AT520331B1 - Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers (1) mit einer metallischen Schicht (3), nach dem die metallische Schicht (3) wärmebehandelt wird, um damit bereichsweise die Härte der metallischen Schicht (3) zu reduzieren und einen Härtegradienten in der metallischen Schicht (3) in einer ersten Richtung auszubilden, wobei die Schichtdicke der metallischen Schicht (3) vor der Wärmehandlung durch Druckumformen reduziert wird.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers mit einer metallischen Schicht, nach dem die metallische Schicht wärmebehandelt wird, um damit bereichsweise die Härte der metallischen Schicht zu reduzieren und einen Härtegradienten in der metallischen Schicht in einer ersten Richtung auszubilden.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung ein Gleitlager umfassend eine metallische Schicht, die zumindest einen Härtegradienten aufweist.

[0003] Vor allem getrieben durch Gewichtseinsparungen im Motorenbau wird die Steifigkeit von Kurbelwellen-Systemen immer mehr herabgesetzt. Dadurch gestärkt sich deren Durchbiegung, wodurch in weiterer Folge die Belastung von Gleitlagern, mit denen die Wellen gelagert werden, in die Kantenbereiche verlagert wird. Diese Entwicklung beeinträchtigt vor allem die Leistungsfähigkeit von bleifreien Lagermaterialien, da diese auf Grund der hohen Festigkeiten eine geringe Anpassungsfähigkeit aufweisen. Es tritt hier vorwiegend im Kantenbereich ein Verschweißen des Lagermetalls mit dem Wellenwerkstoff ein, das unweigerlich zum Versagen der Lagerung führt. Bisher wurde diesem Problem vor allem bei größeren Gleitlagern über Vorhaltemaße bei der mechanischen Bearbeitung begegnet, die zu einer konvexen Lagerinnenfläche führen. Bei kleineren Gleitlagern, beispielsweise bei Gleitlagern für LKW's, ist diese Vorgangsweise aber aufgrund der größeren Stückzahl nicht wirtschaftlich und prozesssicher verwirklichbar.

[0004] Zur Vermeidung von Kantenträgem ist aus dem Stand der Technik mit der DE 10 2012 211 633 B3 auch eine andere Lösung bekannt. Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers, bei dem die Randbereiche einer Lagerfläche eines Gleitlagers, die eine bleifreie Kupfer- oder Aluminium-basierte Legierung aufweist, wärmebehandelt wird, sodass die Härte der Lagerfläche in diesen Abschnitten verglichen mit anderen, nicht wärmebehandelten Abschnitten verringert wird.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager mit verbesserter Anpassungsfähigkeit bei gleichzeitig hoher Belastbarkeit zu schaffen.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass die Schichtdicke der metallischen Schicht vor der Wärmehandlung durch Druckumformen reduziert wird.

[0007] Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit dem Gleitlager gelöst, bei dem in den Bereichen mit geringerer Härte die metallische Schicht ein feineres Gefüge aufweist, als in Bereichen, die im Vergleich zu den Bereichen mit geringerer Härte eine höhere Härte aufweisen.

[0008] Von Vorteil ist dabei, dass durch die Druckumformung vor der Wärmebehandlung die Versetzungsdichte in der metallischen Schicht erhöht wird. Damit hat die metallische Schicht während der Wärmebehandlung ein stärkeres Bestreben zu rekristallisieren, wodurch der erste Härtegradient einfacher und schneller darstellbar ist. Es kann damit auch ein steilerer Härtegradient erreicht werden, wodurch die weicheren Bereiche präziser ausgebildet werden können.

[0009] Nach einer Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Druckumformen durch Walzen mit einer Schichtdickenreduktion von mindestens 50 % erfolgt. Überraschenderweise hat sich um Zuge der Evaluierung des Gleitlagers herausgestellt, dass dieses eine bessere Performance zeigt, wenn die Schichtdickenreduktion mindestens 50 % beträgt. Es konnte dabei auch beobachtet werden, dass die Rekristallisation des Gitters in den Bereichen, in denen die Härte durch Warmbehandlung erfolgt, geringer ausgeprägt ist, wenn die Schichtdickenreduktion kleiner als 50 % ist. Es wird daher vermutet, dass die Schichtdickenreduktion von mehr als 50 % in Zusammenhang mit der Rekristallisation durch die Wärmebehandlung für die verbesserte Leistungsfähigkeit des Gleitlagers verantwortlich ist.

