(57)【要約】  異なる動作条件に適応するために選択される異なる合金で形成されるブッシングが提供される。たとえば、ブッシングは、低温に曝されるブッシングの部分における鉄系合金と、高温に曝されるブッシングの部分におけるコバルト系合金とを含み得る。第１および第２合金は、軸方向または径方向に位置合わせされ得る。鉄系合金は、１０〜３０ｗｔ％のＣｒ、０〜２１ｗｔ％のＮｉ、０〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜５ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＣ、０〜４ｗｔ％のＶ、０〜４ｗｔ％のＶ、０〜２０ｗｔ％のＣｏ、およびＦｅの残余を含み、コバルト系合金は、１０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜２１ｗｔ％のＮｉ、０〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜１０ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＶ、０．５〜３ｗｔ％のＣ、およびＣｏの残余を含む。
2020516773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部間で長手方向軸に沿って軸方向に、および外面から内面まで径方向に延在する本体を備え、
前記本体は、第１材料と、前記第１材料とは異なる第２材料とを含み、
前記第１材料は、前記第１材料の総重量に基づいて、１０〜３０ｗｔ％のＣｒ、０〜２１ｗｔ％のＮｉ、０〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜５ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＣ、０〜４ｗｔ％のＶ、０〜２０ｗｔ％のＣｏ、およびＦｅを含む鉄系材料である、ブッシング。
【請求項２】
前記第１材料および前記第２材料は、径方向に位置合わせされる、または軸方向に位置合わせされる、請求項１に記載のブッシング。
【請求項３】
前記第２材料は、コバルト系材料である、請求項１に記載のブッシング。
【請求項４】
前記コバルト系材料は、前記コバルト系材料の総重量に基づいて、１０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜２１ｗｔ％のＮｉ、０〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜１０ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＶ、０．５〜３ｗｔ％のＣ、およびＣｏを含む、請求項３に記載のブッシング。
【請求項５】
前記コバルト系材料は、前記コバルト系材料の総重量に基づいて、２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜１５ｗｔ％のＮｉ、０〜３ｗｔ％のＭｏ、５〜１０ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＶ、０．５〜２ｗｔ％のＣ、およびＣｏを含む、請求項３に記載のブッシング。
【請求項６】
前記コバルト系材料は、前記コバルト系材料の総重量に基づいて、２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜１５ｗｔ％のＮｉ、０〜２ｗｔ％のＭｏ、５〜１０ｗｔ％のＷ、０〜２ｗｔ％のＶ、０．５〜１．５ｗｔ％のＣ、およびＣｏを含む、請求項３に記載のブッシング。
【請求項７】
前記コバルト系材料は、前記コバルト系材料の総重量に基づいて、２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜１５ｗｔ％のＮｉ、５〜１０ｗｔ％のＷ、および０．５〜１．５ｗｔ％のＣを含み、前記鉄系材料は、前記鉄系材料の総重量に基づいて、１０〜２０ｗｔ％のＣｒ、５〜１５ｗｔ％のＮｉ、１〜５ｗｔ％のＭｏ、１〜２ｗｔ％のＣを含む、請求項３に記載のブッシング。
【請求項８】
前記第２材料は、前記第１材料とは異なる鉄系材料である、請求項１に記載のブッシング。
【請求項９】
前記第１材料は、前記第１材料の総重量に基づいて、１５〜２５ｗｔ％のＣｒ、０〜５ｗｔ％のＮｉ、１．５〜６．５ｗｔ％のＭｏ、１〜４ｗｔ％のＷ、１〜３ｗｔ％のＶ、および０．５〜２．５ｗｔ％のＣを含む、請求項１に記載のブッシング。
【請求項１０】
前記第１材料は、前記第１材料の総重量に基づいて、１８〜２４ｗｔ％のＣｒ、０〜５ｗｔ％のＮｉ、１．５〜６．５ｗｔ％のＭｏ、１〜４ｗｔ％のＷ、１〜３ｗｔ％のＶ、および０．８〜２．４ｗｔ％のＣを含む、請求項１に記載のブッシング。
