DE2106391A1

DE2106391A1 - Aluminium Legierung als Lagermatenal

Info

Publication number: DE2106391A1
Application number: DE19712106391
Authority: DE
Inventors: Kenneth London Lloyd
Original assignee: Glacier Metal Co Ltd
Current assignee: Federal Mogul Engineering Ltd
Priority date: 1970-02-13
Filing date: 1971-02-11
Publication date: 1971-08-19
Also published as: CA958565A; GB1340489A; US3753695A; FR2078514A5

Description

Aluminium-Legierung als Lagermaterial

Die Erfindung betrifft eine Aluminium-Legierung als Lagermaterial z.B. in Lagerschalen in Form eines Verbundmaterials, wobei die Legierung z.B. durch Walzen auf einen Stahlrücken gebunden wird,und zwar entweder direkt oder über eine Zwischenschicht in Form einer Metallfolie oder einer Plattierung des Stahlrückens mit z.B. Nickel oder Kobalt.

Die erfindungsgemäße Aluminium-Legierung enthält zumindest1 Gew.-% Wismut vorzugsweise 7bis 10 96 Bi oder für manche Anwendungsgebiete auch bis hinauf zu 16 % Bi. In dem Aluminium braucht neben dem Wismut kein anderes Legierungselement vorzuliegen oder auch weitere Legierungselemente enthalten sein, jedoch sollte die Aluminium-Legierung zumindest 50 % Al enthalten.

Es wurde festgestellt, daß ein derartiges Lagermaterial überraschenderweise die Fähigkeit hat^ ohne einem Ablösen

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oder Fressen eine momentane Berührung mit der Welle oder dem Zapfen zu überstehen, wenn aus irgendeinem Grund die Dicke des Schmierfilms örtlich geringer wird als die Oberflächenrauhigkeit. Diese Eigenschaft bezeichnet man als "Verträglichkeit" (compatibility). Während die Weichheit des Lagermaterials ein Faktor ist, diese Eigenschaft zu erreichen,bestehen weitere Faktoren, so daß im allgemeinen das Auftreten dieser Eigenschaft nur wenig durchsichtig ist. Es sind bereits drei Aluminium-Legierungen als Lagermaterialien bekannt, die eine tiefschmelzende Phase enthalten und auf Grund ihrer hohen Verträglichkeit angewandt werden können. Es handelt sich dabei um die Legierungen des Aluminiums mit Zinn, Blei bzw. Cadmium.

Die Erfindung bringt nun eine Abwandlung dieser bekannten Aluminium-Legierungenjhämlich eine Aluminium-Wismut Legierung, deren Oberflächeneigenschaften zumindest gleich meist jedoch besser sind als die dieser drei Legierungen bei gleichen Mengenanteilen an niederschmelzenden Komponenten.

Es kann angenommen werden, daß diese günstigen Eigenschaften der Aluminium-Wismut -Legierung auf dem rhomboedrischen Gefüge von Wismut beruht. Es wird angenommen, daß die Korrosionsbeständigkeit des Wismut in Maschinenölen besser ist als beispielsweise eine ähnlich aufgebaute Aluminium-Blei-Legierung. Zinn wird üblicherweise Aluminium-Blei-Legierungen zugesetzt zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gegenüber Maschinenölen.Bei dem Vergleich wird jedoch Bezug genommen auf Aluminium-Blei-Legierungen ohne Zinnzusatz. Wismut zeigt die ungewöhnliche Eigenschaft, sich beim Erstarren auszudehnen. Es *ärd angenommen, daß dieses Phänomen auch zur Verringerung dar Spamungskräfte entlang der Grenzfläche zwischen dem weichen Material und der umgebenden härteren Grundmasse beiträgt, wodurch die

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Ermüdungsbeständigkeit des Werkstoffs vergrößert wird. Selbstverständlich wird die Porosität der Legierung herabgesetzt, wenn sich das Wismut ausdehnt und damit die Zwischenräume des umgebenden Aluminiums erfüllt.

Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Legierung, die sich als Lagermaterial anwenden und auf einen Stahlrücken binden laßt, enthält sie 1 96 oder 3 bis 7 % Wismut einschließlich der Bleiverunreinigungen, Rest Aluminium mit Ausnahme geringfügiger Verunreinigungen sowie gegebenenfalls jeweils bis zu 3 % Kupfer und/oder Nickel und/oder Mangan zur Erhöhung der Festigkeit der Aluminiumgrundmasse. Darüberhinaus kann auch bis zu 5 % oder bis 11 % Silicium zugesetzt werden zusammen mit z.B. 1 % Kupfer und/ oder Nickel. Schließlich kann es wünschenswert sein, geringe Anteile eines Metalls oder einer anderen Substanz zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit zuzusetzen.

ruft

Das Wismut /Oberflächeneigenschaften der Aluminium-Legierung hervor, die bei einem Lagerwerkstoff gefordert werden. Eine definierte Zusammensetzung kann nur an oder in der Nähe der Gleitfläche angegeben werden. Jedoch sollte die ganze Legierung gleichmäßige Zusammensetzung besitzen.

Es scheint, daß -vorausgesetzt, daß sich in der Gleitfläche Wismut befindet- es nicht notwendig ist über die ganze Stärke des Lagermaterials Wismut vorliegen zu haben. Das Wismut zeigt gute Oberflächeneigenschaften, weil es Schmutz, ohne daß die Lagereigenschaften wesentlich beeinflußt werden, aufzunehmen vermag. Es ist demnach nicht erforderlich, eine Blei/Zinn-oder eine andere Deckschicht auf der Gleitfläche vorzusehen, wie dies bisher für viele Lagermaterialien, die in erster Linie aus Aluminium bestehen, für nötig befunden wurde. Der Aufwand für das Wismut im Aluminium

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wird leicht kompensiert durch die Vermeidung der Notwendigkeit einer Deckschicht.

