DE2348702A1

DE2348702A1 - Gleitpaar

Info

Publication number: DE2348702A1
Application number: DE19732348702
Authority: DE
Inventors: Salvadore Joseph Calabrese; Jun Joseph John Demo; Carl Wiern Farley; Donald Platt Ferriss
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1972-10-19
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1974-05-02
Also published as: LU68651A1; DE2348702B2; HU169042B; ATA889273A; AT333519B; AR202667A1; CH580764A5; DE2348702C3; JPS5641688B2; NO134705B; FR2204250A5; AR201840A1; JPS49133215A; DD107075A5; AU6154673A

Description

Die vorliegende Erfindung "betrifft Gleitpaare mit abriebfesten, metallischen Oberflächen.

•In mechanischen Systemen, die ein Teil mit"einer Oberfläche enthalten, die eine Oberfläche eines anderen Teils während des Betriebs der Systeme gleitend berührt,unterliegen die Gleitflächen, insbesondere unter Schmierungsgrenzbedingungen, Beschädigungen und Verschleiss. In derartigen Systemen sind in die Berührungsgleitvorgänge im allgemeinen ungleiche Metalle verwickelt, da gegenüberliegende Flächen gleicher Metalle dazu neigen, miteinander zu verschweissen und sich dann zu trennen, was ein Absplittern und raschen Verschleiss beider Oberflächen verursacht. Zu Beispielen von mechanischen Systemen, in denen von ungleichen Metallen Gebrauch gemacht wird, gehören diejenigen, bei denen eine Welle axial durch ein zylindrisches Lager oder eine Dichtung gleitet oder sich gegen

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sie dreht,und diejenigen Systeme, bei denen Rollen tragende Gleitrollen in gleitender Berührung mit einer belasteten Oberfläche stehen. In vielen dieser mechanischen Systeme werden die sich berührenden Flächen (Gleitpaare) zusammen mit einer grossen Vielfalt von fliessfähigen Medien der Umgebung verwendet, von denen viele, beispielsweise Wasser, nasser Dampf und organische Flüssigkeiten, wie Siliconöle, organische Phosphate und Kohlenwasserstoffe, verhältnismässig schlechte Gleitmittel sind.

Mechanische Systeme, die Oberflächen aus metallischen Stoffen, die sich gleitend berühren, aufweisen, können Neigung, beschädigt zu werden, und zum Fressen bei hohen Temperaturen zeigen. Solche Systeme sind in Turbinen-Düsentriebwerken anzutreffen, wo Teile, die in solchen Montageuntergruppen, wie Turbinenwellen, in denen Wellen innerhalb von Achslagern rotieren, Ventilen, in denen Ventilkörper bei ihren Öffnungsund Schliessbewegungen an ihnen entsprechenden Oberflächen gleiten, und Nachbrennersektoren, welche sich auf zylindrischen Lagern, die um Wellen herum gleiten, oder auf Wellen dre'-hen, die innerhalb zylindrischer Lager rotieren, an Lagern gleiten oder sich an ihnen drehen, eine gleitende Berührung ergeben. Solche Hochtemperaturbedingungen können auch versehentlich in Rollenlagern auftreten, wenn sie Gleitmittel verlieren und einem Fressen ausgesetzt werden.

Es ist bekannt, dass Legierungen, welche in weicheren Matrixphasen dispergierte Laves-Phasen enthalten, in bestimmten Fällen für die Bereitstellung von einer oder von zwei Oberflächen, die miteinander in gleitender Berührung stehen, nützlich sind. In manchen Fällen jedoch führt die Verwendung von Laves-Phasen enthaltenden Legierungen an anderen Arten von metallischen Stoffen zu unannehmbaren Oberflächenschäden, mit denen ein grosser .· Verschleiss der Legierungen einhergeht.

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Es wurde nun gefunden_v dass, wenn beide Oberflächen eines Gleitpaares aus derselben Art von hier definierten Legierungen bestehen, die Oberflächen geringen Abrieb erleiden. In vielen Fällen sind die Reibungskoeffizienten solcher Legierungen gegen sich selbst überraschend niedrig und oft geringer als gegen herkömmliche Lagermaterialien. Weiterhin sind die durch solche Oberflächen gekennzeichneten Gleitpaare bei Temperaturen bis zu 109J⁰ 0 brauchbar, ohne dass eine bedeutende Schädigung an den Oberflächen stattfindet.

Die neuen Legierungsoberflächen haben eine so gute Wirkungsweise, dass gute Ergebnisse sogar dann erhalten werden, wenn sie im Reibungskontakt mit der Oberfläche eines Metalles auf Aluminiumbasis stehen; das Metall auf Aluminiumbasis erleidet dann nur geringen Abrieb und geringe Beschädigung der Oberfläche .

Aluminium und viele seiner Legierungen weisen ein schlechtes Gleit- und Reibungsverhalten gegen sich selbst und andere Metalle auf. Dies kann der Tatsache zugeschrieben werden, dass Aluminium eine hohe Oberflächenenergie und starke Legierungsneigungen besitzt, welche ihm erlauben, sich leicht mit anderen Metallen zu verbinden. Da es weich und geschmeidig ist und sein Kristall eine grosse Anzahl von Schlupf systemen enthält, können überdies ausgedehnte Kontaktbereiche erzeugt werden, wodurch sich die Neigung zum Verschweissen und zum Oberflächenfliessen verstärkt. Obgleich Aluminiumoberflächen oft mit einem Oxidüberzug bedeckt sind und Oxidüberzüge bekanntlich einen bedeutenden Faktor bei der Verhütung von Oberflächenbeschädigungen durch Reiben oder Gleiten darstellen, ist der Oxidfilmdes Aluminiums hart und brüchig und reisst leicht, wenn er sich auf einem weichen Substrat befindet. Sobald der haftende Oxidschutzfilm zerrissen ist, kann ein Kaltschweissen und Sintern des freigelegten Gleitmetalles eintreten. Selbst unter schmierenden Bedingungen kennzeichnen gleitende und sich berührende metallische Oberflächen sich

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durch, häufige Metall-Metall-Berührung über den Schmierfilm hin. Aluminium und seine Legierungen sind unter solchen Umständen besonders anfällig für Abnutzung und Oberflächenbeschädigung, bei der üblicherweise eine Metallübertragung erfolgt.

Wegen seines schlechten Reibungsverhaltens wurde Aluminium in Maschinen uad tragenden Systemen dort, wo ein oder mehrere Aluminiumteile andere Teile gleitend berühren, nicht in ausgedehntem Umfange verwendet, und zwar selbst unter Grenz-BChmierbedingungen nicht. Eine solche Verwendung von Aluminium wäre aber wegen seines geringen Gewichtes und seiner verhältnismässig niedrigen Kosten wünschenswert. Auf vielen Gebieten der Anwendung von Aluminium benützt man schützende Überzüge oder Putter, wobei der Überzug oder das Futter aus einem Metall sind, das den zuvor genannten Mangeln nicht unterliegt. So verwendet man beispielsweise in einer Rotationspumpe des Gleitblatt- oder 2- oder 3-Flügel-Typs ein Futter oder einen Überzug innerhalb des Gehäuses, unreine Abnützung des Aluminiums, einen raschen Aluminiumverschleiss, durch den wirksame Dichtungskontakte zerstört werden, und ein Pressen der rotierenden Teile durch Metallübertragung zu verhindern.

In vielen Fällen ist der Koeffizient der Reibung des Metalles auf Aluminiumbasis an solchen Legierungen, wie sie in den unten definierten Kupplungspaaren verwendet werden, überraschend niedrig, und zwar oft ebenso niedrig, wie der von herkömmlichen Lagermetallen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Gleitpaar mit zwei sehr abriebfesten, metallischen Oberflächen, das dadurch, gekennzeichnet ist, dass mindestens das eine Teil des Gleitpaares eine Oberfläche aus einer Legierung aufweist, die mindestens 60 Atom-% an mindestens zwei Übergangsschwermetallen enthält, wobei das Verhältnis der Atomradien des grossten zum klein-

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sten Übergangselement -1,05 bis 1,68 beträgt, und aus 10 bis 100 Vol.% einer harten Phase und 0 bis 90 Vol.% einer Matrixphase, die weicher als die harte Phase ist, besteht, wobei die harte Phase einen Hauptanteil an Laves-Phase in solcher Menge enthält, dass mindestens 10 Vol.% davon in der Legierung vorliegen.

Jedes der beiden Teile des Gleitpaares kann Oberflächen aufweisen, die aus einer wie oben definierten Legierung bestehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die erste und die zweite metallische Oberflächen dieselbe Zusammensetzung auf. Vorzugsweise haben die Laves-Phasen der Legierungen der ersten und zweiten metallischen Oberfläche mindestens ein Übergangsschwermetall.gemeinsam. Andererseits kann auch die Oberfläche von einem der beiden Teile des Gleitpaares aus Aluminium bestehen.

Bevorzugte, erfindungsgemässe Gleitpaare kennzeichnen, sich dadurch, dass die Legierung im wesentlichen besteht aus:

(a) mindestens 45 Gew.% Kobalt oder Nickel;

(b) 20 bis 42 Gew.% Molybdän;

(c) 17 bis 25 Gew.% Chrom, wenn (a) Kobalt ist, und 8 bis 22 Gew.% Chrom, wenn (a) Nickel ist; und

(d) genügend viel Silicium, jedoch nicht mehr als 12 Gew.%, vorzugsweise im Bereich von 1,5 Gew.% bis 12 Gew.%, damit

(1) die Legierungs-Mikrostruktur aus 10 bis 100 Vol.% einer harten Phase, die überwiegend Laves-Phase ist, und 0 bis 90 Vol.% einer relativ weichen Matrix-Phase besteht, und

(2) die Legierungs-Mikrostruktur aus mindestens 10 Vol.% einer Laves-Phase besteht.

Besonders bevorzugte Legierungen sind diejenigen, in denen die harte Phase 20 bis 75 Vol.% ausmacht und die im wesentlichen aus 45 bis 59 Gew.% Kobalt, 22 bis 36 Gew.% Molybdän, 17 bis 25 Gew.% Chrom und 1,5 bis 5 Gew.% Silicium oder im wesent-

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lichen aus 50 bis 55 Gew.% 'Kobalt, 22 bis 29 Gew.% Molybdän, 17 bis '22 Gew.% Chrom und 1,5 bis 4 Gew.% Silicium bestehen. Legierungen, die noch mehr bevorzugt werden, bestehen im wesentlichen aus 55 Gew.% Kobalt, 28 Gew.% Molybdän, 1? Gew.% Chrom und 2 Gew.% Silicium oder aus 51 Gew.% Kobalt, 25 Gew.% Molybdän, 22 Gew.% Chrom und 2 Gew.% Silicium.Weitere besonders bevorzugte Legierungen sind diejenigen, in denen die harte Phase 20 bis 75 Vol.% ausmacht und die im wesentlichen aus 48 bis 65 Gew.% Nickel, 22 bis 56 Gew.% Molybdän, 8 bis 22 Gew.% Chrom und 1,5 bis 5 Gew.% Silicium oder im wesentlichen aus 48 bis 65 Gew.% Nickel, 24 bis 56 Gew.% Molybdän, 8 bis 16 Gew.% Chrom und 2 bis 5 Gew.% Silicium bestehen. Legierungen, die noch mehr bevorzugt werden, bestehen im wesentlichen aus 62 Gew.% Nickel, 28 Gew.% Molybdän, 8 Gew.% Chrom und 2 Gew.% Silicium oder aus 50 Gew.% Nickel, 52 Gew.% Molybdän, 15 Gew.% Chrom und 5 Gew.% Silicium oder aus 55 Gew.% Nickel, 55 Gew.% Molybdän, 9 Gew.% Chrom und 5 % Silicium.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine grosse Vielfalt von mechanischen Systemen anwendbar, die sich durch zwei oder mehr Teile kennzeichnen, die während des Betriebs des Systems, einschliesslich des Betriebs in Abwesenheit eines Schmiermittels, in Anwesenheit eines nicht-schmierenden, fliessfähigen Mediums und in Anwesenheit eines schmierenden, fliessfähigen Mediums unter Schmierungsgrenzbedingungen, miteinander in gleitender Berührung stehen (Gleitpaare). Grenzschmierung kann vorliegen, wenn die Gleitgeschwindigkeit so niedrig und die Berührungsdrücke so hoch sind, dass die Existenz von tragenden hydrodynamischen Schmierunterlagen ("wedges") physikalisch unmöglich ist.

