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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aluminiumbasierte Lagerlegierung, welche Si enthält.
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Hintergrund
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Eine aluminiumbasierte Lagerlegierung, wie zum Beispiel eine Al-Sn-Lagerlegierung, welche in etwa 20 Gew.-% Sn enthält, und eine Al-Sn-Si-Lagerlegierung, welche in etwa 10 Gew.-% Sn und 3 Gew.-% Si enthält, werden in Gleitlagern für Automobile und industrielle Maschinen im Allgemeinen verwendet. Die aluminiumbasierte Lagerlegierung wird, wenn sie als ein Gleitlager verwendet wird, normalerweise mit einer Rückseite aus Metall verbunden, welche aus einem Stahlblech hergestellt ist. Das Si, welches in der aluminiumbasierten Lagerlegierung enthalten ist, ist ein hartes Partikel und schleift somit die Vorsprünge von der Gegenwelle ab, wenn es mit der Gegenwelle in Kontakt gelangt (Läppeffekt). Da das harte Partikel des Weiteren eine maßgebliche Rolle beim Kontaktieren der Gegenwelle spielt, wird es für die Al-Matrix schwierig, abgeschliffen zu werden, wobei dadurch die Abnutzungswiderstandsfähigkeit verbessert wird.
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Neuere Motoren von Kraftfahrzeugen sind konstruiert, einen Start-Stopp-Zyklus auf einer häufigen Basis zu durchlaufen, zum Zweck einer besseren Laufleistung bzw. eines geringeren Benzinverbrauchs. Gehäuse, wie zum Beispiel Verbindungsstangen, in welche Gleitlager montiert werden, werden des Weiteren im Gewicht immer leichter. Das Verdünnen, welches ein üblicher Ansatz für das Erhalten eines leichteren Gehäuses ist, reduziert die Festigkeit des Gehäuses und macht das Gehäuse anfällig für eine Verformung. Somit kann sich ein Gehäuse leicht durch Kräfte, wie zum Beispiel die dynamische Last der Gegenwelle, verformen. Als ein Ergebnis wird auch die aluminiumbasierte Lagerlegierung (Gleitlager), welche die Gegenwelle trägt, anfällig für eine Verformung und folglich anfällig für Ermüdungserscheinungen.
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Eine mögliche Lösung wird im Patentdokument 1 vorgeschlagen, welches eine aluminiumbasierte Lagerlegierung lehrt, welche Si derart enthält, dass kleine Si-Partikel und große Si-Partikel in einem geeigneten Verhältnis gemischt sind, um eine Verbesserung sowohl in der Abnutzungswiderstandsfähigkeit als auch in der Ermüdungswiderstandsfähigkeit zu erreichen.
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Stand der Technik
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: JP 2003-119530 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Zu lösende Probleme
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Es müssen weitere Verbesserungen in der Abnutzungswiderstandsfähigkeit und der Ermüdungswiderstandsfähigkeit gesucht werden, um den heutigen rigorosen Gebrauchsumgebungen standzuhalten.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf dem oben beschriebenen Hintergrund, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine aluminiumbasierte Lagerlegierung mit weiteren Verbesserungen in der Abnutzungswiderstandsfähigkeit und der Ermüdungswiderstandsfähigkeit bereitzustellen.
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Mittel zur Lösung des Problems
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Beim Durchführen einer Untersuchung basierend auf einer aluminiumbasierten Lagerlegierung, welche 1 bis 15 Gew.-% Si enthält, konzentrierten sich die Erfinder auf das Verhältnis zwischen der Größe der Si-Partikel und dem Abstand zwischen den benachbarten Si-Partikeln. Als sie ihre Analyse fortsetzten, gelangten sie zu einem Schluss, dass die Größe der Si-Partikel und der Abstand zwischen den benachbarten Si-Partikeln eng mit der Abnutzungswiderstandsfähigkeit und der Ermüdungswiderstandsfähigkeit verbunden sind, was zu der vorliegenden Erfindung führt.
