DE1252514B

DE1252514B - Verfahren zum Herstellen von Verbundmetallen für Gleitlager

Info

Publication number: DE1252514B
Application number: DENDAT1252514D
Authority: DE
Inventors: Laakirchen Franz Mitterbauer jun. (Österreich)
Original assignee: Franz Mitterbauer, Motorenwerk, Laakirchen (Österreich)
Publication date: 1967-10-19

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES gM PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Im.

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmelde tag:
Auslege lag:

B 23 ρ

Deutsche KIj 491-5

1252514
M50222Ib/491
5. September 1961
19. Oktober 1967

Es ist bekannt. Legierungen auf der Basis von Aluminium als Lagerlcgicrungen zu verwenden. Zur Verbesserung der an jxI» schlechten Nottaufelgenschaftcn des reinen Aluminium! sei» man diesem Zinn nh Hauptkgjeningsbcstandlcü zu. So sind Lc» gierungen mit Zinngehalten von S bis SO % bekannt. Von diesen hochzjnnhaltigcn Legierungen haben sich in der Praxis hauptsächlich solche mit 6 bis 8% Sn und solche mit IS bis 30%Sa bewährt. Damben ist auch der Zusatz anderer weicher Metalle, wie Blei, Cadmium und Wismut, bekannt. Zur Erhöhung der Festigkeit können, wenn erforderlich, solche Legierungen verschiedene Zusätze erhalten, deren fcstigkeitssteigernde Eigenschaften bei Aluminium all· gemein bekannt sind, beispielsweise Kupfer. Silizium, Magnesium, Zink, Mangan und Eisen.

Die Festigkeit von Aluminiumlagertegiefungen reichte aber meistens nicht aus, um den ganzen Lagcrkörpcr aus dieser Legierung herzustellen. Man hat daher, ähnlich wie bei Weißmetallen, den bekannten Weg beschriften, das Lagermetall auf StQtzschalcn aus einem festeren Metall, beispielsweise Stahl, aufzubringen. Während aber bekanntlich StahlstQtzschakn mit dem Weißmetall ausgegossen werden, konnte sich dieses Verfahren bei Aluminiumlasern nur gun/, vereinzelt durchseihen. Bei Berührung des scnmclzrlUssigcn Aluminiums mit dem Stahl bildet sich eine spröde Aluminium-Eisen-Verbindung, die $kh ab störende Zwischenschicht bei der Weiterverarbeitung bemerkbar macht. Außerdem werden die Laufcigerwchaftert des Lagers durch etwa eingelagerte Alumimujttoxvde ungünstig beeinflußt. Nach dem heutigen Stand der Technik scheint es am vorteilhaftesten, wenn die Aluminiumlegierung auf das Stahlblech aufgewalzt wird. Aus den so erhaltenen Alumlniumlcgicrung-Stahl-Verbundblccben werden dann Lager verschiedenster Form hergestellt.

Wegen der bekannten Neigung des Aluminiums zur Oxydation, insbesondere bei erhöhter Temperatur, ist es aber schwierig, eine gute Bindung oder gar ein Verschweißen zwischen den beiden Werkstoffen zu erzielen, so daß die Gefahr besteht, daß sieh die Lagermctailschicht im Betrieb oder sogar bereits bei der Fertigung des Lagers von der Stahlstutzschale ganz oder teilweise abldst. Es sind verschiedene Verfahren bekanntgeworden, die der Lösung des Problems nahekamen. Da aber Aluminiumlagerlcgicrungcn mit Ziruifchalten über 5% verhältnismäßig weich sind, ist deren Plattieren mit dem Stahl durch Zusamincnwalzen schwierig. Beim direkten Aufwalzen der Laufschicht aus der Aluminium-Zinn-Legierung würde ein groflcr Teil des Zinns ausgequetscht werden. Bei gc-

Verfahren zum Herstelle« von Verbundmctallen
für Gleitlager

Anmelder:

Franz Mitlerbauer, Motorenwerk,

Laakirchcn (Österreich)

Vertretet:

Dipl.-Chcm. Dr. H. G. Eggcrt, Patentanwalt,

Köln-Lindenthal. Peter-Kintgeo-Str. 2

Als Erfinder benannt:

Franz Mitterbauer jun., Laakirciicfi (Österreich)

Beanspruchte Priorität:

Österreich vom 9. September I960 (A 6868/60)

ringem spezifischem Walzdruck wird hingegen nur eine ungenügende Bindung erzielt. Man kann eine gute Bindung aber nur dann erreichen, wenn man

s£ weichen Stahl mit der vorher kalt vorgewalzten Lager· legierung plattiert, so daO auch der Stahl gleichzeitig verformt wird. Dieses Verfahren macht jedoch besonders betriebliche Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, so daß es in der Praxis nur beschränkt Anwcn-

]o dung findet.

