DE1293967B

DE1293967B - Verfahren zur Herstellung eines Verbundstreifens fuer die Weiterverarbeitung zu Lagerschalen, Stossringen od. dgl.

Info

Publication number: DE1293967B
Application number: DEA42717A
Authority: DE
Inventors: Reynolds Jeffrey Alan; Hall David
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-03-28
Filing date: 1963-03-26
Publication date: 1969-04-30
Also published as: US3177564A; GB1035216A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundstreifens für die Weiterverarbeitung zu Lagerschalen, Stoßringen od. dgl. unter Verwendung eines Stützstreifens aus kompaktem Metall mit einer aufgesinterten, Graphit enthaltenden Metallpulverschicht, die auf dem Streifen verdichtet wird.
Selbstschmierende Bauteile werden bisher bekanntlich als ein Graphit enthaltender Metallpulverformkörper hergestellt, der aus einer verfestigten Masse aus einem oder mehreren Metallpulvern aus gemischten Körnergrößen bis zu etwa 60 Mikron und aus kolloidalem Graphit besteht. Die Mischung wird heiß gepreßt und unter Druck abgekühlt, wodurch der Metallaufbau mit dem kolloidalem Graphit unter Druck in den Zwischenräumen des metallischen Grundstoffes festgehalten, stabilisiert wird. Danach wird der Formkörper maschinell zu dem Profil und den Abmessungen des herzustellenden Gegenstandes oder Bauteiles bearbeitet. Die Herstellung solcher Formlinge ist in der USA.-Patentschrift 2 974 039 und den britischen Patentschriften 892 846 und 892 847 beschrieben. Das Hauptmetallpulver besteht aus Eisen, Kupfer, Aluminium und/oder Nickel allein oder in Kombination, wobei zweite Metallpulver, wie Zink, Zinn, Blei und Kadmium, allein oder in Kombination zugesetzt werden könnte.
Es ist weiterhin bekannt, beispielsweise Verbundgleitlager auf dem Sinterwege herzustellen, indem man ein Legierungspulver zu dünnen Streifen verpreßt und dann auf Stahlbleche auflegt, um sie danach unter Druck anzusintern. Andererseits kann man auch pulverförmige Metalle auf einem Stützkörper auftragen und unter Druck beide Teile gemeinsam sintern, wobei es gleichzeitig möglich ist, dem Metallpulver andere nicht legierbare Stoffe, wie Graphit, als Gleithilfe beizumischen.
Um ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem ein gegenüber den bisher bekannten Gleitlager-Werkstoffkombinationen bzw. Verbundstreifen wesentlich in bezug auf seine Gleiteigenschaften verbesserter Verbundstreifen hergestellt werden kann, kennzeichnet sich das eingangs erwähnte Verfahren erfindungsgemäß durch inniges Mischen eines oder mehrerer metallischer Pulver mit gemischten Korngrößen bis zu etwa 60 Mikron mit einem zerpulverten festen Schmiermittel aus kolloidalem Graphit und/oder Molybdändisulfid und/oder Bornitrid in einer Menge von 3 bis 50% des Gesamtvolumens, durch loses Aufstreuen der Pulvermischung in gleichmäßiger Schichtdicke auf die Oberfläche des Stützstreifens, durch Aufheizen in Schutzgas auf eine Sintertemperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Hauptbestandteils des Metallpulvers, durch Abkühlen und Verdichten des Streifens mit der Pulverschicht zwischen Walzen und durch nochmaliges Glühen