滑动部件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有相对于其它部件滑动的滑动面的滑动部件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]例如对于在建筑机械的臂的关节部使用的轴承，由于会对轴承面施加非常大的面压，因而要求优异的耐磨损性。作为这种轴承，例如有对铸造合金进行切削加工而成的轴承和将石墨片呈斑点状嵌入到滑动面中而成的轴承，然而均存在制造成本高的问题。因此，提出了由成型性优异的烧结金属构成的烧结轴承来取代这些轴承。例如在专利文献I中示出了使铜分散到包含马氏体组织的铁碳合金中而成的烧结轴承，作为建筑机械用的轴承。对于该烧结轴承，在烧结后使烧结体整体淬火(例如油淬火)，然后，将内外周面和端面进行切削和研磨而精加工到规定的尺寸。
[0003]此外，专利文献2记载了这样的方法:为了按照烧结体中的各部位而使材质不同并按这些各部位使其功能不同，成型出在烧结体的内周面侧和外周面侧使材质不同的双层结构的压坯。具体地，使用高强度的第I粉末形成压坯的外周面侧，并使用低摩擦性优异的第2粉末形成内周面侧，然后，烧结该压坯。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I:日本特开2003 — 222133号公报
[0007]专利文献2:日本特开2005 — 95979号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的课题
[0009]在专利文献2记载的双层结构烧结体中，为了使内周面为低摩擦系数，需要在烧结体的内周面形成富铜层。另一方面，为了确保双层结构烧结体的外周面侧的高强度、特别是专利文献I记载的在建筑机械的臂的关节部处设置的轴承所要求的高强度，需要使用以铁一碳为主体的组织(珠光体组织)形成烧结体的外周面侧。在该情况下，为了得到珠光体组织而以1130°c以上的温度烧结压坯。
[0010]然而，在这样以超过铜的熔点(1083°C)的温度进行烧结的情况下，内周面的富铜层内所包含的铜完全熔融。由于熔融的铜被导入到外径侧的铜浓度低的层中，因而在烧结后的内周面中未形成充分的铜组织。另一方面，仅通过降低烧结温度无法确保在烧结体的外周面侧所需要的强度。因此，在这种情况下仍无法达到双层结构烧结体的本来目的。
[0011]因此，本发明的目的是提供一种可以在确保烧结体的强度的同时提高滑动面的滑动性和耐久性的滑动部件及其制造方法。
[0012]用于解决课题的手段
[0013]为了达到上述目的，本发明是一种滑动部件，其由烧结体形成，并具有相对于其它部件滑动的滑动面，其特征在于，所述滑动部件具有:滑动层，其包含含有合金元素的Fe、Cu和C作为主要成分;和基底层，其在与滑动层相接的状态下与滑动层一起被烧结，并且包含Fe、Cu、熔点比Cu低的低熔点金属和C作为主要成分，在所述滑动层上设置有滑动面。该滑动部件可用作例如建筑机械的臂的关节部的轴承。
[0014]通过使基底层含有Cu和低熔点金属，在烧结时，基底层所包含的低熔点金属首先熔融。低熔点金属的熔融液由于毛细管现象而在Fe粒子的内部深度扩散。并且，由于低熔点金属的熔融液润湿Cu粒子的表面，因而Cu在低于其熔点的温度时熔融，熔融后的Cu和低熔点金属浸透到Fe粒子并扩散到Fe粒子内部。由此，铁粒子彼此牢固地结合，基底层的强度得到提高，因而即使降低烧结温度，也可以确保轴承强度。通过将烧结温度设定为比Cu的熔点低的温度，使得滑动层内所含的Cu粒子即使在烧结过程中也不熔融而保持固体状态。因此，滑动层内所含的Cu粒子不会被导入到基底层内，能够使目标量的Cu组织分布在滑动面上。从以上来看，能够同时兼顾滑动面上的滑动性和烧结体的强度。
[0015]在该滑动部件中，只要含有使淬火性提高的元素(从N1、Mo、Mn和Cr中选择的至少I种)作为滑动层所包含的合金元素，则不进行浸碳淬火等热处理就能够在烧结后的冷却过程中使滑动层的Fe组织的至少一部分进行马氏体相变和贝氏体相变(烧结硬化)。由此，包含滑动面的滑动层实现了高硬度化，因而可以提高滑动面的耐磨损性。并且，与此同时，通过基底层中的的Cu和低熔点金属的向Fe粒子的浸透和扩散实现了基底层的强度提高，因而烧结体整体的强度提高。因此，能够用作冲击荷载频繁起作用而在高面压下使用的滑动部件、例如建筑机械的臂的关节部中使用的轴承。
