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JPS6136062B2 - - Google Patents
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JPS6136062B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6136062B2
JPS6136062B2 JP55000852A JP85280A JPS6136062B2 JP S6136062 B2 JPS6136062 B2 JP S6136062B2 JP 55000852 A JP55000852 A JP 55000852A JP 85280 A JP85280 A JP 85280A JP S6136062 B2 JPS6136062 B2 JP S6136062B2
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JP
Japan
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tin
aluminum
bearing
alloy
chromium
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Expired
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JP55000852A
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Japanese (ja)
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Inventor
Shoji Kamya
Takeshi Muraki
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Taiho Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Taiho Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Priority to US06/302,425 priority patent/US4452866A/en
Priority to PCT/JP1981/000003 priority patent/WO1981002025A1/en
Priority to GB8126816A priority patent/GB2080826B/en
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はアルミニウム系合金軸受に関するもの
であり、さらに詳しく述べるならば内燃機関の軸
受として用いられるスズ含有アルミニウム系合金
軸受の改良に関するものである。 上記アルミニウム系合金はスズを含有するもの
が一般に裏金鋼板に圧接されて軸受として供用さ
れているが、軸受合金と裏金鋼板の接着強度を高
くするために圧接後にこれを焼鈍する工程が不可
欠であり、一般的にはこの焼鈍はAl−Feの金属
間化合物が生成する温度以下で時間を長くして行
なわれる。ところがスズ含有アルミニウム系軸受
合金では上記焼鈍によつて高温下に置かれると、
合金組織中でアルミニウム結晶粒及びスズの析出
物が粗大化し、軸受合金の高温硬さ及び耐疲労強
度が低下するという欠点があつた。 そこで、スズ含有アルミニウム系軸受合金の上
記欠点を解消するために添加元素を含有させた軸
受合金も使用されており、例えば、3.5〜4.5%Sn
−3.5〜4.5%Si−0.7〜1.3% Cu−残Al、4〜8
%Sn−1〜2%Si−0.1〜2%Cu−0.1〜1%Ni−
残Al、3〜40%Sn−0.1〜5%Pb−0.2〜2%Cu
−0.1〜3%Sb−0.2〜3%Si−0.01〜1%Ti−残
Al、15〜30%Sn−0.5〜2%Cu−残Al、及び1〜
23%Sn−1.5〜9%Pb−0.3〜3%Cu−1〜8%
Si−残Alなどのスズ含有アルミニウム系軸受合金
(以下多元系軸受合金と称する)が使用されてい
た。 しかし、近年の自動車用内燃機関は小型化及び
高出力化が要求され、しかも排気ガスの浄化対策
のためのブローバイガス還元装置の取付が要求さ
れるようになると内燃機関の軸受の使用条件は従
来より悪化するに至つた。すなわち近年の軸受は
小型にて従来より高荷重及び高温下で使用される
ようになつたため、従来の多元系軸受合金は疲労
破壊や異常摩耗を起こして、自動車の内燃機関の
トラブルの一つの要因になつていた。なお、金属
材料の疲労現象は一般的には長期に亘つて該材料
が使用されたときに発見するが、近年の内燃機関
では高負荷運転が比較的短時間継続したときでも
疲労による軸受の破壊が起こることがあつた。こ
れは内燃機関内の潤滑油が高負荷運転時に高温に
なり、例えばオイルパン内の潤滑油の温度で測定
した温度が130ないし150℃にも達するため、軸受
は相手材であるクランクシヤフト等とかなりの高
温で摺動していると予測され、この結果従来の多
元系軸受合金の高温硬さが急激に低下し、またス
ズの溶融又は移動が起こり、このことが耐疲労強
度を低下させる原因になつていると本願発明者は
考える。 さらに、近年内燃機関にあつては、クランクシ
ヤフト等の低コスト化を図るために、従来の鍛造
による軸から加工安価な球状黒鉛鋳鉄軸に移行す
る傾向があり、また軸粗さが大きくなる傾向もあ
る。ところが球状黒鉛鋳鉄軸の機械加工表面には
機械加工時に削り取られ脱落した黒鉛粒子の跡の
窩状部が多数残つており、この部分のエツヂによ
り軸受表面が異常摩耗を起こし、疲労破壊が招さ
れるという欠点が従来の軸受にはあつた。 本願発明者は、スズ含有アルミニウム系合金に
種々の添加元素を加えてその諸性質を改良する研
究を進めた結果、クロム及び銅を添加した合金を
特開昭53−87917号にて提案し、また、クロム及
び銅と、鉛及び/又はインジウムとを添加した合
金を特開昭53−104463号にて提案し、さらにスズ
含有アルミニウム系合金にケイ素、マンガン、ア
ンチモン、チタン、ニツケル、鉄、ジルコニウ
ム、モリブデン及びコバルトの1種以上を添加し
分散析出させることによつて、合金の硬さ及び耐
摩耗性を向上させることを要旨とする合金を特開
昭55−11173号にて提案した。 本発明者は上記出願の発明以降軸受合金の開発
をさらに進めた結果、重量百分率で、4ないし25
%のスズ、0.5ないし8%の亜鉛、1ないし7%
のシリコン、クロム、マンガン、ニツケル、鉄、
ジルコニウム、モリブデン、コバルト、タングス
テン、チタン、アンチモン、ニオブ、バナジウ
ム、セリウム、バリウム及びカルシウムからなる
群から選択された少なくとも1種の元素及び0.1
ないし2.0%の銅及び/又はマグネシウムを含有
し、残部が実質的にアルミニウムからなるアルミ
ニウム系合金が近年の内燃機関の軸受に課せられ
る要求に応じうることを見出した。すなわち、こ
のアルミニウム系合金では、シリコン、クロム等
を分散析出させることによつて、硬さ、耐摩耗性
及び耐疲労強度を従来のスズ含有アルミニウム合
金より高め、またなじみ性は従来合金と同等に維
持し、さらに亜鉛によりアルミニウムのマトリツ
クス(以下、Al地と称する)を強化し、高温硬
さ及び耐疲労強度を一層高めたものである。 本発明ではアルミニウム系合金のマトリツクス
の強化とシリコン、クロム等の微細分散物による
合金の強化の両作用の相乗効果によつて単一作用
の場合よりもアルミニウム系合金の軸受性能は著
しく向上されている。 以下、本発明の合金組成について説明する。 スズはアルミニウム合金の性質を軟質に変化さ
せ、軸受として適する潤滑性能及びなじみ性を与
える元素である。なお、なじみ性とは、軸受の相
手材である軸の加工精度による微小凹凸を軸受材
によつて埋めすなわち平坦化して軸受と軸との間
に常に潤滑油の油膜が介在した状態で両者が接触
しうるように、軸受の表面が軸受使用の初期に軸
によつて削りとられる軸受の性質を指す。スズの
含有量が25%を越えるとなじみ性及び潤滑性は向
上するが、硬さが低下し、一方スズの含有量が4
%未満ではアルミニウム系合金が軸受合金として
は硬質になり過ぎなじみ性が低くなる。なお、ス
ズ含有アルミニウム合金の耐疲労強度及び高温硬
さを軸受として要求される性能に対して十分なも
のにするためには、スズは弧立粒子として合金中
に分散していることが重要であるが、Sn−Al二
元系合金ではスズ含有量が15%を越えるとスズ粒
子は粗大化する傾向が生じ(すなわちスズ粒子を
微細に分割した状態にすることが困難になり)
Sn−Al二元系合金の硬さが低下すると考えられ
ていた。しかし、本発明では後述する元素の添加
効果によつて、これを25%まで添加した場合でも
内燃機関の軸受として実用上支障がなくなつた。
スズの添加量を4ないし25%の範囲でどのように
定めるかは、用途に応じ適宜決定されるべきもの
であるが、一般的には軸受に加わる荷重、すなわ
ち内燃機関のピストンを経由して加えられる爆発
荷重、の大なるときはスズ含有量を低く、例えば
5〜10%、荷重の小なるときはスズ含有量を高く
するのが良い。軸受に加えられる荷重により軸受
の変形が起こるが、この変形に対する軸受の低抗
を負荷能力とする。また、負荷能力とは異なる観
点からすれば、高荷重・高速回転のために軸受の
焼付が懸念される用途ではスズ含有量を高く、例
えば15〜25%にすれば良い。 次に、シリコン、クロム、マンガン、ニツケ
ル、鉄、ジルコニウム、モリブデン、コバルト、
タングステン、チタン、アンチモン、ニオブ、バ
ナジウム、セリウム、バリウム及びカルシウムか
らなる群の元素はAl地内に折出し、その析出形
