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Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung für ein Gleitelement enthaltend jeweils in Gew. -% 4,2% bis 4,8% Zn, 3,0% bis 7,0% Si, 0,8% bis 1,2% Cu, 0,7% bis 1,3% Pb, 0,12% bis 0,18% Mg, 0% bis 0,3% Mn und 0% bis 0,2% Ni, ein Gleitelement aus der Aluminiumlegierung, einen Verbundwerkstoff für ein Gleitelement umfassend eine Stützschicht, insbesondere aus Stahl, und eine darauf angeordente Zweitschicht aus einer Aluminiumlegierung sowie die Verwendung der Aluminiumlegierung.
Der technische Fortschritt in der Motorenindustrie bedingt, dass an Gleitelemente, wie z.B Gleitlager, immer härtere Anforderungen gestellt werden Einschichtgleitlager können diesen Anforderungen, beispielsweise gegenüber fressendem Verschleiss aufgrund eines sich verdünnen- den Ölfilms bei hohen Drehzahlen, nicht mehr gerecht werden, sodass die Gleitlagenndustne ver- mehrt auf sogenannte Mehrschichtgleitelemente ausweicht. Derartige Mehrschichtgleitelemente bestehen üblicherweise aus einer Stahlstützschicht, auf die eine oder mehrere weitere Schichten durch Aufwalzen, Plattieren, etc. aufgebracht werden Diese weiteren Schichten sind zum einen die Lagermetallschicht, welche gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer sogenannten Binde- schicht auf der Stahlstützlage befestigt wird.
Ein derartiges Gleitlager ist z B aus der DE 40 15 593 A1 bekannt. Das darin geoffenbarte La- germetall auf Aluminiumbasis ist in seiner einfachsten Form aus 1 bis 10 Gew. -% Zink, 1 bis
15 Gew -% Silicium, 0,1 bis 5 Gew. -% Kupfer, 0,1 bis 5 Gew.-% Blei, 0,005 bis 0,5 Gew. -% Stron- tium und zum Rest Aluminium mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen gebildet. Zusätzlich können noch Nickel, Magnesium, Mangan, Vanadium und Chrom in bestimmten Mengenanteilen enthalten sein
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanischen Eigenschaften einer Legierung auf Aluminiumbasis bzw. eines Gleitelementes dahingehend zu verbessern, dass diese den Anfor- derungen moderner Hochleistungsmotoren gerecht werden.
Diese Aufgabe der Erfindung wird jeweils dadurch gelöst, dass in der Aluminiumlegierung wei- ters jeweils in Gew. -% 0,05% bis 0,1% Zr, 0% bis 0,05% Ti, 0% bis 0,4% Fe, 0% bis 0,2% Sn enthalten sind und den Rest AI mit den üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen bildet sowie dass die Aluminiumlegierung des Gleitelementes bzw. des Verbundwerkstoffes nach An- spruch 1 gebildet ist, bzw. dass die Aluminiumlegierung zur Herstellung eines Anlaufringes, einer Laufschicht eines Gleitlagers oder einer Bindeschicht eines Gleitlagers verwendet wird.
Von Vorteil ist dabei, dass durch den Zusatz von Zirkonium die Streckgrenze und die Dehnung verbessert werden kann, wodurch sich die Verarbeitbarkeit dieser Aluminiumlegierung verbessern lässt Dar- über hinaus hat sich überraschenderweise gezeigt, dass aufgrund des Einsatzes von Zirkonium die Mengenanteile der anderen Legierungsbestandteile verringert werden können, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit für den Produktionsbetrieb erhohen lässt. Es kann neben der Duktilitat die Kerb- wirkung durch den geringeren Siliziumgehalt verbessert und die Anfälligkeit gegen Bildung von Mikrolunkern gesenkt werden, wodurch die Ausschussrate bei der Herstellung von Gleitelementen aus dieser Aluminiumlegierung verringert werden kann.
Durch die Bildung von adsorptiven Bindun- gen mit Aluminium kann zu dem bewirkt werden, dass intermetallische Phasen zwischen Aluminium und Zirkonium während des Erstarrens der Schmelze der Aluminiumlegierung gebildet werden, wobei diese intermetallischen Phasen kornverfeinernd auf das Gefüge wirken und damit zur Ver- besserung der tribologischen Eigenschaften der Legierung beitragen. Durch die Ausscheidung von intermetallischen Phasen zwischen Zirkonium und Aluminium, insbesondere von AIZr3 kann eine Verfestigung über diese intermetallischen Hartphasen in der Matrix erreicht werden.
