DE3147226A1

DE3147226A1 - Alloy for inoculating tin-containing slide bearing alloys

Info

Publication number: DE3147226A1
Application number: DE19813147226
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl.-Phys. Dr. 5190 Stolberg Sandig
Original assignee: VEREINIGTE ZINKWERKE GmbH; VER ZINKWERKE GmbH; Vereinigte Zinkwerke 5190 Stolberg GmbH
Current assignee: Metalon Stolberg 5190 Stolberg De GmbH
Priority date: 1981-11-28
Filing date: 1981-11-28
Publication date: 1983-06-09

Abstract

For the purpose of reducing the grain size of tin-containing slide bearing alloys, these are inoculated with a fine zinc alloy containing aluminium and magnesium, in such a way that the inoculated slide bearing alloy contains 0.02 to 0.6% by weight of zinc, 0.0002 to 0.05% by weight of aluminium and 0.0002 to 0.03% by weight of magnesium.

Description

Legierung zum Impfen zinnhaltiger Gleitlagerlegierungen Alloy for inoculating tin-containing plain bearing alloys

Die Erfindung betrifft eine Legierung zum Impfen zinnhaltiger Gleitlagerlegierungen.The invention relates to an alloy for inoculating tin-containing plain bearing alloys.

Zinnhaltige Gleitlagerlegierungen, wie diese beispielsweise durch DIN 1703 genormt sind, umfassen im wesentlichen zwei Legierungsgruppen, nämlich zum einen zinnreiche bleifreie bzw. bleiarme Gleitlagerlegierungen mit 80 % und mehr Zinn und zum anderen bleireiche Gleitlagerlegierungen mit 70 % und mehr Blei, die als Legierungsbestandteile noch einzeln oder zu mehreren Antimon, Arsen, Kupfer, Cadmium und Nickel sowie zulässige Beimengungen anderer Metalle enthalten. Nach Kühnel, R.: Werkstoffe für Gleitlager, Springer-Verlag Berlin, Göttingen, Heidelberg 1952, S. 35/36 haben alle zinnhaltigen Gleitlagerlegierungen einen nahezu gleichartigen Gefügeaufbau. In einer weichen eutektischen oder pseudoeutektischen Grundmasse sind primär oder sekundär ausgeschiedene, harte und spröde Kristalle aus intermetallischen Verbindungen eingelagert. Die Gültigkeit dieser Gefügeregel kann jedoch nicht.verallgemeinert werden; denn bei der Herstellung von aus einer Stützschale mit aufgegossenen, zinnhaltigen Gleitlagerlegierungen bestehenden Verbundlagern konnte festgestellt werden (VDI-Berichte Nr. 248, 1975, S, 149-158), daß beim Auftragen der zinnhaltigen Gleitlagerlegierungen auf die gegenüber der Gießtemperatur der geschmolzenen Gleitlagerlegierungen eine niedrige Temperatur aufweisenden Stützschale zunächst eine relativ hohe Abkühlgeschwindigkeit der Gleitlagerlegierung eintritt. Dies bewirkt, daß sich die zuerst ausscheidenden heterogenen Bestandteile, nämlich je nach Legierung-szusammensetzung Antimonide bzw. Stannide feinkristallin erstarren. Nach einem Temperaturausgleich zwischen der Stützschale und der Gleitlagerlegierung verlangsamt sich die Abkühlgeschwindigkeit, so daß die dann ausscheidenden Komponenten gröber kristallisieren. Entsprechend der Abkühlgeschwindigkeit der zinnhaltigen Gleitlagerlegierung gibt es demnach Bereiche mit gröber und feiner kristallisierten intermetallischen Verbindungen. Diese sind in der Blei- oder Zinn-Matrix eingelagert und beeilflussen die technologischen Eigenschaften der Gleitlagerlegierungen. So sollen die Brinelihärte als Maß für die statische Festigkeit der Gleitlagerlegierungen bis zu 20 % und die Rundlaufbiegewechselfestigkeit als Maß für die dynamische Belastbarkeit bis zu 10 % bei grobem Gefügeaufbau gegenüber feinkristallinem Gefüge vermindert werden. Auch sollen das Formfüllungsvermögen, die Bindungsfestigkeit und die Gleiteigenschaften der Gleitlagerlegierungen in den Lagern durch grobe Kristallisation negativ beeinflußt werden. (VDI-Berichte Nr. 248, 1975R S, 149-158).Tin-containing plain bearing alloys, such as these, for example, by DIN 1703 are standardized, essentially comprise two alloy groups, namely On the one hand, lead-free or low-lead plain bearing alloys rich in tin with 80% and more tin and, on the other hand, lead-rich plain bearing alloys with 70% and more lead, which as alloy components still individually or in groups of antimony, arsenic, copper, Contains cadmium and nickel as well as permitted admixtures of other metals. To Kühnel, R .: Materials for plain bearings, Springer-Verlag Berlin, Göttingen, Heidelberg 1952, p. 35/36, all tin-containing plain bearing alloys have an almost identical one Structure. Are in a soft eutectic or pseudo-eutectic matrix primary or secondary precipitated, hard and brittle crystals of intermetallic Connections stored. However, the validity of this structural rule cannot be generalized will; because in the production of a support shell with poured, tin-containing Plain bearing alloys existing composite bearings could established (VDI reports No. 248, 1975, S, 149-158) that when applying the tin-containing Plain bearing alloys on the opposite of the casting temperature of the molten plain bearing alloys a support shell having a low temperature initially has a relatively high cooling rate the plain bearing alloy occurs. This causes the first to be eliminated heterogeneous components, namely antimonides depending on the alloy composition or stannides solidify finely crystalline. After a temperature equalization between the support shell and the plain bearing alloy slows down, so that the components then precipitated crystallize more coarsely. Corresponding The cooling rate of the tin-containing plain bearing alloy therefore has ranges with coarser and finer crystallized intermetallic compounds. These are embedded in the lead or tin matrix and influence the technological properties the plain bearing alloys. The Brineli hardness should be used as a measure of the static Strength of the plain bearing alloys up to 20% and the radial radial flexural fatigue strength as a measure of the dynamic load capacity of up to 10% in the case of a coarse structure fine crystalline structure are reduced. The mold filling capacity should also the bond strength and the sliding properties of the plain bearing alloys in the Storage can be adversely affected by coarse crystallization. (VDI reports no. 248, 1975R S, 149-158).

