DE19612657A1 - Verbund-Kupferlegierungslager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundlager aus einer Kupfer­ legierung, im folgenden als Verbund-Kupferlegierungslager bezeichnet.

Eine Al-Sn-Legierung mit ausgezeichneter Belastbarkeit und Ermüdungsbeständigkeit wurde in Verbundlagern, die bei ho­ hen Belastungsbedingungen verwendet werden, eingesetzt, wie beispielsweise ein Verbundlager, das in Verbrennungs­ motoren verwendet wird, da ein solches Lager bei hoher Be­ lastung verwendet wird. Seit kurzem besteht wegen der Hochgeschwindigkeitsentwicklung von Verbrennungsmotoren mit hoher Belastung ein Bedarf für Lager, die bei strenge­ ren Bedingungen verwendet werden können.

Im allgemeinen ist eine Al-Sn-Legierung hinsichtlich der verschiedenen Lagereigenschaften, wie der Festfreßbestän­ digkeit und der Korrosionsbeständigkeit, ausgezeichnet oder anderen überlegen, und in vielen Fällen besitzen La­ ger, welche bei hoher Belastung verwendet werden, zwei Schichten, d. h. eine Unterlagen- oder Verstärkungsmetall­ schicht und eine Lagerlegierungsschicht. Wenn zur Verstär­ kung der Belastungsbeständigkeit die Härte der Lagerlegie­ rung erhöht wird, erniedrigen sich die Anpassungsfähigkeit bzw. die Paßfähigkeit und die Einbettbarkeit von Fremdma­ terialien, und die Festfreßbeständigkeit erniedrigt sich.

Andererseits besitzt ein Verbund-Cu-Pb-Legierungslager eine hohe Festigkeit und eine ausgezeichnete Ermüdungsbe­ ständigkeit, aber die Festfreßbeständigkeit, die Einbett­ barkeit für Fremdmaterialien und die Anpassungsfähigkeit sind schlechter. Daher wird ein weicher Pb-Legierungsbelag (Oberflächenschicht) auf dem Lager gebildet, um seine Gleiteigenschaften zu verbessern. Jedoch ist bei den Hoch­ geschwindigkeitsbauarten von Verbrennungsmaschinen mit ho­ her Belastung eine weitere Verbesserung in der Ermüdungs­ beständigkeit der Pb-Legierungs-Oberflächenschicht be­ grenzt, da die Pb-Legierungs-Oberflächenschicht weich ist und eine niedrige thermische Leitfähigkeit und einen nied­ rigen Schmelzpunkt besitzt.

Eine bekannte Technik eines Verbund-Cu-Legierungslagers, welches die obigen Gebrauchsbedingungen erfüllt, wird in der JP-A-6-93423 beschrieben. Bei dieser bekannten Technik wird eine Oberflächenschicht aus einer Al-Sn-Legierung hergestellt, welche aus 4-50 Gew.-% Pb, 2-20 Gew.-% Sn, berechnet auf den Pb-Gehalt, und als Rest aus Al be­ steht, und es wird eine Oberflächenschicht mit einer Dicke von 0,002-0,03 mm gemäß dem PVD-Verfahren gebildet.

In der JP-U-59-169430 wird eine Technik für ein Verbund-Cu-Legierungslager beschrieben, bei dem eine Oberflächen­ schicht aus Al-Sn-Legierung auf einer Zwischenschicht aus Kupferlegierung gebildet wird, um die Abnutzung, die durch Desoxidationsmittel in dem bleihaltigen Brennstoff, der in Verbrennungsmotoren verwendet wird, vorhanden ist, zu ver­ meiden. Bei dieser bekannten Technik wird die Oberflä­ chenschicht als dünne Schicht mit einer Dicke von 5-10 µm (0,005-0,01 mm) gemäß einem Plattierungsverfahren ge­ bildet. Mit dieser dünnen Schicht kann eine hohe Einbett­ fähigkeit für Fremdmaterial erhalten werden.

