DE3000772A1 - Aluminium-tin bearing alloy - contg. chromium and hardening additives to improve softening and seizing resistance - Google Patents
Aluminium-tin bearing alloy - contg. chromium and hardening additives to improve softening and seizing resistanceInfo
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Abstract
Description
Al-Sn-Lagerlegierung, daraus hergestellter Lagerwerk-Al-Sn bearing alloy, bearing plant made from it
stoff und damit versehenes Wellenlager Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerlegierung auf Aluminium-Zinn(Al-Sn)-Basis, die hergestellt wird, indem Zinn einer Aluminiummatrix und einem Lagerwerkstoff zugesetzt wird, der hergestellt wird, indem die Lagerlegierung auf Al-Sn-Basis auf eine Stahlunterlage durch Preßschweißen aufgebracht wird. Insbesondere ist die Lager legierung auf Al-Sn-Basis nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerlegierung hinsichtlich mehrerer Eigenschaften verbessert wird, indem verschiedene Arten von Zusatzelementen benutzt werden. Das heißt die Dauerfestigkeit wird sehr verbessert., indem das Absinken der Härte bei hohen Temperaturen verringert wird und indem insbesondere die Vergröberung der Zinnteilchen vermieden wird. Außerdem wird die Verschleißfestigkeit der Lagerlegierung erhöht, um die Haltbarkeit gegenüber einer zu lagernden Welle zu verbessern, die eine harte und rauhe Oberfläche hat. In dem Fall, in welchem die Lagerlegierung nach der Erfindung für Lagervorrichtungen an Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren benutzt wird, die harte Bedingungen verlangen, können demgemäß beträchtliche Vorteile erwartet werden.fabric and shaft bearing provided therewith The invention relates on an aluminum-tin (Al-Sn) based bearing alloy made by Tin is added to an aluminum matrix and a bearing material that is manufactured is made by pressure welding the Al-Sn-based bearing alloy onto a steel base is applied. In particular, the bearing alloy is based on Al-Sn according to the Invention characterized in that the bearing alloy with regard to several properties is improved by using various types of additional elements. That means the fatigue strength is greatly improved by reducing the hardness at high temperatures and in particular by the coarsening of the tin particles is avoided. In addition, the wear resistance of the bearing alloy is increased, to improve the durability compared to a shaft to be stored, which is a hard one and has a rough surface. In the case where the bearing alloy according to the invention for bearing devices on crankshafts used by internal combustion engines which require severe conditions can accordingly expect considerable advantages will.
In den vergangenen Jahren ist es erforderlich geworden, Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren kompakt und mit hoher Leistung herzustellen. Außerdem müssen sie als Gegenmaßnahme zu den Abgasbestimmungen mit Rückfördervorrichtungen u.dgl. versehen werden, die ins Kurbelgehäuse übergetretenes unverbranntes Gemisch (durchblasendes Gas) rückfördern.In recent years, it has become necessary to use automotive internal combustion engines compact and with high performance. They also need to be used as a countermeasure to the exhaust gas regulations with return devices and the like. Provided that Return unburned mixture (blown gas) that has passed into the crankcase.
Die Gebrauchsbedingungen für die Lagerwerkstoffe in Verbrennungsmotoren sind deshalb bei hohen Belastungen und hohen Temperaturen härter geworden. Unter solchen harten Bedingungen neigen die herkömmlichen Lagerwerkstoffe zum Ausfall durch Ermüdung und zu anomalen Verschleiß, durch die verschiedene Störungen der Motoren hervorgerufen werden.The conditions of use for the bearing materials in internal combustion engines have therefore become harder under high loads and high temperatures. Under Conventional bearing materials tend to fail in such harsh conditions due to fatigue and abnormal wear and tear, due to the various malfunctions of the Motors are caused.
In Verbindung mit den Wellen, die mit den Lagerwerkstoffen in Berührung gebracht werden, besteht die Tendenz, daß die bislang hergestellten Schmiedewellen durch weniger teuere Wellen aus Sphäroguß oder anderem rauhen Material ersetzt werden, um die Herstellungskosten zu senken. Die Verbesserung in der Verschleißfestigkeit, in der Beständigkeit gegen Fressen und in der Dauerfestigkeit bei hohen Temperaturen ist deshalb um so mehr erforderlich.In connection with the shafts that come into contact with the bearing materials are brought, there is a tendency that the forged shafts manufactured so far be replaced by less expensive shafts made of ductile iron or other rough material, to reduce manufacturing costs. The improvement in wear resistance, in resistance to seizure and in fatigue strength at high temperatures is therefore all the more necessary.
Beispiele für die Legierung auf Al-Sn-Basis, die zum Herstellen der Lager von Verbrennungsmotoren im Stand der Technik benutzt wird, sind: Al (Rest) - Sn (3,5 - 4,5) - Si (3,5 - 4,5) - Cu (0,7 - 1,3); Al (Rest) - Sn (4 - 8) - Si (1 - 2) - Cu (0,1 - 2) - Ni (0,1 -Al (Rest) - Sn (3 - 40) - Pb (0,1 - 5) - Cu (0,2 - 2) -Sb (0,1 - 3) - Si (0,2 - 3) - Ti (0,01 - 1); Al - (Rest) -Sn (15 - 30) - Cu (0,5 - 2); und Al (Rest) - Sn (1 - 23) -Pb (1,5 - 9) - Cu (0,3 - 3) Si (1 - 8), wobei die in Klammern gesetzten Werte die Gewichtsprozentsätze der Werkstoffkomponenten angeben.Examples of the Al-Sn-based alloy used for manufacturing the Bearings used by internal combustion engines in the state of the art are: Al (remainder) - Sn (3.5-4.5) - Si (3.5-4.5) - Cu (0.7-1.3); Al (balance) - Sn (4-8) - Si (1 - 2) - Cu (0.1 - 2) - Ni (0.1 - Al (remainder) - Sn (3 - 40) - Pb (0.1 - 5) - Cu (0.2 - 2) -Sb (0.1-3) - Si (0.2-3) - Ti (0.01-1); Al - (balance) -Sn (15-30) - Cu (0.5-2); and Al (remainder) - Sn (1 - 23) -Pb (1.5 - 9) - Cu (0.3 - 3) Si (1 - 8), where the values in brackets are the percentages by weight of the material components indicate.
Wenn diese herkömmlichen Legierungen für die Lager von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren unter harten Bedingungen, wie sie oben beschrieben worden sind, benutzt werden, kommt es manchmal in kurzer Zeit zum Ausfall infolge Ermüdung, wenn die Motoren ständig unter starken Belastungen betrieben werden. Das ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Temperatur des Schmieröls in einem Verbrennungsmotor während des durchgehenden Vollastbetriebes sehr hoch wird, und beispielsweise kann die Temperatur des Schmieröls in einer blwanne 130 OC bis 150 OC erreichen, so daß die Temperatur der Gleitflächen von Lagern ebenfalls sehr stark erhöht wird.If these conventional alloys for the bearings of automotive internal combustion engines are used under severe conditions as described above, Sometimes the engines fail in a short period of time due to fatigue are constantly operated under heavy loads. This is due to the fact that the temperature of the lubricating oil in an internal combustion engine during the continuous Full load operation is very high, and for example, the temperature of the lubricating oil Reach 130 OC to 150 OC in a blwanne, so that the temperature of the sliding surfaces is also increased very sharply by bearings.