Gemäss Ausführungsvarianten des Verbundwerkstoffes ist vorgesehen, dass die Zweitschicht als Laufschicht eines Gleitlagers ausgebildet ist, dass die Zweitschicht als Bindeschicht eines Gleit- lages ausgebildet ist sowie dass auf der Bindeschicht eine Laufschicht ausgewählt aus einer Grup- pe, umfassend Lagermetalle auf Aluminiumbasis, Lagermetalle auf Kupferbasis, Lagermetalle auf Zinnbasis, Lagerlegierungen auf Bleibasis, ein Gleitlack, eine Polymerschicht, angeordnet ist.
Zum besseren Verstandnis der Erfindung wird diese anhand der folgenden Ausführungsbei- spiele und der Fig. näher erläutert, wobei bereits jetzt darauf hingewiesen sei, dass diese in Hinblick auf den Schutzumfang der Erfindung nicht limitierend zu verstehen sind, und umfasst die Erfindung vielmehr auch jene Ausführungvarianten, die im Rahmen der Abänderung dieser Beispiele auf- grund der Lehre dieser Ausführungen dem Können des auf diesem Gebiet tatigen Fachmannes zuzurechnen sind
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Die Fig. zeigen:
Fig. 1 die Wechselbiegefestigkeit einer erfindungsgemässen Legierung im Vergleich zu
Legierungen aus dem Stand der Technik;
Fig 2 die Fressgrenzlast eines erfindungsgemässen Zweistofflagers im Vergleich zu ent- sprechenden Gleitlagern aus dem Stand der Technik.
Einführend sei festgehalten, dass Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den be- schriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen können.
Die erfindungsgemässe Knetlegierung auf Aluminiumbasis für ein Gleitelement enthält zumin- dest folgende Legierungsbestandteile, wobei die Angaben zu den unteren bzw. oberen Grenzwer- ten der erfindungsgemässen Bereiche für die Mengenanteile der Legierungselemente an der Legie- rungszusammensetzung jeweils in Gewichtsprozent angegeben sind.
4,2 % bis 4,8 % Zink (Zn)
3,0 % bis 7,0 % Silicium (Si) 0,8 % bis 1,2% Kupfer (Cu) 0,7 % bis 1,3% Blei (Pb)
0,12 % bis 0,18 % Magnesium (Mg)
0,05 %bis 0,1 % Zirkonium (Zr)
Den Rest auf 100 Gew.-% bildet Aluminium mit den üblichen erschmelzungsbedingten Verun- reinigungen, wie z. B. Si, Fe. Verwendung für die erfindungsgemässe Aluminiumlegierung findet z.B. sogenanntes Hüttenaluminium mit einem Reinheitsgrad zwischen 99,5 bis 99,8 %. Selbstverständ- lich können aber auch andere Aluminiumreinheiten, z. B. ca. 95 %iges bzw. Reinstaluminium ver- wendet werden.
Zusätzlich kann die Aluminiumlegierung in Ausführungsvarianten wahlweise noch enthalten:
0 % bis 0,2 % Nickel (Ni)
0 % bis 0,05 % Titan (Ti)
0 % bis 0,4 % Eisen (Fe)
0 % bis 0,2 % Zinn (Sn)
0 % bis 0,3 % Mangan (Mn) wobei auch hier wiederum die Angaben zu den Bereichsgrenzen der Mengenanteile jeweils in Gewichtsprozent, bezogen auf die Aluminiumlegierung, zu verstehen sind
Die Elemente Cu, Mg, Si und Zn werden von Aluminium in fester Lösung aufgenommen, wo- durch aluminiumreiche Mischkristalle entstehen
Cu bzw. Cu und Mg bilden mit AI sogenannte aushartbare Knetlegierungen, welche gut ver- formbar und abwälzbar sind. Cu wirkt zudem durch Mischkristallhartung matrixverstärkend. AI2Cu und AI3Zr bilden sich unabhängig voneinander aus, sodass es zu keiner heterogenen Keimbildung kommt.
