(57)【要約】      （修正有）【課題】支持用の鉄を含む部分に焼結ばめされる黄銅又は青銅の粉末金属部分を有する複合材部品の形成方法を提供する。【解決手段】黄銅や青銅が焼結中に寸法収縮又は寸法拡張を示すというユニークな焼結応答をし、対照的に、他の粉末金属材料の大部分は、有効な焼結後に寸法収縮のみを示す。この寸法変化のフレキシビリティを利用して、従来見られなかった構造的配置と寸法変化による機械的接合による複合材部品を製造する方法。黄銅及び青銅からなる粉末金属を圧縮し成形し、前記未焼結粉末金属成形体を、鉄を含む部分に隣接して位置付け、前記未焼結銅含有粉末成形体を焼結し、焼結銅金金粉末金属を形成し、鉄との複合部材を形成する方法。【選択図】図１
2016191145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結銅合金粉末金属部分と鉄を含む部分を有する複合材部品の形成方法であって、
銅と少なくとも1つの合金化元素を含む前記銅含有粉末金属を圧縮して、未焼結銅含有粉末金属成形体を形成するステップと、
前記鉄を含む部分に隣接して前記未焼結銅含有粉末金属成形体を位置付けるステップと、
前記未焼結銅含有粉末金属成形体を焼結して、焼結銅合金粉末金属部分を形成するステップと、を備え、
前記銅含有粉末金属の前記少なくとも1つの合金化元素が、黄銅及び青銅からなるグループから選択された材料組成を備えた前記焼結銅含有粉末金属部分を提供し、
それによって、前記焼結銅合金粉末金属部分を形成するための前記未焼結銅合金粉末金属成形体の焼結中に、前記未焼結銅合金粉末金属成形体の寸法変化が、前記焼結銅合金粉末金属部分と前記鉄を含む部分との締まりばめ（interference fit）をもたらし、前記焼結銅合金粉末金属部分と前記鉄を含む部分とを一体に接合して、前記複合材部品を形成することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記焼結銅合金粉末金属部分の材料組成によって、前記未焼結銅合金粉末金属成形体の前記焼結銅合金粉末金属部分への焼結中の寸法変化が、寸法の増加を伴って、締まりばめを生じさせることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記鉄を含む部分に隣接して前記未焼結銅含有粉末金属成形体を位置付けるステップが、前記鉄を含む部分の開口の内側に前記未焼結銅含有粉末金属成形体を位置付けるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
焼結に際し、前記未焼結銅含有粉末金属成形体が焼結されて前記焼結銅合金粉末金属部分を形成するにつれて前記未焼結膨張銅含有粉末金属成形体が膨張して、前記焼結銅合金粉末金属部分の外周と前記鉄を含む部分の内周の間で締まりばめが形成されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
焼結中に、前記未焼結銅含有粉末金属成形体の周囲長が増加して、前記焼結銅合金金属部分を形成することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記鉄を含む部分に隣接して前記未焼結銅含有粉末金属成形体を位置付けるステップが、前記未焼結銅含有粉末金属成形体の開口の内側に前記鉄を含む部分を位置付けるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
焼結に際し、前記未焼結銅含有粉末金属成形体が焼結されて前記焼結銅合金粉末金属部分を形成するにつれて前記未焼結膨張銅含有粉末金属成形体が収縮して、前記焼結銅合金粉末金属部分の内周と前記鉄を含む部分の外周の間で締まりばめが形成されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