In der Beschreibung, die folgt, kann Jede der beiden Oberflächen beweglich oder an ihrem Platz fest angeordnet sein, vorausgesetzt, dass mindestens eine in jedem Paar beweglich ist, d. h.. sich in gleitender Berührung mit der anderen zu bewegen, vermag. Die Oberflächen, die sich bewegend in Berührung

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oder im Arbeitskontakt miteinander stehen, werden als Gleitpaare bezeichnet. Gleitpaare können in Rollen tragenden Hontagegruppen zwischen tragenden Rollen und der sie unterstützenden Oberfläche, über welche sie hinwegrollen, in Zahnrad-Flüssigkeitspumpen, in denen ein Gleiten und Rollen zwischen den Zähnen benachbarter, ineinandergreifender und nichtineinandergreifender Zahnräder erfolgt, oder in einem hydraulisch betriebenen, mechanischen Kolben-Zylinder-System vorliegen. Die Bewegung zwischen den Oberflächen kann durch eine Vielfalt von Methoden aufrechterhalten werden. Eingeschlossen sind solche Methoden, die für eine zeitlich abgemessene, unterbrochene, gleitende Berührung zwischen Oberflächen von zwei sich bewegenden, zusammenwirkenden Teilen, die für eine oszillierende oder hin- und hergehende, gleitende Berührung zwischen zwei Teilen, von denen nur eines sich zu bewegen braucht, und die für gleitende Berührung zwischen einer Oberfläche in einer wiederholten, kreisförmigen Gleitbewegung entlang der anderen Oberfläche sorgen können.

Gemäss der vorliegenden Erfindung können die Legierungsoberfläche oder -oberflächen in dem mechanischen System in irgendeiner bekannten, zweckmässigen, geeigneten Art bereitgestellt werden. Beispielsweise kann eine solche Oberfläche die Ober-.fläche eines Teils sein, das ganz aus der Legierung hergestellt ist, oder sie kann eine gesondert vorher hergestellte Legierungsschicht sein, die nach bekannten Methoden mechanisch an einer darunter liegenden Oberfläche befestigt oder an sie gebunden wird. Eine solche Oberfläche kann auch durch thermische Diffusion der Legierung auf das Grundteil nach bekannten Methoden erhalten werden. Zu noch anderen bekannten Verfahren zur Erzielung der Legierungsoberfläche gehören das Überziehen durch Schweissen, Plasmabogenspruhen, die Pulvermetallurgie und das Giessen. Eine Oberfläche aus einer Laves-Phase enthaltenden Legierung sollte ausreichend tief sein, so dass der Abrieb berücksichtigt wird, der für das mechanische System, in welchem die Oberfläche verwendet wird, annehmbar · ist. Je nach der Grosse des verwendeten, mechanischen Systems

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ΟΒ-₅₅Οβ/₅₅Ο_7/5480 ^

"beträgt diese Dicke bei einem Überzug üblicherweise 0,00254-bis 1,016 cm (0.001 bis 0.40 inch) und vorzugsweise 0,00^08 bis 0,0762 cm. Überzüge, die durch Schweissen oder mechanische Befestigung verankert worden sind, sind üblicherweise mindestens 0,3175 cm dick.

Wesentlich ist, dass die LegierungsstoffzusammensetEung der Oberfläche, die eine ähnliche derartige Metalloberfläche oder eine Metalloberfläche auf Aluminiumbasis gleitend berührt, eine harte Phase umfasst, die eine grossere Menge einer Laves-Phase enthält. In den meisten Legierungen, welche eine harte Phase und eine weiche Phase umfassen, ist die harte Phase praktisch vollständig Laves-Phase. In einigen Legierungen enthält die harte Phase einen grösseren Bruchteil (d. h. grosser als 50 Vol.%) an Laves-Phase und einen kleineren Bruchteil ( weniger al 50 Vol%) an einer anderen harten Phase, welche die Laves-Phase begleitet, wobei sie sie oft umgibt. Beispielsweise ist in gewissen Legierungen, die im wesentlichen aus Co, Mo, Si und Cr bestehen, die Laves-Phase insbesondere dann, wenn der Cr-Gehalt mindestens 12 Gew.% beträgt, von einer anderen harten Phase umgeben. Die umgebende Phase liegt als kleinerer Bruchteil vor, der üblicherweise weniger als 25 Vol.% der harten Phase ausmacht. Eine Laves-Phase enthält einen oder mehrere metallographische Bestandteile, welche die C.^ (hexagonal), C.j- (kubisch) oder C₇.,-(hexagonal)-Kristallstruktur aufweisen, wie in "International Tables for X-Ray Crystallography," Symmetriegruppen, N. F. M. Henry und K. Lonsdale, International Union of Crystallography, Kynoch Press, Birmingham, England (1952) beschrieben ist. Prototypen der Laves-Phasen-Kristallstrukturen sind MgZn^₁ MgCu2 und MgTJi2· Derartige Phasenstrukturen stellen einzigartige Kristallstrukturen dar, welche die vollständigste Raumbesetzung durch Scharen von zwei Kugelgrb'ssen erlauben. Die Laves-Phase kann grundsätzlich durch die Formel ABp dargestellt werden, wobei das grosse Atom A bestimmte Sätze von kristallographisehen Stellen einnimmt und die kleinen Atome B

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andere Stellen einnehmen; in'der !Formel liegt das Verhältnis der Atomradien A : B im Bereich von 1,05 bis 1,68. Laves-Phasen treten als Zwischenphasen in zahlreichen Legierungssystemen auf. Im allgemeinen wiesen Laves-Phasen einen Homogenitätsbereich auf, d. h. sie können irgendeine Zusammensetzung aus dem Bereich von Elementzusammensetzungen aufweisen und dabei ihre charakteristische Kristallstruktur beibehalten. Das Atomverhältnis B : A kann möglicherweise infolge einiger Leerstellen in der Kristallstruktur von geringfügig weniger als bis geringfügig mehr als 2 variieren. Auch kann mehr als eine Atomart die grossen Atomstellen, die kleinen Atomstellen oder beide besetzen". Solche Laves-Phasen können stöchiometrisch durch die Formel (A. C)(B. D )₉ dargestellt werden, in der C die Atome von einer oder mehreren Arten, welche die grossen Atome ersetzen, und D die Atome von einer oder mehreren Arten, welche die kleineren Atome der binären Laves-Formel AB~ ersetzen, bedeuten, und χ und y Werte im Bereich von 0 bis 1 haben.

Eine Legierung im hier verwendeten Sinne ist ein Stoff mit metallischen Eigenschaften, der in seiner stofflichen, elementaren Zusammensetzung zwei oder mehr chemische Elemente enthält, von denen mindestens zwei Metalle sind; andere EIe-•mente können zugegen sein. Ein Schwermetallübergangselement ist ein Metall aus der Gruppe Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Mn, Re, Cr, Mo, W, ü. V, Hb, Ta, Ti, Zr, Hf, Th, Sc, Y, La, Zr und Ce.

Zahlreiche binäre und höhere Laves-Phasen, die für die Zwecke der Erfindung geeignet sind und mindestens zwei Übergangsschwermetalle enthalten, sind in der Literatur offenbart. So werden beispielsweise binäre und ternäre Laves-Phasen in "Alloy Chemistry of Trasition Elements" von M. V. EFevitt, auf Seiten 101 bis 178 und insbesondere in den Tabellen XIII und XIV, die in "Electronic Structure and Alloy Chemistra of the Transistion Elements," P.A. Beck, Interscience - Wiley,

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New York, N.X. 1963 erscheinen, gezeigt. Typische Legierungen, die weitgehend oder ganz und gar aus ternären und höheren Laves-Phasen bestehen, sind in der Tabelle I offenbart.

Tabelle I Legierungen

TiFeSi

V₄Co₅Si

V₄Ni₅Si₃

Nb _x Ta(Cr₁Co)₂ Ta(Cr₁Cu)₂ Ta₂Ni₅Si Ta(V₁Mn)₂ MoFeSi

Mo₂Fe₅Si MoNiSi

Mo₂Ni₅Si

MoCoSi Mo₀CO_xSi

Mo₂₅Mn₄₇^₅S W₀Mn_xSi WFeSi

^W40^Pe50^Sii0 WCoSi

W₀Co_xSi WNiSi
W₀Ni₅Si Mn_xCo_xSi₀

Mn_xNi_xSi₀ 5 ί £

Zr(V₁Fe)₂ Zr(V₁Co)₂

Im allgemeinen sind die Übergangsmetallelemente in den eine harte Phase enthaltenden Legierungen, welche für die vorliegende Erfindung nützlich sind, V, Hf, W, Ta, Nb, Mo, Ni, Co₁ Fe₁ Mn, Cr, Zr und Ti. Vorzugsweise besteht die die harte Phase enthaltende Legierung im wesentlichen aus mindestens einem Metall A und mindestens einem Metall B sowie aus Si, wobei das Metall A Mo oder W und das Metall B Fe, Cr₁ Co oder

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Ni ist und die Summe dor Mengen der Metalle A und B mindestens 60 Atom% der Legierung ausmacht und die Menge an Si und die relativen Mengen der Metalle A und B derart bemessen sind, dass sichergestellt ist, dass 10 bis 100 Vol.% der Legierung harte Phase ist, die in einer verhaltnismässig weichen Matrix aus den übrigen 0 bis 90 Vol.% der Legierung verteilt ist. Mehr bevorzugt sind 20 bis 85 YoI.% der harten Phase (die mindestens 75 Vol.% Laves-Phase enthält und vorzugsweise praktisch vollständig aus Laves-Phase besteht), in 15 bis 80 Vol.% des Matrixmaterials verteilt. Die Matrix kann aus demselben Legierungssystem wie die harte Phase hergestellt werden; sie kann ein einzelnes Metall, eine feste Lösung, ein oder mehrere intermetallische andere Verbindungen als Laves-Phase oder eine Mischung aus fester Lösung und den genannten intermetallischen Verbindungen sein. Sie muss weicher als die harte Phase sein und sollte im allgemeinen nicht mehr als etwa 50 % der Knoop-Härte der harten Phase aufweisen. Bevorzugte Metallmatrixphasen zeigen eine Knoop-Härte von 350 bis 750.

Legierungen auf Kobaltbasis, die hier nützlich sind, und die erforderliche Menge an harter Phase (einschliesslich Laves-Phase) aufweisen, gehören zum Stand der Technik. Legierungen, die Silicium und mindestens zwei Schwermetall-Übergangselemente aus der Gruppe Mo, Co, W, Ni und Cr enthalten, sind ebenfalls bekannt.

Zu anderen harten, praktisch 100 % Laves-Phase enthaltenden Legierungen, die hier nützlich sind, gehören die in Tabellen II und III offenbarten (die letzteren werden bevorzugt), in denen die Elemente in Gewichtsprozent und die harten Phasen in Volumprozent ausgedrückt werden.