態は元素単体、元素間の金属間化合物、これらの
1もしくは2種以上の元素とアルミニウムとの金
属間化合物、などがあるがどの形態でも耐摩耗性
向上の効果がある。これらの析出物の硬さはビツ
カース硬さで数100にも達し非常に硬く、この硬
質析出物は相手軸が球状黒鉛であるときに著しい
耐摩耗性向上効果を奏する。また上記析出物の析
出形態がアルミニウムの結晶粒の成長を軸受製造
及び使用時の高温下で妨げるようになつている
と、スズ粒子の微細均一分散を促進する。この点
に関し、シリコン等の各元素は程度の差こそあれ
この促進作用を有し、特に添加量が少ない場合に
この作用が著しい。上記シリコン等の含有量(2
種以上の場合は合計量)が1%未満では析出物の
量が少なく耐摩耗性向上の効果が発揮されず、7
%を越えると析出物が大きくなり過ぎる。この結
果アルミニウム含有合金の機械的強度、例えばじ
ん性が低下するため耐疲労強度が低下し且つ圧延
が困難になる。なお圧延性が低下するためスズ粒
子の微細均一分散が困難になる。この理由は後述
する。上記シリコン等の好ましい含有量は1.5な
いし4.0%である。なお、上記シリコン、クロム
等の中で1%以下のクロムは次に述べる点で特別
の性質を有する。 クロムは、アルミニウム系合金の硬さを上昇せ
しめ、また高温時の軟化を防止し、また軸受の裏
金と軸受合金との接合の際の焼鈍による高温下で
のスズ粒子の粗大化を招かないという効果を奏
し、これらの効果は著しいものがある。まず、硬
さの上昇と高温下での軟化を招かない点について
述べると、クロムの含有量が0.1%未満ではこれ
らの効果、特に高温軟化防止効果、が期待でき
ず、1.0%を越えると後述するようにAl−Cr金属
間化合物が細かく均一に分散できなくなり、効果
が低くなるところから、その含有量を0.1ないし
1.0%に限定したものである。高温軟化の防止、
すなわちアルミニウム系合金の高温硬さが急激に
は低下しないという点についてさらに詳述する
と、クロムの一部はAl地に固溶することによつ
てAl地自体の固溶強化(硬化)をもたらし、ま
た再結晶温度を上昇させるために再結晶軟化温度
を高温側にずらす。さらに、クロム含有アルミニ
ウム系合金は加工合金は加工硬化性が増大し、こ
れを1回以上冷間圧延すると鋳造時に比較して硬
さが著しく高くなる。クロムの他の作用である再
結晶温度を上昇させることは、内燃機関の軸受が
さらされる高温域(オイルパンの温度で130〜150
℃)でも、クロム含有アルミニウム系合金の機械
的性質の温度特性が安定して維持される点に特に
有効であり、特に硬さの温度依存性がクロム含有
により少なくなつている点は、高温領域における
軸受強度(耐疲労強度及び負荷能力)の向上をも
たらす。クロムの一部はAl地に固溶し、残部は
固溶限以上の量となるためAl−Cr金属間化合物
として析出するが、このAl−Cr金属間化合物は
ヴイツカース硬さで約370を示す。このような硬
質析出物が細かくAl地中に均一に分散している
と高温硬さの維持に寄与する。このような析出物
が微細且つ均一に分散するクロム含有量は0.1な
いし1.0%である。 次に、クロムによるスズ粒子の粗大化阻止効果
について述べる。スズ粒子の粗大化はスズ含有ア
ルミニウム合金が高温下に置かれた場合アルミニ
ウム結晶粒界の移動及びスズ粒子の移動又は溶融
が起るために生じる現象である。なお、アルミニ
ウム結晶粒の移動は再結晶が開始されたことに関
連するもの、及びこれとは関連しない一般的結晶
粒粗大化によるものがあり、一方スズ粒子の移動
はアルミニウムの結晶粒が移動した時に近接のス
ズ粒子が合体しようとして移動するもの、スズ粒
子が高温下で安定な形状をとろうとして変形する
ものなど各種要因が考えられ、上記現象をもたら
す要因は複雑である。本発明によりアルミニウム
系合金に加えられたクロムの一部は上述のように
均一化した析出物を形成し、これにより、焼鈍又
は使用中に、直接的にはアルミニウム結晶粒界の
移動が妨げられ、すなわちその粗大化が阻止さ
れ、間接的にはスズ粒子の移動つまり粗大化が防
止されると考えられる。このことは、アルミニウ
ム系合金の冷間圧延及び焼鈍の繰返しによつて微
細化されたスズ粒子の微細形状が軸受の使用時に
もそのままに近い形状で維持できることにつなが
り、スズ粒子の前記効果も維持されることとな
る。なおこのようなスズ粒子粗大化防止効果は、
スズの含有量が低い場合でも認められるが、比較
的高い場合(約10%以上)において特に著しく、
微細スズ粒子が連続して粗大化しようとする約15
%以上において特に顕著な効果が現われる。さら
に、スズ粒子が微細なまま保持されてAl地中に
存在するということは、スズ粒子の溶出現象を防
止するという点からも有効であると考えられる。
何となれば、純スズの融点は231℃であり、内燃
機関軸受摺動表面の摺動時の温度はスズの融点以
上になることがあり、また常に軸受のさらされる
温度はスズ融点より著しく離れているわけではな
いので、スズ粒子は軸から受ける荷重により塑性
流動し易くなるか極端な場合にはスズ粒子は上記
温度で溶融するおそれがある。ところが、スズ粒
子が微細形状を保つていると仮にこれが溶融しも
しくは著しく流動状態になつても、アルミニウム
系合金全体の硬さが著しく低下するほどの悪影響
を及ぼさないと考えられる。上述のように、焼鈍
又は軸受の使用中の高温でアルミニウム系合金の
高温硬さの低下を防止することができ、またこれ
によつてアルミニウム系合金の耐疲労強度の向上
も図ることができる。上記にて詳述したように
0.1ないし1%未満の少量のクロムは軸受性能向
上に非常に有効であるため、0.1ないし1%未満
のクロムとシリコン等の他の1種以上の元素との
合計量が1%以上となるように元素を選択する
と、球状黒鉛鋳鉄等の鋳鉄軸を使用する近年の内
燃機関用の軸受として高い耐摩耗性及び耐疲労強
度が兼備したアルミニウム系合金を提供すること
ができる。 亜鉛はアルミニウムに対する固溶限が比較的高
い元素であり、本発明によるアルミニウム系合金
への添加範囲内でも殆んどがAl地中に固溶して
いる。一般にアルミニウムに亜鉛を若干量含有さ
せた二元系合金は強度が低いため実用されておら
ず、Al−Zn−Xの三元系金属間化合物(Xは第
三元素)を析出するようにしたアルミニウム合金
が使用されていることは良く知られている。本発
明は従来の亜鉛含有アルミニウム合金とは異な
り、Al地の強化により耐疲労強度、負荷能力及
び高温硬さを良好にする作用を亜鉛添加により図
ることを目的としている。亜鉛はスズと同様に低
融点金属と一般に称されているが、スズより高融
点でありなじみ性には乏しい。したがつて、スズ
を含有しない亜鉛含有アルミニウム合金にあつて
は、その上に鉛系オーバレイを施して軸受として
使用する必要がある。ところが、本発明のアルミ
ニウム系合金のようにスズを含有するアルミニウ
ム系合金に亜鉛を添加すると、なじみ性が損われ
ず上記諸性質が向上するのでオーバレイを使用せ
ずに軸受として使用可能である。なお、上記した
ようにシリコン等(クロムも含む)により析出物
が生成しており、クロムにより、Al地が強化さ
れ且つアルミニウム系合金の再結晶温度が高くな
りさらに高温下でもクロム粒子が均一微細に分布
していることが、後述のように、亜鉛の上記作用
を奏するために必要な前提である。 銅及び/又はマグネシウムは、Si,Crの単独
添加によるよりも高温下での硬さ低下をさらに少
なくし、また硬さの絶対値も高くする元素であ
り、これによつて軸受の耐疲労強度がさらに向上
する。銅及び/又はマグネシウムの含有量(両者
の場合は合計含有量)が0.1%未満では高温硬さ
低下防止及び硬さ絶対値の上昇の効果が期待され
ず、一方2.0%を越えると合金が硬くなり過ぎ圧
延性が害されるとともに、潤滑油に対する耐食性
も低下する。なお、この銅及び/又はマグネシウ
ム高温硬さ低下防止の効果は合金中のシリコン、
クロム等と共存するためにもたらされるものであ
り、200℃以上に該合金を加熱しても高温硬さは
あまり低下しない。なお、この効果は亜鉛の存在
によつてさらに顕著になつており、高温硬さの低
下は極めて起こり難く、この結果負荷能力及び耐
疲労強度が著しく向上する。銅及び/又は亜鉛の
含有量は0.2〜0.8%であると好ましい。 本発明のアルミニウム系合金は、上記組成に加
えて、さらに銅、ビスマス、インジウム、タリウ
ム及びカドミウムからなる群から選択された少な
くとも1種の元素を0.1ないし10%、好ましくは
0.5ないし5%含有するもの(以下、この合金を
Al−Pb合金と称する)であつてもよい。これら
の鉛等の元素はクロムとの共存下においてスズ含
有アルミニウム合金の耐疲労強度を低下させずに
潤滑性なじみ性及び耐摩耗性を改良する効果を有
する。すなわち、Al−Sn二元系合金に上記鉛等
の元素を加えると、これらの元素はスズ粒子中に
合金化されてしまいスズ粒子の融点が低くなり、
この結果スズ粒子の移動と溶融が起こり易くな
り、粗大スズ粒子に成長するという欠点が生じ
る。したがつて従来のAl−Sn−Pb三元系合金を
軸受に使用すると高負荷運転が連続した時に該合
金が部分的に溶融して剥離することもありうる。
これに対し本発明のように、シリコン、クロム等
を加えることによつて、又は冷間圧延によつて微
細化されたスズ鉛又はそれらの合金等の粒子を高
温でも維持されるようにしておくと、スズ、鉛あ
るいはそれらの合金粒子の溶融という弊害は生ぜ
ずに、スズ、鉛あるいはそれらの合金によつて付
与されているAl−Pb合金の潤滑性、耐摩耗性及
びなじみ性がさらに高められる。 本発明のアルミニウム系合金は従来のものと同
様に冷間圧延と焼鈍を行なつた後、裏金鋼板に圧
接して、直接軸と接触する軸受として使用され
る。なお、冷間圧延の圧下率は一回の圧延で5〜
50%の範囲で、全体の圧下率は所望の厚さが得ら
