DE1527541A1 - Verfahren zur Ausbildung eines Schichtstreifens aus Aluminium und Stahl - Google Patents
Verfahren zur Ausbildung eines Schichtstreifens aus Aluminium und StahlInfo
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Description
- Verfahren zur Ausbildung eines Schichtstreifens aus Aluminium und Stahl.. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung eines Schichtstreifens aus Aluminium und Stahl, welcher zur Herstellung von Lagerschalen geeignet ist, wobei ein Aluminiumstreifen mit einem Zinngehalt von etwa 7 IJ bis 30 % verwendet wird, ein zusammenhängender Überzug aus Kobalt oder Kobalt-Phosphor auf die Oberfläche des Stahlstreifens aufgebracht wird und wobei sodann der Aluminiumstreifen auf den Stahlstreifen aufgewalzt wird, indem die Streifen aufeinanderliegend durch -ein Walzenpaar geführt werden und die Stärke des Aluminiumstreifens um mindestens 40 % reduziert wird.
- Aus der USA-Patentschrift 3 078 563 ist ein derartiges Verfahren bekannt. bei welchQrrLZyiiqcliQnschichten aus verschiedenen Metallen verwendet werden, um eine bessere Bindung zwischen Aluminium oder einer Zinn-Aluminiumlegierung und einem Hartmetall-Trägerstreifen aus Stahl.zu erzielen. Bei der technischen Herstellung dieser bekannten Schichtstreifen treten Schwierigkeiten auf. Der Streifen aus Aluminiumlegierung enthält bei dem bekannten Verfahren von etwa 7 7, bis zu 30 % Zinn, um eine hohe und gleichmäßige Scherfestigkeit der Bindung zu erzielen. Das Fehlen einer gleichmäßigen Scherfestigkeit der Bindung über die ganze - Oberfläche des Bimetallstreifens führt zu beträchtlichen Mengen an Ab.rallmaterial., insbesondere wenn der zusammengesetzte Metallstreifen stark beanspruchenden Metallverformungsbehandlungen unterworfen wird, wie sie bei der Herstellung von mit Flanschen versehenen Lagerschalen, auftreten. Infolge der bei diesen Metallverformungsvorgängen auf den zusammengesetzten Streifen ausgeilbten Biegekräfte tritt in Bereichen mit gerinrer Bindungsl 'estigkeit ein Abschälen des zusammengesetzten Streifens auf, wodurch das erhaltene Lager unbrauchbar wird.
- Aus der britischen Patentschrift 930 4-19 ist die Herstellungvon zusammengesetzten Schichtplatten aus korrosionsbeständisen Metallen und insbesondere rostfreien Stählen, wie rostfreien Chrom- und Nickel-Chromstählen, bekannt, welche an einem Eisen-oder Stahlträger gebunden werden können. Die dabei auftretenden Scawierigkeiten sind mit den bei dem eingangs genannten Verfahren auftretenden Schwierigkeiten nicht vergleichbar. Beide Oberflächen der zwei anein-ander zu bindenden Schichten werden bei dem aus der genannten britischen Patentschrift bekannten Verfahren hauptsächlich'plattiert, damit die Bildung von Oxyden längs dieser Oberflächen verhindert wird.
- Schließlich ist a:us.der USA-Patentschrift 2 937 435 die Bindung von im wesentlichen reinem Aluminium oder Aluminium mit hohe m Reinheitsgrad, welches kleinere Anteille von Magnesium, Zink und Beryllium enthält, an einem Stahlträger unter Verwendung einer Aluminium-Silicium-Zwischenlegierungsschicht be.kannt.-Die geschilderten Nachteile des eingangs genannten bekannten Verfahrens worden gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch beseitigt, daß der zusammenhängende Überzug in einer Stärke von 03,000635 mm bis etwa 0.0127 mm aufgebracht wird. Der Mechanismus, mit weichem erfindungsgemäß eine besonders gute Scherrestigkeit der'Bindung erzielt wird, ist physikalisch nicht iranz klar. Es spielt eine Vielzahl von komplizierten metallurgischen Überlegungen herein * An der Zwischenfläche werden Metallverbindungen und -komplexe ausgebildet, deren einige brüchig sind und zu einer beträchtlichen Verminderung der erzielten Bindungsfestigkeit führen. Die Unvorhersagbarkeit der WechselwirkunG zwischen dem Trägermetall, der Aluminiumlegierung und der Sperrzwischenschicht verhindert die Vorherbestimmung eines geeigneten Metalls zur Erzielung einer optimalen Scherfestigkeit der Bindung. Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, daß Kobalt und/Oder Kobalt-Phosphor bei der Verwendung als Zwischenschicht zwisehen einem Stahlträgerotreifen und.-einem Aluminiumstreifen, insbesondere und hauptsächlich einem Aluminiumlegierungsstreifen mit einem Zinngehalt von etwa 7 % bis etwa 30 'IYI, sehr hohe Scherfestigkeiten der Bindung ergeben, welche auch im wesentlichen Über die Oberfläche des zusammengesetzten Streifens gleichfürnig und über die ganze Länge desselben vorhanden sind. Eine solche Zwischenschicht aus Kobalt oder Kobalt-Phosphor ist nicht erforderlich, wenn Streifen aus in, *viesentlichen reinen Aluminium verwendet werden, nird jedoch wichtig, wenn die Aluminiumlegierung über 6 % Zinn als LeGierungsbestandteil enthält, um die Schmiereigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit der erzielteri Lagerschale zu verbessern. Die Erfindung bezieht sich daher auf den speziellen Fall einer Aluminiumlegierung, einer Sperrschicht aus, Kobalt oder Kobalt-Phosphor und eines Trägerstreifens aus Stahl. Die dabei auftretenden speziellen Probleme sind mit Maßnahmen, welche aus den oben geschilderten Verfahren bekannt sind, nicht lösbar.
- Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Stahlstreifen und der Aluminiumstreifen in einer-reduzierenden Atmos.phäre auf eine Temperatur zwischen 1480C und etwa 510 0 C vor dem Walzvorgang vorerhitzt werden. - Die Festigkeit und Gleichmäßigkeit der Bindung kann durch eine solche gesteuerte Wärmebehandlung im angegebenen Tempe-. raturbereich wesentlich verbessert werden, Eine weitere vorteilhafte AusGestaltung der Erfindung besteht darin, daß nach der Stärkereduzierung der Schichtstreifen bei einer Temperatur zwischen 315 0 C und etwa 4540C hinreichend lang wärmebehandelt wird, so daß eine Verbesserun g der Bindungsfestigkeit und eine Vernetzung der Aluminiumlegierung erzielt wird. Bei dieser Wärmebehandlung wird nicht nur die Bindungsfestigkeit verbessert-, sondern man erhält gleichzeitig eine Vernetzung der Aluminiumlegierung.
- Vorzugsweise wird diese Wärmebehandlung länger als eine Minube durchgeführt.
- Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert- Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung, mit der das er-findungsgemäße Verfahren durchgeführt -werden kann, Figur 2 zeigt-in perspektivischer Ansicht eine mit Flanschen versehene Halblagerschale, die aus dem zusammengesetzten Streifen, der mit der -in Ficyur i dargestellten Vorrichtung nach.dem ci erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wurde, hergestellt ist._ .Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine typische Zugtestprobe, die verwendet wird, um die Scherfestigkeit der Bindung zwischen den zwei Streifen zu bestimmen, und Figur 4 zeigt einen Längsschnitt durch die in Figur 3 dargestellte Probe längs der Linie 4-4 derselben.
- Der Hartmetallstreifen, mit dem der Aluminiumstreifen oder der Streifen aus einer Legierung auf Aluminiumbasis fest verbunden wird, kann aus einem handelsüblichen Walzstahl, wie z.B. SAE .1010 oder den SAE-Typen 1020 oder 1030, wenn ein steiferes Hinterlegungsmaterial gewünscht wird, bestehen. Außer den handelsüblichen Walzstählen sind geeignete hochfeste Niederlegierungsstähle geeignet, die Legierungsbestandteile bis zu etwa 10 Gew.-% enthalten. Diese Stähle werden häufig zu diesem Zweck verwendet. Der Aluminiumstreifen, aus dem die Lagerschicht des fertigen Lagers,das aus dem Bimetallstreifen erzeugt wird, gebildet ist, besteht aus r einem Aluminium oder einer Legierung-auf*Aluniniumbasis, die hauptsächlich aus Aluminium besteht. Solche Legierungen enthalten z.B. 3 % Cadmium, 1 % Kupfer, 1 % Nickel und den Rest Aluminium; oder 4 % Silicium, 1 % Cadmium und den Rest Aluminium; oder einen geringen Zinngehalt, üblicherweise von etwa 5 lila bis etwa 7 % Zinn, 1 % Kupfer, 1,5 % Silicium, 0,5 % Nickel und den Rest Aluminium; oder einen hohen Zinngehalt, d.h. von etwa 15 bis etwa 30 % Zinn und insbesondere von etwa.17,5 %' bis 22,5 % Zinn, zusätzlich etwa 1 % Kupfer, 0,3 % Verunreinigungen und den Rest Aluminium.' Aluminiumlegierungen-der oben aufgeführten Art haben zu zufriedenßtellenden.Ergebnissen bei der Verwendung als Lagermaterial geführt, während Legierungen die Zinn in größeren Mengen als 7 % und vorzugsweise von etwa 15 % bis 30 Gew.