[0010] Zur Erhöhung der Defektdichte in der metallischen Schicht, um damit ein noch ausgeprägteres Rekristallisationsverhalten zu erzeugen, ist es von Vorteil, wenn die Schichtdickenreduktion von mindestens 50 % in einem Stich durchgeführt wird.

[0011] Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass der Wert 50 % bezüglich der Schichtdickenreduktion auf die Schichtdicke der metallischen Schicht vor der Druckumformung bezogen ist.

[0012] Nach einer anderen Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die gesamte metallische Schicht wärmebehandelt wird, wobei die Bereiche, in denen die Härte im Vergleich zu den restlichen Bereichen reduziert werden soll, mit einer im Vergleich zur Temperatur der Wärmebehandlung der restlichen Bereiche höheren Temperatur wärmebehandelt werden. Es kann damit erreicht werden, dass auch die höher belastbaren Bereiche der metallischen Schicht eine verbesserte Anpassungsfähigkeit aufweisen.

[0013] Es kann nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens auch vorgesehen sein, dass die metallische Schicht während der Wärmebehandlung zumindest bereichsweise mit zumindest einem Legierungselement legiert wird. Durch dieses „Einlegieren“ eines weiteren Legierungselementes ist es einerseits möglich, die Härte des Werkstoffes an sich bereichsweise zu verändern. Andererseits kann damit aber auch auf das Rekristallisationsverhalten der metallischen Schicht Einfluss genommen werden, wodurch in weiterer Folge ebenfalls die Härte der metallischen Schicht in diesen Bereichen beeinflussbar ist. Zusätzlich können die tribologi-schen Eigenschaften der metallischen Schicht verbessert werden, vorzugsweise in oberflächennahen Bereichen.

[0014] Vorzugsweise wird gemäß einer Ausführungsvariante dazu auf die Bereiche, in denen die Legierung der metallischen Schicht mit dem zumindest einen Legierungselement erfolgen soll, vor der Wärmebehandlung mit einer metallischen Beschichtung versehen. Es kann damit der Verfahrensablauf der Wärmebehandlung vereinfacht werden, da kein gleichzeitiges Zuführen des zumindest einen metallischen Elements während der Wärmebehandlung erfolgen muss. Zudem kann damit der Bereich des Zulegierens des zumindest einen weiteren Legierungselements genauer festgelegt werden.

[0015] Neben des Härtegradients in der ersten Richtung, also insbesondere der horizontalen Richtung, kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich ein weiterer Härtegradient in einer zweiten Richtung ausgebildet wird. Es ist damit eine weitere Verbesserung der Anpassungsfähigkeit der metallischen Schicht im Bereich deren Oberfläche möglich, wobei gleichzeitig die metallische Schicht eine entsprechende Tragfähigkeit in Teilschichten unterhalb der weicheren Oberflächenschichten aufweisen kann.

[0016] Aus diesem Grund wird der weitere Härtegradient - gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens dazu - bevorzugt senkrecht auf den ersten Härtegradient verlaufend ausgebildet.

[0017] Nach einer anderen Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Wärmebehandlung vor dem Feinbohren des mit der metallischen Schicht gebildeten Gleitlagers durchgeführt wird. Es kann damit dem Verlust der sogenannten Spreizung entgegengewirkt werden. Zudem kann damit eine weitere Verfahrensvereinfachung erreicht werden, indem für die Wärmebehandlung auf eine Schutzgasatmosphäre verzichtet werden kann.

[0018] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0019] Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: [0020] Fig. 1 ein mehrschichtiges Gleitlager in Seitenansicht; [0021] Fig. 2 das Gefüge im Mittenbereich des Gleitlagers nach Fig. 1; [0022] Fig. 3 das Gefüge im Seitenkantenbereich des Gleitlagers nach Fig. 1; [0023] Fig. 4 einen Härteverlauf im Gleitlager nach Fig. 1 bei einer Schichtdickenreduktion von mehr als 50 %.

[0024] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen verse- hen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0025] Sämtliche Angaben in dieser Beschreibung zur mengenmäßigen Zusammensetzung sind in Gew.-% zu verstehen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.

[0026] Fig. 1 zeigt ein Gleitlager 1 in Form eines Mehrschichtgleitlagerelementes in Schrägansicht. Das Gleitlager 1 umfasst bzw. besteht aus eine(r) Stützschicht 2 und eine(r) darauf angeordneten und mit dieser verbundenen metallische Schicht 3.