des gewalzten Streifens bei Sintertemperatur oder einer Temperatur, bei welcher eine feste Bindung zwischen den Metallpulverkörnern und zwischen diesen und dem Stützstreifen entsteht und der Verbundstreifen wenigstens spannungsfrei geglüht wird. Durch dieses Verfahren wird ermöglicht, daß das gesinterte Pulvermetall einen hohen Prozentsatz kolloidalen Graphits enthält, so daß die Lagerteile ein Minimum an teurem Lagermetall enthalten. Da das Schmiermittel kolloidale Feinheit besitzt, ergeben diese feinen Teilchen naturgemäß einen äußerst großen Oberflächenbereich, der beispielsweise bei einem Zusatz von 10 Gewichtsanteilen des kolloidalen Graphits mehrfach größer sein kann als der Oberflächenbereich der zu sinternden Metallteilchen. Das Graphit hat die Tendenz, an den anderen Oberflächenteilchen zu haften, so daß die Metallteilchenflächen völlig von einem Graphit film überdeckt werden, wodurch sich sehr gute Gleiteigenschaften ergeben.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahren kann so vorgegangen werden, daß die Schicht auf dem Stützstreifen so erhitzt wird, daß die Zeit, die zum Erreichen der Sintertemperatur notwendig ist, mindestens 1 Minute beträgt und daß die lose auf dem Stützstreifen aufgebrachte Metall-Schmiermittel-Pulvermischung beim Walzen um etwa 801/o in ihrer Schichthöhe bzw. -dicke herabgesetzt wird.
Weiterhin geht man nach dem Verfahren vorteilhaft so vor, daß eine Mischung aus etwa 75 bis 80 Gewichtsprozent Kupferpulver und etwa 10 bis 15 Gewichtsprozent Zinnpulver mit etwa 8 bis 12 Gewichtsprozent von kolloidalem Graphit auf die kupferplattierte Oberfläche eines Stützstreifens aus Flußstahl aufgebracht wird und daß danach eine Beheizung des Stützstreifens mit der aufgebrachten Pulverschicht in Schutzgas auf eine Sintertemperatur von etwa 750° C in einer Zeitdauer von 1 bis 3 Minuten vorgenommen wird.
Das Verfahren nach der Erfindung wird nunmehr im einzelnen im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben. Diese Vorrichtung gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung. Die Zeichnungen zeigen folgendes: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie A-A der Fig.l. F i g. 3 eine Aufsicht auf eine Streuanordnung mit weggenommenem Trichter, F i g. 4 eine perspektivische Ansicht einer nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Lagerschale.
Ein Stützstreifen 1 aus Flußstahl wird von einer Rolle 1 a durch angetriebene, geraderichtende Walzen 2 zugeführt, und nachdem er eine Streuvorrichtung, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 3 angedeutet ist und durch die die Pulvermischung 7 lose auf die Oberfläche des Streifens gestreut wird, passiert hat, läuft er durch einen Sinterofen 4. Nach Verlassen des Sinterofens wird der Streifen mit der aufgebrachten Pulverschicht 7 zwischen Walzen 5 gewalzt, um das Pulver zu einer dichten Schicht auf der Oberfläche des metallischen Stützstreifens zu verdichten. Nach Verlassen der Walzen 5 läuft der Streifen durch einen Temperofen 6, wird aus dem Temperofen durch Zugwalzen 8 herausgezogen und kann dann in die gewünschten Längen zerschnitten, auf eine Rolle aufgewickelt oder direkt Maschinen zugeführt werden, um zu Bauteilen verarbeitet zu werden.
