本發(fā)明涉及一種黃銅系的滑動(dòng)軸承用銅合金以及滑動(dòng)軸承。

背景技術(shù)：

已知在滑動(dòng)面結(jié)晶出mn-si化合物的軸承(參照專利文獻(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)1中，mn-si化合物的粒子在配對(duì)軸的滑動(dòng)方向上伸長(zhǎng)并分散。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第3718147號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

然而，存在如下問(wèn)題：若mn-si化合物過(guò)度拉伸，則mn-si化合物在拉伸方向的正交方向上變細(xì)，容易因與滑動(dòng)面垂直方向的軸載荷而被破壞。并且，存在如下問(wèn)題：破壞后的mn-si化合物從軸承脫落而變成異物，由于該異物而導(dǎo)致軸承磨損，或者由于該異物而導(dǎo)致?lián)p傷配對(duì)軸。

本發(fā)明是鑒于所述問(wèn)題而完成的發(fā)明，其目的在于提供一種mn-si化合物難以被破壞而變成異物的滑動(dòng)軸承用銅合金以及滑動(dòng)軸承。

用于解決問(wèn)題的方案

為了達(dá)成所述目的，對(duì)于本發(fā)明的滑動(dòng)軸承用銅合金以及滑動(dòng)軸承而言，所述滑動(dòng)軸承用銅合金含有：25wt％以上且48wt％以下的zn、1wt％以上且7wt％以下的mn、0.5wt％以上且3wt％以下的si、以及1wt％以上且10wt％以下的bi，剩余部分由不可避免的雜質(zhì)和cu構(gòu)成，分散于與配對(duì)軸的滑動(dòng)面的mn-si初晶的粒子寬度平均值為3μm以上。

在以所述方式構(gòu)成的滑動(dòng)軸承用銅合金以及滑動(dòng)軸承中，由于分散于與配對(duì)軸的滑動(dòng)面的mn-si初晶的粒子寬度平均值為3μm以上，因此，在力作用于mn-si初晶的寬度方向的情況下，能夠防止mn-si初晶被破壞。因此，能夠防止mn-si初晶被破壞而變成異物。在此，mn-si初晶的寬度方向是指，mn-si初晶的長(zhǎng)度方向的正交方向。mn-si初晶的長(zhǎng)度方向是指，以長(zhǎng)度最大的方式形成兩端點(diǎn)存在于mn-si初晶的輪廓上的線段的情況下的該線段的方向。

在此，通過(guò)含有25.0wt％以上的zn，能夠強(qiáng)化cu-zn基質(zhì)的強(qiáng)度，并且能夠抑制由潤(rùn)滑油中的s成分引起的硫化腐蝕。需要說(shuō)明的是，通過(guò)含有35.0wt％以上的zn，能夠使mn-si初晶的粒子成長(zhǎng)到能得到更優(yōu)異的耐磨損性的大小。另外，通過(guò)將zn的含量抑制為48.0wt％以下，能夠防止在cu-zn基質(zhì)中大量析出γ相，能夠防止cu-zn基質(zhì)變脆。

另外，通過(guò)含有1.0wt％以上的mn以及0.5wt％以上的si，能夠析出足以提高耐磨損性的mn-si初晶的粒子。另一方面，通過(guò)將mn的含量抑制為7.0wt％以下、將si的含量抑制為3.0wt％以下，能夠防止因mn-si初晶過(guò)量析出而導(dǎo)致韌性降低。進(jìn)而，通過(guò)含有1wt％以上且10wt％以下的bi，能夠通過(guò)存在于滑動(dòng)面的軟的bi粒子來(lái)提高抗咬合性。另外，即使mn-si初晶被破壞，bi粒子也能包埋破壞后的mn-si初晶，能抑制異物的產(chǎn)生。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的銅合金可以含有不可避免的雜質(zhì)。

另外，本發(fā)明的滑動(dòng)軸承用銅合金以及滑動(dòng)軸承的維氏硬度可以為100以上且200以下。通過(guò)如此抑制維氏硬度，即使在mn-si初晶被破壞而形成有mn-si初晶的突起的情況下，也能跑合于配對(duì)軸而抑制mn-si初晶的突起。因此，能夠防止mn-si初晶的突起損傷配對(duì)軸。