【請求項１１】
前記第１材料は、前記第１材料の総重量に基づいて、１０〜２５ｗｔ％のＣｒ、７〜２０ｗｔ％のＮｉ、１〜７ｗｔ％のＭｏ、０〜３ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＶ、および０．５〜３ｗｔ％のＣを含む、請求項１に記載のブッシング。
【請求項１２】
前記第１材料は、前記第１材料の総重量に基づいて、１３〜２５ｗｔ％のＣｒ、７〜２０ｗｔ％のＮｉ、１〜７ｗｔ％のＭｏ、０〜２ｗｔ％のＷ、０〜２ｗｔ％のＶ、および１〜３ｗｔ％のＣを含む、請求項１に記載のブッシング。
【請求項１３】
前記第１材料は、前記第１材料の総重量に基づいて、１０〜２５ｗｔ％のＣｒ、１０〜２１ｗｔ％のＮｉ、２〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜３ｗｔ％のＷ、０〜２ｗｔ％のＶ、４〜２０ｗｔ％のＣｏ、および０．５〜２ｗｔ％のＣを含む、請求項１に記載のブッシング。
【請求項１４】
前記第１材料は、前記第１材料の総重量に基づいて、１３〜２５ｗｔ％のＣｒ、１０〜２１ｗｔ％のＮｉ、２〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜３ｗｔ％のＷ、０〜２ｗｔ％のＶ、４〜２０ｗｔ％のＣｏ、および０．８〜１．６ｗｔ％のＣを含む、請求項１に記載のブッシング。
【請求項１５】
前記ブッシングは、管状形状を有し、
前記第２材料は、コバルト系材料の総重量に基づいて、１０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜２１ｗｔ％のＮｉ、０〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜１０ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＶ、０．５〜３ｗｔ％のＣ、およびＣｏを含むコバルト系材料であり、
前記第１および第２材料は、焼結粉末金属であり、
前記第２材料は、前記第１材料とは異なる組成、微細構造および／または特性を有し、
前記第１材料は、前記ブッシングの全体長さの５〜９５％の範囲に及ぶ軸方向長さを有する、請求項１に記載のブッシング。
【請求項１６】
前記第１材料および／または前記第２材料とは異なる第３材料を含む、請求項１に記載のブッシング。
【請求項１７】
前記第１および第３材料は、前記ブッシングの軸方向端部に位置し、前記第２材料は、前記第１材料と前記第３材料との間に位置し、前記第１および第３材料は、鉄系材料の総重量に基づいて、１５〜２５ｗｔ％のＣｒ、２〜５ｗｔ％のＭｏ、２〜５ｗｔ％のＷ、１〜３ｗｔ％のＶ、および１．５〜２．５ｗｔ％のＣを含む鉄系材料であり、前記第２材料は、前記第２材料の総重量に基づいて、１０〜１５ｗｔ％のＣｒおよび０．５〜１．５ｗｔ％のＣを含む鉄系材料である、請求項１６に記載のブッシング。
【請求項１８】
両端部間で長手方向軸に沿って軸方向に、および外面から内面まで径方向に延在する本体を備え、
前記本体は、第１材料と、前記第１材料とは異なる第２材料とを含み、
前記第１および第２材料は、径方向に位置合わせされる、ブッシング。
【請求項１９】
ボアを提示するとともに、前記ボアに配置されるブッシングを含む、ターボチャージャであって、前記ブッシングは、両端部間で長手方向軸に沿って軸方向に、および外面から内面まで径方向に延在する本体を含み、
前記本体は、第１材料と、前記第１材料とは異なる第２材料とを含み、
前記第１材料は、前記第１材料の総重量に基づいて、１０〜３０ｗｔ％のＣｒ、０〜２１ｗｔ％のＮｉ、０〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜５ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＣ、０〜４ｗｔ％のＶ、０〜２０ｗｔ％のＣｏ、およびＦｅを含む鉄系材料である、ターボチャージャ。
【請求項２０】
ブッシングを製造する方法であって、
第１材料を、前記第１材料とは異なる第２材料に接合するステップを含み、前記第１材料は、前記第１材料の総重量に基づいて、１０〜３０ｗｔ％のＣｒ、０〜２１ｗｔ％のＮｉ、０〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜５ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＣ、０〜４ｗｔ％のＶ、０〜２０ｗｔ％のＣｏ、およびＦｅを含む鉄系材料である、方法。
【請求項２１】