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Die aluminiumbasierte Lagerlegierung nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung umfasst 1 bis 15 Gew.-% Si, wobei ein Durchschnittswert von A/a größer ist als 1 und gleich ist zu oder geringer ist als 4, wobei A einen Abstand zwischen benachbarten Si-Partikeln bedeutet, welche sich auf einer Gleitseitenoberfläche befinden, und a eine Länge einer Hauptachse der Si-Partikel bedeutet.
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Im Nachfolgenden ist beschrieben, wie A/a, das oben erwähnt ist, erhalten wird. In der Zusammenfassung wird das Bild der Si-enthaltenden aluminiumbasierten Lagerlegierungsstruktur auf der Gleitseitenoberfläche aufgenommen, und das aufgenommene Bild wird einer Softwareanalyse unterzogen, um die geforderten Parameter zu erhalten.
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Die 1 ist ein Bild, welches durch die Analyse erzeugt wurde, das die idealisierte Verteilung der Si-Partikel 1 zeigt. Die Linien, welche zwischen den benachbarten Si-Partikeln 1 gezogen sind, sind Voronoi-Grenzen. Die Länge a der Hauptachse des Si-Partikels 1, das in der 1 gezeigt ist, wird als die längere Seite eines umschreibenden Vierecks angenommen, welches das Si-Partikel 1 umgibt. Sodann wird ein Abstand A zwischen den Gravitationszentren der benachbarten Si-Partikel 1 durch die Länge a von der Hauptachse des Si-Partikels 1 geteilt. Dies wird für jedes Si-Partikel 1 innerhalb eines gegebenen Beobachtungsbereichs wiederholt, um den Durchschnittswert A/a zu erhalten.
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Wenn der Durchschnittswert von A/a größer ist als 1 und gleich ist zu oder geringer ist als 4, wird eine Beurteilung ausgeführt, dass die Si-Partikel 1 gleichmäßig mit einem geeigneten Abstand innerhalb der Al-Matrix verteilt sind. Bei solch einer gleichmäßigen Verteilung wird erwartet, dass das Si-Partikel 1 einen Läppeffekt ausübt und eine Abnutzungswiderstandsfähigkeit sowie eine Ermüdungswiderstandsfähigkeit aufweist, was Eigenschaften eines harten Partikels sind, welches die Si-Partikel 1 inhärent besitzen.
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Wenn der Durchschnittswert von A/a größer ist als 4, nimmt die Al-Matrix einen relativ größeren Prozentsatz der Struktur ein und vermindert somit den Läppeffekt und insbesondere die Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung. Wenn im Gegensatz dazu der Durchschnittswert von A/a gleich ist zu oder geringer ist als 1, nimmt die Al-Matrix einen vergleichsweise geringeren Prozentsatz der Struktur ein, und somit wird die Duktilität, welche bei einer Lagerlegierung erforderlich ist, vermindert, was eine plötzliche und bedeutende Verringerung der Formanpassungsfähigkeit und eine Verminderung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Ermüdung verursacht.
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Die aluminiumbasierte Lagerlegierung der vorliegenden Erfindung wird wie folgt hergestellt.
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Als erstes wird ein Material aus Al, Si und erforderlichen Zusätzen in eine Rohlingsplatte einer aluminiumbasierten Lagerlegierung unter üblicherweise Verwenden einer kontinuierlichen Formgebungseinrichtung geformt. Der Rohling wird dann wiederholt auf eine vorherbestimmte Dicke gewalzt. Der Rohling wird zumindest zwei Mal bei einer hohen Walzreduzierung gewalzt. Noch genauer wird das erste Walzen bei einer Walzreduzierung in einem Bereich von 40 bis 80% ausgeführt. Das zweite Walzen wird bei einer Walzreduzierung in einem Bereich von 30 bis 70% ausgeführt. Die Walzreduzierung der (n + 1)ten Walzung ist vorzugsweise geringer als die Walzreduzierung der n-ten Walzung. Durch das Walzen der aluminiumbasierten Legierung zwei Mal oder mehr bei einer hohen Walzreduzierung werden die Kristallkörner innerhalb der Al-Matrix, welche als die Ursprungsphase der aluminiumbasierten Lagerlegierung dient, zerstört. Die Zerstörung der Kristallkörner wird als ein Zustand definiert, in welchem die Kristallkorngrenzen von Al übermäßig dicht sind und somit nicht voneinander in einer Querschnittsprobe der Struktur unterschieden werden können, welche durch ein Ätzverfahren erhalten wird. Wenn das Walzen in einem Ausmaß ausgeführt wird, dass die Kristallkörner zerstört werden, kann angenommen werden, dass dies die Si-Partikel dazu gebracht hat, innerhalb der Al-Matrix gleichmäßig verteilt zu sein.
