(35 765)
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitlagerlegierung aus Weissmetall auf Zinnbasis, das Antimon als Hauptlegierungselement und 1 bis 10 Gew.% Kupfer enthält.
Es sind Gleitlagerlegierungen auf Zinnbasis bekannt (GB 2 146 354 A), die 2 bis 15 Gew.% Antimon, 1 bis 10 Gew.% Kupfer, bis zu 15 Gew.% Blei und weitere Legierungselemente, wie Cadmium, Nickel, Silber, Tellur, Kobalt, Magnesium, Mangan und Arsen aufweisen können, wobei ein Gehalt von 0,005 bis 0,5 Gew.% Titan die MikroStruktur des Lagerwerkstoffes verfeinern und damit die Tragfähigkeit eines Gleitlagers verbessern soll. Um die Belastbarkeit von ökologischen Weissmetalllegierungen zu steigern, wurde bereits vorgeschlagen (DE 101 45 389 C2), neben Antimon mit einem Anteil von 6 bis 15 Gew.% und Kupfer mit einem Anteil von 3 bis 10 Gew.% Wismut mit einem Anteil zwischen 0,1 und 18 Gew.% einzusetzen.
Trotz dieser Massnahme können diese bekannten, von umweltbelastenden Legierungsbestandteilen freien Gleitlagerlegierungen höheren Festigkeitsansprüchen nicht genügen, sodass bei höheren Anforderungen an die Belastbarkeit und an die Verschleissbeständigkeit häufig auf Lagermetalle auf Aluminiumbasis ausgewichen wird, obwohl beim Einsatz dieser Lagermetalle auf die hervorragenden Notlaufeigenschaften von Lagermetalllegierungen auf Zinnbasis verzichtet werden muss.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Festigkeit einer Gleitlagerlegierung aus Weissmetall auf Zinnbasis der eingangs geschilderten Art zu steigern, ohne umweltbelastende Legierungselemente, wie Cadmium, Blei, Arsen und Chrom, einsetzen zu müssen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das bis auf unvermeidbare Verunreinigungen cadmium-, blei-,
arsen- und chromfreie Weissmetall 4 bis 30
NACHGEREICHT Gew % Antimon als Hauptlegierungselement, wenigstens ein Element aus einer Kobaft, Mangan, Scandium und Germanium engenden Elementegruppe<i>n emer auf die eingesetzten Elemente dieser Gruppe bezogenen Gesamtkonzentrat<i>on zw<i[not]>schen 0,2 und 2,6 Gew.% sowie mindestens ein Element aus einer Magnes,um, NH ckel, Zirkon und Tftan enthaftenden Elementegruppe in einer auf die e<i>ngesehen Elemente dieser Gruppe bezogenen Gesamtkonzentration zwischen 0,05 und 7 Gew.% aufweist, wobei der Summenanteil von Antimon und Kupfer be, e<i>nem zumindest dem dreifachen Kupfergehal entsprechenden Antimongehalt höchstens 35Gew % beträgt.
In beiden Fällen stell der Mindestgehaft die Wirksamke sgrenze dar, der Maximalgehaft verhindert ausgedehnte, au, Grund ihrer Grösse und Anzahl bereits schädigende Ausscheidungen.
Durch die Zulegierung von Kobaft, Mangan, Scandium und/oder German um ^ vorteilhafter Weise eine Feinung und eine Abrundung der *->*^r metallischen Phasen erreicht. Germanium bildet zudem intermetall<i>sche Verb ndun; freiem Kupfer, was die Festigkeft der Legierung positiv beerst und zwar "ter der Voraussetzung, dass die Grösse der einzelnen Aussche<i>dungen ger<i>ng alten wird.
Durch die primäre Kristallisation dieser höher schmelzenden Elemente b sich bei der Erstarrung des Weissmetalls eine Vielzahl von Krista Hsa onslim n die die Ausscheidung der intermetallischen Phasen mi Kupfer und Ant<i>mon üblich feinen, wodurch die Festigkeft der Zinnmarix entscheiden verbes ^ ,rt "erden kann, ohne die Verformbarkei des Weissmetalls nennenswert z -tigenDie sonst in tribologisch ungünstiger Nadeftorm ausgesch<i>edenen P ase v n Kupfer-Zinn und die ebenfalls ungünstigen würfeftörmigen Zinn-An<i>monphasen en vorteilhaft gerunde,. Ausserdem wird die Neigung zur Rissausb<i>ldung bverringert. In diesem Zusammenhang ist zu erahnen, dass e<i>ne ausredenraSche Esr tarrung der Legierungsschmelze sichergestellt werden muss m d.
Ausbildung von metallischen Kupfer-Zinn- und Zinn-Antimonphasen ,n Form von vergleichsweise langen Nadeln entgegenzuwirken.