Prinzipiell ist es möglich, das optimale Gießverfahren und damit optimalen Gefügeaufbau der Gleitlagerlegierungen in Verbundlagern durch konstruktive Maßnahmen zu erreichen.In principle, it is possible to use the optimal casting process and thus optimal Structure of the plain bearing alloys in composite bearings through constructive measures to reach.

Jedoch sind solche Maßnahmen nicht überall durchführbar.However, such measures cannot be carried out everywhere.

Auch sind diese mit einem nicht unbeachtlichen Aufwand verbunden.These are also associated with a not inconsiderable effort.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optimale Gefügeausbildung von zinnhaltigen Gleitlagerlegierungen durch Impfen mit kornfeinend wirkenden Legierungszusätzen zu erreichen, ohne allerdings die guten technologischen Eigenschaften der zinnhaltigen Gleitlagerlegierungen zu beeinträchtigen.It is therefore the object of the present invention to provide an optimal Structure formation of tin-containing slide bearing alloys by inoculating with grain refining effective alloy additives without, however, the good technological To impair properties of the tin-containing plain bearing alloys.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Feinzinkimpflegierung mit solchen Gehalten an Aluminium und Magnesium, daß in der geimpften und zu verarbeitenden zinnhaltigen Gleitlagerlegierung 0,02 bis 0,6 Gew. % Zink, 0,0002 bis 0,05 Gew. % Aluminium und 0,0002 bis 0,03 Gew. % Magnesium enthalten sind.The solution to this problem is provided by a fine zinc inoculation alloy with such contents of aluminum and magnesium that in the vaccinated and processed tin-containing plain bearing alloy 0.02 to 0.6 wt.% zinc, 0.0002 to 0.05 wt.% zinc % Aluminum and 0.0002 to 0.03% by weight magnesium are contained.

Insbesondere besteht die Feinzinkimpfiegierung aus 1,0- bis 8,0 Gew. % Aluminium, 1,0 bis 5,0 Gew. % Magnesium, Rest Feinzink 99,99 % Eine vorzugsweise Zusammensetzung der Feinzinkimpflegierung besteht aus 4,8 bis 5,2 Gew. % Aluminium, 2,5 bis 4,0 Gew. % Magnesium, Rest Feinzink 99,99 t.In particular, the fine zinc inoculation consists of 1.0 to 8.0 wt. % Aluminum, 1.0 to 5.0% by weight magnesium, the remainder fine zinc 99.99% One preferred The composition of the fine zinc alloy consists of 4.8 to 5.2% by weight of aluminum, 2.5 to 4.0% by weight magnesium, the remainder fine zinc 99.99 t.