Die Ausscheidung dieser Kristallite beginnt dabei nahezu gleichzeitig
Durch Cu kann die Ermüdungsbeständigkeit der Aluminiumlegierung erhöht werden. Weiters wird dadurch die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumlegierung, z. B. verursacht durch korrosiv wirkende Ölinhaltsstoffe, verbessert.
Eine Verbesserung der Härteeigenschaften einer erfindungsgemässen Aluminiumlegierung wird durch Zugabe von Fe erreicht, wodurch durch entsprechende AI-Fe-Si-Phasen härtende Eigen- schaften ausgebildet werden.
Mg wird weiters von AI nicht nur in fester Lösung aufgenommen, sondern bildet insbesondere durch den Zusatz von Si intermetallische Verbindungen, wie Mg2Si, die entweder ausgefällt oder ebenfalls in AI gelöst vorliegen. Es wird dadurch eine entsprechende verbesserte Aushärtbarkeit der erfindungsgemässen Aluminiumlegierung ermöglicht. Der Mengenanteil an Mg sollte jedoch nicht so gross sein, dass sich AI3Mg2-Phasen an den Korngrenzen ausscheiden, wodurch interkri- stalline Korrosion hervorgerufen werden kann.
Wie aus dem binären Zustandsdiagramm AI-Si ersichtlich, ist Si in AI beinahe unlöslich und bil- det bei ca. 12,5 Gew.-% Si ein Eutektikum, wodurch Si in der Legierung fein verteilt vorliegt und
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aufgrund der Harte des Si eine entsprechende mechanische Festigkeit der Aluminiumlegierung hervorgerufen werden kann. Si dient darüber hinaus als sogenannter "Abstandshalter" eines aus der Legierung gebildeten Lagerelementes, z. B. zu einer gelagerten Welle, wodurch ein weiterer Verschleiss der weichen AI-Matrix verhindert und somit insgesamt die Belastbarkeit des Lagerele- mentes verbessert werden kann Durch die Härte der Si-Körner werden weiters Unregelmassigkei- ten der zu lagernden Welle abgeschliffen, sodass die Beständigkeit des Lagerelementes gegenüber fressendem Verschleiss verbessert wird.
Zn weist in AI eine relativ hohe Loslichkeit auf und wird im Vergleich zu AI bevorzugt oxidiert, sodass die Nachteile eines harten AI-Oxidfilms vermieden werden. Zudem erhöht Zn die Vertrag- lichkeit der Legierung gegenüber Schmieröl. Durch Zn wird die Aushartbarkeit der Legierung verbessert.
Durch die Zugabe von Pb sowie wahlweise von Sn wird die spanabhebende Bearbeitbarkeit sowie die Beständigkeit der Aluminiumlegierung gegenüber fressendem Verschleiss verbessert.
Beide Elemente sind im festen Zustand in AI praktisch unlöslich, sodass es sich streng genommen gar nicht um eine echte Legierung handelt. Die Folge davon ist, dass Pb bzw. Sn während der Abkühlung sich aus der Schmelze ausscheiden und verteilt in dieser vorliegen Es können damit die Gleiteigenschaften, die Duktilität sowie die Einbettfähigkeit für Fremdpartikel der Aluminiumle- gierung, um nur einige Eigenschaften zu nennen, verbessert werden. Der Ersatz eines Teils des
Pb durch Sn hat den Vorteil, dass die Umweltverträglichkeit der Aluminiumlegierung verbessert werden kann - bekanntlich hat Pb toxische Eigenschaften - wobei durch die Kombination der höhere Schmelzpunkt des Pb und die damit erreichbaren Vorteile ausgenutzt werden konnen.
Durch die erfindungsgemässe Zugabe von Zr kann durch Bildung von AI3Zr eine Verfestigung über intermetallische Hartphasen erreicht werden, wodurch in der Folge der Si-Gehalt der Alumini- umlegierung bei zumindest teilweise und bereichsweise verbesserten mechanischen Eigenschaf- ten der Si-Gehalt im Vergleich zu Aluminiumlegierungen aus dem Stand der Technik gesenkt werden kann, wodurch wiederum auf vorteilhafte Weise die Kerbwirkung, die durch höhere Si- Gehalte hervorgerufen wird, zumindest teilweise vermindert bzw herabgesetzt werden kann.
