EP3577244A1 - Multi-layer sliding-bearing element - Google Patents

Multi-layer sliding-bearing element

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EP3577244A1
EP3577244A1 EP18721667.6A EP18721667A EP3577244A1 EP 3577244 A1 EP3577244 A1 EP 3577244A1 EP 18721667 A EP18721667 A EP 18721667A EP 3577244 A1 EP3577244 A1 EP 3577244A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
aluminum
layer
weight
based alloy
bearing element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18721667.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lukas HÄDICKE
Sigmar Dominic Josef JANISCH
Alexander POSCHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miba Gleitlager Austria GmbH
Original Assignee
Miba Gleitlager Austria GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Miba Gleitlager Austria GmbH filed Critical Miba Gleitlager Austria GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y10T428/1275Next to Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12757Fe

Definitions

  • the invention relates to a multilayer sliding bearing element with a supporting layer and a layer of an aluminum-based alloy arranged thereon with aluminum as the main constituent.
  • WO 97/22725 A1 describes an aluminum alloy for a layer of a plain bearing, the main alloying element being tin and a hard material comprising at least one element of a first containing iron, manganese, nickel, chromium, cobalt, copper or platinum, magnesium, antimony Element group is added, wherein the aluminum alloy of the first element group, an amount of elements for forming intermetallic phases, eg Aluminum, is added in the boundary regions of the matrix and further at least one further element of a second manganese, antimony, chromium, tungsten, niobium, vanadium, cobalt, silver, molybdenum or zirconium-containing element group for substituting a part of at least one hard material of the first Element group is added to form approximately spherical or cube-shaped aluminides.
  • the Al-Sn Legacy may contain at least one of the following components, the amount by weight: 0.01 to 3% Mn, Mg, V, Ni, Cr, Zr and / or B, 0.2 to 5% Cu, 0, 1 to 3% Pb, 0, 1 to 3% Sb and 0.01 to 1% Ti. It can further be provided that the aluminum alloy of the intermediate bond layer in total up to 3 wt .-% of at least one of the elements Si, Cr, Ti and Contains Fe.
  • the object of the present invention is to provide a multi-layered sliding bearing element with an aluminum-based alloy in which the aluminum-based alloy has good adhesion to the backing layer and exhibits a low notch effect.
  • the object of the invention is achieved with the abovementioned multilayer sliding bearing element, in which the aluminum-based alloy contains between 0% by weight and 7% by weight of tin, between 1.1% by weight and 1.9% by weight of copper, between 0 , 4 wt .-% and 1 wt .-% manganese, between 0.05 wt .-% and 0, 18 wt .-% cobalt, between 0.05 wt .-% and 0.18 wt .-% chromium, between 0.03% by weight and 0.1% by weight of titanium, between 0.05% by weight and 0.18% by weight of zirconium and between 0% by weight and 0.4% by weight Containing silicon and the remainder to 100 wt .-% aluminum and optionally from the production of the elements form impurities, with the proviso that in any case tin or silicon is contained in the aluminum-based alloy.
  • the advantage here is that the risk of brittle fracture at the interface between the support element and the layer of the aluminum-based alloy due to formed brittle phases can be reduced by the low proportion of alloying elements present in addition to aluminum and tin in the alloy.
  • the aluminum base alloy thus has, over time, less tendency for brittle fracture (chipping) and thus better adhesion to the backing layer.
  • This effect can be further enhanced if the aluminum-based alloy contains silicon which, as a reaction inhibitor, improves the prevention of the formation of brittle phases.
  • the relative proportion of silicon on the aluminum-based alloy is not so great that it is tribologically effective, whereby the notch effect can be prevented.
  • the tribological properties of known silicon-free aluminum-based alloy can be at least approximately achieved with the aluminum-based alloy, whereby the composite fatigue strength of the multilayer plain bearing element can be improved.
  • the supporting layer consists of an iron-based alloy and that the aluminum-based alloy is directly connected to the iron-based supporting layer and consists of 5% by weight to 7% by weight tin, 1.1% by weight.
  • a concentration gradient to be formed within the layer of the aluminum-based alloy for silicon, with increasing silicon content in the direction of the support layer. It can be achieved by concentrating, at least for the most part, the effect of adding silicon on the bonding zone between the backing layer and the aluminum base alloy layer, and that the avoidance of tribological efficacy of the silicon in the aluminum base alloy can be more easily realized so that immediately adjacent to a sliding contact areas of the aluminum-based alloy can be formed free of silicon.
  • the support layer consists of an iron-based alloy and that the aluminum-based alloy is directly connected to the iron-based support layer and from 1.5 wt .-% to 1.9 wt .-% copper , 0.6% by weight to 1.0% by weight of manganese, 0.08% by weight to 0, 18 wt.% cobalt, 0.08 wt.% to 0.18 wt.% chromium, 0.03 wt.% to 0.10 wt.% titanium, 0.08 wt.
  • the layer of the aluminum-base alloy is connected to a further layer of a further aluminum-based alloy, wherein the further layer consists of the further aluminum-based alloy which is free of silicon.
  • the further layer of the further aluminum-based alloy can be better adapted to the tribological requirements of a running layer.
  • the layer of the aluminum-based alloy arranged between the support layer and the further layer of the further aluminum alloy thus has emergency running properties which counteract a sudden failure of the multilayer sliding bearing element as a result of at least partial wear of the further layer arranged above it.
  • the further aluminum-based alloy of the further layer of 5.0 wt .-% to 7.0 wt .-% tin, 1, 1
  • the aluminum-based alloy of the layer directly connected to the iron-based support layer and the further aluminum-based alloy of the further layer with respect to the elements copper, manganese, cobalt, chromium, titanium and zirconium preferably have the same relative proportion based on the respective aluminum fraction on. This results in better material compatibility of the two aluminum base alloys with one another.
  • the ratio of the proportions of titanium to cobalt is between 1: 3 and 3: 1 is.
  • the aluminum-based alloy thus has a fine-grained structure, which has only a slight tendency to recrystallise even under the conditions during use of the multilayer sliding bearing element.
  • Layer and in the other aluminum alloy of the further layer intermetallic precipitates are present. It may be provided that an average size of the intermetallic precipitates in the aluminum alloy of the layer directly connected to the iron-based support layer is smaller than an average size of the intermetallic precipitates in the further aluminum alloy of the further layer. It can be achieved by making the aluminum-based alloy of the layer bonded to the iron-based backing layer tougher. This, in turn, has a positive effect on the changeability of the multilayer sliding bearing element, since this aluminum-based alloy thus does not have a crack-triggering effect. It can also be used to reduce the notch effect of the intermetallic phases.
  • titanium is replaced by zirconium and / or scandium to a maximum of half the titanium content of the aluminum-based alloy and / or that at least one element of the group manganese, cobalt and chromium in each case a maximum of half the proportion of these elements on the Aluminum-based alloy is replaced by vanadium and / or molybdenum and / or iron.
  • the particle size distribution or the recrystallization behavior of the aluminum-based alloy can be influenced.
  • Fig. 1 shows a multi-layer sliding bearing element 1 in an oblique view.
  • the multilayer sliding bearing element 1 comprises a support layer 2 and a layer 3 arranged thereon and connected thereto.
  • the non-closed multi-layer sliding bearing element 1 in addition to the illustrated half-shell design with an angular coverage of at least approximately 180 ° and a deviating angular range coverage have, for example, at least approximately 120 ° or at least approximately 90 °, so so the Mehr harshgleitla- gerelement 1 also may be formed as a third shell or as a quarter shell, which are combined with corresponding further bearing shells in a bearing receptacle, wherein the multi-layer sliding bearing element 1 is preferably installed according to the invention in the higher loaded area of the bearing receptacle.
  • other embodiments of the multi-layer sliding bearing element 1 are also possible, for example a design as a bearing bush, as indicated by dashed lines in FIG. 1, or a planar design, for example as a starting disk.
  • the support layer 2 is usually made of a hard material.
  • materials for the support layer 2 also called support shell, bronzes, brass, etc. can be used.
  • the support layer 2 is an iron-based material, in particular of a steel.
  • Such constructive structures of multilayer sliding bearing elements 1 are known in principle from the prior art, so reference is made in this regard to the relevant prior art.
  • the layer 3 is made of aluminum-based alloy.
  • the aluminum-based alloy consists of:
  • the aluminum-based alloy contains tin or silicon.
  • tin 7% by weight of tin: At more than 7% by weight of tin, the risk of hot cracking sensitivity of the aluminum-based alloy increases. 1.9% by weight of copper: With more than 1.9% by weight of copper, the formability of the aluminum-base alloy is reduced. 0.1% by weight of titanium: With more than 0.1% by weight of titanium, corrosion problems can occur which can reduce the fatigue strength of the aluminum-based alloy. In addition, it has been observed that squeezing of the tin can be avoided as compared to known sputtering layers.
  • Titanium can also be replaced by zirconium and / or scandium up to half of the abovementioned titanium content of the aluminum-based alloy.
  • At least one element of the group manganese, cobalt and chromium to be replaced by vanadium and / or molybdenum and / or iron to the extent of not more than half of the above-mentioned proportion of these elements on the aluminum-based alloy.
  • the multilayer sliding bearing element 1 consists of the supporting layer 2 of an iron-based alloy, in particular a steel, and the layer 3 of the aluminum-based alloy arranged directly thereon and connected to the supporting layer 2.
  • the latter in this case preferably consists of 5 wt .-% to 7 wt .-% tin, 1.1 wt .-% to 1.5 wt .-% copper, 0.4 wt .-% to 0.8 wt. % Manganese, 0.05% to 0.15% cobalt, 0.05% to 0.15% chromium, 0.03% to 0.10% by weight % Titanium, 0.05% to 0.15% zirconium, 0.2% to 0.4% silicon by weight.
  • the aluminum base alloy of this embodiment may consist of 6% by weight of tin, 1.3% by weight of copper, 0.6% by weight of manganese, 0.10% by weight of cobalt, 0.10% by weight of chromium, 0.07% by weight of titanium, 0.10% by weight of zirconium, 0.3% by weight of silicon and the remainder to 100% by weight of aluminum and optionally impurities resulting from the preparation of the elements.
  • a concentration gradient is formed for silicon within the layer 3 of the aluminum-based alloy, with increasing silicon content in the direction of the support layer 2.
  • the concentration of silicon in the layer 3 can be from 0 wt. -% on the outside, ie the surface of the layer 3 facing away from the support layer 2 increases to a value of 0.3% by weight of the surface resting on the support layer 2.
  • the increase in the silicon concentration can be linear or exponential or sudden.
  • the supporting layer 2 consists of an iron-based alloy and the aluminum base alloy forming the layer 3 is directly connected to the iron-based supporting layer 2.
  • a further layer 4 is arranged, as shown by dashed lines in Fig. 1, so that therefore the layer 3 between the support layer 2 and the further layer 4 is arranged.
  • the further layer 4 is arranged directly on the layer 3 and connected thereto.
  • the layer 3 which is directly connected to the support layer 2 not the running layer of the multilayer bearing element 1, but a layer with which the, the running layer forming further layer 4 of the further aluminum-based alloy with the support layer 2 is connected becomes.
