DE3136817C2 - Galvanisch aufgetragene Laufschichtlegierung für ein Mehrschichtgleitlager - Google Patents
Galvanisch aufgetragene Laufschichtlegierung für ein MehrschichtgleitlagerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine galvanisch aufgetragene
Laufschichtlegierung für ein Mehrschichtgleitlager auf Bleibasis
mit einem Zinnzusatz und einem Kupfergehalt kleiner als 3
Gew.-%.
Untersuchungen über den Einfluß des Kupfergehaltes auf die
Ermüdungsfestigkeit einer galvanisch aufgetragenen Laufschicht
legierung auf Bleibasis mit Zinn- und Kupferzusätzen haben bei
einem üblichen Zinngehalt von 10 Gew.-% ergeben, daß die mitt
lere Lebensdauer der Laufschicht bei einem Kupfergehalt von etwa
3 Gew.-% ein Maximum erreicht und sowohl bei steigendem Kupfer
gehalt als auch bei sinkendem Kupfergehalt stark abfällt. Ausge
hend von diesen Untersuchungen wurde folglich ein Kupfergehalt
von weniger als 6 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 3 Gew.-% ange
strebt. 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 ge
genüber den üblichen Laufschichtlegierungen verbessert werden,
ohne die zu erwartende starke Einbuße hinsichtlich der Ermü
dungsfestigkeit in Kauf nehmen zu müssen, weil mit den Kupferan
teilen auch der Zinnanteil entsprechend gesteigert wurde. Nach
teilig bei solchen Legierungen ist allerdings eine vergleichs
weise hohe Sprödigkeit wegen des großen Kupfergehaltes und eine
geringe Korrosionsbeständigkeit, so daß sich diese Legierungen
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-Korrosions
verschleißerscheinungen führt, wobei gerade der höhere Kupferan
teil die Legierung gegenüber erosiven und korrosiven Verschleiß
erscheinungen anfällig macht.
Um insbesondere die Ermüdungsfestigkeit gegenüber einer kupfer
freien Laufflächenlegierung auf Bleibasis zu verbessern, ist es
aus der DE-AS 11 61 434 bekannt, bei einem Zinnanteil bis 15
Gew.-% einen Kupferanteil von 0,5 bis 3 Gew.-% einzusetzen,
wobei sich eine bevorzugte Laufschichtlegierung aus 12 Gew.-%
Zinn, 2 Gew.-% Kupfer, Rest Blei ergibt. Wie sich aus den ein
leitenden Ausführungen ableiten läßt, ist die Steigerung der
Ermüdungsfestigkeit durch die Kupferzugabe zu erwarten. Damit
den hohen Anforderungen von Lagern, beispielsweise für auflad
bare Dieselmotoren, entsprochen werden kann, ist jedoch neben
der Ermüdungsfestigkeit auch die Korrosionsbeständigkeit der
Laufschicht erheblich zu verbessern.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine galva
nisch aufgetragene Laufschichtlegierung für ein Mehrschicht
gleitlager der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß
nicht nur eine hohe Ermüdungsfestigkeit, sondern auch ein hoher
Korrosionswiderstand sichergestellt werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Legie
rung einen Zinngehalt größer als 15 Gew.-%, aber höchstens 20
Gew.-% und einen Kupfergehalt von 1,5 bis 2,5 Gew.-%, Rest Blei
aufweist.
Da der Korrosionswiderstand mit sinkendem Kupferanteil und
steigendem Zinnanteil zunimmt, wird mit der erfindungsgemäßen
Legierung eine wesentliche Erhöhung der Korrosionsfestigkeit
erzielt. Überraschend ist dabei, daß trotz des vergleichsweise
geringen Kupfergehaltes bei großem Zinnanteil eine gute Dauer
festigkeit 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-Erosivverschleißfestigkeit
gegenüber einem Angriff der bei Hochleistungsmotoren zur Anwen
dung kommenden Schmiermittel.
Besonders günstige Verhältnisse erhält man, wenn
die Legierung der Laufschicht aus 17 Gew.-% Zinn, 2 Gew.-%
Kupfer, Rest Blei besteht.
Es sind zwar bereits gegossene Lagermetalle auf Blei
basis bekannt, die einen Zinnanteil in der Größenordnung
von 15 Gew.-% und einen Kupferanteil in der Größenordnung
von 1 Gew.-% aufweisen, doch enthalten diese gegossenen
Legierungen zusätzlich etwa 14 Gew.-% Antimon, so daß der
Hauptanteil des Zinns in Form der Primärkristalle SbSn
und Cu6Sn5 gebunden ist und folglich nicht zur Korrosions
festigkeit der Matrix beitragen kann. Wird auf das Zu
setzen 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.-% Silber,
Kupfer und Wismut, Rest Blei besteht, so kann zwar die
Bildung von Primärkristallen verringert, nicht aber unter
drückt 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 Lauf
schichtlegierungen für Mehrschichtgleitlager keine Rolle
spielt, bei denen die Ermüdungsfestigkeit von mitent
scheidender Bedeutung ist. Diese gegossenen und nicht
galvanisch aufgetragenen Legierungen, deren Ermüdungs
festigkeit wegen des heterogenen Gefügeaufbaus und der
hohen Schichtdicke von vornherein gering ist, können so
mit keine Lehre dafür geben, wie galvanisch aufgetragene
Laufschichten legiert werden müssen, um neben einer hohen
Ermüdungsfestigkeit auch eine entsprechend hohe Korrosions
beständigkeit zu erhalten. In diesem Zusammenhang muß
auch berücksichtigt werden, daß es an sich den Erfahrun
gen gemäß dem Stand der Technik widerspricht, durch Ab
senken des Kupfergehaltes eine hohe Verschleiß- und Er
müdungsfestigkeit zu erhalten.
