DE2507561B2

DE2507561B2 - Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial fur Dreistofflager oder Gleitstucke

Info

Publication number: DE2507561B2
Application number: DE2507561A
Authority: DE
Inventors: Nobukazu Aichi Morisaki (Japan)
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-02-21
Publication date: 1978-03-30
Also published as: US3997099A; BE825713A; JPS5423667B2; GB1463464A; JPS5141662A; DE2507561A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial für Dreistofflager oder Gleitstükke, bei dem auf einen Stahlstreifen eine Schicht aus einer Kupferlegierung gebunden ist und darauf eine Legierung auf Bleibasis aufplattiert ist.

Dreistofflager sind beispielsweise aus MTZ, Jahr- 5η gang 21, Heft 10, Oktober 1960, Seiten 420 bis 421, bekannt. Solche Dreistofflager wurden bisher durch Gießverfahren oder Elektroplattieren hergestellt. Beispielsweise hat man so bereits eine Weißmetallegierung auf Bleibasis auf der Legierungsschicht auf Kupferbasis eines Bimetallstreifens, der aus einem Stahlrücken und der Legierungsschicht auf Kupferbasis, gebunden an die Oberfläche des Stahlrückens, besteht, aufgebracht.

Aus der DT-AS 15 27 599 ist es weiterhin bekannt, Weißmetall auf ein verzinntes Stahlband aufzubringen, t,o indem man das Stahlband erhitzt und anschließend das Weißmetall in Form eines Bandes bei Raumtemperatur mit dem Stahlband in den Spalt eines Walzenpaares einführt und bei gleichzeitiger Verformung auf das Stahlband aufplattiert. Für die Herstellung von Verbundstoffen für einfache Lager wird in der DT-PS 63 005 ein Verfahren beschrieben, bei dem auf eine Stahlunterlage eine Aluminiumlegierung aufgewalzt wird, und zwar unter einem Druck, daß die Schichtstärke der Aluminiumlegierung um mindestens 20% vermindert wird.

Die Walzplattierung ist bisher nicht für die Herstellung von Dreistofflagern vorgesehen worden, weil es offenbar bisher nicht gelungen war, die für die Funktion des Lagers wesentlichen Schichtdicken und Gefügezustände mit den durch die für die Verbindungsfestigkeit wesentliche Verformung hervorgerufenen Zustandsänderungen in Einklang zu bringen.

Wenn das Gießverfahren angewendet wird, besteht wegen des bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Bleilegierung durchgeführten Verfahrens die Tendenz, daß sich spröde, intermetallische Verbindungen zwischen der Legierungsschicht auf Kupferbasis und der Bleilegierungsoberflächenschicht bilden, die zu vermindertem Bindevermögen unter dynamischen Bedingungen führen. Da außerdem das durch Gießen hergestellte Legierungsprodukt keine gleichmäßige Dicke aufweist, muß vor der Preß- bzw. Druckverformung eine Glättung durchgeführt werden. Wenn andererseits das Elektroplattierungsverfahren angewendet wird, ist es notwendig, die Elektroplattierung durchzuführen, nachdem die Werkstücke in die entsprechenden Formen bzw. Gestalten überführt worden sind; das Ergebnis ist eine Verminderung der Produktivität und außerdem müssen komplizierte und teuere Elektroplattierungsanlagen verwendet werden. Außerdem ist der Elektrolyt sehr schwer zu steuern. Wenn die Steuerung ungenau durchgeführt wird, werden die unerwünschten Bestandteile an dem Werkstück galvanisch niedergeschlagen. Es ist außerordentlich schwierig, jederzeit eine elektrolytische Fällung einer erwünschten und nicht variierenden Zusammensetzung zu bekommen. Eine ungenaue Steuerung des Elektrolyten führt auch zu schweren Problemen bezüglich des Abschälens der Elektrolytschicht. Außerdem ist es selbstverständlich, daß die Verwendung eines Elektrolyten ein Verschmutzungsproblem darstellt. Das Elektroplattierungsverfahren hat somit verschiedene Nachteile, wie sie oben beschrieben wurden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial für Dreistofflager oder Gleitstücke aufzuzeigen, unter Anwendung des technisch vorteilhaften Walzplattieren. Weiterhin besteht die Aufgabe darin, Verbundmaterialien für Dreistofflager herzustellen, welche bessere mechanische Eigenschaften aufweisen als die bekannten, durch Elektroplattierung erhaltenen Produkte.