Wenn jedoch ein Schaft bzw. eine Welle in kompakterer Bau­ art hergestellt wird und der Hochgeschwindigkeitsrotation und einer hohen Belastung unterworfen wird, treten oft Er­ müdungsrisse an beiden Kantenteilen der Lageroberfläche auf, und es wurde gefunden, daß Verbundlager der oben be­ kannten Techniken hinsichtlich ihrer Ermüdungsfestigkeit ungenügend sind. Es wird angenommen, daß dieses Phänomen auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß, wenn der Schaft einer hohen Belastung ausgesetzt wird, er sich unter falscher Ausrichtung biegt, so daß konzentrierte Spannun­ gen auf die Kantenteile der Lageroberfläche einwirken, die die maximale Grenze der Ermüdungsfestigkeit überschreiten. Insbesondere ist bei den bekannten Techniken die Oberflä­ chenschicht so dünn wie nicht mehr als 0,03 mm, und daher wird eine ausreichende Anpassungsfähigkeit nicht erreicht. Es wird angenommen, daß dies der Grund ist, weshalb die Ermüdungsbeständigkeit nicht auf einen zufriedenstellenden Wert erhöht werden kann. Wenn andererseits die Oberflä­ chenschicht aus einer weichen Legierung hergestellt wird, um die Anpassungsfähigkeit zu verstärken, können die Be­ lastbarkeit, die Ermüdungsbeständigkeit usw. nicht erhöht werden.

Im Hinblick auf die obigen Schwierigkeiten liegt der vor­ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lager zur Verfügung zu stellen, bei dem sowohl die Anpassungsfähig­ keit als auch die Ermüdungsfestigkeit verbessert sind, so daß das Lager die Forderungen von Hochgeschwindigkeits- Hochbelastungs-Verbrennungsmaschinen erfüllen kann.

Wenn eine dicke Oberflächenschicht auf dem Lager, wie in Anspruch 1 definiert, gemäß einem Plattierungsverfahren, das bei der bekannten Technik verwendet wurde, gebildet wird, ist für die Plattierung viel Zeit erforderlich, und weiterhin ist es schwierig, eine dichte Oberflächenschicht zu erhalten, und daher ist das Plattierungsverfahren nicht praktisch. Gemäß Anspruch 2 wird die Oberflächenschicht an die Zwischenschicht durch ein Druckverbindungsverfahren gebunden, so daß das Verbundlager gemäß Anspruch 1 leicht gebildet werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verbund-Kupferlegierungs­ lager, welches eine Verstärkungs-, Stütz- bzw. Untersei­ tenmetallschicht (diese Ausdrücke werden synonym verwen­ det), eine Zwischenschicht aus einer Cu-Pb-Legierung und eine Oberflächenschicht aus einer Al-Sn-Legierung enthält, wobei die Oberflächenschicht eine Dicke von nicht weniger als von jedem der größeren Werte, ausgewählt zwischen 0,06 mm und dem 0,2fachen Wert der Summe der Dicken der Zwi­ schenschicht und der Oberflächenschicht, aber nicht mehr als der 0,5fache Wert der Summe der Dicken der Zwischen­ schicht und der Oberflächenschicht besitzt.

Bevorzugt werden die Zwischenschicht und die Oberflächen­ schicht gemäß einem Druckverbindungsverfahren verbunden.

Bevorzugt umfaßt die Zwischenschicht im wesentlichen 9-32 Gew.-% Pb, mindestens eine Art, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus nicht mehr als 12 Gew.-% Sn und nicht mehr als 0,5 Gew.-% P, und als Rest Cu und neben­ sächliche Verunreinigungen.

Bevorzugt besteht die Oberflächenschicht im wesentlichen aus 3-40 Gew.-% Sn, 0,5-15 Gew.-% Pb, 0,1-3 Gew.-% Si, 0,2-5 Gew.-% Cu, mindestens einem möglichen Element nicht mehr als 3 Gew.-% insgesamt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Mn, V, Mg und Sb, und als Rest Al und nebensächliche Verunreinigungen.