-% besitzen.,-sich für diesen Zweck als besonders geeignet erwiesen haben. Es wird deshalb nochmals erwähnt, daß der Ausdruck i'Aluminiumstreifen" oder "Aluminiumteil", wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, sowohl Reinaluminiumstreifen als auch Streifen aus Aluminiumlegierungen der oben erwähnten Arten, die verschiedene Mengen von üblicherweise verwendeten Legierungsbestandteilen enthalten, umfaßt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird durchgeführt, indem ein kontinuierlicher Stahlstreifen 10 (Figur 1) von einer Rolle 12 abgewickelt und durch einen BEhälter 14 geführt wird. Der Streifen wird von mehreren Führungsrollen 16 umgeleitet. In dem Behälter befindet sich ein Plattierung'sbad. Nachdem der Streifen den Behälter verlassen hat, sind eine oder beide Flächen desselben mit Kobalt überzogen. Der überzogene Stahlstreifen wird hierauf getrocknet. Ein Aluminiumstreifen 18 wird von einer Rolle 20 abgewickelt und über den Stahlstreifen geführt, wonach beide Streifen zwischen einem Paar von Führungsrollen 22 hindurch und in einen Ofen. oder in eine Kammer 24 zur Vorirhitzung geführt werden. Die'erhitzten Streifen treten a us dem Vorerhitzer aus und werden durch eine Walzvorrichtung geführt, die aus einer oberen Walze 26, welche im Kontakt mit dem Aluminiumstreifen steht, und einer unteren Walze 28 besteht, die im Kontakt mit der unteren Seite des Stahlstreifens steht. Die Walzvorrichtung bewirkt eine gesteuerte Verdichtung und eine Bindung der zwei Streifen in fester Phase. Der zusammengesetzte Streifen, der mit dem Bezugszeichen 30-bezeichnet ist, fließt-von-der Austrittsseite der Walzvorrichtung ab. D er zusammengesetzte Streifen 30 kann hierauf durch einen Ofen oder eine Erhitzungskanimer 32 in Abhängigkeit -#on der Art des Aluminiumstreifens geführte werden, worin der zusammengesetzte Streifen auf-eine ganz bestimmte einregulierte erhöhte Temperatur eine bestimmte Zeit lang erhit2t wird, um eine Stabilisierung oder Vernetzung des Aluminiumstreifens und der Bindung zwischen dem Aluminiumstreifen und dem darunter liegenden Stahlstreifen zu bewirken. Nach dieser Wärmebehandlung kann der zusammengesetzte Streifen oder die Schichtung in geeigneter Weise auf eine Vorratsrolle 311 aufgewickelt werden. Der zusammengesetzte Streifen, der sich auf der Vorratsrolle 34 befindet, wird hierauf gestanzt, geprägt und bearbeitet, um Lagerschalen mit geeignetem Format und geeigneter Größe herzustellen.
- Bei dem in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen, bevorzugten Verfahren nach der Erfindung erfolgt das Zusammensetzen des Stahlatreifens und des AluminiUmst.reifens kontinuierlich, so daß ein endloser fertiger Streifen gebildet wird. Natürlich können diese Verfahrensmaßnahmen abgeändert werden, z.B. kann das Überziehen des Stahl.streifens' getrennt erfolgen und hierauf kann der überzogene Stahlstreifen von einer geeigneten Spule direkt und kontinuierlich in den Vorerhitzer 24 abfliessen. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform nach der Erfindgng kann der,Kobalt-Überzug auf den Aluminiumstreifen aufgebracht werden. Es wird jedoch betont, daß die bevorzugte Ausführungsform des erfindunGsgemäßen Verfahrens darin besteht, daß nan.Kobalt auf den Stahlstr eifen n--ederschla-'-'GLI.. Sch#ie3#1ich besteht eine AusführungsfLorm des erfindiunt--,s-er"clißen Verfahrens darin, daß nur der Stahlstreifen vor der Superposition des Aluminiumstreifens auf eine geeignete Temperatur erhitzt wird und daß der Aluminiumstreifen durch den '.#Järmeübergang von den, SII-ahlstreifen auf den Aluminiumstreifen eri-",'-,rrt wird. Ebenso kann der von der 1.>,alzvorrichtunG oder der. 32, In der die Wärmdbehandlung stattfindet, abL'1-2eZende Streifen direkt nach den. Abkühl ' en in eine geeignete Stanz- und Metallbearbeitungsvorrichtung geführt werden, so daß die Herstellung und die Bearbeitung des Streifens in einem kontinuierlichen Arbeitsgang erfolgt.
