滑動(dòng)部件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有相對(duì)于其它部件滑動(dòng)的滑動(dòng)面的滑動(dòng)部件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如對(duì)于在建筑機(jī)械的臂的關(guān)節(jié)部使用的軸承，由于會(huì)對(duì)軸承面施加非常大的面壓，因而要求優(yōu)異的耐磨損性。作為這種軸承，例如有對(duì)鑄造合金進(jìn)行切削加工而成的軸承和將石墨片呈斑點(diǎn)狀嵌入到滑動(dòng)面中而成的軸承，然而均存在制造成本高的問(wèn)題。因此，提出了由成型性?xún)?yōu)異的燒結(jié)金屬構(gòu)成的燒結(jié)軸承來(lái)取代這些軸承。例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中示出了使銅分散到包含馬氏體組織的鐵碳合金中而成的燒結(jié)軸承，作為建筑機(jī)械用的軸承。對(duì)于該燒結(jié)軸承，在燒結(jié)后使燒結(jié)體整體淬火(例如油淬火)，然后，將內(nèi)外周面和端面進(jìn)行切削和研磨而精加工到規(guī)定的尺寸。
[0003]此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載了這樣的方法:為了按照燒結(jié)體中的各部位而使材質(zhì)不同并按這些各部位使其功能不同，成型出在燒結(jié)體的內(nèi)周面?zhèn)群屯庵苊鎮(zhèn)仁共馁|(zhì)不同的雙層結(jié)構(gòu)的壓坯。具體地，使用高強(qiáng)度的第I粉末形成壓坯的外周面?zhèn)龋⑹褂玫湍Σ列詢(xún)?yōu)異的第2粉末形成內(nèi)周面?zhèn)?，然后，燒結(jié)該壓坯。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)I:日本特開(kāi)2003 — 222133號(hào)公報(bào)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2005 — 95979號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]在專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的雙層結(jié)構(gòu)燒結(jié)體中，為了使內(nèi)周面為低摩擦系數(shù)，需要在燒結(jié)體的內(nèi)周面形成富銅層。另一方面，為了確保雙層結(jié)構(gòu)燒結(jié)體的外周面?zhèn)鹊母邚?qiáng)度、特別是專(zhuān)利文獻(xiàn)I記載的在建筑機(jī)械的臂的關(guān)節(jié)部處設(shè)置的軸承所要求的高強(qiáng)度，需要使用以鐵一碳為主體的組織(珠光體組織)形成燒結(jié)體的外周面?zhèn)?。在該情況下，為了得到珠光體組織而以1130°c以上的溫度燒結(jié)壓坯。
[0010]然而，在這樣以超過(guò)銅的熔點(diǎn)(1083°C)的溫度進(jìn)行燒結(jié)的情況下，內(nèi)周面的富銅層內(nèi)所包含的銅完全熔融。由于熔融的銅被導(dǎo)入到外徑側(cè)的銅濃度低的層中，因而在燒結(jié)后的內(nèi)周面中未形成充分的銅組織。另一方面，僅通過(guò)降低燒結(jié)溫度無(wú)法確保在燒結(jié)體的外周面?zhèn)人枰膹?qiáng)度。因此，在這種情況下仍無(wú)法達(dá)到雙層結(jié)構(gòu)燒結(jié)體的本來(lái)目的。
[0011]因此，本發(fā)明的目的是提供一種可以在確保燒結(jié)體的強(qiáng)度的同時(shí)提高滑動(dòng)面的滑動(dòng)性和耐久性的滑動(dòng)部件及其制造方法。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是一種滑動(dòng)部件，其由燒結(jié)體形成，并具有相對(duì)于其它部件滑動(dòng)的滑動(dòng)面，其特征在于，所述滑動(dòng)部件具有:滑動(dòng)層，其包含含有合金元素的Fe、Cu和C作為主要成分;和基底層，其在與滑動(dòng)層相接的狀態(tài)下與滑動(dòng)層一起被燒結(jié)，并且包含F(xiàn)e、Cu、熔點(diǎn)比Cu低的低熔點(diǎn)金屬和C作為主要成分，在所述滑動(dòng)層上設(shè)置有滑動(dòng)面。該滑動(dòng)部件可用作例如建筑機(jī)械的臂的關(guān)節(jié)部的軸承。
