滑动部件用铁基烧结合金.pdf

本发明提供滑动部件用铁基烧结合金，其整体组成以质量比计包含C：0.6～1.2％、Cu：3.5～9.0％、Mn：0.6～2.2％、S：0.4～1.3％，剩余部分：Fe和不可避免的杂质，其合金组织中在马氏体基体中分散有游离的Cu相或游离的Cu-Fe合金相的至少一种，并且分散有1.0～3.5质量％的MnS相。

权利要求书
1.  滑动部件用铁基烧结合金，其特征在于，整体组成以质量比计包含C：0.6～1.2％、Cu：3.5～9.0％、Mn：0.6～2.2％、S：0.4～1.3％，剩余部分：Fe和不可避免的杂质，其合金组织在马氏体基体中分散有游离的Cu相或游离的Cu—Fe合金相的至少一种，并且分散有1.0～3.5质量％的MnS相。

2.  如权利要求1所述的滑动部件用铁基烧结合金，其特征在于，分散的上述MnS相的大小为2～100μm。

3.  如权利要求1或2所述的滑动部件用铁基烧结合金，其特征在于，上述MnS相通过在材料粉末中添加MnS粉末而生成，上述MnS粉末含有90质量％以上粒径为15μm以下的粒子。

说明书滑动部件用铁基烧结合金
技术领域
本发明涉及适合应用于在内周面作用高面压的轴承的滑动部件用铁基烧结合金，尤其是涉及烧结时的尺寸变化少，而且显示优良的耐烧接性(耐焼付き性)的滑动部件用铁基烧结合金。
背景技术
例如，作为如车辆、工作机械、产业机械等的驱动部位、滑动部位那样在滑动面作用高面压的滑动部件，使用将碳素钢进行切削加工并进行淬火、回火得到的部件、烧结合金制的部件。特别是由于烧结合金可通过含浸的润滑油而具有自身润滑性，故耐烧接性和耐磨损性良好而被广泛应用。例如日本特开平11-117940号公报中公开了在滑动面上设置Cu：10～30％、剩余部分由Fe构成的铁系烧结合金层的轴承。
但是，近年来由于铜的价格高涨，因此，如日本特开平11-117940号公报的使用10～30％的铜的技术中，制造成本高而不实用。另外，由于熔点低的铜在烧结时成为液相，故也存在烧结后的尺寸变化量大的缺点。因此，为满足要求精度而需要进行机械加工，从而制造成本更高。
另一方面，由于烧结合金中含有铜，从而软质的Cu相或Cu合金相分散于基体中，由此，缓和了对配合部件(相手部材)的攻击性，并且由于适度变形与配合部件的配合性提高。因此，若减少铜的含量，则耐磨损性降低，对配合部件的攻击性提高，并且产生当润滑油不足够时产生噪音(鳴き音)等问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种滑动部件用铁基烧结合金，其可维持含有铜得到的优良性能，并且可降低铜的使用量，降低制造成本。
本发明的滑动部件用铁基烧结合金的特征在于，整体组成以质量比计包含C：0.6～1.2％、Cu：3.5～9.0％、Mn：0.6～2.2％、S：0.4～1.3％、剩余部分：Fe和不可避免的杂质，其合金组织在马氏体基体中分散有游离的Cu相或游离的Cu—Fe合金相的至少一种，并且分散有1.0～3.5质量％的MnS相。
分散于基体中的MnS作为固体润滑剂起作用，即使在润滑油不足的条件下，也能够防止部件彼此间的金属接触，防止噪音的产生。另外，MnS能够缓和对配合部件的攻击性，并且可得到与配合部件的优良的配合性。下面，将本发明的限定的根据与本发明的作用一同进行说明。另外，以下的说明中，“％”是指质量％的意思。
<基体>
基体作成具有高的硬度和强度的马氏体，使得在高面压下使用能够发挥耐磨损性。
<C：0.6～1.2％>
C的含量低于0.6％时，硬度及强度不够，磨损量增大。另一方面，C的含量超过1.2％时，基体脆化，磨损量增大。另外，C因烧结、淬火等的加热而脱碳，相对于原料粉末中的含量减少，或者因渗碳而增加。本发明中C的含量为最终的热处理结束后的含量。
<Cu：3.5～9.0％>
Cu的含量低于3.5％时，基体中分散的游离Cu相、Cu—Fe相的量不足，容易与配合部件产生粘着。另一方面，Cu的含量超过9.0％时，烧结时产生液相，烧结后的尺寸变化量增大。
<固体润滑剂>
为能够降低油润滑不足的条件下的摩擦系数、降低对配合部件的攻击性、提高与配合部件的配合性，在基体中分散固体润滑剂。作为代表性的固体润滑剂，有石墨、MoS2、FeS、CuS、WS2、MnS等，但石墨由于在烧结时向铁中扩散，难以使其游离并分散在基体中，另外，当增大添加量至石墨游离的程度时，基体中有渗碳体析出而变脆，并且对配合部件的攻击性(相手攻撃性)增大，不优选。MoS2、FeS、CuS、WS2因烧结时容易分解，故烧结后在基体中的分散状态容易产生偏差，如为确保分散量而增大添加量，则导致材料成本上升和强度降低，故而不优选。这一点上，MnS极其稳定，优选作为为了得到同时具有优良的润滑特性和强度特性的滑动部件用铁系烧结合金而分散于基体中的固体润滑剂。
<MnS：1.0～3.5％>
MnS的含量低于1.0％时，作为固体润滑剂的作用不充分。另一方面，MnS的含量超过3.5％时，基体的强度降低，在面压高的条件下磨损量增大。
<MnS相的大小：2～100μm>
MnS相的大小低于2μm时，作为固体润滑剂的作用不充分。另一方面，MnS相的大小超过100μm时，基体的强度降低。
MnS相优选通过在材料粉末中添加MnS粉末来生成。MnS比MoS2、石墨稳定，因此烧结时难以分解。因此，可通过少的添加量而得到充分的效果，并且容易控制在基体中的分散量，可使滑动部件的性能稳定。另外，MnS粉末优选含有90质量％以上的粒径为15μm以下的粒子。这样，通过以微粉的MnS粉末的形式进行添加，在基体中的分散性良好。另外，MnS粒子有时以彼此凝集的形态分散于基体中，这对滑动部件的性能没有影响。
根据本发明，由于MnS填补Cu的作用，故可维持含有铜带来的优良性能的同时，可降低铜的使用量。由此，由于可降低烧结时的尺寸变化量，因此，得到不仅可降低材料费用而且可降低加工费用等的效果。
具体实施方式
下面，通过实施例更详细地说明本发明。
为制作轴承的烧结合金而准备了下述的原料粉末。
1.雾化铁粉(アトマイズ鉄粉)(神户制钢所制アトメル300M)
2.电解铜粉(福田金属箔粉工业制CE15)
3.天然石墨粉(日本黑铅制JCPB)
4.硫化锰粉(ヘガネス社制MnS—E)
5.硬脂酸锌(ADEKAケミカルサプライ制エフコケムZNS730)
将这些粉末按整体组成为表1所示的比例进行配合。另外，硬脂酸锌是为了成形时的润滑而添加的，设除此之外的混合粉末为100％时，相对于全部混合粉末添加0.75％。