  • the aluminum base alloy of the layer 3 directly connected to the support layer 2 in this case consists of 1.5% by weight to 1.9% by weight of copper, 0.6% by weight to 1.0% by weight of manganese, 0.08 wt .-% to 0, 18 wt .-% cobalt, 0.08 wt .-% to 0, 18 wt .-% chromium, 0.03 wt .-% to 0, 10 wt .-% of titanium , 0.08 wt .-% to 0.18 wt .-% zirconium, 0.2 wt .-% to 0.4 wt .-% silicon and the balance to 100 wt .-% of aluminum and optionally from the production contaminants originating from the elements.
  • this can Layer 3 aluminum base alloy of 1.7 wt% copper, 0.8 wt% manganese, 0.13 wt% cobalt, 0.13 wt% chromium, 0.07 wt% titanium, 0, 13 wt .-% zirconium, 0.3 wt .-% silicon and the balance to 100 wt .-% of aluminum and optionally resulting from the production of the elements consist of impurities.
  • the further aluminum-based alloy of the further layer 4 is silicon-free except for admissible impurities of the metals from which the aluminum-based alloy is produced. Otherwise, it may consist of an aluminum-based alloy, as known from the prior art for running layers of plain bearings.
  • the further layer 4 preferably consists of a further aluminum-based alloy which comprises from 5.0% by weight to 7.0% by weight of tin, 1.1% by weight to 1.5% by weight of copper, 0, 4 wt .-% to 0.8 wt .-% manganese, 0.05 wt .-% to 0, 15 wt .-% cobalt, 0.05 wt .-% to 0.15 wt -% chromium, 0, 03 wt .-% to 0, 1 wt .-% titanium, 0.05 wt .-% to 0.15 wt .-% zirconium and the remainder to 100 wt .-% of aluminum and optionally from the production of the elements derived Impurities.
  • a further aluminum-based alloy which comprises from 5.0% by weight to 7.0% by weight of tin, 1.1% by weight to 1.5% by weight of copper, 0, 4 wt .-% to 0.8 wt .-% manganese, 0.05 wt
  • the further layer 4 consists of a further aluminum-based alloy which consists of 6.0% by weight of tin, 1.3% by weight of copper, 0.6% by weight of manganese, 0.10% by weight of cobalt, 0, 10% by weight of chromium, 0.07% by weight of titanium, 0 to 10% by weight of zirconium and the remainder to 100% by weight of aluminum and, if appropriate, any impurities resulting from the preparation of the elements.
  • the aluminum-based alloy of the layer 3 bonded directly to the iron-based support layer 2 and the further aluminum-based alloy of the further layer 4 are the same relative to the elements copper, manganese, cobalt, chromium, titanium and zirconium Quantity on, ie that the ratio of the proportions of these elements based on the aluminum content in the two aluminum alloys is the same.
  • intermetallic precipitates are present in each case in the aluminum-based alloy of the layer 3 directly connected to the iron-based support layer 2 and in the further aluminum-based alloy of the further layer 4, wherein an average size of the intermetallic precipitates in the aluminum-based alloy directly with the Iron-based support layer 2 connected layer 3 is smaller than a mean size of the intermetallic precipitates in the other aluminum-based alloy of the further layer. 4
  • the average size is determined as the arithmetic mean value from the micrograph of the respective aluminum-based alloy according to the line-cut method, as is known per se. For this purpose, lines with a defined distance are applied via the microscopic image. At each point where the line crosses a grain boundary, a mark is made.
  • the determination of the average size of the intermetallic precipitates can be carried out analogously to DIN EN ISO 643.
  • the intermetallic precipitates are compounds of the elements copper and / or manganese and / or cobalt and / or chromium and / or titanium and / or zirconium in each case with aluminum and / or of the elements with one another.
  • these are the intermetallic compounds AhCu, Al 6 Mn (Fe, Cr, Co).
  • the average size of 90% of the intermetallic precipitates in the layer 3 connected directly to the support layer 2 may preferably be between 1 ⁇ and 5 ⁇ .
  • the average size of 90% of the intermetallic precipitates in the further layer 4 connected directly to the layer 3 may preferably be between 0.1 ⁇ m and 4 ⁇ m.
  • the multilayer sliding bearing element 1 can be produced by conventional methods known from the prior art.
  • the layer 2 can be roll-laminated with the support layer 2.
  • the layer 3 on the support layer. 2 is infused.
  • the further layer 4 can be roll-laminated with the composite material of support layer 2 and layer 3.
  • the further layer 4 can be poured onto the layer 3.
  • a composite material of the layer 3 and the further layer 4 is produced, for example by means of roll cladding, and that subsequently this composite material is connected to the support layer 2, for example by means of roll cladding.
  • the above-mentioned concentration gradient for silicon can be prepared by the cooling conditions of the aluminum base alloy, the casting method per se, by a spraying method, etc.
  • the formation of the above-mentioned sizes of the intermetallic compounds can be achieved by rapid cooling of the aluminum-based alloy. As such, it is known to the person skilled in the art that a finer grain structure can be achieved by faster cooling, so that explanations of the cooling conditions are unnecessary.
  • the proportion of intermetallic precipitates in the layer 3 to a maximum of 5 vol .-%, in particular to between 1 vol .-% and 2 vol .-%, and / or the proportion of intermetallic precipitates in the layer 4th to a maximum of 2% by volume, in particular between 0.5% by volume and 2% by volume.
  • an enema layer to the layer 3 (in the two-layered embodiment) or to the further layer 4 (in the three-layered variant), for example a pure tin layer or a Gleitlacktik.
  • Parameters for the feeding tendency test bearing with 80.5 mm outside diameter; Speed 3000 rpm, oil SAE 10W Shell Rimula, oil inlet at 120 ° C; Counter body steel shaft, increasing load is superimposed with a dynamic load of 50 Hz.
  • the aluminum base alloys listed in Table 1 were used in the two-layered embodiment. The figures are to be understood in each case in% by weight. The rest to 100 wt .-% each forms aluminum. The test samples were prepared by roll-laminating the layer 3 onto the support layer 2.
  • multi-layer sliding bearing elements 1 produced therewith provided comparable results in terms of wear and tendency to seizure, as did multilayer sliding bearing elements according to the prior art. With regard to the alternating bending strength but better results were achieved. Test samples of the three-layer variant of the multilayer plain bearing were also produced. Again, a steel support layer 2 was used.
  • test samples were prepared by first a bimetallic strip of the layer 3 and the layer 4 was generated. This bimetallic strip was then roll-laminated to a steel backing layer and the composite was heat treated at 350 ° C.
  • reference sample 12 Steel - Al - AlSn20Si
  • Reference numeral 6 Embodiment 4, along the rolling direction
  • Reference numeral 7 Comparison pattern 11, transverse to the rolling direction
  • Reference numeral 9 Comparison pattern 12, transverse to the rolling direction
  • Reference numeral 10 Comparison pattern 12, along the rolling direction
  • Reference numeral 11 Comparison pattern 10, along the rolling direction

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Abstract

The invention relates to a multi-layer sliding-bearing element (1) comprising a support layer (2) and a layer (3) arranged thereon, said layer (3) consisting of an aluminum base alloy with aluminum as the main component, wherein the aluminum base alloy contains between 0 wt.-% and 7 wt.-% tin, between 1.1 wt.-% and 1.9 wt.-% copper, between 0.4 wt.-% and 1 wt.-% manganese, between 0.05 wt.-% and 0.18 wt.-% cobalt, between 0.05 wt.-% and 0.18 wt.-% chromium, between 0.03 wt.-% and 0.1 wt.-% titanium, between 0.05 wt.-% and 0.18 wt.-% zirconium and between 0 wt.-% and 0.4 wt.-% silicon and the remainder adding up to 100 wt.-% is aluminum and unavoidable impurities potentially originating from the production of the elements, with the proviso that, in any case, tin or silicon are contained in the aluminum base alloy.

Description

Mehr schi chtgl eitl agerel ement  More business unit
Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtgleitlagerelement mit einer Stützschicht und einer da- rauf angeordneten Schicht aus einer Aluminiumbasislegierung mit Aluminium als Hauptbestandteil. The invention relates to a multilayer sliding bearing element with a supporting layer and a layer of an aluminum-based alloy arranged thereon with aluminum as the main constituent.
Der Einsatz von Aluminiumbasislegierungen in der Gleitlagertechnik ist bereits seit langem bekannt und in der einschlägigen Literatur vielfältig beschrieben worden. Beispielsweise be- schreibt die WO 97/22725 AI eine Aluminiumlegierung für eine Schicht eines Gleitlagers, der als Hauptlegierungselement Zinn und ein Hartstoff aus zumindest einem Element einer Eisen, Mangan, Nickel, Chrom, Kobalt, Kupfer bzw. Platin, Magnesium, Antimon enthaltenden ersten Elementgruppe zugesetzt ist, wobei der Aluminiumlegierung von der ersten Elementgruppe eine Menge an Elementen zur Bildung intermetallischer Phasen, z.B. Alumini- den, in den Grenzbereichen der Matrix zugesetzt ist und weiter zumindest ein weiteres Element aus einer zweiten Mangan, Antimon, Chrom, Wolfram, Niob, Vanadium, Kobalt, Silber, Molybdän oder Zirkonium enthaltenden Elementgruppe zur Substituierung eines Teils zumindest eines Hartstoffes der ersten Elementgruppe zur Bildung von annähernd kugel- bzw. würfelförmigen Aluminiden zugesetzt ist. The use of aluminum-based alloys in plain bearing technology has long been known and described in various ways in the relevant literature. For example, WO 97/22725 A1 describes an aluminum alloy for a layer of a plain bearing, the main alloying element being tin and a hard material comprising at least one element of a first containing iron, manganese, nickel, chromium, cobalt, copper or platinum, magnesium, antimony Element group is added, wherein the aluminum alloy of the first element group, an amount of elements for forming intermetallic phases, eg Aluminum, is added in the boundary regions of the matrix and further at least one further element of a second manganese, antimony, chromium, tungsten, niobium, vanadium, cobalt, silver, molybdenum or zirconium-containing element group for substituting a part of at least one hard material of the first Element group is added to form approximately spherical or cube-shaped aluminides.