前記接合するステップは、前記第１および第２材料を同時にプレスして単一のプレス部品を形成することと、前記単一のプレス部品を焼結することと、を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１および第２材料を別々にプレスするステップを含み、前記接合するステップは、プレスされた前記第１および第２材料を焼結ろう付けすることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１および第２材料を別々にプレスするステップを含み、前記接合するステップは、焼結接合することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１および第２材料を別々にプレスおよび焼結するステップを含み、前記接合するステップは、焼結材料を摩擦溶接することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
ブッシングを製造する方法であって、
第１材料を、前記第１材料とは異なる第２材料に接合するステップを含み、前記第２材料は、前記第１材料と径方向に位置合わせされる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この米国特許出願は、２０１７年４月１４日に提出された米国仮特許出願第６２／４８５，５８１号および２０１８年４月１２日に提出された米国特許出願第１５／９５１，６８８号に対する優先権を主張し、参照によりその開示全体がここに組み込まれる。
【０００２】
１．技術分野
この発明は、概して、２５０℃以上などの高温用途のための粉末金属焼結ブッシングおよびベアリングに関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
ターボチャージャなどの高温用途のための焼結粉末金属ブッシングおよびベアリングは、しばしば、広範囲の温度および環境を経験する。たとえば、所与のブッシングは、使用中に、ブッシングのある領域において非常に高い温度を経験する一方で、他の領域において比較的低い温度に曝され得る。同じことが摩耗についても当てはまり、ある部分が高い摩耗環境に曝される一方で、他の領域が比較的小さい摩耗に曝される。慣習的に、ベアリングまたはブッシングは、妥協物として設計される。多数の要因が考慮され、適切な材料がベアリングまたはブッシングを製造するために選択される。これらの要因は、広範囲の温度にわたる、熱的および機械的特性、酸化および腐食耐性、ならびに耐摩耗性を含み得る。これは、ブッシングまたはベアリングの一部が、合金組成が設計される動作条件に曝されることをもたらし得る。または、より一般的には、その長さに沿って経験される異なる動作条件のすべてにおいて適切な性能を保証するために、ブッシングまたはベアリング全体が過剰に設計されなければならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、第１合金材料で作製される第１領域と、第１のものとは異なる第２合金材料で作製される第２領域とを少なくとも有する、焼結粉末金属ベアリングまたはブッシングを提供する。
【０００５】
ブッシングまたはベアリングは、周方向および軸方向に延在する。ブッシングの場合、それは、概ね円筒形の外面と概ね管状の内面とを有して概ね管状であり得、両端部間で軸方向に延在し得る。第１および第２領域は、第１領域がブッシングの一方の端部付近にあり、第２領域が反対側の端部付近にあり得るように、互いに対して軸方向に配置され得る。第１端部は、高温に曝されるブッシングの「熱い」端部を呈し得、熱い端部のために用いられる合金は、高温環境に好適であるように選択される。第２端部は、低温に曝されるブッシングの「冷たい」端部を呈し得、第２領域の合金は、第１領域の合金と異なり、冷環境により適している。
【０００６】
他の配置が可能であり、互いに対して軸方向に配置される３つ以上の領域が存在し得る。たとえば、ブッシングまたはベアリングは、両軸方向端部付近でより多くの摩耗またはより高い機械的ストレスを経験し得、これらの条件下で良好に機能する第１合金から形成され得る一方、第１領域の軸方向の間にあり第１領域を分離する第２領域は、第１合金と異なる第２合金で形成され、ベアリングまたはブッシングの中間部分の低い摩耗または低いストレス環境により適している。
【０００７】
本発明は、たとえば、径方向内側の第１領域層が高い摩耗および／または温度の下で良好に機能する第１焼結粉末金属合金から作製され、径方向外側の第２領域層が低い温度および／または摩耗により適している第２焼結粉末金属層から作製されるように、ブッシングが内面上に高い摩耗または温度を有し、外面上に低い摩耗または温度を有し得るような、径方向の変形例も考慮する。
