DE1775322C2 - Multi-layer storage material, its input material and process for the production of the input material - Google Patents
Multi-layer storage material, its input material and process for the production of the input materialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft mehrschichtiges Lagermaterial mit einer Trägerschicht aus Stahl, einer mit dieser verbundenen Zwischenschicht auf Aluminiumbasis und einer Lagerschicht aus 55 bis 95 Gew.-% Aluminium, 5 bis 25 Gew.-% Zinn, Blei, Cadmium, Wismut und/oder Antimon und 0 bis 20 Gew.-% Zusätzen aus Silicium, Kupfer, Mangan, Magnesium, Nickel, Eisen, Zink, Chrom, Zirkon und/oder Titan. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Vormaterial für die Bereitstellung dieses mehrschichtigen Lagermaterials und ein Verfahren zur Herstellung des Vormaterials.The invention relates to multi-layer bearing material with a support layer made of steel, one with this connected intermediate layer based on aluminum and a bearing layer composed of 55 to 95% by weight of aluminum, 5 up to 25% by weight tin, lead, cadmium, bismuth and / or Antimony and 0 to 20% by weight additives of silicon, copper, manganese, magnesium, nickel, iron, zinc, Chrome, zirconium and / or titanium. The invention also relates to a primary material for providing this multilayer storage material and a process for the production of the starting material.
Mit der US-Patentschrift 31 32 418 wird ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Lagermaterials angegeben, nach dem ein Lagermaterial mit einer Trägerschicht aus Stahl, einer Zwischenschicht aus Aluminium und einer Gleitschicht aus zinnreicher Aluminiumlegierung erhalten wird; die zinnreiche Aluminiumlegierung kann aus 5 bis 50Gew.-% Zinn, 0,1 Gew.-% Silicium, 0 bis 4 Gew.-% Kupfer, 0 bis 4Gew.-% Nickel, 0 bis 4Gew.-% Mangan, 0 bis 1 Gew.-% Eisen, 0 bis 5 Gew.-% Blei und/oder 0 bis 0,5Gew.-% Beryllium, Rest, nämlich wenigstens 50Gew.-%, Aluminium einschl. üblicher fertigungsbedingte!· Verunreinigungen bestehen. Nach dem bekannten Verfahren geht man von drei endlosen Bändern aus den jeweiligen Schichtmaterialien aus; diese Bänder werden an ihren Oberflächen gereinigt, anschließend erwärmt und daraufhin durch eine Walzbehandlung verdichtet; im Anschluß an die Verdichtung kann durch Erwärmung auf 350° C vergütet werden.With US Pat. No. 3,132,418, a method for producing a multilayer bearing material is disclosed indicated, according to which a bearing material with a support layer made of steel, an intermediate layer made of Aluminum and a sliding layer of tin-rich aluminum alloy is obtained; the tin rich Aluminum alloy can be made from 5 to 50 wt% tin, 0.1 wt% silicon, 0 to 4 wt% copper, 0 to 4% by weight nickel, 0 to 4% by weight manganese, 0 to 1% by weight iron, 0 to 5% by weight lead and / or 0 to 0.5% by weight beryllium, the remainder, namely at least 50% by weight, aluminum including the usual production-related! · Impurities exist. The known method is based on three endless belts the respective layer materials; these tapes are then cleaned on their surfaces heated and then compacted by a rolling treatment; after the compression can through Heating to 350 ° C can be remunerated.
Bekanntlich überzieht sich metallisches Aluminium außerordentlich rasch mit einer Oxidschicht, welche die Verbindung von Aluminium mit anderen Materialien erschwert. Da Zinn bereits bei 232° C schmilzt, wandert es beim Erwärmen eines Bandes aus zinnreicher Aluminiumlegierung leicht an die Sandoberfläche und »schwitzi« aus der Aluminiumlegierung aus; das ausgeschwitzte Zinn klebt an den Verdichtungswalzen und begrenzt damit das Ausmaß der Verdichtung. Aus den genanntun Gründen bereitet beim bekannten Verfahren die ausreichende metallurgische Verbindung der einzelnen Schichten erhebliche Schwierigkeiten; im Ergebnis können nach dem bekannten Verfahren voll befriedigende Gleitlager auf Aluminiumbasis, die den modernen Anforderungen an Belastbarkeit, Schnellaufeigenschaften und Beständigkeit gegen »Festfressen«' genügen, nicht erhalten werden.As is well known, metallic aluminum is coated extremely quickly with an oxide layer, which the Connection of aluminum with other materials made more difficult. Since tin melts at 232 ° C, it migrates it easily touches the sand surface and when a ribbon made of tin-rich aluminum alloy is heated "Sweaty" from the aluminum alloy; the sweaty tin sticks to the compaction rollers and thus limits the degree of compression. For the reasons mentioned above, the known Process the adequate metallurgical connection of the individual layers considerable difficulties; in the The result can be fully satisfactory aluminum-based plain bearings that use the known method modern requirements for resilience, high-speed properties and resistance to "seizing" ' suffice not to be preserved.