附圖說(shuō)明

圖1是向心軸承的立體圖。

圖2a、圖2b是向心軸承的滑動(dòng)面的照片，圖2c是mn-si初晶的示意圖。

圖3a是磨損試驗(yàn)的說(shuō)明圖，圖3b是對(duì)磨損體積進(jìn)行說(shuō)明的示意圖。

圖4a至圖4c是mn-si初晶的粒子寬度的圖表，圖4d至圖4f是mn-si初晶的粒子長(zhǎng)度的圖表。

具體實(shí)施方式

在此，按照下述順序?qū)Ρ景l(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

(1)向心軸承的構(gòu)成：

(2)向心軸承的制造方法：

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

(4)其他實(shí)施方式：

(1)向心軸承的構(gòu)成：

圖1是作為由本發(fā)明的一實(shí)施方式的滑動(dòng)軸承用銅合金形成的滑動(dòng)軸承的向心軸承1(浮動(dòng)襯套)的立體圖。例如在內(nèi)燃機(jī)用的渦輪式增壓器中，向心軸承1在徑向上支承作用于軸向的兩端具備渦輪機(jī)葉片和壓縮機(jī)葉片的配對(duì)軸2(單點(diǎn)劃線)的載荷。向心軸承1形成為圓筒狀，與軸向正交的剖面呈圓環(huán)形狀。由此，能夠在向心軸承1的內(nèi)側(cè)軸支承配對(duì)軸2。本實(shí)施方式的向心軸承1的內(nèi)徑為7.5mm，外徑為13.6mm。在向心軸承1與配對(duì)軸2之間形成有作為潤(rùn)滑油的發(fā)動(dòng)機(jī)油的油膜。配對(duì)軸2旋轉(zhuǎn)，由此配對(duì)軸2在作為向心軸承1的內(nèi)側(cè)表面的滑動(dòng)面1a上滑動(dòng)。需要說(shuō)明的是，雖然未圖示，但在推力方向上支承作用于配對(duì)軸2的載荷的推力軸承也可以由與向心軸承1相同的銅合金形成。另外，向心軸承1可以通過(guò)將兩個(gè)對(duì)開(kāi)形狀的軸承部件組合成圓筒狀來(lái)形成。

以下，對(duì)構(gòu)成向心軸承1的滑動(dòng)軸承用銅合金進(jìn)行說(shuō)明?；瑒?dòng)軸承用銅合金含有40.0wt％的zn，含有4.0wt％的mn，含有1.4wt％的si，含有3.5wt％的bi，剩余部分由cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。不可避免的雜質(zhì)為mg、ni、ti、b、pb、cr等，為在精煉或者廢料中混入的雜質(zhì)。不可避免的雜質(zhì)的含量在整體中為1.0wt％以下?；瑒?dòng)軸承用銅合金中的各元素的質(zhì)量利用icp發(fā)射光譜分析裝置(島津制作所制icps-8100)來(lái)計(jì)量。

圖2a是向心軸承1的滑動(dòng)面1a的照片(200倍)。向心軸承1的滑動(dòng)面1a的照片是用電子顯微鏡(日本電子制jsm6610a)拍攝的照片。如圖2a所示，在向心軸承1的滑動(dòng)面1a中，mn-si初晶4(黑色)和bi粒子3分散于cu-zn基質(zhì)5(灰色)中。mn-si初晶4具有棒狀、圓形或者環(huán)狀的剖面形狀，bi粒子3具有近似圓形的剖面形狀。

將200倍或者400倍的滑動(dòng)面1a的照片的圖像(以下，稱為解析圖像)輸入圖像解析裝置(nireco公司制luzex_ap)，利用該圖像解析裝置按照以下的步驟對(duì)解析圖像進(jìn)行解析。首先，調(diào)整解析圖像的亮度和對(duì)比度，以便mn-si化合物(除了mn-si初晶4以外，還包含mn-si與cu-zn的共晶)的像呈黑色、mn-si化合物以外的像呈白色。圖2b表示調(diào)整為mn-si初晶4的像呈黑色、mn-si化合物的像以外呈白色的解析圖像。通過(guò)以規(guī)定的亮度對(duì)圖2b的解析圖像進(jìn)行二值化，將mn-si化合物的像從mn-si初晶4以外的像中分離出來(lái)。進(jìn)而，計(jì)量mn-si初晶4的像的當(dāng)量圓直徑(計(jì)量參數(shù)：heywood)，提取出當(dāng)量圓直徑為3μm以上的mn-si初晶4的像。這是為了將當(dāng)量圓直徑小于3μm的mn-si化合物(主要為mn-si與cu-zn的共晶)從解析對(duì)象中排除。

