DE1023593B

DE1023593B - Aluminum alloy, preferably for bearings

Info

Publication number: DE1023593B
Application number: DEG14079A
Authority: DE
Inventors: Alfred William Schluchter
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1953-04-16
Filing date: 1954-03-27
Publication date: 1958-01-30

Description

Aluminiumlegierung, vorzugsweise für Lager Die Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, diz, sich besen;der,s zur Verwendung als Lagerm.aterial eignet.Aluminum alloy, preferably for bearings The invention relates to an aluminum alloy, diz, broom; der, s for use as a storage material suitable.

Aluminiumlegierungen gemäß der Erfindung besitzen ausreichende Härte, große Festigkeit gegen Fressen der Oberfläche und ausgezeichnete Gleiteigenschaften. Sie zeigen ferner eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion. was besonders wichtig ist, da während des Betriebes im Schmieröl bisweilen größere Mengen saurer Bestandteile auftreten. Die erfindungsgemäßen Legierungen können entweder als Guß- oder als Knetlegierungen verwendet werden.Aluminum alloys according to the invention have sufficient hardness great resistance to fretting of the surface and excellent sliding properties. They also show excellent resistance to corrosion. something special It is important that larger quantities of the lubricating oil are sometimes more acidic during operation Components occur. The alloys according to the invention can either be used as casting or used as wrought alloys.

Gegenstand der Erfindung ist eine Aluminiumlegierung, die geringe Anteile von Silizium, Kadmium und Indium enthält. Feste Lager können aus solchen Legierungen ohne Verwendung von Stützschalen aus Stahl oder ähnlichen Metallen hergestellt werden. Es ist vorteilhaft, derartige Legierungen noch mit einem Überzug von Blei oder einer Bleilegierung, z. B. einer Blei-Zinn- oder einer Blei-Indium-Legierung, in denen Blei der Hauptbestandteil ist, zu versehen.The invention is an aluminum alloy, the low Contains proportions of silicon, cadmium and indium. Fixed bearings can consist of such Alloys made from steel or similar metals without the use of supporting shells will. It is advantageous to have such alloys coated with lead or a lead alloy, e.g. B. a lead-tin or a lead-indium alloy, in which lead is the main component.

Erfindungsgemäß setzen sich Legierungen, welche als Lagermaterial gut geeignet sind, wie folgt zusammen: 0,5 bis 9 Gewichtsprozent Silizium, 0,2 bis 5 Gewichtsprozent Kadmium, 0,03 bis 0,5 Gewichtsprozent Indiuin, Rest Aluminium, einschließlich der üblichen Verunreinigungen.According to the invention, alloys which are used as bearing material are well suited together as follows: 0.5 to 9 percent by weight silicon, 0.2 to 5 percent by weight cadmium, 0.03 to 0.5 percent by weight indiuin, remainder aluminum, including the usual impurities.

Die verschiedenen beiläufigen Verunreinigungen zeigen keinerlei schädliche Wirkung, sofern sie nicht über die üblichen Mengen hinausgehen. So umfaßt der Begriff »Aluminium« hier die üblichen Verunreinigungen, wie sie in handelsüblichen Aluminiumbarren vorkommen oder wie sie während der in der Schmelzpraxis üblichen Behandlung hineingelangen. Zum Beispiel darf Eisen, das zusammen mit Silizium in handelsüblichem Aluminium vorkommt, in Mengen bis annähernd 0,511/a, vorhanden sein, ohne zu schaden. Die besten Ergebnisse werden mit einer Legierung erzielt, die angenähert die folgende Zusammensetzung -zeigt: 3 bis So/o Silizium, 0,7 bis 2% Kadmium, 0,1 bis 0,15% Indium, Rest Aluminium.The various incidental impurities show no harmful whatsoever Effect, provided they do not go beyond the usual amounts. So the term includes "Aluminum" here means the usual impurities, such as those found in commercial aluminum bars occur or how they get in during the usual treatment in the enamel practice. For example, iron is allowed together with silicon in commercial aluminum occurs in amounts of up to approximately 0.511 / a without causing damage. the best results are obtained with an alloy that approximates the following Composition - shows: 3 to So / o silicon, 0.7 to 2% cadmium, 0.1 to 0.15% indium, Remainder aluminum.

Legierungen dieser Zusammensetzung erweisen, sich unter harten Versuchsbedingungen als außerordentlich reibungsarm, so daß aus ihnen gefertigte Lager weder an ihrer Oberfläche fressen noch sich abnutzen, wenn eine Stahlachse in ihnen rotiert, so daß weder Achse noch Lager nach langem und hartem Gebrauch eine merkliche Abnutzung zeigen. Weiter hat sich gezeigt, daß diese Legierung eine außerordentlich hohe Bruchfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Ausbrechen besitzt.Alloys of this composition prove to be under harsh test conditions as extremely low-friction, so that bearings made from them are not at their Surface gnaws still wear away when a steel axle rotates in them, like that that neither the axle nor the bearings show any noticeable wear after long and hard use demonstrate. It has also been shown that this alloy has an extremely high breaking strength and has resistance to breakout.