Mit der britischen Patentschrift 7 73 722 wird die Herstellung entsprechender mehrschichtiger Lager auf Aluminiumbasis nach einem kombinierten Sinter- und Verdichtungsverfahren beschrieben. Ein Stahlband wird chemisch gereinigt und galvanisch mit einem Nickelüberzug versehen; auf dem Nickelüberzug wird eine Schicht aus pulver- oder teilchenförmigen! reinem Aluminium aufgebracht, die anschließend bei 6200C gesintert und mit dem Nickelüberzug metallurgisch verbunden wird; anschließend wird die Aluminiumschicht verdichtet. Auf der verdichteten Schicht wird ein Gemisch aus Aluminiumpulver und Zinnpulver (beispielsweise 10 bis 20Gew.-% Zinn) aufgebracht, das gesamte Material auf etwa 90° C erwärmt und anschließend erneut verdichtet.British Patent 7 73 722 describes the production of corresponding multilayer bearings based on aluminum using a combined sintering and compaction process. A steel strip is chemically cleaned and galvanically coated with a nickel coating; a layer of powdery or particulate! applied to pure aluminum, which is then sintered at 620 ° C. and metallurgically bonded to the nickel coating; then the aluminum layer is compacted. A mixture of aluminum powder and tin powder (for example 10 to 20% by weight tin) is applied to the compacted layer, the entire material is heated to about 90 ° C. and then compacted again.
In der Praxis hat sich herausgestellt, daß unter diesen Bedingungen kein befriedigender Zusammenhalt zwischen den Teilchen der Lagerschicht erzielt werden konnte, mit der Folge, daß bei Erwärmung solcher Lager unter stärkerer Belastung das Üinn aus der gesinterten Schicht austrat und entfernt wurde, so daß die Lagerschicht an Lagermaterial verarmte und zum Festfressen neigte.In practice it has been found that among these Conditions no satisfactory cohesion between the particles of the bearing layer can be achieved could, with the result that when such bearings are heated under heavy loads, the Üinn from the sintered layer emerged and was removed, so that the bearing layer depleted of bearing material and for Tending to seize.
Weiterhin ist aus der US-Patentschrift 30 94 415 ein zweischichtiges Lager mit einer Trägerschicht aus Stahl und einer !,agerschicht aus Aluminium/Zinn mit bis zu 30Gew.-% Zinn bekannt Die Lagerschicht kann in Form eines vorlegierten Pulvers aus einer Aluminium-Zinn-Legierung der vorgesehenen Zusammensetzung aufgebracht werden. Anschließend wird der Träger mit der aufgebrachten Pulverschicht auf 370 bis 5900C erwärmt, wobei die Pulverteilchen erweichen und miteinander verschmelzen. Es hat sich gezeigt, daß hierbei auch Zinn in die Grenzfläche zwischen Träger und Lagerschicht gelangt, wodurch die Haftfestigkeit der Lagerschicht am Träger beeinträchtigt wird.Furthermore, from US patent specification 30 94 415, a two-layer bearing with a carrier layer made of steel and a bearing layer made of aluminum / tin with up to 30% by weight of tin is known. Alloy of the intended composition can be applied. The carrier with the applied powder layer is then heated to 370 to 590 ° C., the powder particles softening and melting together. It has been shown that tin also gets into the interface between the carrier and the bearing layer, as a result of which the adhesive strength of the bearing layer on the carrier is impaired.
Schließlich ist aus der US-Patentschrift 31 04 135 ein ebenfalls zweischichtiges Lager mit einer Trägerschicht aus Stahl und einer aufgesinterten Pulverschicht aus beispielsweise einem Gemenge aus Aluminiumpulver und Zinnpulver oder einer Vorlegierung aus diesen Komponenten bekannt Zur Herstellung wird ebenfalls erwärmt und verdichtet, wobei jedoch die Temperatur stets unterhalb der Schmelztemperatur der am niedrigsten schmelzenden Komponente gehalten wird. Hierbei wird eine Struktur erhalten, bei welcher die niedrig schmelzende Komponente verfestigte Seen bildet, die von der Aluminiumstruktur umgeben sind. In der Praxis hat sich gezeigt, daß auch dieses Lager bei hohen Belastungen nicht völlig befriedigt hat, da bei entsprechender Erwärmung das Zinn aus der Aluminiumstruktur entweichen konnte, so daß bei hoher Belastung weiterhin die Gefahr eines Festfressens bestand.Finally, from US Pat. No. 31 04 135 there is also a two-layer bearing with a carrier layer made of steel and a sintered-on powder layer made of, for example, a mixture of aluminum powder and tin powder or a master alloy made from these components is also known heated and compressed, but the temperature is always below the melting temperature of the lowest melting component is held. Here, a structure is obtained in which the low melting component forms solidified lakes surrounded by the aluminum structure. In practice it has been shown that even this camp is not completely satisfactory under high loads, since with corresponding Heating the tin could escape from the aluminum structure, so that under high loads there was still a risk of seizure.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein auf pulvermetallurgischem Wege hergestelltes Gleitlager auf Aluminiumbasis bereitzustellen, das eine gegenüber den oben dargelegten, bekannten Vorschlägen verbesserte Verteilung der Lagerkornponente im Aluminium aufweist und geringe Reibung mit hoher Ermüdungsfestigkeit und Beständigkeit gegen Festfressen verbindet.The object of the present invention is to provide a plain bearing manufactured by powder metallurgy based on aluminum which improved one over the prior art proposals set out above Distribution of the bearing components in aluminum and low friction with high fatigue strength and seizure resistance.