Infolgedessen wird, da der eutektische Punkt einer solchen Legierung in der Größenordnung von 225 OC liegt, die Härte der Legierung unter den Hochtemperaturbedingungen schnell gering, was das Schmelzen und das Wandern der Sn-Komponente verursacht und zur Folge hat, daß die Dauerfestigkeit gesenkt wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine Legierung hergestellt, deren Härte bei hohen Temperaturen nicht verringert wird und bei der die Sn-Komponente kaum beweglich ist. Aus der Legierung wurden durch Bearbeitung Lager für Verbrennungsmotoren hergestellt und diese wurden Dauerversuchen unter dynamischen Belastungen bei hohen öltemperaturen ausgesetzt. Dabei konnte die Verbesserung der Dauerfestigkeit, über die oben Überlegungen angestellt worden sind, festgestellt werden.As a result, there becomes the eutectic point of such an alloy is of the order of 225 OC, the hardness of the alloy under the high temperature conditions quickly low, causing the Sn component to melt and migrate, and has the consequence that the fatigue strength is reduced. The inventors of the present Invention have made an alloy whose hardness at high temperatures is not is decreased and in which the Sn component is hardly movable. From the alloy were made by machining bearings for internal combustion engines and these were made Exposed to long-term tests under dynamic loads at high oil temperatures. The improvement of the fatigue strength could be made through the considerations above have been established.
Zusätzlich zu dem Verringern der -Dauerfestigkeit aufgrund des Verlustes an härte bei hohen Temperaturen, wie oben erwähnt, bewirkt die Vergröberung von Zinnteilchen in dem Gefügebild von herkömmlicher Al-Sn-Legierung ebenfalls ein Absinken der Dauerfestigkeit. Das heißt der Aluminiumlagerwerkstoff wird im allgemeinen hergestellt, indem eine Al-Sn-Legierung durch Preßschweißen auf eine Stahlunterlage aufgebracht wird, wobei ein Glühschritt nach dem Preßschweißen erforderlich ist, um die Haftfestigkeit zwischen beiden Metallen zu verbessern.In addition to lowering fatigue strength due to loss Hardness at high temperatures, as mentioned above, causes coarsening of Tin particles in the structure of conventional Al-Sn alloy also sink the fatigue strength. This means that the aluminum bearing material is generally manufactured by applying an Al-Sn alloy to a steel substrate by pressure welding an annealing step after pressure welding is required to maintain the adhesive strength to improve between the two metals.
Das Glühen erfolgt im allgemeinen bei einer Temperatur unterhalb des Punktes, an welchem sich eine intermetallische Al-Fe-Verbindung abscheidet, und je höher die Behandlungstemperatur ist und je länger die Behandlungszeit ist, um so grösser wird die Haftfestigkeit. TatsAchlich wird, wenn die herkömmliche Al-Sn-Legierung während des Glühens in einen Hochtemperaturzustand gebracht wird, die Vergröberung der Aluminiumkorngrenzen und Zinnteilchen nachteiligerweise in dem Legierungsgefügebild hervorgerufen. Das heißt, wenn die herkömmliche Aluminiumlagerlegierung einem Glühvorgang ausgesetzt wird, um die Haftfestigkeit an der Stahlunterlage zu verbessern, kommt es zur Vergröberung der Zinnteilchen, was das Verringern der Dauerfestigkeit der Al-Sn-Legierung bei hohen Temperaturen zur Folge hat.The annealing is generally carried out at a temperature below Point at which an Al-Fe intermetallic compound is deposited, and the higher the treatment temperature and the longer the treatment time so bigger becomes the adhesive strength. In fact, if the conventional Al-Sn alloy during annealing to a high temperature state is brought, the coarsening of the aluminum grain boundaries and tin particles disadvantageously caused in the alloy structure. That is, if the conventional aluminum bearing alloy is subjected to an annealing process in order to increase the adhesive strength on the steel substrate improve, it comes to coarsening of the tin particles, which reduces the fatigue strength the Al-Sn alloy at high temperatures.
Weiter sind diese herkömmlichen Al-Sn-Lagerlegierungen hinsichtlich ihrer Verschleißfestigkeit nicht gut genug. Insbesondere wenn Wellen mit harten und rauhen Oberflächen, beispielsweise solche aus Sphäroguß, mit den Lagerlegierungen in Berührung gebracht werden, wird die Verschleißfestigkeit stark verringert und es kommt zu Ausfällen aufgrund von Ermüdung, was im Stand der Technik ein ernstes Problem darstellt.Further, these conventional Al-Sn bearing alloys are in terms of their wear resistance is not good enough. Especially when waves are tough and rough surfaces, for example those made of nodular cast iron, with the bearing alloys are brought into contact, the wear resistance is greatly reduced and failure due to fatigue occurs, which is a serious one in the prior art Problem.
Zum Beseitigen oder Verringern der oben beschriebenen Nachteile der herkänmlichen Lager legierung auf Al-Sn-Basis schafft die Erfindung demgemäß eine Lagerlegierung auf Al-Sn-Basis, bei der es zu einem relativ geringen Verlust an Härte bei hohen Temperaturen kommt und die demgemäß eine hohe Dauerfestigkeit hat.To eliminate or reduce the disadvantages of the The invention accordingly creates a conventional bearing alloy based on Al-Sn Al-Sn-based bearing alloy with a relatively low loss Hardness comes at high temperatures and which accordingly has a high fatigue strength.
Weiter schafft die Erfindung eine verbesserte Lager legierung auf Al-Sn-Basis, in der es nicht oder nur zu mäßiger Vergröberung der Zinnteilchen während des Gllihschrittes oder während des Gebrauches unter Hochtemperaturbedingungen kommt, was eine höhere Dauerfestigkeit ergibt.The invention also creates an improved bearing alloy Al-Sn base, in which there is no or only moderate coarsening of the tin particles during of the glow step or during use under high temperature conditions, which results in a higher fatigue strength.
Ferner schafft die Erfindung eine Lager legierung auf Al-Sn-Basis mit einer relativ hohen Verschleißfestigkeit, insbesondere gegenüber Wellen aus harten und rauhen Materialien, wie Sphäroguß, der zum Herstellen von Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren benutzt wird.The invention also provides a bearing alloy based on Al-Sn with a relatively high wear resistance, especially with respect to waves hard and rough materials such as ductile iron, which is used to manufacture crankshafts used by internal combustion engines.
Schließlich schafft die Erfindung einen Lagerwerkstoff, der hergestellt wird, indem die oben beschriebene Lagerlegierung auf die Oberfläche einer Stahlblechunterlage aufgebracht wird, sowie Lager für Verbrennungsmotoren, die aus dem oben beschriebenen Lagerwerkstoff hergestellt sind.Finally, the invention provides a bearing material that is manufactured is done by placing the bearing alloy described above on the surface of a sheet steel pad is applied, as well as bearings for internal combustion engines resulting from the above Bearing material are made.