In der Streuvorrichtung 3 wird die Pulvermischung 7 der Oberfläche des Streifens 1 aus einem Trichter 9 zugeführt. Der Streifen 1 bewegt sich in der Streuvorrichtung auf einem endlosen Band 10, welches breiter ist als der Streifen 1 und durch den starren Tisch 11 abgestützt wird. Der Streifen wird seitlich in bezug auf den Trichter mittels L-förmiger Führungen 12 geführt, die oberhalb des Bandes 10 abgestützt sind. Der Trichter 9, der von den Führungen 12 getragen wird, besitzt einen Auslaß 9a, der so tief ist, daß er auf dem Streifen eine Pulverschicht erzeugt, die größer ist als die Dicke der tatsächlich geforderten losen Streuschicht. Die Seitenwandungen der Führungen 1.2 halten das Pulver 7 auf dem Streifen, wobei Seitenzonen desselben nicht von Pulver bedeckt sind. Die Pulverschicht wird dann ausgebreitet, um diese Seitenzonen abzudecken und um die Pulverschicht in die geforderte Höhe zu bringen, und zwar geschieht dies durch eine im wesentlichen V-förmige Verteilerklinge oder eine Schar 13, durch die das überschüssige Pulver über die Seiten des Stahlstreifens 1 und auf die Oberfläche des Bandes 10 abgelenkt wird. Das Pulver, welches auf das Band 10 fällt, gelangt in einen Sammelbehälter 14, aus dem es zu dem Trichter 9 zurückgeführt werden kann.
Der Ofen 4, der feuerfeste Wandungen 15 aufweist, kann in irgendeiner geeigneten Weise durch die allgemein angedeuteten Beheizungsmitte116 erhitzt werden. Der Metallstreifen mit dem aufgebrachten Pulver durchläuft eine Muffel 17 im Ofen, die Wandungen aus einer hitzebeständigen Legierung, z. B. aus einer unter dem Warenzeichen »Inconel« bekannten Legierung, aufweist, wobei die Muffel ein Schutzgas enthält, das eine unerwünschte Oxydation oder Reaktion mit dem Pulver vermeidet und das z. B. ein Gas aus gespaltenem Ammoniak ist. Dieses Schutzgas kann der Muffel über den Einlaß 18 zugeführt werden. überschüssiges Gas wird an den Enden der Muffel verbrannt. Das Auslaßende der Muffel ist mit einer wassergekühlten Kühlplatte 19 hinter dem Ende der Ofenkammer versehen. Das Einlaßende der Muffel kann ebenfalls mit einem umlaufenden wassergekühlten Durchgang 20 versehen sein.
Der Ofen soll so beschaffen sein, daß die Temperatur des Pulvers nicht zu schnell auf die Sintertemperatur ansteigt. Die erforderliche Zeit zur Erreichung der Sintertemperatur soll mindestens 1 Minute, vorzugsweise nichtweniger als 1i/2 Minuten betragen, um eine Zerstörung der Pulverschicht zu vermeiden. Um dies zu erreichen, wird man die Ofenkammer am besten etwa 3 m lang wählen, wenn der Metallstreifen mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 m pro Minute zugeführt wird. Die Beheizungseinrichtung 16 kann in Abschnitte unterteilt werden, die gesondert gesteuert werden können, um den Anstieg der Temperatur einzuregeln. Etwaiges Pulver, welches von den Streifen in die Muffel abfällt, wird in einem Gehäuse 21 im Boden der Muffel gesammelt, dessen Boden periodisch geöffnet werden kann, um das gesammelte Pulver zu entleeren. Das Gehäuse 21 soll sich in einer Stellung befinden, wo die Temperatur noch nicht hoch genug ist, um das Pulver anzuschmelzen. Nachdem der Streifen für eine kurze Zeit auf der Sintertemperatur gehalten wird, gelangt er in die Kühlzone und über die Kühlplatte 19 und wird im wesentlichen abgekühlt, bevor er die Muffel verläßt.