【０００８】
本発明は、領域の１つの合金が高合金の鉄および／またはコバルト系材料として選択されることを考慮する。高合金は、好ましくは、重量で＞１０ｗｔ％合金元素の合金含有量を有することを意味する。合金は、たとえば、４１０Ｌステンレス鋼をベースとする配合を含み得る。本発明は、より高い合金の添加をさらに考慮し、合金含有量は、３１６ステンレス鋼をベースとする配合など、重量で２５ｗｔ％またはさらには３０ｗｔ％を超えてもよい。他の領域の合金は、第１材料よりも低い合金含有量、およびブッシング／ベアリングのこの領域が使用中に経験し得る動作環境（たとえば、異なる動作温度および／または異なる機械的ストレス）に好適であり得る性能を有し得る。または、他の領域の合金は、第１材料に類似の合金含有量を有し得るが、異なる合金元素の組み合わせを有して特定の動作環境により適した機能を与える。
【０００９】
本発明は、多数の可能な製造技術によってこれらの多層ベアリング／ブッシングを作製することを考慮する。１つのアプローチは、異なる粉末を結合形成体にともにプレスし（第１および第２領域の合金の代表）、次いで焼結することを含む。代替的には、第１および第２領域は、別々に成形され、その後一般的に焼結接合として知られるプロセスにおいて焼結の間に一体化されてもよい。この接合は、また、一般的に焼結ろう付けと呼ばれるプロセスにおいて、部品をともにろう付けする特別な活性層の存在によって促進され得る。さらに別のアプローチは、第１および第２領域の各々を成形および焼結し、その後たとえば摩擦溶接などの溶接によってそれらをともに接合することである。
【００１０】
本発明に係る多層材料は、ブッシングまたはベアリングの設計者が、異なる局在動作環境のために個々に配合される異なる合金配合を用いて、ブッシングまたはベアリングの各局在環境のために最もよい材料を選択することを可能にする。たとえば、特定的な用途（たとえば、ターボチャージャ）のためのブッシングが＞７００℃の温度で熱い端部の摩耗を起こしやすかった場合、このような第１端部領域は、その状況に適切な材料に対応し得る高合金焼結粉末材料から作製され得る。反対側の第２端部は、比較的冷たい、たとえば＜４００℃であり得るため、この端部領域は、この特定の動作環境において良好な機能を与えるように配合される異なる高合金焼結金属材料で作製され得る。さらに異なる合金から利益を得て、第１および第２領域にその場所で（in situ）または後焼結（post sintering）で用いられて接合され得る、中間の第３領域が存在してもよい。ブッシングの例では、領域は、好ましくは軸方向であり得るが、用途に応じて径方向であってもよい。
【００１１】
本発明の１つの局面は、両端部間で長手方向軸に沿って軸方向に、および外面から内面まで径方向に延在する本体を備えるブッシングを提供する。本体は、第１材料と、第１材料とは異なる第２材料とを含む。第１材料は、上記第１材料の総重量に基づいて、１０〜３０ｗｔ％のＣｒ、０〜２１ｗｔ％のＮｉ、０〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜５ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＣ、０〜４ｗｔ％のＶ、０〜２０ｗｔ％のＣｏ、およびＦｅを含む鉄系材料である。
【００１２】
本発明の別の局面は、両端部間で長手方向軸に沿って軸方向に、および外面から内面まで径方向に延在する本体を備えるブッシングを提供する。本体は、第１材料と、第１材料とは異なる第２材料とを含み、第１および第２材料は径方向に位置合わせされる。
【００１３】
本発明のさらに別の局面は、ボアを提示するとともに、ボアに配置されるブッシングを含むターボチャージャを提供する。
【００１４】
本発明の別の局面は、ブッシングを製造する方法を提供する。上記方法は、第１材料を、第１材料とは異なる第２材料に接合するステップを含み、第１材料は、第１材料の総重量に基づいて、１０〜３０ｗｔ％のＣｒ、０〜２１ｗｔ％のＮｉ、０〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜５ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＣ、０〜４ｗｔ％のＶ、０〜２０ｗｔ％のＣｏ、およびＦｅを含む鉄系材料である。
【００１５】
本発明のさらに別の局面は、第１材料を、第１の材料とは異なる第２材料に接合するステップを含む、ブッシングを製造する方法を提供する。第２材料は、第１材料と径方向に位置合わせされる。
【００１６】