Aus der DE 43 32 433 AI ist ein Mehrschi chtgl eitl ager bekannt, das eine Al-Sn-Lagerlegie- rungsschicht, die eine hohe Ermüdungsbeständigkeit und eine gute Passfähigkeit gegenüber einem zugehörigen Gleitkontaktelement besitzt, eine Stahl stützplatte und eine Zwischenbindungsschicht aus einer weiteren Aluminiumlegierung aufweist, wobei die Al-Sn-Lagerlegie- rung im wesentlichen, auf das Gewicht bezogen, aus 7 bis 20% Sn und zum Rest aus AI und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht und eine Härte von 50 bis 80 HV besitzt, wobei die Zwischenbindungsschicht aus der Aluminiumlegierung im wesentlichen aus mindestens einer der folgenden Komponenten, deren Menge auf das Gewicht bezogen ist: bis zu 1,7% Mn, bis zu 1,2% Cu und bis zu 1,8% Mg und zum Rest aus AI und erschmelzungsbe- dingten Verunreinigungen besteht, und wobei das Verhältnis der Härte der Zwischenbindungsschicht aus der Aluminiumlegierung zu der der Al-Sn-Lagerlegierung, ausgedrückt als Vickers-Härte (HV), 70% überschreitet und nicht mehr als 90% beträgt. Die Al-Sn- Legie- rung kann mindestens eine der folgenden Komponenten enthalten, deren Menge auf das Gewicht bezogen ist: 0,01 bis 3% Mn, Mg, V, Ni, Cr, Zr und/oder B, 0,2 bis 5% Cu, 0, 1 bis 3% Pb, 0, 1 bis 3% Sb und 0,01 bis 1% Ti. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Aluminiumlegierung der Zwischenbindungsschicht insgesamt bis zu 3 Gew.-% von mindestens einem der Elemente Si, Cr, Ti und Fe enthält. From DE 43 32 433 Al a Mehrschi chtgl eager ager is known, which has an Al-Sn-Lagerlegie- insurance layer, which has a high fatigue resistance and a good fit against an associated sliding contact element, a steel support plate and an intermediate bond layer of a further aluminum alloy , wherein the Al-Sn-bearing alloy consists essentially, by weight, of 7 to 20% Sn and the rest of Al and melting impurities and has a hardness of 50 to 80 HV, wherein the intermediate bonding layer of the aluminum alloy in Substantially consists of at least one of the following components, the amount of which is by weight: up to 1.7% Mn, up to 1.2% Cu and up to 1.8% Mg and the remainder consisting of Al and impurity-causing impurities and wherein the ratio of the hardness of the intermediate bonding layer of the aluminum alloy to that of the Al-Sn bearing alloy expressed in terms of Vickers hardness (HV), 7 0% and not more than 90%. The Al-Sn Legacy may contain at least one of the following components, the amount by weight: 0.01 to 3% Mn, Mg, V, Ni, Cr, Zr and / or B, 0.2 to 5% Cu, 0, 1 to 3% Pb, 0, 1 to 3% Sb and 0.01 to 1% Ti. It can further be provided that the aluminum alloy of the intermediate bond layer in total up to 3 wt .-% of at least one of the elements Si, Cr, Ti and Contains Fe.
Wie aus der letztgenannten DE 43 32 433 AI bekannt ist, kann zur Verbesserung der Haftfestigkeit der Lagerlegierungsschicht auf der Stahl stützplatte eine Zwischenbindungsschicht verwendet werden, die ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung besteht. Es sind auch andere Alu- miniumlegierungen für die Zwischenbindungsschicht verwendet worden, wie beispielsweise A13Sc (WO 00/06788 AI). Daneben sind im Stand der Technik noch Ausführungen beschrieben worden, bei denen die Lagerlegierungsschicht über eine Bindefolie aus Reinaluminium mit der Stahlstützschicht verbunden ist. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Mehrschichtgleitlagerelement mit einer Aluminiumbasislegierung zu schaffen, bei dem die Aluminiumbasislegierung eine gute Haftung auf der Stützschicht aufweist und die eine geringe Kerbwirkung zeigt. As is known from the latter DE 43 32 433 AI, can be used to improve the adhesion of the bearing alloy layer on the steel support plate an intermediate bond layer, which also consists of an aluminum alloy. Other aluminum alloys have also been used for the intermediate bond layer, such as A13Sc (WO 00/06788 Al). In addition, embodiments have been described in the prior art, in which the bearing alloy layer is connected via a binder film made of pure aluminum with the steel backing layer. The object of the present invention is to provide a multi-layered sliding bearing element with an aluminum-based alloy in which the aluminum-based alloy has good adhesion to the backing layer and exhibits a low notch effect.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem eingangs genannten Mehrschichtgleitlagerelement gelöst, bei dem die Aluminiumbasislegierung zwischen 0 Gew.-% und 7 Gew.-% Zinn, zwischen 1,1 Gew.-% und 1,9 Gew.-% Kupfer, zwischen 0,4 Gew.-% und 1 Gew.-% Mangan, zwischen 0,05 Gew.-% und 0, 18 Gew.-% Kobalt, zwischen 0,05 Gew.-% und 0,18 Gew.-% Chrom, zwischen 0,03 Gew.-% und 0,1 Gew.-% Titan, zwischen 0,05 Gew.-% und 0,18 Gew.-% Zirkonium und zwischen 0 Gew.-% und 0,4 Gew.-% Silizium enthält und den Rest auf 100 Gew.-% Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen bilden, mit der Maßgabe, dass jedenfalls Zinn oder Silizium in der Aluminiumbasislegierung enthalten ist. The object of the invention is achieved with the abovementioned multilayer sliding bearing element, in which the aluminum-based alloy contains between 0% by weight and 7% by weight of tin, between 1.1% by weight and 1.9% by weight of copper, between 0 , 4 wt .-% and 1 wt .-% manganese, between 0.05 wt .-% and 0, 18 wt .-% cobalt, between 0.05 wt .-% and 0.18 wt .-% chromium, between 0.03% by weight and 0.1% by weight of titanium, between 0.05% by weight and 0.18% by weight of zirconium and between 0% by weight and 0.4% by weight Containing silicon and the remainder to 100 wt .-% aluminum and optionally from the production of the elements form impurities, with the proviso that in any case tin or silicon is contained in the aluminum-based alloy.
Von Vorteil ist dabei, dass durch den geringen Anteil an den neben Aluminium und Zinn in der Legierung vorliegenden Legierungselementen die Gefahr des Sprödbruches an der Grenzfläche zwischen dem Stützelement und der Schicht aus der Aluminiumbasislegierung infolge von gebildeten Sprödphasen reduziert werden kann. Die Aluminiumbasislegierung weist damit, über die Zeit betrachtet, eine geringere Neigung zum Sprödbruch (zum Abplatzen) und somit eine bessere Haftung auf der Stützschicht auf. Diese Wirkung kann noch verstärkt werden, wenn in der Aluminiumbasislegierung Silizium enthalten ist, das als Reaktionshemmer die Vermeidung der Bildung von Sprödphasen verbessert. Dabei ist der relative Anteil des Siliziums an der Aluminiumbasislegierung aber nicht so groß, dass es tribologisch wirksam ist, wodurch die Kerbwirkung verhindert werden kann. Es können also mit der Aluminiumbasislegierung die tribologischen Eigenschaften von bekannten siliziumfreien Aluminiumbasislegierung zumindest annähernd erreicht werden, wobei die Verbunddauerfestigkeit des Mehrschichtgleitlagerelementes verbessert werden kann. Nach einer Ausführungsvariante des Mehrschichtgleitlagerelementes kann vorgesehen sein, dass die Stützschicht aus einer eisenbasierten Legierung besteht und dass die Aluminiumbasislegierung unmittelbar mit der eisenbasierten Stützschicht verbunden ist und aus 5 Gew.-% bis 7 Gew.-% Zinn, 1,1 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Kupfer, 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Mangan, 0,05 Gew.-% bis 0, 15 Gew.-% Kobalt, 0,05 Gew.-% bis 0, 15 Gew.-% Chrom, 0,03 Gew.-% bis 0, 10 Gew.-% Titan, 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Zirkonium, 0,2 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% Silizium und dem Rest auf 100 Gew.-% aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen besteht. Es können damit die voranstehenden Effekte mit nur einer einzigen Schicht aus der Aluminiumbasislegierung verwirklicht werden. The advantage here is that the risk of brittle fracture at the interface between the support element and the layer of the aluminum-based alloy due to formed brittle phases can be reduced by the low proportion of alloying elements present in addition to aluminum and tin in the alloy. The aluminum base alloy thus has, over time, less tendency for brittle fracture (chipping) and thus better adhesion to the backing layer. This effect can be further enhanced if the aluminum-based alloy contains silicon which, as a reaction inhibitor, improves the prevention of the formation of brittle phases. However, the relative proportion of silicon on the aluminum-based alloy is not so great that it is tribologically effective, whereby the notch effect can be prevented. Thus, the tribological properties of known silicon-free aluminum-based alloy can be at least approximately achieved with the aluminum-based alloy, whereby the composite fatigue strength of the multilayer plain bearing element can be improved. According to a variant embodiment of the multilayer sliding bearing element it can be provided that the supporting layer consists of an iron-based alloy and that the aluminum-based alloy is directly connected to the iron-based supporting layer and consists of 5% by weight to 7% by weight tin, 1.1% by weight. up to 1.5% by weight of copper, 0.4% by weight to 0.8% by weight of manganese, 0.05% by weight to 0, 15% by weight of cobalt, 0.05% by weight % to 0, 15 wt .-% chromium, 0.03 wt .-% to 0, 10 wt .-% titanium, 0.05 wt .-% to 0.15 wt .-% zirconium, 0.2 wt. % to 0.4% by weight of silicon and the remainder to 100% by weight of aluminum and optionally impurities resulting from the production of the elements. Thus, the foregoing effects can be realized with only a single layer of the aluminum base alloy.
Es ist dabei weiter möglich, dass für Silizium innerhalb der Schicht aus der Aluminiumbasislegierung ein Konzentrationsgradient ausgebildet ist, mit zunehmendem Siliziumanteil in Richtung auf die Stützschicht. Es kann damit erreicht werden, dass der Effekt der Zugabe von Silizium auf die Bindezone zwischen der Stützschicht und der Schicht aus der Aluminiumba- sislegierung zumindest größtenteils konzentriert wird, und dass die Vermeidung der tribologischen Wirksamkeit des Siliziums in der Aluminiumbasislegierung einfacher realisiert werden kann, da damit unmittelbar an einem Gleitpartner anliegende Bereiche der Aluminiumbasislegierung siliziumfrei ausgebildet werden können. Nach einer anderen Ausführungsvariante kann zur Erreichung voranstehend genannter Effekte vorgesehen sein, dass die Stützschicht aus einer eisenbasierten Legierung besteht und dass die Aluminiumbasislegierung unmittelbar mit der eisenbasierten Stützschicht verbunden ist und aus 1,5 Gew.-% bis 1,9 Gew.-% Kupfer, 0,6 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% Mangan, 0,08 Gew.-% bis 0, 18 Gew.-% Kobalt, 0,08 Gew.-% bis 0,18 Gew.-% Chrom, 0,03 Gew.-% bis 0,10 Gew - % Titan, 0,08 Gew.-% bis 0,18 Gew.-% Zirkonium, 0,2 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% Silizium und dem Rest auf 100 Gew.-% aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen besteht und dass mit der Schicht aus der Aluminiumba- sislegierung eine weitere Schicht aus einer weiteren Aluminiumbasislegierung verbunden ist, wobei die weitere Schicht aus der weiteren Aluminiumbasislegierung besteht, die siliziumfrei ist. Von Vorteil ist dabei weiter, dass die weitere Schicht aus der weiteren Aluminiumbasislegierung besser an die tribologischen Erfordernisse einer Laufschicht angepasst werden kann. Zudem weist damit die zwischen der Stützschicht und der weiteren Schicht aus der weiteren Aluminiumlegierung angeordneten Schicht aus der Aluminiumbasislegierung Notlaufeigenschaften auf, die einem plötzlichen Ausfall des Mehrschichtgleitlagerelementes infolge zumindest partiellem Verschleiß der darüber angeordneten weiteren Schicht entgegenwirken. It is further possible for a concentration gradient to be formed within the layer of the aluminum-based alloy for silicon, with increasing silicon content in the direction of the support layer. It can be achieved by concentrating, at least for the most part, the effect of adding silicon on the bonding zone between the backing layer and the aluminum base alloy layer, and that the avoidance of tribological efficacy of the silicon in the aluminum base alloy can be more easily realized so that immediately adjacent to a sliding contact areas of the aluminum-based alloy can be formed free of silicon. According to another embodiment, to achieve the aforementioned effects, it may be provided that the support layer consists of an iron-based alloy and that the aluminum-based alloy is directly connected to the iron-based support layer and from 1.5 wt .-% to 1.9 wt .-% copper , 0.6% by weight to 1.0% by weight of manganese, 0.08% by weight to 0, 18 wt.% cobalt, 0.08 wt.% to 0.18 wt.% chromium, 0.03 wt.% to 0.10 wt.% titanium, 0.08 wt. to 0.18 wt .-% zirconium, 0.2 wt .-% to 0.4 wt .-% silicon and the balance to 100 wt .-% of aluminum and optionally resulting from the production of the elements impurities and that with the layer of the aluminum-base alloy is connected to a further layer of a further aluminum-based alloy, wherein the further layer consists of the further aluminum-based alloy which is free of silicon. Another advantage is that the further layer of the further aluminum-based alloy can be better adapted to the tribological requirements of a running layer. In addition, the layer of the aluminum-based alloy arranged between the support layer and the further layer of the further aluminum alloy thus has emergency running properties which counteract a sudden failure of the multilayer sliding bearing element as a result of at least partial wear of the further layer arranged above it.