Ausgehend von einem mehrschichtigen Lagermaterial mit einer Trägerschicht aus Stahl, einer mit dieser verbundenen Zwischenschicht auf Aluminiumbasis und einer Lagerschicht aus 55 bis 95 Gew.-% Aluminium, 5 bis 25 Gew.-°/o Zinn, Blei, Cadmium, Wismut und/oder Antimon und 0 bis 20 Gew.-% Zusätzen aus Silicium, Kupfer, Mangan, Magnesium, Nickel, Eisen, Zink, Chrom, Zirkon und/oder Titan ist die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe in ihrer allgemeinsten Form dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus zusammengesinterten Pulverteilchen besteht, und die Lager„chicht aus auf der Zwischenschicht auf- und zusammengesinterten, durch Versprühung und Abschreckung einer geschmolzenen Masse aus den genannten Bestandteilen erhaltenen Pulverteilchen besteht, welche in der Form gegeneinander abgegrenzter Teilchen auf Aluminiumgrundlage vorliegen, die Lagermetall in feiner Verteilung enthalten, wohingegen sich zwischen den Teilchen keine gesonderten Lagermetallteilchen befinden.Starting from a multi-layer bearing material with a steel carrier layer, one with this connected intermediate layer based on aluminum and a bearing layer composed of 55 to 95% by weight of aluminum, 5 up to 25% by weight of tin, lead, cadmium, bismuth and / or antimony and 0 to 20% by weight of silicon additives, Copper, manganese, magnesium, nickel, iron, zinc, chromium, zirconium and / or titanium is the one according to the invention This object is achieved in its most general form, characterized in that the intermediate layer consists of consists of powder particles sintered together, and the bearing layer consists of on the intermediate layer and sintered together, by spraying and quenching a molten mass from the Powder particles obtained named constituents, which are delimited from one another in the form There are aluminum-based particles which contain bearing metal in finely divided form, whereas there are no separate bearing metal particles between the particles.
Nach einer bevorzugten Ausiführungsform des erfindungsgemäßen Lagermaterials besteht die Zwischenschicht aus einer Legierung mit wenigstens 55 Gew.-% Aluminium und 0 bis. 13Gew.-% Silicium, 0 bisAccording to a preferred embodiment of the invention Bearing material, the intermediate layer consists of an alloy with at least 55% by weight Aluminum and 0 to. 13 wt% silicon, 0 to
7 Gew.-% Kupfer, 0 bis 14 Gew.-% Mangan, 0 bis 6Gew.-% Magnesium, 0 bis 3Gew.-% Nickel, 0 bis 2 Gew.-% Eisen, 0 bis 8 Gew.-°/o Zink, 0 bis 1 Gew.-% Chrom, 0 bis 1 Gew.-% Zirkon und 0 bis 1 Gew.-% Titan.7% by weight copper, 0 to 14% by weight manganese, 0 to 6% by weight magnesium, 0 to 3% by weight nickel, 0 to 2% by weight iron, 0 to 8% by weight zinc, 0 to 1% by weight Chromium, 0 to 1% by weight zirconium and 0 to 1% by weight titanium.
Die Erfindung ist weiterhin auf ein Vormaterial für das oben genannte Lagermaterial gerichtet Dieses erfindungsgemäße Vormaterial ist dadurch gekennzeichnet daß auf der Lagerschicht eine weitere Schicht aus auf- und zusammengesintertem Pulver eines Gemenges aus Lagermetall-Teilchen und Teilchen auf Aluminiumbasis angeordnet istThe invention is further directed to a starting material for the above-mentioned storage material The primary material according to the invention is characterized in that there is a further layer on the bearing layer from powdered and sintered together of a mixture of bearing metal particles and particles Aluminum base is arranged
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die weitere Schicht dieses Vormaterials aus 0 bis 13 Gew.-% Silicium, 0 bis 7 Gew.-% Kupfer, 0 bis 1,5 Gew.-% Mangan, 0 bis 6 Gew.-% Magnesium, 0 bis 3Gew.-% Nickel, 0 bis 2 Gew.-% Eisen, 0 bisAccording to a preferred embodiment of the invention, the further layer consists of this primary material of 0 to 13% by weight silicon, 0 to 7% by weight copper, 0 to 1.5% by weight manganese, 0 to 6% by weight magnesium, 0 up to 3% by weight nickel, 0 to 2% by weight iron, 0 to
8 Gew.-% Zink, 0 bis 1 Gew.-°/o Chrom, 0 bis 1 Gew.-%
Zirkon, 0 bis 1 Gew.-% Titan, 0 bis 50 Gew.-°/o Cadmium, 0 bis 50 Gew.-% Wismut, 0 bis 50 Gew.-%
Antimon, 0 bis 50 Gew.-% Blei, 0 bis 50 Gew.-°/o Zinn, Rest Aluminium.