焼結中に、前記未焼結銅含有粉末金属成形体の周囲長が減少して、前記焼結銅合金金属部分を形成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも1つの合金化元素が亜鉛を含み、前記焼結銅合金粉末金属部分の材料組成が黄銅であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも1つの合金化元素が、スズ、アルミニウム、シリコン、及びニッケルからなるグループから選択され、前記焼結銅合金粉末金属部分の材料組成が青銅であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記焼結銅合金粉末金属部分が環状で、前記鉄を含む部分が環状であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記鉄を含む部分が、鉄、鉄合金、鉄鋼、及び鉄鋼合金の少なくとも1つであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
鍛造（wrought forming）、鋳造（casting）、又は粉末冶金を用いて前記鉄を含む部分を形成するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記複合材部品がベアリングであって、前記焼結銅合金粉末金属部分がベアリング面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記焼結ステップの間、前記複合材部品の前記鉄を含む部分をオーステナイト化する温度で前記未焼結銅含有粉末金属成形体の焼結が行われ、
前記方法が、焼結後、前記複合材部品を冷却するステップをさらに備え、
少なくとも前記オーステナイトの幾つかをマルテンサイトに転移させるのに十分なほど迅速に前記冷却が行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記複合材部品の前記鉄を含む部分において前記マルテンサイトを焼き戻しする（tempering）ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記焼結銅合金粉末金属部分をサイジング（sizing）するステップと、前記焼結銅合金粉末金属部分に油を含浸するステップと、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
青銅と黄銅からなるグループから選択された材料組成を備えた焼結銅合金粉末金属部分と、
鉄を含む部分と、を備えた複合材部品であって、
前記焼結銅合金粉末金属部分を形成するための未焼結銅含有粉末金属成形体の焼結中の前記未焼結銅含有粉末金属成形体の寸法変化の結果として、前記焼結銅合金粉末金属部分に隣接した前記鉄を含む部分が前記焼結銅合金粉末金属部分と締まりばめを形成することを特徴とする複合材部品。
【請求項１９】
前記鉄を含む部分が前記焼結銅合金粉末金属部分の開口に設けられ、前記焼結銅合金粉末金属部分の内周と前記鉄を含む部分の外周が締まりばめを形成することを特徴とする請求項１８に記載の複合材部品。
【請求項２０】
前記焼結銅合金粉末金属部分が前記鉄を含む部分の開口に設けられ、前記鉄を含む部分の内周と前記焼結銅合金粉末金属部分の外周が締まりばめを形成することを特徴とする請求項１８に記載の複合材部品。
【請求項２１】
前記焼結銅合金粉末金属部分が黄銅で、合金化元素として亜鉛を含んでいることを特徴とする請求項１８に記載の複合材部品。
【請求項２２】
前記焼結銅合金粉末金属部分が青銅で、合金化元素としてスズ、アルミニウム、シリコン、及びニッケルのうちの１つ以上を含んでいることを特徴とする請求項１８に記載の複合材部品。
【請求項２３】
前記鉄を含む部分が、鉄、鉄合金、鉄鋼、及び鉄鋼合金の少なくとも1つであることを特徴とする請求項１８に記載の複合材部品。
【請求項２４】
前記鉄を含む部分が、鍛造、鋳造、又は粉末冶金を用いて形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の複合材部品。
【請求項２５】
前記焼結銅合金粉末金属部分が環状で、前記鉄を含む部分が環状であることを特徴とする請求項１８に記載の複合材部品。