Gemäß der Erfindung enthält die Lagerlegierung auf Al-Sn-Basis grundsätzlich 3 bis 7 Gew.% Sn; 0,1 bis 1,0 Gew.% Cr; 1 bis 10 Gew.% insgesamt von einem oder mehreren der spezifizierten Zusätze Si, Mn, Sb, Ti, Zr, Ni, Fe, W, Ce, Nb, V, Mo, Ba, Ca und Co; 0,1 bis unter Ot8 Gew.% Cu und/oder Mg; Rest Aluminium. Die Legierung kann weiter 9 Gew.% insgesamt von einem oder mehreren der Elemente Pb, Bi, Tl, Cd und In enthalten, wodurch die Lagereigenschaften verbessert werden.According to the invention, the Al-Sn-based bearing alloy basically contains 3 to 7 wt% Sn; 0.1 to 1.0 wt% Cr; 1 to 10% by weight in total of one or several of the specified additives Si, Mn, Sb, Ti, Zr, Ni, Fe, W, Ce, Nb, V, Mo, Ba, Ca and Co; 0.1 to below Ot8% by weight Cu and / or Mg; Remainder aluminum. The alloy can further 9% by weight in total of one or more of the elements Pb, Bi, Tl, Cd and In contained, thereby improving the storage properties.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Diagramm, das die Verschleißverluständerungen von Legierungen mit der Zunahme von Belastungen zeigt, die auf Stahlwellen ausgeübt werden, welche mit den Legierungen in Berührung sind, und Fig. 2 ein Diagramm, das die Verschleißverluständerungen von Legierungen mit der Zunahme von Belastungen zeigt, die auf Wellen aus Sphäroguß ausgeübt werden, welche mit den Legierungen in Berührung sind.Several embodiments of the invention are discussed below Described in more detail with reference to the accompanying drawings. 1 shows a Diagram showing the changes in wear loss of alloys with the increase of Shows loads that are exerted on steel shafts, which with the alloys are in contact, and Fig. 2 is a graph showing the wear loss changes of alloys shows the increase in loads acting on nodular cast iron shafts which are in contact with the alloys.
Die Lagerlegierung auf Al-Sn-Basis nach der Erfindung wird hergestellt, indem die oben erwähnten Cr, einer oder mehrere der spezifizierten Zusätze und Cu und/oder Mg der Aluminiummatrix zugesetzt werden.The Al-Sn-based bearing alloy according to the invention is produced by adding the above-mentioned Cr, one or more of the specified additives and Cu and / or Mg can be added to the aluminum matrix.
In Verbindung mit der Zinnmenge können die Paßfähigkeit und die Schmiereigenschaften mit zunehmender Zinnmenge insgesamt verbessert werden, wobei jedoch die Härte gesenkt wird. Die Belastbarkeit eines Lagers wird deshalb gering. Wenn dagegen die Zinnmenge gering wird, wird die Belastbarkeit erhöht, die Legierung ist aber als Lagerwerkstoff zu hart und die Paßfähigkeit wird schlechter. Im Stand der Technik ist die obere Grenze für den Zinngehalt im allgemeinen etwa 15% und die untere Grenze etwa 38. Bei der Erfindung wird der Zinngehalt auf den Bereich von 3 bis 7% beschränkt, in welchem die Belastbarkeit gut ist.In connection with the amount of tin, the conformability and the lubricating properties can be improved overall with an increasing amount of tin, but the hardness is reduced will. The load capacity of a bearing is therefore low. If, on the other hand, the amount of tin becomes low, the load capacity is increased, but the alloy is used as a bearing material too hard and the fit becomes worse. In the prior art, the upper one Limit for the tin content in general about 15% and the lower limit about 38. In the invention, the tin content is limited to the range of 3 to 7%, in to whom the resilience is good.
Der Zusatz von Chrom (Cr) bewirkt, daß die Härte der Legierung vergrößert wird und die Legierung am Erweichen bei hohen Temperaturen gehindert wird, so daß die Vergröberung der Zinnteilchen selbst beim Glühen nicht auftritt. Zuerst werden die Effekte zum Erhöhen der Härte und zum Vermeiden des Erweichens der Legierung bei hohen Temperaturen beschrieben. Wenn die Menge an Chrom kleiner als 0,1 Gew.% ist, kann die Verbesserung der Härte bei hoher Temperatur nicht erwartet werden. Wenn die Chromzusatzmenge 1,0 Gew.% übersteigt, kann die intermetallische Al-Cr-Verbindung nicht fein und gleichmäßig dispergiert werden, was weiter unten noch näher beschrieben ist, weshalb die Auswirkung des Zusatzes gering wird. Demgemäß wird die Chromzusatzmenge auf den Bereich von 0,1 bis 1,0 Gew.% beschränkt. Insbesondere bildet in Verbindung mit der Verbesserung der Harte bei hoher Temperatur das Chrom eine feste Lösung in dem Aluminium, die die Rekristallisationstemperatur des Aluminiums erhöht, und darüber hinaus verbessert die feste Lösung selbst die Härte der Aluminiummatrix. Gleichzeitig wird die Härte der Chrom enthaltenden Legierung höher, selbst wenn sie mehrmals gewalzt wird, was einen Gegensatz zum Gießen darstellt. Mit der Erhöhung der Rekristallisationstemperatur des Aluminiums können die Motorenlager, die hohen Temperaturen ausgesetzt werden, ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten. Insbesondere kann das Absenken der Härte bei hohen Temperaturen verringert werden und das Erweichen von Lagern in einem Hochtemperaturbereich kann gut vermieden werden, wodurch die Haltbarkeit der Lager verbessert wird. Weiter hat die intermetallische Al-Cr-Verbindung, die über der Grenze der festen Lösung ausgeschieden wird, eine Vickershärte von mehr als 370, so daß die Dispersion dieser Verbindung der Lagerlegierung hilft, die Härte bei hoher Temperatur aufrechtzuerhalten. Die Dispersion einer solchen intermetallischen Verbindung in richtiger Menge hat deshalb eine günstige Auswirkung. Der bevorzugte Bereich der Chrommenge ist, wie oben beschrieben, 1,0 Gew.% oder weniger, und, wenn die Chrommenge innerhalb dieses Bereiches liegt, ergibt sich eine feine und gleichmäßige Abscheidung der intermetallischen Verbindung und die Härte der Lagerlegierung wird erhöht.The addition of chromium (Cr) causes the hardness of the alloy to increase and the alloy is prevented from softening at high temperatures, so that the coarsening of the tin particles does not occur even during annealing. Be first the effects of increasing hardness and avoiding softening the Alloy described at high temperatures. When the amount of chromium is less than 0.1 wt%, the improvement in hardness at high temperature cannot be expected will. If the amount of chromium added exceeds 1.0% by weight, the intermetallic Al-Cr compound cannot be dispersed finely and evenly, which will be discussed below is described in more detail, which is why the effect of the addition is small. Accordingly the amount of chromium added is limited to the range from 0.1 to 1.0% by weight. In particular In connection with the improvement of the hardness at high temperature forms the chromium a solid solution in the aluminum that is the recrystallization temperature of the aluminum and moreover, the solid solution itself improves the hardness of the aluminum matrix. At the same time, the hardness of the alloy containing chromium becomes higher even if it is rolled several times, which is a contrast to casting. With the increase the recrystallization temperature of aluminum can make the engine bearings that high Exposed to temperatures, their mechanical properties are retained. In particular the lowering of the hardness at high temperatures and the softening can be reduced of storage in a high temperature area can be avoided well, thereby reducing the The durability of the bearings is improved. Furthermore, the intermetallic Al-Cr compound, which is precipitated above the limit of the solid solution has a Vickers hardness of more than 370, so the dispersion of this compound helps the bearing alloy maintain hardness at high temperature. The dispersion of such intermetallic compound in the right amount therefore has a beneficial effect. As described above, the preferred range of the amount of chromium is 1.0% by weight or less, and if the amount of chromium is within this range, it results a fine and even deposition of the intermetallic compound and the The hardness of the bearing alloy is increased.
