DE10321524A1

DE10321524A1 - Werkstoff mit selbstschmierenden Eigenschaften, insbesondere für Gleitlager

Info

Publication number: DE10321524A1
Application number: DE2003121524
Authority: DE
Inventors: Werner Metzger
Original assignee: SUPER LUB TECHNOLOGY GmbH; SUPER-LUB TECHNOLOGY GmbH
Current assignee: SUPER LUB TECHNOLOGY GmbH; SUPER-LUB TECHNOLOGY GmbH
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: DE10321524B4

Abstract

Ein Werkstoff mit selbstschmierenden Eigenschaften, insbesondere für Gleitlager, mit einer auf Eisen-Basis gesinterten Legierung mit Zusätzen von Chrom, Nickel, Kupfer und Festschmierstoff, soll so verbessert werden, daß er korrosions- und hochgradig säurebeständig und bei einer Temperatur von mindestens 850 DEG C noch stabil ist und eine wartungsfreie Trockenschmierung gewährleistet. Dazu wird vorgeschlagen, einer auf Eisen-Basis gesinterten Legierung mit Zusätzen von Chrom, Nickel, Kupfer und Festschmierstoff Legierungsanteile von Molybdän, Mangan, Silicium, Phosphor und Niob zuzufügen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff mit selbstschmierenden Eigenschaften, insbesondere für Gleitlager, mit einer auf Eisen-Basis gesinterten Legierung mit Zusätzen von Chrom, Nickel, Kupfer und Festschmierstoff.
Werkstoffe mit selbstschmierenden Eigenschaften, die insbesondere für Gleitlager zur Anwendung kommen, sind allgemein bekannt.

Aus der EP 1 151 145 A1 ist beispielsweise ein Werkstoff bekannt geworden, der aus einer Legierung auf Zinn-Basis mit Antimon und Kupfer sowie Zusätzen von Silber und Zink in geringen Gew.% besteht, um die Formstabilität zu verbessern und die Druckfestigkeit zu erhöhen. Diese Werkstofflegierung wird beim Einsatz in Gleitlagern in einer Rohschichtdicke von 4 bis 7 mm auf die Lagerfläche eines vorgeheizten Lagers, beispielsweise bei einer Lagerbuchse durch Schleuderguß, aufgetragen.

Ein derartiger Werkstoff weist infolge der Zinn-Basis und auch der vorgeschlagenen Zusätze nur eine geringe Härte und Festigkeit auf und ist im technischen Trockenlauf bis 850°C nicht temperaturbeständig. Desweiteren sind derartige Werkstoffe nicht korrosionsbeständig und der fertigungstechnische Aufwand zum Auftragen des Werkstoffs auf die Lagerfläche ist erheblich.

Zum allgemeinen Stand der Technik gehören aber auch Gleitwerkstoffe, die aus einer auf Eisen-Basis gesinterten Legierung mit Zusätzen von Chrom, Nickel und Festschmierstoff, wie beispielsweise Graphit, bestehen. Diese Legierungen verfügen jedoch nur über eine geringe Brinellhärte, die den Einsatz bei hohen Temperaturen, wie beispielsweise 850°C, nur bedingt oder nicht möglich machen. Desweiteren sind Gleitwerkstoffe, die aus einer derartigen Legierung hergestellt sind, nicht ausreichend korrosionsbeständig, insbesondere vor Rost.

Es gehören aber auch Gleitwerkstoffe zum allgemeinen Stand der Technik, die als Basis eine Nickel, Kupfer, Eisen/Graphit Legierung haben. Diese Gleitwerkstoffe sind zwar korrosionsbeständig aber im Bereich mittlerer und hoher Temperaturen anfällig gegen schwefelhaltige Gase, Flüssigkeiten oder auch Feststoffablagerungen. Folglich ist eine Beeinträchtigung der Funktion und ein frühzeitiger Ausfall eines Gleitlagers nicht auszuschließen. Aber auch für einen Einsatz bei Temperaturen bis zu 850°C ist dieser Gleitwerkstoff ungeeignet.