【請求項２６】
前記複合材部品がベアリングであって、前記焼結銅合金粉末金属部分がベアリング面を備えていることを特徴とする請求項１８に記載の複合材部品。
【請求項２７】
前記焼結銅合金粉末金属部分が油で含浸されていることを特徴とする請求項１８に記載の複合材部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願との相互参照）
本出願は、２０１５年３月６日に出願された米国暫定特許出願第６２／１２９，１４４号の出願日の利益を主張し、内容全体を参照することにより本明細書に組み込む。
【０００２】
（連邦支援の研究に関する宣言）
適用しない。
【０００３】
本開示は、粉末冶金に関するものである。具体的には、本開示は異なる材料から作られた独立した部品を接合して複合材部品を形成することに関し、複合材部品の少なくとも一つが焼結によって銅を含有した粉末金属から作られて、複合材部品の黄銅又は青銅部分を形成するものである。
【背景技術】
【０００４】
黄銅材と青銅材は、一般的な銅ベースの合金であって、ベアリング又はブッシングタイプの用途に頻繁に用いられる。銅は亜鉛と合金になって黄銅を形成し、その一方で銅は通常スズと合金になって青銅を形成する（例えばリン、マンガン、アルミニウム、シリコン、及びニッケルの様な他の元素も青銅に用いられる）。銅内の合金化元素の固溶度が、単相を維持した場合の、銅内の合金化元素の量を制限する。例えば２０℃では、亜鉛は銅内でおよそ３７％の固溶度を有し、一方でスズは銅内でおよそ１０％の固溶度を有する。
【０００５】
幾つかの従来用途では、青銅ベアリング面を生成するために、緩い青銅粉末がバッキングやスチールストリップに付加された。例えば、米国特許第２２２６２６３号明細書では、青銅粉末がスチールバッキングストリップに付加され、この粉末は一貫性を保つために平滑化され、次にこの粉末は焼結されてストリップになる。この複合材ストリップは次に、冷間圧延されて層の厚さが削減される。この圧延されたストリップは次に焼結温度まで再加熱されて、再圧延される。また別の例として、米国特許第６８５４１８３号明細書では（特に３カラム、３０〜５０行）、緩い青銅粉末をバッキングに付加して、加熱、焼結、圧延、次に再焼結を行い、ベアリング面の密度を高めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この様に、従来の青銅層製造方法は、時間を要し、複数の工程を必要とし、粉末金属を表面に付加するのに注意を要した。黄銅表面及び青銅表面を製造するための改良に対する要求があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示されているのは、黄銅又は青銅部分と支持部又は裏打ち部を有する複合材料の改善した製造方法である。従来方法としての緩い粉末材料の表面へのパッキング、焼結、圧延、及びそれらの繰り返しの代わりに、新しい方法では粉末金属が粉末金属成形体に圧縮され、焼結中に寸法変化を示す。黄銅又は青銅成形体と支持部分の間で締まりばめを形成するために、成形体は支持部分に隣接して収容される寸法になっている。焼結に際し、成形体はわずかな寸法変化を示し、それは正確な材料組成に基づいて変化するが、一般的には1桁台の前半のパーセンテージである。注意深く支持部分に対する成形体の寸法を設計することによって、成形体は支持部分に焼結ばめ（sinter fit）される（つまり、焼結中に生じる成形体の寸法変化によって、成形体の焼結形状が支持部分に接合される）。
【０００８】
黄銅又は青銅粉末金属成形体の鋼部材への焼結ばめに関連した幾つかの非常にユニークな特徴が存在する。
【０００９】
特に他の粉末金属の大部分の焼結と比較して、焼結黄銅又は青銅部分の１つの注目すべき特徴は、黄銅や青銅が焼結中に寸法収縮又は寸法拡張を示すというユニークな焼結応答をすることである。対照的に、他の粉末金属材料の大部分は、有効な焼結後に寸法収縮のみを示す。本発明では、この寸法変化のフレキシビリティを利用して、従来見られなかった構造的配置と寸法変化による機械的接合を提供する。