- Ih jedem Fall wird gemäß der Erfindung nach einer entsprechenden Reinigung der Stahlstreifen plattiert oder überzogen, wobei ein Überzug von etwa o,.0000635 cm (0,00 0025 inch) bis zu etwa 0,00127 cm (0,000 5 inch) und vorzugsweise von etwa 0,000127 cm (0,00005 inch) aus Kobalt oder»Kobalt-Phosphor wenigstens auf die-Öberfläche des Stahlstreifens aufgebracht wird, die mit dem Aluminiumstreifen verbunden wird. Überzüge mit einer Stärke von weniger 'als etwa 0,0000635 cm (0,000025 inch) haben sich als ungenügend herausgestellt, um eine hinrei-CJ chende Sperrgrenzschicht zu ergeben, mit der-Bindungen der erforderlie hen Stärke erreicht werden können. überzugsstärken größer als etwa 0,00127 cm (0,0005 inch) haben keine bemerkens-,Nerte Verbesserung gegenüber Überzugsstärken von 0,00127 cm (0"0005 inch) erGeben und deshalb ist die Verwendung dieser stärl:eren Überzüge gewöhnlich unwirtschaftlich. Aus diesem, Grund werden Überzüge mit Stärken im Bereich von etwa o,oooo635 cm (0,000025 inch) und 0,00127 cm (0,0005 inch) bevorzugt.
- Der Kobalt-Überzug kann durch übliche elektrolytische Einrichtungen oder alternativ durch einen katalytischen oder "elektrodenlosen" Oberflächenniederschlag unter ErzeuGung eines Kobalt-Phophor-Überzugs erhalten werden. Elektrolytisch niederGeschla-Geenes Kobalt kann mit wohlbekannten Verfahrensmaßnahmen unter Verwendung einer wässrigen sauren Lösung, die ein Kobaltsalz enthält, das zu geeigneten, das Bad n#odi#-riz2Le.-enden Bestandteilen zuGesetzt ist, erhalten werden. Ein. typ-isches i-i4tssriges, saures Kobalt-Elektroplattierungsbad, das geeigneterweise verwendet werden kann, enthält 504 c/l Kobaltsulfat, 17 g/1 Natriümch#lorid-und 45 g/1 Borsäure. Die Lösung wird so eingestellt, daß sie einen pH-Wert Von etwa 5,2 besitzt. Zweckmäßigerweise wird bei einer Temperatur von etwa 230C (750F) gearbeitet. Es wurde gefunden, daß bei Verwendung eines galvanischen Bades dieser Zusammensetzung eine Behandlungsdauer von 85 Sekunden bei einer Stromdichte von etwa 40 Ampe#re pro 900 cm 2 (1 Quadratfuß) erforderlich ist, um einen Kobaltüberzug auf einer Stahlfläche niederzuschlagen, der eine Stärke von 0,000127 cm (0,00005 inch) besitzt. Ein ähnlicher Überzug aus Kobalt-Phosphor kann in geeigneter Weise erhalten werden, indem eine Lösung, die z.B.
- 30 g/1 Kobaltchlorid, 10 g/1 Nati##iumhypophosphit, 50 g/1 Ammoniumchlorid und 100 g/1 Natriumcitrat enthält, verwendet wird. Die Lösung wird auf einen pH-Wert zwischen 8 und 9 eingestellt und wenn sie bei einer Temperatur von etwa 900C (1950F) angewandt wird, muß die Stahloberfläche etwa 5 Minuten lang in diese Lösung eingetaucht werden, um einen ci Kobalt-Phosphor-Überzug mit einer Stärke von etwa 0,0,00127 cm (0,00005 inch) zu erhalten. Der Kobalt-Überzug auf dem Stahlstreifen ist hinreichend oxydationsbeständig, um zu ermöglichen, daß der überzogene Stahlstreifen innerhalb einer Dauer von mehreren Tagen nach dem Aufbringen.des Niederschlags ohne jede weitere Oberfläch'enbehandlung verwendbar ist. Wenn das Aufwalzen des Aluminiums auf den überzogenen Stahlstreifen nicht innerhalb einer Zeitspanne erfolgt, die größer ist als einige Tage, ist es gewöhnlich wünschenswert, die plattier*-te Oberfläche beispielsweise mit einer weichen Drahtbürste zu behandeln, um irgendeinen oxydischen Niederschlag, der sich auf der Oberfläche des Kobaltüberzugs bilden kann, zu entfernen.
- Die Oberfläche des Aluminiumstreifens., die mit dem,Stahlstreifen, der mit der Kobaltschicht beschichtet wurde, verbunden werden soll. wird zuerst gereinigt" um eventuell vorhandenes Fett, vorhandenen Staub oder andere Verunreinigungen von dieser Oberfläche zu entfernen. Dann wird das Aluminium einer physikalischen Reinigung unterzogen, wie z.B. mit einer Drahtbürste, = einen Oxydfilm von der Ober fläche zu entfernen. Alternativ kann eine geeignete chemische Reinigung, wie sie allgemein bekannt ist, für diesen Zweck verwendet werden.
