｓｎは非焼付性、なじみ性、埋収性などの表面性能を改善する。その添加量が３．５重量％未満ではその効果がなく、２０重量％を越えると軸受合金の機械的性質が低下し、高出力エンジンのように厳しい条件下では使用に耐えない。
【００１２】
（ｂ）Ｓｉ（０．５〜４．５重量％）
ＳｉはＡｌマトリックスに固溶し、また高硬度のＳｉ粒子として晶出し、軸受合金の硬度を上昇させる。組織中にＳｉ粒子が点在すると、表面の柔らかいＡｌマトリックスのみが摩耗し、微視的に見ると表面が凹凸状になり、凸として残るＳｉが非凝着性を保ちながら高荷重に耐え、凹部が油溜まりのように機能し、高荷重、薄油膜、更には金属接触にも良く耐える。更に、Ａｌマトリックス中に細かく点在したＳｉ粒子は相手軸の微小突起やバリを研磨する作用を有し、非焼付性を向上させる。Ｓｉの添加量が０．５重量％未満では上述のような効果が得られず、４．５重量％を越えると脆くなり、圧延などの塑性加工性を低下させる。
【００１３】
（ｃ）Ｍｎ（０．０１〜２重量％）
ＭｎはＡｌマトリックスに固溶し、また金属間化合物として析出することにより、耐疲労性を著しく向上させる。その添加量が０．０１重量％未満ではその効果が得られず、２重量％を越えると軸受としてのなじみ性が悪くなり、また不純物元素であるＦｅなどと化合物を生成し、圧延などの塑性加工性が著しく低下する。
【００１４】
（ｄ）Ｖおよび／またはＭｏ（０．０１〜２重量％）
Ｖ、ＭｏはＡｌマトリックスに固溶し、強度を上昇させ、また軸受合金内に析出するＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物の形状を針状から塊状に変える働きをし、軸受合金の圧延などの塑性加工性を保つ。その添加量が０．０１重量％未満ではその効果が得られず、２重量％を越えると軸受合金が硬くなり過ぎ、なじみ性が悪くなり、塑性加工性も低下する。
【００１５】
（ｅ）Ｃｕ（５重量％以下）
ＣｕはＡｌマトリックスの強度を上昇させ、特に疲労強度を上昇させる。その添加量が５重量％を越えると、軸受合金が硬くなり過ぎてなじみ性が悪化し、塑性加工性も低下する。
【００１６】
（ｆ）Ｔｉ、Ｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｓｂのうちから１種以上（３重量％以下）
これらの元素はＡｌマトリックスの疲労強度を上昇させる。その添加量が３重量％を越えると、軸受合金が硬くなり過ぎてなじみ性が悪くなる。
【００１７】
（ｇ）Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｍｇ（１種以上を５重量％以下）
これらはＡｌマトリックス中に固溶するか、または金属間化合物として析出することにより、軸受合金の強度を上昇させる。添加量が５重量％を越えると軸受合金が硬くなり過ぎ、塑性加工性が低下する。
【００１８】
（ｈ）Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ（１種以上を５重量％以下）
これらは切削性、非焼付性を改善する。その添加量が５重量％を越えると、Ａｌマトリックスに均一に分散させることが困難となり、軸受の強度も低下する。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。
図３に示す軸受１は半割軸受と称されるもので、２個１組にして使用される。この軸受１は、図２に示すように、裏金層２の表面に中間層３を介して軸受合金層４を被着してなる。なお、軸受合金層４の表面にオーバレイを施しても良い。上記中間層３はＡｌ、Ｎｉ、Ｃｕなどの各種の金属、合金が用いられる。
【００１９】
上記裏金層２は例えば低炭素鋼板によって構成されている。軸受合金層４はＡｌ基軸受合金により構成され、３．５〜２０重量％のＳｎ、０．５〜４．５重量％のＳｉ、０．０１〜２重量％のＭｎ、０．０１〜２重量％のＶおよび／またはＭｏ、残部が実質的にＡｌからなる。この場合、次の（１）〜（３）のうち、１つ以上を含有させるようにしても良い。
（１）Ｃｕを５重量％以下
（２）Ｔｉ、Ｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｓｂのうちから１種以上を３重量％以下
