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Matériau mixte, en particulier pour coussinets de palier, et procédé pour sa fabrication.
Les éléments à glissement comme les coussinets de palier, les manchons de palier, les coulisses, les plateaux d'embrayage etc., sont fabriqués jusqu'à présent comme pièces coulées moulées, en général en des métaux dits de coussinet (bronzes) dont les constituants principaux sont les métaux à économiser cuivre et étain, et possèdent déjà la forme fondamentale de l'appui terminé. Ils sont seulement amenés ensuite sous la forme d'emploi par un usinage avec enlève- ment de copeaux (tournage, fraisage, alésage , rabotage, etc.) sans qu'il se produise entre temps un usinage quelcon- que par façonnage sans enlèvement de copeaux, par exemple par
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laminage, forgeage, étirage,pressage.
Ces dernières opérations ne pourraient être supportées par le métal de coussinet dans sa composition actuelle sans qu'il soit détruit.
La solidité relativement minime de semblables paliers en bronze coulés nécessite naturellement des épaisseurs de paroi considérables et immobilise par conséquent de grandes quantités de métaux à économiser, employés de façon non-utile et improductive, Par suite de la rareté des métaux de départ, surtout du cuivre et de l'étain, l'emploi de semblables métaux pour des paliers est très limité. Dans beaucoup de cas, les paliers en bronze sont remplacés par d'autres paliers en métal qui contiennent principalement de l'aluminium, du zinc, du plomb,de l'antimoine et des métaux analogues.
Il y a toutefois de grands champs d'application qui nécessitent des paliers en bronze à base de cuivre et d'étain. pour ces cas, il a été né- cessaire non seulement de modifier la composition des allia- ges de métal de coussinet pour satisfaire aux prescriptions actuelles d'économie, mais également de réduire au minimum les quantités des métaux employés par une réalisation correcte adaptée à l'application d'un palier, sans que la capacité de glissement, la résistance à l'usure et la sécurité de fonction- nement soient diminuées.
Des métaux de coussinet à base de cuivre, d'étain et de zinc sont connus mais également seulement sous la réalisa- tion en pièces coulées moulées, par exemple en pièces coulées rouges. Cet alliage ne peut toutefois pas être laminé à chaud sans s'émietter et ne peut par conséquent pas être soudé et plaqué à température élevée .
Ces inconvénients sont évités suivant la présente inven- tion par le ïait que les additions suivantes sont faites aux métaux de base : jusqu'à 2% de manganèse, " 1% de fer " 1% de nickel " o, 4% de phosphore.
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Comme des essais approfondis l'ont confirmé, on obtient de cette manière le résultat surprenant que, d'une part, le laminage à chaud et le plaquage par soudure sont rendus pos- sibles mais qu'également par suite d'une diminution de gros- seur de grains, on produit une grande ténacité, une bonne ca- pacité de glissement et une résistance excellente à l'usure.
On a trouvé par exemple comme alliage particulièrement appro- prié :
88% Cu (cuivre)
5% Sn étain)
5% Zn (zinc)
1% Mn (manganèse)
0,5%, Fe (fer)
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0,5µ1 la nickel) 0,2% P phosphore).
Comme le soudage immédiat d'un semblable alliage de bronze sur de l'acier offre certaines difficultés et que l'adhérence laisse à désirer, on plaque d'abord une mince tôle de cuivre pur sur l'applique en métal de bronze, au cours d'un procédé de soudage à chaud, et ensuite on plaque une seconde fois et cela de telle manière que la tôle de bronze plaquée de cuivre est soudée par le côté du cuivre sur l'a- cier. On obtient ainsi l'adhérence nécessaire du matériau mixte.
Suivant la composition de l'acier, il est avantageux de plaquer, non seulement l'applique de bronze, mais également la platine d'acier,au préalable au moyen d'une mince tôle de cuivre, car le cuivre est bien susceptible d'être plaqué sur l'acier également. Ensuite, par un troisième soudage, l'ap- plique de bronze plaquée de cuivre est soudée sur laplatine d'acier plaquée de cuivre, le cuivre venant s'appliquer sur le cuivre.