MACHGEREICHT Die Elemente der Magnesium, Nickel, Zirkon und Titan enthaltenden Elementegruppe binden insbesondere bei höheren Antimongehalten einen Teil des Antimons in intermetallischen Phasen ab, was einer sonst mit einem höheren Antimongehalt einhergehenden Versprödung entgegenwirkt. Magnesium hat zusätzlich eine stark desoxidierende Wirkung. Zu hohe Gehalte an Magnesium steigern jedoch die Anfälligkeit für Korrosion, wobei besonders der Lochfrass auftritt. Nickel findet sich in den Kupfer-Zinnkristallen und steigert deren Härte. Es hat jedoch keinen negativen Einfluss auf die Gleiteigenschaften der erfindungsgemässen Legierung. Nickel verbessert zudem die Korrosionsbeständigkeit und verringert die Anfälligkeit für Seigerungserscheinungen.
Gehalte über 5 Gew.% führen jedoch durch die Ausschedung grosser, harter Phasen zum Verspröden der Legierung. Zugaben an Zirkon in den angegebenen Gehalten haben verfestigende Wirkung auf die Matrix und dienen der Kornfeinung. Zugaben von Titan unterstützen die Kornfeinung, wodurch die Tragfähigkeit der Gleitlagerlegierung verbessert wird, ihre Härte jedoch nahezu unverändert bleibt. Ein erhöhter Kupfergehalt verfestigt die Legierung, weil sich zwischen Antimon und Kupfer eine intermetallische Phase ausbildet.
Der Kupfergehalt darf jedoch das angegebene Grenzverhältnis wegen der sonst übermässigen Ausbildung nadelfömiger Kupfer-Zinnphasen nicht übersteigen.
Besonders vorteilhafte Belastungsbedingungen für Lagermetallschichten aus einer solchen Gleitlagerlegierung ergeben sich, wenn der Antimongehalt des Weissmetalls 10 bis 22 Gew.% und der Kupfergehalt 3 bis 7 Gew.% beträgt. Ein Optimum ergibt sich in dieser Hinsicht bei einem Antimongehalt von 13 bis 18 Gew.% und einem Kupfergehalt von 3,5 bis 5,5 Gew.%. Um der Gefahr der Ausbildung von nadeiförmigen Kupfer-Zinnphasen in einem für ein Lagermetall schädigenden Ausmass aufgrund einer erhöhten Zugabe von Kupfer vorzubeugen, kann dem Weissmetall zusätzlich 0,6 bis 1 ,8 Gew.%, vorzugsweise 0,7 bis 0,9 Gew.% Zink zulegiert werden.
Zink dient durch die Bildung von zusätzlichen Kristallisationskeimen zur Feinung der Kupfer-Zinn- und Zinn-Antimonphasen. Dadurch wird ein Anwachsen dieser Phasen auf eine schädigende Grösse verhindert. Unter 0,6 Gew.% Zink stellt sich keine positive Wirkung ein, über 1 Gew.% ist Zink nicht mehr im Zinnmischkristall gelöst, und es bildet sich zwischen Zinn und Zink eine niedrigschmelzende eutektische Phase
NACHGEREICHT (Tmca. 200[deg.]C). Diese senkt die Warmfestigkeit und auch die Korrosionsbeständigkeit.
Ähnliche Wirkungen können dadurch erzielt werden, dass dem Weissmetall wenigstens ein Element aus einer Elementegruppe zulegiert wird, die Silber, Gold, Vanadium und Eisen umfasst, wobei die Einzelanteile dieser Legierungselemente 4 Gew.% nicht übersteigen dürfen.
Der Summenanteil muss nach oben mit 8 Gew.% begrenzt werden.
Aluminium unterstützt die Feinung der auf Antimon und Kupfer beruhenden intermetallischen Phasen. Aus diesem Grunde kann das Weissmetall einen Aluminiumante.l von 0 05 bis 2,5 Gew.% besitzen. Der Aluminiumanteil ist nach oben zu begrenzen, um keinen negativen Einfluss auf die Porosität des Weissmetalls in Kauf nehmen zu müssen Silizium hat einen ähnlichen Einfluss auf das Weissmetall<,>überschüss<i>ges Silizium verbindet sich mit Zirkon und Scandium zu intermetallischen Phasen und verhindert so die Ausbildung von wellenschädigenden primären Siliziumkristallen. Aus diesem Grund werden Silizium und Aluminium vorzugsweise in untereutekt.scher Zusammensetzung zugegeben, um die Ausbildung von primären Siliziumkr<i>stallen zu vermeiden.
Es soll daher das Aluminium und das Silizium als heterogenes Phasengemisch vorliegen, wobei der Aluminiumanteil dem 7- bis 45-Fachen des Sliziumanteils entspricht.