[0027] Das nicht geschlossene Gleitlager 1 kann neben der dargestellten Halbschalenausführung mit einer Winkelbereich-Überdeckung von zumindest annähernd 180 0 auch eine davon abweichende Winkelbereich-Überdeckung aufweisen, beispielsweise zumindest annähernd 120 0 oder zumindest annähernd 90 °, sodass also das Gleitlager 1 auch als Drittelschale oder als Viertelschale ausgebildet sein kann, die mit entsprechenden weiteren Lagerschalen in einer Lageraufnahme zu einer Gleitlagerung kombiniert werden, wobei das Gleitlager 1 nach der Erfindung bevorzugt im höher belasteten Bereich der Lageraufnahme eingebaut wird.

[0028] Es sind aber auch andere Ausführungsvarianten des Gleitlagers 1 möglich, beispielsweise eine Ausführung als Lagerbüchse, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist, oder eine ebene Ausführung, beispielsweise als Anlaufscheibe.

[0029] Die Stützschicht 2 besteht üblicherweise aus einem harten Werkstoff. Als Werkstoffe für die Stützschicht 2, auch Stützschale genannt, können Bronzen, Messing, etc. verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsvariante besteht die Stützschicht 2 aus einem eisenbasierten Werkstoff, insbesondere aus einem Stahl.

[0030] Derartige konstruktive Aufbauten von Gleitlagern 1 sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt, sodass diesbezüglich auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen sei.

[0031] Die metallische Schicht 3 kann aus einer Basislegierung mit Aluminium oder Kupfer oder Zinn als mengenmäßigem Hauptbestandteil bestehen. Bevorzugt wird eine Kupferbasislegierung, insbesondere eine Bronze, als metallische Schicht 3 eingesetzt.

[0032] Aluminiumbasislegierungen können ein oder mehrere Element(e) ausgewählt aus einer Gruppe umfassend oder bestehend aus Zinn, Kupfer, Mangan, Kobalt, Chrom, Titan, Zirkonium, Silizium, Magnesium enthalten.

[0033] Mengenanteile der Elemente in der Aluminiumbasislegierung: [0034] Zinn: 0 Gew.-% bis 40 Gew.-% [0035] Silizium: 0 Gew.-% bis 10 Gew.-% [0036] Kupfer, Zink: jeweils 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% [0037] Titan, Zirkonium, Chrom, Mangan, Magnesium: jeweils 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% [0038] Kupferbasislegierungen können ein oder mehrere Element(e) ausgewählt aus einer Gruppe umfassend oder bestehend aus Bor, Antimon, Aluminium, Silizium, Vanadium, Phosphor, Titan, Mangan, Zinn, Zink, Magnesium, Eisen, Nickel, Schwefel, Zirkonium, Kobalt enthalten.

[0039] Mengenanteile der Elemente in der Kupferbasislegierung: [0040] Phosphor, Bor, Vanadium, Schwefel, Zirkonium, Kobalt: jeweils 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% [0041] Antimon, Titan, Magnesium: jeweils 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% [0042] Mangan, Aluminium, Silizium, Eisen, Nickel: jeweils 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% [0043] Zinn: 0 Gew.-% bis 12 Gew.-% [0044] Zink: 0 Gew.-% bis 40 Gew.-% [0045] Zinnbasislegierungen können ein oder mehrere Element(e) ausgewählt aus einer Gruppe umfassend oder bestehend aus Antimon, Kupfer, Silizium, Chrom, Titan, Zink, Silber, Eisen, Aluminium, Bismut, Nickel, Magnesium, Cadmium enthalten.

[0046] Mengenanteile der Elemente in der Zinnbasislegierung: [0047] Antimon, Kupfer: jeweils 0 Gew.-% bis 15 Gew.-% [0048] Silizium, Chrom, Titan, Silber, Aluminium, Bismut: jeweils 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% [0049] Nickel, Zink, Eisen: jeweils 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% [0050] Magnesium, Cadmium: jeweils 0 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% [0051] Wenn im Voranstehenden die Untergrenze mit 0 Gew.-% angegeben ist, bedeutet dies, dass die Legierung dieses Element nicht enthält. Dass die Untergrenzen zu sämtlichen Elementen mit 0 Gew.-% angegeben sind, bedeutet jedoch nicht, dass die jeweilige Basislegierung überhaupt keines dieser Elemente enthält. Es muss also zumindest eines der jeweiligen Elementen in der jeweiligen Basislegierung enthalten sein. Zudem addieren sich alle Bestandteile, die eine Legierung enthält, zu 100 Gew.-%. Die entsprechenden Mengenanteile dafür sind aus den angegebenen Bereichen dementsprechend zu wählen.

