DE3229666A1

DE3229666A1 - Lagerlegierung auf aluminiumbasis

Info

Publication number: DE3229666A1
Application number: DE19823229666
Authority: DE
Inventors: Sanae Nagoya Mori
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1982-08-09
Publication date: 1983-10-20
Also published as: US4412972A; AU531235B1; GB2117790B; JPS58171545A; JPS626624B2; GB2117790A

Description

Die Erfindung betrifft Lagerlegierungen des Aluminium-Blei-Systems.

Bislang werden Legierungen des Aluminium-Zinn-Systems als

Lagerlegierungen auf Aluminiumbasis verwendet.

In neuerer Zeit hat die Weiterentwicklung von Verbren- -JO nungsmaschinen zu einem Bedarf nach Lagern geführt, die hinsichtlich ihrer Dauerfestigkeit und ihrer Beständigkeit gegenüber einem Festfressen den Lagern gemäß dem Stand der Technik überlegen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Aluminium-Lagerlegierungen mit verbesserter Dauerfestigkeit und verbesserter Beständigkeit gegenüber einem Festfressen zur Verfügung zu stellen.

Durch die Erfindung wird ein Legierungssystem zur Verfügung gestellt, das eine Legierung des Al-Fb-Sn-Cu-Si-Systems darstellt, welche mit mindestens einem der Elemente aus der Gruppe Ni, Mn, Cr, V, Mg, Ti, Zn, Co und Zr versetzt worden ist. Durch die Erfindung wird weiterhin eine Legierung des obengenannten Al-Fb-Sn-Cu-Si-Systems zur Verfügung gestellt, die weiterhin mit mindestens einem der Elemente aus der Gruppe Sb, Bi, Cd und In versetzt worden ist.

Nachstehend werden die Gründe für die Begrenzung der chemischen Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Aluminium-Lagerlegierungen aufgeführt. Es werden auch die Gründe für die Festsetzung der oberen und unteren Grenzen jeder Komponente der erfindungsgemäßen Legierung und die beim Betrieb erhaltenen Effekte mit Einschluß des erhaltenen synergistischen Effekts beschrieben:

- 4 1 (1) Pb, mehr als 9,0% und weniger als 40%:

Die Zugabe dieses Elements erhöht die Nichtfestfressungseigenschaften, die Affinität zu Öl und die spanabhebende Verarbeitbarkeit. Bei Mengen von unterhalb 9,0% führt die Zugabe nur zu einem geringen Effekt. Jedoch wird bei Mengen von mehr als 40% die mechanische Festigkeit vermindert und die Beständigkeit gegenüber einem Festfressen ebenfalls reduziert.

(2) Cu, 0,2 bis 5%:

Die Zugabe dieses Elements bringt eine verbesserte mechanische Festigkeit der Aluminiummatrix mit sich, wodurch Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften der Lager mit Einschluß der Lasttragefähigkeit und der Dauerfestigkeit bzw. einer Beständigkeit gegenüber einem Ermüden erzielt werden. Bei Mengen von weniger als 0,2% bringt die Zugabe nur einen geringen Effekt hinsichtlich der Erhöhung der Dauerfestigkeit und der Lasttragefähigkeit der Legierungen mit sich. Wenn die Menge über 5% hinausgeht, dann wird eine ausgeprägte Verminderung der Duktilität bewirkt, wodurch die Bearbeitbarkeit in der plastischen Deformation vermindert wird.

(3) Sn, 0,2 bis 10,0%:

Die Zugabe dieses Elements verbessert das Oberflächenverhalten der Legierungen, beispielsweise die Beständigkeit gegenüber einem Festfressen und die Verträglichkeit im allgemeinen Sinne sowie die Beständigkeit des Pb gegenüber einer Korrosion. Bei Mengen von weniger als 0,2% bringt die Zugabe nur einen geringen Effekt mit sich, während umgekehrt bei Mengen von mehr als 10,0% die mechanische Festigkeit der Legierungen vermindert wird.