接著，利用圖像解析裝置對(duì)每一個(gè)當(dāng)量圓直徑為3μm以上的mn-si初晶4的粒子的像計(jì)量出寬度(計(jì)量參數(shù)：寬度)和長(zhǎng)度(計(jì)量參數(shù)：最大長(zhǎng)度)。并且，計(jì)算出當(dāng)量圓直徑為3μm以上的mn-si初晶4的粒子的像的寬度平均值和長(zhǎng)度平均值。當(dāng)量圓直徑為3μm以上的mn-si初晶4的粒子的像的寬度平均值為8μm，長(zhǎng)度平均值為20μm。

圖2c是mn-si初晶4的粒子的像的示意圖。如圖2c所示，mn-si初晶4的粒子的像的長(zhǎng)度為兩端位于mn-si初晶4的粒子的像的輪廓x上的線段l中長(zhǎng)度最大的線段l的長(zhǎng)度。將線段l的方向設(shè)為長(zhǎng)度方向，將該線段l的正交方向設(shè)為寬度方向。接著，形成直線m1、m2，該直線m1、m2夾著線段l并與該線段l平行，并且從寬度方向夾著mn-si初晶4的粒子的像。然后，計(jì)量出寬度方向上直線m1、m2之間的距離，作為mn-si初晶4的寬度。需要說(shuō)明的是，在mn-si初晶4的粒子的像為環(huán)狀的情況下，忽略內(nèi)側(cè)的輪廓。

計(jì)量出向心軸承1的維氏硬度為hv185。對(duì)于維氏硬度而言，利用顯微維氏硬度計(jì)(明石制作所制mvk-eii)計(jì)量出以1kg的載荷形成于試驗(yàn)片上的測(cè)定點(diǎn)的壓痕的大小(兩個(gè)對(duì)角線的長(zhǎng)度的平均值)作為測(cè)定點(diǎn)的維氏硬度。采用由向心軸承1上的3～7點(diǎn)的測(cè)定點(diǎn)測(cè)定出的維氏硬度的平均值作為向心軸承1的維氏硬度。

(1-1)耐磨損性的評(píng)價(jià)：

為了對(duì)構(gòu)成向心軸承1的滑動(dòng)軸承用銅合金的耐磨損性進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)行了磨損試驗(yàn)。圖3a是對(duì)在磨損試驗(yàn)中使用的圓筒平板式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行說(shuō)明的示意圖。磨損試驗(yàn)通過(guò)如下方式進(jìn)行：在一部分浸漬于作為潤(rùn)滑油的發(fā)動(dòng)機(jī)油(液體石蠟)f的狀態(tài)下，使圓柱狀的配對(duì)軸a旋轉(zhuǎn)，并且使試驗(yàn)片t與配對(duì)軸a接觸，以便規(guī)定的靜載荷作用于配對(duì)軸a。按照與構(gòu)成向心軸承1的滑動(dòng)軸承用銅合金相同的條件，形成試驗(yàn)片t并設(shè)為平面板狀。配對(duì)軸a由與經(jīng)向心軸承1軸支承的配對(duì)軸2同等的材料形成，具體而言由進(jìn)行了淬火處理的scm415(鉻鉬鋼)形成。將配對(duì)軸a的旋轉(zhuǎn)軸方向上的試驗(yàn)片t的長(zhǎng)度a設(shè)為10mm，將配對(duì)軸a的底面的半徑r設(shè)為20mm。控制配對(duì)軸a的轉(zhuǎn)速，以便滑動(dòng)部中的配對(duì)軸a相對(duì)于試驗(yàn)片t的相對(duì)移動(dòng)速度b為200mm/sec。另外，將靜載荷設(shè)為139n，將潤(rùn)滑油的溫度設(shè)為室溫，將試驗(yàn)時(shí)間c設(shè)為3600sec(1小時(shí))。按照以上的條件進(jìn)行了磨損試驗(yàn)之后，利用表面粗糙度計(jì)(小坂研究所制se3400)計(jì)量出試驗(yàn)片t中的與配對(duì)軸a的滑動(dòng)部的深度的輪廓。并且，計(jì)量出深度的輪廓中的平坦部(非磨損部)與最深部的深度之差作為磨損深度d。

進(jìn)而，由下述的(1)式計(jì)算出比磨損量k。

[算式1]

l為滑動(dòng)距離，為磨損試驗(yàn)中在試驗(yàn)片t上滑動(dòng)的配對(duì)軸a的表面的長(zhǎng)度?；瑒?dòng)距離l為相對(duì)移動(dòng)速度b與試驗(yàn)時(shí)間c相乘而得的值(b×c)。v為磨損試驗(yàn)中磨損掉的試驗(yàn)片t的體積(磨損體積)。如(1)式所示，比磨損量k是指，在使單位載荷(1n)作用于試驗(yàn)片t的情況下，每單位滑動(dòng)距離(1mm)磨損掉的試驗(yàn)片t的體積。比磨損量k越小，意味著耐磨損性越高。