[0052] Bevorzugte Ausführungen von Legierungen für die metallische Schicht 3 sind CuSn5Zn1,5P, CuSn3Zn1, CuSn3ZnSiMn.

[0053] Bevorzugt ist die metallische Schicht 3 bleifrei.

[0054] Bleifrei bedeutet im Sinne dieser Beschreibung, dass kein Blei zugegeben wird, Blei jedoch als Verunreinigung vorhanden sein kann, beispielsweise bedingt durch den Einsatz von Recyclingmetallen. Der Anteil an Blei beträgt in diesem Fall maximal 0,5 Gew.-%. Vorzugsweise ist der Bleianteil kleiner als 0,05 Gew.-%.

[0055] Es können aber auch herkömmliche, aus dem Stand der Technik zu Gleitlagern bekannte Bleibronzen eingesetzt werden.

[0056] Neben der zweischichtigen Ausführung des Gleitlagers 1 kann dieses auch drei- oder mehrschichtig ausgebildet sein. Beispielsweise kann auf der metallischen Schicht 3 eine Laufschicht 4 angeordnet sein, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist. Die Laufschicht 4 kann eine weitere metallische Schicht oder eine Gleitlackschicht sein. Als weitere metallische Schicht kommen die aus dem Stand der Technik für Gleitlager bekannten Gleitschichtwerkstoff in Frage.

[0057] Insbesondere wird die Kombination Stützschicht 2 - CuSn5ZnP Schicht 3 - Gleitlackschicht bevorzugt.

[0058] Es ist weiter möglich, dass zwischen dem Stützschicht 2 und der Schicht 3 und/oder zwischen der metallischen Schicht 3 und der Gleitschicht 4 eine Diffusionssperrschicht und/oder Bindeschicht angeordnet sein. Für derartige Schichten kommen z.B. AI, Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Ag, Mo, Pd sowie NiSn- bzw. CuSn-Legierungen in Frage.

[0059] Weiter kann auf der Gleitschicht 4 eine Einlaufschicht vorhanden sein, beispielsweise eine Reinzinnschicht oder eine Bismutschicht oder eine Schicht aus einem synthetischen Polymer.

[0060] Die metallische Schicht 3 weist einen ersten Härtegradienten auf, der in Richtung einer axialen Breite 5 des Gleitlagers 1 ausgebildet ist. D.h., dass sich die Härte im Verlauf von einer ersten Seitenkante 6 in Richtung auf eine zweite Seitenkante 7 verändert, also größer oder kleiner wird. Die beiden Seitenkanten 6, 7 sind jene Kanten der Schicht 3, die in einer Umfangsrichtung 8 des Gleitlagers 1 verlaufen und nicht unmittelbar anschließend an die Stützschicht 2 ausgebildet sind.

[0061] In der bevorzugten Ausführungsvariante des Gleitlagers 1 weisen die an Seitenkanten 6, 7 anschließenden Bereiche des Gleitlagers 1 eine geringere Härte auf, als der Mittenbereich des Gleitlagers 1.

[0062] Die Bereiche mit geringerer Härte können sich dabei von den Seitenkanten 6, 7 ausgehend in axialer Richtung bis zu einer Bereichsbreite 9 von 35 %, insbesondre bis zur einer Bereichsbreite 9 von 20 %, der axialen Breite 5 des Gleitlagers 1 erstrecken.

[0063] Vorzugsweise sind beide an die Seitenkanten 6, 7 der Schicht 3 anschließenden Bereiche hinsichtlich des Härteverlaufs im Rahmen der technischen Toleranz zumindest annähernd gleich ausgebildet.