Aus dem vierschichtigen Vormaterial wird das dreischichtige Lagermaterial durch Entfernung der
weiteren Schicht erhalten. Zweck der weiteren Schicht ist es, gem. dem nachfolgend dargelegten Herstellungsverfahren
das Walzen und Verdichten der Teilchen der speziellen erfindungsgemäß vorgesehenen Lagerschicht
zu verbessern, so daß für eine solche zusätzliche weitere Schicht lediglich in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen
mehrschichtigen Lagermaterial Patentschutz begehrt wird. Es wird ausdrücklich festgestellt, daß die
allgemeine Maßnahme, auf einem dreischichtigen Lagermaterial aus beispielsweise anderen Bestandteilen
und/oder mit anderer Struktur eine zusätzliche vierte Schicht vorzusehen, nicht als Bestandteil der vorliegenden
Erfindung angesehen wird.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Herstellung des oben bezeichneten Vormaterials.
Diese? Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß drei
verschiedene Schichten aus Pulverteilchen, nämlich die Zwischenschicht, die Lagerschicht, zu deren Bereitstellung
das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung gemeinsam mit dem Lagermetall geschmolzen werden,
und die erhaltene Schmelze versprüht und abgeschreckt wird, und die weitere Schicht gleichzeitig zusammengepreßt
werden, die zusammengepreßte Gesamtschicht anschließend gesintert wird und die gesinterte Gesamtschicht
daraufhin auf einer Trägerschicht aus Stahl aufgewalzt wird.8% by weight zinc, 0 to 1% by weight chromium, 0 to 1% by weight zirconium, 0 to 1% by weight titanium, 0 to 50% by weight cadmium, 0 to 50 % By weight bismuth, 0 to 50% by weight antimony, 0 to 50% by weight lead, 0 to 50% by weight tin, the remainder aluminum.
The three-layer storage material is obtained from the four-layer starting material by removing the further layer. The purpose of the further layer is to improve the rolling and compacting of the particles of the special bearing layer provided according to the invention in accordance with the manufacturing process set out below, so that patent protection is sought for such an additional layer only in connection with the multilayer bearing material according to the invention. It is expressly stated that the general measure of providing an additional fourth layer on a three-layer storage material made up of, for example, other components and / or with a different structure, is not regarded as part of the present invention.
The invention also includes a method for producing the above-mentioned primary material. These? The method is characterized in that three different layers of powder particles, namely the intermediate layer, the bearing layer, to provide the aluminum or an aluminum alloy are melted together with the bearing metal, and the melt obtained is sprayed and quenched, and the further layer is pressed together at the same time , the compressed overall layer is then sintered and the sintered overall layer is then rolled onto a support layer made of steel.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Gesamtschicht in zwei Stufen gesintert, nämlich in einer ersten Stufe bei etwa 200° C und in einer zweiten Stufe bei Temperaturen zwischen 310 und -,90° C.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the entire layer is in sintered in two stages, namely in a first stage at about 200 ° C and in a second stage at temperatures between 310 and -, 90 ° C.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Gesamtschicht nach dem Aufwalzen auf dem Stahlträger getempert werden.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the entire layer can be tempered after rolling on the steel girder.
Nach einem wichtigen Gesichtspunkt der Erfindung erfolgt die Abschreckung des Materials für die
Lagerschicht mit einem Flüssigkeits- oder Gasstrahl.
Dieses spezielle Herstellungsverfahren gewährleistet eine einzigartige Struktur der Teilchen für die
Lagerschicht. Diese Struktur weist die nachfolgenden Merkmale auf:
a) innerhalb eines einzelnen Lagerschicht-TeilchensAccording to an important aspect of the invention, the material for the bearing layer is quenched with a jet of liquid or gas.
This special manufacturing process ensures a unique structure of the particles for the bearing layer. This structure has the following characteristics:
a) within a single bearing layer particle
sind die Lagermetall-Komponente und die Aluminium-Komponente deutlich unterscheidbar; d.h., die Grenzen der Teilchen aus diesen Komponenten bleiben erhalten und können auch noch am fertigen Produkt festgestellt werden;the bearing metal component and the aluminum component are clearly distinguishable; i.e., the boundaries of the particles from these components are retained and can still be finished Product to be determined;
b) die Lagermetall-Komponente ist in jedem Lagerschicht-Teilchen durch und durch gleichmäSig innerhalb der Aluminium-Komponente verteilt; undb) the bearing metal component is uniform through and through in each bearing layer particle distributed within the aluminum component; and
c) die Lagermetall-Komponente ist vollständig von der Aluminium-Komponente umgeben.c) the bearing metal component is completely surrounded by the aluminum component.
Da im Rahmen dieser Erfindung Teilchen mit dieser speziellen Struktur durch Versprühung und Abschrekkung einer Schmelze aus Aluminium-Komponente, Lagermetall-Komponente und gegebenenfalls den weiteren Zusätzen erhalten werden, wird für derartige Teilchen nachfolgend die Bezeichnung »vorgeschmolzene Teilchen« verwendet. Im fertigen Produkt weist eine bevorzugte Ausführungsform dieser vorgeschmolzenen Teilchen eine Länge von etwa 100 um und eine Dicke/Breite von etwa 40 μπι auf, wobei der durchschnittliche Abstand der Teilchen aus Lagermetall-Komponente innerhalb dieser vorgeschmolzenen Teilchen annähernd 5 μπι beträgt.Since in the context of this invention particles with this special structure by spraying and quenching a melt of aluminum components, Bearing metal component and optionally the other additives are obtained for such Particles hereinafter the term »premelted particles« is used. In the finished product shows a preferred embodiment of these premelted particles about 100 µm in length and one Thickness / width of about 40 μm, the average distance between the particles of bearing metal component within these premelted particles being approximately 5 μm.