Die Erfindung wird in den Patentansprüchen beschrieben.

Fig. 1 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, in welcher diagrammatisch eine Anlage zur Durchführung der Ausführungsform der Erfindung erläutert ist;

Fig. 2A und 2B sind Diagramme eines durch Druck gebundenen Legierungsstreifens, wobei F i g. 2A die Beziehung zwischen der Größe der Dickenreduktion und der Härte angibt, und Fig.2B die Beziehung zwischen der Tempertemperatur und der Härte angibt;

F i g. 3 ist ein Diagramm, in welchem die Größen der Dickenreduktion eines Stahlrückens und Legierungsschichten erläutert sind, die verschiedenen Gesamthöhen der Dickenreduktion entsprechen, und die in einer Serie von Druckbindeverfahren gemessen wurden;

Fig. 4 ist eine Ansicht von Sektionen eines Legierungsstreifens und eines Bimetallstreifens, die

nicht durch Druck gebunden sind;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die ein Dreischichterimaterial erläutert, das durch Druckbindung gebildet wurde, und

F i g. 6 ist ein Diagramm, das die Veränderungen in -> den mechanischen Eigenschaften des Dreischichtenma-Uirials zeigt, die durch die Änderungen der Bedingungen während der Hitzebehandlung ausgelöst wurden.

Fig. 1 ist ein schematisches Fließschema einer Herstellungsanlage zur Durchführung der Erfindung, m Eine Abwickelvorrichtung A hat darauf aufgewickelt einen Legierungsstreifen bzw. ein Legierungsband auf Bleibasis 1, welches zu einem Lager oder einer Lageroberflächenschicht verarbeitet werden soll. Die Legierung des Streifens bzw. Bandes 1 enthält r, wenigstens ein Legierungsmetall wie Sn, Sb, Cu, Zn, Te, In, As, TI in Mengen von nicht mehr als 40% des Gesamtvolumens und der Rest ist Blei. Aus experimentellen Ergebnissen ist bekannt, daß der Legierungsstreifen bzw. das Legierungsband 1 eine Vickers-Härtezahl 2t ι von 11 oder mehr haben muß, wie später noch in größerem Detail beschrieben wird.

Eine Abwickelvorrichtung A'hat darauf aufgewickelt einen Streifen bzw. Band 2 eines sogenannten Bimetalls, das aus einem Stahlrücken oder einem mit Kupfer ?> elektroplattierten Stahlrücken und einer Legierungsschicht auf Kupferbasis besteht, die an den Stahlrücken oder an den mit Kupfer elektroplattierten Stahlrücken gebunden ist. Die Legierungsschicht auf Kupferbasis des Bimetallstreifens 2 kann aus jeder Legierung auf «ι Kupferbasis, die für Lager geeignet ist, zusammengesetzt sein und beispielsweise eine Kupfer-Blei-Legierung für Lager oder eine Blei-Bronze-Legierung für Lager sein.