Bevorzugt wird eine Dämmschicht, bestehend aus Ni oder Al, zwischen der Zwischenschicht und der Oberflächenschicht gebildet.

Damit das Verbundlager die erforderliche Festigkeit be­ sitzt, wird die Stütz- bzw. Unterseitenmetallschicht be­ vorzugt aus einem Stahlblech mit hoher Steifheit bzw. Fe­ stigkeit gebildet und wird insbesondere aus einem kaltge­ walzten Stahlblech mit niedrigem Kohlenstoffgehalt herge­ stellt. Alternativ kann eine Unterseitenmetallschicht aus Kupferlegierung verwendet werden.

Die Zwischenschicht wird aus einer Cu-Pb-Legierung herge­ stellt. Diese Zwischenschicht dient zur Verstärkung der Belastbarkeit und Ermüdungsfestigkeit.

Pb, welches eine Komponente der Cu-Pb-Legierung ist, ver­ bessert die Einbettfähigkeit für Fremdmaterial. Diese Wir­ kung ist besonders ausgeprägt, wenn die Zwischenschicht 9-32 Gew.-% Pb enthält. Wenn dieser Gehalt über 32 Gew.-% liegt, wird die Festigkeit erniedrigt. Wenn die Oberflä­ chenschicht lokal abgenutzt ist, so daß die Zwischen­ schicht an der Oberfläche freiliegt, wird die Funktion des Festfreßwiderstands durch das Pb aufrechterhalten. Wenn der Pb-Gehalt unter 9 Gew.-% liegt, kann eine Verbesserung der Einbettfähigkeit für Fremdmaterial nicht erwartet wer­ den.

Die Zugabe von Sn zu der Cu-Pb-Legierung verbessert die Festigkeit der Zwischenschicht und verbessert ebenfalls die Korrosionsbeständigkeit. Wenn dieser Gehalt über 12 Gew.-% liegt, erniedrigt sich die thermische Leitfähig­ keit.

Die Zugabe von P in die Cu-Pb-Legierung erhöht die Festig­ keit der Zwischenschicht. Wenn dieser Gehalt über 0,5 Gew.-% liegt, wird die Zähigkeit davon erniedrigt.

Die Oberflächenschicht wird aus einer Al-Sn-Legierung her­ gestellt. Diese Oberflächenschicht dient zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und der Anpassungsfähigkeit.

Wenn Sn als Komponente der Legierung zugegeben wird, ver­ bessern sich die Oberflächeneigenschaften, wie die Fest­ freßbeständigkeit, die Anpassungsfähigkeit und die Ein­ bettfähigkeit für Fremdmaterial. Wenn dieser Gehalt unter 3 Gew.-% liegt, kann eine zufriedenstellende Wirkung nicht erhalten werden, und wenn dieser Gehalt über 40 Gew.-% liegt, verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften.

Durch die Zugabe von Pb zu der Oberflächenschicht wird die Festfreßbeständigkeit verbessert, und ebenfalls wird die Schneidfähigkeit, d. h. die Verarbeitbarkeit verbessert, die während des Endbearbeitungsverfahrens der Innenober­ fläche bei der Herstellung des Lagers erforderlich ist. Wenn dieser Gehalt unter 0,5 Gew.-% liegt, kann eine zu­ friedenstellende Wirkung nicht erhalten werden, und wenn dieser Gehalt über 15 Gew.-% liegt, kann sich die Substanz leicht abscheiden, so daß das Pb nicht leicht gleichmäßig in der Al-Matrix dispergiert werden kann.

Wenn Si zu der Oberflächenschicht zugegeben wird, liegt es in Festlösungszustand in der Al-Matrix vor, wobei die Oberflächenschicht gehärtet und die Abnutzungsbeständig­ keit dadurch verbessert wird. Durch Kristallisation harter Si-Teilchen wird die Abnutzungsbeständigkeit ebenfalls verbessert. Wenn dieser Gehalt unter 0,1 Gew.-% liegt, kann eine zufriedenstellende Wirkung nicht erhalten wer­ den, und wenn dieser Gehalt über 3 Gew.-% liegt, wird die Oberflächenschicht spröde.