Um die technologischen Eigenschaften der Gleitwerkstoffe, die aus einer auf Eisen-Basis gesinterten Legierung mit Zusätzen von Chrom und Nickel bestehen, zu verbessern, ist es auch bekannt, der Legierung einen verschleißmindernden Zusatz zuzugeben, der aus einer intermetallischen Verbindung auf Basis von Co-Mo-Cr-Si oder Ni-Mo-Cr-Si besteht. Dieser Gleitwerkstoff ist zwar im wesentlichen für Mischreibungsgebiete geeignet, mit Flüssigkeiten, die mindestens noch über eine sehr geringe Schmierwirksamkeit verfügen und eine sehr hohe chemische Aggressivität aufweisen. Für einen Einsatz im technischen Trockenlauf sind diese Gleitwerkstoffe nur eingeschränkt unter bestimmten Bedingungen geeignet. Desweiteren sind diese Gleitwerkstoffe in Temperaturbereichen von ca. 800°C und größer nicht mehr temperaturbeständig und damit für den Einsatz ungeeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die eingangs genannten Gleitwerkstoffe mit einer auf Eisen-Basis gesinterten Legierung mit Zusätzen von Chrom, Nickel und Kupfer dadurch zu verbessern, daß der Gleitwerkstoff korrosionsbeständig ist und beim Einsatz im Hochtemperaturenbereich bis mindestens 850°C einen wartungsfreien technischen Trockenlauf gewährleistet sowie gut mechanisch bearbeitbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Legierung Anteile von Molybdän, Mangan, Silicium, Phosphor und Niob enthält. Es hat sich überraschend gezeigt, daß durch die Zusätze vom Molybdän und Mangan in Verbindung mit dem Zusätzen von Phosphor und Niob eine auf Eisen-Basis gesinterte Legierung mit den Zusätzen von Chrom, Nickel und Kupfer sowie Festschmierstoff ein selbstschmierender Werkstoff entwickelt werden konnte, der sehr korrosionsbeständig ist und eine wesentlich höhere Brinellhärte aufweist als bisher bekannte gesinterte Lagerlegierungen. Damit kann folglich mit einer entsprechenden Zusammensetzung der Legierung ein metallischer Werkstoff für Gleitlager zur Verfügung gestellt werden, der infolge der Legierungsbestandteile rost- und hochgradig säurebeständig ist und auch im technischen Trockenlauf bei Temperaturen bis mindestens 850°C noch ausreichend stabil und unempfindlich für schwefelhaltige Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffablagerungen ist. Durch die Zugabe von Mangan in Verbindung mit Molybdän wurde es auch möglich den Kupferanteil zu erhöhen, so daß im Ergebnis verbesserte Laufeigenschaften des Gleitlagers erreicht werden konnten. Aber auch die problemlose mechanische Bearbeitung der gesinterten Werkstoffrohlinge wird trotz der erreichten hohen Härte durch den höheren Kupferanteil vorteilhaft beeinflußt.

Bevorzugt setzt sich die gesinterte Legierung aus 2,6 bis 3 Gew.% Molybdän, 12,2 bis 14,5 Gew.%, Nickel, 1,7 bis 2,0 Gew.% Mangan, 13 bis 18 Gew.% Chrom, 0,8 bis 1,1 Gew.% Silicium, 0,8 bis 1,1 Gew.% Phosphor, 8,5 bis 10,5 Gew.% Kupfer, 0,8 bis 1,1 Gew.% Niob, 9 bis 11 Gew.% Festschmierstoff und Eisen als Rest zusammen. Eine Zusammensetzung der Legierung in den vorgeschlagenen Grenzen der Legierungsbestandteile hat sich für Gleitlagerwerkstoffe als sehr vorteilhaft erwiesen und bietet einen ausreichenden Spielraum, um bestimmte Eigenschaften des Werkstoffs unterstützend zu verstärken. Damit kann jedes Gleitlager bei Beibehaltung der vorstehenden Grundeigenschaften kostengünstig an dem vorgesehenen Einsatzzweck angepaßt werden, um die Stabilität des Gleitlagers in den einzelnen Temperaturbereichen im technischen Trockenlauf sicherzustellen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Festschmierstoff ein elektrolytischer Graphit und/oder ein metallischer Schmierstoff. Vorteilhafterweise ist der metallische Schmierstoff Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid.