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Sodann wird das Al durch eine Wärmebehandlung wieder kristallisiert. Es wird somit angenommen, dass die Si-Partikel innerhalb der Al-Matrix so gleichmäßig als möglich verteilt sind und dass die Si-Partikel in einer geeigneten Form geformt sind.
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Bei der Al-basierten Lagerlegierung nach Anspruch 2 der vorliegenden Erfindung ist ein durchschnittliches Seitenverhältnis (engl.: average aspect ratio) der Si-Partikel, welche sich auf der Gleitseitenoberfläche befinden, gleich zu oder größer als 1 und gleich zu oder geringer als 2,5.
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Das Seitenverhältnis der Si-Partikel wird durch ein Teilen der längeren Seite (Hauptachse) des umgebenden Vierecks des Si-Partikels 1, welches in der 1 gezeigt ist, durch die kürzere Seite (Nebenachse) gegeben. Das Si-Partikel nähert sich einem Kreis oder einem Quadrat an, wenn sich das Seitenverhältnis 1 annähert, und das Si-Partikel wird mehr und mehr länglich, wenn das Seitenverhältnis größer wird.
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Die Form des Si-Partikels steht in engem Zusammenhang mit der Ermüdungswiderstandsfähigkeit der Lagerlegierung. Das Seitenverhältnis bzw. Streckungsverhältnis des Si-Partikels gibt den Grad einer Anisotropie in der Form des Si-Partikels an. Das Si-Partikel mit einem großen Seitenverhältnis weist einen relativ größeren Grad einer Anisotropie in seiner Form auf und wird bevorzugt einer Kraft ausgesetzt. Si-Partikel mit einem relativ größeren Grad einer Anisotropie machen somit die Lagerlegierung anfällig für eine Verformung und tendieren daher zu einem Vermindern der Ermüdungswiderstandsfähigkeit der Lagerlegierung. Das durchschnittliche Seitenverhältnis der Si-Partikel ist bevorzugt 1 oder mehr und 2,5 oder geringer.
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Die aluminiumbasierte Lagerlegierung der vorliegenden Erfindung kann durch ein Wiederholen des Walzens des Rohlings hergestellt werden, zum Erhalten der vorherbestimmten Dicke durch ein Ausführen des ersten Walzens bei einer Walzreduzierung von 50 bis 70% und des zweiten Walzens bei einer Walzreduzierung von 40 bis 60%. Die (n + 1)-te Walzung ist vorzugsweise um 10% geringer als die Walzreduzierung der n-ten Walzung. Wenn die Walzreduzierung der n-ten Walzung zum Beispiel 60% ist, ist die Walzreduzierung der (n + 1)-ten Walzung auf 50% einzustellen.
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Gemäß Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung sind ein gegebenes spezifisches Si-Partikel, welches sich auf der Gleitseitenoberfläche befindet, und ein nähestes Si-Partikel benachbart zu dem spezifischen Partikel in der Dickenrichtung voneinander derart beabstandet, dass das näheste Si-Partikel sich innerhalb eines Radius r befindet, welcher von einem Gravitationszentrum des spezifischen Si-Partikels genommen wird und gegeben ist durch: r = B × (A/a) (μm)
a/2 < B < 20 wobei A einen Abstand von dem spezifischen Partikel zu dem benachbarten Si-Partikel auf der Gleitseitenoberfläche bedeutet und a eine Länge einer Hauptachse des spezifischen Si-Partikels bedeutet.