Der positive Nebeneffekt, der durch die Zugabe von Zr auftritt, ist, dass durch die Bildung dieser Trialuminide AI3Zr eine Kornverfeinerung erreicht wird, insbesondere in Hinblick auf die Kornverfei- nerung der Si-Teilchen.
Durch die wahlweise Zugabe von Ni kann wiederum, wie dies bereits bei Mg ausgeführt wurde, die Ermüdungsfestigkeit der Aluminiumlegierung erhöht werden, wobei Ni in fester Lösung bzw in Form von intermetallischen Verbindungen ausgefällt vorliegen kann Ni erhöht wie Cu die Warm- festigkeit der Legierung.
Eine Korn Verfeinerung kann auch durch die Zugabe von Ti erreicht werden
Mn-Zusätze wirken verfestigend und verbessern die Korrosionsbeständigkeit Es kann damit auch die Rekristallisationstemperatur erhöht werden. Ausserdem kann speziell bei kleinen Fe- Gehalten die Ausbildung von langspiessigen, sproden AI3Fe-Nadeln verhindert werden, indem Fe von den günstiger geformten AI6Mn-Kristallen aufgenommen wird.
Schliesslich kann die Legierung wahlweise auch noch Fe im angegebenen Bereich enthalten Fe kann durch die Bildung von intermetallischen Phasen mit AI und Si die ausgebildete Si-Phase modifizieren, wobei sich hierbei die Zugabe von Zn als vorteilhaft erweist, da primär entstandene Fe-Aluminide in Nadelform in derbere Formen überführt werden können Dadurch ist es möglich, derartige Legierungen auch bei höheren Temperaturen zu belasten, da Aluminide mit runden Formen weniger Rekristallisationskeime bilden als nadelige und somit durch das Zusammenwirken mit Zr das Rekristallisationsverhalten derartiger Legierungen optimiert werden kann.
Die erfindungsgemässe Aluminiumlegierung kann durch Vermengen der einzelnen oben ange- führten Bestandteile bzw. von Vorlegierungen hieraus im festen bzw. schmelzflüssigen Zustand erfolgen, wobei nach dem Einschmelzen der Legierung und nach Abkühlung der Schmelze gege- benenfalls ein Rekristallisations- und/oder zumindest ein Walzvorgang durchgeführt wird.
Aus der erfindungsgemässen Aluminiumlegierung wurde ein Gleitelement hergestellt und des- sen Wechselbiegefestigkeit im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Aluminiumle- gierungen für diesen Verwendungszweck gemessen und ist das Ergebnis hieraus in Fig. 1 darge- stellt Dabei ist auf der X-Achse die Anzahl der Lastwechsel logarithmisch aufgetragen und entlang der Y-Achse die Biegespannung in MPa. Verglichen wurden einerseits die erfindungsgemasse
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Aluminiumlegierung AIZn4Si3 mit AIZn4Si5, welches aus der eingangs genannten DE 40 15 593 A1 bekannt ist, AIZn4SiPb und AISn20Cu. Die zugehörige Legende ist in Fig. 1 enthalten.
Wie aus Fig 1 ersichtlich ist, konnte mit der erfindungsgemässen Aluminiumlegierung für mas- sive Lagerwerkstoffe im Vergleich zur Standardlegierung AIZn4SiPb hinsichtlich der Wechselbiege- festigkeit eine bedeutende Verbesserung erreicht werden, was sich durch die erhohte Anzahl an möglichen Lastwechseln, bevor eine Schädigung des Lagerwerkstoffes auftritt, bei der entspre- chenden Biegespannung zum Ausdruck kommt
Im Vergleich zur Legierung AIZn4Si5 weist die erfindungsgemasse Lagerlegierung aufgrund des geringeren Si-Gehaltes bei einer Biegespannung von ca. 125 MPa eine geringere Zahl an Last- wechseln auf.
Der Vorteil, der sich mit der erfindungsgemässen Aluminiumlegierung im Vergleich zu dieser Aluminiumlegierung erreichen lässt ist, dass bei einer hohen Anzahl ein Lastwechseln durch die geringere Kerbwirkung und des geringeren Si-Gehaltes eine höhere Festigkeit erreicht werden kann.
AISn20Cu wurde in dieser Betrachtung lediglich deswegen aufgenommen, um den Vergleich mi einem typischen Lagerwerkstoff für ein Verbundlager, wie z. B. eines Dreischichtlagers, darzu- stellen.
