DE3017544C2

DE3017544C2 - Verfahren zur Herstellung eines Lagermaterials

Info

Publication number: DE3017544C2
Application number: DE3017544A
Authority: DE
Inventors: Yoshitsugu Kanda; Minoru Kurokawa; Toru Morimoto; Kiyoshi Narashino Chiba Nakanishi
Original assignee: Nippon Dia Clevite Co Ltd
Current assignee: Nippon Dia Clevite Co Ltd
Priority date: 1980-05-08
Filing date: 1980-05-08
Publication date: 1985-09-12
Also published as: DE3017544A1

Description

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t™ Haftung der Beschichtung an dem Stahlträger zu erzie- ver 2" aus einer Legierung aof Aluminiumbasis so fein len. Außerdem ist es nicht notwendig, ein vorfabriziertes verteilt, daß sie mit dem Stahlband 1 eine metallische .. Lagermaterialblech auf das Stahlband zu plattieren Bindung eingehen, wodurch die daran fest anhaftende U bzw. aufzuwalzen, so daß keine komplizierten Ferti- Lagermaterialschicht entsteht Beim "Warmwalzen des fi gungseinrichtungen erforderlich sind. Schließlich ist das 5 vorgewärmten beschichteten Stahlbandes reiben näm-E Schwindmaß des Stahlbandes nicht groß, so daß das lieh die einzelnen Teilchen unter Wärmebildung aneinte fertige Lagermetall-Stahlband nach der Werkstückhär- ander, so daß sie augenblicklich auf eine sehr hohe Tem-/i tung eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit aufweist peratur erhitzt werden. Durch diese Wärmeeinwirkung f| Vorzugsweise enthält das Beschichtungsmaterial in Verbindung mit dem Warmwalzen erhalten die Parti- ; ■ Kupfer und Silizium, die mit Aluminium feste Lösungen 10 kelchen beträchtliche Duktilität Trotz der Erwärmung <£\ bilden (sieh·; die bekannten Phasendiagramme Al-Cu an Luft wird sogar in den Zwischenräumen zwischen ·:"■'■ und Al-Si), ferner auch Blei und Zinn, die mit Aluminium den Partikeln befindliche Luft momentan ausgetrieben; keine festen Lösungen bilden, sondern als feine Partikel eine an der Oberfläche jedes Teilchens bestehende im Aluminiumpulver erhalten bleiben. Die Verfahrens- Oxidschicht (AI2O3) wird durch die Walzkraft zermahführung nach der Erfindung gewährleistet nun, daß die- 15 len. Man erzielt dadurch eine unmittelbare Bindung der V se Bestandteile eingepreßt und gesintert werden, ohne Teilchen aneinander, ohne daß die Oxidation weiterge-■ durch die Bearbeitung herauszuschmelzen. Die stoff- hen kann. Darüber hinaus wird durch den Warmwalz- ·. I schlüssige Verbindung ist besonders stabil im Falle der Vorgang ein hinreichendes Einpressen der Pulverparti- ; Anordnung einer Zwischen-Haftschicht welche bei- kel ineinander und eine feste Haftung am Stahlband 1 H spielsweise aus AlSi-Pulver hergestellt wenlen kann. 20 bewirkt

