本發(fā)明涉及一種黃銅系的滑動軸承用銅合金以及滑動軸承。

背景技術(shù)：

已知在滑動面結(jié)晶出mn-si初晶的軸承(參照專利文獻1)。在專利文獻1中，mn-si初晶的粒子在副軸的滑動方向上伸長并分散。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第3718147號

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問題

然而，存在如下問題：當(dāng)磨耗發(fā)展時，mn-si初晶被破壞而從軸承脫落，脫落后的mn-si初晶會損傷軸承的滑動面。進而，存在如下問題：因形成于滑動面的傷痕而產(chǎn)生咬合。

本發(fā)明是鑒于所述問題而完成的發(fā)明，其目的在于提供一種能夠防止由mn-si初晶而產(chǎn)生咬合的軸承用銅合金以及滑動軸承。

用于解決問題的方案

為了達成所述目的，本發(fā)明的滑動軸承用銅合金以及滑動軸承含有：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，在與對方構(gòu)件的滑動面中，存在當(dāng)量圓直徑大于mn-si初晶的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子和當(dāng)量圓直徑小于mn-si初晶的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子。

在以所述方式構(gòu)成的滑動軸承用銅合金中，由bi粒子供給的bi覆蓋滑動面，由此能夠提高抗咬合性。在此，當(dāng)量圓直徑小于mn-si初晶的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子分散于滑動面，由此能夠在滑動面中抑制bi稀疏的區(qū)域，能夠在滑動面中均勻地供給bi。因此，能夠提高抗咬合性。進而，當(dāng)量圓直徑大于mn-si初晶的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子分散于滑動面，由此，即使破壞后的mn-si初晶一旦從滑動面脫落，也能夠?qū)n-si初晶包埋在當(dāng)量圓直徑大于該mn-si初晶的bi中。因此，能夠防止破壞后的mn-si初晶損傷滑動面，能夠防止由mn-si初晶而產(chǎn)生咬合。

在此，通過含有25.0wt％以上的zn，能夠強化cu-zn基質(zhì)的強度，并且能夠抑制由潤滑油中的s成分引起的硫化腐蝕。在mn-si初晶稀疏的區(qū)域中，因mn-si初晶中的摩擦熱而容易產(chǎn)生由s成分引起的硫化腐蝕，但由于能夠通過bi來覆蓋mn-si初晶稀疏的區(qū)域，因此能夠抑制由s成分引起的硫化腐蝕。需要說明的是，通過含有35.0wt％以上的zn，能夠使mn-si初晶的粒子成長到能夠獲得更優(yōu)異的耐磨耗性的大小。另外，通過將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耗性的mn-si初晶的粒子。另一方面，通過將mn的含量抑制為7.0wt％以下、將si的含量抑制為3.0wt％以下，能夠防止因過量的mn-si初晶析出而導(dǎo)致韌性降低。需要說明的是，本發(fā)明的銅合金可以含有不可避免的雜質(zhì)。

在此，也可以構(gòu)成為滑動面中的bi粒子的當(dāng)量圓直徑的標準偏差大于mn-si初晶的當(dāng)量圓直徑的標準偏差。由此，即使在分散有當(dāng)量圓直徑小的bi粒子的情況下，也能夠同時分散當(dāng)量圓直徑大的bi粒子。

進而，也可以構(gòu)成為滑動面中的當(dāng)量圓直徑小于mn-si初晶的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子的個數(shù)為bi粒子的總個數(shù)的70％以上且90％以下。如此，通過控制小于mn-si初晶的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子的個數(shù)，能夠兼顧由當(dāng)量圓直徑大的bi粒子實現(xiàn)的mn-si初晶的包埋性和由當(dāng)量圓直徑小的bi粒子實現(xiàn)的bi的供給均勻性。