Im folgenden wird die Auswirkung des Chromzusatzes zur Vermeidung der Vergröberung der Zinnteilchen beschrieben. Die Vergröberung der Zinnteilchen ist eine Erscheinung, die auf das Wandern von Aluminiumkorngrenzen und Zinnteilchen bei sich auf hoher Temperatur befindlicher Al-Sn-Legierung zurückzuführen ist. Da das Chrom als die oben erwähnte intermetallische Al-Cr-Verbindung ausgeschieden wird, die in der Aluminiumlegierungsmatrix feinst verteilt wird, blockiert diese intermetallische Verbindung direkt das Wandern der Aluminiumkorngrenzen und behindert gleichzeitig das Wachstum von Aluminiumkristallkörnern. Das Wandern von Zinnteilchen wird deshalb ebenfalls behindert und infolgedessen kann die Vergröberung der Zinnteilchen vermieden werden. Das steht in Beziehung zu der Tatsache daß die feinst verteilten Zinnteilchen während der Wiederholung des Walzens und Glühens dort gehalten werden, wo sie sich befinden, so daß die oben erwähnten verschiedenen Auswirkungen erzielt werden können.The following is the effect of adding chromium to avoidance the coarsening of the tin particles. The coarsening of the tin particles is a phenomenon related to the migration of aluminum grain boundaries and tin particles is due to the Al-Sn alloy at a high temperature. There the Chromium is precipitated as the above-mentioned Al-Cr intermetallic compound, which is finely distributed in the aluminum alloy matrix, blocks this intermetallic Link directly the wandering of the aluminum grain boundaries and at the same time hinders the growth of aluminum crystal grains. The migration of tin particles will therefore also hindered and, as a result, the coarsening of the tin particles can be avoided will. This is related to the fact that the finely divided tin particles held where they are during the repetition of rolling and annealing so that the above-mentioned various effects can be obtained.
Weiter kann die Verflüssigung von Zinnteilchen, die einen niedrigen Schmelzpunkt von etwa 232 OC haben, unter Hochtemperaturbedingungen wirksam verhindert werden, weil die Zinnteilchen in einem feinst verteilten Zustand in der Aluminiummatrix gehalten werden. Unter diesem Gesichtspunkt wird die Auswirkung des Verhinderns des Absenkens der Härte verständlich.Further can the liquefaction of tin particles, which have a low Melting point of about 232 OC, effectively prevented under high temperature conditions because the tin particles are in a finely distributed state in the aluminum matrix being held. From this point of view, the effect of preventing the lowering of the hardness understandable.
Vorstehend ist die Auswirkung des Verhinderns der Vergröberung der Zinnteilchen in dem Glühschritt beschrieben.The above is the effect of preventing the coarsening of the Tin particles described in the annealing step.
Diese Auswirkung kann auch in dem Bearbeitungszustand des Lagerwerkstoffes erwartet werden,in dem die Temperatur gleich der im Glühzustand ist. Demmgemäß kann die Dauerfestigkeit im praktischen Gebrauch auch mit dem Blockieren des Erweichens verbessert werden.This effect can also occur in the processing state of the bearing material can be expected in which the temperature is equal to that in the annealing state. Accordingly, can the fatigue strength in practical use also with blocking the softening be improved.
Zum Verbessern hauptsächlich der Verschleißfestigkeit werden einer oder mehrere der spezifizierten Zusätze Silicium (Si), Mangan (min), Antimon (Sb), Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Nickel (Ni), Eisen (Fe), Wolfram (W), Cäsium (Ce), Niob (Nb), Vanadium (V), Molybdän (Mo), Barium (Ba), Calcium (Ca) und Kobalt (Co) zugesetzt. Die Zusatzmenge jedes dieser Elemente liegt innerhalb des Bereiches einer Linie bis 10 Gew.%, während die Gesamtmenge dieser Elemente nicht mehr als 10 Gew.% beträgt und vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 6 Gew.% liegt, wobei diese Menge gemäß dem Verwendungszweck festgelegt werden kann. Der Grund für die vorstehende Beschränkung ist folgender. Die ausgeschiedenen Substanzen (oder kristallisierten Substanzen, dasselbe soll im folgenden gelten) dieser Elemente sind in der Aluminiummatrix dispergiert, weshalb die Verschleißfestigkeit verbessert werden kann. Wenn die Zusatzmenge des spezifizierten Zusatzes kleiner als 1 Gew.% ist, kann sich die Auswirkung des Zusatzes nicht ergeben, während, wenn die Zusatzmenge mehr als 10 Gew.% beträgt, zuviel Substanz ausgeschieden wird, so daß die Anpaßbarkeit an das Walzen schlecht wird und das Wiederholen von Walzen und Glühen schwierig wird. Weiter wird die Bildung der feinen Zinnteilchen blockiert. Um diese unerwünschten Effekte vollständig zu beseitigen, ist die bevorzugte obere Grenze auf 6 Gew.% oder so festgelegt worden.In order to improve wear resistance mainly, one or more of the specified additives silicon (Si), manganese (min), antimony (Sb), Titanium (Ti), zirconium (Zr), nickel (Ni), iron (Fe), tungsten (W), cesium (Ce), niobium (Nb), vanadium (V), molybdenum (Mo), barium (Ba), calcium (Ca) and cobalt (Co) added. The additional amount of each of these elements is within the range of a line to 10% by weight, while the total amount of these elements is not more than 10% by weight and is preferably in the range from 1 to 6% by weight, this amount according to the intended use can be determined. The reason for the above limitation is the following. The excreted substances (or crystallized substances, the same shall apply in the following) these elements are dispersed in the aluminum matrix, therefore, the wear resistance can be improved. If the additional amount of the specified additive is less than 1 wt.%, the effect of the additive does not result, while if the addition amount is more than 10 wt.%, too much substance is eliminated, so that the adaptability to rolling becomes poor and that Repeating rolling and annealing becomes difficult. Next is the formation of the fine Tin particles blocked. To completely eliminate these unwanted effects, the preferred upper limit has been set at 6 wt% or so.
Die Ausscheidungsformen dieser spezifizierten Zusätze sind die ausgeschiedenen Substanzen jedes zugesetzten Elements, die der intermetallischen Verbindungen zwischen den zugesetzten Elementen, die der intermetallischen Verbindungen von Aluminium und zugesetzten Elementen und die der intermetallischen Verbindungen von Aluminium und der intermetallisch Verbindung von zugesetzten Elementen. Die Verschleißfestigkeit kann durch die ausgeschiedenen Substanzen in allen Formen der vorstehenden verbessert werden.The forms of excretion of these specified additives are the excreted Substances of each added element that form the intermetallic compounds between the added elements, those of the intermetallic compounds of aluminum and added elements and those of the intermetallic compounds of aluminum and the intermetallic compound of added elements. The wear resistance can be improved by the excreted substances in all forms of the above will.