Die erfindungsgemässe Aluminiumlegierung bestand für den Vergleich nach Fig. 1 aus 4,5Gew. -% Zn, 3,3Gew.-% Si, 1Gew. -% Cu, 1Gew. -% Pb, 0,15Gew. -% Mg und 0,08Gew.-% Zr, wobei den Rest AI mit den erschmelzungsbedingten Verunreinigungen bildet.
Wie bereits erwähnt, kann die Aluminiumlegierung wahlweise aber auch zumindest ein Ele- ment aus einer Gruppe umfassend die Elemente Mn, Ni, Ti, Fe sowie Sn in den angegebenen Gewichtsanteilen bzw. Mengenbereichen enthalten, wodurch sich eine weitere Verbesserung der Wechselbiegefestigkeit des erfindungsgemässen Lagerstoffes erreichen lässt. Z.B. kann in Ausfüh- rungsvarianten die Aluminiumlegierung entsprechend folgender Tabelle zusammengesetzt sein, wobei die Zahlenangaben in Gew. -% bezogen auf die Aluminiumlegierung zu verstehen sind.
EMI4.1
<tb>
Zn <SEP> Si <SEP> Cu <SEP> Pb <SEP> Mg <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Zr <SEP> Ti <SEP> Fe <SEP> Sn <SEP> AI
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 4,2 <SEP> 3,5 <SEP> 0,9 <SEP> 1,1 <SEP> 0,14- <SEP> 0,2 <SEP> 0,1 <SEP> 0,05- <SEP> - <SEP> Rest
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 4,8 <SEP> 3,5 <SEP> 1,1 <SEP> 1,1 <SEP> 0,15- <SEP> - <SEP> 0,07 <SEP> 0,03 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2 <SEP> Rest
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 4,7 <SEP> 3,0 <SEP> 0,9 <SEP> 1,2 <SEP> 0,13 <SEP> 0,2 <SEP> 0,1 <SEP> 0,08- <SEP> 0,3 <SEP> 0,1 <SEP> Rest
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 4,3 <SEP> 3,3 <SEP> 0,85 <SEP> 0,9 <SEP> 0,17 <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0,4 <SEP> 0,2 <SEP> Rest
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 4,4 <SEP> 3,0 <SEP> 0,9 <SEP> 1,3 <SEP> 0,14- <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> Rest
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 4,8 <SEP> 3,
35 <SEP> 1,1 <SEP> 0,7 <SEP> 0,18- <SEP> 0,05 <SEP> 0,005 <SEP> 0,03 <SEP> 0,1 <SEP> 0,2 <SEP> Rest
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> 4,5 <SEP> 3,4 <SEP> 1,1 <SEP> 1,15 <SEP> 0,12 <SEP> 0,1 <SEP> 0,05 <SEP> 0,05 <SEP> 0,02 <SEP> 0,3 <SEP> 0,15 <SEP> Rest
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 4,7 <SEP> 3,0 <SEP> 1,2 <SEP> 1,3 <SEP> 0,17 <SEP> 0,1- <SEP> 0,1 <SEP> 0,05- <SEP> 0,2 <SEP> Rest
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> 4,8 <SEP> 3,1 <SEP> 0,9 <SEP> 0,7 <SEP> 0,15 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,1 <SEP> 0,05 <SEP> 0,3- <SEP> 0,1 <SEP> Rest
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 4,6 <SEP> 7,0 <SEP> 0,8 <SEP> 0,9 <SEP> 0,18 <SEP> 0,3- <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,25 <SEP> 0,
15 <SEP> Rest
<tb>
Die angeführten Beispiele stellen nur eine Auswahl möglicher Zusammensetzungen der Alumi- niumlegierung dar und es sind andere Zusammensetzungen in den oben angeführten Bereichen möglich.
Wie bereits einleitend ausgeführt, konnen aus der erfindungsgemassen Aluminiumlegierung auch Verbundwerkstoffe für Gleitelemente hergestellt werden. Derartige Verbundwerkstoffe umfas- sen dem Stand der Technik entsprechend eine Stützschicht, z. B. aus Stahl, und in einer ersten Ausführungsvariante eine darauf angeordnete Zweitschicht aus der erfindungsgemässen Alumini- umlegierung, welche als Laufschicht ausgebildet ist.