附圖說明

圖1是徑向軸承的立體圖。

圖2a、圖2b是徑向軸承的滑動面的照片。

圖3a是當(dāng)量圓直徑的直方圖，圖3b是累積比率的曲線圖，圖3c是圓形度的直方圖。

圖4a是咬合試驗的說明圖，圖4b是徑向軸承的剖面示意圖。

具體實施方式

在此，按照下述順序?qū)Ρ景l(fā)明的實施方式進行說明。

(1)徑向軸承的構(gòu)成：

(2)徑向軸承的制造方法：

(3)實驗結(jié)果：

(4)其他實施方式：

(1)徑向軸承的構(gòu)成：

圖1是作為由本發(fā)明的一實施方式的滑動軸承用銅合金形成的滑動軸承的徑向軸承1(浮動襯套)的立體圖。例如在內(nèi)燃機用的渦輪式增壓器中，徑向軸承1在徑向上支承作用于軸向的兩端具備渦輪機葉片和壓縮機葉片的副軸2(單點劃線)的載荷。徑向軸承1形成為圓筒狀，與軸向正交的剖面呈圓環(huán)形狀。由此，能夠在徑向軸承1的內(nèi)側(cè)軸支承副軸2。本實施方式的徑向軸承1的內(nèi)徑為7.5mm，外徑為13.6mm。在徑向軸承1與副軸2之間形成有作為潤滑油的發(fā)動機油的油膜。副軸2旋轉(zhuǎn)，由此副軸2在作為徑向軸承1的內(nèi)側(cè)表面的滑動面1a上滑動。需要說明的是，雖然未圖示，但在推力方向上支承作用于副軸2的載荷的推力軸承也可以由與徑向軸承1相同的銅合金形成。另外，徑向軸承1可以通過將兩個對開形狀的軸承部件組合成圓筒狀來形成。

以下，對構(gòu)成徑向軸承1的滑動軸承用銅合金進行說明?；瑒虞S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。不可避免的雜質(zhì)是mg、ni、ti、b、pb、cr等，是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?；瑒虞S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)來計量。

圖2a是徑向軸承1的滑動面的照片。徑向軸承1的滑動面的照片是用電子顯微鏡(日本電子制jsm6610a)以200倍的倍率拍攝的照片。如圖2所示，在徑向軸承1的滑動面中，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具有大致圓形的剖面形狀。

將圖2a所示的滑動面的照片的圖像(以下，稱為解析圖像)輸入圖像解析裝置(nireco公司制luzex_ap)，對mn-si初晶4和bi粒子3的各粒子的像計量出當(dāng)量圓直徑(計量參數(shù)：heywood)。然后，計算出mn-si初晶4的各粒子的像的當(dāng)量圓直徑的算術(shù)平均值作為滑動面中的mn-si初晶4的平均當(dāng)量圓直徑，其結(jié)果為4.3μm。同樣地，計算出bi粒子3的像的當(dāng)量圓直徑的算術(shù)平均值作為滑動面中的bi粒子3的平均當(dāng)量圓直徑，其結(jié)果為5.4μm。bi粒子3中存在當(dāng)量圓直徑大于mn-si初晶4的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子(大bi粒子)和當(dāng)量圓直徑小于mn-si初晶4的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子(小bi粒子)。計算出bi粒子3的像中當(dāng)量圓直徑小于mn-si初晶4的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子3的像的當(dāng)量圓直徑的算術(shù)平均值作為小bi粒子的平均當(dāng)量圓直徑，其結(jié)果為2.4μm。計算出bi粒子3的像中當(dāng)量圓直徑為mn-si初晶4的平均當(dāng)量圓直徑以上的bi粒子3的像的當(dāng)量圓直徑的算術(shù)平均值作為大bi粒子的平均當(dāng)量圓直徑，其結(jié)果為11.9μm。