Um die Festigkeitseigenschaften des Weissmetalls durch intermetallische Verbindungen zu steigern, kann auch Lithium mit einem Anteil von 0,05 bis 1,6 Gew.% zulegiert werden. Die Zugabe wenigstens eines Metalls aus der Gruppe der seltenen Erden kann schliesslich die Giesseigenschaften der Weissmetalllegierung verbessern und die Anfälligkeit gegenüber von Seigerungen vermindern. Ausserdem haben d.ese seltenen Erden eine kornfeinernde Wirkung.
Die Gesamtkonzentration der e<i>ngesetzten seltenen Erden darf jedoch 1,3 Gew.% nicht übersteigen, wenn nachte<i>l<i>ge Einflüsse unterdrückt werden sollen.
NACHGEREICHT Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen Gleitlagerlegierung beschrieben.
Beispiel 1:
Eine Gleitlagerlegierung aus 10,1 Gew.% Antimon, 3,1 Gew.% Kupfer, 0,5 Gew.% Mangan, 0,08 Gew.% Scandium, 0,05 Gew.% Zirkon und 0,1 Gew.% Magnesium, Rest Zinn zeigte eine gute Verformbarkeit und eine Gusshärte von 30,0 HBW 2,5/15, 625/15.
Beispiel 2:
Zur Steigerung der Festigkeit wurde eine Gleitlagerlegierung mit 15,4 Gew.% Antimon, 4,6 Gew.% Kupfer, 0,3 Gew.% Mangan, 0,07 Gew.% Kobalt, 0,1 Gew.% Magnesium, 0,05 Gew.% Nickel sowie 0,7 Gew.% Zink, Rest Zinn hergestellt. Diese Gleitlagerlegierung wies eine Gusshärte von 36,1 HBW 2,5/15,625/15 auf.
Durch ein Kaltwalzen fiel die Härte zwar ab, konnte durch eine Wärmebehandlung aber wieder auf 37,6 HBW 2,5/15,625/15 gesteigert werden, also auf eine Härte über der Gusshärte.
<EMI ID=5.1>
NACHGEREICHT
(35 765)
The invention relates to a sliding bearing alloy of tin-based white metal containing antimony as a main alloying element and 1 to 10 wt.% Copper.
Tin-based plain bearing alloys are known (GB 2 146 354 A) containing 2 to 15% by weight of antimony, 1 to 10% by weight of copper, up to 15% by weight of lead and further alloying elements such as cadmium, nickel, silver, tellurium , Cobalt, magnesium, manganese and arsenic, wherein a content of 0.005 to 0.5 wt.% Titanium refine the microstructure of the bearing material and thus improve the carrying capacity of a sliding bearing. In order to increase the capacity of ecological white metal alloys, has already been proposed (DE 101 45 389 C2), in addition to antimony in a proportion of 6 to 15 wt.% And copper in a proportion of 3 to 10 wt.% Bismuth with a proportion between 0 , 1 and 18% by weight.
Despite this measure, these known, free of polluting alloying components plain bearings alloys can not meet higher strength requirements, so with higher demands on the load capacity and wear resistance is often avoided on aluminum-based bearing metals, although dispensed with the use of these bearing metals on the excellent runflat properties of bearing metal alloys based on tin must become.
The invention is therefore an object of the invention to increase the strength of a sliding bearing alloy of tin-based white metal of the type described without having to use polluting alloying elements such as cadmium, lead, arsenic and chromium.
The invention achieves the stated object in that, except for unavoidable impurities cadmium, lead,
arsenic and chromium-free white metal 4 to 30
FOLLOWING% of antimony as the main alloying element, at least one element of a cobalt, manganese, scandium and germanium-denominated elementary group, based on the elements used in this group, total concentrate <i> of zw. [Not] 0.2 and 2.6% by weight, and at least one element of a magnesic, NH, zirconium, and tetrahydrofuran-containing element group in a total concentration of between 0.05 and 7% by weight, based on the elements of this group the sum of antimony and copper amounts to not more than 35% by weight of the antimony content corresponding to at least three times the copper content.
In both cases, the minimum capacity is the limit of effectiveness, the maximum capacity prevents extensive excretion, due to its size and number of already harmful discharges.
The alloying of cobalt, manganese, scandium and / or german advantageously achieves a refining and a rounding of the metallic phases. Germanium also forms intermetallic compounds; free copper, which positively reinforces the strength of the alloy, on the premise that the size of the individual precipitates is getting worse.
By the primary crystallization of these higher-melting elements, upon solidification of the white metal, a multitude of crystals are added, which precipitate the precipitation of the intermetallic phases with copper and antithium, whereby the strength of the tin-marix is decided. " Without the deformability of the white metal, the pea of copper-tin, which is otherwise unfavorable in a tribologically unfavorable nadeite form, and the equally unfavorable pewter tin monocrystals may advantageously be rounded In this context, it can be surmised that a perfect solution of the alloy melt must be ensured.
