Lager und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft ein Lager, beste hend aus einer Aluminium;Zink-Kupfer-Legie- rung und ein Verfahren zu seiner Herstel lung.
Infolge des Bedürfnisses nach höher be lastbaren Lagermetallen, die geeignet sind, die üblicherweise verwendeten kostspieligen kupfer- und zinnhaltigen Lagerbronzen zu.,er- setzen, hat man sich schon seit längerer Zeit bemüht-, auf Zinkbasis Legierungen zu ent wickeln, die den gestellten Anforderungen gerecht werden.
Man hat insbesondere das System Zink-Aluminium-Kupfer untersucht und hierbei einerseits die Legierungen mit geringen Aluminiumgehalten, zum Beispiel die Legierung mit 10/a Kupfer, 4 0/a Aluminium, Rest:
Zink und anderseits, die sogenannten hochaluminiumhaltigen Legierungen mit 20 bis 70, %, Aluminium, zum Beispiel die Le- gierung mit 10/0 Kupfer,<B>30</B> 0/0 Aluminium, Rest Zink, als Lagerwerkstoff herangezogen. Die Versuche waren zunächst vielverspre chend, wie die folgenden Kennzahlen. der Legierungen zeigen.
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Zugfestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Brinellhärte
<tb> G <SEP> Zn-A14 <SEP> -Cu1 <SEP> 18-25 <SEP> kg/mm2 <SEP> <B>0,5-2,5</B> <SEP> 0/0 <SEP> 70-1ü0 <SEP> kg/mm2
<tb> G <SEP> Zn-A130,=Cu1 <SEP> 28-33 <SEP> kg/mm2 <SEP> 0;5=2 <SEP> 0/0 <SEP> 80-100, <SEP> kg/mm2 Dennoch haben die erzeugten Werkstoffe den Anforderungen der Praxis doch nicht voll kommen entsprochen, weil sie den Bronzen insbesondere in der Dehnung noch erheblich nachstehen und für höhere. Belastungen nach wie vor die Legierungen mit hohem Kupfer- und Zinngehalt bevorzugt werden.
Die Eignung einer Legierung als Lager- werkstoff hängt. ausser von ihren technolo gischen Kennzahlen auch vom Gefügeaufbau und einer gewissen Haftfestigkeit von Öl filmen auf der Lageroberfläche ab.
Ein Lagerwerkstoff soll auch sogenannte Notlaufeigenschaften besitzen, das heisst, bei kurzzeitigem Aussetzen der Schmierung soll er selbstschmierend sein und die rotierenden Teile sollen nicht angefressen werden.
Auch ,diese Eigenschaften sind bei den Kupfer-Zinn- Legierungen in ausgeprägterem Mass vorhan den als bei den erwähnten, bereits untersuch ten Aluminium-Zink- und Kupfer-Legierun- gen, weshalb auch aus diesem Grunde die letzteren sich gegenüber den Bronzen nicht durchsetzen konnten.
Das Lager gemäss der Erfindung ist da durch gekennzeichnet,' dass die Legierung 30 bis<B>66</B> 0/0 Aluminium enthält, der Kupfer gehalt mindestens ein ,Sechstel und höchstens ein Viertel des jeweiligen Aluminiumgehaltes beträgt und der Rest Zink ist.
Die möglichen Legierungen werden durch die Legierungsreihe mit niedrigstem Kupfer gehalt (Kupfer = 1/s des Aluminiumgehal tes) und durch die Legierungsreihe mit höch- stem Kupfergehalt (Kupfer = i/4 des Alu miniumgehaltes) begrenzt. Die Legierungs reihe mit niedrigstem Kupfergehalt ist
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Die Legierungsreihe mit höchstem Kupfer gehalt ist
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Al <SEP> <B>1</B>/0 <SEP> 30 <SEP> 42 <SEP> 48 <SEP> 60 <SEP> 66
<tb> Cu <SEP> (= <SEP> 1/,1 <SEP> All) <SEP> 7,5 <SEP> 10;5 <SEP> 12. <SEP> <B>1</B>5 <SEP> 16,5
<tb> Zn <SEP> -62,5 <SEP> -17;
5 <SEP> 40 <SEP> 25 <SEP> 17,5 Die Auswahl der Zusammensetzung erfolgt nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Wenn die Zink- und Kupferpreise hoch sind, wird vorteilhaft die Reihe mit. höherem Aluminium gehalt gewählt, weil damit. die Volumeinheit billiger wird und umgekehrt.
Die Verarbeitung dieser Legierungen zu Lagerteilen kann durch Giessen oder Giessen und spanlose Warmverarbeitung oder Giessen und spanlose Kaltverarbeitung erfolgen. Es werden auf diese Weise Hülsen, Halbschalen oder Büchsen erzeugt.