Zur Erläuterung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung dienen auch 2 Blatt Abbildungen mit den F i g. 1 bis 5; im einzelnen zeigtTwo sheets of illustrations also serve to explain an exemplary embodiment of the invention the F i g. 1 to 5; shows in detail
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer kontinuierlich arbeitenden Fertigungsanlage für die Herstellung von Lagerstreifen und Lagermaterial gem. der Erfindung;F i g. 1 shows a schematic representation of a continuously operating production plant for manufacture of storage strips and storage material according to the invention;
F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Lagerschicht-Teilchens mit Aluminium und Lagermetall-Komponente gem. der Erfindung;F i g. 2 shows a schematic representation of a bearing layer particle with aluminum and bearing metal components according to the invention;
F i g. 3 eine schematische Darstellung der Einbettung von Lagermaterial in Aluminiumteilchen bei bekannten Lagern;F i g. 3 shows a schematic representation of the embedding of bearing material in aluminum particles in known ones To store;
Fig.4 eine perspektivische Darstellung einer üblichen und typischen Lagerkonstruktion; und4 shows a perspective illustration of a conventional and typical bearing construction; and
F i g. 5 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße VormateriaLF i g. 5 shows a section through the starting material according to the invention
Mit F i g. 1 ist ein Tiegel 10 für das Verschmelzen von Teilchen 12 auf Aluminiumbasis dargestellt. Das Rohmaterial 12 wird entweder in Form von Barren oder kleinen Stücken zugegeben und kann eine Mischung aus elementaren Bestandteilen, eine Mischung von reinem und legiertem Material oder eine Mischung von Legierungen darstellen. Das Rohmaterial 12 wird, um die einzelnen Bestandteile zum Schmelzen zu bringen, in den Tiegel 10 gegeben, erwärmt und darin für einige Minuten bei einer Temperatur von etwa 980 bis 1040° C kräftig gerührt bis die Schmelze in eine einheitliche flüssige Phase übergegangen ist Ein Schmelzprozeß dieser Art ist mit der US-Patentschrift 19 59 029 näher beschrieben. Der Tiegel 10 ist mit einer Ausflußöffnung 14 versehen, aus der die geschmolzene Masse unter Druck in einem kontinuierlichen Strom ausgestoßen wird. Wasser von Raumtemperatur oder Luft wird auf den Strom aus geschmolzener Masse gerichtet, um den Strom zu zerteilen und die geschmolzene Masse zu versprühen und abzuschrecken, wobei die entstehenden Teilchen in den festen Zustand fibergeführt werden. Das Wasser wird mittels einer Düse 18 so gegen die geschmolzene Masse gerichtet, daß die entstehenden feinen Tröpfchen oder Teilchen in einen Behälter 20 fallen und dort gesammelt werden. Für das Abfließen des Wassers sind geeignete, nicht dargestellte Vorkehrungen getroffen. Es kann auch wahlweise anstelle vonWith F i g. 1, a crucible 10 for fusing aluminum-based particles 12 is shown. That Raw material 12 is added either in the form of bars or small pieces and can be a mixture of elemental components, a mixture of pure and alloyed material or a mixture of Represent alloys. The raw material 12 is to melt the individual components in placed in the crucible 10, heated and placed in it for a few minutes at a temperature of about 980 to 1040 ° C vigorously stirred until the melt has passed into a uniform liquid phase. A melting process this type is described in more detail with US Pat. No. 1,959,029. The crucible 10 is provided with an orifice 14, from which the molten mass is ejected under pressure in a continuous stream will. Room temperature water or air is directed onto the stream of molten mass, around the Stream to break up and spray and quench the molten mass, the resulting Particles are converted into the solid state. The water is by means of a nozzle 18 so against the molten mass directed that the resulting fine droplets or particles into a container 20 fall and be collected there. Suitable precautions, not shown, have been taken for the drainage of the water. It can also be used instead of Wasser oder Luft ein anderes Gas für das Zerteilen und Abschrecken des geschmolzenen Stromes 16 verwendet werden.Water or air, another gas is used to break up and quench the molten stream 16 will.
Die vorgeschmolzenen Teilchen werden dann gesammelt, getrocknet und sind für die Lagerschicht des erfindungsgemäßen Lagermaterials bestimmt. Zur Weiterverarbeitung werden diese Teilchen 22 in die mittlere öffnung einer trichterförmigen Sammelvorrichtung 24 eingebracht. Die Sammelvorrichtung 24The premelted particles are then collected, dried and used for the storage layer of the Storage material according to the invention determined. For further processing, these particles 22 are in the central opening of a funnel-shaped collecting device 24 introduced. The collecting device 24
ίο weist auf jeder Seite der mittleren öffnung jeweils eine weitere öffnung auf; die (in der Zeichnung links dargestellte) öffnung dient zur Aufnahme von Pulverteilchen 26 für die Zwischenschicht und die (in der Zeichnung rechts dargestellte) öffnung dient zurίο has one on each side of the central opening further opening; the opening (shown on the left in the drawing) serves to receive powder particles 26 for the intermediate layer and the (in FIG The opening shown on the right is used for Aufnahme eines Gemisches 28 aus Teilchen aus Lagermetall und aus Teilchen aus Aluminium oder Aluminiumlegierung für die entfernbare weitere Schicht 28 am Vormaterial.Ingestion of a mixture 28 of particles Bearing metal and particles of aluminum or aluminum alloy for the removable further layer 28 on raw material.