Der Kadrniumzusatz verbessert die Widerstandsfähigkeit der Legierung gegen Fressen der Oberfläche erheblich. Obwohl es allgemein bekannt ist, daß der Zusatz von Kadmium zum Aluminium eine geringe Herabsetzung der Festigkeit bewirkt, hat es sich gezeigt, daß Kadmium in Gegenwart von Silizium in Mengen von etwa 51/o ohne Beeinträchtigung der Festigkeit mit Vorteil zugesetzt werden kann. TatsächlicIi ist die resultierende Legierung Lemerkenswert widerstandsfähig gegen Bruch bei stoß- oder schlagartigen Beanspruchungen, denen ein Lager unter harten Bedingungen ausgesetzt ist. Darüber hinaus beeinflußt die Anwesenheit von Kadmium nicht die Härte der Legierung, wenn sie anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Da Kadmium ein relativ weiches Metall ist, sollte der Kadmiumgehalt nicht größer als 51/o sein, damit der Einfluß des Kadmiums auf Festigkeit und Härte vernachlässigbar bleibt.The addition of cadrnium improves the resistance of the alloy considerably against surface scuffing. Although it is well known that the Adding cadmium to aluminum causes a slight reduction in strength, it has been shown that cadmium in the presence of silicon in amounts of about 51 / o can be added with advantage without impairing the strength. Indeed the resulting alloy is remarkably resistant to breakage at impact or sudden loads to which a bearing is exposed under harsh conditions is. In addition, the presence of cadmium does not affect the hardness of the alloy, if it is subsequently subjected to a heat treatment. Since cadmium is a relative is soft metal, the cadmium content should not be greater than 51 / o so that the The influence of cadmium on strength and hardness remains negligible.

Ferner hat sich gezeigt, daß das Kadmium, wenn es in größeren Mengen als 5% anwesend ist, dazu neigt, sich abzuscheiden und sich während der Erstarrung in Form des anscheinend fast reinen Metalles am Boden des Gusses abzusetzen. Weiterhin steigert ein zu hoher Kadmiumgehalt die Kosten der Legierung, da Kadmium ein relativ teures und ziemlich seltenes Metall ist.It has also been shown that the cadmium, if it is in larger quantities than 5% is present, tends to precipitate and become during solidification in the form of the apparently almost pure metal at the bottom of the casting. Farther Too high a cadmium content increases the cost of the alloy, since cadmium is a relative expensive and fairly rare metal.

Es ist eine merkliche Verbesserung der Widerstandsfähigkeit der Legierungen gegen ein Fressen der Oberfläche bis zu einem Kadmiumgehalt von 2% festgestellt worden; eine Steigerung des Kadmiumgehaltes über diese Grenze hinaus bewirkt kein bemerkenswertes Anwachsen der Widerstandsfähigkeit der Legierung gegen Fressen mehr. Daher soll der Kadmiumgehalt vorzugsweise zwischen 0,7 und 2% liegen, um optimale Gleiteigenschaften zu erhalten. Da das Kadmium sich jedoch bereits bei der Temperatur von geschmolzenem Aluminium zu verflüchtigen beginnt, fügt man notwendigerweise etwas mehr Kadmium hinzu, um durch die Verflüchtigung entstandene Verluste zu kompensieren. Ein Kadmiumgehalt von wenigstens 0,21/o ist notwendig, um eine angemessene Widerstandsfähigkeit gegen Fressen zu erreichen.It is a noticeable improvement in the resistance of the alloys found against surface scuffing up to a cadmium content of 2% been; an increase in the cadmium content beyond this limit has no effect remarkable increase in resilience the alloy against eating more. Therefore, the cadmium content should preferably be between 0.7 and 2% in order to obtain optimal sliding properties. However, since the cadmium is already begins to volatilize at the temperature of molten aluminum, one adds necessarily a little more cadmium to be added to the volatilization Compensate for losses. A cadmium content of at least 0.21 / o is necessary to achieve adequate fretting resistance.