【００１０】
もう一つの注目すべき特徴は、黄銅及び青銅の一般的な焼結温度が、多くの鋼鉄やその合金のオーステナイト化温度と一致していることである。このように、支持材又は基材の厳選によって、焼結工程は成形体の支持材又は基材への焼結ばめのための成形体の焼結をもたらすだけでなく、複合材部品の鉄を含む部分のオーステナイト化ももたらす。焼結の直後に、複合材部品は急冷され、緩和されて（tempered）マルテンサイトを形成する。このように、焼結工程は、部品の鉄を含む部分のための初期の熱処理工程も相乗的に提供する。
【００１１】
本発明の１つの態様によれば、焼結銅合金粉末金属部分と鉄を含む部分を有する複合材部品の形成方法が開示される。この方法は、銅含有粉末金属を圧縮して、未焼結銅含有粉末金属成形体を形成するステップを備えている。この銅含有粉末金属は、銅と少なくとも1つの合金化元素を含んでいる。未焼結銅含有粉末金属成形体は、次に鉄を含む部分に隣接して位置付けられ、焼結されて、複合材部品の焼結銅合金粉末金属部分を形成する。上述の合金化元素は、黄銅又は青銅からなる材料組成を備えた焼結銅含有粉末金属部分を提供する。焼結銅合金粉末金属部分を形成するための未焼結銅合金粉末金属成形体の焼結中に、未焼結銅合金粉末金属成形体の寸法変化が、焼結銅合金粉末金属部分と鉄を含む部分との締まりばめ（interference fit）をもたらす。この焼結による寸法変化が、焼結銅合金粉末金属部分と鉄を含む部分とを一体に接合して、複合材部品を形成する。
【００１２】
この方法の幾つかの形態では、焼結銅合金粉末金属部分の材料組成（即ち、黄銅又は青銅）によって、未焼結銅合金粉末金属成形体の焼結銅合金粉末金属部分への焼結中の寸法変化が、寸法の増加を伴って、締まりばめを生じさせる。焼結時のこの寸法拡張は、比較的珍しく、一般的には、焼結は十分に緻密な粉末金属成形体の寸法収縮をもたらす。しかし、黄銅及び青銅の焼結応答は、グリーン密度を増加するように潜在的に操作されて、従来の寸法収縮よりむしろ幾つかの寸法は拡張する。１つの非限定的例として、９０％銅と１０％スズの元素粉末の青銅混合物で、グリーン密度７．４g/cm3に圧縮され華氏１５５５度で焼結されたものは、およそ２０分の焼結後に２％の寸法拡張を示すことがわかった。対照的に、グリーン密度の下方操作によって（グリーン密度約６．０g/cm3まで）、２０分の焼結後に２％以上の寸法収縮をもたらすことができる。従って、この非限定的例は、黄銅及び青銅の粉末製剤の複雑な焼結応答を示し、寸法は増加又は減少する。
【００１３】
未焼結銅含有粉末金属成形体が拡張する場合、これは未焼結銅含有粉末金属成形体が鉄を含む部分の開口の内側に配置されて、鉄を含む部分に隣接するように位置付けられることを意味する。次に、焼結時に未焼結銅含有粉末金属成形体が焼結銅含有粉末金属部分を形成するように焼結されるにつれて未焼結銅含有粉末金属成形体は拡張し、それによって、焼結銅含有粉末金属部分の外周と鉄を含む部分の内周の間で締まりばめが形成される。言い換えれば、この焼結が生じる際に各部分が全体的に円筒形状の界面を有していれば、焼結銅含有粉末金属部分を形成するための焼結時に、未焼結銅含有粉末金属成形体の円周が増加して、この円周の増加がインターロックばめ又は焼結ばめをもたらす。
【００１４】
未焼結銅含有粉末金属成形体が収縮する場合、鉄を含む部分が未焼結銅含有粉末金属成形体の開口の内側に配置されて、未焼結銅含有粉末金属成形体が鉄を含む部分に隣接するように位置付けられる。次に、焼結時に未焼結銅含有粉末金属成形体が焼結銅含有粉末金属部分を形成するように焼結されるにつれて未焼結銅含有粉末金属成形体は収縮し、それによって、焼結銅含有粉末金属部分の内周と鉄を含む部分の外周の間で締まりばめが形成される。再び言い換えれば、この焼結が生じる際に各部分が全体的に円筒形状の界面を有していれば、焼結銅含有粉末金属部分を形成するための焼結時に、未焼結銅含有粉末金属成形体の円周が減少して、この円周の減少がインターロックばめ又は焼結ばめをもたらす。
【００１５】
