專利名稱：：鐵系燒結(jié)軸承及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于馬達的軸承或復印機等送紙輥軸的軸承等的合適的鐵系燒結(jié)軸承及其制造方法，特別是涉及一種既能減少軸承的摩耗量又能降低旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量的技術(shù)。
背景技術(shù)：
：以往的軸承大都{頓燒結(jié)合金制的軸承。由于燒結(jié)合金具有浸漬的潤滑油的自潤滑性，所以，防燒傷性(耐嫩寸針生)和耐摩耗性良好，得至IJ廣泛應(yīng)用。例如在日本特開平11-117940號公報中，公開了一種在滑動面上設(shè)置有由Cu:10%30%、余量Fe組成的鐵銅系燒結(jié)合金層的軸承。然而，近年來，由于銅價暴漲，所以，在日本特開平11-117940號公報中記載的4頓10%30%銅的技術(shù)制造成本較貴，不實用。因此，以鐵為主要成分的軸承的需求越，高。然而，在以鐵為主要成分的軸承的情況下，其缺點是，容易燒傷，并且，也容易損傷作為,部件的旋轉(zhuǎn)軸。特別是，在將沒有進行熱處理的硬度較低的旋轉(zhuǎn)軸和以鐵為主要成分的軸承組合使用的情況下，J^5，更為顯著。
發(fā)明內(nèi)容因而，本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)良的耐摩耗性，同時，具有與鐵銅系燒結(jié)合金軸承等同的防劍分性和對配對部件的沖擊緩和性的鐵系燒結(jié)合金軸承及其制造方法。本發(fā)明提供一種具有支撐軸的外周面的軸承面的鐵系燒結(jié)軸承，其特征在于，燒結(jié)合金的整體組成是按質(zhì)量比計，Cu:2.0%9.0%、C:1.5%3.7%、^ft^S不可避免的雜質(zhì)，在軸承的內(nèi)部，在按面積率計由^^體為20%85%及余量為珠光體構(gòu)成的鐵合金相中，顯示在與軸承的軸向交叉的方向上延伸的銅相、石墨相及氣孔分散的金相組織，在軸承面上，銅相以8%40%的面積率露出。另外，本發(fā)明提供一種鐵系燒結(jié)軸承的制造方法，該方法是在由具有模孔的模頭、配置在模孔內(nèi)的心棒、以及可自由滑動地嵌合于模頭的模L和心棒外周的下沖頭構(gòu)成的模腔中填充原料粉末，將該原料粉末通過可自由滑動地嵌合于模頭的?？缀托陌敉庵艿纳蠜_頭與下沖頭進行壓粉成形，將所得到的壓粉體進行燒結(jié)，其特征在于，在該制造方法中，原料粉末是將平均粒徑為2015(^m的扁平狀銅粉2.09.0質(zhì)STo和平均粒徑為4080nm的石墨粉1.53.7質(zhì)3%添加到鐵粉中混合得到的，燒結(jié)M為950°C1030°C。下面，說明本發(fā)明的數(shù)值限定的根據(jù)和本發(fā)明的作用。此外，在以下的說明中"％"表示質(zhì)4%。銅粉的粒徑在本發(fā)明的鐵系燒結(jié)軸承的制造方法中，往原料粉末中混合扁平狀的銅粉并填充到模腔中。然后，在原料粉末下落到模腔內(nèi)時，銅粉被集中附在心棒上，銅粉處于緊貼在心棒上的狀態(tài)。由此，與軸承內(nèi)部比較，有滑動特性要求的軸承內(nèi)徑面上露出更多量的銅相。在本發(fā)明中，^Cu量的全部以扁平狀的銅粉形式添加，由此，既能確保露出到軸承內(nèi)徑面上的銅相的量，也能陶氐軸承內(nèi)部的Cu量。填充含有扁平狀銅粉的原料粉末時，雖縦心棒的周圍銅粉在平行或艦平行的狀態(tài)下取向，但是，在軸承內(nèi)部，扁平狀的銅粉向模腔內(nèi)落下時容易在與軸承的軸向垂直的方向上取向。因此，在將原料粉末壓縮成形、燒結(jié)之后，在軸承內(nèi)部，銅相以與軸承的軸向垂直或接近垂直的狀態(tài)延伸。