Der Zusatz von Silizium zu der Legierung vergrößert ihre Widerstandsfähigkeit gegen Fressen, beeinflußt die Wirkung des anwesenden Kadmiums und vermindert das Schwinden während der Erstarrung. Daher sollte die Legierung wenigstens 0,5% Silizium enthalten. Da nun jedoch ein hoher Siliziumgehalt die Sprödigkeit der Legierung erhöht und so den Walzprozeß erschwert, wird die Höchstmenge des Siliziums natürlich durch die Art der Herstellung des Lagers od. dgl. bestimmt. Demgemäß sollte der Siliziumgehalt in Knetlegierungen nicht größer als 5 0/a sein, da eine solche Legierung gewalzt werden soll, während eine Gußlegierung dagegen bis zu 9'0/a Silizium enthalten darf. Während eine Steigerung des Siliziumgehaltes auf jeden Fall die Widerstandsfähigkeit gegen ein Fressen der Oberfläche erhöht, bewirkt eine Steigerung des Siliziumgehaltes auf über 50/9 nur noch unbedeutende zusätzliche Verbesserungen in dieser Hinsicht. Demgemäß werden die besten Ergebnisse in den meisten Fällen bei einem Siliziumgehalt von 3 bis 5% erhalten.The addition of silicon to the alloy increases its resistance to seizure, influences the effect of the cadmium present and reduces shrinkage during solidification. Therefore the alloy should contain at least 0.5% silicon. However, since a high silicon content increases the brittleness of the alloy and thus complicates the rolling process, the maximum amount of silicon is of course determined by the type of manufacture of the bearing or the like. Accordingly, the silicon content in wrought alloys should not be greater than 50 / a, since such an alloy is to be rolled, while a cast alloy, on the other hand, may contain up to 90 / a silicon. While an increase in the silicon content definitely increases the resistance to fretting of the surface, an increase in the silicon content to over 50/9 only brings about insignificant additional improvements in this regard. Accordingly, in most cases the best results are obtained with a silicon content of 3 to 5%.

Der Indiumgehalt beträgt am besten nahezu 10% des Kadmiumgehaltes. Es genügt also ein Indiumgehalt vom: ungefähr- 0,03 bis 0,5%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, um die Korrosionsbeständigkeit der Legierung zu verbessern, während der optimale Indiumgehalt zwischen 0,1 und 0,15% liegt. Kadmium und Indium bilden innerhalb der Legierung bis zu einem gewissen Ausmaß eine Kadmium-Indium-L egierung, die sich hauptsächlich an den Korngrenzen bildet, während ein Teil des Indiums in der Aluminiumgrundmasse bleibt. Das gegossene Metall kann, wenn es erwünscht ist, noch einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um den Kadmium-Indium-Kristallen Kugelgestalt zu geben. Wenn die fertige Aluminiumlegierung zur Herstellung eines Lagers als Knetlegierung verwandt werden soll, ist es besonders wichtig, daß der Indiumgehalt etwa 0,5% nicht überschreitet, da größere Indiummengen die Legierung zu spröde machen.The best indium content is almost 10% of the cadmium content. An indium content of: approximately 0.03 to 0.5%, based on the total weight, is sufficient the alloy to improve the corrosion resistance of the alloy while the optimal indium content is between 0.1 and 0.15%. Form cadmium and indium a cadmium-indium alloy within the alloy to a certain extent, which is mainly formed at the grain boundaries, while some of the indium is in the aluminum base remains. The cast metal can, if desired, still be subjected to a heat treatment to give the cadmium-indium crystals a spherical shape admit. When the finished aluminum alloy to produce a bearing as a wrought alloy If it is to be used, it is particularly important that the indium content not be about 0.5% exceeds, as larger amounts of indium make the alloy too brittle.

Ein Beispiel einer Legierung, die die zuvor erwähnten wünschenswerten Eigenschaften in hervorragendem Maße besitzt, enthält neben Aluminium 40/a Silizium, 1,5 % Kadmium und 0,15 0/a Indium.An example of an alloy meeting the aforementioned desirable Has excellent properties, contains 40 / a silicon in addition to aluminum, 1.5% cadmium and 0.15% indium.

Damit die Legierung auch schlagartigen Beanspruchungen ausgesetzt werden kann, sollte sie in ihrem Gefüge keine größeren Zonen relativ spröder eutektischer Gefügebestandteile zeigen. Übliche Legierungsverfahren können, z. B. unter Verwendung von Vorlegierungen, wie Aluminium-Silizium-Legierungen zur Einführung von Silizium angewandt werden.So that the alloy is also exposed to sudden loads can become, it should not be relatively more brittle eutectic in its structure Show structural components. Usual alloying processes can e.g. B. using of master alloys, such as aluminum-silicon alloys to introduce silicon can be applied.