Comme à la température élevée de soudage, qui est nécessaire pour le plaquage, le bronze est beaucoup plus mou et plus plastique que la pl,atine d'acier, il a la tendance de s'étendre relativement plus fortement,lors du laminage à chaud et du plaquage, que la platine d'acier et de se répandre au- delà de la platine d'acier, spécialement lorsque l'applique
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métallique a une forte épaisseur en comparaison des plaquâmes usuels actuellement de 5 ou 10%, carme c'es'c nécessaire dans le cas de matériaux mixtes pour paliers.
Il en résulte un grand déchet de bronze, d'une part, et d'autre part aussi l'épaisseur de l'applique terminée dans les différents pla- quages est très inégale et une épaisseur uniforme de la cou- che métallique sur toute les différentes platines d'acier est impossible à produire.
Pour éviter ces défauts, c'est à dire pour rendre par- faitement uniforme la diminution lors du laminage pour l'ap- plique de bronze et la platiné d'acier, la platine métallique est enchâssée dans la platine d'acier et maintenue sur tout le pourtour. Cet enchâssement se fait avantageusement par le fait qu'on applique sur le bord de la platine d'acier un ca- dre d'acier correspondant à l'épaisseur de l'applique ou qu'on évide la platine de. façon correspondante en laissant subsis- ter les bords. Ce paquet, consistant en la platine d'acier avec l'applique métallique enchassée, est emballé dans la tô- le protectrice usuelle dans le procédé normal de placage, appelée tôle bouton, et ainsil'ensemble est protégé de l'oxydation lors du chauffage dans le four de soudage.
Le pa- quet est ensuite laminé, y-compris la tôle de protection et le cadre d'acier qui est découpé dans la suite. Ce procédé se différencie de l'emploi, connu déjà lors du plaquage, de lat- tes d'acier, par le fait que les cadres d'acier en forme d'U employés jusqu'à présent sont simplement pour fonction de maintenir l'applique de métal lors du chauffage du paquet dans le four à souder et non la fonction d'empêcher l'appli- que métallique de s'étendre par le laminage au-delà de la platine d'acier. Pour cete raison, ces lattes sont enlevées après la première passe de lamimage à chaud et le paquet est lapine ensuite sans ces lattes, sans qu' o n tienne compte du fait que l'applique de métal s'étend au-delà de laplatine d'acier ou non.
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Comme le matériau mixte plaqué doit, lors de son usi- nage ultérieur sans formation de copeaux, par exemple par la- minage à froid, étirage, pressage, courbure, être recuit de façon répétée en certains cas et qu'ainsi,comme des essais l'ont montré, il est à recouter qu'il se produise une diffu- sion non-désirée de constituants d'alliage du bronze, par exemple de l' étain, à travers la mince couche intermédiaire de cuivre-une diffusion entre l'applique de bronze et la couche intermédiaire de cuivre est tout à fait désirable au point de 'vue de l'adhérence -et qu'ainsi la liaison par sou- dure entre l'applique métallique et le noyau d'acier soit compromise, l'épaisseur de la couche intermédiaire de cuivre est appropriée à l'épaisseur d'ensemble désirée du matériau mixte,
c'est à dire de la tôle terminée ou de la bande, et aux recuits nécessaires, et cela de telle manière que la cou- che intermédiaire est choisie plus épaisse lorsque par exem- ple une épaisseur d'ensemble plus grande de la tôle ou un façonnage répété nécessitent un recuit plus prolongé ou répé- té. En conséquence, l'épaisseur de la couche intermédiaire de cuivre vaut environ 0,2-0,5 mm.
On a trouvé avantageux le fait qu'on empêche la diffusion nuisible à travers la couche intermédiaire de cuivre lorsqu'on recuit seulement pendant un temps court et éi des températures inférieures à 650 . 'Jette température suffit, il est vrai,pour ramollir le noyau d'acier et l'applique de métal, mais n'est pas suffisamment élevée en cas de courte durée, pour provoquer une diffusion non désirée à travers la couche de cuivre jusqu'au noyau d'acier.