銅相與鐵合金相相比強度雖然低，但銅相通^±^方式的分散，由于軸向的銅相的量減少，確保了對于軸向載荷的強度。為了得到以上的作用、效果，扁平狀的銅教，立徑取20150nm。當銅粉的粒樹氐于20nm時，存在于鐵粒子之間的銅的比例過多，船隹進行粒子之間的燒結(jié)。其結(jié)果是，軸承的強度降低，增大了軸承的摩耗量。另一方面，當銅粉的粒^^1150叫時，銅粉船隹附著在心棒上，露出到軸承內(nèi)徑面上的銅相的面積率斷氐。其結(jié)果是，易于產(chǎn)生軸承的燒傷，同時，增大了旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量。此外，為了確保銅粉的扁平性，銅粉的粒子直徑與厚度比最好是2.520。4銅粉的添加量銅粉的添加量少時，露出到軸承內(nèi)徑面上的銅相的面積率降低。另一方面，銅粉的添加量多時，軸承的強度斷氏，增大了軸承的摩耗量。因此，銅粉的添加量為2.0%9.0%。石墨粉的粒徑采用戰(zhàn)扁平狀的銅粉，雖然育繊保露出到軸承內(nèi)徑面上的銅相的量，但是，在本發(fā)明中，還將石墨分散在鐵合金相中形成游離石墨相。游離石墨相起固術(shù)閏滑齊啲作用，提高了滑動特性。因此，石墨粉的?！毒葱r，C容易擴散到鐵合金相中，珠光體的量增大，鐵合金相的硬度增加。其結(jié)果是，滑動,的旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量增大。并且，游離石墨相的量M^會導致滑動特性的降低。另一方面，石墨粉的粒，S1大時，C難以向鐵合金相中擴散，基體的5販斷氐，增大了軸承的摩耗量。此外，石墨的粒^31大時，由于阻礙金屬粉之間的結(jié)合而斷氏材料纟雖，所以，軸承的摩耗量增大。因此，石墨粉末的平均粒徑為4080,石墨粉的添加量石墨粉末的添加量少時，鐵合金相中的鐵素體量增多，？艘變低，軸承的摩耗量增大。此外，陶氐了固術(shù)閏滑媒。另一方面，石墨粉末的添加量多時，珠光體的量增加，導致鐵合金相的硬度上升，同時，阻礙金屬粉之間的結(jié)合從而降低材料纟艘，因此，會增大旋轉(zhuǎn)軸和軸承的摩耗量。因此，石墨粉的添加量為1.5%3.7%。燒結(jié)驗在本發(fā)明中，為了在鐵合金相中形成石墨相，燒結(jié)》M很重要。當燒結(jié)溫度低時，鐵合金相中的鐵素體量增多，硬度變低，軸承的摩耗量增大。另一方面，當燒結(jié)、鵬高時，珠光體的量增加，5販增加，所以，在增大旋轉(zhuǎn)軸摩耗量的同時，鐵合金相的弓賊降低，軸承的摩耗量增大。因此，燒結(jié)纟鵬為95(TC腦。C。根據(jù)本發(fā)明，艦露出至訴由承內(nèi)徑面上的銅相和石墨相，育射尋到具有優(yōu)良的耐摩耗性，同時具有與鐵銅系燒結(jié)合金軸承同等的防燒傷性和對,部件的沖擊緩和性等的^，。圖1是本發(fā)明例子的軸承內(nèi)徑面的光學顯微鏡照片。具體實施形式(1)軸承的制造下面，通過實施例更詳細地說明本發(fā)明。為了制造軸承的燒結(jié)合金，預(yù)備下述的原料粉末。1、礦石還原鐵粉(平均粒徑lOOpm)2、銅箔粉(平均粒徑10pm、20nm、50nm、100nm、150pm、200pm)3、電解銅粉(平均粒徑50nm)4、天然石墨粉(平均粒徑20nm、40pm、60nm、80nm、lOOpm)5、硬脂,將這些粉末按整體組成如圖1所示的比例配合，用混合機混合。此外，硬脂酸鋅是為了成形時潤滑而添加的物質(zhì)，以除去硬脂,的混合粉末為100%時，相對于全部混^^末添加0.5%的硬脂勝辛。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>※平均粒徑=長度方向的粒徑的平均值將上述混合粉末壓縮成形為軸承的圓筒形狀，進行燒結(jié)和精整(廿吖yy夕')。