- Der Überzogene Stahlstreifen und der gereinigte Aluminiumstreifen werden kann in einer Kammer, wie z.B. der Kammer 24 in Figur 1, vorerhitzt, wobei die Streifen-auf eine Temperatur von etwa 1480C bis-5100C (3000P bis 9500F) in einer geeigneten r eduzierenden Atmosphäre erhitzt werden. Wenn Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit geringen Legierungsbestandteilen aufgewalzt werden, beträgt die bevorzugte Vorerhitzungstemperatur etwa 482 0 C (9000F). Wenn Aluminium-Zinn-Legierungen mit einem geringen Anteil an Zinn innerhalb eines Bereichs von etwa 5 % bis 7 % Zinn aufgewalzt werden, wird eine Vorerhitzungstemperatur von etwa 4260C '(800-0F) bevorzugt. Eine Reduktion bei der Vorerhitzungstempe at-ur, die durch den Einschluß von relativ niedrigschmelzenden Legierungsbestandteilen, wie z.B. Zinn, beispielsweise verursacht wird, ist notwendig, um ein Ausschwitzen des niedrigschmelzeiiden Bestandteils während des Verdichtens in der Walzvorrichtung zu verhindern. Wenn Aluminiuml-egierungen mit niederem Zinngehalt, z.B. verwendet werden, ist es nicht notwendig, daß die Vorerhitzungstemperatur auf ein Niveau unterhalb dem Schmelzpunkt des niedrigschmelzenden Bestandteils reduziert wird. Es werden zufi--i-edenstellende Ergebnisse erhalten, wenn die Vorerhitzungst - emperatur lediglich von etwa 4820C (900 ö F) auf etwa 4260C (8000F) reduziert wird. Wenn andererseits . Alumini.umlegierungen mit relativ hohem*Zinngehalt mit Stahl verbunden werden, beispielsweise sollehe-Legierungen, die zwischen etwa 15 und etwa 30 ', Zinn enthalten, ist es notwendig, die Vorerhitzungstemperatur unter den Schmelzpunkt von Zinn, nämlich unter etwa 232 0 C (450'F) zu senken, um ein übermäßiges Ausschwitzen von Zinn zu vermeiden, das sich aus der Aluminium-Zinn-Legierung ausscheidet und in der Bindungsgrenzschicht in Geschmolzenem metallischem Zustand ansammeln würde und dadurch eine sehr feste Bindung beeinträchtigen könnte. Wenn deshalb Aluminium.-legierungen mit relativ großen Prozents.Iätzen an niedrigsch'-"ielzenden Legierungsbestandteilen aufge#nalzt werden, wird vorzugsweise die Vorerhitzungste.mperatur so eingestellt, daß sie etwas unterhalb des Schmelzpunktes des niedrigschmelzenden Best-andteils liegt.
- Wenn aufgewalzte Aluminiumlegierungsstreifen einen relativ hohen Prozentsatz an Legierungsbestandteilen mit niedrigezi Schmelzpunkt aufweisen, wird ebenfalls vorzugsweise nur der überzogene Stahlstützstreifen vorerhitzt, indem dieser allein durch die Vorerhitzungskammer geführt- wird. Danac.,'l wird der Aluminiumstreifen aul den vorerhitzten Stahlstreifen auill legt und eine Erhitzung des ftlumin--ur.-.streifer#s auf die richtige Temperatur du.-eh Wärmeleitung bewirKt. In jedem Fall, d.h. wenn der Aluminiumstreifen zusam.-nen mit, dem Stahlst.-eifen oder wenn der Überzogene St-,ahls'U-re-4.'en-alle-Ln vorerhitzt wird, erfolgt das Vorerl,-iitzen in einer reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise ..iie sie durch Teilve.-bren.-.urir- von Erdgas erhalten wird. 't-asserstoi-fat-iosp,*#'.ären obe.-so Geerackte Annmoniakatmosphären sind z.13. fu.- diosen Zwec1c, ausreichend. Die Verwe ndun#- einer reduziej. ende'n t-ltvmospha:'re ve.-*1-,--Lnc#,#e--'L-, d-2Le Bildung von Oxyden auf der Oberfläche der belden Streifen, die miteinander bunden werden so«Lien, ".--"'.#-.rend des Vo.-er*-4-L(,ze.-.S.