''v Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Er- Für den beschriebenen Walzverbindungsvorgang gefindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nügt es, das Warmwalzen bei solcher Temperatur ausvon Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dar- zuführen, daß das Stahlband 1 seine Schmiedekonsiin zeigt stenz mit einem Abwalzgrad von etwa 3 bis 25% er-.'■'. Fig. 1 eine schematisierte Seitenansicht einer Vor- 25 reicht Wird eine derartige Walzkraft angewandt, so läßt richtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der sich allein durch Warmwalzen ein genügendes Haften Erfindung und und Zusammenbacken erzielen. Durch das Tempern F i g. 2 bis 4 gezeichnete Mikrostruktur-Bilder von er- nach dem Warmwalzen ergibt sich außerdem eine genüfindungsgemäß hergestelltem Lagermaterial. gende Diffusion des Legierungs-Pulvers (auf Alumini-Die in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Ausfüh- 30 umbasis) in das Stahlband 1, so daß eine feste Bindung rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat eine daran erzielt und gleichzeitig die Duktilität der Lager-Vorratsrolle la, von der ein Stahlband 1 kontinuierlich materialschicht gesteigert wird. Die vor bzw. beim in Pfeilrichtung A abgezogen wird. Warmwalzen eingesetzten Heizeinrichtungen 9a, 96 Es durchläuft zunächst eine Reinigungseinrichtung 7, können gasbeheizte Vorrichtungen, Hochfrequenz-Inin der wenigstens die Oberseite des Stahlbandes 1 gerei- 35 duktionsgeräte o. dgl. sein. Die Heizeinrichtung 9a ernigt wird. Dann erhält es in einer Aufrauh-Station bzw. wärmt die unbeschichtete Rückseite des Stahlbandes 1. mittels eines Aufrauh-Werkzeuges 8 eine gewünschte Bei kombinierter Verwendung der Heizeinrichtungen Oberflächen-Rauhigkeit Eine Oberflächen-Rauhigkeit 9a, 9f> ergibt sich eine besonders stabile stoffschlüssige von etwa 6 μπι genügt hierfür. Das Stahlband 1 kann Verbindung des Lagermaterials, übliches Trägermaterial sein; bevorzugt wird ein wei- 40 Der so gebildete Verbundkörper weist die Lagerflächer Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1% be- chen-Beschichtung auf; er wird auf einer Rolle \b aufgenutzt doch kann auch ein austenitischer oder ferriti- wickelt Das erhaltene Band kann bereits in diesem Zuscher Edelstahl eingesetzt werden. stand zur Herstellung von Lagern benutzt werden. Vor-Auf die Oberseite des vorbehandelten Stahlbandes 1 zugsweise wird es jedoch an Luft weiter getempert, beiwird mittels einer Aufbringeinrichtung 3 ein Lagermate- 45 spielsweise in einem Ofen 10 bei Temperaturen von 250 rial-Pulver 2" aufgebracht Es besteht aus einer Legie- bis 500⁰C. Eine derartige Nacherwärmung fördert die rung auf Aluminium-Basis mit einigen anderen Elemen- Diffusion des Aluminium-Legierungs-Materials in das ten, welche die gewünschten Eigenschaften in der Stahlband 1, so daß die feste Haftung der Lagerflächenschließlich gebildeten Lagerfläche bewirken sollen. Beschichtung daran verstärkt und ein Lagermaterial

Vor der Beschichtung mit dem Lagermaterial-Pulver 50 von ausgezeichneter Struktur gebildet wird. 2" kann mittels einer zweiten Aufbringeinrichtung 3 ein Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der ErAluminium-Pulver 2' aufgebracht werden, um die BiI- findung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von dung einer Haftschicht zwischen dem Stahlband 1 und Ausführungsbeispielen hervor. In allen Fällen ergab sich dem Lagermaterial-Pulver 2" zu unterstützen. Das Pul- ein einwandfreies Haften der Lagermaterialschicht auf ver 2' kann außer Aluminium noch weitere Komponen- 55 dem Stahlband, ten enthalten, sofern nur gewährleistet ist, daß die erwähnte Haftschicht gebildet wird. Beispiel 1

Nach dem Aufbringen der Pulverschicht(en) 2' bzw.

2" wird das beschichtete Stahlband 1 rückseitig in einer Unter Verwendung der in F i g. 1 veranschaulichten

Heizeinrichtung 9a auf eine Temperatur erwärmt, die ω Vorrichtung wurde ein kontinuierlich zugeführtes Stahl-

im Bereich von 200 bis 400° C liegen kann. Anschließend band 1 an der Oberfläche gereinigt und auf eine Rauhig-

erfolgt die stoffschlüssige Verbindung der Schichten) keit von etwa 6 μΐη aufgerauht. Mit der Aufbringvor-

2', 2" mit dem Stahlband 1 durch Warmwalzen zwischen richtung 3 wurde anschließend ein Aluminium-Pulver 2'

einem Walzenpaar 5, das aufgrund einer Heizeinrich- auf die rauhe Fläche des Stahlbandes 1 aufgebracht,

tung 9b an Luft eine Temperatur von 150 bis 400° C 65 soüann ebenfalls mittels Aufbringeinrichtung 3 das La-

aufweist. germaterial-Pulver in der Zusammensetzung AlSi-

Obwohl dieser Vorgang an Luft stattfindet, sind das CuPbSn (4% Si, 1% Cu, 8,5% Pb, 1,5% Sn, Rest Al). Das Aluminium-Pulver 2' und/oder das Lagermaterial-Pul- pulverbeschichtete Stahlband 1 wurde in der Heizein-

richtung 9a an Luft auf etwa 350⁰C erhitzt und durch das auf etwa 250⁰C erwärmte Walzenpaar 5 mit einem Abwalzgrad von etwa 10% gewalzt, um das Pulvermaterial fest mit dem Stahlband zu verbinden. Das fertige Band wurde auf die Aufwickelrolle 1 b aufgespult.

Das so erhaltene Lagermaterial ergab in der Mikrofotografie einen Drei-Schichten-Aufbau, wie er schematisch in F i g. 2 veranschaulicht ist. Das dort gezeigte Lagerrnaterial besteht aus dem Stahiband 1, einer Haftschicht 11 und einer Legierungsschicht 12. Die feste Haftung der Lagermaterialschicht auf dem Stahlband 1 erwies sich beim praktischen Einsatz des Lagermaterials als einwandfrei.

Beispiel 2

In einer Vorrichtung entsprechend Fig. 1 wurde wie im Beispiel 1 die Oberfläche eines Stahlbandes 1 gereinigt, aufgerauht und mit einem Aluminium-Pulver sowie einem Lagermaterial-Legierungspulver auf Aluminiumbasis beschichtet. Dann erfolgte das Warmwalzen in einem auf 350⁰C erhitzten Walzenpaar 5. wobei der Abwalzgrad des Stahlbandes auf 12% beschränkt wurde. Anschließend wurde das Band auf einer Rolle 16 aufgewickelt und in einem Ofen 10 während 3 Stunden bei 400° C getempert. Das Schliffbild des fertigen Bandes entspricht im wesentlichen der Darstellung von Fig. 2.

B e i s ρ i e 1 3

Wie im Beispiel 1 wurde eine Oberfläche eines Stahlbandes 1 gereinigt und aufgerauht, worauf ein Aluminium-Pulver und ein AlSiCu-Legierungspulver (33% Si, 0,6% Cu, Rest Al) aufgebracht wurde. Anschließend erfolgte die Erwärmung an Luft mittels einer Heizeinrichtung 9a auf 300° C und ein Warmwalzvorgang in einem auf 25O⁰C aufgeheizten Walzenpaar, wobei der Abwalzgrad des Stahlbandes 1 auf 8% begrenzt wurde. Das Schliffbild des fertigen Lagermaterials entspricht der Darstellung in F i g. 3.

Beispiel 4

Wie im Beispiel 1 wurde die Oberfläche eines Stahlbandes 1 gereinigt, aufgerauht und mit einem Lagermaterial-Legierungspulver auf Aluminiumbasis beschichtet, das aus 90 Gew.-% einer AlSi-Legierung (4% Si) und 10 Gew.-% einer PbSn-Legierung (8% Sn) bestand. Das beschichtete Material wurde in einer Heizeinrichtung 9a vorgewärmt und mit einem auf 350° C erhitzten Walzenpaar 5 warmgewalzt, wobei der Abwalzgrad des Stahlbandes 1 auf 10% begrenzt wurde. Das Schliffbild des Fertigprodukts entspricht der Darstellung in F i g. 4.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

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Gemäß einer weiteren Methode wird Lagermaterial-Patentanspruch: pulver aufgebracht und das beschichtete Stahlband in

einem Schutzgas-Ofen warmbehandelt, worauf zwi-

Verfahren zur Herstellung eines Lagermaterials, sehen einem Walzenpaar die Verfestigung des Verbundwobei ein kontinuierlich zugeführtes Band aus Stahl, s körpers vor sich gehen soll. Die Beheizung unter rostfreiem Stahl o. dgL gereinigt und seine Oberflä- Schutzgas erfordert jedoch ebenso wie bei den vorbeche aufgerauht wird, worauf die aufgerauhte Ober- schriebenen Verfahren einen hohen apparativen Auffläche mit einem Aluminium-Legierungs-Pulver be- wand; die großen Mengen an benötigtem Inertgas fühschichtet und das beschichtete Band an Luft vorge- ren unweigerlich zu sehr hohen Herstellungskosten,
wärmt und sodann zwischen zwei beheizten Walzen io Bei einem Plattierverfahren nach den US-PS verpreßt, zu einem Wickel aufgerollt und getempert 30 93 885 und 31 04 135 wird auf ein Stahlband mittels wird, dadurch gekennzeichnet, daß das eines Walzenpaares ein in kompliziertem Vorgang vor-Band mit einem Legierungs-Pulver auf Aluminium- fabriziertes Lagermaterial-Stahlblech aufgewalzt Diese Basis, z. B. AlSi, AlSiCu, AlSiPbSn, AlSiCuPbSn, be- Arbeitsweise erfordert ebenfalls aufwendige Apparatuschichtet wird, daß das beschichtete Band auf eine 15 ren, wie Durchlaufpressen, Pulverwalzmaschinen u. dgL Temperatur im Bereich von 200 bis 400⁰C durch Gemäß der US-PS 3142560 wird Bandmaterial

Wärmezufuhr an seine unbeschichtete Rückseite oh- durch Bürsten, Schleifen u. dgL mechanisch entoxidiert; πε Direktbeheizung der beschichteten Oberfläche ersatzweise wird das Material mit einem Lösungsmittel, vorgewärmt wird und daß der Wickel nach dem Auf- wie Aceton, entfettet Das beschichtete Stahlband als rollen bei einer Temperatur im Bereich von 250 bis 20 Ganzes wird in einem Ofen vorgewärmt
500⁰C getempert wird. Enthält das Beschichtungspulver Blei und Zinn, so

findet jedoch über 180⁰C ein Schmelzvorgang statt, so

daß gewisse Mengen dieser Bestandteile beim anschließenden Walzen abfließen und das Aluminium-Legie-25 rungs-Pulver nicht stabil aufgewalzt werden kann.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter

eines Lagermaterials gemäß dem Oberbegriff des An- Überwindung der Nachteile des Standes der Technik Spruchs. die Möglichkeiten zur Herstellung von Lagermaterial

Für die Fertigung von umlaufenden, gleitenden und der eingangs genannten Art drastisch zu verbessern, so ähnlich bewegten Teilen von Fahrzeugen, Maschinen 30 daß ein mit einem Lagerwerkstoff-Pulver beschichtetes u. dgl. werden zunehmend Verbundkörper eingesetzt, Band, z. B. Stahlband, in wirtschaftlicher Weise unter beispielsweise aus mit Stahl stoffschlüssig verbundenem Warmwalzen als stabiler Verbundkörper erzeugt wer-Aluminium. Zur Herstellung von Lagerwerkstoffen ist den kann, ohne daß aufwendige Vorrichtungen, wie eine Anzahl von verschiedenen Verfahren vorgeschla- Schutzgas-Öfen, Plattieranlagen usw. erforderlich wägen und benutzt worden. Dabei haben sich jedoch 35 ren.

durchweg Schwierigkeiten in der stoffschlüssigen Ver- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den

bindung etwa zwischen einem Stahlband und einer AIu- kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs geminiumpulverbeschichtung ergeben. löst

Bekannt ist eine Verfahrensweise, wobei Lagermate- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung ei-

rial-Pulver (Aluminiumpulver) auf der Oberfläche eines 40 nes Lagermaterials geht davon aus, ein kontinuierlich Stahlbandes verteilt wird, das sodann durch ein Walzen- zugeführtes Band aus Stahl, rostfreiem Stahl o. dgl. zu paar in einem Reduzierofen läuft. Dieser Warmwalzvor- reinigen und seine Oberfläche aufzurauhen, worauf die gang erfordert einen großen apparativen Aufwand, da aufgerauhte Oberfläche mit einem Aluminium-Legiedas Walzenpaar innerhalb des teuren Reduzierofens un- rungs-Pulver beschichtet und das beschichtete Band an tergebracht sein muß. Dies kann bei der Ausrüstung und 45 Luft vorgewärmt zwischen zwei beheizten Walzen verbezüglich der Abmessungskontrolle während des Walz- preßt, zu einem Wickel aufgerollt und getempert wird. Vorgangs ernste Probleme aufwerfen. Hierbei sieht die Erfindung gemäß dem kennzeichnen-

Nach einem anderen Verfahren wird auf einem Stahl- den Teil des Anspruchs vor, daß das Band mit einem band ein Lagermaterial-Pulver zusammen mit einem Legierungs-Pulver auf Aluminium-Basis, z. B. AlSi, AlSi-Bindemittel-Pulver, wie Aluminium, Legierung auf Alu- 50 Cu, AlSiPbSn, AlSiCuPbSn, beschichtet wird, daß das miniumbasis u. dgl., verteilt, worauf das beschichtete beschichtete Band auf eine Temperatur im Bereich von Stahlband in einem Walzenpaar kaltgewalzt und nach- 200 bis 400⁰C durch Wärmezufuhr an seine unbeschichfolgend in einem Ofen getempert wird. Um mit dieser tete Rückseite ohne Direktbeheizung der beschichteten Bearbeitung bei Raumtemperatur genügende Festigkeit Oberfläche vorgewärmt wird und daß der Wickel nach zu erzielen, muß ein außerordentlich hoher Walzdruck 55 dem Aufrollen bei einer Temperatur im Bereich von 250 ausgeübt werden, durch den das Lagermaterial-Pulver bis 500° C getempert wird.

fast bis zur Schmiedekonsistenz verdichtet und auch die Man erkennt, daß bereits das an sich bekannte Vor-

Dicke des Stahlbandes um z. B. 15% vermindert wird. reinigen und Aufrauhen des Bandes dazu beiträgt, die Das Band steht daher unter hohen Spannungen, wo- Beschichtung gut haften zu lassen. Das aufgetragene durch jede nachfolgende Bearbeitung stark erschwert 60 Aluminiumlegierungs-Pulver wird mit dem Band fest wird. Das Verfahren läßt sich bei schwierig zu sintern- verbunden, indem es nach besonderer Vorwärmung den Pulvern nicht anwenden, beispielsweise bei AlSi- warmgewalzt und im Wickel getempert wird. Im Ge-CuPbSn-Legierungspulver. Ferner soll nach dem Kalt- gensatz zum Stand der Technik ist hierfür kein Schutzwalzen im Ofen eine kontinuierliche Temperung des gas-Ofen notwendig; der gesamte Fertigungsgang voll-Verbundmaterials stattfinden, das anschließend aufge- 65 zieht sich an Luft. Durch die erfindungsgemäße Verfahwickelt wird; treten aber beim Tempern Mängel auf, so rensführung ist es dennoch möglich, die Qualität des entsteht die Gefahr der Rissebildung in der Lagermate- Lagermaterials bei drastisch abgesenkten Fertigungsrialschicht. kosten wesentlich zu steigern und eine einwandfreie