DE1940463A1 - Verwendung von zinn- und antimonarmen Bleilegierungen mit Arsenbeimengungen als Lagermetall - Google Patents

Description

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Verwendung von Zinn- und Antimon-armen Bleilegierungen mit Arsenbeimengungen als Lagermetall

Werkstoffe der Basis Blei-Antimon-Zinn-Kupfer mit Blei als Hauptbestandteil gehören als Zinn-arme Bleilagermetalle schon seit vielen Jahren zum festen Bestand der Technik.

Die bekanntesten Legierungen dieser Art, Weißmetall 5 und Weißmetall 10 (nach DIN 1703 auch mit LgPbSn5 oder LgPbSnIO bezeichnet), haben folgende Grundzusammensetzung:

Weißmetall 5: 77,5 bis 79,5 % Pb; 14,5 bis 16,5 % Sb; 4,5 bis 5,5 % Sn und 0,5 bis 1,5 % Cu.

Weißmetall 10: 72,5 bis 74,5 % Pb; 14,5 bis 16,5 % Sb; 9,5 bis 10,5 % Sn und 0,5 bis 1,5 % Cu.

In beiden Legierungen sind begrenzte Mengen an Eisen, Zink und Aluninium als Verunreinigungen zulässig.

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Von diesen beiden Grundtypen kennt die Lagermetalltechnik Abwandlungen mit Legierungszusätzen an Kadmium, Nickel und Arsen. Legierungen dieser Art (nach DIN 1703 auch rait LgPbSnGCd und LgPbSnS)Cd bezeichnet) haben folgende Zusammensetzung:

Weißmetall 6: 14 bis 16 % Sb; 5 bis 7 f. Sn; 0,8 bis 1,2 % Cu; 0,6 bis 1,0 % Cd; 0,2 bis 0,6 % Ni; 0,3 bis 1,0 % As; Rest Blei.

Weißmetall 9: 71,9 bis 77,3 % Pb; 13 bis 15 % Sb; 8 bis 10 % Sn; 0,8 bis 1,2 % Cu; 0,3 bis 0,7 % Cd; 0,3 bis 1,0 % As; 0,2 bis 0,6 Ni; Rest Blei.

Gemeinsam ist allen diesen Bleilagermetallen ein relativ höher Antimongehalt von 13 bis 16,5 % und Kupferbeimengungen bis zu 1,5 %. Vor allem der hohe Antimongehalt soll den Legierungszweck sichern. Er soll das Lagermetall dazu befähigen, bei guten Gleiteigenschaften höheren mechanischen Lagerbelastungen standzuhalten.

Zinn-arme und Antimon-reiche Bleilagerraetalle dieser Art sind auch in Anderen Werkstoffnormen wie z. B. den AStM- und SA^-Nornen enthalten. Sie haben im Prinzip das gleiche Merkaal: relativ hohe Antiaonfehalte von wenigstens etwa 9 % bei gegebenenfalls geringen Kupferbeimengungen und Sonderzusätzen, etwa analog* zu den Weißmetallen 6 und 9.

Andererseits sind aber auch Blei-Antinon-Zinn-Legierungen bekannt, deren . Antiaonanteil wesentlich kleiner ist, bei denen Kupfer nicht oder nur in

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kleinen Blenden vorhanden ist und die durch weitere Beimengungen modifiziert sein können. Im allgemeinen werden in diesem Fall dieselben Elemente als Legierungszusatz verwendet, die auch in Antimon-reichen und Zinn-armen Bleilegierungen gebräuchlich sind. Diese Legierungen werden gemäß dem heutigen Stande der Technik jedoch nicht als Lagermetalle verwendet. Wegen der meist.geringen Härte dieser Antimon-armen Legierungen wird ihre Belastbarkeit in technischen Legierungen als unzureichend angesehen. Sie dienen ausschließlich anderen Zwecken, wie die folgenden drei Beispiele zeigen.

1. So wird in DIN 16512 eine Legierung PbSnSSb4. mit 2,5 bis 3,5 % Sn; 3,5 bis 4,5 Sb; Rest Pb erwähnt, die zum Hintergießen von Galvanos . benutzt wird (Hintergießmetall). Die zulässigen Hochstbeiraerigungen sollen für diese Legierungen betragen: O₁Ol % Zn; 0,3 % As; 0,01 Al; 0,3 % (Ni+Cu); 0,05 % Fe. - ■ '

2. Bekannt sind ferner walz- und aushärtbare Antimon-arrne Blei-Antimon- ( Zinn-Legierungen mit und ohne Afsenbeinengung^, für welche die Druckschrift "Blei" in der Schriftenreihe der Bleiberatung e.V;, Düsseldorf, auf Seite Cl, Blatt 8, folgende Beispiele erwähnt:

a) 2 % Sb; 3 % Sn; Rest Pb;

b) 2 %-Sb; 3 % Sn; 0,1 % As; Best Pb;

c) 2 % Sb; 3 % Sn; 0,4 % As; Rest Pb.