れるように定められる。焼鈍は冷間圧延後に、加
工応力を除去するため及び一部金属間化合物等の
析出物を生成するため27〜350℃で行なわれる。
スズ粒子の微細分散は冷間圧延中にスズ粒子が分
断されるようにして微細化され、かかる冷間圧延
と焼鈍を繰返している過程でスズ粒子は極めて微
細化され且つ均一にAl地中に分散するようにな
る。 上記冷間圧延及び焼鈍の工程でAl地に固溶し
た亜鉛は析出又は分散することはないと考えられ
る。敷延して延べると、スズ及び亜鉛は共に軟質
の低融点金属であるという性質を有し、共晶組成
物を作り合金化し易いために、この合金化はでき
るだけ避けアルミニウム中に多くの亜鉛が固溶す
るようにし、あるいは合金化が起こつてもZn含
有スズ粒子の形状を極めて小さくすることが望ま
しい。本発明によると、冷間圧延及び焼鈍工程に
より、スズ粒子が微細化されているために、亜鉛
の効果が始めて実現されているものであるという
点を特記する。またシリコン等の析出物の中で
0.1ないし1%のクロムは裏金鋼板に圧接する時
点ではAl−Cr金属間化合物が析出して、圧接後
の焼鈍及び軸受の使用中のスズ微粒子の粗大化を
阻止する点で特別の作用を有する。なお、本発明
の軸受中のスズ微粒子の平均直径は5〜30ミクロ
ンの範囲内であると好ましい。 以下、実施例によつて本願発明及び従来の合金
の性質及び合金元素の作用についてさらに詳しく
説明する。 後記の第1表において、試料番号1から20は本
発明の実施例の合金を示し、これらはガス炉にお
いてアルミニウム地金を溶解し、次に目的成分に
応じてAl−Cr母合金、Al−Cu母合金、及びAl−
Mg母合金を溶湯し添加し、最後に、スズ、亜
鉛、鉛、インジウム、ビスマス、タリウム及びカ
ドミウムの1種以上を目的成分に応じて溶湯に添
加し、所望組成の溶湯を得た後塩素ガスを吹んで
脱ガスし、続いて金型に鋳造した。得られたイン
ゴツトを常温の冷間圧延とその後の焼鈍(350
℃)を繰返して、寸法厚さ6mm×幅200mmの試料
を製造した。この試料の室温硬さと200℃の硬さ
を測定した。 続いて上記試料をさらに冷間圧延した後、焼鈍
を行なつて裏金鋼板に圧接し続いて約350℃で接
着のための焼鈍を行なつて、径52mm、幅20mmの半
割メタル形状とした。軸材質をS55Cの焼入材と
し、上記半割メタルを下記条件で動荷重軸受疲労
試験を行なつた。 試験機−曽田式動荷重試験機 すべり速度−400〜470m/分 潤滑油種−SAE10W30 潤滑方法−強制潤滑 潤滑油温−140±5℃ 潤滑油圧−5Kg/cm2 相手材(S55C)の表面粗さ−1μm 相手材の硬さ−Hv500〜600 軸受表面粗さ−1〜3μm 荷重繰返数−107回 また、軸受の摩耗試験を次の条件で行なつた。 試験機−超高圧焼付試験機 すべり速度−468m/分 荷重−1トン/45分(100Kg/cm2/45分に
相当)の割合で荷重を漸増させ試料
の1cm2の面積当り500Kgの荷重に際
して試験を中止した。 潤滑油種−SAE10W30 潤滑方法−強制潤滑 潤滑油温−120±5℃ 相手材(S55C)の表面粗さ−1μm 相手材(球状黒鉛鋳鉄)の表面の鉄部(黒
鉛部を除く)の粗さ−1μm 相手材(S55C)の硬さ−Hv500〜600 相手材(球状黒鉛鋳鉄)の硬さ−Hv200 〜300 さらに、焼付荷重の測定を、焼付に至るまで軸
受に加えられる荷重を増大させた他の摩耗試験と
同様の条件で行なつた。 以上の測定結果及び試料の組成を次表(第1
表)に示す。なお、表中試料番号21ないし23は比
較例の合金であり、本発明のものと同一の製法で
製造されたものである。
The present invention relates to an aluminum alloy bearing, and more specifically, to an improvement of a tin-containing aluminum alloy bearing used as a bearing for an internal combustion engine. The above aluminum-based alloys containing tin are generally used as bearings by being pressure-welded to a backing steel plate, but in order to increase the adhesive strength between the bearing alloy and the backing steel plate, it is essential to anneal the alloy after pressure welding. Generally, this annealing is performed for a long time at a temperature below the temperature at which Al--Fe intermetallic compounds are formed. However, when tin-containing aluminum bearing alloys are exposed to high temperatures during the annealing process,
The drawback was that aluminum crystal grains and tin precipitates became coarse in the alloy structure, reducing the high-temperature hardness and fatigue strength of the bearing alloy. Therefore, in order to eliminate the above-mentioned drawbacks of tin-containing aluminum bearing alloys, bearing alloys containing additive elements are also used, such as 3.5 to 4.5% Sn.
−3.5~4.5%Si−0.7~1.3% Cu−Remaining Al, 4~8
%Sn-1~2%Si-0.1~2%Cu-0.1~1%Ni-
Remaining Al, 3-40% Sn - 0.1-5% Pb - 0.2-2% Cu
-0.1 to 3% Sb - 0.2 to 3% Si - 0.01 to 1% Ti - Remaining
Al, 15~30% Sn-0.5~2% Cu-remaining Al, and 1~
23%Sn-1.5~9%Pb-0.3~3%Cu-1~8%
Tin-containing aluminum-based bearing alloys (hereinafter referred to as multi-component bearing alloys) such as Si-residue Al were used. However, in recent years, internal combustion engines for automobiles have been required to be smaller and have higher output, and in addition, it has become necessary to install a blow-by gas reduction device to purify exhaust gas. It got even worse. In other words, as bearings in recent years have become smaller and used under higher loads and higher temperatures than before, conventional multi-component bearing alloys are prone to fatigue failure and abnormal wear, which is one of the causes of troubles in automobile internal combustion engines. I was getting used to it. Fatigue phenomena in metal materials are generally discovered when the material has been used for a long period of time, but in modern internal combustion engines, bearings can break due to fatigue even when high-load operation continues for a relatively short period of time. sometimes happened. This is because the lubricating oil in the internal combustion engine becomes hot during high-load operation, and for example, the temperature of the lubricating oil in the oil pan reaches 130 to 150°C. It is predicted that the bearing alloys will be sliding at considerably high temperatures, and as a result, the high-temperature hardness