DE1201563B

DE1201563B - Verwendung einer Aluminiumlegierung als Werkstoff fuer Gleitlager, insbesondere fuer Lagerbuechsen

Info

Publication number: DE1201563B
Application number: DEV6628A
Authority: DE
Inventors: Dr Eugen Vaders
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-12-11
Filing date: 1953-12-11
Publication date: 1965-09-23

Description

Verwendung einer Aluminiumlegierung als Werkstoff für Gleitlager, insbesondere für Lagerbüchsen Aluminium - Lagerlegierungen wurden bereits während des ersten Weltkrieges entwickelt. Die Eigenschaften dieser Legierungen waren jedoch wenig befriedigend, da es zunächst nicht gelang, die Hauptforderungen, die an ein Lagermetall gestellt werden müssen, nämlich ausreichende Gleit- und Notlaufeigenschaften, zu erfüllen. In späterer Zeit entstanden wesentlich brauchbarere Legierungen, bis man im Laufe des zweiten Weltkrieges sogar Aluminium-Lagerlegierungen in Flugmotoren verwenden konnte.
Trotzdem sind die heutigen Aluminium-Lagerlegierungen nicht in jeder Beziehung anderen Lagerlegierungen gleichwertig, was in erster Linie auf die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Eisen oder Stahl einerseits und von Aluminium andererseits zurückzuführen ist. Man mußte nämlich die Erfahrung machen, daß Lagerbüchsen aus Aluminiumlegierungen, die in Stahlgehäuse eingepreßt wurden, eine bei Kupferlegierungen ständig geübte Maßnahme, bei Überschreitung einer gewissen Betriebstemperatur nicht mehr fest im Gehäuse saßen. Diese Erscheinung beruht auf derDifferenz derAusdehnungskoeffizienten. Die Büchsen aus einer Aluminiumlegierung werden durch das sie umgebende Stahlgehäuse bei der Erwärmung an der Ausdehnung gehindert und zusammengestaucht, so daß sie nach dem Erkalten infolge der stärkeren Kontraktion der Aluminiumlegierung gegenüber dem Stahl lose im Gehäuse sitzt.
Es wurde gefunden, daß die geschilderten Schwierigkeiten nicht auftreten, wenn man zur Herstellung von Büchsen eine Legierung, bestehend aus über 10 bis 25 % Silizium, über 1 bis 15 % Antimon, Rest Aluminium, verwendet. Lagerbüchsen aus dieser Legierung, die in ein Stahlgehäuse eingepreßt waren, saßen auch nach Erwärmen auf 100°C und mehr noch fest. Siliziumhaltige Aluminium-Lagerlegierungen sind an sich bekannt; jedoch haben diese bekannten Legierungen nur bis zu 3 % Silizium und besitzen daher nicht die Stauchfestigkeit der Legierungen, die nach der Erfindung verwendet werden sollen. Diese Stauchfestigkeit wird durch die Verwendung von Legierungen weiter verbessert, die neben Silizium und Antimon noch 1 bis 10 % Kupfer, Nickel oder Kobalt oder 0,5 bis 100% Mangan oder 0,5 bis 5% Eisen einzeln oder zu mehreren, Rest Aluminium, enthalten. Wenn diese Metalle in zweckmäßiger Menge und Zusammenstellung in der Aluminium-Legierung vorhanden sind, härten sie das Aluminium in genügender Weise, um widerstandsfähig gegen eine Stauchbeanspruchung bei der Erwärmung zu sein. Auch harte Aluminium-Lagerlegierungen ohne Silizium sind bekannt. Sie besitzen zwar gute Gleiteigenschaften, verursachen aber bei Überbelastung des Lagers, besonders bei ungehärteten Lagerwellen, Riefenbildung und zeigen sich gegen Kantenpressung sehr empfindlich. Die Ursache hierfür sind harte primär ausgeschiedene Kristalle, wie bei den Aluminium-Silizium-Legierungen, oder intermetallische Verbindungen.
Um diese nachteiligen Eigenschaften zu beseitigen, setzt man den harten Aluminium-Lagerlegierungen solche Metalle zu, die sich nicht oder nur in Form wenig beständiger intermetallischer Verbindungen mit dem Aluminium legieren wie das schon genannte Antimon oder Blei, Wismut, Kadmium, Kalzium und Zinn. Man erhält auf diese Weise Aluminium-Lagerlegierungen, die einesteils genügend warmfest sind, um einer Stauchbeanspruchung auch bei erhöhter Temperatur zu widerstehen, andererseits so gute Gleiteigenschaften besitzen, daß auch bei ungehärteten Wellen eine Riefenbildung vermieden und eine gewisse Unempfindlichkeit gegen Kantenpressung erreicht wird.
Die Anteile der Zusatzmetalle sollen betragen 0,2 bis 501, Blei, Wismut, Kadmium oder Kalzium oder 0,2 bis 100/, Zinn.

Ferner können die zu verwendenden Legierungen noch 0,5 bis 300/, Zink und/oder 0,1 bis 101)/, Magnesium enthalten. Der Aluminiumgehalt ist bei allen Legierungen größer als 5001, Nach der vorstehenden Vorschrift zusammengesetzte Legierungen wurden auf einem Lagerprüfstand mit bekannten Lagerlegierungen auf Kupferbasis verglichen. Hierbei ergaben sich die in nachstehender Tabelle enthaltenen Höchstwerte der Belastbarkeit. Die Versuche wurden unter Preßölschmierung bei einer Umfangsgeschwindigkeit von v = 2,6 m/s durchgeführt.