圖3a是滑動面中的mn-si初晶4和bi粒子3的當(dāng)量圓直徑的直方圖。圖3a的橫軸表示當(dāng)量圓直徑的等級(0.2μm組距)，縱軸表示各等級中的頻數(shù)(滑動面2.7×10⁵μm²中的mn-si初晶4的bi粒子3的個數(shù))。如圖3a所示，mn-si初晶4的當(dāng)量圓直徑的分布比bi粒子3的當(dāng)量圓直徑的分布更偏。mn-si初晶4的當(dāng)量圓直徑的標準偏差為4.1μm，bi粒子3的當(dāng)量圓直徑的標準偏差為8.5μm。bi粒子3的當(dāng)量圓直徑比mn-si初晶4的當(dāng)量圓直徑分布得更廣。在1.8μm以下的當(dāng)量圓直徑的范圍內(nèi)，mn-si初晶4的個數(shù)多于bi粒子3的個數(shù)，而在小于1.8μm的當(dāng)量圓直徑的范圍內(nèi)，mn-si初晶4的個數(shù)多于bi粒子3的個數(shù)，而在1.8μm以上的范圍內(nèi)，大體上bi粒子3的個數(shù)多于mn-si初晶4的個數(shù)。

圖3b是表示按照當(dāng)量圓直徑將滑動面中的bi粒子3的個數(shù)比例累積后的累積比率的曲線圖。圖3b的橫軸表示當(dāng)量圓直徑的等級(0.2μm組距)，縱軸表示累積比率。累積比率是指，按照當(dāng)量圓直徑從小到大的順序，將屬于當(dāng)量圓直徑的等級的bi粒子3的數(shù)量除以bi粒子3的數(shù)量的總個數(shù)的值累積后的比率。如圖3b所示，mn-si初晶4的平均當(dāng)量圓直徑(4.3μm(虛線))中的累積比率為78.6％，意味著bi粒子3的總個數(shù)中的78.6％的當(dāng)量圓直徑小于mn-si初晶4。

進而，利用上述的圖像解析裝置對bi粒子3的各像計量出圓形度。然后，在全部的bi粒子3的像中，圓形度為0.7以上的bi粒子3的個數(shù)比例為97％。圓形度是指，面積與bi粒子3的像的面積相等的圓的圓周長度(＝當(dāng)量圓直徑×π)除以bi粒子3的像的輪廓長度的值。圓形度在bi粒子3的像是圓形的情況下為1，bi粒子3的像的形狀越背離圓形，圓形度的值越小。

圖3c是滑動面中的bi粒子3的圓形度的直方圖。圖3c的橫軸表示圓形度的等級(0.1組距)，縱軸表示各等級中的頻數(shù)(bi粒子3的個數(shù))除以全部bi粒子3的個數(shù)的比率。如圖3b所示，可知：圓形度小于0.5的bi粒子3的個數(shù)極少，在0.5以上，隨著圓形度的增加，bi粒子3的個數(shù)增加的傾向變大。

(1-2)抗咬合性的評價：

為了對構(gòu)成徑向軸承1的滑動軸承用銅合金的抗咬合性進行評價，進行了咬合試驗。圖4a是對在咬合試驗中使用的銷盤式(pin-on-disk)試驗機進行說明的示意圖。咬合試驗通過如下方式進行：以在厚度方向上將旋轉(zhuǎn)的圓盤狀的對方構(gòu)件a夾入的方式配置一對試驗片t，利用液壓缸w使靜載荷作用于試驗片t之間。調(diào)整對方構(gòu)件a的轉(zhuǎn)速，以便對方構(gòu)件a與試驗片t的接觸部中的二者的相對速度為15m/sec。另外，使保持有潤滑油(sae30cd級)的供油墊p與對方構(gòu)件a接觸，由此向?qū)Ψ綐?gòu)件a與試驗片t的接觸部進行供油。對方構(gòu)件a由進行了淬火處理的scm415形成。一對試驗片t裝配于以能夠旋轉(zhuǎn)的方式保持在與對方構(gòu)件a平行的面內(nèi)的梁部e的頂端，配置有測力傳感器y，以便阻礙該梁部e的水平旋轉(zhuǎn)。在梁部e的不具備試驗片t的端部裝配有平衡配重b，使由液壓缸w在梁部e產(chǎn)生的鉛直方向的力矩抵消。