Ein derartiger Verbundwerkstoff in Form eines Gleitelementes, insbesondere eines Gleitlagers in Halbschalenform wurde wiederum mit entsprechenden Zwei stofflagern aus dem Stand der Technik entsprechend Fig. 2 hinsichtlich der Fressgrenzlast untersucht Hierbei sind in Fig. 2 ent- lang der X-Achse verschiedene Laufschichten von Zweistofflagern aufgetragen, wobei diese Lauf- schichten jeweils auf einer Stahlstützschale auf der konkaven Seite, d h. der Seite, welche dem zu lagernden drehbeweghchen Teil, beispielsweise einer Welle zugewandt ist, angeordnet sind. Als
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Legierungen wurden für diese Zweistofflager folgende Legierungen verwendet, wobei diese in Fig 2 von links nach rechts jeweils nebeneinanderliegend aufgetragen sind'
1 AISn6CuNi
2. AISn20Cu
3. AIZn4SiPb
4.
AIZn4Si3 (Legierung nach der Erfindung gemäss obiger Zusammensetzung entsprechend der ersten Ausführungs Variante)
5 AIZn4Si5 (Legierung entsprechend der eingangs erwähnten DE 40 15 593 A)
Entlang der Y-Achse wurde die spezifische Lagerlast in Prozenten aufgetragen
Des weiteren ist aus Fig. 2 in Form von schwarzen Dreiecken die Anzahl der jeweiligen Durch- laufer aufgetragen sowie schraffiert das jeweilig auftretende Streuband.
Wie aus Fig. 2 deutlich ersichtlich ist, weist die als ausgesprochene Lagerlegierung zu be- zeichnende Legierung AISn20Cu hinsichtlich der geforderten Lagereigenschaften sehr gute Werte auf, sowohl hinsichtlich des Streubandes, d. h ein relativ enges Streuband und daher grossteils gleichbleibende Eigenschaften unterschiedlicher Lager gleichen Aufbaus, als auch in bezug auf die Anzahl der Durchlaufer, die in diesem Fall bei 88 % liegt.
Ausgehend von dieser reinen Laufschicht ist anhand des Zweistofflagers mit der AISn6CuNi- Lagerschicht erkennbar, dass zwar das Streuband mit dieser Aluminiumlegierung verkleinert wer- den kann, dass allerdings die Anzahl der Durchlaufer auf 0 % absinkt und somit diese Legierung nur bedingt als Laufschicht verwendbar ist
Die Standardlegierung AIZn4SiPb zeigt ebenfalls nur eine geringe Anzahl an Durchlaufer (ca.
40%) und ist zudem das Streuband sehr gross, wodurch sich diese Standardaluminiumlegierung ebenfalls nur bedingt für Zwei Stoff lager als Laufschicht eignet
Demgegenüber zeigen die beiden Legierungen AIZn4Si3 (nach der Erfindung) bzw. AIZn4Si5 im Vergleich zur Laufschiebt AISn20Cu ein sehr enges Streuband, wobei jenes bei der Aluminium- legierung nach der Erfindung enger ist als jenes bei der aus dem Stand der Technik bekannten Legierung AIZn4Si5 und zudem die Anzahl der Durchläufer bedeutend erhöht ist (67% bei AIZn4Si3 und 50% bei AIZn4Si5).
Die Schichtdicke der Lagerschicht lag für alle genannten Zweistofflager im Bereich zwischen 0,350 mm bis 0,420 mm, wobei die Rauhigkeit im Bereich zwischen 2 m und 3,2 m betrug.
Es wurden jeweils 10 Prüfläufe durchgeführt und die maximale Fressgrenzlast auf das Zweistofflager mit der AISn20Cu-Aluminiumlegierung normiert.
Selbstverständlich können auch bei Zwei stofflagern obige in der Tabelle angeführten Zusam- mensetzungen der erfindungsgemassen Aluminiumlegierungen sowie weitere Zusammensetzun- gen, wobei die Elemente in den angegebenen Bereichen enthalten sind, verwendet werden.
Es zeigt sich aus diesen beiden Diagrammen nach Fig. 1 und Fig. 2 sehr deutlich, dass die er- findungsgemässe Aluminiumlegierung sowohl für Massivlager als auch für Verbundlager eine deutliehe Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik aufweist und im Falle von Verbundla- gern an reine Laufschichttypen wie AISn20Cu heranreicht.
