DE19800433C2 - Stranggießverfahren zum Vergießen einer Aluminium-Gleitlagerlegierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stranggießverfahren zum Vergießen einer Aluminiumgleitlagerlegierung mit 3 bis 6 Masse-% Zink, 0,3 bis 2,0 Masse-% Kupfer, 0,2 bis 1,0 Masse-% Magnesium, 0,3 bis 2,0 Masse-% Silizium und 2 bis 4,5 Masse-% Blei.

Eine bekannte Gleitlagerlegierung ist beispielsweise die von der Anmelderin seit langem unter dem Handelsnamen KS 961 hergestellte AlZn4,5CuMgSiPb. Diese Gleitlagerlegierung zeichnet sich durch hohe Belastbarkeit aus. Eine Erhöhung des Bleigehalts zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften, d. h. zur Erhöhung der Freßsicherheit, ließ sich bislang in befriedigender Weise nicht erreichen, da bei Bleigehalten oberhalb von 1 Masse-% in der flüssigen Schmelze eine Phasentrennung in Form der Ausscheidung einer flüssigen Bleiphase auftritt. Diese Entmischung bei höheren Bleigehalten der Aluminiumgleitlagerlegierung verhindert die Ausbildung feinverteilter Bleiausscheidungen. Ein qualitativ hochstehender Gleitlagerwerkstoff ließ sich bislang nicht herstellen.

Mit der EP 0 440 275 A1 wurde zwar vorgeschlagen, eine Aluminiumlegierung, die eine oder mehrere der Komponenten 1 bis 50 Masse-% Blei, 3 bis 50 Masse-% Wismust und 15 bis 50 Masse-% Indium sowie zusätzlich eine oder mehrere der Komponenten 0,1 bis 20 Masse-% Silizium, 0,1 bis 20 Masse-% Zinn, 0,1 bis 10 Masse-% Zink, 0,1 bis 5 Masse-% Magnesium, 0,1 bis 5 Masse-% Kupfer, 0,05 bis 3 Gew.-% Eisen, 0,05 bis 3 Masse-% Mangan, 0,05 bis 3 Masse-% Nickel und 0,01 bis 0,3 Masse-% Titan aufweisen kann, im Strangguss zu vergießen, wobei der Strang durch direkte Kühlwasserbeaufschlagung mit 700 K/s abgeschreckt wird. Hierdurch soll verhindert werden, dass in der Zeit zwischen dem Unterschreiten der Entmischungstemperatur und der Erstarrung des Matrixmetalls großvolumige Ausscheidungen einer Minoritätsphase gebildet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei direkter Wasserkühlung des erstarrenden Strangs zeitlich und räumlich starke Schwankungen der Abkühlungsgeschwindigkeit auftreten, die zu Inhomogenitäten im Gußstück führen. Eine für die Serienfertigung erforderliche Prozeßstabilität lässt sich nicht reproduzierbar erreichen. Außerdem besteht in Folge der sehr hohen Abkühlgeschwindigkeit eine erheblich Gefahr einer Rißbildung im Gußstück.

Aus der DE-W 1271.40b, 18 (Deutsches Patentblatt vom 27.9.1951) ist eine Aluminiumgleitlagerlegierung aus 0,6 bis 10 Masse-% Kupfer, mehr als 0,5 bis 8 Masse-% Blei, 0,2 bis 2 Masse-% Magnesium, bis 10 Masse-% Zink, bis 2 Masse-% Silizium bekannt. Auch in dieser Druckschrift wird auf die Notwendigkeit einer raschen Abkühlung hingewiesen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Stranggießverfahren der eingangs genannten Art eine für die Serienfertigung reproduzierbare Prozessstabilität zu erreichen, die es ermöglicht eine Aluminiumgleitlagerlegierung bereitzustellen, deren Notlaufeigenschaften aufgrund ihres verhältnismäßig hohen Bleigehalts erhöht sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Aluminiumgleitlagerlegierung wird vorzugsweise vertikal vergossen.

Die Abkühlgeschwindigkeit von weniger als 100 K/s wird dadurch erreicht, dass die Legierung bzw. der erstarrende Strang nicht durch unmittelbares Abschrecken des Stranges sondern durch Kühlmittelbeaufschlagung der Gießkokille gekühlt wird.

Mit der Erfindung wurde erstmalig festgestellt, dass Aluminiumgleitlagerlegierungen der genannten Art mit einem erhöhten Bleigehalt von 2 bis 4,5 Masse-% bei der vorstehend wiedergegebenen Prozessführung mit zufriedenstellender Qualität im Hinblick auf das Gussgefüge hergestellt werden können. Die Abkühlgeschwindigkeit beim Stranggießen beträgt vorzugsweise 20 bis 50 K/s. Die Abzugsgeschwindigkeit des Strangs beträgt vorzugsweise 1,5 bis 2,5 mm/s.