[0064] Erreicht wird dieser erste Härtegradient in der metallischen Schicht 3 dadurch, dass die metallische Schicht 3 zumindest in den Bereichen, die im Vergleich zu den restlichen Bereichen mit der geringeren Härte ausgebildet werden sollen, wärmebehandelt wird. Die Wärmebehandlung kann insbesondere mit Erwärmungsverfahren mit hoher Leistungsdichte mit erzielbaren lokalen Gradienten von bis zu 300°C/Sekunde erfolgen, beispielsweise mittels eines Lasers oder induktiv erfolgen. Erhitzt werden diese Bereiche bis zu einer Temperatur zwischen 600 °C und der Schmelztemperatur des Werkstoffes der metallischen Schicht 3 minus 50 °C. Die Wärmebehandlung kann innerhalb einer Zeitspanne von 0,5 Sekunden bis 60 Sekunden, insbesondere innerhalb einer Zeitspanne von 0,5 Sekunden bis 30 Sekunden, erfolgen. Vorzugsweise wird die Erwärmung dieser Bereiche innerhalb einer Zeitspanne von 5 Sekunden bis 15 Sekunden, also relativ rasch durchgeführt. Es kann damit eine Beeinflussung der unter der Schicht 3 sich befindenden Schichten, insbesondere der Stützschicht 2, vermieden werden. Es kann jedoch - falls gewünscht - auch eine ausreichende Rekristallisation erreicht werden. Danach wird wieder auf Raumtemperatur abgekühlt.

[0065] Die Wärmebehandlung selbst kann unter Atmosphärenbedingungen aber auch unter Schutzgas durchgeführt werden. Der Abkühlvorgang kann mittels erzwungener Kühlung beschleunigt werden, vorzugsweise wird nicht aktiv gekühlt. Bevorzugt wird ein Abkühlgradient verwendet, der um den Faktor 10 bis 100 niedriger ist, als der Gradient der Erwärmung.

[0066] Mit der Absenkung der Härte der metallischen Schicht 3 in den beiden Randbereichen kann besser auf sogenannte Kantenträger reagiert werden, die aufgrund der Wellendurchbiegung entstehen. Es kann damit die Fressneigung des Gleitlagers 1 reduziert sowie dessen Anpassungsfähigkeit verbessert werden.

[0067] Die lokale Senkung der Härte der metallischen Schicht 3 ist nicht auf die beiden genannten Randbereiche beschränkt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann sie je nach Einsatz des Gleitlagers 1 auch an einer anderen Stelle durchgeführt werden. Weiter können ein oder mehrere Bereiche der Schicht 3 zur Härtereduktion wärmebehandelt werden.

[0068] Die Wärmebehandlung der Schicht 3 erfolgt bevorzugt nachdem das Gleitlager 1 bereits zur entsprechenden Schale umgeformt worden ist. Es ist jedoch auch möglich, die Wärmebehandlung vor der Umformung, also an der noch ebenen Schicht 3 vorzunehmen.

[0069] Vor der Wärmebehandlung wird die metallische Schicht 3 einer Druckumformung unterzogen. Diese kann prinzipiell mit den bekannten Druckumformverfahren durchgeführt werden. In der bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens zur Herstellung des Gleitlagers 1 erfolgt die Druckumformung jedoch durch Walzen der Schicht 3. Besonders bevorzugt wird dabei gleichzeitig die Schicht 3 auf die Stützschicht 2 aufgewalzt, wenngleich es auch möglich ist, die Schicht 3 alleine zu walzen.

[0070] Das Walzen kann mit folgenden Parametern durchgeführt werden: Walzgeschwindigkeiten zwischen 0,5 m/min und 30m/min, vorzugsweise zwischen 10 m /min und 20m/min; Stichabnahme 10 % bis 70%, vorzugsweise 25 % bis 50%.

[0071] In der bevorzugten Ausführungsvariante wird jedoch das Walzen mit einer Schichtdickenreduktion der Schicht 3 von mindestens 50 % durchgeführt. Diese Schichtdickenreduktion kann in mehreren Schritten, beispielsweise durch mehrmaliges Walzen der Schicht 3, erreicht werden. Vorzugsweise wird die Schichtdickenreduktion von mindestens 50 % jedoch in einem

Stich durchgeführt. Es kann damit das Rekristallisationsverhalten des Werkstoffes der metallischen Schicht 3 positiv eingestellt werden, wodurch der metallische Schicht 3 bessere tribologi-sche Eigenschaften verliehen werden können. Es kann damit eine metallische Schicht 3 hergestellt werden, die in den härteren Bereichen bzw. im härteren Bereich ein deformiertes dentriti-sches Gefüge aufweist, wie dies aus Fig. 2 zu ersehen ist, und im Seitenkantenbereich bzw. den Seitenkantenbereichen bzw. generell den Bereichen mit der geringeren Härte ein feinkörnigeres, rekristallisiertes Gefüge aufweist, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass zur besseren Darstellbarkeit die Fig. 2 und 3 das Gefüge übertrieben dargestellt zeigen.