Der Legierungsstreifen 1 und der Bimetallstreifen 2 r> werden von den Abwickelvorrichtungen A und A' abgewickelt und durch Entfettungstanks 3 und 3', die Trichloräthylen-Dampf enthalten, hindurchgeführt, um deren Vorderseiten zu reinigen. Dann werden die Bindungsseiten des Legierungsstreifens 1 und des 4« Bimetallstreifens 2 mit Drahtbürsten 4 und 4' gebürstet, so daß die Bindungsseiten bzw. Bindungsflächen eine Oberflächenrauhheit im Bereich von einigen bis einigen 10 μιη aufweisen. Die beiden Streifen werden durch Leitrollen 5 und 5' in den Walzenspalt eingeführt. 4> Während dieses Walz- und Druckbindeverfahrens wird die Temperatur der Walzen in dem Walzwerk 6 und die Temperatur der Streifen so gesteuert, daß die Temperatur der Vorderseite der gebundenen Streifen unmittelbar nach dem Druckbindeschritt im Bereich jo zwischen Raumtemperatur und 200⁰C gehalten wird. Wenn diese Vorderseitentemperatur 200⁰C übersteigt, bleibt der Legierungsstreifen 1 an den WaUun des Walzwerks 6 kleben oder es wird schwierig, geeignete dimensionale Werte des Streifens beizubehalten, wodurch sich eine Verringerung der Arbeitseigenschaften ergibt. Das Druckbindeverfahren kann in einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden. Die Größen für die Dickenreduktion des Stahlrückens und der Legierungs- bo schichten müssen so gesteuert werden, daß sie innerhalb der folgenden Bereiche liegen:

Bimetallstreifen:

Stahlrücken 3 - 35% und b5

Legierungsschicht auf Kupferbasis 0,5—20%

Legierungsstreifen:

Legierungsschicht auf Bleibasis 25—90%.

Die Gesamtgröße der Dickenreduktion während des Druckbindeverfahrens soll im Bereich von 8 bis 40% liegen.

Die untere Grenze wurde auf 8% festgesetzt, auf Basis der Tatsache, daß zur Erzielung einer vollständigen Bindung ein Minimalwert von 8% für die Gesamtgröße der Dickenreduktion Da erforderlich ist. Der Stahlrücken des Materials für die Lager hat vorzugsweise als mechanische Eigenschaft eine Vickers-Härtezahl von 200 oder weniger. Aus diesem Grund wurde die Gesamtgröße der Dickenreduktion zur Erzielung dieser Härte (D_A 40%) als obere Grenze gewählt.

Das Dreischichtenmaterial, das unter den oben beschriebenen Bedingungen unter Druck gebunden wurde, wird in einen Ofen 7 zur Hitzebehandlung eingeführt, wo die Bindung verstärkt wird.

Das Verbundmaterial 8, das gemäß dem oben beschriebenen Verfahren druckgebunden wurde, wird dann auf einen Wickler Caufgewickeit.

Die Fig. 2A und 2B zeigen die Eigenschaften eines Legierungsstreifens, der durch Druck gebunden werden soll und der eine Zusammensetzung von 10% Zinn aufweist, wobei der Rest aus Blei besteht. F i g. 2A ist eine graphische Illustration der Beziehung zwischen der Vickers-Härte Hv und der Größe der Dickenreduktion D. Es zeigt sich, daß die Härte Hv mit dem Anstieg der Größe an Dickenreduktion D abfällt. Fig. 2B ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Vickers-Härte Hv und der Temperatur 7} Es versteht sich, daß die Härte Hv mit steigender Temperatur Ti ansteigt. Wie aus den Figuren deutlich hervorgeht, hat der obengenannte Legierungsslreifen die Eigenschaft weich zu werden, wenn er bearbeitet wird (gemäß Fig. 2A) und die Eigenschaft zu härten, wenn es wärmebehandelt wird (gemäß Fig. 2B). Aus diesem Grund ist es, um ein druckgebundenes Lagermaterial 8 zu erhalten, das frei von Defekten ist, notwendig, daß der obengenannte Legierungsstreifen eine Vickers-Härtezahl von 11 oder mehr aufweist.

In den Fig. 2A und 2B bezeichnen die schattierten Anteile die Bereiche, die Vickers-Härtezahlen von 11 oder mehr entsprechen. Wenn der Legierungsstreifen eine Vickers-Härtezahl von weniger als 11 aufweist, unterliegt der Legierungsstreifen einer außerordentlichen Dehnung bzw. Streckung, die zur Bildung von ausgedrückten Enden und Defekten im Mittelteil führt. Deshalb sollte, in Abhängigkeit von den dimensionalen Bedingungen, der Legierungsstreifen, d. h. von der Dicke und der Länge, dem Druckbindeverfahren eine Wärmebehandlung vorhergehen.