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Co Ni Mo Si Fe

10 4-5

52	18	30
36		46
36	18	36
	15
	15
	10
	10
48	7
52	16

	1 1	Ge	e II	2348702	100
T a b e	Mn Andere			100
		Ta	Harte Phase
18	ITb	70
	Ta	50
58 27	Ti	60
40		35
52		28
30		35
	25
	ungefähr
	ungefähr

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Die Oberfläclie auf Legierungsbasis des erfindungsgemässen Gleitpaares kann entweder zu 100 % aus der definierten Legierung oder aus einer Mischung der Legierung mit einem Bindemittel bestehen, das die Legierung an Ort und Stelle bindet, ohne ihre Laves-Phase zu zerstören. Solche Bindemittel können unter Metallen und Harzen ausgewählt werden. Metalle können unter Schwermetall-Übergangselemen.ten, Kupfer, Silber und Gold wie auch unter Legierungen dieser Metalle ausgewählt werden. Zu typischen Bindemetallen gehören Nickel, Kobalt, Eisen, Bronze und ausgewählte Eisenlegierungen. Nickel ist ein bevorzugtes Bindemittelmetall. Zu Harzen gehören phenolißche Harze und im wesentlichen lineare Harze mit einer Übergangstemperatur zweiter Ordnung (bestimmt durch Kurven des Biegemoduls gegen die ^temperatur) von mindestens 2^0° 0 und einem Modul bei Raumtemperatur von mindestens 21O9Okg/cm (300,000 p.s.i.), beispielsweise Phenol-Formaldehyd-Harze, aromatische Polyimide, aromatische Polyamide^ aromatische Polyketone, aromatische Polythiazole und Polybenzotriazole. Das Bindemittel sollte gegenüber der Laves-Phase der Legierung, die es bindet, inert, d. h. nicht-reaktionsfähig, und weicher als dieselbe sein, und, wenn die Gegenfläche in dem Gleitpaar eine Oberfläche auf Aluminiumbasis ist, sollte das Bindemittel inert gegen eine derartige Oberfläche auf Aluminiumbasis sein. Das Bindemittel kann bis zu 90 Gew.% der Mischung aus Bindemittel und Legierung ausmachen. Wenn die gegenüberliegenden Oberflächen, des Gleitpaares beide Oberflächen aus Legierungen, wie hier definiert,sind, können die Oberflächen aus derselben Legierung oder verschiedenen derartigen Legierungen bestehen. Überdies können die Bindemittelmengen, falls Bindemittel vorhanden sind, in jeder solchen Oberfläche dieselben oder verschieden sein. Vorzugsweise weisen solche gegenüberliegenden Oberflächen Laves-Phasen auf, die ein Schwermetall-Übergangselement gemeinsam enthalten.

Wenn das Gleitpaar aus einer Oberfläche auf Legierungsbasis (wie oben beschrieben) und einer Oberfläche auf Aluminiumbais

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besteht, enthält die Oberfläche auf Aluminiunibasis im allgemeinen mindestens 84 Gew.% Aluminium. Sie kann praktisch aus Aluminium bestehen, beispielsweise über 99 % Aluminium enthalten, oder sie kann eine Legierung aus Aluminium und einem anderen Element oder anderen Elementen sein; zu Legierungselementen gehören Mg₁ Mn, Zn, Cu, Ni, Cr, Ti und Si. Vorzugsweise beträgt dieser Aluminiumgehalt mindestens 92 %. Zu nützlichen Aluminiumlegierungen gehören die von der American Society for Metals wie nachfolgend bezeichneten, wobei die Zusammensetzungen in Klammern angegeben sind (falls die Zusammensetzungen nicht gezeigt werden, stellt Al den Eest "bis zu 100 %): Legierung 1000 (mehr als 99,6 % Al); 2024 (4,5 % Cu, 1,5 % Mg, 0,6 % Mn); 2218 ( 4 % Cu, 2 % Ni, 1,5 %Mg); 4032 (12,5 % Si, 1 % Mg, 0,9 % Cu, 0,9 %Ni); 5154 (3,5 % Mg, 0,25 % Cr); 6061 (1 % Mg, 0,6 % Si, 0,25 % Cu, 0,25 % Cr); AIS (12 % Si); Al32 (12 % Si, 2,5 % Ni, 1,2 % Mg, 0,8 % Cu); und 4OE (5,5 % Zn, 0,6 % Mg, 0,5 % Cr,. 0,2 % Ti). Zu bevorzugten Legierungen gehören 1000, 2024, 2218 und 4OE wie auch 5456 (5 % Mg, 0,7 % Mn, 0,15 %■ Cu, 0,15 % Cr); 142 (4 % Cu, 2.% Ni, 1,5 % Mg) und 195 (4,5 % Cu), Die Legierung 2024 wird besonders bevorzugt. Eloxiertes Aluminium ist bei der vorliegenden Erfindung ebenfalls als Oberfläche auf Aluminiumbasis brauchbar. Die Tiefe der eloxierten Schicht lässt sich leicht durch einen Versuch "bestimmen; sie liegt im typischen Falle im Bereich von 0,002286 bis 0,0508 mm (90-2,000 microinches); im allgemeinen liegt sie im Bereich von 0,0Q762 bis 0,03048 mm.

Obgleich die definierten Legierungen in mechanischen Systemen der hier beschriebenen Art und in Anwesenheit einer grossen Vielfalt von fliessfähigen Medien im breiten Umfange nützlich sind, sind nicht alle Legierungen gleichwertig und nicht alle vollständig zufriedenstellend in Gegenwart sämtlicher fliessfähiger Medien. Pur ein gegebenes spezielles fliessfähiges Medium können jedoch Legierungen so ausgewählt werden, dass man zufriedenstellende Ergebnisse erhält. Mechanische Systeme,

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die eine definierte Legierung als gegenüberliegende Oberflächen in gleitender Berührung oder eine definierte Legierung als die eine Oberfläche und ein Metall auf Aluminiumbasis als die zweite Oberfläche in gleitender Berührung enthalten, können in vielen Fällen in Abwesenheit eines Schmiermittels verwendet werden, d. h. sie sind selbst-schmierend. Die Selbstschmierung ist in Systemen wertvoll, die Schmiermittel zwischen den gleitenden Teilen verlieren können, beispielsweise in Getrieben und Nockenanordnungen bei langem Stehenlassen, sowie in Systemen, die für eine wirksame Schmierung zu heiss werden, wie an den Zapfen der Ränder in der Iris einer Nachbrenner-Montagegruppe eines Turbinen-Düsentriebwerks. Oberflächen, die Aluminiumlegierungen berühren, sind beispielsweise Luftsteuerventile, in denen keine Berührung von Luft mit Schmiermittel erfolgen darf, und Corliss- oder Gleitventile für den Betrieb von Dampfmaschinen.

Wenn ein erfindungsgemässen Gleitpaar mit einem schmierenden, fliessfähigen Medium unter Schmierungsgrenzbedingungen betrieben wird, ergibt sich eine Lebensdauer des Gleitpaares, die viel länger ist, als die üblicherweise gemäss den Lehren des Standes der Technik erhaltenen Lebensdauern.

Das erfindungsgemässe Gleitpaar kann in der Form eines langgestreckten Kontaktes quer zu Gleitrichtung vorliegen, wobei der Kontakt zwei Körper von fliessfähigen Medien trennt. Ein solcher Kontakt besteht zwischen einem Zylinder und einem eingeschlossenen Kolben oder Kolbenring, die so ausgelegt sind, dass sie auf einer gemeinsamen Achse gleiten. Er findet sich auch in Eotationspumpen des Blatt-, 2-Flügel- und 3-Flügel-Typs zwischen dem Inneren der gekrümmten Gehäuse und den dichtenden Kontaktarmen auf den sich drehenden Teilen. Zu derartigen Pumpen gehören drehbare Gleitblatt-Montagegruppen und Montagegruppen mit zwei gegenläufigen Flügeln und drei gegenläufigen Flügeln. Die erfindungsgemäss erhältlichen Gleitpaare können in luft- und flüssigkeitsgetriebenen Eotations-

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vorrichtungen, zum Umwandeln von fliessender Energie in mechanische Energie verwendet werden. Durch die vorliegende Erfindung wird eine Alternative zur Verwendung von Gleitoberflächen in solchen mechanischen Systemen bereitgestellt, die bisher nicht-verschleissende: Materialien" oder Gehäuse aus Aluminium, das mit Futtern aus nicht-verschleissenden Materialien geschützt war, enthielten. Die erfindungsgemässen AIuminiumlegierungs-Gleitpaare behalten ihre Fähigkeit bei, die Trennung von fliessfähigen Körpern ohne Abrieb oder raschen Verschleiss des Aluminiums aufrechtzuerhalten. Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, Pumpenkonstruktionen zu vereinfachen, die Möglichkeiten bei der Wahl von nützlichen Materialien, insbesondere leichteren Materialien, zu erweitern und die Baukosten herabzusetzen.

Die erfindungsgemässen, mechanischen Systeme sind auch in Gegenwart von nicht-schmierenden fliessfähigen Medien, wie Wasser, nassem Dampf, hydraulischen Flüssigkeiten, Siliconölen und anderen fliessfähigen Medien, denen das Gleitpaar ausgesetzt werden kann, brauchbar. Beispiele sind Rotationspumpen zum Pumpen von heissem Wasser oder eine hydraulische Flüssigkeit und ein System, das von dem Gleitkontakt eines Spindelventilschafts entlang einer den Schaft umschliessenden Führung Gebrauch macht. Legierungsoberflachen von erfindungsgemässen Gleitpaaren sind auch zusammen mit schlechten Schmiermitteln nützlich. Die vorliegende Erfindung findet praktische Verwertung in Gleitkontakten in hydraulisch ansprechenden Mechanismen, in denen ein Kolben oder Kolbenring den ihn umschliessenden Zylinder gleitend berührt, in bei chemischen Verfahren verwendeten Ventilen des Schieber-, Kegel- oder Kugeltyps, in denen der Schieber, der Kegel oder die Kugel an seiner Einfassung gleitet, wenn das Ventil in eine "Ein" oder "Aus"-Stellung gedreht wird, und in Flüssigkeitspumpen vom Getriebetyp, in denen ein Gleiten und Rollen zwischen den Zähnen benachbarter ineinandergreifender und nicht-ineinandergreifender Zahnräder erfolgt, in denen zwischen

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den Spitzen der Zahnräder und den Pumpengehäusen eine gleitende" Berührung stattfindet und in denen eine rotierende, gleitende Berührung zwischen den radialen Stirnflächen der Zahnräder und ihren Verankerungsstirnflächen stattfindet.

Es gibt viele mechanische Systeme der hier beschriebenen Art, in denen die Gleitpaare in Berührung mit einem schmierenden, fliessfähigen Medium stehen und die im Gebrauch. Bedingungen, entwickeln, welche sich durch Grenzschmierung kennzeichnen. Die erfindungsgemässen Gleitpaare können eine Gebrauchsdauer ergeben, die diejenige Gebrauchsdauer gut übertreffen, welche im allgemeinen unter solchen Bedingungen erwartet werden können. Grenzschmierung kann in solchen Gleitpaaren als typisch bezeichnet werden, die entlang ihrer Achse belastet werden, wie es in Drucklagern der Fall ist, die quer zu ihrer Achse belastet werden, wie es in Achslagern der Fall ist, die in periodisch angreifender Berührung belastet werden,, wie zwischen den Zähnen von Stirn-, Sehrägverzahnungs-, Gräten-, Kegel-, Schxauben- oder Hypoidgetrieben, und die in bewegungsumkehrenden Rutschungen belastet werden, wie in Nockensystemen. Dort wo hydrodynamische statt Grenzschraierungen vorherrschen, kann eine ausgezeichnete Lebensdauer des gleitenden Kontaktes erwartet werden.