接著，對(duì)磨損體積v進(jìn)行說(shuō)明。圖3b是對(duì)磨損體積v進(jìn)行說(shuō)明的示意圖。如圖3b中剖面線所示，可以認(rèn)為，試驗(yàn)片t中磨損掉的部分的形狀為：在磨損試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，配對(duì)軸a中進(jìn)入到試驗(yàn)片t的部分的形狀。在配對(duì)軸a的圓形的底面的從中心c與試驗(yàn)片t的滑動(dòng)面1a正交的半徑cp0中，配對(duì)軸a進(jìn)入得最深，在該半徑cp0中配對(duì)軸a所進(jìn)入的深度為磨損深度d。在此，當(dāng)在配對(duì)軸a的底面的圓周上將磨損試驗(yàn)結(jié)束時(shí)進(jìn)入到試驗(yàn)片t的部分的下限的點(diǎn)分別表示為p1、p2時(shí)，能夠通過(guò)將配對(duì)軸a的底面中由圓弧p1p2和弦p1p2包圍的部分的面積與試驗(yàn)片t的長(zhǎng)度a相乘而得到磨損體積v。配對(duì)軸a的底面中由圓弧p1p2和弦p1p2包圍的部分的面積為從由圓弧p1p2和半徑cp1、cp2包圍的扇形的面積s1減去由弦p1p2和半徑cp1、cp2包圍的三角形的面積s2而得的面積。因此，磨損體積v能夠由以下的(2)式計(jì)算出來(lái)。

[算式2]

v＝(s1-s2)×a…(2)

所述扇形的面積s1能夠由以下的(3)式計(jì)算出來(lái)。

[算式3]

在此，θ表示半徑cp1、cp2在配對(duì)軸a的底面的中心c所成的角度的一半。需要說(shuō)明的是，角度θ滿足以下的(4)式。

[算式4]

另一方面，所述三角形的面積s2能夠根據(jù)圖形的對(duì)稱性由以下的(5)式計(jì)算出來(lái)。

[算式5]

按照以上方式計(jì)量出構(gòu)成本實(shí)施方式的向心軸承1的滑動(dòng)軸承用銅合金的比磨損量k為1.14×10^-9mm²/n，是良好的。

如上所述，在本實(shí)施方式中，由于分散于與配對(duì)軸2的滑動(dòng)面1a的mn-si初晶4的粒子4的寬度平均值為3μm以上，因此，在力作用于mn-si初晶4的寬度方向的情況下，能夠防止mn-si初晶4被破壞。因此，能夠防止mn-si初晶4被破壞而變成異物。其結(jié)果是，能夠防止異物促進(jìn)磨損，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的耐磨損性。另外，通過(guò)將維氏硬度抑制為200以下，即使在mn-si初晶4被破壞而形成有mn-si初晶4的突起的情況下，也能吻合于配對(duì)軸2而抑制mn-si初晶4的突起。因此，能夠防止mn-si初晶4的突起損傷配對(duì)軸2。

(2)向心軸承的制造方法：

在本實(shí)施方式中，向心軸承1通過(guò)依次進(jìn)行a.熔融、b.連鑄、c.切割、d.機(jī)械加工的各工序來(lái)制造。以下，對(duì)各工序進(jìn)行說(shuō)明。

a.熔融

首先，計(jì)量并準(zhǔn)備各原料，以便能夠形成滑動(dòng)軸承用銅合金，所述滑動(dòng)軸承用銅合金含有40.0wt％的zn，含有4.0wt％的mn，含有1.3wt％的si，含有3.4wt％的bi，剩余部分由cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，分別計(jì)量并準(zhǔn)備cu錠、zn錠、cu-mn錠、cu-si錠、以及bi錠。在此，只要準(zhǔn)備滿足作為目標(biāo)的向心軸承1的機(jī)械特性的質(zhì)量的原料即可。作為目標(biāo)的向心軸承1的機(jī)械特性例如根據(jù)配對(duì)軸2的機(jī)械特性而定。接著，利用高頻感應(yīng)爐將所準(zhǔn)備的各原料加熱至1200℃。由此，各錠熔化。然后，使ar氣體的氣泡分散噴出，對(duì)氫氣和夾雜物進(jìn)行去除。