（３）Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎのうちから１種以上を５重量％以下
【００２０】
次に上記構成の軸受１の製造方法を説明する。
まず、軸受合金層４用として、表１に示す組成のＡｌ基軸受合金を鋳造し、これを圧延してＡｌ合金板を製造する。次に、所定厚さに圧延したＡｌ合金板を、裏金層２を構成する低炭素鋼からなる薄鋼板にロール圧接法によって圧着する。次いで、これを焼鈍し、エンジンのすべり軸受用素材としてのバイメタルを製造する。そして、このバイメタルを所定寸法に切断して半割の軸受形状にプレス加工し、更に機械加工して図３に示すような軸受１を製造する。
【００２１】
さて、本発明者は次の表１に示す組成の発明品と比較品とについて、金属間化合物の形状、合金圧延性について調べると共に、合金硬さの測定、疲労試験、焼付試験、摩耗試験を行った。この各種の測定結果および試験結果を表２に示す。
ここで、合金圧延性は軸受合金を圧延率９０％まで圧延したとき、クラックが生ずるか否かによって判定し、クラックが全く生じないものは○、クラックが生じても実用上問題のない程度のものは△、クラックが生じて圧延できないものは×を付して示した。
【００２２】
疲労試験は表３に示す条件で行った。疲労面圧は疲労しない最大面圧とした。
焼付試験は表４に示す条件で行い、軸受内面温度が２００℃を越えるか、またはトルク変動により軸駆動用ベルトがスリップした時の負荷を焼付面圧とした。
摩耗試験は表５に示す条件で行い、運転開始から２０時間後の軸受の摩耗量を測定した。
【００２３】
【表１】
0004422255.tif 000002
【００２４】
【表２】
0004422255.tif 000003
【００２５】
【表３】
0004422255.tif 000004
【００２６】
【表４】
0004422255.tif 000005
【００２７】
【表５】
0004422255.tif 000006
【００２８】
表２から明らかなように、金属間化合物の形状について、比較品は図１（ｂ）に示すように針状であるが、発明品では図１（ａ）に示すように塊状になっている。この金属間化合物の形状の違いから、針状の比較品は圧延性に劣るが、塊状の発明品は良好なる圧延性を呈する。
【００２９】
ここで、Ｖ、Ｍｏを含まない比較品２、３、６〜８では、金属間化合物は針状であるのに対し、Ｖ、Ｍｏを含む発明品１〜１２では、金属間化合物は塊状であり、Ｖ、Ｍｏが金属間化合物の塊状化に寄与することが理解される。
【００３０】
また、例えば発明品１、５と比較品１、５はいずれもＶ、Ｍｏを含んでおり、それら発明品１、５と比較品１、５との成分上の相違は、Ｍｎを含んでいるか否かだけにある。そして、Ｍｎを含む発明品１、５では金属間化合物が塊状であるのに対し、Ｍｎを含んでいない比較品１、５では金属間化合物が針状である。このことから、Ｍｎを含む金属間化合物はＶ、Ｍｏによって塊状化され易いことが理解される。
【００３１】
また、発明品は、合金硬度が５０Ｈｖ以上であり、５０Ｈｖ以下のものも存在する比較品に比べ、合金硬さが硬くなっている。これは、塊状で硬質の金属間化合物がマトリックス中に分散することにより、軸受合金の強度が強くなっていることの表れと言える。
【００３２】
更に、焼付面圧については、発明品は比較品と同等或いはやや高い程度であるが、疲労面圧については、発明品は比較品より平均的に１０ＭＰａ程度高く、耐疲労性に優れている。また、摩耗量については、発明品は比較品に比べて非常に少なく、耐摩耗性に優れている。
【００３３】
このように、発明品が非焼付性、耐疲労性および耐摩耗性、特に耐疲労性と耐摩耗性に優れている理由は、塊状化された高硬度の金属間化合物がマトリックス中に分散してその硬度と強度を高めたものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、軸受合金の組織を示す顕微鏡写真の模式図
【図２】軸受の断面図
【図３】軸受の斜視図
【符号の説明】
図中、２は裏金層、４は軸受合金層である。
【図１】
0004422255.tif 000007
【図２】
0004422255.tif 000008
【図３】
0004422255.tif 000009