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Die Erfindung betrifft eine poröse Bronzegußlegierung für Lager u.
dgl., bestehend aus 7 bis 16 % Zinn, weniger als 20 % Blei, weniger als 8 % Zink,
sowie 1 bis 4% Eisen, 0,01 bis 6% Aluminium und 0,03 bis 0,075% Phosphor, Rest Kupfer
einschließlich der üblichen Verunreinigungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bronzegußlegierung
mit so großer Porosität zu schaffen, daß man sie mit Schmieröl imprägnieren kann,
bevor man sie zur Herstellung von Lagerschalen u. dgl. einsetzt. Ferner sollen durch
die erfindungsgemäße Bronzegußlegierung selbstschmierende Bronzegußteile mit das
Öl zurückhaltenden Eigenschaften geschaffen werden.
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Zur Herstellung von Gleitlagern sind bereits verschiedene Legierungen
bekannt. So werden in der deutschen Patentschrift 878 865 phosphorhaltige Sondermessinglegierungen
für Gleitlagerzwecke beschrieben, die unter anderem aus 54 bis 62% Kupfer und bis
10% Aluminium, Eisen und Zinn, 0,1 bis 3 %, insbesondere 0,4 bis 0,6 %, Phosphor,
Rest Zink bestehen und im Gußgefügezustand zum Einsatz kommen.
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Die genannten Legierungen besitzen jedoch noch nicht ein Höchstmaß
an Gleiteigenschaften, so daß diese Legierungen nur den normalen praktischen Anforderungen
genügen. Insbesondere können sie auf Grund der fehlenden Porosität nicht mit Schmieröl
imprägniert werden, wodurch sie für die Zwecke dieser Erfindung nicht geeignet sind.
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Aus der österreichischen Patentschrift 190 284 sind auch schon Rotgußlegierungen,
bestehend aus 4 bis 10% Zinn, 4 bis 7% Zink, 1 bis 6% Silizium, 1 bis 5% Mangan,
0 bis 3% Blei, 0,05 bis 0,70% Aluminium, 0,01 bis 0;2% Phosphor, 1,5 bis 3% Eisen,
Rest mindestens 78% Kupfer, bekanntgeworden, durch deren Verwendung Kokillengußstücke
mit guten Lauf- und Gleiteigenschaften erhältlich sind.
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Im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung steht aber bei der bekannten
Legierung die Zulegierung von Mangan-Silizium-Zusätzen im Vordergrund. Dadurch kann
die Legierung in bezug auf ihr Formfüllungsvermögen beim Vergießen in metallische
Dauerformen verbessert werden.
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Dagegen weist diese Legierung auf Grund ihrer hohem Porendichtheit
nicht die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung erforderliche Porosität auf,
so daß ihre Verwendbarkeit für die Herstellung von selbstschmierenden Bronzegußteilen
in Wegfall kommt.
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Die Legierung nach der Erfindung kann einen mehr oder weniger hohen
erfindungsgemäßen Eisengehalt aufweisen. Sie entspricht in ihrem Aussehen den üblichen
Bronzelegierungen, enthält jedoch mikrographisch feinere Gefügekörner und besitzt
eine poröse Struktur mit einer einheitlichen Anordnung von sehr kleinen, räumlich
miteinander verbundenen und zwischen den Korngrenzen gebildeten Schrumpfhohlräumen.
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Der Zusatz des Eisens dient dazu, eine gerichtete Verfestigung zu
verhindern und eine Massenverschiebung des Materials zu erleichtern, wodurch die
Bildung von in der gesamten Materialmenge verteilten Kristallisationskeimen und
folglich eine im wesentlichen gleichzeitige Verfestigung der Legierung ermöglicht
wird. Das zugesetzte Eisen verhindert auch jeglichen Füllfluß der Schmelze und fördert
die Ausbildung von Schrumpfhohlräumen, wodurch ein poröser Guß mit einer feinen,
gleichmäßig verteilten Gefügekörnung geschaffen wird. Es hat sich gezeigt, daß ein
Zusatz von weniger als 1% Eisen kaum dazu ausreicht, eine genügend feine Gußstruktur
zu erzielen, während umgekehrt ein Eisengehalt von mehr als 4 % zu einer übermäßigen
Schrumpfhohlraumbildung führt, die das Gußverfahren beträchtlich erschwert.