本発明のこれらのおよび他の特徴ならびに利点は、以下の詳細な説明および図面に関連して考慮されたとき、容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】多層ブッシングの第１の実施形態の斜視図である。
【図２】多層ブッシングの第２の実施形態の斜視図である。
【図３】多層ブッシングの第３の実施形態の斜視図である。
【図４】その長手方向軸に沿った図１のブッシングの断面図である。
【図５】その長手方向軸に沿った図２のブッシングの断面図である。
【図６】その長手方向軸に沿った図３のブッシングの断面図である。
【図７】ブッシングが導入されるターボチャージャ環境の概略図であって、その軸長さに沿ってブッシングによって典型的に経験される温度限界を示す図である。
【図８】可変の荷重および摩耗条件がブッシングに与えられるような環境に導入されるブッシングを示す概略的な断面図である。
【図９ａ】軸方向の層を示す代替的な多層ベアリング構成の斜視図である。
【図９ｂ】径方向の層を示す代替的な多層ベアリング構成の斜視図である。
【図１０】ブッシングまたはベアリングを作製するための異なる粉末金属合金材料の多層プレスを示す概略図である。
【図１１ａ】軸方向の多層ブッシングおよびベアリングの焼結ろう付けを示す概略図である。
【図１１ｂ】軸方向の多層ブッシングおよびベアリングの焼結ろう付けを示す概略図である。
【図１１ｃ】軸方向の多層ブッシングおよびベアリングの焼結ろう付けを示す概略図である。
【図１１ｄ】特別なろう付けを追加しない、軸方向の多層ブッシングおよびベアリングの焼結接合を示す概略図である。
【図１１ｅ】特別なろう付けを追加しない、軸方向の多層ブッシングおよびベアリングの焼結接合を示す概略図である。
【図１１ｆ】特別なろう付けを追加しない、軸方向の多層ブッシングおよびベアリングの焼結接合を示す概略図である。
【図１１ｇ】焼結接合または焼結ろう付けの前に組立ての間においてより早い位置合わせを与えるために用いられ得るプロファイルを示す概略図である。
【図１１ｈ】焼結接合または焼結ろう付けの前に組立ての間においてより早い位置合わせを与えるために用いられ得るプロファイルを示す概略図である。
【図１２ａ】軸方向の多層ブッシングまたはベアリングの摩擦溶接を示す概略図である。
【図１２ｂ】軸方向の多層ブッシングまたはベアリングの摩擦溶接を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１および図４は、ブッシング１０の第１の実施形態を示す。ブッシング１０は、概ね円筒形である外面１２と、概ね円筒形であり、かつ外面１２の径方向内側に離間される内面１４とを備える、概ね管状形状を有する。ブッシング１０は、両端部１６，１８間で長手方向軸Ｘに沿って軸方向に延在する。片方のまたは両方の端部１６，１８は、面取りされてもよく、または、端面および／または外径および／または内径に存在する他の機械加工された構成を有してもよい。ブッシング１０は、たとえば、図７に示されるような内燃機関のためのターボチャージャ１９に導入され得る。
【００１９】
ブッシング１０は、少なくとも２つの異なる合金材料の焼結粉末金属で製造される。ブッシング１０は、第１軸方向部分２０と、第２軸方向部分２２とを有する。第１軸方向部分は、材料Ａの第１焼結金属合金から作製され、第２部分は、組成および／または特性が材料Ａのそれとは異なる材料Ｂの第２焼結金属合金から作製される。材料ＡおよびＢの合金は、好ましくは、鉄系合金および／またはコバルト系合金である。部分２０，２２の材料ＡおよびＢの合金は、異なる組成および／または微細構造を有してもよく、異なる特性をもたらすために異なる加工処理（熱処理、コーティング、表面仕上げなど）を受けてもよく、同じまたは異なる長さ、および同じまたは異なる厚さもしくは内径もしくは外径を有してもよい。異なる特性は、耐摩耗性、熱・機械的特性、酸化・腐食耐性、これらの特性の組み合わせ、またはその他を含み得る。
【００２０】
図１および図４に示されるように、ブッシング１０の部分２０，２２は、等しくない長さであり得る。第１部分２０における材料Ａの長さはブッシング１０の全体長さの５〜９５％の範囲に及び、第２部分２２の材料Ｂは残りを占め得る。たとえば、材料Ａは約２５％を占め、材料Ｂはブッシング１０の全体長さの７５％を占め得る。
【００２１】