Formation of metallic copper-tin and tin antimony phases, n form counteract relatively long needles.
FIELD OF APPLICATION The elements of the magnesium, nickel, zirconium and titanium-containing element group bind a portion of the antimony in intermetallic phases, especially at higher antimony levels, which counteracts embrittlement otherwise associated with a higher antimony content. Magnesium also has a strong deoxidizing effect. Excessive levels of magnesium, however, increase the susceptibility to corrosion, especially the pitting occurs. Nickel is found in the copper-tin crystals and increases their hardness. However, it has no negative influence on the sliding properties of the alloy according to the invention. Nickel also improves corrosion resistance and reduces susceptibility to segregation.
Contents above 5 wt.%, However, lead to embrittlement of the alloy due to the coating of large, hard phases. Additions of zirconium in the stated contents have a strengthening effect on the matrix and serve for grain refining. Additions of titanium aid grain refining, thereby improving the bearing capacity of the plain bearing alloy, but its hardness remains almost unchanged. An increased copper content solidifies the alloy because an intermetallic phase forms between antimony and copper.
However, the copper content may not exceed the specified limit ratio because of the otherwise excessive formation of nadelfömiger copper-tin phases.
Particularly advantageous loading conditions for bearing metal layers of such a plain bearing alloy arise when the antimony content of the white metal 10 to 22 wt.% And the copper content is 3 to 7 wt.%. An optimum results in this regard at an antimony content of 13 to 18 wt.% And a copper content of 3.5 to 5.5 wt.%. In order to prevent the risk of the formation of acicular copper-tin phases in a harmful for a bearing metal extent due to an increased addition of copper, the white metal can additionally 0.6 to 1, 8 wt.%, Preferably 0.7 to 0.9 wt. % Zinc can be added.
Zinc serves to refine the copper-tin and tin antimony phases by forming additional nuclei. This prevents growth of these phases to a damaging size. Below 0.6% by weight of zinc, no positive effect occurs, over 1% by weight of zinc is no longer dissolved in the tin mixed crystal, and it forms a low-melting eutectic phase between tin and zinc
FOLLOWED (Tmca 200 ° C). This lowers the heat resistance and also the corrosion resistance.
Similar effects can be obtained by alloying at least one element from an element group comprising silver, gold, vanadium and iron to the white metal, the individual parts of these alloying elements not exceeding 4% by weight.
The total amount must be limited to the top with 8% by weight.
Aluminum helps to refine the antimony and copper-based intermetallic phases. For this reason, the white metal may have an aluminum content of from 0.05 to 2.5% by weight. The aluminum content must be limited to the top in order not to have to negatively affect the porosity of the white metal. Silicon has a similar influence on the white metal. As a result, silicon combines with zirconium and scandium to form intermetallic phases such as the formation of wave-damaging primary silicon crystals. For this reason, silicon and aluminum are preferably added in hypoeutectic composition in order to avoid the formation of primary silicon crystals.
Therefore, the aluminum and the silicon should be present as a heterogeneous phase mixture, the aluminum content corresponding to 7 to 45 times the silicon content.
In order to increase the strength properties of the white metal by intermetallic compounds, it is also possible to alloy lithium in a proportion of 0.05 to 1.6% by weight. Finally, the addition of at least one rare earth metal may improve the casting properties of the white metal alloy and reduce the susceptibility to segregation. In addition, these rare earths have a grain-refining effect.
However, the total concentration of the rare earths used must not exceed 1.3% by weight if negative influences are to be suppressed at a later time.
FOLLOWING In the following, some embodiments of a sliding bearing alloy according to the invention are described.
Example 1:
A plain bearing alloy of 10.1 wt.% Antimony, 3.1 wt.% Copper, 0.5 wt.% Manganese, 0.08 wt.% Scandium, 0.05 wt.% Zirconium and 0.1 wt.% Magnesium , Residual tin showed good ductility and a casting hardness of 30.0 HBW 2.5 / 15, 625/15.
Example 2:
To increase the strength, a plain bearing alloy with 15.4 wt.% Antimony, 4.6 wt.% Copper, 0.3 wt.% Manganese, 0.07 wt.% Cobalt, 0.1 wt.% Magnesium, 0, 05 wt.% Nickel and 0.7 wt.% Zinc, remainder tin. This plain bearing alloy had a casting hardness of 36.1 HBW 2.5 / 15.625 / 15.
Although the hardness fell off due to cold rolling, it could be increased again to 37.6 HBW 2.5 / 15.625 / 15 by a heat treatment, ie to a hardness above the casting hardness.
<EMI ID = 5.1>
SUBSEQUENT