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Der Zusatz von Aluminium verhindert ebenfalls den Schmelzfluß und
verhindert während der Verfestigung durch Einbau entlang der Korngrenzen jeglichen
Füllfluß der Schmelze, so daß eine feine Porenverteilung geschaffen wird. Da weiterhin
das Aluminium selbst entlang der Korngrenzen in Form seines Oxyds ausseigert und
bei erhöhten Temperaturen eine begrenzte Festigkeit hat, treten im Material während
seiner Verfestigung sehr feine Spannungsrisse auf, die gleichfalls zur Ausbildung
einer wesentlichen Porosität führen.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand einiger Beispiele näher erläutert
werden.
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Beispiel 1 Bronzegußmateriai der japanischen Industrienorm (JIS) BC3
wurde unter neutraler Atmosphäre in einem Schmelztiegel geschmolzen und der Schmelze
zunächst 2,5% Eisen und 0,01% Aluminium zugegeben. Anschließend wurden unmittelbar
vor dem Vergießen 0,3% Phosphorkupfer mit einem Phosphorgehalt von 15 % zugegeben.
Die Schmelze wurde bei 1150° C in eine Form gegossen. Das so erzielte Gußstück wurde
maschinell auf ein vorgeschriebenes Maß gebracht und mit Öl unter Druck oder im
Vakuum bei einer Temperatur von etwa 800C imprägniert, um ein gewünschtes ölimprägniertes
Lagerteil zu erhalten. Der prozentuale Gewichtsanteil der Imprägnierung bzw. der
Ölgehalt des Erzeugnisses betrug 10/0.
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Beispiel 2 Bronzegußmaterial der JIS BC 6 wurde unter neutraler Atmosphäre
in einem Schmelztiegel geschmolzen und der Schmelze 2,501o Eisen und 0,050%
Aluminium zugegeben. Anschließend wurden unmittelbar vor dem Vergießen 0,3 % Phosphorkupfer
mit einem Phosphorgehalt von 15 % zugegeben. Die Schmelze wurde bei 1200° C in eine
Form gegossen. Anschließend wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 ein gewünschtes
ölimprägniertes Lagerteil hergestellt. Der Ölgehalt des Erzeugnisses betrug 0,7
%.
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Beispiel 3 Bronzegußmaterial der JIS BC 6 wurde unter neutraler Atmosphäre
in einem Schmelztiegel geschmolzen und der Schmelze 3 0% Eisen und 2 % Aluminium
zugegeben. Anschließend wurden unmittelbar vor dem Vergießen 0,3 ®/o Phosphorkupfer
mit einem Phosphorgehalt von 15 % zugegeben und die sich ergebende Schmelze bei
1300° C in eine Form gegossen. Anschließend wurde ein ölimprägniertes Lagerteil
mit einem Ölgehalt von 0,6 Gewichtsprozent auf die gleiche Weise wie in den vorhergehenden
Beispielen hergestellt.
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Beispiel 4 Bronzegußmaterial der JIS LBC 5 wurde unter neutraler Atmosphäre
in einem Schmelztiegel geschmolzen und der Schmelze 4 0% Eisen und
6 01o
Aluminium
zugegeben. Unmittelbar vor dem Vergießen wurden 0,3%
Phosphorkupfer mit einem Phosphorgehalt von 15 % zugegeben, worauf die Schmelze
bei einer Gießtemperatur von 1350°C in eine Form gegossen wurde. Anschließend wurde
ein ölimprägniertes Lagerteil mit einem Ölgehalt von 0,6 Gewichtsprozent auf die
gleiche Weise wie in den vorhergehenden Beispielen hergestellt. Die Gußteile der
obigen Beispiele wiesen die in der folgenden Tabelle dargestellten mechanischen
Eigenschaften auf:
| Beispiel 1 2 3 4 |
| Zugfestigkeit |
| in kg/mm2 ... 17 bis 18 12 bis 13 16 bis 19 12 bis 13 |
| Dehnung in 0/0 5 bis 6 4 bis 5 4 bis 6 4 bis 5 |
| Brinellhärte |
| in kg/mm2 ... 60 bis 64145 bis 50 70 bis 75145
bis 55 |
Die gemäß der Erfindung erzielten Lagerteile wiesen die in der Zeichnung graphisch
dargestellten Eigenschaften auf, welche sich aus den verschiedenen, mit den Teilen
durchgeführten Versuchen ergaben.