図１および図４に示されるならびに本願において説明されるタイプのブッシング１０は、任意の用途において役立ち得る。ブッシング１０の異なる軸方向部分は、様々な条件下にあり、使用中に、１つのある軸方向領域においては、特定の局在環境に最も適しているであろう所望のセットの特性を有する焼結粉末金属材料を有することが望ましく、ベアリング１０の別の軸方向部分においては、他の局在環境に最も適した異なる特性を有する焼結粉末材料を有することが望ましい。１つのこのような例は、内燃機関用途において用いられるタイプのターボチャージャ装置のためのブッシングである。図７は、ターボチャージャ１９の一部を示し、ブッシング１０は、ターボチャージャ１９のボア２４に導入されるように示される。このブッシング１０は、２５ｍｍの軸方向長さを有する。ブッシング１０の下端は、ターボチャージ環境の高温ガスに曝されるため、特定的なターボチャージャ、用途および使用に応じて、５００℃〜約８００℃の範囲に及ぶ非常に高い温度を経験する。比較として、反対側の上端は、酷熱から隔離され、約３００℃〜５００℃の範囲に及ぶ温度を経験する。このように、２５ｍｍの距離において、ブッシング１０の両端部領域は、約２００℃〜３００℃の異なる温度スイングを経験する。ブッシング１０の低温領域で３００〜５００℃の動作環境に好適であり得る焼結粉末金属材料は、５００℃〜８００℃の高温領域で必ずしも良好に機能しないことが理解される。典型的な設計状況では、技術者は、様々な因子、特に最大温度を考慮して、両方の環境を満たし得る単一の焼結金属材料を選択し得る。言い換えれば、多くの局所環境因子および候補となる材料の関連する機能を考慮して、材料の選択において妥協しなければならないだろう。図１および図４の多層軸方向ブッシングによれば、このような妥協は実質的に最小化される。すべての局在環境を満足させ得る最もよい妥協材料を選択する代わりに、本実施形態のように、低温領域をブッシング１０の第１軸方向部分として、高温領域をブッシングの第２軸方向部分として考え、二重材料のブッシング１０の製造において各専門環境に最も適した焼結粉末金属材料を個々に選択し得る。第１部分２０のための材料Ａは、典型的には、第２部分２２のための材料Ｂとは異なる合金であり得るが、関与する用途に応じて、材料は同じ化学組成を有するが、所望の異なる特性をもたらすために微細構造が実質的に異なることが考えられる。本実施形態では、ブッシング１０の「熱い」領域のためにコバルト系材料を、ブッシング１０の「冷たい」領域のために鉄系材料を選択し得る。コバルト系材料は、主要な合金元素として、２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜１５ｗｔ％のＮｉ、５〜１０ｗｔ％のＷ、および０．５〜１．５ｗｔ％のＣを含み得る。鉄系材料は、主要な合金元素として、１０〜２０ｗｔ％のＣｒ、５〜１５ｗｔ％のＮｉ、１〜５ｗｔ％のＭｏ、および１〜２ｗ％のＣを含み得る。コバルト系材料の配合は、局在化された高温動作環境に適応可能である。鉄系材料の異なる組成は、局在化された低温動作環境に好適である。より熱い第１軸方向部分に好適なコバルト系材料の有益な特性は、高温摩耗耐性、ならびに酸化および腐食耐性を含む。より冷たい第２軸方向部分に好適な鉄系材料の有益な特性は、十分な耐摩耗性を伴う良好な機械的および熱的特性を含む。この材料は高温で過度の酸化または腐食を受けることがあり、高温摩耗耐性はブッシング部品の時期尚早の不良を引き起して不適切であるため、冷たい領域に所望される材料の特性は熱い領域にとって良好な選択ではないかもしれないことが理解される。
【００２２】
高温領域のための材料は、高合金遷移金属であり得る。これらは、好ましくは、鉄および／またはコバルト系焼結粉末材料合金である。高合金によって、鉄および／またはコバルトベースに加えられる合金の含有量は、少なくとも１０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも２５ｗｔ％であり、さらには３５ｗｔ％を超え得る。合金元素は、焼結の前にプレス混合で用いられる中心的な粉末において予め合金にされるものとして組み込まれてもよく、または焼結の前にプレス混合へ混合される別個の元素もしくはマスター合金として、またはこのような技術の組み合わせとして組み込まれてもよい。焼結の間、合金元素は、再分配されて所望の焼結微細構造を与える。鉄および／コバルトの他、他の合金元素は、好ましくは、１０〜３０ｗｔ％のＣｒ、０〜２５ｗｔ％のＮｉ、０〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜８ｗｔ％のＷ、０〜４ｗｔ％のＶ、０．５〜３．０ｗｔ％のＣである。特定の動作環境に応じて、他の合金元素が存在してもよい。
【００２３】
鉄系合金または材料は、鉄の残余を含む。言い換えれば、鉄系合金または材料の残りの部分は鉄で形成され、合金または材料の総含有量が１００ｗｔ％に等しくなる。コバルト系合金または材料は、コバルトの残余を含む。言い換えれば、コバルト系合金または材料の残りの部分はコバルトで形成され、合金または材料の総含有量が１００ｗｔ％に等しくなる。
【００２４】