本明細書で用いられる用語「黄銅」と「青銅」は、銅含有合金の特定のクラスを示す一般名として、従来の態様で用いられている。例えば、黄銅の場合、銅は合金元素として主に亜鉛と組み合わされる。青銅の場合、銅はスズ、アルミニウム、シリコン、及びニッケルの1つ以上と組み合わされる。列挙した合金元素は、代表的なものであるが、排他的ではない。つまり、他の合金元素も銅合金に少量なら含めることができ、必ずしも黄銅及び青銅のカテゴリーから除外するものではない。
【００１６】
鉄を含む部分（ferrous portion）は、鉄、鉄合金、鋼鉄、又は合金鋼からなる。鉄を含む部分は、鍛造、鋳造、及び粉末冶金を含む、しかし限定されるものではない、多くの方法で製造できる。他の鉄を含まない支持構造又は基材も、潜在的に支持構造上への黄銅／青銅部品の焼結ばめに使用可能であると期待される。
【００１７】
形成された複合材部品は、ベアリング、ベアリング部品、ブッシング等の生産に用いることができると考えられる。例えば、複合材部品はベアリングとして特徴付けられ、焼結銅合金粉末金属部分はベアリング面（即ち、他の部品を支える面）を備えている。ベアリングはリング状であることが多いので、焼結銅合金粉末金属部分と鉄を含む部分は、両方とも環状であることが考えられる。
【００１８】
黄銅又は青銅を、鋼鉄又は合金鋼の周囲又は内側に焼結ばめすることの1つの注目すべき長所は、黄銅又は青銅の焼結が、鋼鉄のオーステナイト化温度で行われることである。つまり、焼結工程の間、未焼結銅含有粉末金属成形体の焼結は、複合材部品の鉄を含む部分のオーステナイト化温度で行われる。従って、この方法はさらに焼結後の複合材部品の冷却又は急冷ステップを含み、オーステナイトの少なくとも幾らかがマルテンサイトに変換されるのに十分な程度に迅速に冷却される。この複合材部品の製造方法は、複合材部品の鉄を含む部分においてマルテンサイトを焼き戻しする（tempering）ステップをさらに備えている。
【００１９】
本方法の幾つかの形態では、焼結ステップの後に、焼結銅合金粉末金属部分をサイジング（sizing）するステップと、焼結銅合金粉末金属部分に油を含浸するステップと、をさらに備えることが考えられる。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、焼結銅合金粉末金属部分と、鉄を含む部分と、を有する複合材部品が提供される。焼結銅合金粉末金属部分は、黄銅又は青銅からなる材料組成を有している。焼結銅合金粉末金属部分を形成するための未焼結銅含有粉末金属成形体の焼結中の未焼結銅含有粉末金属成形体の寸法変化の結果として、鉄を含む部分は焼結銅合金粉末金属部分と隣接し、摩擦によって係合する（そしておそらくある程度拡散的に接合する）。
【００２１】
上述のように、鉄を含む部分は焼結部分の内側に位置するか、又はその逆である。幾つかの形態では、鉄を含む部分が焼結銅合金粉末金属部分の開口に設けられ、焼結銅合金粉末金属部分の内周と鉄を含む部分の外周が締まりばめを形成する。他の形態では、焼結銅合金粉末金属部分が鉄を含む部分の開口に設けられ、鉄を含む部分の内周と焼結銅合金粉末金属部分の外周が締まりばめを形成する。
【００２２】
繰り返すと、焼結銅合金粉末金属部分は上述のように黄銅又は青銅からなり、鉄を含む部分は鉄、鉄合金、鋼鉄、又は合金鋼からなる。焼結銅合金粉末金属部分は粉末冶金を用いて形成されるのに対し、鉄を含む部分は鍛造、鋳造、又は粉末冶金を用いて形成される。
【００２３】
複合材部品は、焼結銅合金粉末金属部分がベアリング面を備えたベアリングであってよい。このようなベアリングは多くの場合にリング状で、焼結銅合金粉末金属部分と鉄を含む部分の両方が環状であると考えられる。また、焼結銅合金粉末金属部分が油で含浸されている。
【００２４】
本発明のこれら及びさらに他の長所は、詳細な説明と図面から明らかになるであろう。以下は単に本発明の幾つかの好ましい実施例の記述である。本発明の全範囲を評価するためには、請求項に注目すべきであり、これらの好ましい実施例は、請求項の範囲内の実施例を単に意図したものに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は本発明の一態様に係る複合材部品の製造方法の順次ステップを示すフローチャートである。