Vorzugsweise ist nach einer weiteren Ausführungsvariante dazu vorgesehen, dass die weitere Aluminiumbasislegierung der weiteren Schicht aus 5,0 Gew.-% bis 7,0 Gew.-% Zinn, 1, 1Preferably, according to a further embodiment, it is provided that the further aluminum-based alloy of the further layer of 5.0 wt .-% to 7.0 wt .-% tin, 1, 1
Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Kupfer, 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Mangan, 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Kobalt, 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Chrom, 0,03 Gew.-% bis 0, 1 Gew.-% Titan, 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Zirkonium und dem Rest auf 100 Gew.-% aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen besteht. Es kann damit die Materialverträglichkeit zwischen den beiden Aluminiumbasislegierungen verbessert werden. Wt .-% to 1.5 wt .-% copper, 0.4 wt .-% to 0.8 wt .-% manganese, 0.05 wt .-% to 0.15 wt .-% cobalt, 0, 05 wt .-% to 0.15 wt .-% chromium, 0.03 wt .-% to 0, 1 wt .-% titanium, 0.05 wt .-% to 0.15 wt .-% of zirconium and Residual to 100 wt .-% of aluminum and optionally resulting from the preparation of the elements impurities consists. It can thus be improved material compatibility between the two aluminum-based alloys.
Bevorzugt weisen bei dieser Ausführungsvariante die Aluminiumbasislegierung der direkt mit der eisenbasierten Stützschicht verbundenen Schicht und die weitere Aluminiumbasislegie- rung der weiteren Schicht in Bezug auf die Elemente Kupfer, Mangan, Kobalt, Chrom, Titan und Zirkonium den gleichen, auf den jeweiligen Aluminiumanteil bezogenen relativen Mengenanteil auf. Es wird damit eine bessere Materialverträglichkeit der beiden Aluminiumba- sislegierungen miteinander erreicht. Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Mehrschichtgleitlagerelementes kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Mengenanteile von Titan zu Kobalt zwischen 1 : 3 und 3 : 1 beträgt. Die Aluminiumbasislegierung weist damit eine feinkörniges Gefüge auf, das auch unter den Bedingungen während der Verwendung des Mehrschichtgleitlagerelements nur eine geringe Neigung zur Rekristallisation aufweist. In der Aluminiumlegierung der direkt mit der eisenbasierten Stützschicht verbundenenIn this embodiment, the aluminum-based alloy of the layer directly connected to the iron-based support layer and the further aluminum-based alloy of the further layer with respect to the elements copper, manganese, cobalt, chromium, titanium and zirconium preferably have the same relative proportion based on the respective aluminum fraction on. This results in better material compatibility of the two aluminum base alloys with one another. According to a further embodiment variant of the multilayer sliding bearing element it can be provided that the ratio of the proportions of titanium to cobalt is between 1: 3 and 3: 1 is. The aluminum-based alloy thus has a fine-grained structure, which has only a slight tendency to recrystallise even under the conditions during use of the multilayer sliding bearing element. In aluminum alloy, directly connected to the iron-based backing layer
Schicht und in der weiteren Aluminiumlegierung der weiteren Schicht sind jeweils intermetallische Ausscheidungen vorhanden. Es kann dabei vorgesehen sein, dass eine mittlere Größe der intermetallischen Ausscheidungen in der der Aluminiumlegierung der direkt mit der eisenbasierten Stützschicht verbundenen Schicht kleiner ist, als eine mittlere Größe der interme- tallischen Ausscheidungen in der weiteren Aluminiumlegierung der weiteren Schicht. Es kann damit erreicht werden, dass die Aluminiumbasislegierung der mit der eisenbasierten Stützschicht verbundenen Schicht zäher ist. Dies wiederum wirkt sich positiv auf die Wechselbean- spruchbarkeit des Mehrschichtgleitlagerelementes aus, da diese Aluminiumbasislegierung damit nicht Rissauslösend wirkt. Es kann damit auch die Kerbwirkung der intermetallischen Phasen reduziert werden. Layer and in the other aluminum alloy of the further layer intermetallic precipitates are present. It may be provided that an average size of the intermetallic precipitates in the aluminum alloy of the layer directly connected to the iron-based support layer is smaller than an average size of the intermetallic precipitates in the further aluminum alloy of the further layer. It can be achieved by making the aluminum-based alloy of the layer bonded to the iron-based backing layer tougher. This, in turn, has a positive effect on the changeability of the multilayer sliding bearing element, since this aluminum-based alloy thus does not have a crack-triggering effect. It can also be used to reduce the notch effect of the intermetallic phases.
Es ist weiter möglich, dass Titan bis maximal zur Hälfte des Titananteils an der Aluminiumbasislegierung durch Zirkonium und/oder Scandium ersetzt ist und/oder dass zumindest ein Element der Gruppe Mangan, Kobalt und Chrom im Ausmaß von jeweils maximal des halben Mengenanteils dieser Elemente an der Aluminiumbasislegierung durch Vanadium und/oder Molybdän und/oder Eisen ersetzt ist. Mit diesen Ausführungsvarianten kann auf die Korngrößenverteilung bzw. auf das Rekristallisationsverhalten der Aluminiumbasislegierung Einfluss genommen werden. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. It is also possible that titanium is replaced by zirconium and / or scandium to a maximum of half the titanium content of the aluminum-based alloy and / or that at least one element of the group manganese, cobalt and chromium in each case a maximum of half the proportion of these elements on the Aluminum-based alloy is replaced by vanadium and / or molybdenum and / or iron. With these embodiments, the particle size distribution or the recrystallization behavior of the aluminum-based alloy can be influenced. For a better understanding of the invention, this will be explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen (in vereinfachter, schematischer Darstellung): Fig. 1 ein Mehrschichtgleitlagerelement in Seitenansicht; die Wechselbiegefestigkeiten verschiedener Aluminiumbasislegierungen. Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer- den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. 1 shows a multilayer sliding bearing element in a side view; the alternating bending strengths of various aluminum base alloys. By way of introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, identical parts are provided with the same reference numerals or identical component names, wherein the disclosures contained in the entire description can be mutatis mutandis to identical parts with the same reference numerals and component names. Also, the position information selected in the description, such as top, bottom, side, etc. related to the immediately described and illustrated figure and to transmit mutatis mutandis to the new situation in a change in position.
Sämtliche Angaben zur mengenmäßigen Zusammensetzung der Aluminiumbasislegierung(en) sind in Gew.-% zu verstehen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. All information on the quantitative composition of the aluminum-based alloy (s) is to be understood in wt .-%, unless expressly stated otherwise.
Fig. 1 zeigt ein Mehrschichtgleitlagerelement 1 in Schrägansicht. Das Mehrschichtgleitlagerelement 1 umfasst bzw. besteht aus eine(r) Stützschicht 2 und eine(r) darauf angeordneten und mit dieser verbundenen Schicht 3. Fig. 1 shows a multi-layer sliding bearing element 1 in an oblique view. The multilayer sliding bearing element 1 comprises a support layer 2 and a layer 3 arranged thereon and connected thereto.
Das nicht geschlossene Mehrschichtgleitlagerelement 1 kann neben der dargestellten Halb- schalenausführung mit einer Winkelbereich-Überdeckung von zumindest annähernd 180 ° auch eine davon abweichende Winkelbereich-Überdeckung aufweisen, beispielsweise zumindest annähernd 120 ° oder zumindest annähernd 90 °, sodass also das Mehrschichtgleitla- gerelement 1 auch als Drittelschale oder als Viertelschale ausgebildet sein kann, die mit entsprechenden weiteren Lagerschalen in einer Lageraufnahme kombiniert werden, wobei das Mehrschichtgleitlagerelement 1 nach der Erfindung bevorzugt im höher belasteten Bereich der Lageraufnahme eingebaut wird. Es sind aber auch andere Ausführungsvarianten des Mehrschichtgleitlagerelements 1 möglich, beispielsweise eine Ausführung als Lagerbuchse, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist, oder eine ebene Ausführung, beispielsweise als Anlauf Scheibe. The non-closed multi-layer sliding bearing element 1, in addition to the illustrated half-shell design with an angular coverage of at least approximately 180 ° and a deviating angular range coverage have, for example, at least approximately 120 ° or at least approximately 90 °, so so the Mehrschichtgleitla- gerelement 1 also may be formed as a third shell or as a quarter shell, which are combined with corresponding further bearing shells in a bearing receptacle, wherein the multi-layer sliding bearing element 1 is preferably installed according to the invention in the higher loaded area of the bearing receptacle. However, other embodiments of the multi-layer sliding bearing element 1 are also possible, for example a design as a bearing bush, as indicated by dashed lines in FIG. 1, or a planar design, for example as a starting disk.
Die Stützschicht 2 besteht üblicherweise aus einem harten Werkstoff. Als Werkstoffe für die Stützschicht 2, auch Stützschale genannt, können Bronzen, Messing, etc. verwendet werden.The support layer 2 is usually made of a hard material. As materials for the support layer 2, also called support shell, bronzes, brass, etc. can be used.