Das Verfahren zum Impfen der zinnhaltigen Gleitlagerlegierungen mit der Feinzinkimpflegierung wird in der Weise durchgeführt, daß die Feinzinkimpflegierung der zu verarbeitenden, geschmolzenen, zinnhaltigen Gleitlagerlegierungsschmelze bei einer Temperatur von 300 bis 500 OC in einer Menge von 0,02 bis 0,6 Gew. %, bezogen auf die enge der Gleitlagerlegierungsschmelze, zugesetzt wird.The process for inoculating the tin-containing plain bearing alloys with the Feinzinkinpflegierung is carried out in such a way that the Feinzinkinpflegierung the molten, tin-containing slide bearing alloy melt to be processed at a temperature of 300 to 500 OC in an amount of 0.02 to 0.6% by weight, based on the tightness of the plain bearing alloy melt, is added.

Die Feinzinkimpflegierung kann auch während des Füllens der Gießform in die zinnhaltige Gleitlagerlegierungsschmelze eingeschossen oder eingerührt werden.The fine zinc inoculant can also be used while the casting mold is being filled be shot or stirred into the tin-containing slide bearing alloy melt.

Gegebenenfalls ist es auch möglich, die Feinzinkimpflegierung in einer kleinen Schmelzemenge der Gleitlagerlegierung aufzulösen und dann der zu impfenden Gleitlagerlegierungsschmelze zuzusetzen.If necessary, it is also possible to use the fine zinc care alloy in one to dissolve a small amount of melt of the plain bearing alloy and then the to be vaccinated To add plain bearing alloy melt.

Durch den Zusatz der Feinzinkimpflegierung zu zinnhaltigen Gleitlagerlegierungen wird eine kornfeinende Wirkung auf die primär sich ausscheidenden intermetallischen Verbindungen, doho insbesondere Antimonide und Stannide erzielt, und zwar unabhängig davon, ob die zinnbaltige Gleitlagerlegierung langsam oder schnell erstarrt. So ändert sich ausgeprägtes dentritisches Wachstum mit langen Nadeln und Segregation mit rhombischen Ausscheidungen, mit stark schwankenden Konzentrationsgradienten, d.h.By adding the fine zinc inoculant to tin-containing plain bearing alloys will have a grain-refining effect on the primarily precipitating intermetallic Compounds, especially antimonides and stannides, doho achieved independently whether the tin-containing plain bearing alloy solidifies slowly or quickly. So changes pronounced dendritic growth with long needles and segregation with rhombic precipitations, with strongly fluctuating concentration gradients, i.e.

Seigerungen durch den Zusatz der Feinzinkimpflegierung in Richtung einer gleichmäßigen Verteilung zum Teil dispers, kubisch bis globulitischer Ausscheidungen, wobei ein vergleichsweise feinkörniger Gefügeaufbau durch schnelle Erstarrung erzielt wird Die Phasen sind nahezu homogen im Gefüge verteilt. Auch ist eine deutliche Tendenz zur Härtesteigerung der korngefeinten, zinnhaltigen Gleitlagerlegierungen zu erkennen.Segregations through the addition of the fine zinc in the direction of an even distribution of partially dispersed, cubic to globular precipitations, whereby a comparatively fine-grain structure is achieved through rapid solidification The phases are distributed almost homogeneously in the structure. Also is a clear one There is a tendency towards an increase in the hardness of the grain-refined, tin-containing plain bearing alloys to recognize.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind anhand der Zeichnungen wiedergegeben metallographischen Gefügeaufnahmen beispielhaft dargestelllt und im folgenden näher erläutert.The advantages achieved with the invention are based on the drawings reproduced metallographic microstructure recordings exemplarily shown and in explained in more detail below.