Die erfindungßgemäBS bereitgestellten Legierung^-Legierung-Gleitpaare sind gut wirksam bei Temperaturen im Bereich, von 204 b.is 1093° C und bei gleitender Berührung unter Druck von

35,1.bis 210,9 kg/cm . Solange die Legierungen und jegliche Bindemittel als ausgeprägte, feste Phasen, d. h. unterhalb ihrer Verschmelzungspunkte gehalten werden, lässt sich bei Temperaturen von über 1093° C arbeiten. Die Gleitpaare können funktionieren, ohne dass Schmiermittel zwischen den gleitenden Oberflächen zugesetzt werden; es wird angenommen, dass sie ihr eigenes Schmiermittel in Form von Oxiden bereitstellen, die sich aus der Berührung mit der Umgebungsluft

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ergeben. Änderungen der Oberflächenrauhigkeit sind unter sol-' eben Bedingungen eher einer Oxidation als einer Oberflächenbeschädigung zuzuschreiben.

Die bevorzugt verwendeten, siliciumhaltigen Legierungen können hergestellt werden, indem eine Mischung der elementaren Bestandteile oder Unterkombinationen der Elemente bei einer ausreichenden Temperatur (beispielsweise 1 /250 bis 18^0° G) geschmolzen werden, um eine geschmolzene Masse bereitzustellen, und danach die Schmelze durch Abkühlen verfestigt wird. Das sich ergebende Produkt ist eine Legierung aus Nickel oder Kobalt, Molybdän, Chrom und Silicium in den oben vorgeschriebenen Mengenverhältnissen und besteht im wesentlichen aus einer Matrix auf Kobalt- oder Nickelbasis, die durch die Bildung von intermetallischen Verbindungen und durch die Legierungsbildung der Matrix verstärkt ist. Die Legierung kennzeichnet sich dadurch, dass sie zwei Hauptphasen aufweist, die durch metallographische, chemische und Röntgenstrahlenbeugungsmethoden nachweisbar sind. Speziell enthält die Legierung mindestens 10 Vol.% einer harten Phase, welche mindestens 10 Vol.% einer Laves-Phase bereitstellt, und bis zu 90 Vol.% einer verhältnismässig weichen Matrixphase. Die Matrixphase in der Legierung wird aus den gleichen Legie-.rungsbestandteilen wie die harte Phase hergestellt. Die Matrix kann praktisch das Grundmetall, eine feste Lösung, eine intermetallische andere Verbindung als eine Laves-Phase oder eine Mischung aus fester Lösung und intermetallischer Verbindung sein. Silicide der Legierungsmetallbestandteile können ebenfalls in der Matrix vorhanden sein.

Wichtig ist, dass die harte Phase der Legierung überwiegend Laves-Phase ist, wie sie bereits oben definiert wurde. Die spezielle Legierung des erfindungsgemässen Gleitpaares weist mindestens drei metallische Elemente auf. Andere Elemente (die nicht wesentlich sind) können in der Legierung vorhanden sein, vorausgesetzt, dass sie keine wesentlich ungünstige Wir-

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kung auf die Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit der Legierung aufweisen. Nachstehend werden Beispiele für typische nicht wesentliche Elemente gebracht. Mangan liegt bisweilen in einer Menge von bis zu etwa 0,6 % vor, und Eisen ist in einer Menge bis zu etwa 2 % tolerierbar. Überdies enthalten Legierungen auf Kobaltbasis im typischen Falle etwa 0,5 % Nickel und Legierungen auf Nickelbasis im typischen Falle etwa 0,5 % Kobalt. Bis zu etwa $ % bxl sämtlichen derartigen nicht wesentlichen Elementen können in der Legierung vorliegen. Es versteht sich, dass die zuvor offenbarten Gewichtsprozente der wesentlichen Elemente nur auf die Gewichte der vier wesentlichen Elemente in der Legierung bezogen sind.

In der speziellen Legierung.des erfindungsgemässen Gleitpaares stellt die harte Phase ausschliesslich Laves-Phase bei einem Chromgehalt von ungefähr 8 % dar. Bei Chromgehalten von 12 bis 25 % kann eine zusätzliche Phase in Erscheinung treten. Die zusätzliche Phase kann Laves-Phasenteilchen umgeben und kann einen bedeutenden, obgleich geringeren, Teil der harten Phase darstellen. Dieser zusätzliche Hartphasen-Bestandteil ist normalerweise härter als die dispergierende Matrixphase und kann bis zu 10 VoI«% der Legierung ausmachen. In einer Legierung, die eine harte Phase, welche überwiegend aus einer ■Laves-Phase und einer sie umgebenden Nicht-Matrix-Phase besteht, aufweist, macht die Laves-Phase mindestens 50 Vol.% und üblicherweise mehr als 75 Vol.% der harten Phase aus. Die Legierung weist in allen Fällen mindestens 10 Vol.% Laves-Phase auf.

In der Tabelle IV sind metallographische Werte dargestellt, die an repräsentativen Zusammensetzungen der speziellen Legierung des erfindungsgemässen Gleitpaares erhalten wurden. Die Tabelle zeigt die Volumenprozente der vorhandenen Phasen, die Rockwell C-Härte in der Masse und die Mikrohärtewerte der harten und der Matrixphase.

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Tabelle IV

Metallographisciie Werte, die an repräsentativen Zusammensetzungen der speziellen Legierung des erfindungsgemässen

Gleitpaares erhalten wurden.

Chemische Zusammensetzung	*	(Gew.%;	Mo Cr	Si	als	Härte	Harte	Phase	Matrixphase	■	80	VHN**
-	**	Ni	28 17	2	in der Masse Rc*	Vol.%	VHN**	Vol.%	44
Co		_	25 22	2	53	54	1285	46	38	446
53	—	28 8	2	- "	-	-		—
51	62	35 9	-3	36	20	>800		201
-	53	32 15	3	45	56	1855		288
-	50	Rockwell	C-Härte	30	62	1246	229
—	Rc «		s Vickers-Härte Nr.
VHN .	■ grosser
> -

Aus der zuvor erwähnten, speziellen Legierung können Gegenstände hergestellt werden, indem die Legierung unter Verwendung herkömmlicher öfen, Formen und Methoden aufgeschmolzen und gegossen werden. Die Legierung, kann vorher hergestelLt werden, oder sie kann, wie bereits offenbart, aus nicht-legierten Mischungen der notwendigen Bestandteile hergestellt werden. Im letzteren Falle werden herkömmliche, zum Stand der Technik gehörende Bedingungen und Methoden derart gewählt, das$ die Legierung in situ entsteht. Die vorher hergestellte Legierung kann physikalisch bis zu Teilchengrössen zerkleinert werden, die der Herstellung von Gegenständen nach pulvermetallurgie sehen Arbeitsweisen angepasst sind. Bei derartigen Arbeitsweisen werden Pulverteilchen der vorher hergestellten Legierung in eine Form gebracht und nachfolgend unter erhöhten Drücken und Temperaturen verdichtet, um sie teilweise aufzuschmelzen, bis ein vollständiger Legierungskörper hergestellt ist (ein Pulvermetallurgieteil) und danach abgekühlt.

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Solche Teile sind abrieb- und korrosionsfest.

Überzüge aus der Legierung auf verschiedenen Substraten können nach bekannten Arbeitsweisen hergestellt werden, beispielsweise, durch Überziehen von Me tall sub st raten mit Schmelzen der in Stabform bereitgestellten Legierung oder durch Plasmaaufsprühen von Überzügen aus teilweise aufgeschmolzenen Teilchen der Legierung auf Metallsubstrate und nachfolgendes Abkühlen der Überzüge. Der zuvor erwähnte Stab kann aus fester, vorher hergestellter Legierung, die eine zusammenhängende Struktur aufweist, oder aus einer Kombination einer zusammenhängenden Metallhülle bestehen, die mit den notwendigen Bestandteilen gefüllt ist, so dass die Legierung sich während des Aufschmelzens in* situ bildet. Es versteht sich, dass die Überzüge möglicherweise eine die Abmessungen beeinflussende Oberflächenbehandlung benötigen, um sie für den Gebrauch vorzubereiten. Derartige Überzüge sind abrieb- und korrosionsfest.

Die spezielle Legierung des erfindungsgemässen Gleitpaares ist besonders nützlich für die Bereitstellung von einer oder vorzugsweise beiden von zwei Oberflächen, die sich einander gleitend berühren (wie bereits oben im Zusammenhang mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben) und korrodierenden Flüssigkeiten ausgesetzt sind. Typische Gleitflächenanwendungen sind beispielsweise sich drehende und axial bewegliche Wellen, die innerhalb zylindrischer Buchsen und gegen Absperrendflächen gleiten*, wie Drucklager-. Lager und Dichtungen, die mit Oberflächen aus der erfindungsgemäss verwendeten Legierung bereitgestellt werden, widerstehen einer Korrosion durch oxidierende Flüssigkeiten, wie 12isen(III)-chlorid- und Salpetersäurelösungen, und reduzierende Flüssigkeiten, wie wässriger Chlorwasserstoff-, Ameisen- und Schwefelsäure:. Obgleich die Legierung möglicherweise einigen wenigen korrodierenden Stoffen weniger gut als einige bekannte Legierungen widersteht, zeigt sie Überlegenheit hinsichtlich ihrer Gesamtbeständigkeit gegen sowohl

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Abrieb als auch Korrosion.

Eine Hauptklasse von korridierenden Stoffen, die man in der Chemieverfahrensindustrie antrifft * umfasst saure Medien, einschliesslieh verdünnte und konzentrierte Mineralsäuren und organische Säuren und Lösungen von sauren Salzen, wie wässrige Chlorwasserstoffsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure und Eisen-(III)-chlorid. Solche sauren Medien sind bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise bei 5Ö bis 100° C, besonders korrosiv.

Die folgende Reihe von Beispielen veranschaulicht &leitpaare, bei denen beide Berührungsflächen aus Legierungen bestehen, wie sie oben definiert wurden. In diesen Beispielen sind die Prozentangaben, soweit nicht anders angegeben, auf Gewicht bezogen. Die Legierungen, welche durch Buchstaben "bezeichnet werden, weisen die nachfolgenden Zusammensetzungen auf:

A. Eine Legierung aus 55 % Kobalt, 35 % Molybdän und 10 % Silicium, von der 65 VoI.% Laves-Phase und 35 Vol.% Matrixphase sind.

B. Eine Legierung aus 62 % Kobalt, 28 % Molybdän, 8 # Chrom und 2 % Silicium, von der 50 Vol.% Laves-Phase und 50 Vol.#- Matrixphase sind.

C. Eine Mischung aus 80 % Legierung A und 20 % Nickel. Das Nickel stellt ein Bindemittel für die Legierung dar, wenn das Gemisch gesintert wird.

D. Ein AISI 52100 bezeichneter Stahl mit der Zusammensetzung 1 % Kohlenstoff, 1,45 % Chrom, 0,3 % Silicium, 0,3 % Mangan, Best Eisen. Er wird gewöhnlich für abriebfeste Pumpenwellen verwendet, die an Bronzebuchsen gleiten.

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E. Ein AISI 4340 bezeichneter Stahl, der im typischen Falle die Zusammensetzung 0,4 % Kohlenstoff, 0,7 % Mangan, 0,3 % Silicium, 1,8 % Nickel, 0,75 % Chrom, 0,25 % Molybdän, Rest Eisen aufweist. Er ist ein Material, das gewöhnlieh für abriebfeste Pumpenwellen verwendet wird, die an Bronzebuchsen gleiten.