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Dies wird unter Bezugnahme auf das in der 2 gezeigte Bild erläutert werden. Die Richtung, welche durch D angegeben ist, bezeichnet die Richtung der Dicke. Die Verteilung der Si-Partikel 11, 12, 13 und 14 auf der Oberfläche 10 der Gleitseite und der Abstand zu den nähesten benachbarten Si-Partikeln 21, 22 und 23 in der Dickenrichtung sind mit der Abnutzungswiderstandsfähigkeit eng verbunden. Noch genauer wird, wenn der Abstand von gegebenen spezifischen Si-Partikeln 11, 12, 13 und 14 zu ihren nähesten benachbarten Si-Partikeln in der Dickenrichtung gleich ist zu oder größer ist als ein vorherbestimmter Abstand, die Abnutzungswiderstandsfähigkeit weiter verbessert. Wenn im Gegensatz dazu der Abstand von jedem von den gegebenen spezifischen Si-Partikeln 11, 12, 13 und 14 zu ihren nähesten benachbarten Si-Partikeln 21, 22 und 23 zu weit ist, tendiert die Abnutzungswiderstandsfähigkeit dazu, verringert zu werden. Somit wurden die Si-Partikel 21, 22 und 23, welche sich jeweils in der nähesten Nähe der Dickenrichtung zu den gegebenen spezifischen Si-Partikeln 11, 12, 13 und 14 befinden, innerhalb eines Bereichs 30 positioniert, der durch einen vorherbestimmten Radius r definiert ist, welcher von jedem von den gegebenen spezifischen Si-Partikeln 11, 12, 13 und 14 gemessen wird. Als ein Ergebnis kann eine Zerstörung des Materials verhindert werden, während die Zunahme der Abnutzung verringert wird.
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Jedes der nähesten benachbarten Si-Partikel 21, 22 und 23 muss nicht vollständig innerhalb des Bereichs 30 liegen, sondern kann teilweise innerhalb des Bereichs 30 sein, der durch den Radius r definiert ist, welcher von den spezifischen Partikeln 11, 12 und 14 gemessen wird.
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Die Verteilung der Si-Partikel in der Dickenrichtung kann wie folgt gesteuert werden.
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Der hergestellte Rohling wird zumindest zwei Mal gewalzt. Noch genauer wird das erste Walzen bei einer Walzreduzierung im Bereich von 40 bis 80% und vorzugsweise von 50 bis 70% ausgeführt. Das zweite Walzen wird vorzugsweise bei der Walzreduzierung ausgeführt, welche 60 bis 95% der Walzreduzierung beträgt, die bei dem ersten Walzen eingesetzt wird. Die Kristallkörner der Al-Matrix innerhalb der aluminiumbasierten Legierung wird somit zerstört, um die Positionierung der Si-Partikel, welche benachbart zueinander in der Dickenrichtung sind, zu steuern. Die (n + 1)-te Walzung wird bei der Walzreduzierung ausgeführt, welche 60 bis 95% von der Walzreduzierung beträgt, die bei der n-ten Walzung eingesetzt wird.
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Der Koeffizient B wurde definiert, größer zu sein als a/2 und gleich zu oder niedriger zu sein als 20, jedoch wird für die Erleichterung der Messung der Wert von a, welcher erforderlich ist zum Spezifizieren des Wertes a/2, auf den durchschnittlichen Wert eingestellt, welcher von jeder der Längen a der Hauptachse innerhalb des vorherbestimmten Bereichs einer Untersuchung erhalten wird.
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Das näheste benachbarte Si-Partikel liegt vorzugsweise in dem Bereich, welcher durch 2a/3 ≤ r ≤ 15 × (A/a) umgeben wird im Hinblick auf ein Verbessern der Abnutzungswiderstandsfähigkeit und der Ermüdungswiderstandsfähigkeit. Der Wert von a zum Spezifizieren des Wertes von 2a/3 wird auf den durchschnittlichen Wert, welcher von jeder Länge a der Hauptachse innerhalb des vorherbestimmten Bereichs einer Beobachtung erhalten wird, eingestellt.