Die Auswahl und die Zusammensetzung des verwendeten Festschmierstoffs wird wesentlich durch das vorgesehene Einsatzgebiet und den Gegenwerkstoff sowie die Mischreibungsgebiete bestimmt.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn ein Festschmierstoff verwendet wird, der aus einer Kombination von einem elektrolytischen Graphit und einem metallischen Schmierstoff besteht. In diesem Fall beträgt bevorzugt der Anteil des elektrolytischen Graphits mindestens das Zweifache des metallischen Schmierstoffs. Mit dieser Kombination wurde eine sehr gute Selbstschmierung des Gleitlagers erreicht, so daß ein annähernd wartungsfreier Betrieb der Gleitlager beim technischen Trockenlauf gewährleistet werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, in der eine bevorzugte Zusammensetzung der Legierung dargestellt ist, die nach dem bekannten Sinterverfahren gesintert wird.

Die metallische Matrix der Legierung besteht aus 2,8 Gew.% Molybdän, 13,3 Gew.% Nickel, 1,9 Gew.% Mangan, 17,0 Gew.% Chrom, 1,0 Gew.% Silicium, 0,9 Gew.% Phosphor, 9,5 Gew.% Kupfer, 1,0 Gew.% Niob, 1,0 Gew.% Stickstoff, 0,9 Gew.% Sauerstoff sowie Eisenpulver als Rest.

Dieses Gemisch wird nach einer betriebsinternen Verarbeitungsmethode zu einem Gemisch mit homogener Verteilung gemischt.

Die hergestellte homogene Matrix der Legierung wird, wie bekannt, unter Druck in Gesenken gepreßt und nach den allgemeinen bekannten Verfahrensschritten des Sinterverfahrens im Vakuum gesintert. Bevorzugt wird das Gemisch Für ca. 15 min auf ca. 300°C vorgeheizt. Danach auf ca. 350°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur für ca. 15 min gehalten und anschließend auf die Sintertemperatur von 1150°C aufgeheizt und Für ca. 2 h auf der Sintertemperatur gehalten.

Im Fall, daß ein metallischer Schmierstoff oder metallischer Schmierstoffbestandteil, wie Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid, in der Matrix vorliegt, wird vor dem Aufheizen auf Sintertemperatur zusätzlich auf ca. 600°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur ca. 60 min gehalten, um den Schwefelanteil aus dem metallischen Schmierstoff auszugasen.

Nach Ablauf der Haltezeit auf der Sintertemperatur erfolgt anschließend ein Entspannungsglühen bei ca. 630°C für ca. 2 h. Nach dem Entspannungsglühen wird dann die Legierung langsam abgekühlt, wobei die Abkühlung pro Stunde nicht größer sein sollte als 100°C.

Die gesinterten Rohrlinge werden dann mit den an sich üblichen mechanischen Bearbeitungsverfahren entsprechend ihres Bestimmungszwecks weiterbearbeitet.

Claims

Werkstoff mit selbstschmierenden Eigenschaften, insbesondere für Gleitlager, mit einer auf Eisen-Basis gesinterten Legierung mit Zusätzen von Chrom, Nickel, Kupfer und Festschmierstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung Anteile von Molybdän, Mangan, Silicium, Phosphor und Niob enthält.
Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesinterte Legierung aus 2,6 bis 3 Gew.% Molybdän, 12,2 bis 14,5 Gew.%, Nickel, 1,7 bis 2,0 Gew.% Mangan, 13 bis 18 Gew.% Chrom, 0,8 bis 1,1 Gew.% Silicium, 0,8 bis 1,1 Gew.% Phosphor, 8,5 bis 10,5 Gew.% Kupfer, 0,8 bis 1,1 Gew.% Niob, 9 bis 11 Gew.% Festschmierstoff und Eisen als Rest besteht.
Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Festschmierstoff ein elektrolytischer Graphit und/oder ein metallischer Schmierstoff ist.
Werkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Schmierstoff Molybdändisulfid oder Wolframdisulfid ist.
Werkstoff nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen von elektrolytischem Graphit und metallischem Schmierstoff der elektrolytische Graphitanteil mindestens um das zweifache größer als Anteil des metallischen Schmierstoffs ist.