F i g. 3 illustriert die Größe der Dickeredaktion des Stahlrückens und der Legierungsschichten, die in einer Serie von Kaltdruckbindeverfahren gemessen wurden. Da designiert die Gesamtgröße der Dickereduktion, die in Prozenten ausgedrückt ist, während Dgdie Größe der Dickenreduktion des Stahlrückens und der Legierungsschichten aufzeigt, ebenfalls ausgedrückt in Prozenten.

F i g. 4 ist eine Schnittansicht, die den Legierungsstreifen 1 und den Bimetallstreifen 2 zeigt, die nicht durch Druck gebunden sind. Die Symbole i_ft t, und/bzw. t_o designieren die Dicke des Stahlrückens, die Dicke der Legierungsschicht auf Kupferbasis und die Dicke der Legierungsschicht auf Bleibasis.

Fig.5 ist eine Schnittansicht, die einen Legierungsstreifen Γ und einen Bimetallstreifen 2' illustriert, die durch Druck gebunden wurden. Die Dicke des Stahlrückens wird durch U- designiert, die Dicke der

Legierungsschicht auf Kupferbasis durch t_:,' und die Dicke der Legierungsschicht auf Bleibasis durch t_o'.

Fig. 6 zeigt die mechanischen Eigenschaften des Dreischichtenmaterials, das auf die oben beschriebene Art und Weise hergestellt wurde. In den Kurven sind die gemessenen Werte eingezeichnet, die die mechanischen Eigenschaften zeigen, die bei Anwendung verschiedener Hitzebehandlungsbedingungen bei gewalzten Legierungsstreifen auf Bleibasis der gleichen Dicke wie die Dicke to der durch Druck gebundenen Legierungsschicht, wie sie in Fig.5 illustriert ist, erhalten wurden. T-i zeigt die Hitzebehandlungstemperaturen in ^CC (•60 min), und Hv, F bzw. £ designieren die Vickers-

Tabelle 1

Härten, die Zugfestigkeiten (kg/mm²) und die Dehnungen (%).

Das Lagermaterial, das nach dem oben angegebener erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, hai wesentlich bessere Eigenschaften als Lagermaterial, das durch Elektroplattierung der gleichen Blei-Zinn-Legierung, wie sie auch erfindungsgemäß verwende! wurde hergestellt wurde.

Die Tabelle 1 zeigt einen Vergleich zwischen den κι mechanischen Eigenschaften des gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Produktes und den mechanischen Eigenschaften eines bekannter Produktes.

Mechanische Eigenschaften

Produkt gemäß der vorliegenden

Erfindung

(durch Druck gebunden) Legierung, die die Lagerschicht bildet
10% Sn-Rest Pb

Bekanntes Produkt
(elektroplattiert)

10% Sn-Rest Pb

Vickers-Härte (Hv) 11-12

Zugfestigkeit (kg/mm²) 4,5—5,5

Dehnung (Streckung) (%) 15-25

Ein Vergleich zwischen dem durch Druck gebundenen Produkt gemäß vorliegender Erfindung (unter Verwendung einer Legierung aus 10% Sn und dem Rest aus Pb) und dem bekannten elektroplattierten Produkt in (unter Verwendung einer Legierung aus 10% Sn und dem Rest aus Pb) ergibt, daß das erstere Produkt eine höhere Härte und Zugfestigkeit als das letztere Produkt hat und daß sie nahezu die gleiche Dehnung bzw. Streckung aufwiesen. Neben diesem Vergleich wurden j> noch Vergleiche unter identischen Legierungszusammensetzungsbedingungen durchgeführt zwischen den gemäß der vorliegenden Erfindung durch Druck gebundenen Produkten mit verschiedenen Legierungszusammensetzungen, bekannten elektroplattierten Pro- dukten für Lageroberflächenschichten mit verschiedenen Legierungszusammensetzungen und bekannten Weißmetall-Gießprodukten auf Bleibasis für Lageroberflächenschichten verschiedener Legierungszusammensetzungen. Die Testergebnisse zeigten, daß diese 4Τ drei Produkte die mechanischen Eigenschaften und Eigenschaften als Lagermaterial haben, die nahezu den in Tabelle 1 angegebenen mechanischen Eigenschaften gleich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat ganz bestimm- ϊο te Vorteile gegenüber den bekannten Gießverfahren bzw. Elektroplattierungsverfahren, wie im folgenden ausgeführt wird:

(I) Ein Produkt mit besseren Verarbeitungseigenschaften wird erhalten.

(II) Eine kontinuierliche Produktion ist möglich.
(III) Es wird ein größerer Anwendungsbereich erhalten. Es ist nicht notwendig, komplizierte Verfahrensschritte, wie beispielsweise das Elek-7-8

2,5-3

10-25

troplattieren einer Legierungsschicht oder das Einebnen nach dem Gießen, durchzuführen. Das erfindufigsgemäße Verfahren ist auf alle Legierungen auf Bleibasis anwendbar, aus denen Legierungsstreifen bzw. Legierungsbänder hergestellt werden können.

(IV) Die Dimensionskontrolle in der Richtung der Dicke wird leicht durchgeführt. Ein Verbundmaterial mit bestimmten erforderlichen Dimensionen kann durch Auswahl der Bedingungen für die Dickenreduktion, wie beispielsweise durch das Einstellen der Walzen in der Walzenmühle, in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu verwendenden Legierungsstreifens hergestellt werden.

(V) Das erfindungsgemäße Verfahren stellt kein Problem für die Umweltverschmutzung dar. Das Verfahren ergibt keine Probleme, wie beispielsweise das Abfallwasser aus dem Elektroplattierungsverfahren oder die Luftverschmutzung aus dem Gießverfahren.

(VI) Die Herstellung kann mit niedrigen Kosten durchgeführt werden. Wie oben beschrieben, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine kontinuierliche Produktion, die natürlich eine bemerkenswerte Einsparung der Kosten bewirkt. Außerdem schließt das erfindungsgemäße Verfahren Materialkosten und elektrische Kosten, die für das Elektroplattierungsverfahren benötigt werden, aus, wie auch die verschiedenen Ausgaben und Kosten eines Schneideverfahrens für die gegossene Legierungsschicht auf Bleibasis, das in dem Gießverfahren notwendig ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial für Dreistofflager oder Gleitstücke, dadurch -, gekennzeichnet, daß auf einen Streifen mit einer Stahlrückseite und einer Schicht einer Legierung auf Kupferbasis, die an die Stahlrückseite gebunden ist, ein Streifen einer Legierung auf Bleibasis durch Walzen bei einer Temperatur der m beiden Streifen von Raumtemperatur bis 200⁰C und einer Dickenreduktion der Streifen um 8 bis 40% aufplattiert wird, wobei die Dicke des Stahlrückens um 3 bis 35%, die Dicke der Legierungsschicht auf Kupferbasis um 0,5 bis 20% und die Dicke des |-, Legierungsstreifens auf Bleibasis um 25 bis 90% reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf Bleibasis neben Blei 40 Vol.-% Sn, Sb, Cu, Zn, Te, In, As und/oder Tl _>» enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung auf Kupferbasis eine Blei-Bronze-Legierung für Lager ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- >-> zeichnet, daß zwischen dem Stahlrücken und der Legierung auf Kupferbasis eine elektrolytisch aufgetragene Kupferschicht angeordnet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsstreifen auf Bleibasis so auf einer Seite eine Schicht aus Zinn oder einer Zinnlegierung daran gebunden aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Walzvorgang die Streifen entfettet und mit Bürsten auf den Vorderseiten eine j5 Oberflächenrauhheit bewirkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Plattierungsvorgang eine Wärmebehandlung in nichtoxidierender bzw. reduzierender Atmosphäre erfolgt.