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Des Weiteren ist der Radius r zum Definieren des Bereichs 30 vorzugsweise gleich zu oder größer als 2 μm und gleich zu oder geringer als 50 μm aus Sicht der Herstellung.
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Weiterhin ist der Gravitationsabstand zwischen einem gegebenen spezifischen Si-Partikel und dem nähesten benachbarten Si-Partikel, welcher 5 μm oder größer ist, bevorzugt im Hinblick auf die Ermüdungswiderstandsfähigkeit, und welcher 30 μm oder weniger ist, ist bevorzugt im Hinblick auf die Abnutzungswiderstandsfähigkeit.
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Die aluminiumbasierte Lagerlegierung nach Anspruch 4 der vorliegenden Erfindung umfasst eines oder mehrere von:
- (1) insgesamt 0,1 bis 7 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen, welche ausgewählt sind aus der Gruppe von Cu, Zn und Mg;
- (2) insgesamt 0,01 bis 3 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen, welche ausgewählt sind aus der Gruppe von Mn, V, Mo, Cr, Co, Fe, Ni, W; und
- (3) insgesamt 0,01 bis 2 Gew.-% von einem oder mehreren Elementen, welche ausgewählt sind aus der Gruppe von B, Ti und Zr.
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Die Komponenten (1) bis (3) sind auf die oben beschriebene Zusammensetzung beschränkt, basierend auf der nachfolgenden Begründung.
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Die ausgewählten Elemente (Cu, Zn, Mg), welche in (1) vorhanden sind, sind Zusatzelemente zum Verbessern der Festigkeit der Al-Matrix und können zwangsweise durch Mischkristall in die Al-Matrix eingebracht werden durch eine Lösungswärmebehandlung, und es kann ihnen erlaubt werden, feine Stoffe durch Alter auszuscheiden. Dieser Effekt kann in einem Umfang von weniger als 0,1 Gew.-% nicht erwartet werden und wird umfangreiche Stoffe in dem Umfang von größer als 7 Gew.-% erzeugen. Der gesamte Inhalt liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 6 Gew.-%.
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Die gewählten Elemente (Mn, V, Mo, Cr, Co, Fe, Ni, W), welche in (2) gegeben sind, sind Zusatzelemente zum Verbessern der Ermüdungswiderstandsfähigkeit und können alleine durch Mischkristall in die Al-Matrix eingebracht werden oder können als ein zwischenmetallischer Multielementstoff kristallisiert werden. Dieser Effekt kann im Umfang von weniger als 0,01 Gew.-% nicht erwartet werden. Im Hinblick auf die Formanpassungsfähigkeit, welche bei einer Lagerlegierung erforderlich ist, ist der Inhalt von 3 Gew.-% oder weniger bevorzugt. Der Inhalt liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,02 bis 2 Gew.-%.
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Die ausgewählten Elemente (B, Ti, Zr), welche in (3) gegeben sind, tragen nicht zur Erzeugung von zwischenmetallischen Stoffen vom Typ Al-Si-Fe bei, sondern werden durch Mischkristall in die Al-Matrix eingebracht zum Verbessern der Ermüdungsfestigkeit der Lagerlegierung. Dieser Effekt kann nicht in dem Umfang von weniger als 0,01 Gew.-% erwartet werden. Im Hinblick auf die Sprödigkeit, welche bei einer Lagerlegierung erforderlich ist, ist der Inhalt vorzugsweise 2 Gew.-% oder weniger. Der Inhalt liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 0,02 bis 0,5 Gew.-%.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ein Bild der Analyse basierend auf einer idealisierten Verteilung von Si-Partikeln;
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2 ein Bild der Analyse basierend auf einer idealisierten Verteilung von Si-Partikeln, betrachtet in dem Querschnitt entlang der Dickenrichtung;
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3 eine Seitenansicht, welche schematisch den Walzschritt darstellt;
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4 ein Diagramm, welches die Bedingungen des Abnutzungstests angibt;
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5 ein Diagramm, welches die Bedingungen des Ermüdungstests angibt; und
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6 ein Diagramm, welches die Testergebnisse von BEISPIELEN und VERGLEICHSBEISPIELEN angibt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Zum Überprüfen der Wirkung der aluminiumbasierten Lagerlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung wurden Proben von Gleitlagern (BEISPIELE und VERGLEICHSBEISPIELE) unter Verwenden der aluminiumbasierten Lagerlegierung, welche Si enthält, vorbereitet, und an ihnen wurden ein Abnutzungstest und ein Ermüdungstest ausgeführt.
