Die
Erfindung betrifft einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Trägerschicht
aus Stahl und einer darauf unlösbar
aufgebrachten Gleitschicht aus einer Aluminiumlagerlegierung.The
The invention relates to a sliding bearing composite material with a carrier layer
made of steel and one on it insoluble
applied sliding layer of an aluminum bearing alloy.
Derartige
Gleitlagerverbundwerkstoffe sind bekannt und werden im besonderen
für die
Herstellung von Gleitlagerschalen für Pleuellagerungen und für die Lagerung
der Kurbelwelle im Kurbelgehäuse eines
Kraftfahrzeugsverbrennungsmotors verwendet. Auch die Anwendung eines
solchen Gleitlagerverbundwerkstoffs zur Herstellung gerollter Lagerbuchsen,
beispielsweise Pleuellagerbuchsen oder Kolbenbolzenbuchsen, die
der. Kolbenbolzen im Kolben lagern, sind bekannt.such
Sliding bearing composite materials are known and are used in particular
for the
Production of sliding bearing shells for conrod bearings and for storage
the crankshaft in the crankcase of a
Used motor vehicle internal combustion engine. Also the application of a
such plain bearing composite material for producing rolled bearing bushes,
For example, connecting rod bushings or piston pin bushings, the
of the. Bear the piston pin in the piston, are known.
DE 198 00 433 C2 beschreibt
zwar keine Gleitlagerverbundwerkstoffe mit einer Trägerschicht aus
Stahl, sie befasst sich aber mit einem Stranggießverfahren zum Vergießen einer
Aluminium-Gleitlagerlegierung mit 3 bis 6 Gew.-% Zink, 0,3 bis 2,0 Gew.-%
Kupfer, 0,2 bis 1,0 Gew.-% Magnesium, 0,3 bis 2,0 Gew.-% Silizium
und 2 bis 4,5 Gew.-% Blei. Hierbei werden fein verteilte tropfenförmige Blei-Ausscheidungen im
Stranggussstück
mit einer Abmessung der Tropfen von weniger als 10 μm gebildet. Das
Blei wirkt als fein und homogen verteilter Schmierstoff bei der
Anwendung dieser Aluminiumlegierung als Gleitlagerlegierung. DE 198 00 433 C2 While it does not disclose sliding bearing composites with a steel backing, it is concerned with a continuous casting process for casting an aluminum plain bearing alloy containing 3 to 6 wt% zinc, 0.3 to 2.0 wt% copper, 0.2 to 1.0% by weight of magnesium, 0.3 to 2.0% by weight of silicon and 2 to 4.5% by weight of lead. Here, finely distributed drop-shaped lead precipitates are formed in the continuous casting with a dimension of the droplets of less than 10 microns. The lead acts as a finely and homogeneously distributed lubricant in the application of this aluminum alloy as a plain bearing alloy.
EP 0 440 275 B1 befasst
sich ebenfalls mit dem Vergießen
monotektischer Aluminiumlagerlegierungen. In dieser Druckschrift
ist die Rede von einer Aluminiumlagerlegierung zur Herstellung von
Gleitlagerwerkstoffen, die eine oder mehrere der Komponenten 1 bis
50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% Blei, 3 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise
5 bis 30 Gew.-% Wismut und 15 bis 50 Gew.-% Indium sowie zusätzlich eine
oder mehrere der Komponenten 0,1 bis 20 Gew.-% Silizium, 0,1 bis
20 Gew.-% Zinn, 0,1 bis 10 Gew.-% Zink, 0,1 bis 5 Gew.-% Magnesium, 0,1
bis 5 Gew.-% Kupfer, 0,05 bis 3 Gew.-% Eisen, 0,05 bis 3 Gew.-%
Mangan, 0,05 bis 3 Gew.-% Nickel und 0,001 bis 0,30 Gew.-% Titan
enthalten. Weitere Hinweise auf die konkrete Zusammensetzung einer Aluminiumlagerlegierung
lassen sich dieser Druckschrift nicht entnehmen. EP 0 440 275 B1 also deals with the casting of monotectic aluminum bearing alloys. In this document is the speech of an aluminum bearing alloy for the production of sliding bearing materials, the one or more of the components 1 to 50 wt .-%, preferably 5 to 30 wt .-% lead, 3 to 50 wt .-%, preferably 5 to 30 Wt .-% bismuth and 15 to 50 wt .-% indium and additionally one or more of the components 0.1 to 20 wt .-% silicon, 0.1 to 20 wt .-% tin, 0.1 to 10 wt. % Zinc, 0.1 to 5% by weight magnesium, 0.1 to 5% by weight copper, 0.05 to 3% by weight iron, 0.05 to 3% by weight manganese, 0, 05 to 3 wt .-% nickel and 0.001 to 0.30 wt .-% titanium. Further references to the concrete composition of an aluminum bearing alloy can not be found in this document.