Es ist wünschenswert, das Kadmium zuletzt zuzusetzen, um seine Verflüchtigung zu verhindern. Allgemein ist es günstig, die niedrigstmögliche Temperatur zu verwenden, um das Kadmium in der Schmelze zurückzuhalten. Zum Beispiel können Aluminium und Silizium bei einer Temperatur von nahezu 650°C geschmolzen werden. Danach wird die Schmelze am besten aus dem Ofen genommen. Dann werden das Indium und Kadmium entweder nacheinander oder gleichzeitig der Schmelze zugesetzt, die danach umgerührt und üblicherweise in Metall- oder Graphitformen gegossen wird. Die höchste für diesen Guß geeignete Temperatur ist diejenige, bei welcher das Kadmium gerade zu verdampfen oder zu »rauchen« beginnt. Um einen Verlust von Metall zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Temperatur der Schmelze nicht über diese Temperatur hinaus zu steigern. Demgemäß sollte die Temperatur nicht über etwa 760° C hinaus gesteigert werden. Die Legierung kann entweder direkt in die gewünschte Form als Lager oder zu Barren gegossen werden, die dann zu Bandmaterial der gewünschten Stärke ausgewalzt und auf die gewünschte Länge geschnitten «-erden.It is desirable to add the cadmium last in order to volatilize it to prevent. In general, it is best to use the lowest possible temperature to retain the cadmium in the melt. For example, aluminum and Silicon can be melted at a temperature of almost 650 ° C. After that, the It is best to take the melt out of the furnace. Then the indium and cadmium are either successively or simultaneously added to the melt, which is then stirred and usually cast in metal or graphite molds. The highest for this one A suitable temperature for casting is that at which the cadmium is about to evaporate or begins to "smoke". To avoid loss of metal it is desirable to not to increase the temperature of the melt above this temperature. Accordingly the temperature should not be increased above about 760 ° C. The alloy can either be poured directly into the desired shape as a warehouse or into bars, which are then rolled out into strip material of the desired thickness and to the desired Cut length «-ground.

Die Legierungen, deren Gefüge ein zusammenhängendes Netz ausgeseigerter Metallkörper zeigt, können in bezug auf Festigkeit und Dauerfestigkeit durch geeignete Wärmebehandlung verbessert werden; z. B. hat sich eine Homogenisierung bei Temperaturen zwischen 482 und 565° C und einer Zeitdauer von 8 bis 15 Stunden als besonders wirksam erwiesen. Danach wird die Legierung aus dem Ofen herausgenommen und vorzugsweise sofort durch Abschrecken in Wasser gekühlt. Eine solche Behandlung bewirkt eine hervorragende Duktilität, wie sie für den Walzprozeß wünschenswert ist. Ein gegossener Barren kann dann leicht zu einem Band der gewünschten Stärke ausgewalzt werden.The alloys, whose structure is a coherent network of segregated Metal body shows, in terms of strength and fatigue strength by suitable Heat treatment to be improved; z. B. has a homogenization at temperatures between 482 and 565 ° C and a period of 8 to 15 hours as particularly effective proven. The alloy is then removed from the furnace, and preferably immediately cooled by quenching in water. Such treatment causes one excellent ductility, as is desirable for the rolling process. A poured one Ingot can then easily be rolled into a ribbon of the desired thickness.

Das spezifische Gewicht der oben beschriebenen Legierungen liegt bei ein Drittel des spezifischen Gewichtes von Zinn-Bronze-Legierungen. Dabei zeigen sie viel größere Dauerfestigkeit und Widerstandsfähigkeit als diese gegen schlagartige Beanspruchungen, denen viele Lager, z. B. Pleuellager, ausgesetzt sind, so daß die erfindungsgemäßen Legierungen zum Gebrauch unter extremen Bedingungen geeignet sind. Die Legierungen erwiesen sich als widerstandsfest gegen Korrosion durch saure Bestandteile des Schmieröls, welche viele andere Lagerzusammensetzungen angreifen.The specific weight of the alloys described above is included one third of the specific weight of tin-bronze alloys. Show it they have much greater fatigue strength and resistance than these against sudden impacts Stresses that many camps, e.g. B. connecting rod bearings are exposed so that the alloys according to the invention are suitable for use under extreme conditions. The alloys proved to be resistant to corrosion by acidic components of the lubricating oil, which attack many other bearing compositions.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Hardenable sliding bearing alloy based on aluminum, characterized by the following composition: 0.5 to 9% silicon, preferably 0.5 to 50 / a, 0.2 to 5% cadmium, preferably 0.2 to 2%, 0.03 up to 0.50 / a indium, preferably 0.1 to 0.15%, remainder aluminum.

2. Alloy according to claim 1, characterized in that it contains 3 to 5% silicon, 0.7 to 2% in addition to aluminum: Contains cadmium and 0.1 to 0.15% indium.

3. Alloy according to claim 1, characterized characterized in that they contain 4% silicon, 1.5% cadmium and 0.15% indium in addition to aluminum contains. Documents considered: German Patent No. 844 507.