Cu liegt in der Oberflächenschicht in Festlösungszustand in der Al-Matrix vor, und ist besonders wirksam, um die Ermüdungsfestigkeit zu verbessern. Wenn dieser Gehalt un­ ter 0,2 Gew.-% liegt, kann eine zufriedenstellende Wirkung nicht erhalten werden, und wenn dieser Gehalt über 5 Gew.-% liegt, erniedrigt sich die Anpassungsfähigkeit, und außerdem wird die plastische Bearbeitung während des Her­ stellungsverfahrens schwierig.

Wenn mindestens eines von Ni, Mn, V, Mg und Sb zugegeben wird, liegt es in Festlösungszustand in der Al-Matrix vor oder präzipitiert als intermetallische Verbindung, wodurch die Oberflächenschicht verfestigt wird. Wenn dieser Gehalt über 3 Gew.-% liegt, bildet sich eine grobe Verbindung, wodurch die Oberflächenschicht versprödet, und daher sollte dieser Gehalt nicht über 3 Gew.-% liegen.

Die Dicke der Oberflächenschicht beträgt nicht weniger als 0,06 mm. Wenn die Oberflächenschicht so dünn ist wie weni­ ger als 0,06 mm, kann eine zufriedenstellende Anpas­ sungsfähigkeit nicht erhalten werden, und die verstärkte Ermüdungsfestigkeit kann ebenfalls nicht erwartet werden. Und außerdem wird die Oberflächenschicht einer frühen Ab­ nutzung unterworfen, so daß die Zwischenschicht freige­ setzt wird. Bei einem Lager großer Größe ist die Summe der Dicken der Zwischenschicht und der Oberflächenschicht groß, und damit eine zufriedenstellende Anpassungsfähig­ keit erreicht wird, ist es erforderlich, daß die Dicke der Oberflächenschicht nicht weniger als das 0,2fache der Summe der Dicken der Zwischenschicht und der Oberflächen­ schicht beträgt. Daher ist die Dicke der Oberflächen­ schicht auf nicht weniger als jeder größere Wert, ausge­ wählt zwischen 0,06 mm und dem 0,2fachen Wert der Summe der Dicken der Zwischenschicht und der Oberflächenschicht beschränkt.

Wenn andererseits die Oberflächenschicht dick wird, nimmt die Menge der Deflektion (Krümmung bzw. Flexur) der Ober­ fläche, bedingt durch wiederholte Belastungen, zu, so daß die Ermüdungsfestigkeit davon erniedrigt wird. Daher ist die Dicke der Oberflächenschicht auf nicht mehr als das 0,5fache der Summe der Dicken der Zwischenschicht und der Oberflächenschicht begrenzt.

Bevorzugt werden die Oberflächenschicht und die Zwischen­ schicht miteinander durch ein Druckverbindungsverfahren verbunden. Das Al-Sn-Legierungsmaterial für die Bildung der Oberflächenschicht wird durch Gießen oder Sintern ge­ bildet und dann zu einem Blech mit vorbestimmter Dicke ge­ walzt. Danach wird dieses Blechmaterial unter Druck an die Zwischenschicht gebunden und dann vollständig durch Diffu­ sionsglühen daran gebunden. Mit diesem Preßverbindungsver­ fahren kann eine Oberflächenschicht (gebildet aus dem Blechmaterial) mit einer Dicke von nicht weniger als 0,06 mm leicht gebildet werden.

Obgleich die Oberflächenschicht auf der Zwischenschicht gemäß einem Plattierungsverfahren gebildet werden kann, kann eine Schicht, die durch Plattieren gebildet wird, eine rauhe Oberfläche besitzen, wenn ihre Dicke nicht we­ niger als 0,06 mm beträgt, und außerdem ist die Zeit, die für die Plattierung erforderlich ist, lang, und dies ist im Hinblick auf die Kosten nachteilig. Bei dem Gießverfah­ ren werden eine Cu-Legierung der Zwischenschicht und eine Al-Legierung der Oberflächenschicht miteinander verbunden, und in diesem Fall kann eine spröde intermetallische Ver­ bindung gebildet werden. Daher muß man besondere Sorgfalt walten lassen, wenn das Gießverfahren verwendet wird.