Erfolgreicher sind |enc Verfahren, bei denen der Stahl zunächst eine dünne Zwischenschicht aus einer Legierung auf Aluminiumbasis erhält, die wesentlich härter ist oder härter gewalzt werden kann als die Alumiiüumlagcrlcgtcrung und die kein Zinn oder nur geringe Mengen Zinn enthalt. Dk Aluminiumbger· legierung wird danach bei wesentlich kleinerem Walzdruck aufgebracht. Dabei hat sich gezeigt, daß die Lagcrlcgkrung auf der artfremden Reinaluminium·

4« oder AluminiumkgterungBzwischcnschlcht gut haftet» sofern darnuf geachtet wird, daO die Aluminium· plattknschichi während des Aufwallens und bei der Wärmebehandlung nicht oxydiert. Aus diesem Grund ist es daher erforderlich, bei der für ein Vorwärmen notwendigen Wärmebehandlung in Schutzgasatmosphäre zu arbeiten.

Schließlich ist auch ein Lager bekanntgeworden, dessen Stülzschak aus Stahl mit einer Zwischenschicht überzogen ist, die aus einer Aluminiumlegierung mit

5«> 10 bis 30% Zinn besteht und nicht mehr als S^#/, andere Legierungsclcmentc enthält, auf die als Laufschicht eine Aluminiumlegierung mit 40 bis SO*/*

Zinn in einer Stärke von maximal 5 μ aufgebracht ist. Vor dem Aufbringen der Zwischenschicht kann das Stahlblech mit einem Überzug aus Reinaluminium oder einer Aluminiumlegierung versehen werden. Abgesehen davon, daß die Zwischenschicht ohne Zwischenschaltung einer weiteren Schicht aus Reinaluminium oder einer Aluminiumlegierung mit nur geringen Zinngehalten in verhältnismäßig großer Dicke auf das Stahlblech aufgewalzt werden muß und demgemäß der spezifische Walzdruck nur gering ist, besitzt das Überziehen des Stahlbleches mit einem Überzug jene Nachteile, wie sie bereits oben geschildert wurden.

In zahlreichen Versuchen hat es sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, auf eine Zwischenplattierschicht aus einer artfremden Aluminiumlegierung oder aus Reinaluminium zu verzichten. Die direkte Aufbringung der Aluminium-Zinn-Legierung auf das Stahlblech ist dann insbesondere für hochbelastete Motoren erfolgreich und führt gegenüber allen bekannten Verfahren gleichzeitig zu einer besseren Qualität der Verbundlagerbleche, wenn die 5 bis 30% Zinn enthaltende Aluminiumlagerlegierung in zwei Schichten, wie es beim Plattieren von Eisen mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen zur Verminderung der Lochfraßbildung bekannt ist, auf das Stahlblech aufgewalzt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von aus einer Stahlblechunterlage und einer auf diese aufgewalzten Aluminium-Zinn-Legierung mit bis 5 bis 30 °/₀ Zinn bestehenden Verbundmetallen für Gleitlagen mit dem Kennzeichen, daß in beim Plattieren von Eisen mit Aluminiumlegierung bekannter Weise die Aluminiumlegierung auf die Stahlblechunterlage in zwei Schichten von gleicher Zusammensetzung aufgebracht wird, wobei die erste, dünnere Schicht unter Verringerung ihrer Dicke auf maximal 0,25 mm und Verringerung der Stahlblechunterlage um mindestens 15°/₀ bei Raumtemperatur aufgewalzt wird, daß darauf die Dicke dieses Verbundmetalls in einem zweiten Walzstich bei einer unter dem Schmelzpunkt des Aluminiums liegenden Temperatur (658° C) um mindestens 15°/₀ verringert wird, daß sodann die zweite, dickere Schicht bei einer unter dem Schmelzpunkt des Zinns liegenden Temperatur (232° C) unter Verformung dieser zweiten Schicht um mindestens 40°/₀ aufgewalzt wird und daß das so erhaltene Verbundmetall bei 300 bis 400⁰C geglüht wird.