In der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung besteht die Stützschicht 2 einem eisenbasierten Werkstoff, insbesondere aus einem Stahl. Derartige konstruktive Aufbauten von Mehrschichtgleitlagerelementen 1 sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt, sodass diesbezüglich auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen sei. Die Schicht 3 besteht aus Aluminiumbasislegierung. Die Aluminiumbasislegierung besteht aus: In the preferred embodiment of the invention, the support layer 2 is an iron-based material, in particular of a steel. Such constructive structures of multilayer sliding bearing elements 1 are known in principle from the prior art, so reference is made in this regard to the relevant prior art. The layer 3 is made of aluminum-based alloy. The aluminum-based alloy consists of:
0 Gew.-% bis 7 Gew.-% Zinn 0 wt .-% to 7 wt .-% tin
1,1 Gew.-% bis 1,9 Gew.-% Kupfer  1.1 wt .-% to 1.9 wt .-% copper
0,4 Gew.-% bis 1 Gew.-% Mangan 0.4 wt .-% to 1 wt .-% manganese
0,05 Gew.-% und 0,18 Gew.-% Kobalt  0.05% by weight and 0.18% by weight of cobalt
0,05 Gew.-% und 0,18 Gew.-% Chrom  0.05 wt .-% and 0.18 wt .-% chromium
0,03 Gew.-% und 0, 1 Gew.-% Titan  0.03 wt .-% and 0, 1 wt .-% titanium
0,05 Gew.-% und 0,18 Gew.-% Zirkonium und  0.05 wt .-% and 0.18 wt .-% zirconium and
0 Gew.-% und 0,4 Gew.-% Silizium. 0 wt .-% and 0.4 wt .-% silicon.
Den Rest auf 100 Gew.-% bilden als Hauptbestandteil der Aluminiumbasislegierung das Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen. The balance to 100 wt .-% form as the main component of the aluminum-based alloy, the aluminum and optionally derived from the production of the elements impurities.
Die Aluminiumbasislegierung enthält jedenfalls Zinn oder Silizium. In any case, the aluminum-based alloy contains tin or silicon.
Die prinzipiellen Wirkungen der einzelnen Legierungselemente sind im Stand der Technik ausreichend dargestellt und dem Fachmann bekannt, sodass auf deren Wiederholung verzich- tet wird. The principal effects of the individual alloying elements are sufficiently represented in the prior art and are known to the person skilled in the art, so that their repetition is dispensed with.
Die jeweiligen Anteile der einzelnen Legierungselemente an der Aluminiumbasislegierung wurden aus folgenden Gründen gewählt, wobei unterhalb der jeweils angegebenen Untergrenze der Anteilsbereiche die Wirkung des zugesetzten Elementes jeweils nicht ausreichend ist: The respective proportions of the individual alloying elements on the aluminum-based alloy were selected for the following reasons, wherein the effect of the added element is in each case inadequate below the respectively specified lower limit of the proportion ranges:
7 Gew.-% Zinn: Bei mehr als 7 Gew.-% Zinn steigt die Gefahr der Warmrissempfindlichkeit der Aluminiumbasislegierung. 1,9 Gew.-% Kupfer: Bei mehr als 1,9 Gew.-% Kupfer wird die Umformbarkeit der Alumini - umbasislegierung reduziert. 0,1 Gew.-% Titan: Bei mehr als 0,1 Gew.-% Titan können Korrosionsprobleme auftreten, die die Dauerstandfestigkeit der Aluminiumbasislegierung reduzieren können. Zudem wurde beobachtet, dass verglichen mit bekannten Sputterlagem das Ausquetschen des Zinns vermieden werden kann. 1 Gew.-% Mangan; 0,18 Gew.-% Kobalt; 0, 18 Gew.-% Chrom; 0,18 Gew.-% Zirkonium; 0,4 Gew.-% Silizium: Bei einem Anteil der jeweiligen Elemente von mehr als den angegebenen Obergrenzen erhöhen sich die Größen der Ausscheidung ohne zusätzlichen Festigkeitsgewinn. Zudem nimmt die Kerbwirkung der Ausscheidungen zu. Titan kann bis zur Hälfte des voranstehend genannten Titananteils an der Aluminiumbasislegierung auch durch Zirkonium und/oder Scandium ersetzt werden. 7% by weight of tin: At more than 7% by weight of tin, the risk of hot cracking sensitivity of the aluminum-based alloy increases. 1.9% by weight of copper: With more than 1.9% by weight of copper, the formability of the aluminum-base alloy is reduced. 0.1% by weight of titanium: With more than 0.1% by weight of titanium, corrosion problems can occur which can reduce the fatigue strength of the aluminum-based alloy. In addition, it has been observed that squeezing of the tin can be avoided as compared to known sputtering layers. 1% by weight of manganese; 0.18% by weight of cobalt; 0, 18 wt .-% chromium; 0.18 wt% zirconium; 0.4% by weight of silicon: If the proportion of the respective elements is more than the specified upper limits, the sizes of the precipitate increase without additional strength gain. In addition, the notch effect of the excretions increases. Titanium can also be replaced by zirconium and / or scandium up to half of the abovementioned titanium content of the aluminum-based alloy.
Weiter ist es möglich, dass zumindest ein Element der Gruppe Mangan, Kobalt und Chrom im Ausmaß von jeweils maximal des halben voranstehend genannten Mengenanteils dieser Ele- mente an der Aluminiumbasislegierung durch Vanadium und/oder Molybdän und/oder Eisen ersetzt wird. It is also possible for at least one element of the group manganese, cobalt and chromium to be replaced by vanadium and / or molybdenum and / or iron to the extent of not more than half of the above-mentioned proportion of these elements on the aluminum-based alloy.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante besteht das Mehrschichtgleitlagerelement 1 aus der Stützschicht 2 aus einer eisenbasierten Legierung, insbesondere einem Stahl, und der unmittelbar darauf angeordneten, und mit der Stützschicht 2 verbundenen Schicht 3 aus der Aluminiumbasislegierung. Letztere besteht in diesem Fall bevorzugt aus 5 Gew.-% bis 7 Gew.-% Zinn, 1,1 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Kupfer, 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Mangan, 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Kobalt, 0,05 Gew.-% bis 0, 15 Gew.-% Chrom, 0,03 Gew.-% bis 0, 10 Gew.-% Titan, 0,05 Gew.-% bis 0, 15 Gew.-% Zirkonium, 0,2 Gew.-% bis 0,4 Gew - % Silizium. Den Rest auf 100 Gew.-% bilden das Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen. Insbesondere kann die Aluminiumbasislegierung dieser Ausführungsvariante aus 6 Gew.-% Zinn, 1,3 Gew.-% Kupfer, 0,6 Gew.-% Mangan, 0,10 Gew.-% Kobalt, 0,10 Gew.-% Chrom, 0,07 Gew.-% Titan, 0,10 Gew.-% Zirkonium, 0,3 Gew.-% Silizium und dem Rest auf 100 Gew.-% aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammenden Verunreinigungen bestehen. According to a preferred embodiment variant, the multilayer sliding bearing element 1 consists of the supporting layer 2 of an iron-based alloy, in particular a steel, and the layer 3 of the aluminum-based alloy arranged directly thereon and connected to the supporting layer 2. The latter in this case preferably consists of 5 wt .-% to 7 wt .-% tin, 1.1 wt .-% to 1.5 wt .-% copper, 0.4 wt .-% to 0.8 wt. % Manganese, 0.05% to 0.15% cobalt, 0.05% to 0.15% chromium, 0.03% to 0.10% by weight % Titanium, 0.05% to 0.15% zirconium, 0.2% to 0.4% silicon by weight. The rest to 100 wt .-% form the aluminum and optionally derived from the preparation of the elements impurities. In particular, the aluminum base alloy of this embodiment may consist of 6% by weight of tin, 1.3% by weight of copper, 0.6% by weight of manganese, 0.10% by weight of cobalt, 0.10% by weight of chromium, 0.07% by weight of titanium, 0.10% by weight of zirconium, 0.3% by weight of silicon and the remainder to 100% by weight of aluminum and optionally impurities resulting from the preparation of the elements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Mehrschichtgleitlagerelementes 1 kann vorgesehen sein, dass für Silizium innerhalb der Schicht 3 aus der Aluminiumbasislegierung ein Konzentrationsgradient ausgebildet ist, mit zunehmendem Siliziumanteil in Richtung auf die Stützschicht 2. Beispielsweise kann die Konzentration des Siliziums in der Schicht 3 von 0 Gew.-% an der äußeren, d.h. der von der Stützschicht 2 abgewandten Oberfläche der Schicht 3, auf einen Wert von 0,3 Gew.-% an der an der Stützschicht 2 anliegenden Oberfläche zunehmen. Die Zunahme der Siliziumkonzentration kann dabei linear oder exponentiell oder sprunghaft erfolgen. According to a further embodiment variant of the multi-layer sliding bearing element 1, it can be provided that a concentration gradient is formed for silicon within the layer 3 of the aluminum-based alloy, with increasing silicon content in the direction of the support layer 2. For example, the concentration of silicon in the layer 3 can be from 0 wt. -% on the outside, ie the surface of the layer 3 facing away from the support layer 2 increases to a value of 0.3% by weight of the surface resting on the support layer 2. The increase in the silicon concentration can be linear or exponential or sudden.
Nach einer anderen Ausführungsvariante des Mehrschichtgleitlagerelementes 1 kann vorgesehen sein, dass die Stützschicht 2 aus einer eisenbasierten Legierung besteht und die die Schicht 3 bildende Aluminiumbasislegierung unmittelbar mit der eisenbasierten Stützschicht 2 verbunden ist. Auf dieser Schicht 3 ist eine weitere Schicht 4 angeordnet, wie dies in Fig. 1 strichliert dargestellt ist, sodass also die Schicht 3 zwischen der Stützschicht 2 und der weiteren Schicht 4 angeordnet ist. Die weitere Schicht 4 ist unmittelbar auf der Schicht 3 angeordnet und mit dieser verbunden. Anders als bei voranstehender Ausführungsvariante bildet also die Schicht 3, die unmittelbar mit der Stützschicht 2 verbunden ist, nicht die Laufschicht des Mehrschichtgleitlagerelementes 1, sondern eine Schicht, mit der die, die Laufschicht bildende weitere Schicht 4 aus der weiteren Aluminiumbasislegierung mit der Stützschicht 2 verbunden wird. According to another embodiment variant of the multi-layer sliding bearing element 1 it can be provided that the supporting layer 2 consists of an iron-based alloy and the aluminum base alloy forming the layer 3 is directly connected to the iron-based supporting layer 2. On this layer 3, a further layer 4 is arranged, as shown by dashed lines in Fig. 1, so that therefore the layer 3 between the support layer 2 and the further layer 4 is arranged. The further layer 4 is arranged directly on the layer 3 and connected thereto. Unlike in the preceding embodiment variant, therefore, the layer 3 which is directly connected to the support layer 2, not the running layer of the multilayer bearing element 1, but a layer with which the, the running layer forming further layer 4 of the further aluminum-based alloy with the support layer 2 is connected becomes.