F. Ein AISI 1095 bezeichneter Kohlenstoffstahl mit der Zusammensetzung 0,95 % Kohlenstoff, 0,4 % Mangan, 0,25 % Silicium, Rest Eisen und Verunreinigungen. Er ist ein Material, das gewöhnlich auf Anwendungsgebieten verwendet wird, wo eine gleitende Berührung mit Bronzen erfolgt.

G. M2-Werkzeugstahl der Zusammensetzung 0,85 % Kohlenstoff, 4 % Chrom, 2 % Vanadium, 6,25 % Wolfram, 5 % Molybdän, Rest Eisen. Er wird gewöhnlich als Pumpenwellenmaterial, das

an Bronzen gleitet, verwendet.

H. Stellit 6B, ein Metall auf Kobaltbasis der Zusammensetzung 29 % Chrom, 2,2 % Nickel, 1,9 % Silicium, 2,6 % Eisen, 2 % Mangan, 1,5 % Molybdän, 4,5 % Wolfram, 1,2 % Kohlenstoff, Rest Kobalt. Es ist ein Metall, das sehr verbreitet bei Anwendungen ist, wo ein abriebbeständiger Gleitkontakt gegenüber duktilen Metallen, wie Bronzen, benötigt wird, und es kommt bisweilen in Rollen von Rollenlagern zur Anwendung.

J. Hastelloy X, eine Nickellegierung der Zusammensetzung 22 % Chrom, 20 % Eisen, 9 % Molybdän, 0,15 % Kohlenstoff, Rest Nickel. Es ist ein Metall, das oft in Hochtemperatur-Gleitkontakten gegenüber Bronzen verwendet wird.

K. SAE 62, eine Blei-Zinn-Bronze der Zusammensetzung 83 % Kupfer, 7 % Blei, 7 % Zinn und 3 % Zink. Es ist ein häufig verwendetes Lagermaterial, das in Rotationspumpen gegenüber

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Oberflächen aus Stählen, herkömmlichen Nickel- und Kobaltlegierungen und den zuvor genannten Legierungen D, E, P, G, H und J angewandt wird.

L. SAE 660, eine Zinnbronze der Zusammensetzung 88 % Kupfer, 10 % Zinn und 2 % Zink. Es ist ein häufig in Pumpen gegen Oberflächen aus Legierungen, wie den zuvor erwähnten Legierungen D, E, F, G, H und J, verwendetes Lagermaterial.

Die oben genannten Stoffe wurden in verschiedenen Kombinationen in einer Prüfmethode bewertet, gemäss der gegenüberliegende Metalloberflächen in Abwesenheit von Schmiermittel, in Anwesenheit von fliessfähigen Medien, die normalerweise schlechte Schmiermittel darstellen, und in Anwesenheit von herkömmlichen Schmiermitteln unter Schmierungsgrenzbedingungen aneinander gerieben wurden. Die Prüfungen wurden in der Weise durchgeführt, dass massive Zapfen mit Durchmessern von O|9525 cm (3/8 inch) ausgewählter Zusammensetzungen, die polierte, flache Enden aufwiesen, an 2,54- cm χ 5*08 cm grossen, flachen Oberflächen ausgewählter Zusammensetzungen gerieben wurden, wobei die Zapfenenden während eines Zeit- und Temperaturprogramms bis zu speziellen Drücken belastet wurden. Während der Beibprüfungen wurde jeder Zapfen im Mittel einer sinusförmig veränderlichen Geschwindigkeit in 1,27 cm-Hüben zurück- und vorgezogen, während das Zapfenende beständig unter Belastung in vollständiger Berührung mit der flachen Oberfläche stand. Profilometer-Messungen der Spuren der gleitenden Berührungen auf den flachen Oberflächen, die vor und nach den Eeibprüfungen angestellt wurden, werden als CLA-Werte wiedergegeben. GLA ist das arithmetische Mittel in Mikrozoll der Abweichungen von einer Ebene entlang einer Messlinie quer zur Richtung der gleitenden Berührung. Die in Mikrozoll angegebenen Werte können durch Multiplikation jedes Wertes mit 0,0000254- in mm-Werte umgewandelt werden. Die visuellen Bewertungen wurden, wenn sie bestimmt wurden, auf Beobachtungen von Photographien (6,6fache Vergrösserung) von Spuren, die

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durch.die Zapfen eingerieben worden waren, und von direkten Ansichten (iQfache Vergrösserung) der Spuren unter Anwendung der nachstehenden Skala gestützt:

1 - keine sichtbaren Ritzungen

2 - einige wenige sichtbare Ritzungen

3 - durchlaufende Riefung

4 - Anzeichen von Fressen oder Mikroquerrissen.

Beispiele 1 bis 14

In diesen Beispielen wurde unter Schmierungsgrenzbedingungen geprüft. Zwei Zapfen wurden maschinell aus jeder der Legierungen A₁ C, D, G, H, K und L angefertigt. Sieben gesonderte 0,635 cm χ 2,54 cm χ 5»08 cm grosse Angüsse aus rostfreiem Stahl (Nr. 410) wurden durch Plasmasprühen mit 0,0381 cm-Überzügen der Legierung A und sieben mit 0,0381 cm-Überzügen der Legierung C versehen. Alle Überzüge wurden gesintert und dann bis zu einer Dicke von 0,01016 bis 0,02032 cm abgeschliffen. Ein Zapfen aus jeder gegebenen Legierung wurde an einem Anguss mit einem Überzug aus der Legierung A und einer an einem Anguss mit einem überzug aus der Legierung C gerieben. Vor den Reibprüfungen wurden die Profile der überzogenen Oberflächen sämtlicher überzogenen Angüsse mit einem Profilometer gemessen. Die Zapfen wurden an den flachen Oberflächen mit einer mittleren Geschwindigkeit von 1,524 m (5 feet) je Minute gerieben, während die Belastung des Zapfenendes 70»3 kg/cm betrug und der Berührungsbereich in ein Kohlenwasserstofföl auf Basis von 10W-40 eintauchte. Das System wurde bei Raumtemperatur betrieben, bis die Reibung konstant war, wozu durchschnittlich etwa 15 Minuten benötigt wurden. Danach wurde das System auf 38° C erhitzt und 5 Minuten lang bei dieser Temperatur betrieben. Mit Abständen von 28° C wurde diese Arbeitsweise so lange wiederholt, bis 204° C erreicht worden waren. Bei 204° C wurde die Prüfung 30 Minuten lang fortgesetzt. Dann wurde das System abgekühlt

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und der überzogene Anguss und die Zapfenprüfkörper wurden herausgenommen und zum Abtreiben des Öls 24- Stunden lang auf 232⁰ 0 erhitzt. Wiederum wurde das Oberflächenprofil des Reibungspfades an jedem überzogenen Anguss mit einem Profilometer gemessen, um den Betrag der herbeigeführten Oberflächenschädigung zu bestimmen. Die Reibungspfade wurden auch visuell bewertet.

Die Tabelle V zeigt die geprüften Gleitpaare, CLA-Werte der überzogenen Angüsse vor und nach der Reibungseinwirkung und die visuellen Bewertungen der geriebenen Anguss-Teilgebiete nacn der Reibungsprüfung.

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te

Tabelle V Wirkungsweise in Öl

Beispiel-	Zapfen-	Legie	CLA	12,0	Visuelle
Nr.	Legierung	rung d. flachen Stirn fläche		10,0	Bewertung
1	A	A	vor der nach der Prüfung Prüfung	10,0	1
2	C	A	9,5	9,0	1
3	D	A	9,5	26,0	1
4	G	A	. 8,0	14,5	1
5	H	A	9,0	9,5	4
6	K	' A	9,5	8,0	2
7	L	A	10,0	9,0	1
8	A	C	10,0	10,5	1
9	C	C	8,0	15,0	1
10	D	C	8,0	12,0	-
11	G	C	9,2	9,0	1
12	H	C	10,0	14,5	3
13	K'.	C	11,0	2
14	L	C	9,0 ,	1
9,0

Es ist ersichtlich, dass unter Schmierungsgrenzbedingungen die Oberflächeneigenschaften von Laves-Phase enthaltenden Legierungen, die mit Laves-Phase enthaltenden Legierungen gerieben worden sind (Beispiele 1, 2, 8 und 9), denjenigen gleichwertig sind, die mit gewöhnlich verwendeten Stählen gerieben worden sind (Beispiele 3, 4, 10 und 11), dass sie denjenigen Legierungen, die mit herkömmlichen Legierungen für Masehinenkonstruktionen auf Kobaltbasis gerieben worden sind (Beispiele 5 und 12), gleichwertig oder überlegen sind, und dass sie denjenigen Legierungen, die mit gewöhnlich verwendeten Bronzen gerieben worden sind (Beispiele 6, 7, 13 und 14), gleichwertig oder überlegen sind.

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Beispiele 15 -Ms 28

In diesen Beispielen wurde die Prüfung in Gegenwart eines fliessfähigen Mediums durchgeführt, das im allgemeinen als ein schlechtes Schmiermittel bekannt ist. Zwei Zapfen wurden maschinell aus jeder der Legierungen A, C, E, G, H, K und L angefertigt. JEs wurden sieben 0,635 cm χ 2,54· cm χ 5,08 cm grosse Angüsse aus rostfreiem Stahl (410) mit 0,0381 cm-Überzügen aus der Legierung C wie in den Beispielen 1 bis 14 hergestellt, gesintert und abgeschliffen. Aus der Legierung B wurden sieben Blöcke gegossen, von denen jeder 0,635 cm χ 2,54 cm χ 5»08 cm gross war und eine 2,54 cm χ 5,08 cm grosse, flache Stirnfläche aufwies. Ein Zapfen aus jeder Legierung wurde an einem Anguss mit einem Überzug aus der Legierung A und einer von jeder Legierung wurde an der flachen Stirnfläche eines Blocks gerieben.Vor dem Reibprüfungen wurden die Oberflächenprofile der überzogenen Angüsse und Blöcke mit einem Profilometer gemessen. Die Zapfen wurden an den flachen Oberflächen mit einer mittleren Geschwindigkeit von 1,524 m je Minute gerieben, währen! die Zapfen-Endbelastung 70,3 kg/cm betrug und der Kontaktbereich in Wasser eintauchte. Das System wurde bei Raumtemperatur so lange betrieben, bis sich eine konstante Reibung zeigte, wozu durchschnittlich etwa •15 Minuten benötigt wurden. Danach wurde das System auf 38° C erhitzt und 5 Minuten lang bei dieser Temperatur betrieben. In Abständen von 14° C wurde diese Arbeitsweise wiederholt bis zu dem bei 93° G durchgeführtem Versuch. Bei 100° C wurde der Versuch 30 Minuten lang, während das Wasser siedete, fortgesetzt- Das System wurde dann abgekühlt, und die flache Stirnfläche und die Zapfenprüfkörper wurden herausgenommen und auf 149° C erhitzt, um das Wasser abzutreiben. Die Profile der flachen Stirnfläche der Blöcke und der überzogenen Angüsse wurden quer über die Reibungspfade der Zapfen hin gemessen, um Änderungen in diesen Oberflächen zu bestimmen. Die visuellen Bewertungen der geriebenen Teile der flachen Stirnflächen wurden ebenfalls bestimmt. Die Tabelle VI zeigt

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die geprüften Gleitpaare, die CLA-Werte der überzogenen Angüsse und Blöcke vor und nach der Reibungsprüfung und die visuellen Bewertungen der geriebenen Angüsse und Blockteilgebieten nach der Reibungsprüfung.