[0014]通過(guò)使基底層含有Cu和低熔點(diǎn)金屬，在燒結(jié)時(shí)，基底層所包含的低熔點(diǎn)金屬首先熔融。低熔點(diǎn)金屬的熔融液由于毛細(xì)管現(xiàn)象而在Fe粒子的內(nèi)部深度擴(kuò)散。并且，由于低熔點(diǎn)金屬的熔融液潤(rùn)濕Cu粒子的表面，因而Cu在低于其熔點(diǎn)的溫度時(shí)熔融，熔融后的Cu和低熔點(diǎn)金屬浸透到Fe粒子并擴(kuò)散到Fe粒子內(nèi)部。由此，鐵粒子彼此牢固地結(jié)合，基底層的強(qiáng)度得到提高，因而即使降低燒結(jié)溫度，也可以確保軸承強(qiáng)度。通過(guò)將燒結(jié)溫度設(shè)定為比Cu的熔點(diǎn)低的溫度，使得滑動(dòng)層內(nèi)所含的Cu粒子即使在燒結(jié)過(guò)程中也不熔融而保持固體狀態(tài)。因此，滑動(dòng)層內(nèi)所含的Cu粒子不會(huì)被導(dǎo)入到基底層內(nèi)，能夠使目標(biāo)量的Cu組織分布在滑動(dòng)面上。從以上來(lái)看，能夠同時(shí)兼顧滑動(dòng)面上的滑動(dòng)性和燒結(jié)體的強(qiáng)度。
[0015]在該滑動(dòng)部件中，只要含有使淬火性提高的元素(從N1、Mo、Mn和Cr中選擇的至少I(mǎi)種)作為滑動(dòng)層所包含的合金元素，則不進(jìn)行浸碳淬火等熱處理就能夠在燒結(jié)后的冷卻過(guò)程中使滑動(dòng)層的Fe組織的至少一部分進(jìn)行馬氏體相變和貝氏體相變(燒結(jié)硬化)。由此，包含滑動(dòng)面的滑動(dòng)層實(shí)現(xiàn)了高硬度化，因而可以提高滑動(dòng)面的耐磨損性。并且，與此同時(shí)，通過(guò)基底層中的的Cu和低熔點(diǎn)金屬的向Fe粒子的浸透和擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)了基底層的強(qiáng)度提高，因而燒結(jié)體整體的強(qiáng)度提高。因此，能夠用作沖擊荷載頻繁起作用而在高面壓下使用的滑動(dòng)部件、例如建筑機(jī)械的臂的關(guān)節(jié)部中使用的軸承。
[0016]另一方面，由于在占燒結(jié)體的大部分的基底層中基本上不含有上述的合金元素，因而，即使在冷卻后基底層的大部分也不進(jìn)行燒結(jié)硬化，因此，基底層的Fe組織不產(chǎn)生馬氏體相變和貝氏體相變。這樣，通過(guò)僅在滑動(dòng)層內(nèi)混配使淬火性提高的元素，可以削減昂貴的合金元素的使用量從容實(shí)現(xiàn)低成本化。并且，由于基底層與滑動(dòng)層相比為軟質(zhì)，因而能夠在精整工序(在模具內(nèi)壓縮燒結(jié)體進(jìn)行整形的工序)中進(jìn)行燒結(jié)體的尺寸矯正。在專(zhuān)利文獻(xiàn)I的結(jié)構(gòu)中，由于在燒結(jié)后的油淬火中使燒結(jié)體整體硬化，因而不得不通過(guò)切削、研磨等機(jī)械加工來(lái)進(jìn)行燒結(jié)體的尺寸矯正，但是本發(fā)明的滑動(dòng)部件能夠通過(guò)精整進(jìn)行尺寸矯正，不需要機(jī)械加工。并且，也不需要燒結(jié)后的淬火工序。這樣可以省略燒結(jié)后的淬火工序和機(jī)械加工工序，因而與專(zhuān)利文獻(xiàn)I所述的發(fā)明相比可以使滑動(dòng)部件進(jìn)一步低成本化。
[0017]優(yōu)選使用磷作為基底層所包含的低熔點(diǎn)金屬。并且，基底層中的低熔點(diǎn)金屬的濃度優(yōu)選是在0.1?0.6wt %的范圍內(nèi)。
[0018]通過(guò)將滑動(dòng)層的Cu濃度設(shè)定為10wt%以上且30wt%以下，可以在確?；瑒?dòng)面的滑動(dòng)性的同時(shí)防止因銅的過(guò)度使用所引起的高成本化。雖然為了使基底層的Fe粒子結(jié)合而需要使基底層也含有Cu，然而此時(shí)通過(guò)使基底層的Cu濃度比滑動(dòng)層的Cu濃度小，可以抑制高價(jià)的銅的使用量，實(shí)現(xiàn)低成本化。
[0019]若是以比Cu的熔點(diǎn)低且比Fe與C的反應(yīng)溫度高的溫度對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行燒結(jié)，則可以使滑動(dòng)層所包含的銅在燒結(jié)中完全不熔融而維持為固體狀態(tài)，可以提高滑動(dòng)層的滑動(dòng)性。并且，由于Fe與C反應(yīng)而在Fe組織內(nèi)形成硬的珠光體相(一部分是鐵素體相)，因?yàn)榭梢源_?；讓拥膹?qiáng)度。