Die Vickershärten dieser ausgeschiedenen Substanzen erreichen mehrere hundert, so daß die ausgeschiedenen Substanzen sehr hart sind und der Verschleiß von Lagern, der durch die Reibung mit Wellen verursacht wird, durch die ausgeschiedenen Substanzen beträchtlich verringert werden kann. Demgemäß kann ein ziemlich gutes Resultat erzielt werden, wenn eine richtige Menge der ausgeschiedenen Substanz in der Aluminiummatrix vorhanden ist. Der Bereich der richtigen Menge reicht, wie oben beschrieben, von 1 bis 10 Gew.%, und, wenn die Menge der ausgeschiedenen Substanz in-diesem Bereich liegt, kann die ausgeschiedene Substanz gleichmäßig dispergiert werden und die Verschleißfestigkeit kann wirksam verbessert werden, ohne daß nachteilige Effekte, wie das Absenken der Paßfähigkeit, hervorgerufen werden.Reach the Vickers hardness of these excreted substances several hundred, so that the excreted substances are very hard and wear and tear of bearings caused by the friction with shafts, by the eliminated Substances can be reduced considerably. Accordingly, it can be a pretty good one Result can be achieved when a correct amount of the excreted substance is in the aluminum matrix is present. The correct amount range is as above described, from 1 to 10% by weight, and if the amount of excreted substance In-this range, the excreted substance can be dispersed evenly and the wear resistance can be effectively improved without being disadvantageous Effects such as lowering the ability to fit can be caused.
Der Effekt der Verbesserung der Verschleißfestigkeit ist beträchtlich, wenn das Lager eine Welle trägt, die eine harte und rauhe Oberfläche hat. Die Leistungsfähigkeit des Lagers hängt im allgemeinen von der Härte und der Rauhigkeit des abzustützenden Werkstoffes in großem Ausmaß ab. Wenn beispielsweise der herkömmliche Lagerwerkstoff auf Al-Sn-Basis zum Abstützen einer Welle aus Sphäroguß benutzt wird, werden die Eigenschaften des Lagers hinsichtlich Verhindern des Fressens und hinsichtlich der Verschleißfestigkeit merklich verschlechtert. Da die Wellen aus Sphäroguß billig hergestellt werden können, werden sie in jüngerer Zeit anstelle der geschmiedeten Stahlwellen weitgehend verwendet. In der Eisenmatrix der Welle sind weiche Graphitteilchen verstreut. Wenn die Wellenoberfläche abgeschabt wird, werden deshalb blattartige Schleifgrate um die Graphitteilchen herum gebildet. Wenn die Welle, die solche Schleifgrate aufweist, gegenüber dem Lager unter starker Belastung verschoben wird, bei der die Rauhigkeit der Welle und des Lagers und die Dicke des blfilms zwischen ihnen einander gleich sind, wird die Lageroberfläche, die weicher als die Welle ist, abgeschliffen. Wenn dieser Zustand andauert, wird die Oberfläche des Lagers rauh und der Spalt zwischen dem Lager und der Welle wird groß, was zum Durchbrechen oder zum Verlust des films führt. Infolgedessen kommt es zu einer direkten Berührung zwischen der Welle und dem Lager (d.h. zu einem Metall-Metall-Kontakt), die zum Fressen beider Teile führt.The effect of improving the wear resistance is considerable, when the bearing carries a shaft that has a hard and rough surface. The efficiency of the bearing generally depends on the hardness and roughness of the material to be supported Material to a large extent. If, for example, the conventional bearing material on Al-Sn base is used to support a shaft made of nodular cast iron, the Properties of the bearing in terms of preventing seizure and in terms of Wear resistance noticeably deteriorated. Because the ductile iron shafts are cheap can be made, they are more recently forged instead of the Steel shafts used extensively. There are soft graphite particles in the iron matrix of the shaft scattered. Therefore, when the shaft surface is scraped off, they become sheet-like Abrasive burrs are formed around the graphite particles. When the shaft showing such grinding burrs has, relative to the camp is shifted under heavy load, in which the Roughness of the shaft and the bearing and the thickness of the blfilms between them each other are the same, the bearing surface, which is softer than the shaft, is ground off. If this condition persists, the surface of the bearing becomes rough and the gap becomes between the bearing and the shaft becomes large, causing breakage or loss of the film leads. As a result, there is direct contact between the Shaft and bearing (i.e. to a metal-to-metal contact), the leads to eating of both parts.
In der Legierung nach der Erfindung ist dagegen die ausgeschiedene Substanz, die in der Aluminiummatrix durch den Zusatz von einem oder mehreren Elementen der oben spezifizierten Zusätze gebildet wird, härter als die oben erwähnten Schleifgrate der Welle aus Sphäroguß. Die ausgeschiedene Substanz beseitigt deshalb die oben erwähnten Schleifgrate von der Oberfläche der Welle und außerdem ist bei der ausgeschiedenen Substanz eine Übertragung und ein Anhaften von Metall kaum möglich. Der Verschleißvorgang der Lageroberfläche kann deshalb innerhalb einer relativ kurzen Zeit aufgehalten werden, um die Bildung eines stabilen ölfilm zu bewirken. Infolgedessen können in bezug auf die Welle aus Sphäroguß die Verschleißfestigkeit und die Eigenschaft des Verhindernsdes Fressens des Lagers verbessert werden.In the alloy according to the invention, however, is the precipitated Substance found in the aluminum matrix through the addition of one or more elements the above-specified additives is formed harder than the above-mentioned grinding burrs the shaft made of ductile iron. The excreted substance therefore eliminates the above mentioned grinding burrs from the surface of the shaft and also is eliminated from the Substance transfer and adhesion of metal is hardly possible. The wear process the bearing surface can therefore be stopped within a relatively short time to cause the formation of a stable oil film. As a result, in With respect to the nodular cast iron shaft, the wear resistance and the property of the Preventing the bearing from seizing can be improved.
In der Gruppe der spezifizierten Zusätze ist der erwünschteste Zusatz Si, welchem Mn und Sb, dann Zr, Mo, Fe und Co, danach Ni, Ti und Ce und weiter Nb, W und V und schließlich Ba und Ca folgen. Das hängt von der Tatsache ab, daß die Härte und die Gießbarkeit von Si ausgezeichnet sind, so daß Si am bevorzugtesten benutzt wird. Die Reihenfolge der anderen Elemente ergibt sich in Anbetracht des Grades der gleichmäßigen Dispersion der intermetallischen Verbindungen-mit Aluminium oder anderen Elementen und der einfachen Gießbarkeit. Mo und Co sind hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit ein wenig schlechter, so daß, wenn insbesondere Korrosionsbeständigkeit im Gebrauch verlangt wird, es erforderlich ist, die Zusatzmenge dieser Elemente zu verringern und andere Elemente zu benutzen.In the group of specified additives, the most desirable additive is Si, which Mn and Sb, then Zr, Mo, Fe and Co, then Ni, Ti and Ce and then Nb, W and V and finally Ba and Ca follow. It depends on the fact that the The hardness and castability of Si are excellent, so that Si is most preferable is used. The order of the other elements results from the Degree of uniform dispersion of the intermetallic compounds-with aluminum or other elements and easy castability. Mo and Co are re the corrosion resistance a little inferior, so that when particularly corrosion resistance Required in use, it is necessary to add the amount of these elements to reduce and use other elements.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Zusammensetzungen der Erfindung kann die Lagerlegierung weiter 0,1 bis unter 0,8 Gew.% insgesamt Kupfer (Cu) und/oder Magnesium (Mg) enthalten. Kupfer und/oder Magnesium werden angesichts der Tatsache zugesetzt, daß sie das Absinken der Härte bei hohen Temperaturen verringern. Wenn die Zusatzmenge von ihnen kleiner als 0,1 Gew.% ist, kann mit keinem so starken Anstieg der Härte gerechnet werden. Wenn die Menge an Sn auf den oben angegebenen schmalen Bereich von 3 bis 7% beschränkt wird, und die Menge an Cu und/oder Mg groß gemacht wird, wird die Legierung zu hart und führt zum Verschleiß des mit ihr in Kontakt befindlichen Materials. Die Menge an Cu und/oder Mg ist deshalb erwünschtermaßen kleiner als 0,8 Gew.%.In addition to the compositions of the invention described above the bearing alloy can further 0.1 to less than 0.8 wt.% Total copper (Cu) and / or Contains magnesium (Mg). Copper and / or Magnesium are given added that they reduce the drop in hardness at high temperatures. if the addition amount of them is less than 0.1% by weight cannot be so strong with any Increase in hardness can be expected. When the amount of Sn falls to the above narrow range of 3 to 7%, and the amount of Cu and / or Mg large is made, the alloy becomes too hard and leads to wear and tear of the one with it in Material in contact. The amount of Cu and / or Mg is therefore desirable less than 0.8 wt.%.