Wenn eine unerwünschte Diffusion einer spezifischen Legie­ rungskomponente oder wenn eine unerwünschte Bildung einer zwischenmetallischen Verbindung zwischen der Zwischen­ schicht und der Oberflächenschicht während des Diffusions­ glühens gebildet werden, kann eine Dämmschicht, bestehend aus Ni oder Al, zwischen der Zwischenschicht und der Ober­ flächenschicht gebildet werden. Durch diese Maßnahmen wird die Bildung einer spröden intermetallischen Verbindung vermieden, und außerdem wird eine große Bindungskraft er­ halten. Die Dämmschicht kann aus einer Ni-Cu-Legierung, Ni-Cr-Legierung, Al-Si-Legierung, Al-Mn-Legierung oder Al-Cu-Legierung anstelle von Ni oder Al bestehen.

Wie oben ausgeführt, wird erfindungsgemäß gemäß Anspruch 1 ein Verbund-Kupferlegierungslager, welches aus einer Me­ tallstützschicht, der Zwischenschicht aus einer Cu-Pb-Le­ gierung und der Oberflächenschicht aus einer Al-Sn-Legie­ rung besteht, zur Verfügung gestellt. Die Dicke der Ober­ flächenschicht ist nicht weniger als jeder der größeren Werte, ausgewählt zwischen 0,06 mm und dem 0,2fachen Wert der Summe der Dicken der Zwischenschicht und der Oberflä­ chenschicht, aber nicht mehr als der 0,5fache Wert der Summe der Dicken der Zwischenschicht und der Oberflächen­ schicht. Mit dieser Konstruktion wird ein Verbund-Kupfer­ legierungslager zur Verfügung gestellt, welches eine aus­ gezeichnete Ermüdungsbeständigkeit besitzt.

Insbesondere, wenn die Zwischenschicht und die Oberflä­ chenschicht zusammen mit dem Druckverbindungsverfahren verbunden werden, kann das obige Verbund-Kupferlegierungs­ lager leicht hergestellt werden.

Wenn die Zwischenschicht im wesentlichen aus 9-32 Gew.-% Pb, mindestens einer Art, ausgewählt aus der Gruppe, be­ stehend aus nicht mehr als 12 Gew.-% Sn und nicht mehr als 0,5 Gew.-% P, und als Rest Cu und nebensächliche Verunrei­ nigungen besteht, kann die Ermüdungsfestigkeit des Lagers weiter verbessert werden, und verschiedene Eigenschaften, die für Verbundlager erforderlich sind, wie die Einbet­ tungsfähigkeit von Fremdmaterial und die Abnutzungsbestän­ digkeit, werden verbessert.

Wenn zusätzlich die Oberflächenschicht im wesentlichen aus 3-40 Gew.-% Sn, 0,5-15 Gew.-% Pb, 0,1-3 Gew.-% Si, 0,2-5 Gew.-% Cu, mindestens einem möglichen Element von nicht mehr als 3 Gew.-% insgesamt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Mn, V, Mg und Sb, und als Rest Al und nebensächlichen Verunreinigungen besteht, wird die Ermüdungsbeständigkeit weiter verbessert, und verschiedene Eigenschaften, die für Verbundlager erforderlich sind, wie die Abnutzungsbeständigkeit und die Festfreßbeständigkeit, werden verbessert.

Wenn zwischen der Zwischenschicht und der Oberflächen­ schicht eine Dämmschicht, die aus Ni oder Al usw. besteht, vorgesehen wird, werden die Zwischenschicht und die Ober­ flächenschicht fest miteinander verbunden.

Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutern die Erfindung. Die Testproben der Beispiele 1 bis 15 und die Testproben der Vergleichsbeispiele 16 bis 25 wurden wie folgt hergestellt:

Ein dünnes, kaltgewalztes Stahlblech mit niedrigem Kohlen­ stoffgehalt, welches 0,03-0,23 Gew.-% Kohlenstoff enthielt, wurde als Stützmetallschicht verwendet. Jedes der Metallpulvermaterialien für die Bildung der Zwischen­ schicht mit der entsprechenden Zusammensetzung der Test­ proben wurde auf diesem dünnen Blech abgeschieden, und ein Sintern und Walzen davon wurde wiederholt durchgeführt.

Jedes der Blechmaterialien für eine Oberflächenschicht mit der entsprechenden Zusammensetzung der Testproben wurde durch Legierungsgießen, Ingot- bzw. Block-Walzen oder Wal­ zen des gesinterten Metallpulvers hergestellt.

Dann wurde jedes Blechmaterial auf die entsprechende Zwi­ schenschicht gelegt oder daraufgelegt, und die beiden wur­ den durch Walzen und dann durch Diffusionsglühen miteinan­ der unter Druck verbunden. In einigen der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde eine Dämmschicht aus Ni oder Al durch Elektroplattieren oder Walzen (Druckverbindung) her­ gestellt. Bei Vergleichsbeispiel 16 wurde die Oberflächen­ schicht direkt an die Metallstützschicht gebunden, und keine Zwischenschicht wurde vorgesehen. Bei Vergleichsbei­ spiel 19 wurde die Oberflächenschicht aus einer Pb-Sn-Le­ gierung durch Plattieren auf die Oberfläche der Zwischen­ schicht hergestellt.

Dann wurde jedes dieser Zwischenprodukte in Streifen ge­ schnitten, und diese Streifen wurden zu semizylindrischer Form mit einem Durchmesser von 56 mm und einer Breite von 26 mm verformt, wobei ein sogenanntes halbgeteiltes Ver­ bundlager gebildet wurde. Die Dicke der Zwischenschicht von jedem Verbundlager wird durch T₁ (mm) angegeben, und die Dicke der Oberflächenschicht wird durch T₂ (mm) ange­ geben. In der Tabelle 1 sind die Zusammensetzungen der Zwischenschichten angegeben. In Tabelle 2 sind die Zusam­ mensetzungen der Oberflächenschichten angegeben, und die Dicken der Zwischenschichten wie auch die Dicken der Ober­ flächenschichten sind in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 1

Dann wurde ein Kantenbeladungs-Ermüdungstest bei den in Tabelle 4 angegebenen Testbedingungen durchgeführt. Bei diesem Ermüdungstest mit falscher Ausrichtung (Nichtfluchten) wurde ein Schaft, der gebogen werden konnte, verwendet, so daß eine falsche Ausrichtung an den gegenüberliegenden Endteilen des Verbundlagers auftreten konnte. Bei dem Versuch wurden unter Verwendung einer Testvorrichtung, die eine falsche Ausrichtung (Nicht­ fluchtung) erlaubte, die Ergebnisse einschließlich dem Einfluß der Anpassungsfähigkeit des Verbundlagers erhal­ ten, und daher konnte die Ermüdungsfestigkeit, die der tatsächlichen Verwendung entspricht, bewertet werden. Bei dem Versuch wurde die Belastung von 10 MPa um 10 MPa er­ höht, und drei Testproben (Verbundlager) von jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden bei Belastungen nahe dem maximalen Belastungswert getestet.

Tabelle 4

Die Bewertung erfolgte, indem die Oberfläche der Oberflä­ chenschicht mit dem Auge nach dem Ermüdungstest geprüft wurde, und die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 5 an­ gegeben, wobei solche Proben, die keine Ermüdungsrisse zeigten mit ○ bezeichnet werden, wohingegen Proben, die Ermüdungsrisse zeigten, mit × bezeichnet werden.