Die technologischen Kennziffern sind:
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spei. <SEP> Gewicht <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Brinellhärte
<tb> 4,8 <SEP> 30-35 <SEP> kg/mm2 <SEP> 3-61/o <SEP> 100-140 <SEP> kg/mm2 Überraschenderweise wurde ferner gefun den, dass durch eine Nachbehandlung die Eigenschaften der Legierungen weiter ver bessert werden können, indem sie nach ihrer Verformung einer Wärmebehandlung unter- worfen werden.
Diese Nachbehandlung erfolgt zum Bei spiel derart, dass die Formteile auf eine Tem peratur von 80 bis 280 C erhitzt werden. Die Dauer der Temperung beträgt mindestens 3 Stunden, vorzugsweise 24 bis 48 Stunden.
Der mit der Nachbehandlung erzielte Effekt ist überraschend: Während ohne Wärmebehandlung die Dehnung 3 bis 6% beträgt, nimmt sie nach der Behandlung auf 5 bis 10 1/a zu. Die Festig keit und Härte bleiben im wesentlichen un verändert und betragen vor und nach der Wärmebehandlung etwa. 30 kg/mm2 bzw. 100 bis 140 kg/mm2.
Die Verbesserung der Eigenschaften durch die Nachbehandlung erklärt sich durch eine Änderung im Aufbau des Gefüges. Im ange gebenen Konzentrationsbereich bestehen die Zink-Aluminium-Kupferlegierungen aus einer ternären Phase und einem Aluminium-Zink- mischkristall. Durch die erfindungsgemässe Behandlung tritt ein teilweise eutektoider Zer fall der ternären Verbindung ein,
wobei die Struktur verfeinert wird und Zinkmischkri- stalle als Einlagerung auftreten. Im Zusam menhang damit ändern sich die Laufeigen- schalten der Legierung und ihre Eignung als Lager in der erwünschten Richtung.
Es ist. nicht erforderlich, da.ss die zur Her stellung der Legierungen verwendeten Metalle völlig rein sind. Da- nachgewiesen werden konnte, däss Bl'eigeha'lte bis 1,5 % weder die Laufeigenschaften noch das Verhalten in kor rosionschemischer Weise beeinträchtigen, kann statt Reinzink auch gewöhnliches Hüttenzink mit Vorteil als Legierungsbestandteil heran gezogen werden.
<I>Ausführungsbeispiel:</I> Aus einer Legierung mit- 3,5 % Aluminium, 7;
5 /o Kupfer, Rest Hüttenzink, wird durch Giessen eine Lagerhülse hergestellt und diese 24 Stunden bei 25'0 C getempert. Die Festig- keit beträgt 32 kg/mm2, die Dehnung 10%, die Brinellhärte 120 kg/mm2. Bei einer spe zifischen Lagerbelastung von 50 kg/cm2 wurde eine maximale Übertemperatur von 6'0 C fest gestellt.
Die erfindungsgemäss hergestellten Pro dukte sind den bisher verwendeten Bronzen durchaus gleichwertig und stehen sowohl in ihren technologischen Kennziffern, wie Zug festigkeit, Dehnung, Warmfestigkeit als auch in ihren in der Summe als Laufeigenschaf ten bezeichneten Werten, wie zum Beispiel Haftfähigkeit von Ölfilmen und Notlaufe-igen- schaft.en, den Lagerbronzen nicht nach. Sie können, wie ausgedehnte grosstechnische Ver- suche ergeben haben, in allen Fällen als Ersatzstoffe für die bedeutend teureren Kupfer-Zink-Legierungen herangezogen wer den.
Bearing and process for its production The invention relates to a bearing, consisting of an aluminum, zinc-copper alloy and a process for its production.
As a result of the need for more highly resilient bearing metals that are suitable for replacing the costly bearing bronzes that are usually used, containing copper and tin, efforts have been made for a long time to develop zinc-based alloys that meet the requirements satisfy.
In particular, the zinc-aluminum-copper system was investigated and on the one hand the alloys with low aluminum contents, for example the alloy with 10 / a copper, 4 0 / a aluminum, the rest:
Zinc and, on the other hand, the so-called high-aluminum alloys with 20 to 70% aluminum, for example the alloy with 10/0 copper, 30 0/0 aluminum, the remainder zinc, are used as the bearing material. The attempts were initially promising, such as the following key figures. of the alloys show.