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Ein Verfahren zur Herstellung von BEISPIELEN wird unten beschrieben. Als erstes wurde ein Rohling aus einer aluminiumbasierten Lagerlegierung, welche Si enthält, mit einer kontinuierlichen Formgebungseinrichtung geformt. Noch genauer wurde unter Verwenden der Zusammensetzung, welche in dem Diagramm der 6 gezeigt ist, als ein Lösungsmaterial für das Herstellen der aluminiumbasierten Lagerlegierung ein Blechrohling aus einer aluminiumbasierten Legierung erhalten, welcher in etwa 15 mm dick war.
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Sodann wurde der Rohling mehrere Male auf eine vorherbestimmte Dicke (zum Beispiel 1 mm) kalt gewalzt, um ein dünnes Blech einer aluminiumbasierten Lagerlegierung zu erhalten. Der Walzschritt wird ausgeführt unter einem Hindurchgehenlassen des Blechrohlings 111 zwischen einem Paar von oberen und unteren Walzen 112 und 113 während eines Anlegens eines Drucks mit den drehenden Walzen 112 und 113, wie es in der 3 gezeigt ist. Um das Kristallkorn der Al-Matrix, welche als die Ursprungsphase der aluminiumbasierten Legierung dient, zu zerstören, walzt die vorliegende Ausführungsform den Rohling 111 zumindest zwei Mal bei einer hohen Walzreduzierung. Die Walzreduzierung der ersten Walzung wird in etwa auf 70% eingestellt, und die Walzreduzierung der zweiten Walzung wird in etwa auf 50%, leicht niedriger als der ersten Walzung, eingestellt.
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Die erhaltene aluminiumbasierte Lagerlegierung wurde dann durch Walzen bzw. Plattieren mit einem Stahlblech verbunden, welches das metallische Rückteil bildet, um das lagerbildende Blech zu erhalten. Vor dem Verbinden mittels Walzen der aluminiumbasierten Lagerlegierung kann die Verbindungsoberfläche des Stahlblechs auf eine maximale Höhe der Oberflächenrauigkeit gesteuert werden, welche im Bereich von 5 bis 40 μm liegt, für eine Verbesserung der Verbindung. Ein Ausglühen bzw. eine Temperung wird nach dem Verbinden mittels Walzen ausgeführt für eine Verbesserung der Verbindung und eine Eliminierung von Spannungen. Sodann wird das erhaltene Blech, welches das Lager bildet, in eine halbzylindrische Form bearbeitet, um ein halbzylindrisches Lager zu erhalten, welches als BEISPIELE dient.
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Das Verfahren eines Herstellens von VERGLEICHSBEISPIELEN unterscheidet sich von dem Verfahren eines Herstellens der BEISPIELE in folgender Hinsicht: Nach der Bildung des 15-mm-Rohlings aus aluminiumbasierter Legierung mit der kontinuierlichen Formgebungseinrichtung unter Verwenden der Materialien ähnlich zu denjenigen der BEISPIELE wird der Rohling wiederholt in dem Walzschritt auf die vorherbestimmte Dicke (1 mm) gewalzt, und in diesem Fall wird die maximale Walzreduzierung auf 25% oder weniger, als es in konventioneller Weise der Fall war, eingestellt. Die erhaltene aluminiumbasierte Lagerlegierung wurde dann durch Walzen bzw. Plattieren mit einem Stahlblech verbunden, welches die metallische Rückseite bildet, um das das Lager bildende Blech zu erhalten, wie es für die BEISPIELE gemacht wurde, um das das Lager bildende Blech herzustellen. Ein Ausglühen bzw. eine Temperung wird nach dem Verbinden mittels Walzen ausgeführt für eine Verbesserung der Verbindung und eine Eliminierung von Spannungen. Das erhaltene das Lager bildende Blech wird dann in eine halbzylindrische Form bearbeitet, um ein halbzylindrisches Lager zu erhalten, welches als die VERGLEICHSBEISPIELE dient.