[0072] Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass der Seitenbereich der metallischen Schicht auch abgeschrägt sein kann, wie diese aus Fig. 3 zu ersehen ist. In diesem Fall kann die jeweilige Seitenkante 6, 7 auch unmittelbar an die Stützschicht 2 anschließend ausgebildet sein.

[0073] Generell kann nach einem Verfahren wie in dieser Beschreibung beschrieben eine metallische Schicht 3 hergestellt werden, die in dem zumindest einen Bereich mit geringerer Härte ein feineres Gefüge aufweist, als in dem zumindest einen Bereich, der eine im Vergleich dazu höhere Härte aufweist.

[0074] Gemäß dem voranstehend beschriebenen Verfahren wird nur jener zumindest eine Bereich wärmebehandelt, in dem die Härte reduziert werden soll. Es kann jedoch die gesamte Schicht 3 wärmebehandelt werden, wobei jedoch die Bereiche, in denen die Härte im Vergleich zu den restlichen Bereichen reduziert werden soll, mit einer im Vergleich zur Temperatur der Wärmebehandlung der restlichen Bereiche höheren Temperatur wärmebehandelt werden. Beispielsweise wird der zumindest eine Bereich, in dem die Härte kleiner sein soll als in der restlichen Schicht 3, also beispielsweise die an die Seitenkanten 6, 7 unmittelbar anschließenden Bereiche, mit einer Temperatur wärmebehandelt, die um mindestens 300 %, insbesondere um mindestens 400 %, höher ist, als die Temperatur, bei der der härtere Bereich, also beispielsweise der Mittenbereich, der Schicht 3 wärmebehandelt wird. Diese Temperatur, bei der der härtere Bereich wärmebehandelt wird, kann beispielsweise zwischen 100 °C und 250 °C, insbesondere zwischen 150 °C und 200 °C, betragen.

[0075] Die Wärmebehandlung des Bereichs oder der Bereiche mit der größeren Härte kann auch indirekt durch Wärmeleitung aus dem zumindest einen Bereich erfolgen, in dem die Härte abgesenkt werden soll.

[0076] Nach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens kann der Härtegradient in der ersten Richtung zusätzlich zur Wärmebehandlung auch über zumindest ein Legierungselement eingestellt werden, mit dem die metallische Schicht 3 während der Wärmebehandlung bereichsweise legiert wird. Dieses zumindest eine Legierungselement kann beispielsweise ausgewählt werden aus einer Gruppe umfassend oder bestehend aus Zinn, Zink, Schwefel. Generell können alle Elemente verwendet werden, die in die jeweilige Matrix diffundieren bzw. mit im Lagermetall vorhandenen Elementen Verbindungen ausbilden können. In diesem Fall wird vorzugsweise unter Schutzgas erwärmt, um diese Legierungselemente vor Oxidation zu schützen.

[0077] Es ist dabei möglich, dass das der zumindest eine härtere Bereiche mit dem Legierungselement legiert wird, um dessen Härte zu erhöhen und/oder dass der zumindest eine weichere Bereich legiert wird, um dessen Härte zu reduzieren.

[0078] Das zumindest eine Legierungselement kann während der Wärmebehandlung der metallischen Schicht 3 zugeführt werden. Vorzugsweise wird jedoch der Bereich der Schicht 3, dessen Härte verändert werden soll, mit dem zumindest einen Legierungselement beschichtet oder es wird die unter der Stützschicht 3 sich befindende Schicht, also insbesondere die Stützschicht 2, mit dem zumindest einen Legierungselement beschichtet.

[0079] Weiter kann die Wärmebehandlung und/oder das zusätzliche Legieren der metallischen Schicht 3 mit dem zumindest einen Legierungselement auch so durchgeführt werden, dass ein weiterer Härtegradient entsteht, der in der Schicht 3 in einer zweiten, zur Richtung des ersten nartegraaienten unterscnieaiicnen nicrnurig veriaun. msoesonaere Kann dieser zweite narte-gradient in Richtung senkrecht auf die Stützschicht 3 und damit senkrecht auf die Richtung des ersten Härtegradients verlaufend ausgebildet werden. Der sich dabei ausbildende Härtegradient ist in erster Linie von der Diffusionsfähigkeit des zusätzlichen Elementes abhängig. Matrixaktive Elemente steigern vorwiegend die Härte in Abhängigkeit des Elementgehaltes. Über die Bildung intermetallischer Verbindungen kann aber auch die Matrixhärte zusätzlich zur Härtesenkenden thermischen Behandlung verringert werden.