Spalt zwischen den Druckwalzen 30 geführt und dabei dicht zusammengepreßt. Die entstehende Tripelschicht wird in zwei Stufen im Sinterofen 32 gesintert Die erste Haltezeit im Ofen 32 beträgt etwa zwei Stunden bei etwa 200° C und dient zum Entweichen von Gas aus demGap guided between the pressure rollers 30 and pressed together tightly. The resulting triple layer is sintered in two stages in the sintering furnace 32. The first holding time in the furnace 32 is about two hours about 200 ° C and is used to escape gas from the Gemisch, um die Bildung von Blasen zu verhindern. Anschließend erfolgt die zweite Stufe der Sinterung der Tripelschicht bei Temperaturen von 310 bis 590° C im Sinterofen. Die genaue Temperatur und die genaue Zeit hängen von der angestrebten inneren Struktur ab;Mixture to prevent the formation of bubbles. This is followed by the second stage of sintering the triple layer at temperatures of 310 to 590 ° C im Sintering furnace. The exact temperature and time depend on the desired internal structure;
jo beispielsweise erbrachte eine Sinterung bei etva 340" C im Verlauf von 30 min befriedigende Ergebnisse.jo, for example, resulted in sintering at around 340 "C satisfactory results in the course of 30 minutes.
Der gesinterte Streifen wird anschließend durch die Walzen 34 geführt und eine Stahlträgerschicht Fläche an Fiäche auf die Grundschicht aufgewalzt Je nach demThe sintered strip is then passed through rollers 34 and a steel backing surface rolled onto the surface of the base layer Depending on the endgültigen Verwendungszweck des Lagermaterialsfinal use of the storage material wird das erhaltene Material wahlweise nachträglich inthe material obtained is optionally subsequently in einem Anlaßofen 38 bei einer Temperatur von etwa 310a tempering furnace 38 at a temperature of about 310 bis 400° C ungefähr 30 min lang angelassen.tempered to 400 ° C for about 30 minutes.
Trägerschicht zusammengesetzte Streifen wird beschnitten oder ausgestanzt und nach bekannten Verfahren zur Lagerherstellung zu einem Lager üblicher Form ausgebildet wie mit F i g. 4 dargestellt Das sich aus dem oben beschriebenen VerfahrenStrips composed of carrier layer are trimmed or punched out according to known Method for producing bearings to form a bearing of the usual shape as shown in FIG. 4 shown This results from the procedure described above ergebende Vormaterial ist mit Fig.5 im Schnitt dargestellt jede Schicht auf Aluminiumgrundlage ist durch die Zahl gekennzeichnet die die Teilchen bezeichnet aus denen jede dieser Schichten aufgebaut istThe resulting primary material is in section with Fig. 5 Each aluminum-based layer is represented by the number representing the particles denotes from which each of these layers is built up
Um die Lagerschicht 22 freizulegen, wird das Vormaterial nach üblichen Methoden auf die geeigneten Abmessungen aufgebohrt bis die Schicht 28 völlig entfernt ist Dieser Arbeitsgang kann evtL vor dem Ausstanzen des Lagerstreifens vorgenommen werden.In order to expose the bearing layer 22, the Pre-material drilled to the appropriate dimensions by conventional methods until the layer 28 is completely is removed This operation can possibly be carried out before the bearing strip is punched out.
Nachfolgend wird der Aufbau der erfindungsgemäß vorgesehenen Lagerschicht mit Bezugnahme auf die Fig.3 und 2 näher erläutert Bei der Sinterung und Verdichtung eines pulverförmigen Gemenges aus Aluminiumteilchen und Lagermetall-Teilchen wird eineThe structure of the bearing layer provided according to the invention is described below with reference to FIG 3 and 2 explained in more detail During the sintering and compression of a powdery mixture Aluminum particles and bearing metal particles becomes one Struktur erhalten, die schematisch mit F i g. 3 dargestellt ist Das Lagermetall LM ist hier zwischen die Aluminiumteilchen eingelagert, auch wenn die Aluminiumteflchen vollständig zu einem großen Aggregat zusammengeschlossen sind. Mit der US-PatentschriftStructure obtained, which is shown schematically with FIG. 3 is shown. The bearing metal LM is embedded here between the aluminum particles, even if the aluminum surfaces are completely combined to form a large aggregate. With the US patent 31 04 135 wird diese Struktur dahingehend beschrieben, daß das niedrig schmelzende Lagermaterial einzelne getrennte Seen bildet die von einer Matrix ans AiuminhimteDchen umgeben sind. Bei dieser Struktur31 04 135 this structure is described in such a way that that the low-melting storage material forms individual separate lakes that of a matrix ans AiuminhimteDchen are surrounded. With this structure
bekannter Lagerschichten ist das Lagermaterial innerhalb der Aluminiummatrix relativ leicht beweglich und kann bei einer Erwärmung des Lagers infolge Überlastung entfernt werden, wodurch es zu dem gefürchteten Festfressen des Lagers kommen kann.known bearing layers, the bearing material is relatively easy to move within the aluminum matrix and can be removed if the bearing heats up as a result of overloading, which leads to the dreaded seizure of the bearing can occur.