of conventional multi-component bearing alloys will rapidly decrease, and tin will melt or move, which is the cause of the decrease in fatigue strength. The inventor of the present application believes that this has become the case. Furthermore, in recent years for internal combustion engines, in order to reduce the cost of crankshafts, etc., there has been a trend to shift from conventional forged shafts to spheroidal graphite cast iron shafts, which are cheaper to process, and the shaft roughness has also tended to increase. There is also. However, on the machined surface of the spheroidal graphite cast iron shaft, there are many pits left behind by graphite particles that have been scraped off and fallen off during machining, and these edges cause abnormal wear on the bearing surface, leading to fatigue failure. Conventional bearings had the disadvantage of As a result of research into adding various additive elements to tin-containing aluminum alloys to improve their properties, the inventor of the present application proposed an alloy to which chromium and copper were added in JP-A-53-87917. In addition, an alloy containing chromium and copper, and lead and/or indium was proposed in JP-A-53-104463, and a tin-containing aluminum alloy was further added with silicon, manganese, antimony, titanium, nickel, iron, and zirconium. JP-A-55-11173 proposed an alloy that improves the hardness and wear resistance of the alloy by adding and dispersing and precipitating one or more of molybdenum, molybdenum, and cobalt. As a result of further progressing in the development of bearing alloys since the invention of the above-mentioned application, the present inventor has found that the weight percentage is 4 to 25.
% tin, 0.5 to 8% zinc, 1 to 7%
silicon, chromium, manganese, nickel, iron,
At least one element selected from the group consisting of zirconium, molybdenum, cobalt, tungsten, titanium, antimony, niobium, vanadium, cerium, barium and calcium and 0.1
It has been found that an aluminum-based alloy containing 2.0% to 2.0% of copper and/or magnesium, with the balance being substantially aluminum, can meet the demands placed on modern internal combustion engine bearings. In other words, by dispersing and precipitating silicon, chromium, etc., this aluminum alloy has higher hardness, wear resistance, and fatigue strength than conventional tin-containing aluminum alloys, and has the same conformability as conventional alloys. The aluminum matrix (hereinafter referred to as Al base) is further strengthened with zinc to further increase high-temperature hardness and fatigue strength. In the present invention, due to the synergistic effect of both the strengthening of the matrix of the aluminum alloy and the strengthening of the alloy by fine dispersions of silicon, chromium, etc., the bearing performance of the aluminum alloy is significantly improved compared to the case of a single action. There is. The alloy composition of the present invention will be explained below. Tin is an element that changes the properties of aluminum alloy to soft and provides lubrication performance and conformability suitable for bearings. In addition, conformability refers to the condition in which minute irregularities caused by the machining accuracy of the shaft, which is the mating material of the bearing, are filled up or flattened by the bearing material, so that both the bearing and the shaft are bonded together with a film of lubricating oil always interposed between them. Refers to the property of a bearing in which the surface of the bearing is ground down by the shaft during early use of the bearing to allow contact. When the tin content exceeds 25%, the conformability and lubricity improve, but the hardness decreases;
If it is less than %, the aluminum-based alloy becomes too hard as a bearing alloy, resulting in poor conformability. In order to ensure that the fatigue strength and high-temperature hardness of tin-containing aluminum alloys are sufficient for the performance required for bearings, it is important that tin be dispersed in the alloy as erect particles. However, in Sn-Al binary alloys, when the tin content exceeds 15%, the tin particles tend to become coarse (that is, it becomes difficult to divide the tin particles into fine particles).