Die erfindungsgemäße Gleitlagerlegierung zeichnet sich in vorteilhafter Weise dadurch aus, dass 90% der tropfenförmigen Blei-Ausscheidungen eine Abmessung von weniger als 10 µm aufweisen.

Es wurde festgestellt, dass bei einem Bleigehalt von mehr als 2,5 Masse-% gelegentlich etwas gröbere Bleikugeln mit Durchmessern bis ca. 20 µm auftreten. Diese haben jedoch keine negativen Auswirkungen auf die Festigkeit des Gleitlagerwerkstoffs.

Erst bei Bleigehalten von etwa 3,5 Masse-% und mehr treten häufiger größere Bleikugeln auf, die eine Größe von maximal 50 µm erreichen. Es hat sich aber gezeigt, dass bei Bleigehalten bis 4 Masse-%, in jedem Fall aber bis 3,5 Masse-%, das Gußgefüge noch keine wesentliche Verringerung der Festigkeit zeigt.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen Schliffbilder verschiedener erfindungsgemäßer Aluminiumgleitlagerlegierungen.

Fig. 1 zeigt das Schliffbild einer AlZn4,5CuMgSiPb1,9. Die Gießofentemperatur betrug 775°C, und die Verteilertemperatur der Stranggießanlage wurde auf 745°C eingestellt, die Kokillentemperatur auf 720°C. Die Gieß- bzw. Abzugsgeschwindigkeit des Strangs betrug ca. 2 mm/s.

Das Resultat ist ein perfektes Gefüge, das sich von demjenigen der bekannten Aluminiumgleitlagerlegierung KS 961 nicht unterscheidet.

Entsprechendes gilt für die Legierung nach Fig. 2, die sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, dass der Bleigehalt 2,5 Masse-% beträgt. Die Gießofentemperatur wurde geringfügig auf 780°C erhöht; die Verteilertemperatur und die Kokillentemperatur blieben unverändert auf 745°C bzw. 720°C.

Fig. 3 zeigt das Schliffbild einer Aluminiumgleitlagerlegierung, die sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, dass sie 3 Masse-% Blei enthält. Die Gießofentemperatur betrug 805°C, die Verteilertemperatur 765°C und die Kokillentemperatur 740 °C. Die Temperaturen wurden angehoben, da die Entmischungstemperatur im Phasengramm mit zunehmender Bleikonzentration zunimmt.

Fig. 4 zeigt das Schliffbild einer entsprechenden Aluminiumgleitlagerlegierung mit 3,7 Masse-% Blei. Die Gießofentemperatur betrug 815°C, die Verteilertemperatur 775°C und die Kokillentemperatur 750°C.

Fig. 5 zeigt das Schliffbild, welches nach dem Vergießen der Legierung nach Fig. 4 erhalten wurde, die mit 0,2 Masse-% Zinn auflegiert wurde und demzufolge nur noch 3,6 Masse-% Blei enthält. Das Gefüge enthält einen größeren Anteil feinerer Bleiausscheidungen als Fig. 4. Die Gießparameter entsprachen denjenigen nach dem vorstehenden Ausführungsbeispiel nach Fig. 4.

Claims (7)

1. Stranggießverfahren zum Vergießen einer Aluminiumgleitlagerlegierung mit 3 bis 6 Masse-% Zink, 0,3 bis 2,0 Masse-% Kupfer, 0,2 bis 1,0 Masse-% Magnesium, 0,3 bis 2,0 Masse-% Silizium und 2 bis 4,5 Masse-% Blei, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze mit einer kleinsten Abmessung, d. h. Dicke des Strangs, von mehr als 20 mm, mit einer Abzugsgeschwindigkeit des Strangs von 1 bis 5 mm/s und mit einer Abkühlgeschwindigkeit von weniger als 100 K/s vergossen und in einer ausschließlich indirekt gekühlten Kokille zur Erstarrung gebracht wird.

2. Stranggießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bleigehalt der zu vergießenden Aluminiumgleitlagerlegierung 2 bis 4 Masse-% beträgt.

3. Stranggießverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bleigehalt der zu vergießenden Aluminiumgleitlagerlegierung 2,5 bis 4 Masse-% beträgt.

4. Stranggießverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bleigehalt der zu vergießenden Aluminiumgleitlagerlegierung 2,5 bis 3,5 Masse-% beträgt.

5. Stranggießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlgeschwindigkeit 20 bis 50 K/s beträgt.

6. Stranggießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzugsgeschwindigkeit des Strangs 1,5 bis 2,5 mm/s beträgt.

7. Stranggießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 90% der tropfenförmigen Blei- Ausscheidungen im Stranggußstück mit einer Abmessung von weniger als 10 µm gebildet werden.