EP 0 190 691 A 1
offenbart einen Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer Trägerschicht
aus Stahl und einer darauf unlösbar
aufgebrachten Gleitschicht aus einer Aluminiumlagerlegierung, deren
Zusammensetzung nach Anspruch 1 dieser Druckschrift im wesentlichen
besteht aus 4 bis 9 Gew.-% Wismut, 1 bis 4,5 Gew.-% Silizium, 0
bis 1,7 Gew.-% Kupfer, 0 bis 2,5 Gew.-% Blei, und Rest Aluminium.
Im Anspruch 3 dieser Druckschrift werden als weitere Zusätze eines
oder mehrere der Materialen ausgewählt aus der Gruppe von Nickel,
Mangan, Chrom, Zinn, Antimon und Zink genannt, wobei der Anteil
von Zink bis zu 5 Gew.-% betragen darf. Die in dieser Druckschrift
konkret offenbarten Zusammensetzungen der Aluminiumlagerlegierung
lassen die gleichzeitige Verwendung von Wismut und Blei als vorteilhaft
erscheinen. EP 0 190 691 A 1 discloses a sliding bearing composite material with a support layer made of steel and a non-detachably applied sliding layer made of an aluminum bearing alloy whose composition according to claim 1 of this document consists essentially of 4 to 9 wt .-% bismuth, 1 to 4.5 wt .-% silicon, 0 to 1.7 wt% copper, 0 to 2.5 wt% lead, and balance aluminum. In claim 3 of this document are mentioned as further additives one or more of the materials selected from the group of nickel, manganese, chromium, tin, antimony and zinc, wherein the proportion of zinc may be up to 5 wt .-%. The aluminum bearing alloy compositions specifically disclosed in this document make the simultaneous use of bismuth and lead appear advantageous.
Unter
dem Handelsnamen KS R41 ist ein Gleitlagerverbundwerkstoff mit einer
Trägerschicht aus
Stahl und einer darauf unlösbar
aufgebrachten Gleitschicht aus AlZn5Pb4Si1, 5Cu1Mg bekannt geworden.Under
The trade name KS R41 is a sliding bearing composite material with a
Carrier layer off
Steel and one on it insoluble
applied sliding layer of AlZn5Pb4Si1, 5Cu1Mg become known.
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen umweltfreundlichen
Gleitlagerverbundwerkstoff der eingangs genannten Art bereitzustellen,
dessen Aluminiumlagerlegierung gut vergießbar und umformbar ist und
die aber tribologisch hervorragende Eigenschaften aufweist.Of the
present invention is based on the object, an environmentally friendly
Provide sliding bearing composite material of the type mentioned,
whose aluminum bearing alloy is easy to cast and form, and
but has tribologically excellent properties.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Gleitlagerverbundwerkstoff mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs
1 gelöst.These
The object is achieved by a
Sliding bearing composite material with the features of the attached claim
1 solved.
Es
wurde erfindungsgemäß festgestellt, dass
auf den Zusatz von Blei verzichtet werden kann, wenn Wismut im beanspruchten
Bereich, also in einem gewichtsprozentualen Anteil von weniger als
2,5 Gew.-% zugesetzt wird und wenn ein Zinkgehalt von 4,4 bis 6
Gew.-%, vorzugsweise von wenigstens 5 Gew.-% vorgesehen wird. Es
wird davon ausgegangen, dass das Zusammenwirken von Wismut im genannten
gewichtsprozentualen Bereich mit feinen Ausscheidungen von Zink
im mit Zink übersättigten Aluminium-Mischkristall, eine
dem Schmierstoff Blei im wesentlichen nahezu gleichwirkende Eigenschaft als
gleitreibungsvermindernder Zusatz, also als Schmiermittel entfaltet.