[0016]另一方面，由于在占烧结体的大部分的基底层中基本上不含有上述的合金元素，因而，即使在冷却后基底层的大部分也不进行烧结硬化，因此，基底层的Fe组织不产生马氏体相变和贝氏体相变。这样，通过仅在滑动层内混配使淬火性提高的元素，可以削减昂贵的合金元素的使用量从容实现低成本化。并且，由于基底层与滑动层相比为软质，因而能够在精整工序(在模具内压缩烧结体进行整形的工序)中进行烧结体的尺寸矫正。在专利文献I的结构中，由于在烧结后的油淬火中使烧结体整体硬化，因而不得不通过切削、研磨等机械加工来进行烧结体的尺寸矫正，但是本发明的滑动部件能够通过精整进行尺寸矫正，不需要机械加工。并且，也不需要烧结后的淬火工序。这样可以省略烧结后的淬火工序和机械加工工序，因而与专利文献I所述的发明相比可以使滑动部件进一步低成本化。
[0017]优选使用磷作为基底层所包含的低熔点金属。并且，基底层中的低熔点金属的浓度优选是在0.1?0.6wt %的范围内。
[0018]通过将滑动层的Cu浓度设定为10wt%以上且30wt%以下，可以在确保滑动面的滑动性的同时防止因铜的过度使用所引起的高成本化。虽然为了使基底层的Fe粒子结合而需要使基底层也含有Cu，然而此时通过使基底层的Cu浓度比滑动层的Cu浓度小，可以抑制高价的铜的使用量，实现低成本化。
[0019]若是以比Cu的熔点低且比Fe与C的反应温度高的温度对烧结体进行烧结，则可以使滑动层所包含的铜在烧结中完全不熔融而维持为固体状态，可以提高滑动层的滑动性。并且，由于Fe与C反应而在Fe组织内形成硬的珠光体相(一部分是铁素体相)，因为可以确保基底层的强度。
[0020]滑动层还可以形成为部分圆筒状，该部分圆筒状在与轴向垂直的截面中具有端部。在该情况下，应该富含铜的滑动面不是形成在烧结体的整个周向上，而是仅形成在周向上的一部分区域内。由此，与在烧结体的整个周向区域内设置滑动面的情况相比，可以抑制高价的铜的使用量，实现烧结轴承的低成本化。另外，在使用滑动部件作为轴承的情况下，轴很少相对于滑动部件的内周面整周滑动，多数情况是，滑动部件中的相对于轴滑动的滑动区域由于重力的影响而被限定于周向上的局部区域。因此，若以使滑动层的滑动面位于该限定的局部区域内的方式调整朝向和姿势后将滑动部件固定于外壳上，则可以利用滑动面稳定地支承轴。
[0021]以上所述的滑动部件可以如下这样得到:制备出第一粉末，所述第一粉末包含Fe、Cu、熔点比Cu低的金属和C作为主要成分，制备出第二粉末，所述第二粉末包含含有合金元素的Fe、Cu和C作为主要成分，在模具内配置分隔部件而形成第一腔和第二腔，在第一腔内填充第一粉末，并在第二腔内填充第二粉末，在卸下分隔部件的状态下对模具内的第一粉末和第二粉末同时压缩而形成压坯，对压坯进行烧结，形成与第一粉末对应的组分的基底层、和与第二粉末对应的组分的滑动层，然后，对所得到的烧结体实施精整和浸油。
[0022]在同时压缩第一粉末和第二粉末而成型出压坯时，如果两种粉末的表观密度之差较大，会对压坯的成型带来障碍。与此相对，通过使基底层的厚度比滑动层的厚度大并且使第一粉末的表观密度比第二粉末的表观密度小，能够实现压坯的成型。即，即使第一粉末与第二粉末的表观密度有少许的差异，也能够容易地成型出压坯。
[0023]发明的效果
[0024]如以上所述，根据本发明，可以在确保烧结体的强度的同时提高滑动面的滑动性和耐久性。
【附图说明】
[0025]图1是组装有烧结轴承的关节部的剖视图。
[0026]图2是烧结轴承(第I实施方式)的主视图。
[0027]图3是示出在压缩成型工序中填充了第I粉末后的状态的剖视图。
[0028]图4是示出在压缩成型工序中填充了第2粉末后的状态的剖视图。
[0029]图5是示出在压缩成型工序中使分隔部件下降后的状态的剖视图。
[0030]图6是示出在压缩成型工序中将多余的粉末去除后的状态的剖视图。
[0031 ]图7是示出在压缩成型工序中使用上冲头压缩混合粉末的状态的剖视图。
[0032]图8是示出在压缩成型工序中从模具中取出了压坯的状态的剖视图。
[0033]图9是示出在烧结工序中使用的烧结炉的概略剖视图。
[0034]图10是示出在精整工序中使用的模具的剖视图。
[0035]图11是示出烧结轴承的压缩成型工序以后的制造工序的剖视图。
[0036]图12是示出使淬火性提高的合金元素的浓度梯度的曲线图。
[0037]图13A是表示滑动层的微观组织的图。
[0038]图13B是表示基底层的微观组织的图。
[0039]图14是烧结轴承的半径方向的剖视图。
[0040]图15是组装有烧结轴承的关节部的剖视图。
[0041]图16是烧结轴承(第2实施方式)的半径方向的剖视图。
[0042]图17是成型模具装置的俯视图。
[0043]图18是烧结轴承(第3实施方式)的半径方向的剖视图。
[0044]图19是烧结轴承(第4实施方式)的半径方向的剖视图。
[0045]图20是烧结轴承(第4实施方式)的轴向的剖视图。
[0046]图21是示出在压缩成型工序中填充了第I和第2粉末后的状态的剖视图。
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