Tabelle VI

	Wirkungsweise in	Legie-	C	Wasser	und Wasserdampf	Visuelle
Beispiel	Zapfen-	Legierung rung d. flachen Stirn fläche	C		OLA	Bewertung
er.	A	σ	vor der Prüfung	nach, der Prüfung	1
15	C	C	9,5	7,0	1
16	G	C	10,0	18,5	2
17	E	C	9,5	8,0	2
18	H	C	10,0	16,5	4
19	K	B	7,5	5,5	1
20	L	B	7,o	9,0	1
21	A	B	7,0	4,5	2
22	C	B	6,0	4,0	1
23	G	B	6,0	5,5	2
24	E	B	5,0	7,0	1
25	H	B	4,0	6,0	2
26	K	7,5	5,5	4
27	L	7,0	9,0	1
28	7,0	4,5

Es ist ersichtlich, dass bei gleitender Reibung mit einem nicht-schmierenden, fliessfähigen ,Medium zwischen den gleitenden Oberflächen die Oberflächeneigenschaften der Laves-Phase enthaltenden Legierungen, welche mit Laves-Phase enthaltenden Legierungen gerieben worden sind (Beispiele 15, 16, 22 und 23) im allgemeinen denjenigen, die mit gewöhnlich verwendeten Stählen (Beispiele 17, 18, 24 und 25) oder herkömmlichen Legierungen für die Maschinenkonstruktion auf Kobaltbasis gerieben worden sind (Beispiele 19 und 26), über-

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legen sind und dass sie denjenigen Legierungen, die mit gewöhnlich verwendeten Bronzen gerieben worden sind (Beispiele 20, 21, 27 und 28), gleichwertig und bisweilen sehr über- ." legen sind).

i Beispiele 29 bis 53

In diesen Beispielen wurde die Prüfung in Gegenwart eines verhältnismässig schlechten Schmiermittels durchgeführt. Es wurden £je ein Zapfen aus den Legierungen A, C und H und zwei aus den Legierungen F, d. h. insgesamt fünf Zapfen, maschinell angefertigt. Wie in den Beispielen 1 bis 14 wurden vier, überzogene, gesinterte und abgeschliffene Angüsse, und zwar zwei mit der Legierung A und zwei mit der Legierung C, hergestellt. Ausserdem wurde ein 0,635 cm x 2,54- cm χ 5>08 cm grosser Block aus der Legierung H mit einer 2,54 cm χ 5»08 cm grossen, fla-chen Stirnfläche hergestellt. 3?ür Heibprüfungen wurden der Zapfen aus der Legierung A und ein mit der Legierung A überzogener Anguss, der Zapfen aus der Legierung C und ein mit der Legierung C überzogener Anguss, der Zapfen aus der Legierung H und der Block aus der Legierung H sowie die Zapfen aus der Legierung Έ und die mit der Legierung A bzw. der Legierung C überzogenen Angüsse •paarweise zusammengebracht. Vor den Reibprüfungen wurden die Profile der flachen Stirnflächen der überzogenen Angüsse und des Blockes mit einem Profilometer geprüft. Die Zapfen wurden an den flachen Stirnflächen mit mittleren Geschwindigkeiten, von 1,524 m/Minute gerieben, während die Zapfenendenbelastung 70,3 kg/cm betrug und der Kontaktbereich in ein hydraulisches, fliessfähiges Medium auf Siliconbasis (das im Handel unter den Namen "Versalube" 500 erhältlich ist} eintauchte· Das System wurde bei Raumtemperatur so lange betrieben, bis seine Reibung konstant war . Danach wurde das System, ausgehend von 38° C, bei Temperaturstufen von jeweils 28° C während 5 Minuten betrieben, bis 260° C erreicht worden waren. Bei 260° C wurde der Versuch 30 Minuten lang weiter-

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geführt. Dann wurde das System abgekühlt, und das Oberflächenprofil des Reibungspfades an Jedem Anguss oder Block wurde wiederum mit einem Profilometer gemessen, um den Betrag der hervorgerufenen Oberflächenschädigung zu bestimmen. Dieselben Reibungspfade wurden auch visuell bewertet.

Die Tabelle VII zeigt die geprüften Gleitpaare, die CLA-Werte der überzogenen Angüsse und des Blocks vor und nach der Reibungsprüfung sowie die visuellen Bewertungen der geriebenen Angüsse und Blockteilbereiche nach der Reibungsprüfung.

	T a b e	Zapfen-	Legie	lie	VII	nach der Prüfung	Visuelle
	• Wirkungswei	Legierung	rung d. flachen Stirn fläche		10,0 . 16,5 55,0 11,5 9,0	Bewertung
Beispiel-	A F F C H	A A C C H	se in Siliconflüssigkeit	1 2 5 5 5
Nr.	GLA
29 50 51 52 55	Vor der Prüfung
	9,5 10,0 10,0 11,0 11,0

Es ist ersichtlich, dass unter den schlechten Schmierungsbedingungen, welche ein Siliconöl ergibt, die Oberflächeneigenschaften von Laves-Phase enthaltenden Legierungen, die mit Layes-Phase enthaltenden Legierungen gerieben worden sind (Beispiele 29 und 52), denselben Legierungen, die mit einem gewöhnlich verwendeten Stahl gerieben worden sind (Beispiele 50 und 51), äquivalent oder überlegen sind. Die Werte zeigen weiterhin, dass Oberflächeneigenschaften von Laves-Phase enthaltenden Legierungen, die gegen sich selbst gerieben worden sind (Beispiele 29 und 52), denjenigen eines gewöhnlich

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verwendeten, abriebbeständigen Metalls auf Kobaltbasis, das gegen sich selbst gerieben worden ist (Beispiel 35)» gleichwertig und bisweilen sogar sehr überlegen sind.

Beispiele 54 und 35

In diesen Beispielen wurde die Prüfung unter nicht-schmierenden Hochtemperaturbedingungen durchgeführt. Zwei Zapfen wurden maschinell angefertigt, und zwar je einer aus der Legierung J und der Legierung 0. Wie in den Beispielen. 1 bis wurden zwei Angüsse aus rostfreiem Stahl mit gesinterten und abgeschliffenen Überzügen aus der Legierung C hergestellt. Wie zuvor wurde aus -jedem Zapfen und einem überzogenen Anguss ein Paar gebildet. Vor der Reibprüfung wurden die Oberflächen des überzogenen Angusses mit einem Profilometer gemessen. Die Reibprüfungen wurden trocken bei einer mittleren Geschwindigkeit von 1,83 m/Min durchgeführt. Die anfängliche Zapfenendenbelastung betrug 35*1 kg/cm , und das System wurde zunächst 30 Minuten lang bei 316° C, dann 30 Minuten lang bei 649° C und dann 30 Minuten lang bei 982° C betrieben. Bei 982° C wurde das System weitere 30

Minuten lang unter einer Zapfenendenbelastung von 104,5 kg/cm .und zusätzliche 30 Minuten lang unter einer Belastung von

209 kg/cm betrieben. Wiederum wurde das Oberflächenprofil des Reibungspfades auf jedem überzogenen Anguss mit einem Profilometer gemessen, um den Betrag der hervorgerufenen Oberflächenschädigung zu bestimmen. Die Tabelle VIII zeigt die geprüften Gleitpaare und CLA-Werte der überzogenen Angüsse vor und nach der Reibungsprüfung.

- 33 ~ 409818/0781

23A8702

OE-5506/5507/5480

. T a b e 1	1 e	VIII
Trockenprüfungen	bei	hoher
Temperatur

Beispiel-	Zapfen-	Legie	CLA	CLA
Nr.	Legierung	rung d. flachen Stirn fläche	Vor der Prüfung	Nach der Prüfung
34 35	J C	C C	18 12	480 200

Die Prüfung zeigt, dass unter trockenen Hochtemperaturbedingungen die Oberflächenrauhigkeit einer Laves-Phase enthaltenden Legierung, die gegen sich selbst gerieben worden ist (Beispiel 35) > besser ist, als diejenige einer Laves-Phase enthaltenden Legierung, die gegen eine Legierung auf Nickelbasis (Beispiel 34), die gewöhnlich als Konstruktionsmaterial bei Gleitanwendungen verwendet wird, gerieben worden ist. Es wird eine längere Gebrauchsdauer angezeigt.

Beispiele 36 bis 40

•Die Arbeitsweisen der Beispiele 29 bis 33 wurden mit der Abänderung wiederholt, dass ein hydraulisches, fliessfähiges Medium (ein Mineralöl ohne Zusatzstoffe, dessen Viscosität 100 Centistoke bei 38⁰ C betrug und im Handel unter dem Namen "Enerpac" HF 101 erhältlich ist) anstelle der Siliconflüssigkeit verwendet wurde und die während der Prüfung erzielte Temperatur 204° C statt 260° C betrug. Die Tabelle IX zeigt die Ergebnisse.

409818/0781

OR- 55O6/55O7/548O

3sr

Tabelle IX

Wirkungsweise in hydraulischer	Zapfen-	Legie-	flachen	Flüssigkeit	■ Nach der	Visuelle
Beispiel-	Legierung rung d.	Ol/XXul— fläche	GLA	Prüfung	Bewertung
Nr.		A	Vor der
		A	Prüfung	58,0
	A	C		14	4
36	Έ	C	14,0	55,0	4
37	F	H	9	10,0	5
58	C	.12,5	290,0	1.
39	H	10,0		4
40	9,5

Es ist ersichtlich, dass in Gegenwart dieses speziellen, fliessfähigen Mediums die Oberfläche aus der Laves-Phase enthaltenden Legierung C, gegen sich selbst gerieben (Beispiel 39), der gleichen Legierung überlegen ist, wenn sie mit einer Stahl oberfläche gerieben wird (Beispiel 38). Die Oberfläche aus der Laves-Phase enthaltenden Legierung A fällt, gegen sich selbst gerieben (Beispiel 56), ^im Vergleich mit der gleichen Legierung, die an einer Stahl oberfläche gerieben wird (Beispiel 37)» nicht günstig aus? aber in Gegenwart von anderen fliessfähigen Medien, die im Beispiel 29 durch Siliconflüssigkeit beispielhaft vertreten' werden, ist ein derartiges Gleitpaar sehr zufriedenstellend. Die Oberflächenbedingungen beider Legierungen A und C gegenüber sich selbst (Beispiele 36 und 39) sind denjenigen weit überlegen, die man beim Reiben einer bekannten, herkömmlichen Kobaltlegierung an sich selbst erhält (Beispiel 40).

Die nachfolgenden Beispiele zeigen Gleitpaare, bei denen die eine Berührungsfläche eine Oberfläche auf Aluminiumbasis und die andere Berührungsfläche eine der oben definierten Legierungen ist. In diesen Beispielen sind die Prozentzahlehn, soweit nicht anders angegeben, auf Gewicht bezogen.

• - 35 -409818/0781

Beispiel 4-1

Wirkungsweise mit Schmieröl

In diesem Beispiel wird gleitender Kontakt unter Schmierungsgrenzbedingungen zwischen den sich berührenden Oberflächen geprüft. Zapfen mit einem Durchmesser von 0,9525 cm, die polierte, flache Enden aufwiesen, wurden maschinell aus einem massiven Stab aus den nachfolgenden Stoffen angefertigt:

A) Legierung 2024-T4- (Legierung 2024-, Lösung hitzebehandelt gemäss der Prüfarbeitsweise des "Metals Handbook." Bd. 1, Properties and Selection of Metals, T. Lyman, American Society For Metals, Seiten 888 und 889).

B) Legierung 2024-T4, wobei der Zapfen an seinem flachen Ende bis zu einer Tiefe von 0,0254- mm eloxiert wird.