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Unter Verwenden eines optischen Mikroskops wurden Bilder von der aluminiumbasierten Lagerlegierungsstruktur auf der Gleitseitenoberfläche und auf dem Querschnitt der aluminiumbasierten Lagerlegierung entlang der Dickenrichtung aufgenommen. Die aufgenommenen Bilder wurden dann analysiert unter Verwenden einer Analysesoftware (Produktname: Image-Pro Plus (Version 4.5), hergestellt von Planetron, Inc.) zum Erhalten der Messungen einer Länge a der Hauptachse von jedem Si-Partikel und eines Abstands A zwischen den benachbarten Si-Partikeln, auf deren Basis der Durchschnittswert A/a erhalten wurde. Des Weiteren wurden Messungen der Länge der Hauptachse und der Nebenachse für jedes Si-Partikel erhalten, auf deren Basis der Durchschnittswert des Seitenverhältnisses (Hauptachse/Nebenachse) erhalten wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass der Durchschnittswert von A/a des VERGLEICHSBEISPIELS größer als 4 war. Der Durchschnittswert A/a der BEISPIELE war im Gegensatz dazu größer als 1, jedoch gleich zu oder geringer als 4. Die Messungen wurden von einem Beobachtungsbereich von 300 μm × 400 μm erhalten.
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Die BEISPIELE und die VERGLEICHSBEISPIELE wurden des Weiteren durch Tests hinsichtlich der Abnutzung und der Ermüdung überprüft. Die Bedingungen, welche in dem Abnutzungstest eingesetzt wurden, sind in der 4 angegeben, und die Bedingungen, welche in dem Ermüdungstest eingesetzt wurden, sind in der 5 angegeben. In dem Abnutzungstest wurde eine statische Last auf die innere Oberfläche des Lagers angelegt, in welchem Zustand der Start-und-Stopp-Zyklus für eine vorherbestimmte Zeitdauer wiederholt wurde, wonach der Abnutzungsbetrag (μm) gemessen wurde. Die Abnutzungswiderstandsfähigkeit wurde basierend auf den Ergebnissen des Vorangegangenen ausgewertet. Bei dem Ermüdungstest wurde eine dynamische Last auf die innere Oberfläche des Lagers angelegt, und die maximale spezifische Last (MPa), welche tolerierbar ist ohne ein Ermüden innerhalb der vorherbestimmten Testdauer, wurde als die Ermüdungswiderstandsfähigkeit ausgewertet. Die Ergebnisse sind in der 6 angegeben.
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Als erstes wird das BEISPIEL 8 mit dem VERGLEICHSBEISPIEL 1 verglichen, um die Auswirkung von A/a auf die Abnutzungswiderstandsfähigkeit und die Ermüdungswiderstandsfähigkeit zu betrachten. Bei dem BEISPIEL 8 war der Durchschnittswert von A/a A/a = 3,8. Weiterhin zeigte das BEISPIEL 8 eine maximale spezifische Last ohne eine Ermüdung von 80 MPa und einen Abnutzungsbetrag von 18 μm. Bei dem VERGLEICHSBEISPIEL 1 war im Gegensatz dazu der Durchschnittswert von A/a A/a = 4,3. Weiterhin zeigte das VERGLEICHSBEISPIEL 1 eine maximale spezifische Last ohne eine Ermüdung von 60 MPa und einen Abnutzungsbetrag von 25 μm. Aus dem Vergleich von BEISPIEL 8 und VERGLEICHSBEISPIEL 1 kann verstanden werden, dass der Wert für A/a, welcher gleich ist zu oder geringer ist als 4, besser ist im Hinblick auf die Abnutzungswiderstandsfähigkeit und die Ermüdungswiderstandsfähigkeit im Vergleich zu einem Wert A/a, welcher größer als 4 ist. Es wurde nachgewiesen, dass die BEISPIELE 1 bis 8, bei welchen der Durchschnittswert A/a größer ist als 1, jedoch gleich zu oder geringer als 4, eine verbesserte Abnutzungswiderstandsfähigkeit und Ermüdungswiderstandsfähigkeit im Vergleich zu dem VERGLEICHSBEISPIEL 1 haben.