It was thought that the hardness of the Sn-Al binary alloy would decrease. However, in the present invention, due to the effects of adding elements described later, even when up to 25% of these elements are added, there is no problem in practical use as a bearing for an internal combustion engine.
How to determine the amount of tin added in the range of 4 to 25% should be determined appropriately depending on the application, but in general, it is determined by the load applied to the bearing, that is, the amount of tin added via the piston of the internal combustion engine. When the explosive load to be applied is large, the tin content is preferably low, for example 5 to 10%, and when the load is small, the tin content is preferably high. A load applied to a bearing causes deformation of the bearing, and the bearing's resistance to this deformation is defined as the load capacity. Furthermore, from a different perspective than the load capacity, in applications where bearing seizure is a concern due to high loads and high speed rotation, the tin content may be set high, for example, 15 to 25%. Next, silicon, chromium, manganese, nickel, iron, zirconium, molybdenum, cobalt,
Elements of the group consisting of tungsten, titanium, antimony, niobium, vanadium, cerium, barium, and calcium are precipitated in the Al substrate, and the precipitated forms are single elements, intermetallic compounds between elements, and one or more of these elements. There are intermetallic compounds between aluminum and aluminum, but all forms have the effect of improving wear resistance. The hardness of these precipitates is extremely hard, reaching several 100 on the Vickers hardness scale, and these hard precipitates have a remarkable effect of improving wear resistance when the mating shaft is made of spherical graphite. Furthermore, if the precipitation form of the above-mentioned precipitates is such that it inhibits the growth of aluminum crystal grains at high temperatures during bearing manufacture and use, it promotes fine and uniform dispersion of tin particles. In this regard, each element such as silicon has a promoting effect to varying degrees, and this effect is particularly remarkable when the amount added is small. Content of silicon etc. mentioned above (2
If the total amount is less than 1%, the amount of precipitates will be small and the effect of improving wear resistance will not be exhibited;
%, the precipitates become too large. As a result, the mechanical strength, such as toughness, of the aluminum-containing alloy decreases, resulting in a decrease in fatigue strength and making rolling difficult. In addition, since the rolling property decreases, fine and uniform dispersion of tin particles becomes difficult. The reason for this will be explained later. The preferable content of the above-mentioned silicon, etc. is 1.5 to 4.0%. Incidentally, among the silicon, chromium, etc. mentioned above, chromium of 1% or less has special properties in the following points. Chromium increases the hardness of aluminum-based alloys, prevents them from softening at high temperatures, and prevents tin particles from becoming coarser at high temperatures due to annealing when joining the bearing backing metal to the bearing alloy. These effects are remarkable. First, regarding the issue of increasing hardness and preventing softening at high temperatures, if the chromium content is less than 0.1%, these effects, especially the effect of preventing high temperature softening, cannot be expected, and if it exceeds 1.0%, it will not cause softening. Since the Al-Cr intermetallic compound cannot be finely and uniformly dispersed and its effectiveness is reduced, the content should be reduced to 0.1 or more.
It is limited to 1.0%. Prevention of high temperature softening,
In other words, to elaborate further on the point that the high-temperature hardness of aluminum-based alloys does not decrease rapidly, some chromium forms a solid solution in the Al base, thereby causing solid solution strengthening (hardening) of the Al base itself. Furthermore, in order to increase the recrystallization temperature, the recrystallization softening temperature is shifted to the high temperature side. Furthermore, chromium-containing aluminum alloys have increased work hardening properties, and when they are cold-rolled one or more times, their hardness becomes significantly higher than when they are cast. Another effect of chromium is to increase the recrystallization temperature, which increases the temperature in the high temperature range to which internal combustion engine bearings are exposed (130-150°C at oil pan temperature).
℃), it is particularly effective in maintaining the temperature characteristics of the mechanical properties of chromium-containing aluminum alloys stably, and in particular, the temperature dependence of hardness is reduced by containing chromium, which is particularly effective in the high-temperature region. This results in improved bearing strength (fatigue resistance and load capacity). Part of the chromium dissolves in the Al base, and the rest exceeds the solid solubility limit and precipitates as an Al-Cr intermetallic compound, which exhibits a Witzkers hardness of approximately 370. . When such hard precipitates are finely and uniformly dispersed in the Al ground, they contribute to maintaining high-temperature hardness. The chromium content at which such precipitates are finely and uniformly dispersed is 0.1 to 1.0%. Next, the effect of chromium on inhibiting the coarsening of tin particles will be described. The coarsening of tin particles is a phenomenon that occurs when a tin-containing aluminum alloy is exposed to high temperatures, resulting in movement of aluminum grain boundaries and movement or melting of tin particles. In addition, the movement of aluminum crystal grains is related to the start of recrystallization and the movement of general crystal grains is unrelated to this, while the movement of tin particles is due to the movement of aluminum crystal grains. Various factors can be considered, such as the fact that tin particles in the vicinity sometimes move in an attempt to coalesce, or the tin particles deform in an attempt to assume a stable shape under high temperatures, and the factors that bring about the above phenomenon are complex. A portion of the chromium added to the aluminum-based alloy according to the present invention forms homogeneous precipitates as described above, which directly prevents movement of aluminum grain boundaries during annealing or use. In other words, it is thought that the coarsening of the tin particles is prevented, and indirectly, the movement of the tin particles, that is, the coarsening of the tin particles is prevented. This means that the fine shape of the tin particles, which has been refined through repeated cold rolling and annealing of the aluminum alloy, can be maintained in a shape close to that when the bearing is used, and the above-mentioned effects of the tin particles are also maintained. It will be done. The effect of preventing tin particles from coarsening is
Although it is observed even when the tin content is low, it is especially noticeable when the tin content is relatively high (approximately 10% or more).
Approximately 15 minutes when fine tin particles try to become coarser continuously
% or more, a particularly remarkable effect appears. Furthermore, the fact that the tin particles remain fine and exist in the Al ground is also considered to be effective from the point of view of preventing the elution phenomenon of the tin particles.