Die Erfindung betrifft somit ein Gleitlager oder ein Lagermaterialj wobei sich zumindest in der Gleitschicht die erfindungsgemäße Aluminium-Wismut -Legierung befindet. Diese kann auf einem Stützmaterial insbesondere einem Stahlrücken befestigt sein. _t

Es wird angenommen, daß die Ermüdungsbeständigkeit von Aluminium-Blei-Legierungen geringer ist als die von Aluminium-Wismut .-Legierungen mit dem gleichen Anteil an Legierungselement. Das Wismut in einer Aluminium-Legierung, wenn diese abgewandt wurde auf eine für das Aufbringen auf einen Stahlrücken entsprechende Stärke, neigt zur Ausbildung von langen Zeilen oder Streifen, die sich leicht in Tröpfchen oder Kugeln umwandeln , wenn die Legierung angelassen wird. Dies steht im Gegensatz zu Aluminium-Blei-Legierungen, die beim Anlassen nicht leichtzu Kugeln zusammenlaufen. Diese Eigenschaft der erfindungsgemäßen Alundntum-Wismut -Legierungen zusammen mit der Ausdehnung bei der Erstarrung verringert die Kräfte, die entlang der Aluminiumkorngrenzen auftreten, gegenüber Legierungen enthaltend Zinn oder Blei und führen daher zu einer größeren Ermüdungsbeständigkeit. Es wurden Versuche mit einem Lagermaterial aus Aluminium-Wismut Legierung durchgeführt, aus denen der Schluß gezogen werden kann, daß der Wismut^anteil des Aluminiums für entsprechende Oberflächeneigenschaften geringer sein kann als der für Zinn oder Blei und dies weiter zu einer Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit führt, da ja eine geringere Menge an weicheren EanscftLüssen in der umgebenden Grundmasse aus Aluminium erforderlich ist.

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Die Erfindung wird an folgenden Beispielen erläutert. Beispiel 1:

Ein Lagermaterial bestand aus 3 % Bi, 1 % Cu und 96 % Al. Die Komponenten in den entsprechenden Mengenanteilen wurden in eine Gießwanne eingebracht und das ganze eingeschmolzen, woraufhin der erhaltene Gießling zu einem

gewalzt Stab mit einer Stärke von etwa 1,27 mm (0,05 incliy. Dieses

Band wurde dann auf einen Stahlrücken gebunden. Beispiel 2:

Im Sinne des Beispiels 1 wurde ein Verbundlager hergestellt, dessen Gleitmaterial 7 % Bi, 2 % Ni, 4 % Si und 87 % Al enthielt.

Beispiel 5:

Es wurde ein Lagermaterial hergestellt aus einer Schmelze enthaltend 16 % Bi, 1 % Cu, 1 % Ni, 1 % Mn, 11 % Si, 70 % Al. Die Schmelze wurde abgegossen und langsam abgekühlt, so daß der Hauptteil des Wismuts zu Tropfen zusammenlaufen konnte. Da Aluminium wesentlich leichter ist, so war in dem Gießling der Anteil des Wismuts an der Oberfläche sehr gering, wohingegen er im unteren Bereich hoch war. Aus diesem Material läßt sich ein zufriedenstellendes Lager herstellen, wobei die hoch wismutjialtige Fläche als Gleitfläche und die Fläche mit geringem Wismut^anteil zur Bindung auf dem Stahlrücken dient.

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Beispiel 4:

Zur Herstellung eines Lagermaterials wurden 10 % Bi, 2 % Cu, 1 % Si, 87 % Al als Pulver gemischt und das ganze dann in einer Stützschale gesintert und anschließend mit diesem Rücken durch Walzen verbunden.

Im beiliegenden Diagramm sind die Versuchsergebnisse schematisch dargestellt, die man mit einer Aluminium-Legierung enthaltend Wismut. . bzw. Zinn als zweite Phase erreicht. Aus dem Diagramm ersieht man, daß bei einer Legierung mit einem Zinngehalt von etwa 18,3 % die Laufzeit bis zum Fressen nicht nennenswert besser ist als bei einer Legierung mit einem Wismut ,gehalt von 13,6 %. Darüberhinaus zeigt das Diagramm auch, daß eine Legierung enthaltend 6,2 % Bi nach 200 Zyklen zum Fressen kommt, während eine Legierung mit 6,2 % Zinn dies bereits bei 140 Zyklen tut.

Es ist auch möglich,Wismut in den in dem Lager laufenden Zapfen oder in die entsprechende Welle einzubringen und zwar entsprechend einem Wismut .gehalt, von 1, 3, 6, 8, 12 oder 16 %, wenn die Welle oder der Zapfen aus Stahl, Aluminium oder einem anderen Metall besteht.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansp rüche

1. Lagermaterial in Form einer Aluminium-Legierung, gekennzeichnet durch 1 bis 16 Gew.-% Wismut

2. Lagermaterial nach Anspruch 1, gekennzeich net durch zumindest 50 % Aluminium und 3 bis 7 bzw. 7 bis 10 bzw. 10 bis 16 % Wismut .

3. Lagermaterial nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von Kupfer bis etwa 3 %.

4. Lagermaterial nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt bis 3 % Nickel.

5. Lagermaterial nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt bis 3 % Mangan.

6. Lagermateiial nach Anspruch 1 bis 5» gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt bis 11 % Silicium. ^ ^

7. Lagermaterial nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wismutanteil in der

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ORIGINAL INSPECTED

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Gleitfläche des Lagermaterials größer ist als an der entgegengesetzten Fläche, insbesondere etwa 16 % Bi enthält.

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