Tabelle 5

Alle Vergleichsbeispiele, ausgenommen Vergleichsbeispiel 19, zeigen eine maximale Belastung ohne Rißbildung in der Größenordnung von 90-100 MPa, wohingegen alle erfin­ dungsgemäßen Beispiele eine maximale Belastung ohne Riß­ bildung in der Größenordnung von nicht weniger als 110 MPa zeigen. Somit wurde bestätigt, daß die erfindungsgemäßen Proben eine höhere Ermüdungsfestigkeit bei Nichtfluch­ tungsbedingungen bzw. Bedingungen mit nicht korrekter Aus­ richtung zeigen. Die Probe des Vergleichsbeispiels besitzt eine Oberflächenschicht, bestehend aus einer Pb-Sn-Legie­ rung, die in der Vergangenheit zur Herstellung von Ver­ bundlagern mit ausgezeichneter Anpassungsfähigkeit verwen­ det wurde, und diese Probe zeigt einen hohen Wert von 120 MPa bei der maximalen Belastung ohne Rißbildung. Jedoch war die Probe von Vergleichsbeispiel 19 stärker abgenutzt als die erfindungsgemäßen Beispiele und die anderen Ver­ gleichsbeispiele, und ihre Abnutzungsbeständigkeit war schlechter. Andererseits zeigten alle Proben der erfin­ dungsgemäßen Beispiele eine hohe maximale Belastung ohne Rißbildung, ähnlich wie die Probe von Beispiel 19, aber ihre Abnutzung war sehr gering.

Bei der Probe von Vergleichsbeispiel 16 war die Oberflä­ chenschicht direkt auf der Stützmetallschicht gebildet worden, und es war keine Zwischenschicht vorhanden. Diese Probe war im wesentlichen ein zweischichtiges Al-Sn-Lager bekannten Typs und hatte eine niedrige Ermüdungsfestig­ keit, verglichen mit den Beispielen 7 und 14 und den Ver­ gleichsbeispielen 17 und 18, die je eine Oberflächen­ schicht der gleichen Zusammensetzung wie die Probe von Vergleichsbeispiel 16 hatten. Damit wurde bestätigt, daß die Verwendung der Zwischenschicht, welche aus einer Cu-Pb-Legierung besteht, vorteilhaft ist.

Das Vergleichsbeispiel 21, welches eine Oberflächendicke (T₂) von 0,05 mm besaß, zeigte eine maximale Belastung ohne Rißbildung in der Größenordnung von 100 MPa, wohinge­ gen Beispiel 5 mit einer Oberflächendicke von 0,06 mm eine maximale Belastung ohne Rißbildung in der Größenordnung von 130 MPa zeigte. Es wurde somit gefunden, daß die Dicke der Oberfläche einen großen Einfluß auf die Ermüdungsfestig­ keit ausübt. Ein Vergleich zwischen Beispiel 7 und Ver­ gleichsbeispiel 17 unter Beachtung von Vergleichsbeispiel 23 zeigt, daß, wenn die Oberflächenschicht nicht weniger als 0,06 mm beträgt, eine hohe maximale Belastung ohne Rißbildung erhalten wird und daß, wenn diese Dicke unter 0,06 mm ist, die Ermüdungsfestigkeit niedrig ist und daß die maximale Belastung ohne Rißbildung so niedrig wie we­ niger als 100 MPa ist.

Es wurde kein großer Unterschied in der maximalen Bela­ stung ohne Rißbildung zwischen den Beispielen 5 und 12 festgestellt, da deren entsprechende Zwischenschichten und Oberflächenschichten die gleiche Zusammensetzung hatten und wobei die Summe (T₁ + T₂) der Dicken der Zwischen­ schicht und der Oberflächenschicht in den Beispielen 5 und 12 0,3 mm bzw. 0,48 mm betrug. In den Beispielen 8 und 13 wurde kein großer Unterschied in der maximalen Belastung ohne Rißbildung festgestellt, wobei die entsprechenden Zwischenschichten und Oberflächenschichten die gleichen Zusammensetzungen hatten und wobei die Summe (T₁ + T₂) der Dicke der Zwischenschicht und der Oberflächenschicht in den Beispielen 8 und 13 0,3 mm bzw. 0,45 mm betrug.