[0080] Die maximale Eindringtiefe des zumindest einen Legierungselementes beträgt 250pm, bevorzugt maximal 100pm. Die minimale Eindringtiefe beträgt 10 μm, bevorzugt 50 μm.

[0081] Die Ausbildung dieses weiteren Härtegradients kann vor oder auch zwischen zwei Fein-bohrschritten, optional auch als abschließende Wärmebehandlung nach dem Feinbohren und Beschichten mit einer metallischen (Lauf-) Schicht, erfolgen.

[0082] Aus voranstehend genannten Gründen wird die Wärmebehandlung bevorzgut vor dem Feinbohren des mit der metallischen Schicht gebildeten Gleitlagers 1 durchgeführt.

[0083] Im Nachfolgenden sind einige Beispiele zur Evaluierung des Verfahrens wiedergegeben. Dazu zeigt Tabelle 1 unterschiedliche Legierungszusammensetzungen, die für die Herstellung der Schicht 3 verwendet wurden und anhand derer das Verfahren evaluiert wurde. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass diese Beispiele den Schutzumfang nicht limitierend zu verstehen sind. Die Mengenangaben sind in Gew.-% zu verstehen.

[0084] Tabelle 1: Beispiellegierungen für die Schicht 3.

[0085] Aus diesen Legierungszusammensetzungen wurden schmelzmetallurgisch mittels eines üblichen Gussverfahrens Schichten 3 auf Stützschichten 2 aus Stahl Bimetallstreifen hergestellt (Bandgussverfahren). Alternativ können Schichten 3 mittels eines üblichen Gussverfahrens hergestellt werden, die in der Folge mittels Walzen zu Bimetallstreifen mit einer Stützschicht 2 verarbeitet werden, indem Platinen der Schichten 3 mit Stützschichten 2 zusammengewalzt werden.

[0086] Die Bimetallstreifen wurden gewalzt, wobei die Schichtdickenabnahme dabei jeweils zumindest annähernd 50 % betrug.

[0087] Aus den Bimetallstreifen wurden Halbschalen geformt.

[0088] Die metallischen Schichten 3 der Halbschalen können gegebenenfalls wärmebehandelt werden.

[0089] In weiterer Folge wurden die Randbereiche anschließend an die Seitenkanten 6,7 wurden für eine Zeit von 2 Sekunden bis 23 Sekunden bei Temperatur wärmebehandelt wurden, die für Kupferbasislegierungen zwischen 600 °C bis Solidustemperatur - 50 °C, beispielsweise zwischen 750 °C und 900 °C, für Aluminiumbasislegierungen zwischen 250 °C bis Solidustemperatur - 50 °C und für Zinnbasislegerungen zwischen 100 °C bis Solidustemperatur - 50 °C betrug. Die 50 °C unter Solidustemperatur stellen einen Sicherheitsbereich dar um ein lokales Aufschmelzen zu verhindern. Bei entsprechend guter Prozesskontrolle könnten hier auch geringere Werte verwendet werden.

[0090] Die genannten Temperaturbereiche gelten generell für die jeweiligen Basislegierungen.

[0091] Anschließend wurde der Härteverlauf in den Schichten 3 nach der Vickers-Methode mit einer Prüfkraft von 0,5 kp (4,90 N) bestimmt.

[0092] Fig. 4 zeigt stellvertretend den Härteverlauf in einem Teilbereich der Schicht 3 beginnend bei einer Seitenkante. Die Schicht 3 bestand jeweils aus CuSn5Zn1,5P. Auf der Y-Achse ist die Vickershärte HV 0,5 und auf der X-Achse der Abstand von der Seitenkante in mm angegeben.

[0093] Dargestellt sind in Fig. 4 zwei Härteverläufe dargestellt, die jeweils für unterschiedliche angewandte Leistungen des verwendeten Lasers zur Erwärmung der Randbereiche und unterschiedliche Verformungsgrade beim Walzen stehen. Die obere Linie zeigt den Härteverlauf bei 60 % Verformung und 50 % Laserleistung und die untere Linie zeigt den Härteverlauf bei einer Leistung von 60 % Verformung und 100 % Laserleistung.