燒結(jié)是在氫氣和氮氣的混仏體中，在表1所示的》M下進行的，用通常的方法進行精整。軸承的密度為6.0Mg/m3，有效L隙率為20。/。。然后，使?jié)櫥?礦物油粘度等級ISOVG56)浸漬到軸承的氣孔中，得至IK^No.lNo.24。(2)刑介對于，試樣，測定軸承內(nèi)徑面的銅相面積率、鐵合金基體中的鐵素體面積率、^1艘(洛氏fl鵬)、徑向艘(圧環(huán)強3)以及軸承和旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量。摩耗量的觀啶是將S45C制的旋轉(zhuǎn)軸安裝到置于水平的馬達旋轉(zhuǎn)軸上，將i^定轉(zhuǎn)軸保持間隙i也插入安裝于殼體上的軸承中，在將垂直方向的載荷施加給殼體的狀態(tài)下，使旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動5!6S行測定的。該試驗的周圍溫度保持在80。C，旋轉(zhuǎn)軸的，為3000rpm，載荷表面壓力為lMPa。軸承和旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量是i微前內(nèi)，5及外徑尺寸與運轉(zhuǎn)1000小時后的尺寸之差。以上結(jié)果示于表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>如表2所示，在銅箔粉的添加量低于本發(fā)明范圍的i^fNal中，由于軸承內(nèi)徑面中的銅相面積率減少，所以，旋轉(zhuǎn)軸的摩耗增多。另外，在銅箔粉的、添加量高于本發(fā)明范圍的i^^Na5中，由于軸承的5艘陶氐，所以，增大了軸承的摩耗量。i^fNo.6雖然i頓了電解銅粉作為添加的銅粉，但是，軸承和旋轉(zhuǎn)軸雙方的摩耗量都增大。認為這是因為軸承的內(nèi)徑面中銅相面積率變低，所以粘附到心棒上的銅粉的量M^的原因。與之相對地，在本發(fā)明例子的i^fNo.24中，旋轉(zhuǎn)軸和軸承的摩耗量小。在石墨粉的添加劃氐于本發(fā)明范圍的i^^No.7中，由于鐵合金相中的鐵素體面積率增大，基體MS降低，表觀硬度也降低，軸承的摩耗量增大。此外，由于游離石墨相的量M^會導致固體潤滑性變差，所以，旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量也增大。另外，石墨粉的添加量增加時，由于鐵合金相中的鐵素體面積率降低，珠光體的面積率增加，表觀硬度增加，軸承的摩耗量降低。另一方面，在石墨粉的添加量ffit^發(fā)明范圍的試樣Na11中，石墨粉的添加量過多，妨礙鐵粉之間的擴散，其結(jié)果是，雖然降低了表觀販，但鐵合金相中的珠光體的面積率增加，基體硬度變高，旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量增大，并且，由于軸承的徑向販(或強度)降低，所以，軸承的摩耗量也增大。與之相對地，在本發(fā)明例子的i^fNo.810中，旋轉(zhuǎn)軸和軸承的摩耗量小。在石墨粉的粒徑低于本發(fā)明范圍的i^^No.12中，由于鐵合金相中的珠光體的面積率增大，所以硬度增加，旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量增大。并且，旋轉(zhuǎn)軸的摩耗粉起研磨材料的作用，結(jié)果軸承的摩耗量也大。在石墨粉的粒徑皿本發(fā)明范圍的i^fNo.15中，軸承的徑向3破(或纟販)斷氐，軸承的麟量增大。與之相對地，在本發(fā)明例子的i^fNo.13、14中，軸承和旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量小。