• f. *·

- 5 T (4) Si, 0,1 bis 10,050:

Indem dieses Element in der Aluminiummatrix dispergiert wird, wird die Kriechfestigkeit und die ^Beständigkeit gegenüber einem Festfressen erhöht. Bei zugegebenen Mengen von weniger als 0,1$ wird kein Effekt der Zugabe beobachtet, während umgekehrt bei Mengen von mehr als 10,0% die Dehnung in nachteiliger Weise beeinflußt wird und die Bearbeitbarkeit für die plastische Deformation ver- -JQ mindert wird.

(5) Mindestens ein Element im Bereich von 0,01 bis 3% aus der Gruppe, bestehend aus Ni, Mn, Cr, V, Mg, Ti, Zn, Co und Zr, 0,01 bis 3%i

Wenn die Menge dieser zugegebenen Elemente weniger als 0,01% beträgt, dann trägt das jeweilige Element zu einer Erhöhung der Dauerfestigkeit und einer Beständigkeit gegenüber einem Festfressen - was das Ziel der vorliegenden Erfindung ist - nur wenig bei. Andererseits wird bei Mengen von mehr als 3% die Zähigkeit der Legierungen vermindert. Die optimale Menge dieses fakultativ ausgewählten Elements sollte unter Berücksichtigung des synerglstischen Effekts festgelegt werden, den das Element mit den wesentlichen Elementen der obigen Paragraphen (1) bis (4) erhält. Es ist bestätigt worden, daß, wenn insgesamt die Menge im Bereich zwischen 0,01 und 3% ist, die Zugabe von mindestens einem beliebig ausgewählten Element der genannten Gruppe zum Erhalt der besten Ergebnisse führt.

(6) Mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe,

bestehend aus Sb, Bl, Cd und In, 0,1 bis 3»0%:

Diese Elemente werden zum Zwecke der Erhöhung der Beständigkeit gegenüber einem Festfressen zugesetzt. Bei Mengen von weniger als 0,1% hat die Zugabe nur einen geringen Effekt, während umgekehrt bei Mengen von mehr als

* «Μ

- - ο L L Q υ υ υ

3,0% die Festigkeit vermindert wird, was nicht erwünscht ist.

(7) Erschmelzungsbedingte Verunreinigungen:

Verunreinigungen, wie Fe, können unvermeidbar in den erfindungsgemäßen Legierungen enthalten sein.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen nä-IQ her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Probekörpers, der bei

Festfressungstests verwendet wird, welche unter Verwendung einer Festfressens-Testvorrichtung vom ]5 Suzuki-Typ durchgeführt werden;

Fig. 2 eine vertikale Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie II-II in Figur 1; und

Fig. 3 eine vertikale Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie III-III in Figur 1.

Die Tabelle I zeigt die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Legierungen. Die chemischen Komponenten selbst und/oder eine Aluminiumlegierung und eine Bleilegierung in Pulverform wurden vermischt und das Gemisch wurde verdichtet und einer Wärmebehandlung unterworfen, bevor es mit einem Extrusionsverhältnis von 7 : 1 bis 15 : 1 extrudiert wurde. Sodann wurden die Legierungen der Wärmebehandlung und einem Walzen in der angegebenen Reihenfolge unterworfen, um Streifen der Legierungen herzustellen . Die zu Vergleichszwecken verwendete Al-Sn-Cu-Legierung wurde gegossen und zu Streifen verwalzt. Die erhaltenen Streifen wurden jeweils auf eine Unterlage aus einer Stahlplatte aufgelegt und mit dieser unter Druck verbunden, wodurch ein Verbundstreifen mit einer Legierungsschicht und einem Zylinderfutter erhalten wurde, der

■j in einer Lagerformmaschine zu Vielschichtlagern mit halbzylindrischer Gestalt (Gleitlager oder Radiallager) jeweils mit einem Innendurchmesser von 40 mm, einer Breite von 17,1 mm und einer Dicke des Zylinderfutters von 0,3 mm und zu Probekörpern mit der Gestalt gemäß den Figuren 1 bis 3 verformt wurde, um in der oben angeführten Testvorrichtung vom Suzuki-Typ getestet zu werden.