Cu Sn Pb Höchst-
belastbarkeit
% % % in kg/CM2
86 14 530
80 10 10 650
Al Si Sb Cu Pb
% % % % %
85,5 7,5 - 2 5 351
421
79 13 5 2 1 746
72 20 5 3 - 730
bei ungehärteter Welle 675

Aus der Tabelle ergibt sich demnach, daß die hochsilizium- und antimonhaltigen Legierungen nicht nur den antimonfreien und siliziumarmen Legierungen weit überlegen sind, sondern daß ihre Belastbarkeit auch über derjenigen bekannter und viel verwendeter Kupferlegierungen liegt.

Was weiter den Vergleich der Aluminium-Silizium-Legierungen nach der Erfindung mit Aluminium-Kupfer-Legierungen als Lagermetalle angeht, so wird noch auf das Buch von R. K ü h n e 1, »Werkstoffe für Gleitlager«, Berlin, 1952, S.176, A b b.126, verwiesen, in der für eine Aluminium-Kupfer-Legierung mit 5 % Kupfer eine Höchstbelastbarkeit von 120 kg/ cm 2 bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 7,22 m/s angegeben ist. Mit Legierungen nach der Erfindung wurden Gleitlager-Laufversuche mit einer Geschwindigkeit von 2,6 m/s durchgeführt. Drückt man den bei der Aluminium-Kupfer-Legierung erreichten Wert durch das Produkt p ₧ v aus und teilt dieses Produkt durch 2,6, so erhält man für die Belastbarkeit einen Wert von etwa 330kg/CM². Mit den Aluminiumlegierungen nach der Erfindung wurde dagegen, wie aus der oben angeführten Tabelle hervorgeht, mehr als der doppelte Wert erhalten, was ihre Überlegenheit über bekannte Aluminium-Kupfer-Legierungen beweist.

Beispiele von Legierungen, die vorzugsweise verwendet werden sollen, enthält nachstehende Tabelle.

si Sb Cu Ni Mn Pb Sn Zn Al

% % % % % % % % %

über 10 bis 20 über 1 bis 15 1 bis 10 1 bis 10 1 bis 10 0,2 bis 5 0,5 bis 10 0,5 bis 30 Rest über 50 %

über 10 bis 20 über 1 bis 15 1 bis 10 - - 0,2 bis 5 - Rest über 50 %

über 10 bis 20 über 1 bis 15 1 bis 10 - - - 0,5 bis 10 - Rest über 50 %

über 10 bis 20 über 1 bis 15 1 bis 10 - - - - 0,5 bis 30 Rest über 50 %

über 10 bis 20 über 1 bis 15 - - - 0,2 bis 5 0,5 bis 10 0,5 bis 30 Rest über 50%

über 10 bis 20 über 1 bis 15 - - - 0,2 bis 5 - - Rest über 50 %

über 10 bis 20 über 1 bis 15 - - - - 0,5 bis 10 - Rest über 50 %

über 10 bis 20 über 1 bis 15 - - - - - 1 0,5 bis 30 Rest über 50 %

über 10 bis 20 über 1 bis 15 - 1 bis 10 - Pb, Sn und Zn wie oben Rest über 50 %

über 10 bis 20 über 1 bis 15 - - 1 bis 10 Pb, Sn und Zu wie oben Rest über 50 %

über 10 bis 20 über 1 bis 15 - 1 bis 10 1 bis 10 Pb, Sn und Zu wie oben Rest über 50 %

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung einer Aluminiumlegierung als Werkstoff für Gleitlager alter Art, insbesondere für Lagerbüchsen, die stauchfest sein müssen, bestehend aus über 10 bis 25 % Silizium, über 1 bis 15 % Antimon, Rest Aluminium.
2. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 mit einem oder mehreren der weiteren Zusätze 1 bis 10 % Kupfer, 1 bis 10 % Nickel, 1 bis 10 % Kobalt, Rest über 50 % Aluminium für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
3. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach Ansprüchen 1 oder 2 und weiteren Zusätzen von 0,5 bis 10 % Mangan und/oder 0,5 bis 5 % Eisen, Rest über 50 % Aluminium für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
4. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem weiteren Zusatz eines oder mehrerer der Metalle Blei, Wismut, Kadmium, Kalzium mit je 0,2 bis 5 % oder Zinn mit 0,2 bis 10 % Rest über 50 % Aluminium für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
5. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 und einem weiteren Zusatz von 0,5 bis 30 % Zink und/oder 0,1 bis 10 % Magnesium, Rest über 50 % Aluminium für den im Anspruch 1 genannten Zweck. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 755 300; französische Patentschriften Nr. 812 438, 830 798; USA.-Patentschriften Nr. 2 075 517, 2 215 443, 2 215 444, 2 215 445; Metall, Bd. 6 (1952), S. 291, 292; R. K ü h n e 1, Werkstoffe für Gleitlager, 2. Auflage, 1952, S. 179, 180, 198, 199; H. H anemann und A. S chrader, Ternäre Legierungen des Aluminiums, Atlas Metallographicus, Bd. 111, Teil 2 (1952), S. 150.