Demgegenüber ist mit F i g. 2 ein erfindungsgemäß vorgesehenes Teilchen 22 der Lagerschicht dargestellt, das durch Versprühung und Abschreckung einer geschmolzenen Masse aus Aluminium, Lagermetall-Komponente und gegebenenfalls weiteren Zusätzen erhalten wurde. Wie dargestellt, befindet sich das Lagermetall LM in Form einzelner Teilchen durch und durch einheitlich verteilt innerhalb der Masse aus Aluminium Al, die das Teilchen 22 bildet. Beim Verdichten der Teilchen 22 berühren sich im wesentlichen nur die Aluimniumgrenzschichten der Teilchen 22, was zu einem verbesserten Zusammenhalt der Lagerschicht führt. Dank der einheitlichen Verteilung der Lagermetall-Komponente innerhalb der Lagerschicht-Teilchen 22 ist die Beweglichkeit des Lagermaterials :o vermindert, mit der Folge, daß auch die Gefahr eines Verlustes an Lagermaterial bei Überlastung des Lagers geringer ist. Beim Durchgang durch die Walzen wird jedes vorgeschmolzene Teilchen 22 in Walzrichtung gestreckt; hierbei wird jedoch das Lagermaterial, da es ;ϊ fein und gleichmäßig in jedem Teilchen 22 verteilt ist, nur geringfügig gestreckt Ein typisches verschmolzenes Pulverteilchen 22 der fertigen Lagerschicht ist bei einer bevorzugten Ausführungsform etwa 100 μπι lang und etwa 40 μπι breit und dick; der durchschnittliche 3d Abstand zwischen den Teilchen des Lagermetalls beträgt annähernd 5 μπι.In contrast, with F i g. 2 shows a particle 22 of the bearing layer provided according to the invention, which was obtained by spraying and quenching a molten mass of aluminum, bearing metal component and, if necessary, further additives. As shown, the bearing metal LM is in the form of individual particles distributed uniformly through and through within the mass of aluminum Al that forms the particle 22. When the particles 22 are compacted, essentially only the aluminum boundary layers of the particles 22 come into contact, which leads to an improved cohesion of the bearing layer. Thanks to the uniform distribution of the bearing metal component within the bearing layer particles 22, the mobility of the bearing material is: o reduced, with the result that the risk of loss of bearing material when the bearing is overloaded is also lower. As it passes through the rolls, each premelted particle 22 is stretched in the rolling direction; In this case, however, the bearing material, since it is finely and evenly distributed in each particle 22, is only slightly stretched. In a preferred embodiment, a typical fused powder particle 22 of the finished bearing layer is about 100 μm long and about 40 μm wide and thick; the average 3d distance between the particles of the bearing metal is approximately 5 μm.
Die Teilchen 26 für die Zwischenschicht, welche die Verbindung zwischen der Trägerschicht aus Stahl und der Lagerschicht gewährleisten, bestehen aus einem y, Material, das kein Lagermaterial enthält. Damit wird verhindert daß sich an der Grenzschicht der Trägerschicht Lagermaterial befindet, was die Festigkeit der Verbindung beeinträchtigen würde. Die Teilchen 26 können aus reinem Aluminium oder aus einer Legierung mit wenigstens 55 Gew.-% Aluminium und 0 bis 13Gew.-°/o Silicium, 0 bis 7 Gew.-% Kupfer, 0 bis 1,5 Gew.-% Mangan, 0 bis 6 Gew.-°/o Magnesium, 0 bis 3 Gew.-°/o Nickel, 0 bis 2 Gew.-% Eisen, 0 bis 8 Gew.-°/o Zink, 0 bis 1 Gew.-% Chrom, 0 bis 1 Gew.-% Zirkon und 0 bis 1 Gew.-% Titan bestehen. Bevorzugt werden Teilchen 26 aus im wesentlichen reinem Aluminium eingesetztThe particles 26 for the intermediate layer, which ensure the connection between the support layer made of steel and the bearing layer, consist of a γ, material that does not contain any bearing material. This prevents storage material from being located at the boundary layer of the carrier layer, which would impair the strength of the connection. The particles 26 can be made of pure aluminum or of an alloy with at least 55% by weight of aluminum and 0 to 13% by weight of silicon, 0 to 7% by weight of copper, 0 to 1.5% by weight of manganese, 0 to 6% by weight magnesium, 0 to 3% by weight nickel, 0 to 2% by weight iron, 0 to 8% by weight zinc, 0 to 1% by weight chromium , 0 to 1% by weight of zirconium and 0 to 1% by weight of titanium. Particles 26 made of essentially pure aluminum are preferably used
Die Teilchen 22 für die Lagerschicht wurden durch Versprühung und Abschreckung einer geschmolzenen Masse erhalten, und die angefallenen vorgeschmolzenen Teilchen bestehen aus 55 bis 95 G?w.-% Aluminium. 5 bis 25 Gew.-% Zinn, Blei, Cadmium, Wismut und/oder Antimon und 0 bis 20 Gew.-% Zusätzen aus Silicium, Kupfer, Mangan, Magnesium, Nickel, Eisen, Zink, Chrom, Zirkon und/oder Titan.The particles 22 for the bearing layer were melted by spraying and quenching a Mass obtained, and the resulting premelted particles consist of 55 to 95 wt .-% aluminum. 5 to 25% by weight tin, lead, cadmium, bismuth and / or Antimony and 0 to 20% by weight additives of silicon, copper, manganese, magnesium, nickel, iron, zinc, Chrome, zirconium and / or titanium.