Weiter zeigt sich die Auswirkung des Zusatzes an Kupfer und/oder Magnesium, wenn Chrom gleichzeitig zugesetzt wird, und der Effekt des Erhöhens der Härte bei hohen Temperaturen ist nicht zu erwarten, wenn nur Kupfer und/oder Magnesium zugesetzt werden. Wenn Kupfer und/oder Magnesium der Aluminiummatrix zugesetzt werden, wird also die Härte beim Walzen stark erhöht, was im Vergleich zu dem Fall, in welchem andere Elemente der Aluminiummatrix zugesetzt werden, bemerkenswert ist. Es ist jedoch zu beachten, daß die Kupfer und/oder Magnesium enthaltende Aluminiummatrix bei etwa 200 OC leicht erweicht werden kann, weshalb nicht erwartet werden kann, daß die Härte bei hohen Temperaturen aufrechterhalten wird. Wenn dagegen Kupfer und/oder Magnesium zusammen mit Chrom zugesetzt werden, wird dagegen die Härte, die während des Walzens aufgrund der Auswirkung des Zusatzes von Kupfer und/oder Magnesium erhöht wird, durch das Glühen nicht so stark gesenkt, was der Zusatz des Chroms mit sich bringt. Diese Härte kann unter Hochtemperaturbedingungen aufrechterhalten werden, weshalb die Lager legierung nach der Erfindung im Vergleich zu den bekannten Legierungen eine höhere Härte bei hohen Temperaturen hat, die die Verbesserung der Dauerfestigkeit ergibt. The effect of the addition of copper and / or can also be seen Magnesium, when chromium is added at the same time, and the effect of increasing the Hardness at high temperatures is not expected if only copper and / or magnesium can be added. If copper and / or magnesium are added to the aluminum matrix, so the hardness in rolling is greatly increased compared to the case in which other elements are added to the aluminum matrix, is noteworthy. It is however, it should be noted that the aluminum matrix containing copper and / or magnesium can be easily softened at around 200 OC, which is why it cannot be expected that the hardness is maintained at high temperatures. If on the other hand copper and / or magnesium are added together with chromium, the hardness, during rolling due to the effect of the addition of copper and / or Magnesium is increased, by the glow not so much decreased, which is the addition of the Chromium brings with it. This hardness can be maintained under high temperature conditions be, which is why the bearing alloy according to the invention compared to the known Alloys has a higher hardness at high temperatures, which improves the Fatigue strength results.
Weiter kann bei der Lager legierung nach der Erfindung die Eigenschaft, ein Zinn enthaltendes Gleitmetall zu sein, weiter verbessert werden, indem insgesamt mehr als null bis 9 Gew.% von einem oder mehreren der Elemente Blei (Pb), Wismut (Bi), Thallium (Tl), Cadmium <Cd) und Indium (In) zugesetzt werden Die Auswirkung des Zusatzes von Blei, Wismut, Indium, Thallium und Cadmium zeigt sich, wenn sie zusammen mit Chrom zugesetzt werden. Im Stand der Technik ist ins Auge gefaßt worden, diese Elemente Legierungen auf Al-Sn-Basis zuzusetzen, und der Zusatz ist in einigen Fällen angewandt worden. Wenn jedoch nur diese Elemente der Legierung auf Al-Sn-Basis zugesetzt werden, bilden sie Legierungen, bei denen der Nachteil, daß der Schmelzpunkt des Zinns niedrig wird, nicht vermieden werden kann. Somit kommt es bei der bekannten Legierung auf Al-Sn-Basis wahrscheinlich zum Schmelzen und zum Wandern des Zinns bei niedrigen Temperaturen, wodurch das Wachstum von Zinnteilchen zu größeren und gröberen Teilchen verursacht wird. Wenn eine solche Legierung als Lagerwerkstoff benutzt wird, kommt es bei einem Betrieb unter ständiger starker Belastung zum teilweisen Schmelzen und zum Abschaben. Erfindungsgemäß werden dagegen die Zinnteilchen durch den Zusatz von Chrom fein gemacht und das Gefügebild wird bei hohen Temperaturen in der Lagerlegierung nach der Erfindung beibehalten.Furthermore, in the case of the bearing alloy according to the invention, the property being a tin-containing sliding metal, can be further improved by overall more than zero to 9% by weight of one or more of the elements lead (Pb), bismuth (Bi), thallium (Tl), cadmium <Cd) and indium (In) are added to the effect the addition of lead, bismuth, indium, thallium, and cadmium is shown when they can be added along with chromium. In the prior art it has been envisaged that to add these elements to Al-Sn-based alloys, and the addition is in some Cases have been applied. However, if only these elements of the Al-Sn-based alloy are added, they form alloys, which have the disadvantage that the melting point of tin becomes low cannot be avoided. Thus it comes with the known Al-Sn based alloy likely to melt and migrate the tin at low temperatures, causing the growth of tin particles to become larger and larger coarser particles is caused. If such an alloy as a bearing material is used, it comes to a partial operation under constant heavy load Melting and scraping. According to the invention, however, the tin particles are through The addition of chromium is made fine and the microstructure is at high temperatures retained in the bearing alloy according to the invention.
Selbst wenn eines oder mehrere der oben genannten Elemente Blei, Wismut, Indium, Thallium und Cadmium der Legierung zugesetzt werden, kann die Schmiereigenschaft des Zinns verbessert werden, ohne daß die Nachteile des Standes der Technik auftreten. Weiter kann die Lager legierung nach der Erfindung für ein Lager benutzt werden, welches eine hohe Dauerfestigkeit haben muß, und ausserdem wird es möglich, die Paßfähigkeit des Lagerwerkstqffes zu verbessern.Even if one or more of the above elements are lead, bismuth, Indium, thallium and cadmium are added to the alloy, the lubricating property can of tin can be improved without the disadvantages of the prior art occurring. Furthermore, the bearing alloy according to the invention can be used for a bearing, which must have a high fatigue strength, and it is also possible that To improve the fit of the bearing material.
Die Zusatzmenge an einem oder mehreren der Elemente Blei, Wismut, Indium, Thallium und Cadmium, die die obigen Auswirkungen haben, liegt, wie oben beschrieben, in dem Bereich von mehr als null bis 9 Gew.% insgesamt. Unter diesen Elementen sind Blei und Indium am meisten vorzuziehen, und an diese schließen sich Wismut und Cadmium und dann Thallium an. Das ist von der Tatsache abhängig, daß Blei und Indium unter Druck am fließfähigsten sind, so daß die Gleiteigenschaften und die Paßfähigkeit gut werden. Die nächsten Elemente, Wismut und Cadmium, sind im Vergleich zu Blei und Indium etwas härter und haben höhere Schmelzpunkte. Das letzte Element, Thallium, hat ähnliche Eigenschaften wie Blei und Indium, die Produktionsmenge von Thallium ist jedoch gering und es ist ein teueres Element.The additional amount of one or more of the elements lead, bismuth, Indium, thallium and cadmium, which have the above effects, are as above in the range of greater than zero to 9 wt% total. Under these Elements are most preferable to lead and indium, and these are followed by Bismuth and cadmium and then thallium. That depends on the fact that Lead and indium are most flowable under pressure, so that the sliding properties and the fit becomes good. The next elements, bismuth and cadmium, are Slightly harder compared to lead and indium and have higher melting points. That last element, thallium, has properties similar to lead and indium, the production quantity however, thallium is low and it is an expensive element.