【図２Ａ】図２Ａは鉄を含む部分と未焼結粉末金属成形体の断面図であって、鉄を含む部分は未焼結粉末金属成形体の開口の内部に収容されている。
【図２Ｂ】図２Ｂは複合材部品の焼結部分を形成するために、図２Ａの鉄を含む部分の周りの未焼結粉末金属成形体を焼結することによって形成した複合材部品の断面図であって、焼結部分の形成のための焼結時に、粉末金属成形体は鉄を含む部分の周りで寸法的に収縮して、各部分を一体に「焼結ばめ」することで、その間に締まりばめを形成している。
【図３Ａ】図３Ａは鉄を含む部分と未焼結粉末金属成形体の断面図であって、未焼結粉末金属成形体は鉄を含む部分の開口の内部に収容されている。
【図３Ｂ】図３Ｂは複合材部品の焼結部分を形成するために、図３Ａの鉄を含む部分の内側の未焼結粉末金属成形体を焼結することによって形成した複合材部品の断面図であって、焼結部分の形成のための焼結時に、粉末金属成形体は鉄を含む部分の内側で寸法的に拡張して、各部分を一体に「焼結ばめ」することで、その間に締まりばめを形成している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、及び３Ｂを参照して、複合材部品の製造方法１００が図１に示され、結果として得られる複合材部品２００、３００が、図２Ａと図３Ｂにそれぞれ示されている。次に述べる各ステップは、所望の複合材部品のマクロ構造とマイクロ構造を提供するために順次実行される。
【００２７】
第一ステップ１０２では、銅含有粉末金属が圧縮されて、例えば図２Ａと図３Ａの成形体２０２又は３０２のような未焼結銅含有粉末金属成形体を形成する。このような圧縮技術は当技術分野で周知であるので、ここでは圧縮プロセスの簡単な説明のみ行う。要するに、一般的には（通常ある程度の量の結合剤と潤滑剤と共に）粉末金属が、フィードシュー（feed shoe）によって一軸プレス機に設置された工具及び金型セットの空洞に導入される。フィードシューを撤退させると共に、上下の工具部材が周回し（cycled）、金型空洞内の粉末金属に圧縮力を加えて、それまで固まっていなかった粉末金属から成形体を形成する。結合剤と潤滑剤は粉末金属成形体内の圧縮された粒子を共に保持し、この成形体は下部工具を立ち上げること及び／又は金型を下げることによって金型から排出される。図示の環状成形体に対しては、成形体に中央開口を形成するために心金（core rod）も用いることができる。
【００２８】
当然のことながら、これらの成形体２０２は焼結銅合金粉末金属部分２０４、３０４の前駆体であって、材料組成において黄銅又は青銅を含んでいる。従って、この銅含有粉末金属は、銅と、亜鉛（もし黄銅の場合）又はスズ、シリコン及びニッケル（青銅の場合）の少なくとも１つ以上を含んでいる。銅と合金化元素は別々の元素粉末で、互いに混合されると考えられる。しかし、合金化元素は少なくとも部分的に先に合金化されているか、又は、主合金粉末（master alloy powder）の一部として存在することも考えられる。
【００２９】
この点では、成形体の特性が、粉末金属成形体の寸法的な焼結応答に重大かつ劇的な影響力を有することに注目すべきである。おそらくこれらの特性の中で最も重要なのは、成形体のグリーン密度で、これは圧縮された（as-compacted）部分の密度に影響を与え（effectively）、例えば圧縮圧力や粉末内の粒径分布を変更することによって変えることができる。異なる粉末製剤（powder formulation）は異なる振る舞いや応答をするが、より大きなグリーン密度が焼結後に拡張された寸法を有する焼結された部分をもたらす傾向があり、それに対してより低いグリーン密度を有する成形体は焼結後に寸法収縮をより示す傾向があることが、一般的に観察された。一定のグリーン密度を有する成形体は、焼結の時間継続に応じて、拡張した後に収縮する。敢えて言うなら、多数の潜在的な変形例（及び産業機器の異なる装置を横断して監察される可変性）から判断すると、特定の粉末金属組成のための所望の正確な焼結応答を得るため、さらに生産工程中の観察された寸法変化に基づいて条件を調整するために、文献を参照し、及び／又は、パラメータセットを決定するために多数の初期試作を実行することが当業者に必要である。