在對方構(gòu)件a與試驗片t之間產(chǎn)生摩擦力，梁部e通過該摩擦力而水平旋轉(zhuǎn)。因此，使梁部e水平旋轉(zhuǎn)的摩擦力作用于測力傳感器y，測力傳感器y所計量的載荷的大小是指，在試驗片t與對方構(gòu)件a之間產(chǎn)生的摩擦力的大小。因此，在作用于測力傳感器y的載荷為規(guī)定的閾值以上的情況下，判定為試驗片t與對方構(gòu)件a之間的摩擦力異常大，產(chǎn)生了咬合。

逐漸(2mpa/5min)增大利用液壓缸w作用于試驗片t之間的靜載荷的大小，計量出作為在試驗片t與對方構(gòu)件a之間產(chǎn)生咬合時的靜載荷的咬合載荷。進而，通過使咬合載荷除以試驗片t與對方構(gòu)件a的接觸面積來計量出咬合面壓。

按照以上方式計量出構(gòu)成本實施方式的徑向軸承1的滑動軸承用銅合金的咬合面壓，其結(jié)果為26mpa，是良好的。需要說明的是，咬合面壓越大，意味著抗咬合性越高。

圖2b是使副軸2滑動后的滑動面的照片。如圖2b所示，在bi粒子3中包埋有破壞后的mn-si初晶4。如圖2a那樣原本為大致圓形的bi粒子3由于如圖2b那樣與副軸2的滑動而變成一部分被拉長的形狀。如此，bi在滑動面上延長，由此能夠在滑動面上廣泛地供給bi。在本實施方式中，當(dāng)量圓直徑小于mn-si初晶4的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子3分散于滑動面，由此，能夠在滑動面中抑制bi稀疏的區(qū)域，能夠在滑動面中均勻地供給bi。因此，能夠提高抗咬合性。進而，當(dāng)量圓直徑大于mn-si初晶4的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子3分散于滑動面，由此，即使破壞后的mn-si初晶4一旦從滑動面脫落，也能夠?qū)n-si初晶4包埋在當(dāng)量圓直徑大于該mn-si初晶4的bi粒子3中。因此，能夠防止破壞后的mn-si初晶4損傷滑動面，能夠防止由mn-si初晶4而產(chǎn)生咬合。

另外，bi粒子3的當(dāng)量圓直徑的標準偏差大于mn-si初晶4的當(dāng)量圓直徑的標準偏差，bi粒子3在當(dāng)量圓直徑大的一側(cè)分布得更廣，因此，能夠提高可包埋mn-si初晶4的可能性。進而，使bi粒子3的總個數(shù)中的78.6％的當(dāng)量圓直徑小于mn-si初晶4，由此，能夠兼顧由當(dāng)量圓直徑大的bi粒子實現(xiàn)的mn-si初晶的包埋性和由當(dāng)量圓直徑小的bi粒子實現(xiàn)的bi的供給均勻性。

另外，由于圓形度大的bi粒子3的個數(shù)比例大，因此，能夠可靠地包埋破壞后的mn-si初晶4。圖4b是滑動面的垂直剖面的示意圖。如圖4b所示，由于bi粒子3的圓形度大，因此，bi粒子3的外邊緣構(gòu)成平滑的曲面，破壞后的mn-si初晶4沿著該曲面滑行移動，由此能夠?qū)⑵茐暮蟮膍n-si初晶4順利地引導(dǎo)至bi粒子3的深位置。因此，能夠防止破壞后的mn-si初晶4損傷滑動面，能夠防止由mn-si初晶4而產(chǎn)生咬合。