In jedem der Beispiele, bei denen der Wert von (T₂)/(T₁ + T₂) nicht weniger als 0,2, aber nicht mehr als 0,5 war, war die maximale Belastung ohne Rißbildung größer als 110 MPa. Ein Vergleich zwischen Beispiel 7 und Vergleichsbei­ spiel 18, bei denen die entsprechenden Zwischenschichten und Oberflächenschichten die gleichen Zusammensetzungen hatten, und die Werte von (T₂)/(T₁ + T₂) bei Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 18 0,27 bzw. 0,56 betrugen, zeigte, daß die maximale Belastung ohne Rißbildung bei Beispiel 7 und bei Vergleichsbeispiel 18 130 MPa bzw. 100 MPa betrug.

So wurde ein großer Unterschied in der maximalen Belastung ohne Rißbildung zwischen Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 18 festgestellt, und es wurde somit bestätigt, daß der Wert von (T₂)/(T₁ + T₂) einen großen Einfluß auf die Ermü­ dungsfestigkeit besitzt. Ein Vergleich zwischen Beispiel 12 und Vergleichsbeispiel 22, wie auch ein Vergleich von Beispiel 11 mit den Vergleichsbeispielen 24 und 25 zeigt, daß, wenn der Wert von (T₂)/(T₁ + T₂) nicht mehr als 0,5 beträgt, eine hohe maximale Belastung ohne Rißbildung er­ halten wird. Das zeigt, daß, wenn die Dicke T₂ der Ober­ flächenschicht so groß ist, daß der Wert von (T₂)/(T₁ + T₂) über 0,5 liegt, die Ermüdungsfestigkeit erniedrigt wird.

Hinsichtlich des Einflusses der Dämmschicht auf die Ermü­ dungsfestigkeit konnte zwischen den Beispielen und den Vergleichsbeispielen kein signifikanter Unterschied fest­ gestellt werden.

Claims (5)

1. Verbund-Kupferlegierungslager, enthaltend eine Stützmetallschicht, eine Zwischenschicht aus einer Cu-Pb-Legierung und eine Oberflächenschicht aus einer Al-Sn-Le­ gierung, wobei die Oberflächenschicht eine Dicke von nicht weniger als jedem der größeren Werte, ausgewählt zwischen 0,06 mm und dem 0,2fachen Wert der Summe der Dicken der Zwischenschicht und der Oberflächenschicht, aber nicht mehr als dem 0,5fachen Wert der Summe der Dicken der Zwi­ schenschicht und der Oberflächenschicht, besitzt.

2. Verbund-Kupferlegierungslager nach Anspruch 1, wo­ bei die Zwischenschicht und die Oberflächenschicht zusam­ men mittels eines Druckverbindungsverfahrens verbunden worden sind.

3. Verbund-Kupferlegierungslager nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwischenschicht im wesentlichen aus 9 bis 32 Gew.-% Pb, mindestens einer Art, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus nicht mehr als 12 Gew.-% Sn und nicht mehr als 0,5 Gew.-% P, und als Rest Cu und neben­ sächlichen Verunreinigungen besteht.

4. Verbund-Kupferlegierungslager nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, wobei die Oberflächenschicht im wesentli­ chen aus 3 bis 40 Gew.-% Sn, 0,5 bis 15 Gew.-% Pb, 0,1 bis 3 Gew.-% Si, 0,2 bis 5 Gew.-% Cu, mindestens einem wahl­ weisen Element von nicht mehr als 3 Gew.-%, insgesamt aus­ gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Mn, V, Mg und Sb, und als Rest Al und nebensächliche Verunreinigungen besteht.

5. Verbund-Kupferlegierungslager nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, wobei eine Dämmschicht, bestehend aus Ni oder Al, zwischen der Zwischenschicht und der Oberflächen­ schicht vorhanden ist.