１つの例示の鉄系材料では、主要な合金元素は、１５〜２５ｗｔ％のＣｒ、０〜５ｗｔ％のＮｉ、１．５〜６．５ｗｔ％のＭｏ、１〜４ｗｔ％のＷ、１〜３ｗｔ％のＶ、０．５〜２．５ｗｔ％のＣであり得る。より好ましい組成は、１８〜２４ｗｔ％のＣｒ、０〜５ｗｔ％のＮｉ、１．５〜６．５ｗｔ％のＭｏ、１〜４ｗｔ％のＷ、１〜３ｗｔ％のＶ、０．８〜２．４ｗｔ％のＣである。
【００２５】
１つの例示の鉄系材料では、主要な合金元素は、１０〜２５ｗｔ％のＣｒ、７〜２０ｗｔ％のＮｉ、１〜７ｗｔ％のＭｏ、０〜３ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＶ、０．５〜３ｗｔ％のＣであり得る。この材料において、高いＮｉ含有量は、酸化耐性および耐摩耗性などの高温特性を向上させるように機能する。より好ましい組成は、１３〜２５ｗｔ％のＣｒ、７〜２０ｗｔ％のＮｉ、１〜７ｗｔ％のＭｏ、０〜２ｗｔ％のＷ、０〜２ｗｔ％のＶ、１〜３ｗｔ％のＣである。
【００２６】
１つの例示の鉄系材料では、主要な合金元素は、１０〜２５ｗｔ％のＣｒ、１０〜２１ｗｔ％のＮｉ、２〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜３ｗｔ％のＷ、０〜２ｗｔ％のＶ、４〜２０ｗｔ％のＣｏ、０．５〜２ｗｔ％のＣであり得る。この材料において、高いＮｉおよび高いＣｏ含有量の組み合わせは、酸化耐性および耐摩耗性などの高温特性をさらに向上させるように機能する。より好ましい組成は、１３〜２５ｗｔ％のＣｒ、１０〜２１ｗｔ％のＮｉ、２〜１０ｗｔ％のＭｏ、０〜３ｗｔ％のＷ、０〜２ｗｔ％のＶ、４〜２０ｗｔ％のＣｏ、０．８〜１．６ｗｔ％のＣである。
【００２７】
１つの例示のコバルト系材料では、主要な合金元素は、２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜１５ｗｔ％のＮｉ、０〜３ｗｔ％のＭｏ、５〜１０ｗｔ％のＷ、０〜３ｗｔ％のＶ、０．５〜２ｗｔ％のＣであり得る。この材料において、コバルト合金マトリックスの使用は、酸化耐性および耐摩耗性などの高温特性をさらに向上させるように機能する。より好ましい組成は、２０〜３０ｗｔ％のＣｒ、５〜１５ｗｔ％のＮｉ、０〜２ｗｔ％のＭｏ、５〜１０ｗｔ％のＷ、０〜２ｗｔ％のＶ、０．５〜１．５ｗｔ％のＣである。
【００２８】
図２、図５および図８は、多軸方向層ブッシング１１０の別の実施形態を示す。１００によってオフセットされることを除いて、第１の実施形態に関連して用いられるものと同じ参照符号がここにも当てはまる。このブッシングは、３つの区別できる軸方向領域を含む。各領域の焼結粉末金属合金材料は、各領域に関連する局在環境に最も適している。なお、３つの領域はすべて異なっていてもよく、３つの固有の焼結粉末金属合金が用いられ得る。または、図８に示されるように、ブッシングの端部の領域は、端部領域を分離する中間領域とは異なる共通の局在環境を有してもよい。図８の例示された最終使用において、ブッシング１１０は、軸方向端部領域１２０が中間部分１２２よりも大きな機械的負荷を経験する、したがってより大きな摩耗を受けるように、ブッシング１１０の不均一な荷重を与える、側面負荷のシャフト２８を支持するように示される。この特定的な用途のためのブッシング１１０がこのような可変の負荷／摩耗環境に曝され得ることを把握した上で、ブッシング１１０は、中間部分１２２のために用いられるものとは異なる焼結粉末金属合金で製造される軸方向端部領域１２０を有して設計され得る。図１および図４の実施形態について上述されたように、異なる部分は、異なる合金組成および／または微細構造を有し、異なる特性をもたらすために異なる加工処理（熱処理、コーティング、表面仕上げなど）を受け得る。多くの場合、相違は、様々な領域のために用いられる材料の合金の組成のバリエーションを含み得る。図８の示された端部荷重印加のために、高負荷／高端部領域１２０の材料Ａは、主要な合金元素として、１５〜２５ｗｔ％のＣｒ、２〜５ｗｔ％のＭｏ、２〜５ｗｔ％のＷ、１〜３ｗｔ％のＶおよび１．５〜２．５ｗｔ％のＣを有する鉄系合金などの、高機械的負荷下で高耐摩耗性の特性を示す材料を含み得る。低負荷／低摩耗の中間領域のために選択される材料Ｂは、主要な合金元素として、１０〜１５ｗｔ％のＣｒおよび０．５〜１．５ｗｔ％のＣを有する鉄系合金などの、このような高負荷／摩耗特性を要求しない低合金材料であり得る。
【００２９】