b.連鑄

接著，將滑動(dòng)軸承用銅合金的熔融材料注入鑄模，從該鑄模的開(kāi)口沿鑄造方向連續(xù)地拉拔滑動(dòng)軸承用銅合金，直接冷卻至室溫，由此形成滑動(dòng)軸承用銅合金的連鑄棒。例如，利用由碳形成的鑄模在1060℃下進(jìn)行鑄造，以90mm/min的拉拔速度進(jìn)行拉拔來(lái)形成連鑄棒。在從熔融狀態(tài)起連鑄的凝固過(guò)程中，可以認(rèn)為，首先結(jié)晶出mn-si初晶4，然后結(jié)晶出cu-zn基質(zhì)5，最后mn-si與cu-zn的共晶進(jìn)行凝固。需要說(shuō)明的是，與向心軸承1的外徑相比，滑動(dòng)軸承用銅合金的連鑄棒的直徑大出機(jī)械加工中的切削量。

c.切割

接著，按照向心軸承1的厚度(配對(duì)軸2的長(zhǎng)度方向的厚度)對(duì)滑動(dòng)軸承用銅合金的連鑄棒進(jìn)行切割。

d.機(jī)械加工

最后，對(duì)切割后的滑動(dòng)軸承用銅合金的連鑄棒進(jìn)行切削加工、沖壓加工，由此完成向心軸承1。在此，形成具有比配對(duì)軸2的外徑大出規(guī)定量的內(nèi)徑的貫通孔，并且進(jìn)行切削加工，以便向心軸承1的外徑的大小與設(shè)計(jì)值一致。

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

表1是表示實(shí)施例1、2和比較例1、2的材料組成的表。表2是表示實(shí)施例1、2和比較例1、2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表。需要說(shuō)明的是，實(shí)施例2與第一實(shí)施方式相同。另外，表2的磨損量比的值為比較例1、2和實(shí)施例1、2的比磨損量k除以實(shí)施例2的比磨損量k而得的值。

[表1]

[表2]

比較例1為不包含si和mn的材料組成，除了si和mn以外，其余與第一實(shí)施方式的材料組成相同。實(shí)施例1、2具有與第一實(shí)施方式相同的材料組成。通過(guò)調(diào)整連鑄中的保持時(shí)間、冷卻速度，使得實(shí)施例1的mn-si初晶4比實(shí)施例2小。另外，在通過(guò)相比于連鑄容易在晶粒形狀產(chǎn)生方向性的擠出成型形成的比較例2中，長(zhǎng)寬比為6.5，mn-si初晶4為細(xì)長(zhǎng)形狀。

圖4a至圖4c是比較例2和實(shí)施例1、2中的mn-si初晶4的寬度的直方圖，圖4d至圖4f是比較例2和實(shí)施例1、2中的mn-si初晶4的長(zhǎng)度的直方圖。如圖4a至圖4c所示，在比較例2中，mn-si初晶4的寬度的眾數(shù)小于3μm，與之相對(duì)，在實(shí)施例1、2中，mn-si初晶4的寬度的眾數(shù)為3μm以上。

如表1所示，在mn-si初晶4的寬度大于比較例2、且維氏硬度小于比較例2的實(shí)施例1、2中，得到良好的耐磨損性?？梢哉J(rèn)為，在比較例1中，滑動(dòng)面1a不存在硬質(zhì)的mn-si初晶4，發(fā)生了磨損。另外，可以認(rèn)為，在比較例2中，雖然滑動(dòng)面1a存在硬質(zhì)的mn-si初晶4，但mn-si初晶4的寬度小至2μm，破壞后的mn-si初晶4變成異物，從而發(fā)生了磨損。另外，可以認(rèn)為，在比較例2中，維氏硬度大至hv210，破壞后的mn-si初晶4維持向滑動(dòng)面1a突出的狀態(tài)，配對(duì)軸2受到損傷，由此發(fā)生了磨損。

(4)其他實(shí)施方式：

在所述實(shí)施方式中，示出了由本發(fā)明的銅合金形成向心軸承1的例子，但也可以由本發(fā)明的銅合金形成其他滑動(dòng)構(gòu)件。例如，可以由本發(fā)明的銅合金形成變速器用的齒輪襯套、活塞銷襯套/輪轂襯套等。另外，本發(fā)明的滑動(dòng)軸承用銅合金可以利用連鑄以外的制造方法來(lái)制造。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1：向心軸承；2：配對(duì)軸；3：bi粒子；4：mn-si初晶；5：cu-zn基質(zhì)。