Die zweite Schicht (Lauf schicht) kann ohne jegliche Vorsichtsmaßnahme warm aufgewalzt werden. Dabei hat sich gezeigt, daß zwischen der ersten und der zweiten Schicht nicht nur eine gute Bindung entsteht, sondern daß beide Schichten vermöge des Walzvorgangs vollständig verschweißen, weil die erste dünne Lagermetallschicht solche Zinngehalte enthält, daß die Aluminiumoxydschicht an zahlreichen Stellen unterbrochen ist.

Infolge des Umstandes, daß die Dicke der ersten Schicht (Plattierschicht) nach dem Aufwalzen nicht mehr als 0,25 mm beträgt, ist der spezifische Walzdruck bedeutend höher, wodurch etwas Zinn aus dieser Schicht austritt, die deren Oberfläche überzieht und sie vor einer Oxydation schützt, so daß eine gute Bindung des Stahles mit der Aluminiumlegierung gewährleistet ist. Beim Aufwalzen der zweiten Schicht (Laufschicht) auf ein solches Verbundblech ist dann nur mehr ein geringer Walzdruck erforderlich, weil sich die Aluminiumlegierung der ersten Schicht mit der der zweiten Schicht einwandfrei vereinigen läßt, wodurch eine Schädigung der Struktur der Lauf schicht weitgehend vermieden wird, was bei direktem Aufwalzen der dicken Lagermetallschicht auf Stahl nicht möglich ist. Infolge des Aufbringens der Aluminium-Zinn-Legierung auf die Stahlblechunterlage ist also die Anwendung dünnerer Laufschichten möglich, die eine höhere mechanische Belastbarkeit ergeben.

ίο Es kann der Fall sein, daß hochzinnhaltige Lagerlegierungen mit Zinngehalten über 5°/₀ für manche Verwendungszwecke, z. B. für mit einem hohen spezifischen Flächendruck belastete Lagerschalen zu weich sind. Man setzt dann, wie das bereits bekannt ist, härtende Komponenten zu, beispielsweise Kupfer, Zink oder Silizium und Magnesium.

Beispiel:

Es wurde ein gereinigtes, durch Bürsten aufgerauhtes Stahlblech von 3 mm Dicke aus unlegiertem Kohlenstoffstahl mit 0,10 °/₀ C verwendet. Zuerst wurde das Stahlblech mit einem auf 0,1 mm Dicke vorgewalzten Blech aus einer Aluminiumlegierung mit 6 °/₀ Zinn und 1% Kupfer, das in hartem Zustand vorlag, bei Raumtemperatur in einem ersten Stich zusammengewalzt, so daß das Stahlblech um 20°/₀ verformt wurde. Dann wurde das so plattierte Stahlblech bei einer unterhalb 600⁰C gelegenen Temperatur in einem zweiten Stich um 20°/₀ verformt. Die aus der gleichen Aluminiumlegierung bestehende zweite Schicht wurde auf 2 mm Dicke gewalzt, gereinigt und aufgerauht. Das Aufwalzen der zweiten Schicht auf die mit dem Stahl verwalzte erste Schicht erfolgte bei 200⁰C mit einer Stichabnahme von etwa 50 °/₀. Zuletzt wurde das fertige Verbundlagerblech bei 350⁰C während 1 Stunde weichgeglüht, um die lineare Struktur der Zinnausscheidung in die Kugelform überzuführen.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen von aus einer Stahlblechunterlage und einer auf diese aufgewalzten Aluminium-Zinn-Legierung mit 5 bis 30°/₀ Zinn bestehenden Verbundmetallen für Gleitlager, dadurch gekennzeichnet, daß in beim Plattieren von Eisen mit Aluminiumlegierung bekannter Weise die Aluminiumlegierung auf die Stahlblechunterlage in zwei Schichten von gleicher Zusammensetzung aufgebracht wird, wobei die erste, dünnere Schicht unter Verringerung ihrer Dicke auf maximal 0,25 mm und Verringerung der Dicke der Stahlblechunterlage um mindestens 15% bei Raumtemperatur aufgewalzt wird, daß darauf die Dicke dieses Verbundmetalls in einem zweiten Walzstich bei einer unter dem Schmelzpunkt des Aluminiums liegenden Temperatur um mindestens 15% verringert wird, daß sodann die zweite, dickere Schicht bei einer unter dem Schmelzpunkt des Zinns liegenden Temperatur unter Verformung dieser zweiten Schicht um mindestens 40% aufgewalzt wird und daß das so erhaltene Verbundmetall bei 300 bis 400° C geglüht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 569 495;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 063 005;
französische Patentschrift Nr. 1152 765.

709 678/239 10.67

Bundesdruckerei Berlin