(2)徑向軸承的制造方法：

在本實施方式中，徑向軸承1通過依次進行a.熔融、b.連鑄、c.切割、d.機械加工的各工序來制造。以下，對各工序進行說明。

a.熔融

首先，計量并準備各原料，以便能夠形成滑動軸承用銅合金，所述滑動軸承用銅合金含有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。在本實施方式中，分別計量并準備cu錠、zn錠、cu-mn錠、以及cu-si錠。在此，只要準備滿足作為目標的徑向軸承1的機械特性的質(zhì)量的原料即可。作為目標的徑向軸承1的機械特性例如根據(jù)副軸2的機械特性而定。接著，利用高頻感應(yīng)爐將所準備的各原料加熱至1200℃。由此，各錠熔化。然后，使ar氣體的氣泡分散噴出，對氫氣和夾雜物進行去除。

b.連鑄

接著，將滑動軸承用銅合金的熔融材料注入鑄模，從該鑄模的開口沿鑄造方向連續(xù)地拉拔滑動軸承用銅合金，直接冷卻至室溫，由此形成滑動軸承用銅合金的連鑄棒。例如，利用由碳形成的鑄模在1060℃下進行鑄造，以90mm/min的拉拔速度進行拉拔來形成連鑄棒。在從熔融狀態(tài)起連鑄的凝固過程中，可認為，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的共晶進行凝固。需要說明的是，與徑向軸承1的外徑相比，滑動軸承用銅合金的連鑄棒的直徑大出機械加工中的切削量。

c.切割

接著，按照徑向軸承1的厚度(副軸2的長度方向的厚度)對滑動軸承用銅合金的連鑄棒進行切割。

d.機械加工

最后，對切割后的滑動軸承用銅合金的連鑄棒進行切削加工、沖壓加工，由此完成徑向軸承1。在此，形成具有比副軸2的外徑大出規(guī)定量的內(nèi)徑的貫通孔，并且進行切削加工，以便徑向軸承1的外徑的大小與設(shè)計值一致。

(3)實驗結(jié)果：

表1是表示實施例1～3的實驗結(jié)果的表。需要說明的是，實施例1與第一實施方式相同。實施例1～3利用與第一實施方式大致相同的制造方法來制造。其中，對于實施例3而言，通過使拉拔速度(凝固速度)大于實施例1、2，使mn-si初晶4和bi粒子3的平均當(dāng)量圓直徑小于實施例1、2。需要說明的是，凝固速度越大，越能縮小mn-si初晶4和bi粒子3的平均當(dāng)量圓直徑，但也可以通過增大連鑄中的鑄模的冷卻水流量來增大凝固速度。

[表1]

如表1所示，在實施例1～3的任一滑動面中，均存在當(dāng)量圓直徑大于mn-si初晶4的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子3和當(dāng)量圓直徑小于mn-si初晶4的平均當(dāng)量圓直徑的bi粒子3。因此，通過圓形度大的bi粒子3能夠包埋破壞后的mn-si初晶4，在實施例1～3的任一滑動面中，均能夠獲得良好的咬合面壓。另外，如表1所示，可知：圓形度大的bi粒子3的個數(shù)比例越大，越能獲得良好的咬合面壓，越能高效地包埋破壞后的mn-si初晶4。通過增大bi粒子3(大bi粒子+小bi粒子)的平均當(dāng)量圓直徑的同時，增大圓形度大的bi粒子3的個數(shù)比例，能夠協(xié)同地提高bi粒子3對mn-si初晶4等異物的包埋性，能夠飛躍性地提高咬合面壓。

(4)其他實施方式：

在所述實施方式中，示出了由本發(fā)明的銅合金形成徑向軸承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)明的滑動軸承用銅合金可以通過連鑄以外的制造方法來制造。

附圖標記說明

1：徑向軸承；2：副軸；3：bi粒子；4：mn-si初晶；5：cu-zn基質(zhì)。