C) Blei-Zinn-Bronze SAE 660, ein gewöhnliches Lagermaterial der Zusammensetzung 83 % Kupfer, 7 % Zinn, 7 % Blei und 3 % Zink.

B) Zinbronze SAE 62, ein gewöhnliches Lagermaterial der Zusammensetzung 88 % Kupfer, 10 % Zinn und 2 % Zink.

2,54 cm χ 5>08 cm grosse Angüsse aus rostfreiem Stahl (410) wurden durch Plasmasprühen mit 0,0381 cm dicken Überzügen aus einem der unten beschriebenen Metalle versehen. Die aufgesprühten Überzüge wurden gesintert und dann bis zu einer Dicke von 0,01016 bis 0,02032 cm abgeschliffen. Die Metalle waren:

E) Eine -Legierung aus 55 % Kobalt, 35 % Molybdän und 10 % Silicium, von der 65 Vol.% Laves-Phase und 35 Vol.% Matrix-Phase waren.

- 36 409818/0781

F) Eine Mischung aus 80 % Legierung E und 20 % Nickel* Das Nickel wirkte als Bindemittel für die Legierung nach dem Sintern.

Die Zapfen wurden gewogen, und die Profile der überzogenen Oberfläche der Angüsse wurden mit einem Profilometer gemessen. Jeder Zapfen wurde derart in einen Schwingungsmechanismus eingebaut, dass er mit sinusförmig veränderlicher Ge*- schwindigkeit in 1,27 cm-Hüben zurück- und vorgezogen werden konnte, während sein, flaches Ende in beständigem und vollständigem Kontakt mit einem flachen, gesinterten "Überzug eines Angusses stand. Der Kontaktbereich wurde in ein Kohlenvfasserstofföl auf Basis von 10W-40 eingetaucht, Jeder Zapfen wurde unter einem Druck von 70,3 kg/cm gegen die Platte gesetzt und mit einer mittleren Geschwindigkeit von 1,524 m je Minute hin- und hergeschwungen. Während der Schwingung wurde die Reibung gemessen. Das System wurde bei Raumtemperatur so lange betrieben, bis die Reibung konstant war; dies dauerte etwa 15 Minuten. Danach wurde das System auf 38° C erhitzt, 5 Minuten lang bei dieser Temperatur betrieben, und seine Reibung wurde wiederum gemessen. In Abschnitten von 28° C wurde diese Arbeitsweise so lange wiederholt, bis 204° C erreicht worden waren. Bei 204° C wurde die Prüfung 30 Minuten lang fortgesetzt. Dann wurde das System abgekühlt, und der überzogene Anguss und die Zapfenprüfkörper wurden herausgenommen und 24 Stunden lang auf 232° C erhitzt, um öl abzutreiben. Jeder Zapfen wurde gewogen, um seine Gewichtsänderung zu bestimmen, und wiederum wurde das Oberflächenprofil entlang des Reibungspfades von jedem entsprechenden, überzogenen Anguss mit einem Profilometer gemessen, um den Betrag der herbeigeführten Oberflächenschädigung zu bestimmen.

Die Zapfen wurden auch an den Oberflächen von flachen 0,635 cm χ 2,54 xm χ 5»08 cm grossen Blöcken aus Metallen der nachfolgenden Zusammensetzungen geprüft:

_ 37 _ 40981 8/0781

OR-5506/5507/5480 234 8/02

G) M2-Werkzeugstahl der Zusammensetzung 0,85 % Kohlenstoff, 4 % Chrom, 2 % Vanadium, 6,25 % Wolfram, 5 % Molybdän, Rest Eisen. Dies ist ein gewöhnlichess, abriebfestes Pumpenwellenmaterial.

H) Rostfreier Stahl (416), ein martensitischer Stahl für die freie maschinelle Bearbeitung, der oft für Maschinenteile und Pumpenwellen verwendet wird und die Zusammensetzung 12 bis 14 % Chrom, höchstens 0,15 kohlenstoff (0.15% maximum carbon), höchstens 0,06 % Phosphor, höchstens 1 % Schwefel, Rest Eisen auf 100 % aufweist.

Die Tabelle X zeigt.die erhaltenen Prüfwerte, In der Tabelle ist der Reibungskoeffizient das Verhältnis des angewandten Zugs (oder der zur Belastung tangential gerichteten Kraft) zu der Zapfenbelastung (oder der zu der Belastung senkrechten Kraft). Der CLA-rV/ert ist der Mittelliniendurchschnitt von Schwankungen der Höhe der Oberfläche entlang einer Messlinie quer zur Richtung der gleitenden Berührung auf dem Anguss oder Block, wie sie mit dem Profilometer gemessen werden. Er wird als das arithmetische Mittel in Mikrozoll der Abweichungen von einer Ebene ausgedrückt. Die in Mikrozoll angegebenen Werte können durch Multiplikation mit 0,0000254 in mm-Werte umgewandelt werden. Die visuellen Bewertungen wurden auf Beobachtungen von Photographien (6,6-fadie Vergrösserung) von Spuren, die durch die Zapfen eingerieben worden waren, und der direkten Ansicht (lOfache Vergrösserung) der Spuren unter Verwendung der nachstehenden Skala gestützt:.

1 - Nicht sichtbare Ritzungen

2 - Wenig sichtbare Ritzungen

3 - Anzeichen von Fressen oder Mikro-

querrissen.

- 38 409818/0781

Tabelle X

Zapfen Flache

Reibungskoeffizient

Änderung CLA

A
B
G
D
A
B
C
D
A
A

Stirnfläche höchster niedrigster nach d." d. Zapfen-Prüfung gewichts

E E E E F F F F G H

O ,-25	0,19
0,15	0,11
0,28	0,18
0,21	0,13
0,27	0,14
0,21	0,15
0,29	0,25
0,28	0,19
0,57	0,28
0,25	0,21

0,25 0,11

0,22

0,18 0,18 0,18 0,25 0,19 0,29 0,21

-0,0037 +0,0056

-0,0011 -0,0009 -0,0034; +0,0031

-0,0067 -0,0006

-0,0014 vor der Prüfung

nach der Prüfung

7,0 9,5 10,0 10,0 8,0 11,0 9,0 9,0 2,5

11,5

80,0 10,0

9,5

14 21,0

9 7,0

40,0

Visuelle Bewertung

2'

N) CO J> OO

CD N>

Es ist ersichtlich, dass unter Schmierung sgrenzbedingungen eine Aluminiumoberf lache , die sich an einer Oberfläche aus einer Laves-Phase enthaltenden Legierung reibt, allgemein verwendeten Bronze-Lagermatexrialien, die sich an Laves-Phase enthaltenden Legierungen reiben, vergleichbar und ihnen bisweilen überlegen ist. Überdies ist ersichtlich, dass eine Aluminiumoberfläche, die sich an einer Laves-Phase enthaltenden Legierung reibt, einer Aluminiumoberfläche, die sich an einem gewöhnlich verwendeten Konstruktionsstahl reibt, überlegen ist. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Metall-Übertragung auf die Laves-Phase enthaltende Legierung durch eine Aluminiumlegierung oder eloxierte Aluminiumlegierung vergleichbar derjenigen von allgemein verwendeten Bronze-Lagermaterialien und" geringer als diejenige eines häufig verwendeten Stahles ist.

Beispiel 42 Wirkungsweise mit Wasser und nassem Dampf

In diesem Beispiel wird der Gleitkontakt mit einem nichtschmierenden, fliessfähigen Medium zwischen den sich berührenden Oberflächen geprüft. Wie in Beispiel 1 wurden Zapfen aus den Stoffen A bis D hergestellt, und ebenfalls wie in Beispiel 1 wurden Angüsse hergestellt und mit Metall F überzogen. Die Zap.fen wurden auch an den Oberflächen von flachen 0,635 cm χ 2,54· cm χ 5»08 cm grossen Metallblöcken geprüft, die aus

I) einer Legierung aus 62 % Kobalt, 28 % Molybdän, 8 % Chrom und 2 % Silicium, von der 50 Vol.% Laves-Phase und 50 Vol.% Matrix-Phase sind, gegossen wurden.

Jeder Zapfen wurde in den Mechanismus des Beispiels 1 eingebaut, wobei sein flaches Ende in beständiger und vollständiger Berührung mit dem gesinterten Überzug eines Angusses oder der

- 40-' 409818/0781

Tl

flachen Stirnfläche eines Blockes stand. Der Kontaktbereich wurde in Wasser eingetaucht. Bei einer Zapfenendbelastung von 70,3 kg/cm und einer mittleren Geschwindigkeit von 1,524 m je Minute wurde das System bei Raumtemperatur so lange betrieben, bis konstante Reibung erzielt worden war, was etwa 15 Minuten dauerte. Danach wurde das System auf 58° G erhitzt, 5 Minuten lang bei dieser Temperatur betrieben, und es wurde seine Reibung gemessen. In Abständen von 14° C wurde diese Arbeitsweise so lange wiederholt, bis 93° 0 erreicht worden waren. Bei 100° C wurde die Prüfung 30 Minuten lang fortgesetzt, wobei die Reibung in Abständen von 5 Minuten, als das Wasser siedete, gemessen wurde. Das System wurde dann' abgekühlt, und der Block und die Zapfenprüfkörper wurden herausgenommen und auf 149° C erhitzt, um Wasser abzutreiben. Der Zapfen und Block oder überzogene Anguss Jeder Kombination wurden gewogen, um ihre Gewichtsänderungen zu bestimmen. Die Profile der flachen Stirnfläche der Blöcke und überzogenen Angüsse wurden quer zu den Reibungspfaden der Zapfen gemessen, um Änderungen dieser Oberflächen zu bestimmen. Die visuellen Bewertungen der geriebenen Teilbereiche der flachen Stirnflächen wurden ebenfalls unter Verwendung der Skala des Beispiels 41 bestimmt. Die Tabelle XI zeigt die erhaltenen Prüfungswerte. Die Definition und Einheiten für die CLA-Werte sind dieselben wie die oben im Zusammenhang mit der Tabelle X angegebenen.

- 41 -

409818/0781

Tabelle XI

Zapfen	ro	Flache	Reibungskoeffizient	niedrigster nach der Prüfung	-0,38	Gewichtsänderunp; (g)	.Block	CLA	nach d. Prüfung	Visuelle Bewer tung	S
	Stirnfläche	höchster	0,21	0,44	Zapfen	-0,0020	vor d. Prüfung	7,5	-
A	F	0,44	0,18	0,18	-0,001?	+0,0080	9,2	6,0	1
B	F	0,52	0,11	0,23	+0,0002	+0,0012	8,0	8,0	1
O	F	0,18	0,11	0,59	-0,0014	-0,0010	10,0	11,0	1
D	F	0,23	0,43	0,50	-0,0016	-	10,0	20,0	3
A	H	0,62	0,50	0,81	-0,0030	-0,0010	10,0	2,5	1
A	I	0,64	0,49	0,36	-0,0033	+0,0003	4,0	3,5	2
B	I	0,85	0,15	0,32	+0,0015	+0,0003	7,5	4,5	1
C	I	0,37	0,16	-0,0004	+0,0003	7,0	9,0
I	0,32	-0,0006	7,0

409818/078

"6

OJ &

J» O CO

CD

Die Ergebnisse zeigen, dass unter den durch Wasser bereitgestellten, schlechten Schmierbedingungen die Oberflächenbeschädigung von Oberflächen aus Laves-Phase enthaltender Legierung, die von Aluminiumlegierung oder eloxierter Aluminiumlegierung hervorgerufen werden, derjenigen OberfIachenbeSchädigung vergleichbar oder geringer als sie sind, die von allgemein verwendeten Bronze-Lagermaterialien und gewöhnlich verwendetem Konstruktionsstahl hervorgerufen wird.