In der Zeichnung sind die Eigenschaften der erfin
dungsgemäßen Laufschichtlegierung hinsichtlich der Er
müdungsfestigkeit und der Erosions-Korrosionsbeständig
keit 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 erfindungs
gemäßen Legierung an Hand der erreichten Last
wechselzahlen und
Fig. 2 den für den Erosionskorrosionsverschleiß aussage
kräftigen 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 Lastwechsel
zahl von 22×106 erreicht. Die Laufschichtdicke betrug
dabei 15 µm. Die mittlere Lagerbelastung war mit
70 N/mm2 Schwellast festgelegt. Die Öleintrittstemperatur
betrug 140°C. Die der erreichten Lastwechselzahl ent
sprechende Höhe des Rechtecks 1 der Fig. 1 zeigt im Ver
gleich zum Rechteck 2, dessen Höhe einer Lastwechselzahl
von 14×106 entspricht, die Überlegenheit der erfindungs
gemäßen Laufschicht gegenüber einer üblichen Laufschicht
hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit. Die durch das Recht
eck 2 gekennzeichnete Lastwechselzahl wurde bei gleichen
Prüfbedingungen mit einer Laufschichtlegierung aus 10 Gew.-%
Zinn, 3 Gew.-% Kupfer, Rest Blei erreicht. Würde man den
Kupferanteil einer solchen bekannten Legierung auf 2 Gew.-%
verringern oder überhaupt fortlassen, so ergäbe sich mit
dem abnehmenden Kupfergehalt nach den bekannten Unter
suchungen über den Einfluß des Kupfergehaltes auf die Er
müdungsfestigkeit eine geringere Ermüdungsfestigkeit, wie
dies durch die strichliert angedeuteten Rechtecke 3 und 4
dargestellt ist, die eine Lastwechselzahl von 10,5×106
für 2 Gew.-% Kupfer und von 2,5×106 für 0 Gew.-% Kupfer
angeben. Im Gegensatz zu dieser Erwartung kann mit Hilfe
der erfindungsgemäßen Maßnahme einer mit der Verringerung
des Kupferanteiles Hand in Hand gehenden Erhöhung des Zinn
anteiles eine wesentliche Verbesserung der Legierung bezüg
lich 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-Korrosions
festigkeit. Dies kann am Schaubild nach Fig. 2 abgelesen
werden. Die Höhe des Rechtecks 5 entspricht dabei dem
mittleren Gewichtsverlust der erfindungsgemäßen Lauf
schichtlegierung, 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 erfindungsge
mäßen Laufschicht von 15 µm Dicke ein mittlerer Gewichts
verlust von 22 mg festgestellt, wobei als Schmiermittel
Altöl mit einer Eintrittstemperatur von 140°C verwendet
wurde. Die Lagerdrehzahl ist während dieser Versuche mit
1000 U/min festgelegt worden. Die mittlere Lagerbelastung
betrug 45 N/mm2 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 Gewichtsver
luste 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 Hinter
grund tritt und nur die mechanische Verschleißfestigkeit
eine Rolle spielt. Entsprechende Werte konnten für die
Legierung ohne Kupferanteil wegen der vorher auftreten
den Dauerbrüche nicht ermittelt werden. Erst die
aggressiveren Altöle bewirken eine entsprechende Erosions-
Korrosionsbelastung der Laufschicht, deren Erosions-
Korrosionsbeständigkeit sich an Hand des mittleren Ge
wichtsverlustes zeigen läßt.
Claims (2)
1. Galvanisch aufgetragene Laufschichtlegierung für ein
Mehrschichtgleitlager auf Bleibasis mit einem Zinnzusatz und
einem Kupfergehalt kleiner als 3 Gew.-%, dadurch gekennzeich
net, daß die Legierung einen Zinngehalt größer als 15 Gew.-%,
aber höchstens 20 Gew.-% und einen Kupfergehalt von 1,5 bis
2,5 Gew.-%, Rest Blei aufweist.
2. Laufschichtlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Legierung aus 17 Gew.-% Zinn, 2 Gew.-%
Kupfer, Rest Blei besteht.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: ZMYJ, E., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING., PAT.-ANW |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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