Diese Erkenntnis war keinesfalls naheliegend, da sich – wie vorstehend
erwähnt – wismuthaltige
Aluminiumlagerlegierungen bislang gerade durch den Zusatz von Blei
erst ausgezeichnet haben. – Zwar
wäre es
an sich wünschenswert,
Wismut in größeren Mengen,
also von mehr als 2,5 Gew.-% zuzusetzen; es wurde aber erkannt,
dass Wismut solchenfalls beim Stranggießen in der Schmelze im flüssigen Zustand
tropfenförmig
ausgeschieden wird und beim anschließenden Walzprozess an sich
unerwünschte
Wismut-Zeilen bildet. Dem könnte
zwar durch Überhitzen
der Schmelze entgegengewirkt werden, was den Gießprozess, einschließlich der
Abkühlung
aber wiederum aufwendiger gestaltet. Wenn Wismut im beanspruchten
gewichtsprozentualen Bereich zugesetzt wird, insbesondere von 1,5
Gew.-% bis weniger als 2,5 Gew.-%, so lässt sich der Gießvorgang
gut beherrschen und die beim Walzen sich ausbildenden Wismut-Zeilen sind
deutlich kürzer
und feiner. In dem beanspruchten Gleitlagerverbundwerkstoff erweist
sich Wismut als hervorragender Festschmierstoff, der im Zusammenwirken
mit Zink auch in dieser Konzentration zufriedenstellende Ergebnisse
liefert.It has been found according to the invention that can be dispensed with the addition of lead, if bismuth in the claimed range, that is added in a weight percentage of less than 2.5 wt .-% and if a zinc content of 4.4 to 6 wt. -%, preferably of at least 5 wt .-% is provided. It is believed that the interaction of bismuth in said weight percent range with fine precipitates of zinc in the zinc-supersaturated aluminum mixed crystal, a substantially equal to the lubricant lead unfolds property as sliding friction reducing additive, so as a lubricant. This finding was by no means obvious since - as mentioned above - bismuth-containing aluminum bearing alloys have so far only been distinguished by the addition of lead. - Although it would be desirable to add bismuth in larger quantities, ie more than 2.5 wt .-%; However, it was recognized that bismuth is precipitated drop-wise in liquid form during continuous casting in the melt and forms unwanted bismuth rows during the subsequent rolling process. Although this could be counteracted by overheating the melt, which in turn makes the casting process, including cooling, more complicated. If bismuth is added in the claimed weight percent range, in particular from 1.5 wt .-% to less than 2.5 wt .-%, so the casting can be well controlled and The bismuth lines forming during rolling are significantly shorter and finer. In the claimed sliding bearing composite, bismuth proves to be an excellent solid lubricant, which, in combination with zinc, gives satisfactory results even in this concentration.
Durch
Lösungsglühen und
unmittelbar anschließendes
Abschrecken werden Ausscheidungen von Zink mit einer Teilchengröße von weniger
als 10 μm
erreicht.By
Solution annealing and
immediately afterwards
Quenching is precipitation of zinc with a particle size of less
than 10 μm
reached.
Eine
bevorzugte Zusammensetzung einer bleifreien Aluminiumlagerlegierung
ist gegeben durch AlZn5Bi2Si1, 5Cu1Mg1.A
preferred composition of a lead-free aluminum bearing alloy
is given by AlZn5Bi2Si1, 5Cu1Mg1.
Auch
die neben Zink und Wismut weiteren Bestandteile Silizium, Kupfer
und vor allem Magnesium sind für
die zufriedenstellenden und vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gleitlagerverbundwerkstoffs
wesentlich. So wirkt Magnesium verfestigend; es bildet mit Aluminium
die intermetallische Phase Al3Mg2. Kupfer bildet in vorteilhafter Weise die
intermetallische Phase Al2Cu. Hierdurch
wird die Festigkeit des Aluminium-Mischkristalls erhöht, was
darauf zurückgeführt wird,
dass die Bestandteile den Kristall verspannen und damit stabilisieren
und hart machen.Also, in addition to zinc and bismuth other ingredients silicon, copper and especially magnesium are essential for the satisfactory and advantageous properties of the sliding bearing composite material according to the invention. This is how magnesium acts as a hardening agent; it forms the intermetallic phase Al 3 Mg 2 with aluminum. Copper advantageously forms the intermetallic phase Al 2 Cu. As a result, the strength of the aluminum mixed crystal is increased, which is attributed to the fact that the components tense the crystal and thus stabilize and harden.