- Nach der Vorerhitzung sphase des#erfindüngcgemäßen Verl-ah--z' rens,werden -der-Stahlstrei-fert-und der,Alumin-iumsti#ei#L-n-#-'-die aufeinanderliegen,'aus dem Ofen-heraus-und unmittelbar in die Walzvorr-icht.ung-eingeführt,#--vorz#ugsvieise. Während-die-, Streifen sich.noch*in.der reduzierenden Atmo%sphäre-.befindeni-« Die obere Walze.26. und die unter-e# Walze 28 der. #Ta-l'zvö#Irlrich-' tunG-werden bei.spielaweise durch Heivorrichtungen 36 (Vigur 1) auf eine*Temperatur zwischen etwa 930 und 315'C (20-0-0 und 6000F) erhitzt, während die Streifen, die auf eine Tempera4ur zwis,chen 148 C und 5,-IOOC- (300-',--uhd- 9500.F) vvbrerhitzt- wurden, gewalzt werdeni Wenn Aluminiumle,gierunten mit relativ hohen P.rozentsätzenzan niedrigschmelze-nden Legierungs,-bestandteilen gewalzt werden,.,.i-ierden-.vorzugswelse-d,ie--Walze'nnicht erhitzt, um-eine weitere Erhitzung.-des'Streifens über-- -dieverhälitnismäßig,niedere Vorerhitzungstem peratur zu Vermeiden, die so eingestellt ist, daA sie etwas-unterhalb de-s Schmelzpunktes des-niedrigschmelzenden Bestandteils liegt. Die Walzvorrichtung besitzt, wie-es in.der--US-Patentschrif#t 3 078 563 beschrieben wird,-vorzugsweise einaoberelfalze 26, die sich in Kontakt mit dem Aluminiumstreifen befindet undderen Durchmesser geringer--als die Hällfte des Durchmessers der unteren Walze 28'ist, die sich mit der--Unterseite-des Stahlstreifens im Konta.k"L-. befindet-. Bei-dieser in der genannten US-Patentschrift b-eschr-ieben.en Anordnung bewirkt--die obere 71alze 26-einen höheren Einheitsdruck auf den,Al-uminiumstreifen als der Drucl e X., der auf den Stahlstreifen#..ausgeübt-wird,-wob eine wesentlich größere Verformu.ngsarbeit-durch die obere Wal" ze im Verr--leich zu der unteren VTalze geleistet wird Deshalb 171,..rd der Stah#streifen durch die Bearbeitung nur-m-Inimal g ehärtet und üblicherweise überschreitet die#Härt-e-10 nicht,-gemessen in Rockwell BI-Einheiten, wodurch die- darauf fol.senden .;e#allverformuncsarbeiten, denQn,der zusammeng -etzte Stre es #n unterworfen wird, wesentlich erleichtert werden., ohne daß der fertige Artikel einen übermäßigen Restspannungsgradienten besitzt. Die Größe der oberen Walze 26 besitzt, um optimale Ergebnisse zu erhalten, einen Durchmesser, der so klein als möglich ist, d.h. die Walze muß eine gerade noch ausreichende Festigkeit besitzen, so daß sie sich während des Walzens nicht verformt. Zweckmäßige Durchmesserverhältnisse der unteren und oberen Walze sind 2 oder größer. Mit diesen Verhältnissen werden befriedigende Ergebnisse erzielt. Verhältnisse größer als 5 werden bevorzugt.
- Unabhängig von der besonderen Ausbildung der Walzvorrichtung wird der Walzvorgang, um eine zufriedenstellende Bindung zwischen dem Aluminiumstreifen und dem Stahlstreifen zu erhalten, so gesteuert, daß wenigstens eine 40-%-ige Stärkenverringerung des Aluminiumstreifens und vorzugsweise eine Reduzierung von zwischen etwa 50 % und 75 % der Stärke des Aluminiumstreifens-erreicht wird.
- Die daraus entstehende Schichtung kann, wenn sie einen Aluminiumstreifen aufweist, der im wesentlichen aus reinem Aluminium oderlegierungen von Aluminium mit relativ geringen-Prozentsätzen von,niedrigschmelzenden Legierungsbestandteilen, wie z.B. bis zu 7 % Zinn, besteht, direkt für die Herstellung von Lagerschalen o.-dgl. verwendet werden. Es wurde gefunden, daß mit Aluminiumlegierungen der erwähnten Art die Kobaltzwischenschicht eine wesentlie-he Zunahme der Bindungpfestigkeit zwischen dem Stahl- -und dem Aluminiumstreifen bewirkt, so daß keine weiteren Verfahrenssehritte mehr erforderlich sind. Wenn andererseits der Aluminiumstreifen aus einer Aluminiumlegierung besteht, die einen relativ großen Prozentsatz, beispielsweise mehr als 7 %.und vorzugsweise von etwa 15 bis etwa 30 %, eines niedrigschmelzenden Legierungsbestandteils, wie z.B. Zinn, besitzt, ist es gemäß dieser Erfindung erforderlich, den zusammengesetzten Streifen einer gesteuerte n Wärmebehandlung zu unterwerfen, die gleichzeitig eine Verbesserung der Bindungsfestigkeit und eine Veredelung oder Vernetzung der Aluminiumlegierungsschicht bewirkt.