Der Stützstreifen 1 mit dem angesinterten Streifen 7 wird dann durch die Walzen 5 kalt gewalzt, um die Dicke der Pulverschicht herabzusetzen und den Kontakt Metall zu Metall zwischen den Metallpulverkörnern und zwischen diesen Körnern und dem Stützstreifen zu verbessern, und zwar durch Zerreißen des festen Schmiermittelfilms, wodurch eine im wesentlichen voll verdichtete Schicht erzeugt wird. Die Dickenverminderung der Pulverschicht beträgt dabei etwa 800/0.
In dieser Verfahrensstufe ist die Bindung zwischen den Metallpulverkörnern untereinander und dem Stützstreifen schwach, und die verdichtete Schicht kann daher von dem Stützstreifen leicht abgekratzt oder abgeschabt werden.
Der gewalzte Streifen durchläuft dann einen Temperofen 6, der ähnlich aufgebaut sein kann wie der Sinterofen 4, in welchem das Pulver erneut auf etwa die gleiche Temperatur erhitzt wird wie im Sinterofen 4. Diese Temperbehandlung erzeugt die feste Bindung zwischen den Metallpulverkörnern und zwischen den Körnern und dem Stützstreifen und hebt die Spannungen in der verdichteten Schicht auf. Nach Verlassen des Temperofens sind die Metallkörner fest miteinander und mit dem Stützstreifen verschweißt und bilden eine im wesentlichen dichte und zusammenhängende Schicht, bestehend aus dem Metallpulvergrundstoff mit dem festen Schmiermittel in den Zwischenräumen des Grundstoffes, und diese Schicht ist mit der Oberfläche des metallischen Stützstreifens fest verbunden. Die Schicht widersteht einem Abkratzen, und der zusammengesetzte Streifen übersteht alle weiteren Verarbeitungsvorgänge, z. B. die Herstellung von Lagerschalen, wie sie in F i g. 4 dargestellt sind.
Nach einem besonderen Beispiel besteht die Pulvermischung aus 79,5 % Kupfer, 12,5 % Zinn und 8 % kolloidalem Graphit, wobei die Prozentsätze sich auf das Gewicht beziehen. Die Metallpulver haben gemischte Korngrößen von 5 bis 60 Mikron und besitzen vorzugsweise unregelmäßige Form. Die Metallpulver und das Graphit werden innig gemischt, bevor sie dem Trichter 9 zugeführt werden. Der Flußstahlstreifen 1 hat etwa eine Dicke von 1,25 mm, und seine Oberfläche, auf die das Pulver aufzustreuen ist, ist kupferplattiert. Die lose Pulverschicht kann eine Dicke von etwa 5 mm besitzen, die nach dem Sintern und Walzen auf eine Dicke von 1 mm reduziert ist. Der Streifen und das Pulver werden in dem Sinterofen auf etwa 725° C für etwa 21/2 Minuten erhitzt und für etwa 11/2 Minute auf dieser Temperatur gehalten, bevor sie durch überlaufen der Kühlplatte 19 schnell abgekühlt werden. Die Temperatur, auf die das Pulver in dem Temperofen 6 erhitzt wird, beträgt ebenfalls 725° C.
Ähnliche Sinter- und Tempertemperaturen sind für eine Pulvermischung aus 77,5% Kupfer, 12,50/0 Zinn und 10% Graphit geeignet, wobei die Prozentsätze wieder auf das Gewicht bezogen sind.