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F i g. 1 der Zeichnung zeigt die Kennlinien A, B,
C und D der
Teile der entsprechenden Beispiele 1, 2, 3 und 4, verglichen mit der Kennlinie (E)
von Bronzegußmaterial nach JIS BC 3, welches zwischen 86,5 und 89,5 % Cu, 9,0 und
11,0 % Sn, 1,0 und 3,0 % Zn und der Rest Blei und höchstens 1,5% Verunreinigungen
enthielt. Dieser Versuch wurde auf einer Ogoshi-Verschleißprüfmaschine vom Typ SL-05
unter Verwendung von Motorenöl Nr. 30 mit einer Zufuhrmenge von 0,2 cms/Sek. und
einer Geschwindigkeit von 0,8 m/Sek. durchgeführt. Wie man aus dem Diagramm der
Versuchsergebnisse erkennt, bleibt der Verschleißwert der aus der erfindungsgemäßen
Legierung hergestellten Gußteile selbst bei Zunahme der Lagerlast im wesentlichen
konstant.
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F i g. 2 veranschaulicht den Temperaturverlauf bei Dauerlastprüfungen
der Lagerteile der obigen Beispiele verglichen mit dem des Gußmaterials nach JIS
BC 3 (Kurve E). Bei einem Aluminiumgehalt von bis zu 1% hat die dem Material zugegebene
Bleimenge einen großen Einfluß auf die Gießtemperatur, welche sich auf die Porosität
bzw. den Ölgehalt des Erzeugnisses auswirkt, wie aus den Kurven I, II und III in
F i g. 3 zu ersehen ist. Die Porosität nimmt mit der Gießtemperatur und auch beträchtlich
mit der Zunahme des Bleigehalts zu. Ferner birgt die Veränderung der Gießtemperatur
selbst in einem verhältnismäßig kleinen Umfang im allgemeinen die Gefahr einer nur
ungenügenden Ölimprägnierung oder einer Gasblasenbildung in sich. Es ist daher eine
außerordentlich genaue Temperaturregelung während des Gießverfahrens erforderlich.
Bei einem Aluminiumgehalt von 1 bis 6% hat die Gießtemperatur keinen wesentlichen
Einfluß auf die Porosität oder den Ölgehalt des Gußerzeugnisses. Auch irgendeine
Veränderung des Bleigehalts hat keinen wesentlichen Einfluß auf die erzielte Porosität,
wie man aus den Kurven IV und V in F i g. 3 erkennt. Jeder Aluminiumgehalt von mehr
als 6 0/0 läßt das Material übermäßig hart und brüchig werden und muß für Lagerteile
vermieden werden. Die Wirkung des Aluminiumgehalts von 0,010/0 oder darunter ist
sehr beschränkt.
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Phosphor verleiht dem Gußmaterial einen größeren Verfestigungsbereich,
wodurch dessen Schmelze bis zu einer niedrigeren Temperatur flüssig bleiben kann.
Er fördert die Massenverschiebung und die Reaktion des Metalls in der Form und bewirkt,
daß die im Metall verteilten und absorbierten Preßgase wirksam zur Erzielung poröser
Gußteile beitragen.
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Im überschuß zugegebener Phosphor intensiviert die Reaktion des Metalls
in der Form übermäßig und erhöht die Gasabsorption in einem solchen Außmaß, daß
Risse im Gußteil auftreten.