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Als nächstes werden die BEISPIELE 7 und 8 verglichen, um die Auswirkung des Seitenverhältnisses der Si-Partikel auf die Ermüdungswiderstandsfähigkeit zu betrachten. Bei dem BEISPIEL 7 war das Seitenverhältnis des Si-Partikels 2,3. Weiterhin zeigte das BEISPIEL 7 eine maximale spezifische Last ohne eine Ermüdung von 90 MPa. Im Gegensatz dazu war bei dem BEISPIEL 8 das Seitenverhältnis des Si-Partikels 2,6, und die maximale spezifische Last ohne eine Ermüdung war 80 MPa. Aus dem Vergleich von BEISPIEL 7 und BEISPIEL 8 kann verstanden werden, dass das Seitenverhältnis der Si-Partikel, welches gleich ist zu oder geringer ist als 2,5, besser ist im Hinblick auf die Ermüdungswiderstandsfähigkeit im Vergleich zu einem Seitenverhältnis, das größer als 2,5 ist. Es wurde nachgewiesen, dass das Einstellen des Seitenverhältnisses der Si-Partikel auf einen Bereich von 1 bis 2,5 die Ermüdungswiderstandsfähigkeit verbessert.
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Als nächstes werden die BEISPIELE 5 und 6 verglichen, um die Auswirkung der Si-Partikel, welche benachbart zueinander in der Dickenrichtung sind, auf die Abnutzungswiderstandsfähigkeit zu betrachten. Bei dem BEISPIEL 5 war ein Si-Partikel, welches in einer Dickenrichtung benachbart zu einem gegebenen spezifischen Si-Partikel innerhalb der Gleitseitenoberfläche ist und welches innerhalb des Radius r = B × (A/a) angeordnet ist, der von dem gegebenen Si-Partikel gemessen wird, „VORHANDEN”. Bei dem BEISPIEL 5 wurde der Abnutzungsbetrag, der die Abnutzungswiderstandsfähigkeit angibt, mit 12 μm gemessen. Bei dem BEISPIEL 6 hingegen war ein Si-Partikel, welches benachbart in einer Dickenrichtung zu einem gegebenen spezifischen Si-Partikel innerhalb der Gleitseitenoberfläche ist und welches innerhalb des Radius r = B × (A/a), gemessen von dem gegebenen Si-Partikel, angeordnet ist, „ABWESEND”. Bei dem BEISPIEL 6 wurde der Abnutzungsbetrag, welcher die Abnutzungswiderstandsfähigkeit angibt, mit 15 μm gemessen. Aus dem Vergleich von BEISPIEL 5 und BEISPIEL 6 kann verstanden werden, dass Si-Partikel, welche benachbart zueinander in der Dickenrichtung sind, die „VORHANDEN” sind, besser sind im Hinblick auf die Abnutzungswiderstandsfähigkeit im Vergleich zu solchen Si-Partikeln, welche „ABWESEND” sind. Es wurde nachgewiesen, dass das Vorhandensein von Si-Partikeln, welche benachbart zueinander in der Dickenrichtung innerhalb eines Radius r sind, die Abnutzungswiderstandsfähigkeit verbessert.
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Wie es oben beschrieben ist, wurde aus den Ergebnissen des Abnutzungstests und Ermüdungstests nachgewiesen, dass die BEISPIELE im Hinblick auf die Abnutzungswiderstandsfähigkeit und die Ermüdungswiderstandsfähigkeit im Vergleich zu den VERGLEICHSBEISPIELEN besser sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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