Comme la couche intermédiaire de cuivre a donc pour fonction, dans ce procédé décrit, d'augmenter d'un côté la liaison intime et solide entre elle et l'applique de bronze par diffusion, et de favoriser de l'autre côté le soudage de l'applique de bronze qui sinon ne se soude pas ou se soude seulement difficilement à l'acier et d'empêcher la liaison entre le noyau d'acier et les constituants nuisibles au pla-
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quage du bronze, on produit de cette manière un progrès tout à fait nouveau, inconnu jusqu'à présent, qui n'a rien de commun avec le plaquage déjà fréquemment employé de couches intermédiaires de cuivre.
ainsi
Cet alliage mentionné de bronze/que les différents procédés peuvent s'employer partout où des surfaces de glissement en bronze sont prescrites ou paraissent avan- tageuses. Ces paliers en bronze plaqués par soudage repré- sentent donc un progrès extrêmement considérable dans l'in- dustrie et trouvent une application toujours plus grande. et plus étendue.
Revendications.
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------------------------------ 1.- Matériau mixte, en particulier pour coussinets de Pa- liers, manchons de paliers, plateaux d'embrayage, coulis- ses, etc., en acier fondu plaqué de bronze comportant une applique métallique faite des éléments fondamentaux cuivre, étain et zinc, caractérisé en ce que l'applique de métal est rendue susceptible de plaquage et résistante l'usure par l'addition de jusqu'à 2% de manganèse, jusqu'à 1% de fer, jusqu'à 1)5 de nickel et jusqu'à 0,4% de phosphore.
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Mixed material, in particular for bearing bushes, and method for its manufacture.
Sliding elements such as bearing shells, bearing sleeves, slides, clutch plates etc., have heretofore been manufactured as castings, generally in so-called bearing metals (bronzes) whose main constituents are the metals to save copper and tin, and already have the basic shape of the finished support. They are only then fed into the form of use by machining with chip removal (turning, milling, boring, planing, etc.) without taking place in the meantime any machining by shaping without removing any material. chips, for example by
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rolling, forging, drawing, pressing.
These latter operations could not be supported by the bearing metal in its current composition without it being destroyed.
The relatively minimal strength of such cast bronze bearings naturally necessitates considerable wall thicknesses and consequently immobilizes large quantities of metals to be saved, used in a wasteful and unproductive manner, Due to the scarcity of starting metals, especially of copper and tin, the use of similar metals for bearings is very limited. In many cases, bronze bearings are replaced by other metal bearings which mainly contain aluminum, zinc, lead, antimony, and similar metals.
There are however large fields of application which require bronze bearings based on copper and tin. for these cases, it has been necessary not only to modify the composition of the bearing metal alloys to meet the current requirements for economy, but also to reduce to a minimum the quantities of the metals employed by a correct production adapted to the application of a bearing, without reducing the sliding capacity, the wear resistance and the operational safety.
Copper, tin and zinc based bearing metals are known but also only in the form of castings such as red castings. This alloy, however, cannot be hot rolled without crumbling and therefore cannot be welded and plated at high temperature.
These drawbacks are avoided in accordance with the present invention by the fact that the following additions are made to the base metals: up to 2% manganese, "1% iron" 1% nickel "0.4% phosphorus.
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As extensive tests have confirmed, in this way the surprising result is obtained that, on the one hand, hot rolling and welding plating are made possible, but also as a result of a reduction in bulk. - grain sor- der, great toughness, good sliding capacity and excellent wear resistance are produced.
As a particularly suitable alloy, for example:
88% Cu (copper)
5% Sn tin)
5% Zn (zinc)
1% Mn (manganese)
0.5%, Fe (iron)
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0.5µ1 nickel) 0.2% P phosphorus).
As the immediate welding of a similar bronze alloy to steel presents certain difficulties and the adhesion leaves something to be desired, a thin sheet of pure copper is first plated on the bronze metal bracket, during hot welding process, and then plate a second time in such a way that the copper clad bronze sheet is welded from the copper side to the steel. The necessary adhesion of the mixed material is thus obtained.