Durch diese mechanischen Ausbildungen der Aluminiumlegierung wird es aber auch möglich, diese als Bindeschicht für ein Mehrschichtgleitlagern zu verwenden. Als Gleitlager können hierbei wiederum ringförmige Lagerelemente bzw Halbschalen, wie sie aus dem Stand der Technik be- kannt sind, ausgeformt werden bzw. konnen aus der Aluminiumlegierung auch Anlaufnnge gebildet werden Es ist damit auf vorteilhafte Weise eine universelle Einsetzbarkeit der Aluminiumlegierung gegeben
In mehrschichtigen Verbundwerkstoffen für Gleitelemente, insbesondere dreischichtigen, kann die Laufschicht aus folgenden Legierungen gebildet sein, wobei die Bindeschicht jeweils durch eine erfindungsgemasse Aluminiumlegierung gebildet ist:
1.
Lagermetalle auf Aluminiumbasis (nach DIN ISO 4381 bzw 4383):
AISn6CuNi, AIZn5SiCuPBMg, AISn20Cu, AISi4Cd, AICd3CuNi, AlSi11Cu, AISn6Cu,
AISn40, AISn25CuMn, AISi11CuMgNi, AIZn4SiPb;
2. Lagermetalle auf Kupferbasis (nach DIN ISO 4383)-
CuPb10Sn10, CuSn10, CuPb15Sn7, CuPb20Sn4, CuPb22Sn2, CuPb24Sn4, CuPb24Sn,
CuSn8P, CuPb5SnSZn, CuSn7Pb7Zn3, CuPb10Sn10, CuPb30,
3. Lagermetalle auf Bleibasis'
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PbSbIOSn6, PbSbISSn10, PbSbl5SnAs, PbSb14Sn9CuAs, PbSnIOCu2, PbSn18Cu2,
PbSn10Ti02, PbSn9Cd, PbSn10;
4. Lagermetalle auf Zinnbasis:
SnSb8Cu4, SnSb12Cu6Pb.
Selbstverständlich können auch andere als die genannten Lagermetalle auf Aluminium-, Kup- fer-, Blei- oder Zinnbasis verwendet werden.
Weiters ist es möglich, als Laufschicht organische Substanzen, wie z.B. Gleitlacke oder poly- mere Werkstoffe, wie z.B. thermoplastische Kunststoffe, wie z.B. Polyamid (PA) 66, Polyamid (PA) 6, Guss-Polyamid 6, Guss-Polyamid 12, Polyamid 610, Polyoxymethylen, Polyethylentherephthalat, Polybutylentherephthalat oder dgl. zu verwenden.
Die Lagerschichten können dabei durch galvanische Verfahren, durch Sputterverfahren, durch Walzen, durch Plattieren, wie z.B. Elektroplattieren, durch Aufspritzen oder dgl. auf einen bereits bestehenden Verbund aus der Stützschale, z. B. aus Stahl, aus Bronze oder dgl. und einer darauf angeordneten Bindeschicht auf letzterer aufgebracht werden. Für die Anordnung der Bindeschicht auf der Stützschale gelten im wesentlichen zumindest teilweise die selben Ausführungen.
Es ist nicht nur möglich, die erfindungsgemässe Aluminiumlegierung für Dreistofflager als Bin- de- bzw. Laufschicht zu verwenden, sondern können diese Lager aus mehr als drei Schichten aufgebaut sein, beispielsweise durch Anordnung von Diffusionssperrschichten, beispielsweise aus AI, Ni oder dgl.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Aluminiumlegierung für ein Gleitelement enthaltend jeweils in Gew. -% 4,2% bis 4,8% Zn,
3,0% bis 7,0% Si, 0,8% bis 1,2% Cu, 0,7% bis 1,3% Pb, 0,12% bis 0,18% Mg, OGew.-% bis 0,3% Mn und OGew.-% bis 0,2% Ni dadurch gekennzeichnet, dass weiters jeweils in
Gew. -% 0,05% bis 0,1% Zr, OGew.-% bis 0,05% Ti, 0 Gew.-%-0,4% Fe,OGew.-% bis 0,2%
Sn enthalten sind und den Rest AI mit den üblichen erschmelzungsbedingten Verunreini- gungen bildet.
2. Gleitelement aus einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminium- legierung nach Anspruch 1 gebildet ist.