ブッシングが局在環境に直面するが、環境が軸方向に配置される代わりに、ターボチャージャまたは上述された側面負荷環境などにおいて、区別できる環境がブッシングの径方向に配置されるような他の用途が存在し得る。このような場合、ブッシングは、上記と類似して製造され得るが、異なる部分は軸方向に配置される代わりに径方向に配置される。このようなブッシング２１０は、図３および図６に概略的に示される。この例では、内面領域２２０は、高荷重もしくは高温またはその組み合わせを経験し、高合金粉末金属焼結材料を要求し得る一方、径方向外側の層領域２２２は、低荷重もしくは低温またはその組み合わせを経験し、内面径方向領域２２０のために用いられるものとは異なる焼結粉末金属合金を要求し得る。他の用途では、内側径方向領域２２０の重要な特徴は、単に高温および／または高機械的負荷に耐える能力というよりも、シャフト材料または表面仕上げとのそのトライボロジー適合性であり得る。この場合、外側径方向領域２２２は、その優れた機械的特性に基づいて選択され得る。これらは、内側径方向領域に機械的支持を与えるために要求される。図１〜図２の実施形態に関して上記で確認された同じ材料が、図３および図６の径方向多層ブッシング２１０の層における使用に好適であり得る。
【００３０】
図１〜図３のブッシングを製造するために、異なるプロセスが用いられてもよい。
図１０は、選択された材料ＡおよびＢの異なる合金粉末が、第１動作において同時にプレスされ、その後単一のプレス部品として焼結されるプロセスを示す。これは、２、３またはそれ以上の層であり得、軸方向の層状のブッシング１０，１１０に最も適し得るが、径方向の層状のブッシング２１０の作製における使用について排除されるものではない。
【００３１】
図１１ａ〜図１１ｃは、代替的なプロセスを示しており、部分２０，２２；１２０，１２２は、個々にプレスされて、おそらくその後最終的な焼結温度よりも低い温度で部分的に焼結され、その後続けて焼結ろう付けとして知られるプロセスによって接合される。接合されることとなる端部は、平坦であるか、図１１ｇ〜図１１ｈで示されるように、焼結ろう付けの前における部分の事前の位置合わせを助けるために入れ子にするようにプロファイルされる（profiled）かのいずれかであり得る。径方向に層状のブッシング２１０を作製するために焼結ろう付けが同様に用いられてもよく、輪郭形成された（contoured）構成が、焼結ろう付けの前における位置合わせを助けるために同様に加えられてもよい。
【００３２】
図１１ａ〜図１１ｆをさらに参照すると、代替的なプロセスが考えられ、部分２０，２２；１２０，１２２は個々にプレスされ、おそらくその後最終的な焼結温度よりも低い温度で部分的に焼結され、その後続けてろう付け付加が存在しない焼結接合として知られるプロセスによって接合される。接合されることとなる端部は、平坦であるか、図１１ｇ〜図１１ｈに示されるように、焼結接合の前における部分の事前の位置合わせを助けるために入れ子にするようにプロファイルされるかのいずれかであり得る。径方向の層状のブッシング２１０を作製するために焼結接合が同様に用いられてもよく、輪郭形成された構成が、焼結接合の前における位置合わせを助けるために同様に加えられてもよい。
【００３３】
図１２ａ〜図１２ｂは、さらに別のプロセスを示しており、部分２０，２２；１２０，１２２は、個々にプレスされ、焼結され、次に摩擦溶接によって接合される。ここで、部分の隣接する端面は、境界において部分を接合するのに十分な摩擦熱を発生させるような十分な力および運動を伴って互いに対して動かされる間に係合され得る。このプロセスは、軸方向の層状のブッシング１０，１１０によく適しているが、径方向の層状のブッシング２１０の接合における使用について排除されるものではないと考えられる。
【００３４】
図９ａおよび図９ｂは、同様の態様で作製され得るベアリング３１０，４１０を示す。９ａの実施形態は、焼結粉末金属材料のハーフシェルベアリング３１０を示す。軸方向に離間された端部分３２０は、材料Ａで作製され、中間部３２２は、材料Ｂで作製されるとともに、端部分３２０を橋渡しする。材料ＡおよびＢは、ブッシングを作製することに関して上述されたものと同じ焼結粉末金属材料であってもよく、または特定的な用途に応じて異なっていてもよい。軸方向領域は、上記のブッシングに関連して既に説明された理由のために異なる材料を要求し得るベアリングの局在環境を呈する。図９ｂの実施形態は、層４２０，４２２が径方向に配置される（図３のブッシング２１０に類似の態様で）ことを除いて、９ａに類似する。
【００３５】
上記の説明は、本発明の例示であり、当業者は、他の変形および実施形態が上記の教示に照らして可能であり、本願において考えられ含まれることを理解するであろう。
【００３６】
すべての請求項およびすべての実施形態のすべての構成は、そのような組み合わせが互いに矛盾しない限り、互いに組み合わされ得ることが考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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