The reason is that the melting point of pure tin is 231°C, and the temperature of the sliding surface of an internal combustion engine bearing during sliding can exceed the melting point of tin, and the temperature to which the bearing is exposed is always far away from the melting point of tin. Therefore, the tin particles may easily undergo plastic flow due to the load received from the shaft, or in extreme cases, the tin particles may melt at the above temperature. However, if the tin particles maintain their fine shape, even if they melt or become extremely fluid, it is thought that it will not have such an adverse effect as to significantly reduce the hardness of the aluminum alloy as a whole. As described above, it is possible to prevent the high temperature hardness of the aluminum alloy from decreasing at high temperatures during annealing or use of the bearing, and thereby it is possible to improve the fatigue strength of the aluminum alloy. As detailed above
Since a small amount of chromium (0.1 to less than 1%) is very effective in improving bearing performance, the total amount of chromium (0.1 to less than 1%) and one or more other elements such as silicon should be 1% or more. By selecting these elements, it is possible to provide an aluminum-based alloy that has both high wear resistance and high fatigue strength as a bearing for modern internal combustion engines that use cast iron shafts such as spheroidal graphite cast iron. Zinc is an element that has a relatively high solid solubility limit in aluminum, and even within the range of addition to the aluminum-based alloy according to the present invention, most of the zinc is dissolved in aluminum. Generally, binary alloys made of aluminum containing a small amount of zinc are not put into practical use because of their low strength, so a ternary intermetallic compound of Al-Zn-X (X is the third element) was precipitated. It is well known that aluminum alloys are used. The present invention is different from conventional zinc-containing aluminum alloys in that the purpose of the present invention is to improve the fatigue strength, load capacity, and high-temperature hardness by strengthening the aluminum base by adding zinc. Zinc is generally referred to as a low melting point metal like tin, but it has a higher melting point than tin and is less compatible. Therefore, when using a zinc-containing aluminum alloy that does not contain tin, it is necessary to apply a lead-based overlay thereon to use it as a bearing. However, when zinc is added to an aluminum-based alloy containing tin, such as the aluminum-based alloy of the present invention, the above-mentioned properties are improved without impairing conformability, so that it can be used as a bearing without using an overlay. As mentioned above, precipitates are formed by silicon, etc. (including chromium), and chromium strengthens the Al base and increases the recrystallization temperature of aluminum alloys, making chromium particles uniform and fine even at high temperatures. As will be described later, it is a necessary premise for zinc to have the above-mentioned effects. Copper and/or magnesium are elements that further reduce the decrease in hardness at high temperatures than when Si or Cr is added alone, and also increase the absolute value of hardness, thereby increasing the fatigue strength of the bearing. will further improve. If the content of copper and/or magnesium (in the case of both, the total content) is less than 0.1%, the effect of preventing a decrease in high-temperature hardness and increasing the absolute value of hardness cannot be expected, while if it exceeds 2.0%, the alloy becomes hard. Excessive rolling impairs the rollability and also reduces the corrosion resistance against lubricating oil. The effect of preventing copper and/or magnesium high-temperature hardness reduction is due to silicon in the alloy,
This is caused by the coexistence of chromium and the like, and even if the alloy is heated to 200°C or higher, the high-temperature hardness does not decrease much. Note that this effect becomes even more pronounced due to the presence of zinc, and a decrease in high-temperature hardness is extremely unlikely to occur, resulting in a marked improvement in load capacity and fatigue strength. The content of copper and/or zinc is preferably 0.2 to 0.8%. In addition to the above composition, the aluminum alloy of the present invention further contains 0.1 to 10%, preferably at least one element selected from the group consisting of copper, bismuth, indium, thallium, and cadmium.
Those containing 0.5 to 5% (hereinafter referred to as this alloy)
(referred to as Al-Pb alloy). These elements such as lead, in coexistence with chromium, have the effect of improving the lubricity and wear resistance of the tin-containing aluminum alloy without reducing its fatigue strength. In other words, when elements such as lead are added to the Al-Sn binary alloy, these elements are alloyed into the tin particles, lowering the melting point of the tin particles.
As a result, tin particles tend to move and melt, resulting in the disadvantage that they grow into coarse tin particles. Therefore, when a conventional Al-Sn-Pb ternary alloy is used in a bearing, the alloy may partially melt and peel off during continuous high-load operation.
On the other hand, as in the present invention, particles of tin-lead or their alloys are made fine by adding silicon, chromium, etc. or by cold rolling so that they can be maintained even at high temperatures. In addition, the lubricity, wear resistance, and conformability of the Al-Pb alloy provided by tin, lead, or their alloys are further enhanced without causing the adverse effects of melting of tin, lead, or their alloy particles. It will be done. The aluminum-based alloy of the present invention is cold-rolled and annealed in the same manner as conventional alloys, and is then pressure-welded to a backing steel plate and used as a bearing in direct contact with a shaft. In addition, the reduction rate of cold rolling is 5 to 5 in one rolling.
In the range of 50%, the overall reduction is determined to obtain the desired thickness. After cold rolling, annealing is performed at 27 to 350°C in order to remove processing stress and to partially generate precipitates such as intermetallic compounds.
The fine dispersion of tin particles is made finer by dividing the tin particles during cold rolling, and in the process of repeating such cold rolling and annealing, the tin particles become extremely fine and uniformly penetrate into the Al ground. Becomes dispersed. It is thought that the zinc dissolved in the Al base during the cold rolling and annealing steps described above does not precipitate or disperse. When spread, tin and zinc both have the property of being soft, low-melting point metals, and because they tend to form a eutectic composition and are easily alloyed, this alloying should be avoided as much as possible, since tin and zinc contain a large amount of zinc in the aluminum. It is desirable that the Zn-containing tin particles form a solid solution, or that even if alloying occurs, the shape of the Zn-containing tin particles is extremely small. It should be noted that according to the present invention, the effect of zinc is realized for the first time because the tin particles are made fine by the cold rolling and annealing process. Also, in precipitates such as silicon,
0.1 to 1% chromium has a special effect in that an Al-Cr intermetallic compound is precipitated at the time of pressure welding to the backing steel plate, and prevents the coarsening of tin particles during annealing after pressure welding and during use of the bearing. . The average diameter of the tin particles in the bearing of the present invention is preferably within the range of 5 to 30 microns. Hereinafter, the properties of the present invention and conventional alloys and the effects of alloying elements will be explained in more detail with reference to Examples. In Table 1 below, sample numbers 1 to 20 represent alloys of examples of the present invention, in which aluminum ingots are melted in a gas furnace, and then Al-Cr master alloy, Al-Cr master alloy, Al- Cu master alloy and Al−
Mg master alloy is molten and added, and finally, one or more of tin, zinc, lead, indium, bismuth, thallium, and cadmium is added to the molten metal according to the target component, and after obtaining a molten metal with the desired composition, chlorine gas is added. was degassed by blowing and then cast into a mold. The obtained ingot was cold rolled at room temperature and then annealed (350
℃) was repeated to produce a sample with dimensions of 6 mm in thickness and 200 mm in width. The room temperature hardness and 200°C hardness of this sample were measured. Subsequently, the above sample was further cold rolled, then annealed and pressure bonded to the backing steel plate, followed by annealing at approximately 350°C for bonding, resulting in a half metal shape with a diameter of 52 mm and a width of 20 mm. . The shaft material was quenched S55C, and a dynamic load bearing fatigue test was conducted on the above half metal under the following conditions. Testing machine - Soda type dynamic load tester Sliding speed - 400 to 470m/min Lubricating oil type - SAE10W30 Lubrication method - Forced lubrication Lubricating oil temperature - 140±5℃ Lubricating oil pressure - 5Kg/cm 2 Surface roughness of mating material (S55C) Hardness of mating material: Hv500 to 600 Bearing surface roughness: 1 to 3 μm Number of load cycles: 10 7 times In addition, a wear test of the bearing was conducted under the following conditions. Testing machine - Ultra-high pressure seizure tester Sliding speed - 468 m/min Load - The load was gradually increased at a rate of 1 ton/45 minutes (equivalent to 100 Kg/cm 2 /45 minutes), and the load was 500 Kg per 1 cm 2 of the sample. The test was canceled. Lubricating oil type - SAE10W30 Lubrication method - Forced lubrication Lubricating oil temperature - 120 ± 5°C Surface roughness of mating material (S55C) - 1 μm Roughness of iron parts (excluding graphite parts) on the surface of mating material (spheroidal graphite cast iron) -1μm Hardness of mating material (S55C) - Hv500 to 600 Hardness of mating material (spheroidal graphite cast iron) - Hv200 to 300 In addition, the seizure load was measured by increasing the load applied to the bearing until seizure occurred. The test was carried out under the same conditions as the wear test. The above measurement results and sample composition are shown in the table below (see 1).