【００３０】
上記に鑑みて、焼結時に図２Ａの成形体２０２が収縮し、図３Ａの成形体３０２が拡張するためには、成形体２０２は焼結時に寸法収縮を促進するようなグリーン特性を伴って圧縮されるべきであり、成形体３０２は焼結時に寸法拡張を促進するようなグリーン特性を伴って圧縮されるべきである。
【００３１】
図２Ａ、図３Ａの例示的な成形体２０２、３０２に戻ると、それらが用いられるリング状ベアリングのタイプの構造体の場合、これらの成形体２０２、３０２は全体的に環状で、径方向外向き面２０６、３０６と径方向内向き面２０８、３０８を有している。
【００３２】
方法１００の説明を続けると、ステップ１０４では、図２Ａ、図３Ａに示すように、成形体２０２、３０２は次に鉄を含む部分２１０、３１０にそれぞれ隣接して位置付けられる。鉄を含む部分２０２又は３０２は、構造的に黄銅又は青銅の焼結部分を支持するように作用し、鉄、鉄合金、鋼鉄、合金鋼、又は潜在的に支持材料になる他の材料からなる。繰り返すと、リング状ベアリングアセンブリが形成されるので、鉄を含む部分２１０、３１０は径方向外向き面２１２、３１２と径方向内向き面２１４、３１４を有している。図２Ａの場合、成形体２０２の径方向内向き面２０８は鉄を含む部分２１０を収容するための開口として機能し、鉄を含む部分２１０の径方向外向き面は成形体２０２の径方向内向き面２０８と対向している。図３Ａの場合、鉄を含む部分３１０の径方向内向き面３１４は成形体３０２を収容するための開口として機能し、成形体３０２の径方向外向き面は鉄を含む部分３１０の径方向内向き面３１４と対向している。
【００３３】
いずれの場合でも、成形体２０２、３０２と鉄を含む部分２１０、３１０の間には最小限の間隙しかなく、続く焼結による数％の寸法変化で、成形体２０２、３０２が鉄を含む部分２１０、３１０と寸法調整して締まりばめされ、互いに接合する。許容可能な初期の間隙を構成するものは、焼結時に生じると予想される寸法変化量に依存している。
【００３４】
注目すべきは、開示された実施例では、成形体２０２、３０２と鉄を含む部分２１０、３１０は両方とも管状又は環状で、互いに伸縮自在に収容されて、２つの面のうちの一方の内周面と他方の外周面が対向していることである。当然のことながら、図示の部分は管状又は環状であるが、この幾何学形状の変形例も可能である（contemplated）。例えば、外周にはその面上に、係合する相手方と正確に一致しない特徴部分（例えばスプライン）を有していてもよい。また、円形断面が図示されているが、特定の用途ではこの幾何学形状を変形することも考えられる。
【００３５】
いずれの場合でも、ステップ１０４に従って成形体２０２又は３０２を、鉄を含む部分２１０又は３１０に隣接して位置付けすると、次にステップ１０６に従って、成形体２０２又は３０２は所定の位置で焼結されて、それぞれ図２Ｂと図３Ｂに示す複合材部品２００又は３００を構成する焼結銅合金粉末金属部分２０４又は３０４を形成する。上記記載に基づいて、当然のことながら、成形体２０２又は３０２には寸法変化が生じ（図２Ａと図２Ｂの間で生じる縮小又は図３Ａと図３Ｂの間で生じる拡張）、この寸法変化の結果として、焼結粉末金属部分２０４又は３０４は対応する鉄を含む部分２１０又は３１０と締まりばめを形成する。図２Ｂの場合、径方向内向き面２１６又は焼結粉末金属部分２０４の内周面が、径方向外向き面２１２又は鉄を含む部分２１０の外周面上に収縮している。これが意味するものは、成形体２０２の内径又は内周面より、焼結粉末金属部分２０４の内径又は内周面が小さく、収縮を示している。図３Ｂの場合、径方向外向き面３１８又は焼結粉末金属部分３０４の外周面が、径方向内向き面３１４又は鉄を含む部分３１０の内周面上に拡張している。この場合、成形体３０２の外径又は外周面より、焼結粉末金属部分３０４の外径又は外周面が大きく、焼結時の寸法的拡張を示している。