Eines oder mehrere der Elemente Blei, Wismut, Indium, Thallium und Cadmium kann zusammen mit dem oben erwähnten Kupfer und/oder Magnesium zugesetzt werden, wodurch das Absinken der Hochtemperaturhärte verringert und gleichzeitig die Schmiereigenschaften des Zinns verbessert werden können. One or more of the elements lead, bismuth, indium, thallium and Cadmium can be added along with the above-mentioned copper and / or magnesium thereby reducing the drop in high temperature hardness and at the same time the lubricating properties of the tin can be improved.
Die oben beschriebene Lagerlegierung auf Al-Sn-Basis wird hauptsächlich für Gleitlager in Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren u.dgl. benutzt, wobei die Lagerlegierung im allgemeinen auf Stahlblechunterlagen durch Preßschweißen aufgebracht und daran anschließend zum Erhöhen der Haftfestigkeit geglüht wird.The above-described Al-Sn-based bearing alloy is mainly used Used for sliding bearings in automotive internal combustion engines and the like, the bearing alloy generally applied to and onto sheet steel substrates by pressure welding is then annealed to increase the adhesive strength.
Bei den bekannten Legierungen auf Al-Sn-Basis kommt es jedoch zur Verringerung der Härte, zum Schmelzen der Zinnteilchen usw., weil die Aluminiumkorngrenzen und die Zinnteilchen in dem Legierungsgefüge wandern, was die Vergröberung der Zinnteilchen zur Folge hat. Bei der Erfindung werden das Wandern der Aluminiumkorngrenzen und das Wachstum von Aluminiumkristallteilchen wirksam vermieden, und zwar durch die ausgeschiedene Substanz der intermetallischen Al-Cr-Verbindung, die in den Preßschweiß- und Glühschritten erzeugt wird. Die Lagerlegierung nach der Erfindung ist deshalb frei von den obigen nachteiligen Einflüssen des Glühens und infolgedessen kann die Haftfestigkeit zwischen der Legierung auf Al-Sn-Basis und den Stahlblechunterlagen durch Erhöhen der Glühtemperatur hoch gemacht werden. Da die obige Tatsache auf den Fall angewandt werden kann, in welchem die Lagerlegierung nach der Erfindung in Umstände versetzt wird, die der Temperatur des Glühens entsprechen, ist es ziemlich bedeutsam, daß die Dauerfestigkeit durch das Verhindern der Erweichung verbessert werden kann. Weiter wird auch die Verbesserung der Verschleißfestigkeit beobachtet und die Lagerlegierung ist besonders wirksam, wenn sie in Verbindung mit Wellen aus Sphäroguß benutzt wird.In the case of the known Al-Sn-based alloys, however, it comes to Decrease in hardness, to melt the tin particles, etc. because of the aluminum grain boundaries and the tin particles migrate in the alloy structure, which coarsen the tin particles has the consequence. In the invention, the migration of the aluminum grain boundaries and effectively avoided the growth of aluminum crystal particles by the precipitated substance of the intermetallic Al-Cr compound, which in the pressure welding and annealing steps is generated. The bearing alloy according to the invention is therefore free from the above adverse influences of the glow and, as a result, the Adhesion strength between the Al-Sn-based alloy and the sheet steel supports can be made high by increasing the annealing temperature. Given the above fact on the case in which the bearing alloy according to the invention can be applied put in circumstances commensurate with the temperature of the glow, it is quite meaning that the fatigue strength improves by preventing softening can be. The improvement in wear resistance is also observed and the bearing alloy is particularly effective when used in conjunction with shafts made of nodular cast iron is used.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Beispielen ausführlicher beschrieben.In the following the invention is illustrated in more detail by means of several examples described.
Die folgende Tabelle A zeigt die Zusammensetzungen von Legierungen (Proben)1 1 bis 17 nach der Erfindung sowie von Vergleichslegierungen (Proben) 18 bis 22.The following Table A shows the compositions of alloys (Samples) 1 1 to 17 according to the invention and of comparative alloys (samples) 18 until 22.
Bei der Herstellung der Legierungen 1 bis 1 7 wurde ein Aluminiummaterial in einem Gasofen geschmolzen und gemäß den Formeln von Tabelle A wurden Legierungen auf der Basis Al-Cu , Al-Mg ui Al mit spezifizierten Zusätzen in dem geschmolzenen Aluminium aufgelöst. Anschließend daran wurden Sn und Pb, Bi,Int Tl und Cd zugesetzt und es wurde eine Entgasung vorgenommen. Dann wurde das Metall in Formen gegossen und anschließend wiederholt gewalzt und geglüht (350 OC) um Proben herzustellen. Die Hochtemperaturhärte der Proben wurde dann gemessen. In dem nächsten Schritt wurden diese Proben gewalzt und daran anschließend wurden die Legierungsproben auf Stahlblechunterlagen durch Preßschweißen befestigt, um bimetallische Proben herzustellen. Diese wurden dann geglüht und zu ebenen Lagern verarbeitet und ihre Dauerfestigkeit unter dynamischen Belastungen wurde getestet. In gleicher Weise wie oben wurden die Legierungen 18 bis 22 für Vergleichstests hergestellt und den gleichen Tests unterworfen.In the manufacture of alloys 1 to 17, an aluminum material was used melted in a gas furnace and according to the formulas of Table A, alloys became based on Al-Cu, Al-Mg and Al with specified additives in the molten Dissolved aluminum. Subsequently, Sn and Pb, Bi, Int Tl and Cd were added and degassing was performed. Then the metal was poured into molds and then repeatedly rolled and annealed (350 OC) to produce samples. The high temperature hardness of the samples was then measured. In the next step these samples were rolled and then the alloy samples were applied Steel sheet shims attached by pressure welding to make bimetallic samples. These were then annealed and processed into flat bearings and their fatigue strength under dynamic loads was tested. In the same way as above were alloys 18 through 22 were made for comparative tests and the same tests subject.
Die Tabelle B zeigt die Ergebnisse der Messung der Vickershärten von mehreren Legierungen bei einer gewöhnlichen Temperatur und bei 200 OC, die Ergebnisse von Dauerfestigkeitstests unter dynamischen Belastungen und die Ergebnisse von Freßtests mit Stahlwellen und Sphärogußwellen. Die obeigen Dauerfestigkeitstests wurden ausgeführt, indem jede Legierung mit 107-maliger Wiederholung unter den folgenden Bedingungen belastet wurde und die Stärke der Belastungen, bei denen es zur Ermüdung kommt, gemessen wurde, d.h. der Druck an der Dauerfestigkeitsgrenze durch diese Anzahl von Wiederholungen.Table B shows the results of measuring the Vickers hardness of several alloys at an ordinary temperature and at 200 oC, the results of fatigue strength tests under dynamic loads and the results of seizure tests with steel shafts and nodular cast iron shafts. The above fatigue strength tests were carried out by repeating each alloy 107 times under the following conditions has been stressed and the strength of the stresses causing fatigue, was measured, i.e. the pressure at the fatigue limit by this number of repetitions.