In der nachfolgenden Versuchsreihe wiesen die geprüften Legierungen die unten angegebenen Zusammensetzungen, einschliesslich der angegebenen Phasenvolumina auf. Die jedem Element einer Legierungzusammensetzung vorausgehende Zahl sind die Gewichtsprozente. Die Volumina der harten Phase werden als Legierungsprozente ausgedrückt und, wie in der metallurgischen Technik bekannt ist, durch relative Flächen unter Intensitätskurvenbildern bestimmt, die durch Röntgenstrahl enb eugung eanaly sen von charakteristischen Legierungsphasen erzeugt werden. Die Legierungen A bis H wurden hergestellt, indem die Elemente in den vorgeschriebenen Gewicht sverhältni ssen vermischt wurden, jede Mischung in Luft, bis sie vollständig aufgeschmolzen war₃erhitzt, Schaum, der sich auf der Oberfläche bildete, abgegossen und die Schmelze auf Eaumtemperatur abgekühlen gelassen wurde. Die Legierungen C bis H sind Legierungen, wie sie in den erfindungsgemässen Gleitpaaren verwendet werden; die Legierungen A, B und I bis Q sind im Handel erhältliche, zum Stand der Technik gehörende Legierungen.

A - 62 Go/28 Mo/2 Si/8 Cr mit 50 % harter Phase. B - 62 Co/24 Mo/2 Si/12 Cr mit 45 % harter Phase. 0-53 Co/28 Mo/2 Si/17 Cr mit 54 % harter Phase. D - 51 Co/25 Mo/2 Si/22 Cr mit 50 % harter Phase. E - 62 Ni/28 Mo/2 Si/8 Cr mit 20 % harter Phase. F - 53 Ni/35 Mo/3 Si/9 Cr mit 56 % harter Phase. G - 50 Ni/32 Mo/3 Si/15 Cr mit 50 % harter Phase. H - 50 »i/25 Mo/3 Si/22 Cr mit 50 % harter Phase.

409818/0781 - 43 -

Die harte Phase in jeder der obenstehenden Legierungen ent halt mindestens 75 % Laves-Phase.

I - rostfreier Stahl (516) der Zusammensetzung 12 Ni/2,5 17 Gr/Eest Fe, der keine Laves-Phase (LP) aufweist und als korrosionsfest "bekannt ist.

J - rostfreier Stahl (504) der Zusammensetzung 10 Ni/19 Cr/2 (höchstens) Mn/Eest Fe, der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

K - ein superrostfreier Stahl (Carpenter 2OCb5) der Zusammensetzung 54 Ni/2,5 Mo/20 Gr/5,5 <S/Hest F_e, der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

L - Inconel 600, eine Legierung auf Nickelbasis der Zusammensetzung 77 Ni/16 Cr/7 Fe , der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

M - Monel 400, eine Legierung auf Nickelbasis der Zusammensetzung 1,4 Fe/52 Cu/Eest Ni, der keine LP aufweist und im allgemeinen als korrosionsfest bekannt ist.

U" - Eine Superlegierung auf Nickelbasis (Hastelloy N) der Zusammensetzung 5 Fe/16 Mo/7 Cr/Rest Ni, der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

0 - Hastelloy C, eine andere Nickel-Superlegierung der Zusammensetzung 54 Ni/16 Mo/16 Gr/1 Si/5 Fe/4 W, der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

P - Hastelloy B, eine andere Nickel-Superlegierung der Zusammensetzung 6 Fe/28 Mo/1 Si/Eest Ni, der keine LP aufweist und als korrosionsfest bekannt ist.

Q - Stellite 6B, eine gut bekannte Legierung der Zusammen-

_ 44 -

4098 18/0781

Setzung 29 Cr/1,5 (höchstens) Mo/2 Si/j Fe/4-,5 V/0,9 bis 1,4· C/Rest Co, die keine LP aufweist und als abriebfest bekannt ist.

Beispiele 45 bis 53

Die nachfolgend beschriebene, bekannte Reiter- und Trommel-Prüfarbeitsweise wurde angewandt, um Korrosion und Abrieb an Legierungszusammensetzungen, die in den erfindungsgemässen Gleitpaaren verwendet werden, und bestimmte bekannte , korrosions- und abriebfeste Legierungen zu vergleichen. Für die Prüfung wurde ein flacher Reiter aus Prüf material (2,54- cm χ 0,714 cm χ 0,873 cm) gegen eine rotierende Trommel'mit einem Durchmesser von 8,89 cm, die eine periphäre Oberfläche aus gleichen oder andersartigen Material bereitstellt, gedruckt. Der Reiter erstreckte sich in der Berührungslinie entlang einer 0,714- cm χ 2,54- cm grossen Stirnfläche. Vor dem Prüf versuch wurden die Oberflächen sowohl des Reiters als auch der Trommel bis zu einer Bearbeitung von 0,000254 mm poliert. KLr die Prüfung wurde die Trommel mit ihren untersten 2,54- cm in 5%ige^, wässriger HCl bei 25° C bei einer Umfangsgeschwindigkeit der Oberfläche von 121,92 m je Minute gedreht, während der Reiter unter einer Last von 6,81 kg stand. Nach 1 Stunde wurden die Gewichtsänderungen sowohl des Reiters als auch der Trommel aufgezeichnet. Die Oberfläche von Jedem geprüften Element wurde gemäss der nachstehenden Skala bewertet:

- 45 -

409818/0781

Gewichts- Aussehen

verlust

ausgezeichnet ' Keine sichtbaren Eitzungen bei

(e) · <10 mg 1Ofacher Vergrösserung; keine

Oberflächenbeschädigung oder Fressen

S¹¹* (s) <1OO mg - Einige wenige bei 1Ofacher Ver-

grösserung sichtbare Eitzungen; keine Oberflächenbeschädigung; kein Fressen

befriedigend <1OO mg Durchlaufende Riefung; Grübchen

(f) oder andere Anzeichen beginnender Korrosion; kein Fressen

schlecht (p) >1OO mg Anzeichen von Fressen oder Mikro-

querrissen; starke Korrosion.

Fussnoten: < » geringer als y- - grosser als

Die Tabelle XII zeigt die Gewichtsverluste der Reiter und Trommeln und die Oberflächenbewertungen der verschliessenen Reiter und Trommeln aus Legierungen, die zusammen gerieben wurden.

- 46 -

409818/0781

Tabelle XII

Konkurrierende Wirkungen von Abrieb und Korrosion	Eeiter-	Trommel-	- Gewichtsverluste (mg}	Trommel	Oberflächenbe-	Trommel
Bei	Legie-	Legie	Heiter		wertunken	g
spiel	rung	rung		23	Reiter	g
	A	A	13	0	g	g
43	B	B	27	8	g	g
44	C	G	87	23	g	g
45	D	D	13	79	g	f
46		F	44 ·	22	■g	f
47	G	G	78	25	f	P
48	H	H	106	93	f	P
49	Q	Q	82	285	P	P
50	(a)	Q	1718	(Zunahme)	P	P
51	Q	0	156	(Zunahme)	P
52	Q	I	317		P
53

(a) «= chromplatierter Stahl

Es ist ersichtlich, dass die Legierungen, die in den erfindungsgemässen Gleitpaaren verwendet werden (Beispiele 45 bis 49)j in gleitender Berührung miteinander Stellite -6B (an sich selbst gerieben; Beispiel 50)» chromplatiertem Stahl (Beispiels 51), rostfreiem Stahl 316 (Beispiel 53) und Hastelloy C (Beispiel 52) überlegen waren, wobei die Legierungen auf Kobaltbasis (Beispiele 45 und 46) den Legierungen auf Nickelbasis (Beispiele 47 bis 49) unter diesen Bedingungen etwas überlegen waren.

- 47 -

409818/0781

Claims

Patentansprüche

1. Gleitpaar mit zwei sehr abriebfesten, metallischen Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das eine Teil des Gleitpaares eine Oberfläche aus einer Legierung aufweist, die mindestens 60 Atom-£ an mindestens zwei Übergangs schwermetallen enthält, wobei das Verhältnis der Atomradien des grössten zum kleinsten Übergangselement 1,05 bis 1,68 beträgt, und aus 10-bis 100 Vol.-% einer harten Phase und O bis 90 Vol.-$ einer Matrixphase, die weicher als die harte Phase ist, besteht, wobei die harte Phase einen Hauptanteil an Laves-Phase in solcher Menge enthält, dass mindestens 10 Vol.-# davon in der Legierung vorliegen.

2. Gleitpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sein eines Teil eine Aluminiumoberfläche aufweist.

3. Gleitpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teile des Gleitpaares eine Oberfläche aus einer Legierung gemäss Anspruch 1 aufweisen.

k. Gleitpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangselemente mindestens einer der Legierungen des Gleitpaares V, Hf, V/, Ta, Nb, Mo, Ni, Co, Pe, Mn, Cr, Zr und/oder Ti sind.

5. Gleitpaar nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass die die harte Phase enthaltende Legierung eine wesentliche Menge mindestens eines Metalls A, eine wesentliche Menge mindestens eines Metalls B sowie Si enthält, wobei das Metall A Mo oder W und das Metall B Pe, Cr, Co oder Ni ist und die Summe der Menge A und der Menge B mindestens 60 ktom-% der Legierung beträgt.

- *»8 - 409818/078 1

DR-5506/5507/5480

6. Gleitpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung mindestens einer der Oberflächen mit einem Bindemittel vermischt ist, das gegenüber der Lavesphase der Legierung inert und weicher als sie ist.

7. Gleitpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung im wesentlichen besteht aus:

(a) mindestens 45 Gew.-5? Kobalt oder Nickel;

(b) 20 bis 42 Gew.-? Molybdän;

(c) 17 bis 25 Gew.-? Chrom, wenn (a) Kobalt ist, und 8 bis 22 Gew.-? Chrom, wenn (a) Nickel ist; und

(d) genügend viel Silicium, jedoch nicht mehr als 12 ?, damit (1) die Legierungsmikrostruktur aus 10 bis 100 Vol.-/S einer harten Phase, die überwiegend Lavesphase ist, und 0 bis 90 Vol.-? einer relativ weichen Matrixphase besteht und (2) die Legierungsmikrostruktur aus mindestens 10 Vol.-? einer Lavesphase besteht.

8. Gleitpaar nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die harte Phase 20 bis 75 Vol.-JS ausmacht und im wesentlichen aus 45 bis'59 Gew.-% Kobalt, 22 bis 36 Gew.-% Molybdän, bis 25 Gew.-% Chrom und 1,5 bis 5 Gew.-? Silicium besteht.

9· Gleitpaar nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung im wesentlichen aus 50 bis 55 Gew.-? Kobalt, 22 bis 29 Gew.-? Molybdän, 17 bis 22 Gew.-? Chrom und 1,5 bis 4 Gew.-? Silicium besteht.

10. Gleitpaar nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Phase 20 bis 75 Vol.-? ausmacht und im wesentlichen aus 48 bis 63 Gew.-? Nickel, 22 bis 36 Gew.-? Molybdän, 8 bis 22 Gew.-? Chrom und 1,5 bis 5 Gew.-? Silicium besteht.

-H₉-

4098 187 0 781

OR-5506/5507/5480 ' «702

11. Gleitpaar nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

dass die Legierung im wesentlichen aus 48 bis 6j> Gew.-? Nickel, 24 bis 36 Gew.-2 Molybdän, 8 bis 16 Gew.-? Chrom und 2 bis 5 Gewr^ Silicium besteht.

50 -

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