Depending on the composition of the steel, it is advantageous to plate, not only the bronze applique, but also the steel plate, beforehand by means of a thin sheet of copper, because the copper is very likely to be plated on steel as well. Then, by a third welding, the copper-plated bronze appli- cation is welded to the copper-plated steel plate, the copper being applied to the copper.
As at the high welding temperature, which is required for plating, bronze is much softer and more plastic than steel plate, it tends to expand relatively more strongly, when hot rolling. and plating, that the steel plate and spread beyond the steel plate, especially when the applied
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The metal has a high thickness in comparison with the usual plates at present of 5 or 10%, as this is necessary in the case of mixed materials for bearings.
This results in a large bronze waste, on the one hand, and on the other hand also the thickness of the finished applique in the different veneers is very uneven and a uniform thickness of the metal layer on all the surfaces. different steel plates is impossible to produce.
To avoid these defects, that is to say to make the reduction during rolling for the bronze application and the steel plate perfectly uniform, the metal plate is embedded in the steel plate and held on. all around. This embedding is advantageously effected by the fact that a steel frame corresponding to the thickness of the applique is applied to the edge of the steel plate or that the plate is hollowed out. corresponding way, leaving the edges. This package, consisting of the steel plate with the embedded metal bracket, is packed in the protective sheet customary in the normal plating process, called button plate, and thus the whole is protected from oxidation during heating. in the welding furnace.
The package is then laminated, including the protective sheet and the steel frame which is subsequently cut. This process differs from the use, already known in plating, of steel slats, in that the U-shaped steel frames employed heretofore are simply for the function of maintaining the thickness. applies metal when heating the package in the soldering furnace and not the function of preventing the metal applet from extending by rolling beyond the steel plate. For this reason, these slats are removed after the first pass of the hot image and the package is then made without these slats, regardless of the fact that the metal applique extends beyond the plate. steel or not.
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As the clad mixed material must, during its subsequent machining without chip formation, for example by cold rolling, drawing, pressing, bending, be repeatedly annealed in certain cases and thus, like tests have shown, it is to be suspected that an unwanted diffusion of bronze alloy constituents, for example tin, occurs through the thin intermediate layer of copper - diffusion between the applique of bronze and the intermediate layer of copper is highly desirable from the point of view of adhesion - and thus the solder bond between the metallic applique and the steel core is compromised, the thickness of the intermediate copper layer is appropriate to the desired overall thickness of the composite material,
that is to say of the finished sheet or of the strip, and the necessary annealing, and this in such a way that the intermediate layer is chosen thicker when, for example, a greater overall thickness of the sheet or repeated shaping requires more prolonged or repeated annealing. As a result, the thickness of the intermediate copper layer is about 0.2-0.5 mm.
It has been found advantageous that deleterious diffusion through the copper interlayer is prevented when annealing only for a short time and at temperatures below 650. 'This temperature is sufficient, it is true, to soften the steel core and the metal application, but is not high enough in case of short duration, to cause an unwanted diffusion through the copper layer to with steel core.
As the function of the intermediate copper layer, in this process described, is therefore to increase on one side the intimate and solid connection between it and the bronze applique by diffusion, and to promote the welding of the bronze on the other side. the bronze applique which otherwise does not weld or welds only with difficulty to the steel and to prevent the bond between the steel core and the components harmful to the plate
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As for bronze, an entirely new progress is produced in this way, hitherto unknown, which has nothing in common with the plating, already frequently used, of intermediate copper layers.
so
This bronze alloy mentioned / that the various processes can be used wherever bronze sliding surfaces are prescribed or appear to be advantageous. These welded-plated bronze bearings therefore represent an extremely considerable advance in the industry and are finding ever greater application. and more extensive.
Claims.
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------------------------------ 1.- Mixed material, in particular for bearing shells, bearing sleeves, plates clutch, slides, etc., of bronze-plated molten steel having a metal bracket made of the basic elements copper, tin and zinc, characterized in that the metal bracket is made platable and wear resistant by the addition of up to 2% manganese, up to 1% iron, up to 1) 5 nickel and up to 0.4% phosphorus.