Die Aluminiumbasislegierung der unmittelbar mit der Stützschicht 2 verbundenen Schicht 3 besteht in diesem Falls aus 1,5 Gew.-% bis 1,9 Gew.-% Kupfer, 0,6 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% Mangan, 0,08 Gew.-% bis 0, 18 Gew.-% Kobalt, 0,08 Gew.-% bis 0, 18 Gew.-% Chrom, 0,03 Gew.-% bis 0, 10 Gew.-% Titan, 0,08 Gew.-% bis 0,18 Gew.-% Zirkonium, 0,2 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% Silizium und dem Rest auf 100 Gew.-% aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen. Insbesondere kann diese Aluminiumbasislegierung der Schicht 3 aus 1,7 Gew.-% Kupfer, 0,8 Gew.-% Mangan, 0,13 Gew.-% Kobalt, 0, 13 Gew.-% Chrom, 0,07 Gew.-% Titan, 0, 13 Gew.-% Zirkonium, 0,3 Gew.-% Silizium und dem Rest auf 100 Gew.-% aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammenden Verunreinigungen bestehen. The aluminum base alloy of the layer 3 directly connected to the support layer 2 in this case consists of 1.5% by weight to 1.9% by weight of copper, 0.6% by weight to 1.0% by weight of manganese, 0.08 wt .-% to 0, 18 wt .-% cobalt, 0.08 wt .-% to 0, 18 wt .-% chromium, 0.03 wt .-% to 0, 10 wt .-% of titanium , 0.08 wt .-% to 0.18 wt .-% zirconium, 0.2 wt .-% to 0.4 wt .-% silicon and the balance to 100 wt .-% of aluminum and optionally from the production contaminants originating from the elements. In particular, this can Layer 3 aluminum base alloy of 1.7 wt% copper, 0.8 wt% manganese, 0.13 wt% cobalt, 0.13 wt% chromium, 0.07 wt% titanium, 0, 13 wt .-% zirconium, 0.3 wt .-% silicon and the balance to 100 wt .-% of aluminum and optionally resulting from the production of the elements consist of impurities.
Die weitere Aluminiumbasislegierung der weiteren Schicht 4 ist bis auf zulässige Verunreinigungen der Metalle, aus denen die Aluminiumbasislegierung hergestellt wird, siliziumfrei. Ansonsten kann sie aus einer Aluminiumbasislegierung bestehen, wie sie aus dem Stand der Technik für Laufschichten von Gleitlagern bekannt ist. The further aluminum-based alloy of the further layer 4 is silicon-free except for admissible impurities of the metals from which the aluminum-based alloy is produced. Otherwise, it may consist of an aluminum-based alloy, as known from the prior art for running layers of plain bearings.
Bevorzugt besteht die weitere Schicht 4 jedoch aus einer weiteren Aluminiumbasislegierung, die aus 5,0 Gew.-% bis 7,0 Gew.-% Zinn, 1,1 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Kupfer, 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Mangan, 0,05 Gew.-% bis 0, 15 Gew.-% Kobalt, 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew - % Chrom, 0,03 Gew.-% bis 0, 1 Gew.-% Titan, 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Zirkonium und dem Rest auf 100 Gew.-% aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammenden Verunreinigungen besteht. Insbesondere besteht die weitere Schicht 4 aus einer weiteren Aluminiumbasislegierung die aus 6,0 Gew.-% Zinn, 1,3 Gew.-% Kupfer, 0,6 Gew.-% Mangan, 0,10 Gew.-% Kobalt, 0,10 Gew.-% Chrom, 0,07 Gew.-% Titan, 0, 10 Gew - % Zirkonium und dem Rest auf 100 Gew.-% aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammenden Verunreinigungen besteht. However, the further layer 4 preferably consists of a further aluminum-based alloy which comprises from 5.0% by weight to 7.0% by weight of tin, 1.1% by weight to 1.5% by weight of copper, 0, 4 wt .-% to 0.8 wt .-% manganese, 0.05 wt .-% to 0, 15 wt .-% cobalt, 0.05 wt .-% to 0.15 wt -% chromium, 0, 03 wt .-% to 0, 1 wt .-% titanium, 0.05 wt .-% to 0.15 wt .-% zirconium and the remainder to 100 wt .-% of aluminum and optionally from the production of the elements derived Impurities. In particular, the further layer 4 consists of a further aluminum-based alloy which consists of 6.0% by weight of tin, 1.3% by weight of copper, 0.6% by weight of manganese, 0.10% by weight of cobalt, 0, 10% by weight of chromium, 0.07% by weight of titanium, 0 to 10% by weight of zirconium and the remainder to 100% by weight of aluminum and, if appropriate, any impurities resulting from the preparation of the elements.
Besonders bevorzugt ist, wenn die Aluminiumbasislegierung der direkt mit der eisenbasierten Stützschicht 2 verbundenen Schicht 3 und die weitere Aluminiumbasislegierung der weiteren Schicht 4 in Bezug auf die Elemente Kupfer, Mangan, Kobalt, Chrom, Titan und Zirkonium den gleichen, auf den jeweiligen Aluminiumanteil bezogenen relativen Mengenanteil auf, d.h. dass die Relation der Mengenanteile dieser Elemente bezogen auf den Aluminiumanteil in den beiden Aluminiumlegierungen gleich ist. It is particularly preferred if the aluminum-based alloy of the layer 3 bonded directly to the iron-based support layer 2 and the further aluminum-based alloy of the further layer 4 are the same relative to the elements copper, manganese, cobalt, chromium, titanium and zirconium Quantity on, ie that the ratio of the proportions of these elements based on the aluminum content in the two aluminum alloys is the same.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Mehrschichtgleitlagerelementes 1 kann vorge- sehen sein, dass das Verhältnis der Mengenanteile von Titan zu Kobalt zwischen in der direkt mit der Stützschicht 2 verbundenen Schicht 3 und/oder in der mit der Schicht 3 verbundenen weiteren Schicht 4 1 : 3 und 3 : 1 beträgt. Es kann auch vorgesehen sein, dass in der Aluminiumbasislegierung der direkt mit der eisenbasierten Stützschicht 2 verbundenen Schicht 3 und in der weiteren Aluminiumbasislegierung der weiteren Schicht 4 jeweils intermetallische Ausscheidungen vorhanden sind, wobei eine mittlere Größe der intermetallischen Ausscheidungen in der der Aluminiumbasislegierung der direkt mit der eisenbasierten Stützschicht 2 verbundenen Schicht 3 kleiner ist als eine mittlere Größe der intermetallischen Ausscheidungen in der weiteren Aluminiumbasislegierung der weiteren Schicht 4. According to a further embodiment variant of the multilayer sliding bearing element 1 it can be provided that the ratio of the proportions of titanium to cobalt between in the directly connected to the support layer 2 layer 3 and / or in the layer 3 connected to the further layer 4 1: 3 and 3: 1. It may also be provided that intermetallic precipitates are present in each case in the aluminum-based alloy of the layer 3 directly connected to the iron-based support layer 2 and in the further aluminum-based alloy of the further layer 4, wherein an average size of the intermetallic precipitates in the aluminum-based alloy directly with the Iron-based support layer 2 connected layer 3 is smaller than a mean size of the intermetallic precipitates in the other aluminum-based alloy of the further layer. 4
Die mittlere Größe wird dabei als arithmetischer Mittelwert aus dem Schliffbild der jeweili- gen Aluminiumbasislegierung nach dem Linienschnittverfahren bestimmt, wie dies an sich bekannt ist. Dazu werden über die mikroskopische Aufnahme Linien mit definierter Strecke aufgetragen. An jedem Punkt, an dem die Linie eine Korngrenze überschreitet erfolgt eine Markierung. Die Bestimmung der mittleren Größe der intermetallischen Ausscheidungen kann analog zu DIN EN ISO 643 erfolgen. The average size is determined as the arithmetic mean value from the micrograph of the respective aluminum-based alloy according to the line-cut method, as is known per se. For this purpose, lines with a defined distance are applied via the microscopic image. At each point where the line crosses a grain boundary, a mark is made. The determination of the average size of the intermetallic precipitates can be carried out analogously to DIN EN ISO 643.
Es sei erwähnt, dass sämtliche in der Beschreibung zitierten Normen in der Fassung anzuwenden sind, die am Anmeldetag der gegenständlichen Patentanmeldung gültig ist. It should be noted that all the standards cited in the description are to be applied in the version valid on the filing date of the subject patent application.
Die intermetallischen Ausscheidungen sind Verbindungen der Elemente Kupfer und/oder Mangan und/oder Kobalt und/oder Chrom und/oder Titan und/oder Zirkonium j eweils mit Aluminium und/oder der Elemente untereinander. Beispielsweise sind dies die intermetallischen Verbindungen AhCu, Al6Mn(Fe, Cr, Co). The intermetallic precipitates are compounds of the elements copper and / or manganese and / or cobalt and / or chromium and / or titanium and / or zirconium in each case with aluminum and / or of the elements with one another. For example, these are the intermetallic compounds AhCu, Al 6 Mn (Fe, Cr, Co).
Die mittlere Größe von 90 % der intermetallischen Ausscheidungen in der unmittelbar mit der Stützschicht 2 verbundenen Schicht 3 kann bevorzugt zwischen 1 μπι und 5 μπι betragen. The average size of 90% of the intermetallic precipitates in the layer 3 connected directly to the support layer 2 may preferably be between 1 μπι and 5 μπι.
Die mittlere Größe von 90 % der intermetallischen Ausscheidungen in der unmittelbar mit der Schicht 3 verbundenen weiteren Schicht 4 kann bevorzugt zwischen 0,1 μπι und 4 μπι betragen. The average size of 90% of the intermetallic precipitates in the further layer 4 connected directly to the layer 3 may preferably be between 0.1 μm and 4 μm.
Das Mehrschichtgleitlagerelement 1 kann mit üblichen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann die Schicht 2 mit der Stützschicht 2 walzplattiert werden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Schicht 3 auf die Stützschicht 2 aufgegossen wird. Die weitere Schicht 4 kann mit dem Verbundmaterial aus Stützschicht 2 und Schicht 3 walzplattiert werden. Ebenso kann die weitere Schicht 4 auf die Schicht 3 aufgegossen werden. Daneben besteht auch die Möglichkeit, dass in einem ersten Schritt ein Verbundwerkstoff aus der Schicht 3 und der weiteren Schicht 4 hergestellt wird, beispielsweise mittels Walzplattieren, und dass in weiterer Folge dieser Verbundwerkstoff mit der Stützschicht 2 verbunden wird, beispielsweise mittels Walzplattieren. The multilayer sliding bearing element 1 can be produced by conventional methods known from the prior art. For example, the layer 2 can be roll-laminated with the support layer 2. There is also the possibility that the layer 3 on the support layer. 2 is infused. The further layer 4 can be roll-laminated with the composite material of support layer 2 and layer 3. Likewise, the further layer 4 can be poured onto the layer 3. In addition, there is also the possibility that in a first step, a composite material of the layer 3 and the further layer 4 is produced, for example by means of roll cladding, and that subsequently this composite material is connected to the support layer 2, for example by means of roll cladding.
Der oben angesprochene Konzentrationsgradient für Silizium kann über die Abkühlbedingungen der Aluminiumbasislegierung, das Gießverfahren an sich, durch ein Spritzverfahren, etc. hergestellt werden. The above-mentioned concentration gradient for silicon can be prepared by the cooling conditions of the aluminum base alloy, the casting method per se, by a spraying method, etc.