[0020]滑動(dòng)層還可以形成為部分圓筒狀，該部分圓筒狀在與軸向垂直的截面中具有端部。在該情況下，應(yīng)該富含銅的滑動(dòng)面不是形成在燒結(jié)體的整個(gè)周向上，而是僅形成在周向上的一部分區(qū)域內(nèi)。由此，與在燒結(jié)體的整個(gè)周向區(qū)域內(nèi)設(shè)置滑動(dòng)面的情況相比，可以抑制高價(jià)的銅的使用量，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)軸承的低成本化。另外，在使用滑動(dòng)部件作為軸承的情況下，軸很少相對(duì)于滑動(dòng)部件的內(nèi)周面整周滑動(dòng)，多數(shù)情況是，滑動(dòng)部件中的相對(duì)于軸滑動(dòng)的滑動(dòng)區(qū)域由于重力的影響而被限定于周向上的局部區(qū)域。因此，若以使滑動(dòng)層的滑動(dòng)面位于該限定的局部區(qū)域內(nèi)的方式調(diào)整朝向和姿勢(shì)后將滑動(dòng)部件固定于外殼上，則可以利用滑動(dòng)面穩(wěn)定地支承軸。
[0021]以上所述的滑動(dòng)部件可以如下這樣得到:制備出第一粉末，所述第一粉末包含F(xiàn)e、Cu、熔點(diǎn)比Cu低的金屬和C作為主要成分，制備出第二粉末，所述第二粉末包含含有合金元素的Fe、Cu和C作為主要成分，在模具內(nèi)配置分隔部件而形成第一腔和第二腔，在第一腔內(nèi)填充第一粉末，并在第二腔內(nèi)填充第二粉末，在卸下分隔部件的狀態(tài)下對(duì)模具內(nèi)的第一粉末和第二粉末同時(shí)壓縮而形成壓坯，對(duì)壓坯進(jìn)行燒結(jié)，形成與第一粉末對(duì)應(yīng)的組分的基底層、和與第二粉末對(duì)應(yīng)的組分的滑動(dòng)層，然后，對(duì)所得到的燒結(jié)體實(shí)施精整和浸油。
[0022]在同時(shí)壓縮第一粉末和第二粉末而成型出壓坯時(shí)，如果兩種粉末的表觀(guān)密度之差較大，會(huì)對(duì)壓坯的成型帶來(lái)障礙。與此相對(duì)，通過(guò)使基底層的厚度比滑動(dòng)層的厚度大并且使第一粉末的表觀(guān)密度比第二粉末的表觀(guān)密度小，能夠?qū)崿F(xiàn)壓坯的成型。即，即使第一粉末與第二粉末的表觀(guān)密度有少許的差異，也能夠容易地成型出壓坯。
[0023]發(fā)明的效果
[0024]如以上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以在確保燒結(jié)體的強(qiáng)度的同時(shí)提高滑動(dòng)面的滑動(dòng)性和耐久性。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是組裝有燒結(jié)軸承的關(guān)節(jié)部的剖視圖。
[0026]圖2是燒結(jié)軸承(第I實(shí)施方式)的主視圖。
[0027]圖3是示出在壓縮成型工序中填充了第I粉末后的狀態(tài)的剖視圖。
[0028]圖4是示出在壓縮成型工序中填充了第2粉末后的狀態(tài)的剖視圖。
[0029]圖5是示出在壓縮成型工序中使分隔部件下降后的狀態(tài)的剖視圖。
[0030]圖6是示出在壓縮成型工序中將多余的粉末去除后的狀態(tài)的剖視圖。
[0031 ]圖7是示出在壓縮成型工序中使用上沖頭壓縮混合粉末的狀態(tài)的剖視圖。
[0032]圖8是示出在壓縮成型工序中從模具中取出了壓坯的狀態(tài)的剖視圖。
[0033]圖9是示出在燒結(jié)工序中使用的燒結(jié)爐的概略剖視圖。
[0034]圖10是示出在精整工序中使用的模具的剖視圖。
[0035]圖11是示出燒結(jié)軸承的壓縮成型工序以后的制造工序的剖視圖。
[0036]圖12是示出使淬火性提高的合金元素的濃度梯度的曲線(xiàn)圖。
[0037]圖13A是表示滑動(dòng)層的微觀(guān)組織的圖。
[0038]圖13B是表示基底層的微觀(guān)組織的圖。
[0039]圖14是燒結(jié)軸承的半徑方向的剖視圖。
[0040]圖15是組裝有燒結(jié)軸承的關(guān)節(jié)部的剖視圖。
[0041]圖16是燒結(jié)軸承(第2實(shí)施方式)的半徑方向的剖視圖。
[0042]圖17是成型模具裝置的俯視圖。
[0043]圖18是燒結(jié)軸承(第3實(shí)施方式)的半徑方向的剖視圖。
[0044]圖19是燒結(jié)軸承(第4實(shí)施方式)的半徑方向的剖視圖。
[0045]圖20是燒結(jié)軸承(第4實(shí)施方式)的軸向的剖視圖。
[0046]圖21是示出在壓縮成型工序中填充了第I和第2粉末后的狀態(tài)的剖視圖。
[