In Fig. 1 ist der Gefügeaufbau einer ungeimpften, langsam erstarrten, zinnhaltigen Gleitlagerlegierung bestehend aus 3,5 Gew. t Kupfer, 7,5 Gew. % Antimon, Rest Zink 99,99 % wiedergegeben. Es ist deutlich zu erkennen, daß in dem zinnreichen Mischkristall grobe Kristalle in Form breiter und langer Spieße auf Basis Antimon-Zinn und Kupfe--Zinn ausgeschieden sind Die Gleitlagerlegierung gleicher Zusammensetzung erhält einen vergleichsweise feinkörnigeren Gefügeaufbau im Bereich der intermetallischen Verbindungen; wenn sie mit einer Feinzinklegierung aus 5,0 Gew. % Aluminium, 3,0 Gew. % Magnesium¢, Rest Feinzink 99,99 % geimpft worden ist, wie dies aus Fig. 2 entnommen werden kann. Ein vergleichsweise noch feinkörnigerer Gefügeaufbau wird erreicht, wenn, wie Fig. 3 zeigt, die geimpfte Gleitlagerlegierung schnell zur Erstarrung gebracht wird.In Fig. 1 the structure of an uninoculated, slowly solidified, tin-containing plain bearing alloy consisting of 3.5 wt. t copper, 7.5 wt.% antimony, Remainder zinc 99.99% reproduced. It can be clearly seen that in the tin-rich Mixed crystal coarse crystals in the form of wide and long skewers based on antimony tin and copper - tin are precipitated. The plain bearing alloy of the same composition receives a comparatively fine-grain structure in the area of the intermetallic Links; if they are with a fine zinc alloy of 5.0 wt.% Aluminum, 3.0 % By weight magnesium [, the remainder fine zinc 99.99% has been inoculated, as shown in FIG. 2 taken can be. A comparatively even finer-grain structure is achieved, when, as FIG. 3 shows, the inoculated plain bearing alloy rapidly solidifies is brought.

In Fig. 4 ist die Gefügeaufnahme einer zinnhaltigen Gleitlagerlegierung aus 10,0 % Gew. Zinn, 15,5 Gew. % Antimon, 1,0 Gew. % Kupfer, Rest Blei, die langsam erstarrt ist, wiedergegeben. Die Gleitlagerlegierung zeigt ein dendritisches Erstarrungsgefüge mit grobkristallinen Ausscheidungen intermetallischer Verbindungen, die jedoch, wie Fig. 5 zeigt, feinkörniger erstarrt, wenn die Gleitlagerlegierung mit einer Feinzinklegierung bestehend aus 5,0 Gew. % Aluminium, 3,0 Gew. % Magnesium, Rest Feinzink 99,99 % geimpft worden ist. In Fig. 6 ist die Gefügeaufnahme der gleichen geimpften Gleitlagerlegierung dargestellt, die infolge schneller Erstarrung ein relativ noch feinkörnigeres Gefüge besitzt.In Fig. 4 is the microstructure of a tin-containing plain bearing alloy from 10.0% wt. tin, 15.5 wt.% antimony, 1.0 wt.% copper, remainder lead, which slowly has frozen, reproduced. The plain bearing alloy shows a dendritic solidification structure with coarsely crystalline precipitations of intermetallic compounds, which, however, As Fig. 5 shows, fine-grained solidified when the plain bearing alloy with a Fine zinc alloy consisting of 5.0% by weight aluminum, 3.0% by weight magnesium, the remainder Fine zinc 99.99% has been inoculated. In Fig. 6 the micrograph is the same vaccinated plain bearing alloy shown, which as a result of rapid solidification has a relatively even finer-grain structure.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Alloy for inoculating tin-containing plain bearing alloys, characterized by a fine zinc alloy with such aluminum contents and magnesium, that in the inoculated plain bearing alloy 0.02 to 0.6% by weight zinc Contain 0.0002 to 0.05% by weight of aluminum and 0.0002 to 0.03% by weight of magnesium are.

2 alloy according to claim 2, characterized in that it consists of 1.0 up to 8.0 wt.% aluminum 1.0 to 5.0 wt.% magnesium, the remainder fine zinc 99.99%.

3. Alloys according to Claims 1 and 2, characterized in that that they consist of 4.8 to 5.2% by weight of aluminum, 2.5 to 4.0% by weight of magnesium, the remainder being fine zinc 99.99% passed.

4. Process for inoculating tin-containing plain bearing alloys with the fine zinc alloy according to claims 1 to 4, characterized in that this In an amount of 0.02 to 0.6% by weight based on the amount of the slide bearing alloy melt this is added at a temperature of 300 to 500 OC.

5. The method according to claim 4, characterized in that the Feinzinkimpflegierung shot into the slide bearing alloy melt during the filling of the casting mold or is stirred in.

6. The method according to claim 4, characterized in that the Feinzinkimpflegierung dissolved in a small amount of melt of the plain bearing alloy and then the plain bearing alloy melt is added.