Table). In addition, sample numbers 21 to 23 in the table are alloys of comparative examples, and were manufactured by the same manufacturing method as that of the present invention.

【表】 第1表中の硬さについて先ず説明する。試料番
号23のAl−Zn−Pb合金(比較例)は常温でHν
50の比較的高い硬さが得られており、試料番号21
及び22と比較すると亜鉛の含有により合金が冷間
圧延により加工硬化し易い性質に変化したことが
明らかであり、また4%の亜鉛はアルミニウム固
溶限以下であるからかかる変化はAl地の性質変
化によることも分かる。また、試料番号23を21及
び22と比較すると前者の200℃での硬さがより高
い。本発明の必須成分であるAl,Sn,Zn,Si等
及び銅/マグネシウムからなる合金は軟質のスズ
を多量に含んでいる(特に試料番号9(20%)及
び20(25%)にもかかわらず、硬さが高いことに
注目される。 次に、耐疲労強度について説明する。耐疲労強
度は本発明の合金が比較例の何れよりも優れてい
る。スズを含有する比較例の試料番号21及び22と
本発明の合金を比較すると、亜鉛及びシリコン等
の存在によつて耐疲労強度が向上していると結論
される。本発明者の見解では、Al地を強化する
亜鉛が耐疲労強度の向上に効果がある。なお、ス
ズ、インジウム及びタリウムを多量に含有した試
料の耐疲労強度はあまり高くない。一般的には、
特に高温強度が高くなるようにAl地の強化を図
れば耐疲労強度は向上し、逆にスズなどの軟質相
がアルミニウム系合金中に多量に存在すると耐疲
労強度は低くなるが、25%のスズを含有する試料
番号10,20では、再三述べたスズ粒子の微細化と
亜鉛によるAl地強化によつて、比較的高い耐疲
労強度が得られている。このようにスズ含有量が
多く、したがつてなじみ性及び潤滑性に富むとと
もに耐疲労強度が優れていることが本発明の軸受
合金の特色である。 続いて、摩耗量について説明する。S50Cに対
する摩耗量は比較例の試料番号22より本発明のも
のがすべて低いというわけではない。この比較例
は潤滑性に富むスズ及び鉛の合計含有量が多いた
め摩耗量が低いと考えられる。本発明の合金中で
は鉛又はビスマスを含有するもの及びスズ含有量
が多いものもS50Cに対する摩耗量が比較的少な
い。このことは、Al,Sn,Zn,Si等及びCu/Mg
を必須成分とする本発明の合金組成では、鉛、ビ
スマス及びスズの含有量が支配的であることを意
味する。なお、試料番号22でも低い摩耗量が得ら
れているため、スズの微細・均一分散形態は耐疲
労強度ほど決定的影響を摩耗量に与えない。DC1
(球状黒鉛鋳鉄)に対する摩耗量は本発明のもの
が比較例のものより低い。DCIに対する摩耗量
は、Si等及びPb等の添加量が多いほど低い傾向
が見られる。本発明者の見解ではDC1に対する耐
摩耗性は、第1にはSi等の硬質析出物により、第
2はPb等の潤滑作用によりアルミニウム含有合
金に付与されると考える。 最後に焼付荷重について説明する。S50Cに対
する焼付荷重は比較例中最もスズを含有する試料
番号21及び22のものよりも本発明のものがすべて
高いというわけではない。鋼材に対する焼付荷重
は耐摩耗性と同様にスズ、ビスマス及び鉛の含有
量の影響が支配的である。ところがDCIに対する
焼付荷重は本発明のものは比較例のものより高
い。特に鉛等を含有する試料番号13及び15の焼付
荷重が高く、またシリコン等の添加量が増大する
とともに焼付荷重が増大する傾向が見られる。以
上の事実から本発明者は次のとおり推論する。(イ)
鋼材に対するアルミニウム系合金の焼付抵抗は主
としてシリコン等の硬質析出物量とスズの含有量
によつて支配され、一方DCIに対する焼付抵抗
(高い荷重まで焼付かないこと)は、スズ含有量
を同一として場合は、第1に亜鉛及び鉛等の量に
より第2のシリコン等の析出物量により支配され
る。(ロ)DCIに対する焼付抵抗はスズの含有量が多
いほど高くなるが、スズ粒子が均一微細分散形態
を呈していないと軸受を内燃機関に使用しうるほ
ど高くならない。(ハ)鋼材に対する焼付抵抗はスズ
の分散形態が支配的でない。(ニ)耐摩耗性が優れて
いるアルミニウム含有合金でも焼付抵抗が必ずし
も高くない。耐摩耗性は主としてアルミニウム含
有合金の組成が、焼付抵抗は主としてその組織が
影響する。 以上の実施例から理解されるように、本発明の
合金は高温硬さ、耐疲労強度、耐摩耗性及び耐焼
付性を総合的に従来の合金と比較すると、近年の
内燃機関用軸受として、特に相手材をDCIとする
場合に、優れた性能をもつていると判断され、軸
受の信頼性の向上及び寿命の延長が達成されると
結論される。
[Table] First, the hardness in Table 1 will be explained. The Al-Zn-Pb alloy of sample number 23 (comparative example) has Hν at room temperature.