- Um die Vorteile der verbesserten Bindungsfestigkeit des zusammengesetzten Streifens zu erhalten, der eine Aluminium-4-legierung mit beispielsweise mehr als 7 % Zinn enthält, is. es notwendig, den zusammengesetzten Streifen einer Wäramebehandlung bei einer gesteuerten Temperatur im Bereich von etwa 3150C (6000F) bis zu etwa 4540C (8500F)'solange zu unterwerfen, daß eine Vernetzung und Stabilisierung der Aluminiumschich'L-, erreicht wird, um eine zusätzliche Verbesserung der Bindungsfestigkeit zwischen dem Aluminiumstreifen und dem Stahlstreifen zu erhalten. Es sind zwar Temperaturen im Bereich von etwa 315 oc (6000F) bis etwa 3980C (7500F) wirksam, um die Vernetzung und Veredlung oder Verfeinerung der Aluminiumlegierungsschicht zu diese Temperaturen sind jedoch weniger wirksam, um eine verbesserte Bindungsfestigkeit zu erhalten. Höhere Temperaturen, wie z.B. Temperaturen von etwr. -;)30C (7500F) bis zu etwa 4540C (8500F) und vorzugsweise zwischen etwa 4120 C (775'F) und 440'C (825'F) haben sich besonders wirksam für die Erzeugung einer wesentlichen Zunahme der Bindungsfestigkeit erwiesen, während gleichzeitig eine Vernetzung und Veredelung der Struktur der Aluminiumschicht erhalten wird. Es wurde gefunden, daß Temperaturen Über etwa 4540C (8500F) bewirken, daß die Komponente mit dem niedrigen Schmelzpunkt zu stark schmilzt, insbesondere wenn die Aluminiumlegierungen zwischen 15 und 30 % Zinn enthalten. In diesem Fall sammelt sich in der Grenzschicht zu viel Zinn an, was die angestrebte Bindungsifestig-C> keit beeinträchtigt. Aus diesem Grund werden die Wärmebehandlungen von *",iel Zinn enthaltenden Aluminiumlegierungen vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 4120 C (775'.P) und 4400C (8250F) durchgeführt. Die Dauer der Wärmebehandlung hängt von der verwendeten Temperatur ab. Es wurde gefunden, daß Wärmebehandlungszeiten von nur etwa 1 Minute bei einer Temperatur von 3150C (6000F) eine bedeutende Verbesserung der Bindungsfestigkeit und der Veredelung der Aluminiumschicht zur Folge haben. Eine Wärmebehandlung des zusammengesetzten Streifens von etwa 1 Minute bei einer Temperatur zwischen etwa 412 0 C (7-750F) und etwa 4400C (8250F) hat eine noch bessere Bindungsfestigkeit und Veredelung der Aluminiumschlcht, vergleichsweise zu der Behandlung, die bei 315 0 C (600'F) die gleiche Zeit lang durchgeführt wurde, zur Folge.. Um eine ausreichende Behandlungszeit bei der Vorerhit;l#es'mperatur zu gewährleisten, um die verbesserte Bindung und Vernetzung der Aluminiumschicht zu erhalten, werden Zeiten von etwa 5 Minuten bevorzugt. Längere Zeiten könnenangewandt werden, beispielsweise bis zu 1 Stunde. Die Dauer-der Vorerhitzung über 10 Minuten ist vom wirtschaftlichen Standpunkt nicht zu empfehlen und bringt keine bedeutende Verbesserung hinsichtlich der Bindungsfestigkeit und der Vernetzung der Aluminiumschicht über das Ergebnis, das mit einer 5 Minuten lang dauernden Behandlung erreicht wird, hinaus mit sich. Es ist klar, daß unter der Dauer der Wärmebehandlung die Zeit verstanden wird, bei der der zusammengesetzte Streifen bereits eine Temperatur innerhalb des Vorerhitzungsbereiches von etwa 3150C (6000F) bis etwa 454'C (850'P) angenorimen hat und daß die Zeitintervalle bei dieser Zeitangabe ausgeschlossen sind, die notwendig sind, um den zusammengesetzten Streifen C> auf diese Temperatur zu erwärmen und ihn nachher auf Raumtemperatur abzukühlen. Nach dem Aufwalzen und/oder der Wä#Lrmebehandlung wird dem zusammengesetzten Streifen ermöglicht, sich in der Luft auf Raumtemperatur abzukühlen, wonach er zum Herstellen von Lagerschalen.wie z.B. von Lagerschalen 38 nach Figur 2 bereit ist. Die mit*Flanschen versehene Lagerschale nach Figur 2 besitzt eine innere halbzylindrische Oberfläche 40, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und ein Paar von gekrümmten Seitenflanschen 42, die mit dem Aluminium-Lagermaterial auf ihren Außenseiten beschichtet sind. Um die hohe Bindungsfestigkeit, die; mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden kann, zu demonstrieren, wurden eine Reihe von Testproben der in.den Figuren 3 