在銅箔粉的粒樹氐于本發(fā)明范圍的i^^No.16中，存在于鐵粒子之間的銅比例過多，難于進行粒子之間的燒結(jié)，結(jié)果是，軸承的強度降低，軸承的摩耗量增大。在銅箔粉的粒t彌財發(fā)明范圍的i^fNo.20中，銅粉難以附著在心棒上，露出到軸承內(nèi)徑面上的銅相的面積率降低，結(jié)果是，旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量增大。與之相對地，在本發(fā)明例子的i^^No.1719中，軸承和旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量小。在燒結(jié)MM氐于本發(fā)明范圍的i^fNo.21中，鐵合金相中的鐵素體量增多，鵬變低，軸承的摩耗量增大。在燒結(jié)》鵬^3tt發(fā)明范圍的i^fNa24中，由于珠光體的量增加，硬度增加，所以，旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量增大。與之相對地，在本發(fā)明例子的試樣No.22、23中，軸承和旋轉(zhuǎn)軸的摩耗量小。(3)組郷見察圖1是本發(fā)明例子的軸承內(nèi)徑面的SEM照片。如圖1所示，在本發(fā)明例子的軸承內(nèi)徑面，銅相和石墨相分散在鐵合金相中，銅相平4i也配置在軸承內(nèi)徑面上。通^1S樣的銅相，軸承內(nèi)徑面的銅相面積率增大，上述滑動性能提高。權(quán)利要求1.鐵系燒結(jié)軸承，其特征是，是具有支撐軸外周面的軸承面的鐵系燒結(jié)軸承，燒結(jié)合金的整體組成是按質(zhì)量比計，Cu2.0％～9.0％、C1.5％～3.7％、余量鐵及不可避免的雜質(zhì)，在軸承的內(nèi)部，在按面積率計由鐵素體為20％～85％及余量為珠光體構(gòu)成的鐵合金相中，顯示在與軸承的軸向交叉的方向上延伸的銅相、石墨相及氣孔分散的金相組織，在所述軸承面上，銅相以8％～40％的面積率露出。2.—種鐵系燒結(jié)軸承的制造方法，其特征是，在由具有?？椎哪ｎ^、配置在所述?？變?nèi)的心棒、以及可自由滑動地嵌合于所述模頭的模L和所述心棒外周的下沖頭構(gòu)成的模腔中i真充原料粉末，將該原料粉末通過可自由滑動地嵌合于所述模頭的?？缀托陌敉庵艿纳蠜_頭與所述下沖頭進行壓粉成形，將得到的壓粉體進行燒結(jié)，在該鐵系燒結(jié)軸承的制造方法中，所述原料粉末是將平均粒徑為20150nm的扁平狀銅粉2.09.0質(zhì)1%禾口平均粒徑為4080nm的石墨粉1.53.7質(zhì)*%添加到鐵粉中混合得至啲粉末；所述燒結(jié)溫度為950。C103(TC。3.根據(jù)權(quán)利要求2記載的鐵系燒結(jié)軸承的制造方法，其特征是，所述銅粉的粒徑與厚度之比是2.520。全文摘要本發(fā)明涉及鐵系燒結(jié)軸承及其制造方法。具有支撐軸外周面的軸承面的鐵系燒結(jié)軸承，其中燒結(jié)合金的整體組成是按質(zhì)量比計，Cu2.0～9.0％、C1.5～3.7％、余量鐵及不可避免的雜質(zhì)，在軸承的內(nèi)部，在按以面積率計鐵素體為20～85％及余量為珠光體構(gòu)成的鐵合金相中，顯示在與軸承的軸向交叉的方向上延伸的銅相、石墨相及氣孔分散的金相組織，在軸承面上，銅相以8％～40％的面積率露出。文檔編號C22C38/16GK101684536SQ200910130799公開日2010年3月31日申請日期2009年2月20日優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日發(fā)明者柳瀨剛申請人:日立粉末冶金株式會社