Es sind weitere Zusammensetzungen der Pulvermischungen möglich. Verschiedene mögliche Zusammensetzungen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Die Ziffern in Klammern beziehen sich auf Gewichtsprozentsätze, wenn nicht anders gesagt ist, und stellen Maxima dar.

Gruppe I Hauptmetallpulver I Zweite Zusätze Schmiermittel

1 Cu, Fe, Al, getrennt oder Zn, Sn, Pb, Cd, Sb, Be, Mn, ge- Graphit, BN, MoS2 oder eine

kombiniert oder weiter kom- trennt oder in irgendeiner Kombi- Kombination dieser, voraus-

biniert mit ... nation, vorausgesetzt, daß sie ins- gesetzt, daß die Gesamtmenge

gesamt 15'% nicht überschreiten, zwischen 3 und 50% des Ge-

optimal mit bis zu 5% Indium zu- samtvolumens liegt

sätzlich

Gruppe I Hauptmetallpulver Zweite Zusätze I Schmiermittel

2 Cu, in Kombination mit ... Be (3), Sn (15), Zn (50), Ni (30), Graphit, BN, MOS2 oder eine

P (1), Si (15), Ag (0,1), Te (1), Kombination dieser, voraus-

Cr (1), Pb und/oder In (18), ge- gesetzt, daß die Gesamtmenge

trennt oder in irgendeiner Kombi- zwischen 3 und 50% des Ge-

nation, jedoch insgesamt nicht über samtvolumens liegt

60% des Metallgehaltes

3 Fe, in Kombination mit ... Ni (5), Cr (2), Mn (2), Nb (1), Ti (1), dasselbe

Mo (1), Si (0,5), P (1), Pb und/oder

In (15), getrennt oder in irgend-

einer Kombination, jedoch ins-

gesamt nicht über 25 d/o des Metall-

gehaltes

4 Al, in Kombination mit ... Ni (2), Si (15), Sn (50), Zn (12), dasselbe

Mg (12), Pb und/oder In (20), ge-

trennt oder in irgendeiner Kombi-

nation, jedoch insgesamt nicht über

50 % des Metallgehaltes

5 Ni, getrennt oder in Kombi- Cu (40), Si (5), Mn (3), Mg (1), dasselbe

nation mit ... Sn (5), Fe (2), Pb und/oder In (15),

getrennt oder in irgendeiner Kom-

bination, jedoch insgesamt nicht

über 60% des Metallgehaltes

Der Stützstreifen soll aus einem Metall hergestellt oder mit einem Metall plattiert sein, welches mit den Metallkörnern der Pulvermischung eine Bindung eingeht. Für eine Mischung, bei der Aluminium das Hauptmetallpulver ist, besteht der Rückenstreifen vorzugsweise auch aus Aluminium.

Wenn hohe Prozentgehalte an Schmiermitteln, z. B. 12 Gewichtsprozent oder mehr, eingearbeitet werden sollen, werden die kolloidalen Schmiermittelkörner (von etwa 1 Mikron) in an sich bekannter Weise zuerst durch Kaltpressen zusammengeballt, und diese Zusammenballung wird zerpulvert, um Körner von etwa 200 bis 500 Mikron zu erzeugen, die dann mit dem Metallpulver oder den Metallpulvern gemischt werden.
Der Stützstreifen kann mit einer aus Pulver erzeugten Gleitschicht auf beiden Oberflächen versehen werden, indem man einen zusammengesetzten Streifen mit einer verdichteten Gleitschicht auf einer Oberfläche einer zweiten Behandlung unterwirft, um eine verdichtete Gleitschicht auf der anderen Oberfläche des Stützstreifens zu erzeugen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundstreifens für die Weiterverarbeitung zu Lagerschalen, Stoßringen od. dgl. unter Verwendung eines Stützstreifens aus kompaktem Metall mit einer aufgesinterten, Graphit enthaltenden Metallpulverschicht, die auf dem Streifen verdichtet wird, gekennzeichnet durch inniges Mischen eines oder mehrerer metallischer Pulver mit gemischten Korngrößen bis zu etwa 60 Mikron mit einem zerpulverten festen Schmiermittel aus kolloidalem Graphit und/oder Molybdändisulfid und/oder Bornitrid in einer Menge von 3 bis 50% des Gesamtvolumens, durch loses Aufstreuen der Pulvermischung in gleichmäßiger Schichtdicke auf die Oberfläche des Stützstreifens, durch Aufheizen in Schutzgas auf eine Sintertemperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Hauptbestandteils des Metallpulvers, durch Abkühlen und Verdichten des Streifens mit der Pulverschicht zwischen Walzen und durch nochmaliges Glühen des gewalzten Streifens bei Sintertemperatur oder einer Temperatur, bei welcher eine feste Bindung zwischen den Metallpulverkörnern und zwischen diesen und dem Stützstreifen entsteht und der Verbandstreifen wenigstens spannungsfrei geglüht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf dem Stützstreifen so erhitzt wird, daß die Zeit, die zum Erreichen der Sintertemperatur notwendig ist, mindestens 1 Minute beträgt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lose auf den Stützstreifen aufgebrachte Metall-Schmiermittel-Pulvermischung beim Walzen um etwa 80% in ihrer Schichthöhe vermindert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus etwa 75 bis 80 Gewichtsprozent Kupferpulver und etwa 10 bis 15 Gewichtsprozent Zinnpulver mit etwa 8 bis 12 Gewichtsprozent von kolloidalem Graphit auf die kupferplattierte Oberfläche eines Stützstreifens aus Flußstahl aufgebracht wird und daß danach eine Aufheizung des Stützstreifens mit der aufgebrachten Pulverschicht in Schutzgas auf eine Sintertemperatur von etwa 750° C in einer Zeitdauer von 1 bis 3 Minuten vorgenommen wird.