A relatively high hardness of 50 was obtained, and sample number 21
Comparing with and 22, it is clear that the inclusion of zinc changes the properties of the alloy to make it easier to work harden during cold rolling.Also, since 4% zinc is below the solid solubility limit of aluminum, this change is due to the properties of the Al base. It can also be seen that this is due to changes. Furthermore, when sample number 23 is compared with samples 21 and 22, the former has higher hardness at 200°C. The alloy consisting of Al, Sn, Zn, Si, etc. and copper/magnesium, which are essential components of the present invention, contains a large amount of soft tin (especially in spite of sample numbers 9 (20%) and 20 (25%)). First, it is noteworthy that the hardness is high.Next, the fatigue strength will be explained.The fatigue strength of the alloy of the present invention is superior to any of the comparative examples.Sample number of the comparative example containing tin Comparing 21 and 22 with the alloy of the present invention, it is concluded that the fatigue strength is improved due to the presence of zinc, silicon, etc. In the inventor's opinion, the zinc that strengthens the Al base improves the fatigue strength. It is effective in improving strength.In addition, the fatigue strength of samples containing large amounts of tin, indium, and thallium is not very high.Generally,
In particular, if the aluminum base is strengthened to have high high-temperature strength, the fatigue strength will improve.On the other hand, if a large amount of soft phases such as tin are present in the aluminum alloy, the fatigue strength will be lower, but 25% In sample numbers 10 and 20 containing tin, comparatively high fatigue strength was obtained due to the refinement of the tin particles and the strengthening of the aluminum base with zinc, as mentioned above. The bearing alloy of the present invention is characterized in that it has a high tin content and therefore has good conformability and lubricity as well as excellent fatigue strength. Next, the amount of wear will be explained. The amount of wear for S50C is not necessarily lower for all samples of the present invention than for Comparative Example Sample No. 22. This comparative example is considered to have a low amount of wear because the total content of tin and lead, which are rich in lubricity, is high. Among the alloys of the present invention, those containing lead or bismuth and those with a high tin content also have a relatively small amount of wear compared to S50C. This means that Al, Sn, Zn, Si, etc. and Cu/Mg
This means that the alloy composition of the present invention having lead, bismuth, and tin as essential components has a predominant content. In addition, since a low amount of wear was obtained in sample number 22, the fine and uniform dispersion of tin does not have as much of a decisive effect on the amount of wear as the fatigue strength. DC1
(Spheroidal graphite cast iron) The amount of wear of the present invention is lower than that of the comparative example. The amount of wear caused by DCI tends to be lower as the amount of Si, etc. and Pb, etc. added increases. The present inventor believes that wear resistance against DC1 is imparted to the aluminum-containing alloy firstly by hard precipitates such as Si and secondly by the lubricating action of Pb and the like. Finally, the seizure load will be explained. The seizure load for S50C is not necessarily higher for all of the samples of the present invention than for sample numbers 21 and 22, which contain the most tin among the comparative examples. The seizure load on steel materials is dominated by the contents of tin, bismuth, and lead, as well as wear resistance. However, the seizure load for DCI of the present invention is higher than that of the comparative example. In particular, the seizure load of sample numbers 13 and 15 containing lead etc. was high, and there is a tendency for the seizure load to increase as the amount of silicon etc. added increases. From the above facts, the inventor makes the following inference. (stomach)
The seizure resistance of aluminum alloys to steel is mainly controlled by the amount of hard precipitates such as silicon and the tin content.On the other hand, the seizure resistance to DCI (not seizing up to high loads) is , firstly by the amount of zinc, lead, etc., and secondly by the amount of precipitates such as silicon. (b) The seizure resistance against DCI increases as the tin content increases, but unless the tin particles are uniformly and finely dispersed, the resistance to DCI will not be high enough to allow the bearing to be used in an internal combustion engine. (c) The dispersion form of tin is not dominant in the seizure resistance of steel materials. (d) Even aluminum-containing alloys with excellent wear resistance do not necessarily have high seizure resistance. Wear resistance is mainly affected by the composition of the aluminum-containing alloy, and seizure resistance is mainly affected by its structure. As can be understood from the above examples, when the alloy of the present invention is comprehensively compared with conventional alloys in terms of high temperature hardness, fatigue strength, wear resistance, and seizure resistance, it is found that the alloy of the present invention has been used as a bearing for internal combustion engines in recent years. In particular, when the mating material is DCI, it is judged to have excellent performance, and it is concluded that improved bearing reliability and extended life are achieved.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 重量分率で、4ないし25%のスズ、0.5ない
し8%の亜鉛、1ないし7%のシリコン、クロ
ム、マンガン、ニツケル、鉄、ジルコニウム、モ
リブデン、コバルト、タングステン、チタン、ア
ンチモン、ニオブ、バナジウム、セリウム、バリ
ウム及びカルシウムからなる群から選択された少
なくとも1種の元素及び0.1ないし2.0%の銅及
び/又はマグネシウムを含有し、残部が実質的に
アルミニウムからなるアルミニウム系合金の軸
受。 2 前記アルミニウム系合金が鋼板の裏金上に接
着されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の軸受。 3 前記アルミニウム系合金が内燃機関のピスト
ンにより駆動せしめられる鋼軸又は鋳鉄軸と潤滑
油の油膜を介して接触していることを特徴とする
特許請求の範囲第2項記載の軸受。 4 重量百分率で、4ないし25%のスズ、0.5な
いし8%の亜鉛、1ないし7%のシリコン、クロ
ム、マンガン、ニツケル、鉄、ジルコニウム、モ
リブデン、コバルト、タングステン、チタン、ア
ンチモン、ニオブ、バナジウム、セリウム、バリ
ウム及びカルシウムからなる群から選択された少
なくとも1種の元素、0.1ないし2.0%の銅及び/
又は、マグネシウム、及び0.1ないし10%の鉛、
ビスマス、インジウム、タリウム及びカドミウム
からなる群から選択された少なくとも1種の元素
を含有し、残部が実質的にアルミニウムからなる
アルミニウム系合金の軸受。 5 前記アルミニウム系合金が鋼板の裏金上に接
着されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
4項記載の軸受。 6 前記アルミニウム系合金が内燃機関のピスト
ンにより駆動せしめられる鋼軸又は鋳鉄軸と潤滑
油の油膜を介して接触していることを特徴とする
特許請求の範囲第5項記載の軸受。
[Claims] 1. 4 to 25% tin, 0.5 to 8% zinc, 1 to 7% silicon, chromium, manganese, nickel, iron, zirconium, molybdenum, cobalt, tungsten, titanium, by weight fraction. , antimony, niobium, vanadium, cerium, barium, and calcium, and 0.1 to 2.0% of copper and/or magnesium, with the balance consisting essentially of aluminum. bearings. 2. The bearing according to claim 1, wherein the aluminum alloy is bonded to a back metal of a steel plate. 3. The bearing according to claim 2, wherein the aluminum alloy is in contact with a steel shaft or a cast iron shaft driven by a piston of an internal combustion engine via an oil film of lubricating oil. 4% by weight tin, 0.5 to 8% zinc, 1 to 7% silicon, chromium, manganese, nickel, iron, zirconium, molybdenum, cobalt, tungsten, titanium, antimony, niobium, vanadium, At least one element selected from the group consisting of cerium, barium and calcium, 0.1 to 2.0% copper and/or
or magnesium and 0.1 to 10% lead;
A bearing made of an aluminum alloy containing at least one element selected from the group consisting of bismuth, indium, thallium, and cadmium, with the remainder being substantially aluminum. 5. The bearing according to claim 4, wherein the aluminum alloy is bonded onto a back metal of a steel plate. 6. The bearing according to claim 5, wherein the aluminum alloy is in contact with a steel shaft or a cast iron shaft driven by a piston of an internal combustion engine via an oil film of lubricating oil.
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