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Vergleicht man die Härte dieser Walzlegierungen im abgeschreckten

Zustand mit: a) 8,2; b) 8,4 und c) 10,2 kp/mm sowie im ausgelagerten

Zustand mit; a) 17,8; b) 16,6 und c) 16,7 kp/mm mit den in DIN 1703 angegebenen Härtewerten für Weißmetall 5: 22;Weißmetall 10: 23; Weiß-

metall 6: 26 und Weißmetall 9: 28 kp/mm , go wird ersichtlich, weshalb diese oder ähnliche Antimon-arme Legierungstypen nicht als Lagermetall verwendet worden sind. Bei der nur geringen Härte dieser Legierungen mußte nämlich ein wesentlicher Tragfähigkeitsverlust im Vergleich zu den klassischen Weißmetallen erwartet werden, der unerwünscht ist. Es kommt hinzu, daß die mit diesen Legierungen durch Auslagerung erreichbare Härtesteigex*ung, deren Ausmaß soeben angegeben wurde, im Lager wegen

der unvermeidbaren Temperatursteigerung auf etwa 100 C nicht ausnutzbar ist. Sie geht bei der Erwärmung verloren.

Es ist daher verständlich, daß diese Bleiwerkstoffe gemäß dem heutigen Stande der Technik hauptsächlich im Behälterbau und zur Auskleidung von Behältern benutzt werden.

3. Im Schrifttum wird weiterhin eine Bleilegierung mit 3,5 bis 4,KSn; 3,0 bis 4,0 % Sb; 0,10 % Cu; 0,05 % As; 0,10 % Bi; 0,005 % Zn; 0,005% Al; 0,005 % Cd; weitere Elemente bis zu maximal 0,40 % und Rest Pb erwähnt (SAE Nr. 16 in; "1967 SAE Handbook", Seite 165), die als Einlaufschicht von 0,0001 bis 0,005 Zoll Dicke auf eine Kupfer-Nickel-Sinterbronze,

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die ihrerseits mit einem Stahlkurper fest verbunden ist, durch Gießen aufgebracht werden soll. Eine eigenständige Verwertung dieser Antimon-armen und praktisch Arsen-freien Bleilegierung sehen die SAE-Standards nicht vor. Der Fachmann hatte ein Vorurteil, derartig weiche Legierungen als eigenständige Gleitlagerschichten Üblicher Dicke zu verwenden. Sie schienen ihm allenfalls, gerade wegen ihrer Weichheit, als dünne Einlaufschichten auf Sinterbronzen brauchbar zu sein.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß bestimmte Antimon-arme Blei-Zinn-Legierungen, welche bisher als Auskleidungswerkstoffe im Behälterbau oder als Legierungen für das graphische Gewerbe verwendet worden sind, hervorragende Eigenschaften als Lagermetalle aufweisen.

Die vorliegende Erfindung ist deshalb gekennzeichnet durch die Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung

0,5 bis 5 Gew.% Sn
2^5 bis 4,5 Gew.% Sb
0,1 bis 0,5 Gew.% As
Rest Pb

als Lagermetall.. Als besonders vorteilhaft haben sich Legierungen folgender Zusammensetzung bewährt; 2₉0 bis 4,5 Gew.% Sn; 2,5 bis 4,5 Gew.% Sbj 0,1 bis 0,5 Gew.% As; Rest Blei.

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Die erfindungsgemäß als Lagermetalle zu verwendenden Legierungen haben nicht nur ausgezeichnete Laufeigenschaften, sondern bieten darüber hinaus besondere fertigungstechnische Vorteile. Die Legierungen lassen sich ausgezeichnet im Stand- und Schleuderguß vergießen; sie sind aber auch leicht walz- und preßbar und können sowohl durch Löten und Kleben dauerhaft mit dem Stützkörper verbunden werden.

Damit wird den heute verfügbaren Bleiweißmetallen eine weitere Type hinzugefügt. Hierdurch ist es dem Fachmann möglich, entsprechend den speziellen Anforderungen jeweils die Legierung mit den optimalen Eigenschaften auszuwählen.

Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung des Erfindungsgedankens, ohne ihn einzuschränken: > '

Beispiel

Ein Verbundlager, bestehend aus einer gewalzten Bleilegierung mit: 2,3 % Sb; 3,1 % Sn; 0,38 % As; Rest Pb als Lagerwerkstoff <Schieht~ dicke: 2 mm) und einem Stützkörper aus Stahl, wobei der Lagerwerkstoff in den Stützkörper warm eingeklebt worden ist, wird in einer MAN-Lagerprüfmaschine bei einer Unfangsgeschwindigkeit der Weile von 2O m/sec bis zur Zerstörung der Gleitlagerschicht belastet und die ertragene Grenzbelastung gemessen. Als Wellenwerkstoff wurde ein unlegierter

Kohlenstoffstahl mit einer Zugfestigkeit von 70 fcp/msi benutzt*. - Als

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Grenzbelastung ergab sich: 95 kp/cm .

Eine viermalige Wiederholung dieses Versuches mit veränderter Gleitgeschwindigkeit, jedoch bei sonst gleichen Prüfbedingungen, ergab Belastungsgrenzwerte, die in der folgenden Tabelle eingetragen sind:

^: :^:- ■ ^:; ■ ' "■■■"■■■ ^: χ ι

Γ -Π

Gleitgeschwindigkeit |_m -sec 1 Grenzbelastung kp/cm

Versuch 1 7 150

Versuch 2 8 150

Versuch 3 9 150

Versuch 4 9 . 175

Versuch 5 . 20 95

Im Vergleich mit technisch ausgeführten Lagerungen geht aus dieser Zusammenstellung hervor, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen trotz ihrer geringen Härte Grenzbelastungen aufweisen, die weit üben den für die Praxis geforderten Vierten liegen.

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Claims (1)

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Paten-tanspruoh

Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung

0,5 bis 5 Gew.% Sn 2,5 bis 4,5 Gew.% Sb 0,1 bis 0,5 Gew.% As Rest Pb

als Lagermetall.

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