【００３６】
この寸法変化が焼結の結果として効率的に「焼結ばめ」を形成し、粉末金属部分は第二部分（ここでは、鉄を含む支持部分）と締まりばめによって接合する。これは２つの部分を互いに接合させて、軸方向にも回転方向にも互いに対して移動することを防止する。
【００３７】
成形体を焼結するためのステップ１０６の間に用いられる焼結温度が、焼結と同時に行われるステップ１０８（点線で示されて、この同時の焼結／加熱処理が、選択した材料に応じて発生する場合としない場合があることを示す）での複合材部品２００又は３００の鉄を含む部分２１０又は３１０のオーステナイト化にも用いられることにも留意すべきである。換言すると、鉄を含む部分２１０又は３１０内のフェライトが、黄銅又は青銅の粉末金属の焼結時にオーステナイトに変化できる。オーステナイト化温度は他の要因と同様に鉄を含む部分の炭素含有量に応じて変化するので、もしオーステナイト化を達成すべきなら、特定の黄銅又は青銅合金の焼結温度以下のオーステナイト化温度を有する鉄を含む組成物を選択することが最も実際的である。
【００３８】
ステップ１０８で焼結と同時にオーステナイト化が生じた場合には、次にそれに続くステップとして、ステップ１１０による焼結／オーステナイト化後の複合材部品の急冷によるオーステナイトの少なくとも一部からのマルテンサイトの形成と、ステップ１１２による形成されたマルテンサイトの焼き戻しが、鉄を含む部分２１０又は３１０に対して実行される。マイクロ構造をした特定のパーセントのマルテンサイトを得るための急冷率は、特定の鉄を含む組成物に対するTTT（時間−温度−転移）チャートを用いた文献から得ることができる。また、ステップ１１２の下で、脆弱性を減じるために、マルテンサイトを焼き戻すことができるが、それは焼結温度より著しく低い温度で生じ、複合材部品の黄銅又は青銅部分は実質的にさらに焼結されることはない。
【００３９】
焼結ステップ１０６の後（又はもしオーステナイト化が生じた場合、焼き戻しステップ１１２の後）、この焼結された銅合金粉末金属部分２０４又は３０４の残った露出された表面（例えば、図２Ｂの外向き面２２０又は内向き面３２２）がベアリング面として用いることができるような寸法になっている。摩擦品質を向上させるために、この表面は油で含浸されて自己潤滑（self-lubrication）を提供することが、さらに考えられる。
【００４０】
形成された複合材部品は、黄銅又は青銅材料に対する強力な鉄又は鋼鉄製の支持部材を提供し、これは純粋な黄銅又は青銅からなる部品に比較して増加した強度と係数（modulus）を有していることが、開示された構造と方法の長所の一つである。また、鉄を含む成分（たとえ粉末金属とは別にプレハブ製造されたものでも）は、黄銅又は青銅のための一般的な焼結温度で著しい歪みを被らないので、鉄を含む部分は、黄銅又は青銅部分の寸法歪みを減じる周囲構造を提供する。さらにまた別の長所は、（焼結と同時に鉄を含む部分の熱処理を行うことによって）ベアリングと結合した硬化した耐摩耗性の表面を有するベアリングアセンブリを提供できることである。これは、回転軸を含むような特定のベアリング構造において有利である。
【００４１】
当然のことながら、これらの好ましい実施例の様々な変形や変更は、本発明の範囲内で行うことができる。従って、本発明は記載された実施例に限定されるべきではない。本発明の全範囲を確認するためには、以下の請求項を参照すべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【外国語明細書】
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【選択図】  図１
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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