Testmaschine: Soda Dynamic Load Tester Gleitgeschwindigkeit: 400 - 470 m/min Schmieröl: SAE 10W30 Schmierung: Druck schmierung dltemperatur: 140 + 5 OC Öldruck: 0,5 MPa Material in Kontakt: Art: S 55 C Rauhigkeit: 1 pm Härte: HV 500 - 600 Lagergestalt: Durchm. x Breite: 52 x 20 mm halbgeteiltes Metall Rauhigkeit: 1 - 3 Fm In den obigen Freßtests wurden die Belastungen beim Fressen bei um 5 MPa (50 Kg/cm²) zunehmenden Belastungen alle 20 min unter folgenden Bedingungen gemessen. Das folgende Material (1) in Kontakt mit dem Lager wurde als Stahlwelle benutzt und das Material (2) in Kontakt mit dem Lager wurde als Sphärogußwelle benutzt.Test machine: Soda Dynamic Load Tester sliding speed: 400 - 470 m / min Lubricating oil: SAE 10W30 Lubrication: Pressure lubrication oil temperature: 140 + 5 OC Oil pressure: 0.5 MPa Material in contact: Type: S 55 C Roughness: 1 pm Hardness: HV 500 - 600 bearing shape: diam. x width: 52 x 20 mm semi-divided metal roughness: 1 - 3 fm In the above eating tests, the stresses during eating were at loads increasing by 5 MPa (50 Kg / cm²) every 20 minutes under the following conditions measured. The following material (1) in contact with the bearing was made as a steel shaft and the material (2) in contact with the bearing was used as a ductile iron shaft.
Testmaschine: Ultrahochdruck-Freßtester Gleitgeschwindigkeit: 468 m/min Belastung: 5 MPa,stuEenweise Erhöhung alle 20 min Schmieröl: SAE 10W30 Schmierung: Druckschmierung Öltemperatur: 140 + 5 °C Material (1) in Kontakt: Art: S 50 C Rauhigkeit: 0,3 - 0,8 pm Härte: HV 500 - 600 Material (2)in Berührung Art: Sphäroguß (DCI) Rauhigkeit: 0,3 - 0,8 pin Härte: HV 200 - 300 Lagergestalt: Durchm. x Breite: 52 x 20 mm halbgeteiltes Metall Rauhigkeit: 1 - 3 pin Aus der Tabelle B ist zu erkennen, daß die Legierungen 1 - 17 nach der Erfindung im Vergleich zu den Vergleichslegierungen 18 - 22 eine größere Härte im Hochtemperaturbereich haben.Test machine: ultra high pressure seizure tester sliding speed: 468 m / min load: 5 MPa, gradually increasing every 20 min Lubricating oil: SAE 10W30 Lubrication: Pressure lubrication Oil temperature: 140 + 5 ° C Material (1) in contact: Type: S 50 C Roughness: 0.3 - 0.8 pm hardness: HV 500 - 600 material (2) in contact type: ductile iron (DCI) roughness: 0.3 - 0.8 pin hardness: HV 200 - 300 bearing shape: diam. x Width: 52 x 20 mm half-divided Metal roughness: 1 - 3 pin From table B it can be seen that the alloys 1 - 17 according to the invention in comparison to the comparison alloys 18 - 22 have a greater hardness in the high temperature range.
Insbesondere angesichts der Tatsache, daß die Vergleichslegierung eine Härte bei gewöhnlicher Temperatur hat, die höher als die von einigen Legierungen nach der Erfindung ist, ist es klar, daß das Ausmaß des Absinkens der Härte im Hochtemperaturbereich bei den Legierungen nach der Erfindung relativ gering ist.Especially in view of the fact that the comparative alloy has an ordinary temperature hardness higher than that of some alloys according to the invention, it is clear that the extent of the decrease in hardness is in the high temperature range is relatively low in the alloys according to the invention.
Weiter ergaben im Vergleich zu den Vergleichslegierungen 18 -22 die Legierungen 1 - 17 nach der Erfindung relativ gute Ergebnisse hinsichtlich der Dauerfestigkeit. Weiter ergaben bei Freßtests unter Verwendung von Sphärogußwellen die Legierungen nach der Erfindung ausgezeichnete Ergebnisse.Furthermore, in comparison with the comparison alloys 18-22, the Alloys 1-17 according to the invention have relatively good results in terms of fatigue strength. The alloys were also found in seizure tests using nodular cast iron shafts excellent results according to the invention.
T a b e l l e A
Es sei angemerkt, daß in der Zusammensetzung der Legierung nach der Erfindung das Aluminium (Al) selbstverständlich eine Spurenmenge an Verunreinigungen enthalten kann, die durch die gewöhnliche Verfeinerungstechnik nicht beseitigt werden können.It should be noted that in the composition of the alloy according to the Invention the aluminum (Al) of course a trace amount of impurities that cannot be eliminated by ordinary refinement technique can.
Zusammenfassung: Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerlegierung auf Aluminium-Zinn(Al-Sn)-Basis sowie auf Lagerwerkstoffe, die durch Aufbringen der Legierungen auf eine Stahlblechunterlage durch Preßschweißen hergestellt sind. Die Lagerlegierung auf Al-Sn-Basis enthält 3 bis 7 Gew.% Sn; 0,1 bis 1,0 Gew.% Cr; 1 bis 10 Gew.% insgesamt von einem oder mehreren der spezifizierten Zusätze Si, Mn, Sb, Ti, Zr, Ni, Fe, W, Ce, Nb, V, Mo, Ba, Ca und Co; 0,1 bis unter 0,8 Gew.% Cu und/oder Mg; Rest Aluminium. Die Legierung kann weiter 9 Gew.% insgesamt von einem oder mehreren der Elemente Pb, Bi, Tl, Cd und In enthalten, wodurch die Lagereigenschaften verbessert werden. Summary: The invention relates to a bearing alloy on aluminum-tin (Al-Sn) basis as well as on bearing materials, which by application the alloys are produced by pressure welding on a sheet steel base. The Al-Sn-based bearing alloy contains 3 to 7% by weight Sn; 0.1 to 1.0 wt% Cr; 1 to 10% by weight in total of one or more of the specified additives Si, Mn, Sb, Ti, Zr, Ni, Fe, W, Ce, Nb, V, Mo, Ba, Ca and Co; 0.1 to less than 0.8% by weight Cu and / or Mg; Remainder aluminum. The alloy can contain a total of 9% by weight contain one or more of the elements Pb, Bi, Tl, Cd and In, thereby increasing the storage properties be improved.
In einer Legierung nach der Erfindung können die Vergröberung von Zinnteilchen und das Absinken der Härte unter Hochtemperaturbedingungen relativ gering gehalten werden, so daß die Verschleißfestigkeit und die Dauerfestigkeit der Legierung verbessert werden. Lagerlegierungen nach der Erfindung können für Lager von Verbrennungsmotoren benutzt werden, in denen im allgemeinen Kurbelwellen aus Sphäroguß benutzt werden.In an alloy according to the invention, the coarsening of Tin particles and the decrease in hardness under high temperature conditions are relative can be kept low, so that the wear resistance and fatigue strength the alloy can be improved. Bearing alloys according to the invention can be used for Internal combustion engine bearings are used in which generally crankshafts made of nodular cast iron can be used.
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