[0094] Ähnliche Ergebnisse wurden auch für die anderen in Tabelle 1 angeführten Legierungszusammensetzungen erreicht, sodass auf deren Wiedergabe verzichtet wird. Es sei nur so viel ausgeführt, dass bei Anwendung des voranstehend genannten Verfahrens eine Reduktion der Härte in Bereich von 20 % bis 70 %, bezogen auf die Ausgangshärte nach dem Druckumformen, erreicht werden kann.

[0095] Es an dieser Stelle angemerkt, dass derartige Härtegradienten auch bereits im Streifenmaterial vor der Lagerfertigung eingestellt werden können, wobei allerdings die erreichbaren Härteunterschiede durch Kaltverfestigung verringert werden.

[0096] Vorzugsweise weist die Schicht 3 generell in den wärmebehandelten Randbereichen eine Korngröße zwischen 5 μm - 300pm, vorzugsweise zwischen 20 μm -150 μm, auf.

[0097] Wie voranstehend ausgeführt, kann ein Härtegradient auch durch das Zulegieren von Elementen während der Wärmebehandlung erreicht werden. Dabei zeigte sich, dass Zinn und Zink die Matrixhärte steigern, wobei Zinn eine etwa doppelt so starke Wirkung wie Zink zeigt. Schwefel bildet intermetallische Phasen mit Zink und Zinn und kann dadurch die angestrebte die Härtereduktion unterstützen.

[0098] Die metallische Schicht 3 kann eine Einlaufschicht oder eine Laufschicht eines Gleitlagers 1 sein.

[0099] Die Wärmebehandlung kann auch nach dem Aufbringen einer metallischen Schicht mit der Funktion einer Einlaufschicht oder auch einer Laufschicht durchgeführt werden.

[00100] Die Wärmebehandlung kann Diffusionsvorgänge begünstigen, die ein gegenseitiges Auflegieren der Matrix bzw. der metallischen Schicht ermöglichen.

[00101] Es kann lokal eine Härtereduktion begünstigt werden.

[00102] Eine lokale Härtesteigerung kann die Ausbildung eines Härtegradienten zusätzlich unterstützen.

[00103] Die Ausführungsbeispiele beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

[00104] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Gleitlagers 1 dieses nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt wurde.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Gleitlager 2 Stützschicht 3 Schicht 4 Laufschicht 5 Breite 6 Seitenkante 7 Seitenkante 8 Umfangsrichtung 9 Bereichsbreite

Claims (11)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers (1) mit einer metallischen Schicht (3), nach dem die metallische Schicht (3) wärmebehandelt wird, um damit bereichsweise die Härte der metallischen Schicht (3) zu reduzieren und einen Härtegradienten in der metallischen Schicht (3) in einer ersten Richtung auszubilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der metallischen Schicht (3) vor der Wärmehandlung durch Druckumformen reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckumformen durch Prägen oder Walzen jeweils mit einer Schichtdickenreduktion von mindestens 50 % erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdickenreduktion von mindestens 50 % in einem Stich durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte metallische Schicht (3) wärmebehandelt wird, wobei die Bereiche, in denen die Härte im Vergleich zu den restlichen Bereichen reduziert werden soll, mit einer im Vergleich zur Temperatur der Wärmebehandlung der restlichen Bereiche höheren Temperatur wärmebehandelt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht (3) während der Wärmebehandlung zumindest bereichsweise mit zumindest einem Legierungselement legiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Bereiche, in denen die Legierung der metallischen Schicht (3) mit dem zumindest einen Legierungselement erfolgen soll, vor der Wärmebehandlung mit einer metallischen Beschichtung versehen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Ausbildung des Härtegradients in der ersten Richtung ein weiterer Härtegradient in einer zweiten Richtung ausgebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Härtegradient senkrecht auf den ersten Härtegradient verlaufend ausgebildet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung vor dem Feinbohren des mit der metallischen Schicht (3) gebildeten Gleitlagers (1) durchgeführt wird.

10. Gleitlager (1) umfassend eine metallische Schicht (3), die zumindest einen Härtegradienten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen mit geringerer Härte die metallische Schicht (3) ein feineres Gefüge aufweist, als in Bereichen, die im Vergleich zu den Bereichen mit geringerer Härte eine höhere Härte aufweisen.

11. Gleitlager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen mit geringerer Härte die Legierung der metallischen Schicht (3) eine Korngröße zwischen 5 μm -300pm aufweist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen