DE3136817A1 - Galvanisch aufgetragene laufschichtlegierung fuer ein mehrschichtgleitlager - Google Patents

Description

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Miba Gleitlager
Aktiengesellschaft
Laakirchen, Österreich

Galvanisch aufgetragene Laufschichtlegierung für ein

Mehrschichtgleitlager

Die Erfindung bezieht sich auf eine galvanisch aufgetragene Laufschichtlegierung auf Bleibasis mit Zinn- und Kupferzusätzen für ein Mehrschichtgleitlager.

Untersuchungen über den Einfluß des Kupfergehaltes auf die Ermüdungsfestigkeit einer galvanisch aufgetragenen Laufschichtlegierung auf Bleibasis mit Zinn- und Kupferzusätzen haben bei einem üblichen Zinngehalt von IO G&w.-% ergeben, daß die mittlere Lebensdauer der Laufschicht bei einem Kupfergehalt von etwa 3 Gew.-% ein Maximum erreicht und sowohl bei steigendem Kupfergehalt als auch bei sinkendem Kupferanteil stark abfällt. Ausgehend von diesen Untersuchungen wurde folglich ein Kupfergehalt von weniger als 6 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 3 Gew.-96, angestrebt. Um die Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit zu erhöhen, wurde abweichend von diesen üblichen Werten der Kupfergehalt über 6 Gew.-% angehoben, wobei gleichzeitig auch der Zinngehalt auf vorzugsweise 14 Gew.-% erhöht wurde. Durch die Anhebung des Kupfergehaltes konnte die mechanische Verschleißfestigkeit gegenüber den üblichen Laufschichtlegierungen verbessert werden, ohne die zu erwartende starke Einbuße hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit in Kauf nehmen zu müssen, weil mit dem Kupferanteil auch der Zinnanteil entsprechend gesteigert wurde. Nachteilig

bei solchen Legierungen ist allerdings eine vergleichsweise hohe Sprödigkeit wegen des großen Kupfergehaltes und eine geringe Korrosionsbeständigkeit, so daß sich diese Legierung nur beschränkt für Laufschichten von Mehrschichtgleitlagern, beispielsweise für aufgeladene Dieselmotoren, eignen. Mit den immer höher werdenden Anforderungen an die Schmiermittel werden den ölen immer mehr Additive beigegeben, was zu einem chemischen Angriff der Laufschicht und zu vermehrten Erosions-Korrosionsverschleißerscheinungen führt, wobei gerade der hohe Kupferanteil die Legierung gegenüber erosiven und korrosiven Verschleißerscheinungen anfällig macht.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, diese Mangel zu vermeiden und eine Legierung für die Laufschicht eines Mehrschichtgleitlagers zu schaffen, die nicht nur eine hohe Ermüdungsfestigkeit, sondern auch einen hohen Korrosionswiderstand besitzt.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Legierung aus 15 bis 20 Gew.-% Zinn, 1,5 bis 2,5 Gew.-96 Kupfer, Rest Blei besteht. Da der Korrosionswiderstand mit sinkendem Kupferanteil und steigendem Zinnanteil zunimmt, wird mit der erfindungsgemäßen Legierung eine wesentliche Erhöhung der Korrosionsfestigkeit sichergestellt, überraschend dabei ist jedoch, daß trotz des vergleichsweise geringen Kupfergehaltes bei großem Zinnanteil eine gute Dauerfestigkeit auch bei höheren Temperaturen erreicht wird. Mit Hilfe dieser neuen Legierung können daher allen Anforderungen entsprechende Mehrschichtgleitlager hergestellt werden, und zwar insbesondere mit einer hohen korrosiv-erosiven Verschleißfestigkeit gegenüber daa Angriff der bei Hochleistungsmotoren zur Anwendung kommenden Schmiermittel.

Besonders günstige Verhältnisse erhält man„ wenn die Legierung der Laufschicht aus 17 Gew.-% Zinn, 2 Kupfer, Rest Blei besteht.

Es sind zwar bereits gegossene Lagermetalle auf Bleibasis bekannt, die einen Zinnanteil in der Größenordnung von 15 Gew.-% und einen Kupferanteil in der Größenordnung von 1 Gew.-96 aufweisen, doch enthalten diese gegossenen Legierungen zusätzlich etwa 14 Gew.-56 Antimon, so daß der Hauptanteil des Zinns in Form der Prisaärkristalle SbSn und Cu6Sn5 gebunden ist und folglich nicht zur Korrosionsfestigkeit der Matrix beitragen kann» Wird auf das Zusetzen von Antimon verzichtet, wie dies bei einer anderen bekannten Bleilegierung der Fall ist (US-PS 2 262 304), die aus 20 Gew.-% Zinn, jeweils bis zu 1 Gew„-?c Silber, Kupfer und Wismut, Rest Blei besteht, so kann zwar die Bildung von Primärkristallen verringert, nicht aber unterdrückt werden. Dadurch wird zwar eine Steigerung der Korrosionsfestigkeit, nicht aber der Ermüdungsfestigkeit erzielt, was bei der Verwendung dieser bekannten Legierung für korrosionsbeständige Überzüge im Gegensatz zu Laufschichtlegierungen für Mehrschichtgleitlager keine Rolle spielt, bei denen die Ermüdungsfestigkeit von mitentscheidender Bedeutung ist. Diese gegossenen und nicht galvanisch aufgetragenen Legierungen, deren Ermüdungsfestigkeit wegen des heterogenen Gefügeaufbaus und der hohen Schichtdicke von vornherein gering ist, können somit keine Lehre dafür geben, wie galvanisch aufgetragene Laufschichten legiert werden müssen, um neben einer hohen Ermüdungsfestigkeit auch eine entsprechend hohe Korrosionsbeständigkeit zu erhalten. In diesem Zusammenhang muß auch berücksichtigt werden, daß es an sich den Erfahrungen gemäß dem Stand der Technik widerspricht, durch Ab-

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senken des Kupfergehaltes eine hohe Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit zu erhalten.

In der Zeichnung sind die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Laufschichtlegierung hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit und der Erosions-Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu den diesbezüglichen Eigenschaften der üblichen Laufschichtlegierung graphisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 die mittlere Lebensdauer der Laufschicht bis zum Bruch bei einer bekannten und einer erfindungsgemäßen Legierung an Hand der erreichten Lastwechselzahlen und

Fig. 2 den für den Erosionskorrosionsverschleiß aussagekräftigen mittleren Gewichtsverlust der bekannten und der erfindungsgemäßen Laufschichten bei gleichen Prüfbedingungen im Schaubild. Wie sich aus Fig. 1 unmittelbar ergibt, wurde bei einer erfindungsgemäßen Legierung mit 17 Gew.-% Zinn, 2 Gew.-% Kupfer, Rest Blei im Mittel eine Lastwechselzahl von 22 χ 10 erreicht. Die Laufschichtdicke betrug dabei 15/im. Die mittlere Lagerbelastung ρ war mit 70 N/mm Schwellast festgelegt. Die Öleintrittstemperatur betrug 14O°C. Die der erreichten Lastwechselzahl entsprechende Höhe des Rechtecks 1 der Fig. 1 zeigt im Vergleich zum Rechteck 2, dessen Höhe einer Lastwechselzahl von 14 χ 10" entspricht, die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Laufschicht gegenüber einer üblichen Laufschicht hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit. Die durch das Rechteck 2 gekennzeichnete Lastwechselzahl wurde bei gleichen Prüfbedingungen mit einer Laufschichtlegierung aus 10 Gew.-% Zinn, 3 Gew.-96 Kupfer, Rest Blei erreicht. Würde man den

Kupferanteil einer solchen bekannten Legierung auf 2 Gew.-?6 verringern oder überhaupt fortlassen, so ergäbe sich mit dem abnehmenden Kupfergehalt nach den bekannten Untersuchungen über den Einfluß des Kupfergehaltes auf die Ermüdungsfestigkeit eine geringere Ermüdungsfestigkeit, wie dies durch die strichliert angedeuteten Rechtecke 3 und 4 dargestellt ist, die eine Lastwechselzahl von 1O₅5 χ 10 für 2 Gew.-% Kupfer und von 2,5 x 10° für 0 Gew.-?o Kupfer angeben. Im Gegensatz zu dieser Erwartung kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahme einer mit der Verringerung des Kupferanteiles Hano. in Hand gehenden Erhöhung des Zinnanteiles eine wesentliche Verbesserung der Legierung bezüglich der Ermüdungsfestigkeit sichergestellt werden.

Die erfindungsgemäße Legierung bringt aber nicht nur Vorteile in bezug auf die Ermüdungsfestigkeit mit sich, sondern vor allem auch eine hohe Erosions-Korrosionsfestigkeit. Dies kann am Schaubild nach Fig. 2 abgelesen werden. Die Höhe des Rechtecks 5 entspricht dabei dem mittleren Gewichtsverlust der erfindungsgemäßen. Laufschichtlegierung, wie sie auch der Fig. 1 zugrundegelegt wurde. Nach einer Betriebszeit von 40 Stunden wurde bei einem Mehrschichtlager mit einem Nenndurchmesser von 61,3 mm, einer Breite von 12 mm und einer erfindungsgemäßen Lauf schicht von 15 yum Dicke ein mittlerer Gewichtsverlust von 22 mg festgestellt, wobei als Schmiermittel Altöl mit einer Eintrittstemperatur von 14O°C verwendet wurde. Die Lagerdrehzahl ist während dieser Versuche mit 1000 U/min festgelegt worden. Die mittlere Lagerbelastung ρ betrug 45 N/mm Schwellast.

Bei den gleichen Versuchsbedingungen wurde bei einer üblichen Laufschicht mit 10 Gew.-% Zinn, 3 Gew.-% Kupfer, Rest Blei ein mittlerer Gewichtsverlust von 37 mg

und bei einer Laufschicht ohne Kupferanteil mit 10 Gew.-% Zinn, Rest Blei von 40 mg gemessen, wie dies durch die Rechtecke 6 und 7 dargestellt ist. Man erkennt aus dieser Gegenüberstellung unmittelbar, daß die Erosions-Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Legierung wesentlich verbessert werden konnte. Die strichliert in die Rechtecke 5 und 6 eingezeichneten Gewichtsverluste bei der Verwendung von Neuöl zeigen für beide Legierungen Verluste in der gleichen Größenordnung von 5 mg, was zu erwarten war, weil Ja bei der Verwendung von Neuöl der Erosions-Korrosionsverschleiß in den Hintergrund tritt und nur die mechanische Verschleißfestigkeit eine Rolle spielt. Entsprechende Werte konnten für die Legierung ohne Kupferanteil wegen der vorher auftretenden Dauerbrüche nicht ermittelt werden. Erst die aggressiveren Altöle bewirken eine entsprechende Erosions-Korrosionsbelastung der Laufschicht, deren Erosions-Korrosionsbeständigkeit sich an Hand des mittleren Gewichtsverlustes zeigen läßt.

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Claims (2)

1. Miba Gleitlager
   Aktiengesellschaft
   Laakirchen, Österreich

   Patentansprüche

   1_. Galvanisch aufgetragene Laufschichtlegierung auf Bleibasis mit Zinn- und Kupferzusätzen für ein Mehrschichtgleitlager, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 15 bis 20 Gew.% Zinn, 1,5 bis 2,5 Gew.-% Kupfer, Rest Blei besteht.
2. 2. Laufschichtlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 17 Gew.-% Zinn, 2 Gew.-% Kupfer, Rest Blei besteht.