und 4 dargestellten Art aus zusammengesetzten Streifen hergestellt und Zugspannungen unterworfen, um die Scherfestigkeit der Bindung zwischen dem Aluminium und dem Stahlstreifen zu bestimmen. Jede Zugfestigkeits-Testprobe besaß eine Breite von 2,54 cm (1 inch) und ein Paar von Querschlitzen oder Nuten 44, die sich durch den Aluminiumstreifen 18 und den Stahlstreifen 10 erstreckten, wobei eine Fläche 46 zwischen den Nuten belassen wurde, die etwa 0,0508 cm (0,020 inch) breit war. Diese Fläche war die dem Scherversuch ausgesetzte Fläche. Ein Paar von Öffnungen 48 wurden in beide Enden des Teststreifens eingebracht, um die Halterung desselben und die Anwendung einer Zugkraft zu erleichtern. Es wurden eine Reihe von Testproben aus zusammengesetzten Streifen hergestellt, die mit A, B und C bezeichnet werden. Der zusammengesetzte Streifen A bestand aus einem Stahlstreifen mit einem elektrolytisch aufgebrachten Kobalt-Überzug von 0.000127 cm (0,00005 inch) Stärke, auf den ein im wesentlichen aus reinem Aluminium bestehender Streifen bei einer Temperatur von 482 0 C (9000F) und unter Reduzierung der Stärke des Aluminiumstreifens von etwa 50 % aufgewalzt wurdei Die Aluminiumschicht des Streifens B bestand aus einer Aluminiumlegierung, die von etwa 5 1/2 % bis etwa 7 % Zinn, 1 % Kupfer, 1 1/2-% Silicium, 1/2 % Nickel und den Rest Aluminium enthielt, wobei diese Schicht oder dieser Streifen bei einer Temperatur von etwa 4260C (8000F) auf einen Stahlstreifen aufgewalzt wurde, auf den elektrolytisch ein Kobaltüberzug aufgalvanisiert worden war,der eine Stärke von 0,000127 am (0,00005 inch) besaßm- Der zusammengesetzte Streifen C bestand aus einer Zinn-Aluminium-Legierung, die einen Gehalt von 20 % Zinn, etwa 1 % Kupfer, bis zu 0,3 % übliche Verunreinigungen und den Rest CD Aluminium enthielt, und die auf einen Stahlstreifen aufgewalzt worden war, auf den elektrolytisch Kobalt aufgalvanisiert wurde, wobei der Kobaltüberzug eine Stärke-von 0.900127 cm (0,0005 inch) besaß',- das Aufwalzen bei einer Temperatur von 221 0 C (4300F) und unter einer Stärkereduzierung der Aluminiumschicht von 60 % erfolgte und eine Wärmebehandlung von 4260C COOOF) 5 Minuten lang durchgeführt wurde. Die Zugfestigkeitswerte, die die Bruchgrenze oder die Abschergrenzenfestigkeit der Bindung jeder einzelnen Probe wiedergeben, sind nachfolgend tabelliert:
Bruchfestigkeitder Bindung.p. i. (kg/cm2 Probe A Probe B Probe C- 10 000 (703) 15 000 (1 055) 9 400 (661) 11 800 (829) 15 900 (1 118) 11 600 (815) 11 500 (808) 14 ooo 984) 9 300 (654) 10 500 (738) 16 300 146) 10 000 (703) 11 800 (829) 14 60o (1 026) 10 600 (745) 11 700 (822) 15 000 (1 055) 10 800 (759) 11 100 (780) 9 300 (654) 10 800 (759) 10 300 (724) 9 400 (661) 10 900 (766)
Claims (2)
- P a t e n t a.n s p r U c h e 1. Verfahren zur Ausbildung eines Schichtstreifens aus Aluminium und Stahl, welcher zur Herstellung von Lagerschalen,-geeignet ist, wobei ein Aluminiumstreifen mit einem Zinngehalt von etwa 7 % bis 30 % verwendet wird, ein zusammenhängender Überzug aus Kobalt oder Kobalt-Phosphor auf die Oberfläche des Stahlstreifens aufgebracht wird und wobei sodann der Aluminiumstreifen auf den Stahlstreifen aufgewalzt wird, indem die Streifen aufeinanderliegend durch ein Walzenpaar geführt werden und die Stärke des Aluminiumstreifens um mindestens 40 % reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammenhängende Überzug in einer Stärke von 0,000635 mm bis etwa 0.0127 mm aufgebracht wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlstreifen und der Aluminiumstreifen in einer reduzierenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 1480C und etwa 5100C vor dem Walzvorgang'vorerhitzt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Stärkereduzierung der Schichtstreifen bei einer Temperatur zwischen 315 0 C und etwa 4540C hinreichend lang wärmebehandelt wird, so daß eine Verbesserung der Bindungsfestigkeit und eine Vernetzung der Aluminiumlegierung erzielt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung mehr als eine Minute lang durchgeführt wird.
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