将如上那样配合的粉末用V型混合机混合30分钟，将混合粉末压缩成形为密度6.2g/cm2、密度比80％的轴承圆筒形状，并将成形体在1130℃烧结20分钟。接着，将烧结体在850℃渗碳淬火，在180℃回火。然后，通过切削加工最终加工为内径；30mm、外径：36mm、长度：25mm后，使润滑油(相当于ISOVG460的齿轮油)含浸到烧结体的气孔，得到试样No.1～16。另外，为进行比较，以表1所示的比例配合MoS2代替MnS粉末，此外的条件与试样No.1～16相同，得到试样No.17。
表1中，用椭圆量(楕円量)表示试样No.1～17烧结后的尺寸变化。椭圆量为由试样内径的最大测定值减去最小测定值得到的值。表1中，对脱离本发明规定范围的值和认为不可用的特性值标注下划线。
如表1所示，对于Cu的含量超过本发明的上限(9％)的试样No.16，椭圆量极其大，判定烧结时的尺寸变化强烈。另外，表1示出了试样No.1～17的径向压溃强度(压環強さ)。如表1所示，MnS的含量超过本发明的上限值(3.5％)的试样No.8、C的含量低于本发明的下限值(0.6％)的试样No.10强度低，C的含量超过本发明上限值(1.2％)的试样No.14基体脆化，因此径向压溃强度低。
接着，对试样No.1～17进行轴承试验。轴承试验如下进行，将试样固定于试验机的台架(ハウジング)上，将S45C淬火钢的轴安装于试样的孔内，在与轴心成直角的方向均等地施加负荷，以面压25MPa的状态以100rpm旋转200小时。表1示出运转初期的摩擦系数和运转200小时后的磨损量。
如表1所示，Cu的含量低于本发明的下限值(3.5％)的试样No.2、3摩擦系数高，结果配合部件的磨损量增大。特别是Cu的含量低于本发明的下限值的试样No.1，与配合部件产生烧接，中断了轴承试验。另外，对于MnS的含量低于本发明的下限值(1.0％)的试样No.4，摩擦系数高，其结果是配合部件的磨损量增大。另一方面，MnS的含量超过本发明的上限值(3.5％)的试样No.8，基体的强度低，试样的磨损量增大。
C的含量低于本发明的下限值(0.6％)的试样No.10，由于硬度及强度低，故试样的磨损量增大。另一方面，C的含量超过本发明的上限值(1.2％)的试样No.14，基体脆化，试样的磨损量增大。另外，添加了MoS2粉末代替MnS粉末的试样No.17，MoS2因烧结而分解，Mo固溶于基体，其结果是，润滑不足，因此，初期摩擦系数高，进而由于基体硬化，故配合部件的磨损量增大。
相对于以上的比较例，本发明的实施例中，摩擦系数、强度及尺寸变化都显示优良的值，另外，在轴承试验中，试样及配合部件的磨损量都少。
本发明的滑动部件用铁基烧结合金适合应用于如车辆、工作机械、产业机械等驱动部位、滑动部位那样在滑动面上作用高的面压的滑动部件。具体而言，例如有冲压机械用轴承(プレス機械用軸受)、车辆等的制动装置连杆用轴承(制動装リンク用軸受)、绞链用轴承(ヒンジ用軸受)、产业用机器人等的关节用轴承、脚轮用轴承(キヤスタ—用軸受)等。