Die Ausbildung der voranstehend genannten Größen der intermetallischen Verbindungen kann durch eine schnelle Abkühlung der Aluminiumbasislegierung erreicht werden. An sich ist es dem Fachmann bekannt, dass durch schnellere Abkühlung ein feinkörnigeres Gefüge er- reicht werden kann, sodass sich also Ausführungen zu den Abkühlbedingungen erübrigen. The formation of the above-mentioned sizes of the intermetallic compounds can be achieved by rapid cooling of the aluminum-based alloy. As such, it is known to the person skilled in the art that a finer grain structure can be achieved by faster cooling, so that explanations of the cooling conditions are unnecessary.
Es ist weiter möglich, dass der Anteil der intermetallischen Ausscheidungen in der Schicht 3 auf maximal 5 Vol.-%, insbesondere auf zwischen 1 Vol.-% und 2 Vol.-%, und/oder der Anteil der intermetallischen Ausscheidungen in der Schicht 4 auf maximal 2 Vol.-% insbeson- dere auf zwischen 0,5 Vol.-% und 2 Vol.-%, beschränkt wird. It is also possible that the proportion of intermetallic precipitates in the layer 3 to a maximum of 5 vol .-%, in particular to between 1 vol .-% and 2 vol .-%, and / or the proportion of intermetallic precipitates in the layer 4th to a maximum of 2% by volume, in particular between 0.5% by volume and 2% by volume.
Es besteht im Rahmen der Erfindung neben der zweischichtigen oder dreischichtigen Ausführung des Mehrschichtgleitlagerelementes 1 auch die Möglichkeit, dass auf die Schicht 3 (bei der zweischichtigen Ausführungsvariante) oder auf die weiteren Schicht 4 (bei der dreischich- tigen Ausführungsvariante) eine Einlaufschicht aufgebracht wird, beispielsweise eine Reinzinnschicht oder eine Gleitlackschicht. In the context of the invention, in addition to the two-layered or three-layered embodiment of the multi-layered plain bearing element 1, it is also possible to apply an enema layer to the layer 3 (in the two-layered embodiment) or to the further layer 4 (in the three-layered variant), for example a pure tin layer or a Gleitlackschicht.
Im Zuge der Evaluierung des Mehrschichtgleitlagerelementes 1 wurden folgende Mustermehrschi chtgl ei tlagerelemente hergestellt. Von diesen wurden die Wechselbiegefestigkeit, die Fressneigung im dynamischen Lastfall und der Verschleiß bestimmt. Parameter für die Wechselbiegefestigkeit: 25 Hz, Raumtemperatur, Flachbiegeproben (90 mm x 17,5 mm x 1,82 mm (davon Stahl 1,4 mm), mittige Verjüngung L = 28,2 mm, R = 37,5 mm), max. Biegemoment 15 Nm, max. Biegewinkel 12. Parameter für die Fressneigung: Prüflager mit 80,5 mm Außendurchmesser; Drehzahl 3000 min-1, Öl SAE 10W Shell Rimula, Öleinlass mit 120°C; Gegenkörper Stahlwelle, ansteigende Last ist überlagert mit einer dynamischen Belastung mit 50 Hz. In the course of the evaluation of the multi-layer sliding bearing element 1, the following pattern multiples were made. Of these, the alternating bending strength, the Fressneigung in the dynamic load case and the wear were determined. Parameters for bending resistance: 25 Hz, room temperature, flat bending specimens (90 mm x 17.5 mm x 1.82 mm (of which 1.4 mm steel), central taper L = 28.2 mm, R = 37.5 mm), Max. Bending moment 15 Nm, max. Bending angle 12. Parameters for the feeding tendency: test bearing with 80.5 mm outside diameter; Speed 3000 rpm, oil SAE 10W Shell Rimula, oil inlet at 120 ° C; Counter body steel shaft, increasing load is superimposed with a dynamic load of 50 Hz.
Parameter für den Verschleiß. Prüflager mit 80,5 mm Außendurchmesser; Drehzahl 3000 min-1, Öl SAE 10W Shell Rimula, Öleinlass mit 110°C; Gegenkörper Stahlwelle, 50 Hz dynamische Belastung druckschwellend, max. Amplitude 75 bzw. 100 MPa, Prüfdauer 15 h. Der Verschleiß in μιη wird ausgewertet. Parameters for wear. Test bearing with 80.5 mm outside diameter; Speed 3000 rpm, oil SAE 10W Shell Rimula, oil inlet with 110 ° C; Counter body steel shaft, 50 Hz dynamic load pressure swelling, max. Amplitude 75 or 100 MPa, test duration 15 h. The wear in μιη is evaluated.
Es wurde jeweils eine Stützschicht 2 aus Stahl (HB30 = 177-182) verwendet. In each case a steel support layer 2 (HB30 = 177-182) was used.
Für die Schicht 3 wurden in der zweischichtigen Ausführungsvariante folgende in Tabelle 1 angeführte Aluminiumbasislegierungen verwendet. Die Zahlenangaben sind jeweils in Gew - % zu verstehen. Den Rest auf 100 Gew.-% bildet jeweils Aluminium. Die Testmuster wurden mittels Walzplattieren der Schicht 3 auf die Stützschicht 2 hergestellt. For layer 3, the aluminum base alloys listed in Table 1 were used in the two-layered embodiment. The figures are to be understood in each case in% by weight. The rest to 100 wt .-% each forms aluminum. The test samples were prepared by roll-laminating the layer 3 onto the support layer 2.
Tabelle 1 : Zusammensetzungen von Aluminiumbasislegierungen Table 1: Compositions of aluminum-based alloys
Es zeigte sich, dass die damit hergestellten Mehrschichtgleitlagerelemente 1 hinsichtlich Verschleiß und Fressneigung vergleichbare Ergebnisse lieferten, wie Mehrschichtgleitlagerelemente nach dem Stand der Technik. In Hinblick auf die Wechselbiegefestigkeit wurden aber bessere Ergebnisse erreicht. Es wurden ebenfalls Testmuster der dreischichtigen Ausführungsvariante des Mehrschicht- gleitlagers hergestellt. Wiederum wurde eine Stützschicht 2 aus Stahl eingesetzt. It was found that the multi-layer sliding bearing elements 1 produced therewith provided comparable results in terms of wear and tendency to seizure, as did multilayer sliding bearing elements according to the prior art. With regard to the alternating bending strength but better results were achieved. Test samples of the three-layer variant of the multilayer plain bearing were also produced. Again, a steel support layer 2 was used.
Die Testmuster wurden hergestellt, indem zuerst ein Bimetall streifen aus der Schicht 3 und der Schicht 4 erzeugt wurde. Dieser Bimetall streifen wurde anschließend auf eine Stahlstützschicht walzplattiert und der Verbund bei 350 °C wärmebehandelt. The test samples were prepared by first a bimetallic strip of the layer 3 and the layer 4 was generated. This bimetallic strip was then roll-laminated to a steel backing layer and the composite was heat treated at 350 ° C.
In Tabelle 2 sind Ausführungsbeispiele für Aluminiumbasislegierungen der Schicht 4 und in Tabelle 3 Ausführungsbeispiele für Aluminiumbasislegierungen der Schicht 3 wiedergegeben. Auf jede in Tabelle 3 mit X B bezeichnete Aluminiumbasislegierung der Schicht 3 wurde eine in Tabelle 2 mit X A bezeichnete Aluminiumbasislegierung als Schicht 4 aufgebracht, sodass also beispielsweise zum Ausführungsbeispiel 4 als Schicht 3 die Aluminiumbasislegierung 4 B und als Schicht 4 die Aluminiumbasislegierung 4 A gehört. Tabelle 2: Zusammensetzungen von Aluminiumbasislegierungen der Schicht 4 In Table 2, embodiments of layer 4 aluminum base alloys and in Table 3 embodiments of layer 3 aluminum base alloys are shown. On each of the aluminum base alloy of Layer 3 shown in Table 3, an aluminum base alloy indicated by XA in Table 2 was coated as layer 4, so that for Example 4 as layer 3, aluminum base alloy 4B and layer 4 include aluminum base alloy 4A. Table 2: Compositions of layer 4 aluminum base alloys
Tabelle 3 : Zusammensetzungen von Aluminiumbasislegierungen der Schicht 3 Table 3: Compositions of layer 3 aluminum base alloys
Stellvertretend für diese Ausführungsvarianten des Mehrschichtgleitlagerelementes 1 sind nachfolgend die Ergebnisse der Wechselbiegefestigkeit, der Fressneigung im dynamischen Lastfall und des Verschleißes für die Kombination Stahl - 4B - 4A (im Folgenden AB 4) wiedergegeben. Zudem wurden folgende Vergleichsmuster angefertigt und die entsprechenden Untersuchungen durchgeführt. Aufbau Vergleichsmuster 10 (VM 10): Stahl - AlZn - AlSn25 Aufbau Vergleichsmuster 11 (VM 11): Stahl - AI - AlSn6Si Representative of these embodiments of the multi-layer sliding bearing element 1 are reproduced below, the results of alternating bending strength, the Fressneigung dynamic load case and the wear for the combination steel - 4B - 4A (hereinafter AB 4). In addition, the following comparison samples were prepared and the corresponding examinations were carried out. Construction of comparative sample 10 (VM 10): Steel - AlZn - AlSn25 Construction of comparative sample 11 (VM 11): Steel - AI - AlSn6Si
Aufbau Vergleichsmuster 12 (VM 12): Stahl - AI - AlSn20Si Construction of reference sample 12 (VM 12): Steel - Al - AlSn20Si
Die Ergebnisse für die Wechselbiegefestigkeiten sind in Fig. 2 dargestellt, in der auf der Abszisse die Anzahl der Belastungszyklen und auf der Ordinate die Biegespannungen in MPa auf- getragen sind. Dabei bedeuten: The results for the alternating bending strengths are shown in FIG. 2, in which the number of load cycles is plotted on the abscissa and the bending stresses in MPa are plotted on the ordinate. Where:
Bezugszeichen 5: Ausführungsbeispiel 4, quer zur Walzrichtung Reference 5: Embodiment 4, transverse to the rolling direction
Bezugszeichen 6: Ausführungsbeispiel 4, längs zur Walzrichtung Reference numeral 6: Embodiment 4, along the rolling direction
Bezugszeichen 7: Vergleichsmuster 11, quer zur Walzrichtung Reference numeral 7: Comparison pattern 11, transverse to the rolling direction
Bezugszeichen 8: Vergleichsmuster 11, längs zur Walzrichtung Reference 8: Comparison pattern 11, along the rolling direction
Bezugszeichen 9: Vergleichsmuster 12, quer zur Walzrichtung Reference numeral 9: Comparison pattern 12, transverse to the rolling direction
Bezugszeichen 10: Vergleichsmuster 12, längs zur Walzrichtung Reference numeral 10: Comparison pattern 12, along the rolling direction
Bezugszeichen 11 : Vergleichsmuster 10, längs zur Walzrichtung Reference numeral 11: Comparison pattern 10, along the rolling direction
ebnisse der Fressneigung im dynamischen Lastfall [MPa] Experiences of feeding tendency in dynamic load cases [MPa]
ebnisse für Verschleiß [μηι]: Results for Wear [μηι]:
Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind, insbesondere in Hinblick auf die Zusammensetzungen der Schicht 3 und der Schicht 4, die miteinander in einem Mehrschichtgleitlagerelement 1 verwendet werden. The embodiments show or describe possible embodiments, it being noted at this point that various combinations of the individual embodiments are possible with each other, in particular with regard to the compositions of Layer 3 and the layer 4, which are used together in a multi-layer sliding bearing element 1.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Mehrschichtgleitlagerelementes 1 dieses nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt ist. For the sake of order, it should finally be pointed out that, for a better understanding of the structure of the multilayer sliding bearing element 1, this is not necessarily drawn to scale.