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Tensile strength <SEP> elongation <SEP> Brinell hardness
<tb> G <SEP> Zn-A14 <SEP> -Cu1 <SEP> 18-25 <SEP> kg / mm2 <SEP> <B> 0.5-2.5 </B> <SEP> 0/0 <SEP> 70-1ü0 <SEP> kg / mm2
<tb> G <SEP> Zn-A130, = Cu1 <SEP> 28-33 <SEP> kg / mm2 <SEP> 0; 5 = 2 <SEP> 0/0 <SEP> 80-100, <SEP> kg / mm2 Nonetheless, the materials produced have not fully met the requirements in practice because they are considerably inferior to bronzes, especially in terms of elongation, and for higher ones. Loads still the alloys with high copper and tin content are preferred.
The suitability of an alloy as a bearing material depends. In addition to their technological indicators, the structure of the structure and a certain adhesive strength of oil also film on the bearing surface.
A bearing material should also have so-called emergency running properties, which means that if the lubrication is briefly interrupted, it should be self-lubricating and the rotating parts should not be pitted.
Also, these properties are more pronounced in the copper-tin alloys than in the aforementioned aluminum-zinc and copper alloys which have already been investigated, which is why the latter could not prevail over the bronzes for this reason .
The bearing according to the invention is characterized in that the alloy contains 30 to 66 0/0 aluminum, the copper content is at least one, sixth and at most a quarter of the respective aluminum content and the remainder is zinc .
The possible alloys are limited by the alloy series with the lowest copper content (copper = 1 / s of the aluminum content) and the alloy series with the highest copper content (copper = 1/4 of the aluminum content). The alloy series with the lowest copper content is
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The alloy series with the highest copper content is
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Al <SEP> <B> 1 </B> / 0 <SEP> 30 <SEP> 42 <SEP> 48 <SEP> 60 <SEP> 66
<tb> Cu <SEP> (= <SEP> 1 /, 1 <SEP> All) <SEP> 7.5 <SEP> 10; 5 <SEP> 12. <SEP> <B> 1 </B> 5 <SEP> 16.5
<tb> Zn <SEP> -62.5 <SEP> -17;
5 <SEP> 40 <SEP> 25 <SEP> 17.5 The selection of the composition is based on economic aspects. When zinc and copper prices are high, your turn will be beneficial. higher aluminum content chosen because it means. the unit of volume becomes cheaper and vice versa.
These alloys can be processed into bearing parts by casting or casting and non-cutting hot processing or casting and non-cutting cold processing. In this way, sleeves, half-shells or bushings are produced.
The technological indicators are:
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spit. <SEP> Weight <SEP> Tensile strength <SEP> Elongation <SEP> Brinell hardness
<tb> 4.8 <SEP> 30-35 <SEP> kg / mm2 <SEP> 3-61 / o <SEP> 100-140 <SEP> kg / mm2 Surprisingly, it was also found that post-treatment improves the properties The alloys can be further improved by subjecting them to a heat treatment after they have been deformed.
This post-treatment takes place, for example, in such a way that the molded parts are heated to a temperature of 80 to 280 C. The duration of the heat treatment is at least 3 hours, preferably 24 to 48 hours.
The effect achieved with the aftertreatment is surprising: while the elongation is 3 to 6% without heat treatment, it increases to 5 to 10 1 / a after the treatment. The strength and hardness remain essentially unchanged and amount to about before and after the heat treatment. 30 kg / mm2 or 100 to 140 kg / mm2.
The improvement in the properties through the aftertreatment is explained by a change in the structure of the structure. In the specified concentration range, the zinc-aluminum-copper alloys consist of a ternary phase and an aluminum-zinc mixed crystal. The treatment according to the invention results in a partially eutectoid decay of the ternary compound,
The structure is refined and mixed zinc crystals appear as deposits. In connection with this, the running properties of the alloy and its suitability as a bearing change in the desired direction.
It is. not necessary that the metals used to manufacture the alloys are completely pure. Since it has been proven that a foaming content of up to 1.5% does not impair the running properties or the behavior in terms of corrosion chemistry, ordinary metallurgical zinc can also be used with advantage as an alloy component instead of pure zinc.
<I> Exemplary embodiment: </I> Made of an alloy with 3.5% aluminum, 7;
5 / o copper, remainder metallurgical zinc, a bearing sleeve is produced by casting and this is tempered at 25'0 C for 24 hours. The strength is 32 kg / mm2, the elongation 10%, the Brinell hardness 120 kg / mm2. With a specific bearing load of 50 kg / cm2, a maximum excess temperature of 6'0 C was determined.
The products produced according to the invention are absolutely equivalent to the bronzes used up to now and are available both in their technological indicators, such as tensile strength, elongation, heat resistance and in their values, which are collectively referred to as running properties, such as the adhesion of oil films and emergency running properties - shafts, not after the bearing bronze. As extensive, large-scale tests have shown, they can in all cases be used as substitutes for the significantly more expensive copper-zinc alloys.