Die Teilchen 28 für die weitere Schicht am Vormaterial, die zur Herstellung des dreischichtigen Lagermaterials gem. der Erfindung entfernt wird, bestehen aus einem Gemenge aus Lagermetall-Teilchen und Teilchen auf Aluminiumbasis, wozu auch die obigen Zusätze gehören. Vorzugsweise werden die Bestandteile dieses Gemenges dahingehend ausgewählt daß eine weitere Schicht erhalten wird, die aus 0 bis 13 Gew.-% Silicium, 0 bis 7Gew.-% Kupfer, 0 bis l,5Gew.-% Mangan, 0 bis 6 Gew.-% Magnesium, 0 bis 3 Gew.-% Nickel, 0bis 2 Gew.-% Eisen,0 bis 8 Gew-% Zink, 0bis lGew.-% Chrom, 0 bis 1 Gew.-% Zirkon, 0 bis 1 Gew.-°/o Titan. 0 bis 50 Gew.-% Cadmium, 0 bis 50 Gew.-% Wismut, 0 bis 50 Gew.-% Antimon, 0 bis 50 Gew.-% Blei, 0 bis 50 Gew.-% Zinn, Rest Aluminium, besteht.The particles 28 for the further layer on the raw material, which are used to produce the three-layer Storage material is removed according to the invention, consist of a mixture of bearing metal particles and aluminum-based particles, including the above Accessories include. Preferably the ingredients this mixture is selected to the effect that a further layer is obtained which consists of 0 to 13% by weight Silicon, 0 to 7% by weight copper, 0 to 1.5% by weight Manganese, 0 to 6% by weight Magnesium, 0 to 3% by weight Nickel, 0 to 2% by weight iron, 0 to 8% by weight zinc, 0 to 1% by weight chromium, 0 to 1% by weight zirconium, 0 to 1% by weight titanium. 0 to 50% by weight cadmium, 0 to 50% by weight bismuth, 0 to 50% by weight antimony, 0 to 50% by weight lead, 0 to 50% by weight tin, the remainder being aluminum.
Beim Walzen der Tripelschicht aus den vorgebildeten Schichten aus den Teilchen 26, 22 und 28 kommen jeweils die Teilchen 26 und 28 mit den Walzen in Berührung. Vorzugsweise wird die Zusammensetzung der Teilchen 26 und 28 dahingehend ausgewählt, daß ein Anhaften beim Walzen verhindert und ein ähnlicher oder gleicher Reibungskoeffizient mit den Walzen 30 erhalten wird, damit eine im wesentlichen gleiche Pulverzufuhr zwischen den Walzen erzielt wird.When rolling the triple layer from the pre-formed layers from the particles 26, 22 and 28 come the particles 26 and 28, respectively, in contact with the rollers. Preferably the composition of the particles 26 and 28 are selected to prevent sticking during rolling and the like or the same coefficient of friction is obtained with the rollers 30 to be substantially the same Powder supply between the rollers is achieved.
Mit der nachfolgenden Tabelle 1 werden die Zusammensetzungen für die Zwischenschicht 26, die Lagerschicht 22 und die weitere, zur Entfernung bestimmte Schicht 28 jeweils in Gew.-°/o angegeben.Table 1 below shows the compositions for the intermediate layer 26, the bearing layer 22 and the further layer 28 intended for removal are each given in% by weight.
Mit der nachfolgenden Tabelle 2 werden die Zusammensetzungen (in Gew.-%) für die Zwischenschicht 26, die Lagerschicht 22 und die weitere, zur Entfernung bestimmte Schicht 28 für drei beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vormaterials angegeben.Table 2 below shows the compositions (in% by weight) for the intermediate layer 26, the bearing layer 22 and the further layer 28 intended for removal for three exemplary Embodiments of the starting material according to the invention specified.
Zwischenschicht Intermediate layer
Lager-Camp-
Weitere SchichtAnother layer
100% Al100% Al
94% Al
6% Si94% Al
6% Si
0,8% Si
4,4% Cu
0,8% Mn
0,4% Mg
Rest Al0.8% Si
4.4% Cu
0.8% Mn
0.4% Mg
Remainder Al
Hierzu 2 Blau Zeichnungen 230223/9 For this purpose 2 blue drawings 230223/9
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