Bezugszeichenaufstellung REFERENCE NUMBERS
Mehr schi chtgl eitl agerel ement More business unit
Stützschicht  backing
Schicht  layer
Schicht  layer
Ausführungsbeispiel 4  Embodiment 4
Ausführungsbeispiel 4  Embodiment 4
Vergleichsmuster 11  Comparison pattern 11
Vergleichsmuster 11  Comparison pattern 11
Vergleichsmuster 12  Comparison pattern 12
Vergleichsmuster 12  Comparison pattern 12
Vergleichsmuster 10  Comparison pattern 10

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Mehrschichtgleitlagerelement (1) mit einer Stützschicht (2) und einer darauf angeordneten Schicht (3) aus einer Aluminiumbasislegierung mit Aluminium als Hauptbestandteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumbasislegierung zwischen 0 Gew.-% und 7 Gew - % Zinn, zwischen 1,1 Gew.-% und 1,9 Gew.-% Kupfer, zwischen 0,4 Gew.-% und 1 Gew.-% Mangan, zwischen 0,05 Gew.-% und 0, 18 Gew.-% Kobalt, zwischen 0,05 Gew.-% und 0,18 Gew.-% Chrom, zwischen 0,03 Gew.-% und 0,1 Gew.-% Titan, zwischen 0,05 Gew.-% und 0, 18 Gew.-% Zirkonium und zwischen 0 Gew.-% und 0,4 Gew.-% Silizium enthält und den Rest auf 100 Gew.-% Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen bilden, mit der Maßgabe, dass jedenfalls Zinn oder Silizium in der Aluminiumbasislegierung enthalten ist. A multilayer sliding bearing element (1) having a supporting layer (2) and an aluminum-based alloy layer (3) with aluminum as its main component, characterized in that the aluminum-based alloy contains between 0% by weight and 7% by weight of tin, between 1, 1 wt .-% and 1.9 wt .-% copper, between 0.4 wt .-% and 1 wt .-% manganese, between 0.05 wt .-% and 0, 18 wt .-% cobalt, between 0.05 wt .-% and 0.18 wt .-% chromium, between 0.03 wt .-% and 0.1 wt .-% titanium, between 0.05 wt .-% and 0, 18 wt. % Zirconium and between 0 wt .-% and 0.4 wt .-% silicon and the remainder to 100 wt .-% of aluminum and optionally from the production of the elements form impurities, with the proviso that in any case tin or silicon in the aluminum-based alloy is contained.
2. Mehrschichtgleitlagerelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (2) aus einer eisenbasierten Legierung besteht und dass die Aluminiumbasislegierung unmittelbar mit der eisenbasierten Stützschicht (2) verbunden ist und aus 5 Gew.-% bis 7 Gew.-% Zinn, 1,1 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Kupfer, 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew - % Mangan, 0,05 Gew.-% bis 0, 15 Gew.-% Kobalt, 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Chrom, 0,03 Gew.-% bis 0,10 Gew.-% Titan, 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Zirkonium, 0,2 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% Silizium und dem Rest auf 100 Gew.-% aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen besteht. 2. multilayer sliding bearing element (1) according to claim 1, characterized in that the support layer (2) consists of an iron-based alloy and that the aluminum-based alloy is directly connected to the iron-based support layer (2) and from 5 wt .-% to 7 wt. % Tin, 1.1% by weight to 1.5% by weight of copper, 0.4% by weight to 0.8% by weight of manganese, 0.05% by weight to 0.15% by weight % Cobalt, 0.05 wt% to 0.15 wt% chromium, 0.03 wt% to 0.10 wt% titanium, 0.05 wt% to 0.15 wt% -% zirconium, 0.2 wt .-% to 0.4 wt .-% silicon and the balance to 100 wt .-% of aluminum and optionally resulting from the preparation of the elements impurities consists.
3. Mehrschichtgleitlagerelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für Silizium innerhalb der Schicht (3) aus der Aluminiumbasislegierung ein Konzentrati- onsgradient ausgebildet ist, mit zunehmenden Siliziumanteil in Richtung auf die Stützschicht (2)· 3. multilayer sliding bearing element (1) according to claim 2, characterized in that for silicon within the layer (3) of the aluminum-based alloy a concentration gradients is formed, with increasing silicon content in the direction of the support layer (2) ·
4. Mehrschichtgleitlagerelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschicht (2) aus einer eisenbasierten Legierung besteht und dass die Aluminium- basislegierung der Schicht (3) unmittelbar mit der eisenbasierten Stützschicht (2) verbunden ist und aus 1,5 Gew.-% bis 1,9 Gew.-% Kupfer, 0,6 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% Mangan, 0,08 Gew.-% bis 0, 18 Gew.-% Kobalt, 0,08 Gew.-% bis 0, 18 Gew.-% Chrom, 0,03 Gew.-% bis 0,10 Gew.-% Titan, 0,08 Gew.-% bis 0, 18 Gew.-% Zirkonium, 0,2 Gew.-% bis 0,4 Gew.-% Silizium und dem Rest auf 100 Gew.-% aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen besteht und dass mit der Schicht (3) aus der Aluminiumbasislegierung eine weitere Schicht (4) aus einer weiteren Aluminiumbasislegierung verbunden ist, wobei die weitere Schicht (4) aus der weiteren Aluminiumbasislegie- rung besteht, die siliziumfrei ist. 4. Multi-layer sliding bearing element (1) according to claim 1, characterized in that the support layer (2) consists of an iron-based alloy and that the aluminum base alloy of the layer (3) is directly connected to the iron-based support layer (2) and from 1.5 % By weight to 1.9% by weight of copper, 0.6% by weight to 1.0% by weight of manganese, 0.08% by weight to 0, 18% by weight of cobalt, 0, From 08% by weight to 0, 18% by weight chromium, from 0.03% by weight to 0.10% by weight titanium, from 0.08% by weight to 0, 18% by weight zirconium, 0 , 2% by weight to 0.4% by weight Silicon and the rest on 100 wt .-% of aluminum and optionally resulting from the production of the elements impurities and that with the layer (3) of the aluminum-based alloy, a further layer (4) is connected from a further aluminum-based alloy, wherein the further layer (4) consists of the further Aluminiumbasislegie- tion, which is free of silicon.
5. Mehrschichtgleitlagerelement (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Aluminiumbasislegierung der weiteren Schicht (4) aus 5,0 Gew.-% bis 7,0 Gew.-% Zinn, 1,1 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Kupfer, 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Mangan, 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% Kobalt, 0,05 Gew.-% bis 0, 15 Gew.-% Chrom, 0,03 Gew.-% bis 0, 1 Gew.-% Titan, 0,05 Gew.-% bis 0, 15 Gew.-% Zirkonium und dem Rest auf 100 Gew - % aus Aluminium sowie gegebenenfalls aus der Herstellung der Elemente stammende Verunreinigungen besteht. 5. multilayer sliding bearing element (1) according to claim 4, characterized in that the further aluminum-based alloy of the further layer (4) of 5.0 wt .-% to 7.0 wt .-% tin, 1.1 wt .-% to 1 , 5 wt% copper, 0.4 wt% to 0.8 wt% manganese, 0.05 wt% to 0.15 wt% cobalt, 0.05 wt% to 0, 15 wt .-% chromium, 0.03 wt .-% to 0, 1 wt .-% titanium, 0.05 wt .-% to 0, 15 wt .-% zirconium and the remainder to 100 wt -% made of aluminum and optionally derived from the production of the elements impurities.
6. Mehrschichtgleitlagerelement (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumbasislegierung der direkt mit der eisenbasierten Stützschicht (2) verbundenen Schicht (3) und die weitere Aluminiumbasislegierung der weiteren Schicht (4) in Bezug auf die Elemente Kupfer, Mangan, Kobalt, Chrom, Titan und Zirkonium den gleichen, auf den jeweiligen Aluminiumanteil bezogenen relativen Mengenanteil aufweist. 6. multilayer sliding bearing element (1) according to claim 4 or 5, characterized in that the aluminum-based alloy of directly with the iron-based support layer (2) connected layer (3) and the further aluminum-based alloy of the further layer (4) with respect to the elements copper, manganese , Cobalt, chromium, titanium and zirconium have the same, relative to the respective aluminum content relative proportion.
7. Mehrschichtgleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Mengenanteile von Titan zu Kobalt zwischen 1 : 3 und 3 : 1 beträgt. 7. multilayer sliding bearing element (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the ratio of the proportions of titanium to cobalt is between 1: 3 and 3: 1.
8. Mehrschichtgleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aluminiumbasislegierung der direkt mit der eisenbasierten Stützschicht (2) verbundenen Schicht (3) und in der weiteren Aluminiumbasislegierung der weiteren Schicht (4) jeweils intermetallische Ausscheidungen vorhanden sind, wobei eine mittlere Größe der intermetallischen Ausscheidungen in der der Aluminiumbasislegierung der direkt mit der eisenbasierten Stützschicht (2) verbundenen Schicht (3) kleiner ist, als eine mittlere Größe der intermetallischen Ausscheidungen in der weiteren Aluminiumbasislegierung der weiteren Schicht (4). 8. multilayer sliding bearing element (1) according to one of claims 4 to 7, characterized in that in the aluminum-based alloy directly with the iron-based support layer (2) connected layer (3) and in the further aluminum-based alloy of the further layer (4) each intermetallic precipitates wherein an average size of the intermetallic precipitates in the aluminum base alloy of the layer (3) directly bonded to the iron-based support layer (2) is smaller than an average size of the intermetallic precipitates in the further aluminum-base alloy of the further layer (4).
9. Mehrschichtgleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass Titan bis maximal zur Hälfte des Titananteils an der Aluminiumbasislegie rung durch Zirkonium und/oder Scandium ersetzt ist. 9. multilayer sliding bearing element (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that titanium is replaced by up to half of the titanium content of the Aluminiumbasislegie tion by zirconium and / or scandium.
10. Mehrschichtgleitlagerelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass zumindest ein Element der Gruppe Mangan, Kobalt und Chrom im Ausmaß von jeweils maximal des halben Mengenanteils dieser Elemente an der Aluminiumbasislegierung durch Vanadium und/oder Molybdän und/oder Eisen ersetzt ist. 10. multilayer sliding bearing element (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one element of the group manganese, cobalt and chromium in the amount of not more than half the proportion of these elements on the aluminum-based alloy by vanadium and / or molybdenum and / or iron is replaced.
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