Der dargestellte Probekörper besteht aus einer Schicht einer Aluminiumlegierung (mit der in Tabelle I angegebenen chemischen Zusammensetzung) 2, die auf eine Stahlstützschicht 1 aufgelegt und damit durch Druck verbunden worden ist. Der Probekörper wird mit zwei konzentrischen ringförmigen Rillen 3, die sich von einer Oberfläche 2¹ der Aluminiumlegierungsschicht 2 erstrecken und das Innere der Stahlstützschicht 1 erreichen, und mit zwei geraden Rillen 3¹, die einander in Kreuzform kreuzen, gebildet. Der Probekörper hat an seinem Mittelteil ein Durchgangsloch 4' mit einem relativ großen Durchmesser. Um das Durchgangsloch 4' ist eine Vielzahl von Durchgangslöchern 4 mit einem relativ kleinen Durchmesser vorgesehen, um den Probekörper an die Festfressens-Testmaschine vom Suzuki-Typ anzuheften.

co cn	1	CO O	Al	Pb	IO cn	Cu	Sn	KJ O	I	Si	Ni	Cn	O	Cr	V	"" < 4
	2		Rest	keines		1	20	Tabelle	Chemische							4 4 ^ ♦ 4
	3		Rest	9,2		5	0,2		10,0	keines	Zusammensetzung	-	keines	keines _t]
	4	Il	15	2	5,0	0,1	keines	Mn	-	keines	keines %.
Legierung	5	π	30	1,0	6,0	5,0	keines	—keines·	1,0	keines
Zum Ver	6	η	40	1,0	10,0	10,0	1,0	0,01	0,5	0,5	¹
gleich	7	η	12	0,2	0,2	3,0	0,2	keines	0,4	keines	0,2 r ·■:
	8	Il	20	5	3,0	0,2	keines	keines	-	keines	keines \<
	9	η	15	0,5	0,5	4,0	keines	keines	keines	0,8	0,5
	10	π	10	3	0,5	8,0	1,0	keines	keines	0,5	keines
ca	11	It	35	0,2	10,0	3,0	0,5	1,0	keines	keines	0,2
:cd S	12	π	30	2,5	8,5	0,8	1,5	keines	0,3	0,3	keines
Φ bO CO	It	20	1,5	0,8	10,0	0,5	keines	keines	1,5
bO	n	40	4	5,5	6,0	keines	0,5		keines
TJ			0,2
Ö ■H <H			keines
O)			0,7

C C C C

15 ο H H Φ ■8

hi B

K!

■μ

ρ 25

30

35

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CQ

φ χ (Q
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03
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Q) ·> φ φ » Φ φ

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ΟτΙγιΛγΟ-ΗΙ^

ΟΑίΟΟΟΟΛΟ

Die Tabelle II zeigt die Ergebnisse der Ermüdungstests, die mit dem Vielschichtlager der zuvor beschriebenen Konstruktion durchgeführt wurden. Die Tabelle III zeigt die Ergebnisse von damit durchgeführten Festfressungstests. Die Bedingungen der Ermüdungstests bzw. der Dauerfestigkeitstests waren wie folgt:

(1) Testmaschine: Ermüdungstestmaschine mit dynamischer Last

TQ (2) Umdrehungszahl: 4000 Upm

(3) Testzeit: 20 h

(4) Umfangsgeschwindigkeit: 11,1 m/s

(5) ölbeschickungstemperatür: 120⁰C

(6) ölbeschickungsdruck: 3»0 kg/cm

₁₅ (7) Schmieröl: + 20 Straight-Motoröl

(8) ölbeschickungswinkel: Vorschubwinkel 36°

(9) Feststellung der Ermüdung: Wenn eine Ermüdung sich

in einem Bereich von mehr als 596 des Bereichs des Lagers entwickelte, dann wurde das Test

lager als ermüdet angesehen.

Die Bedingungen der Tests des Festfressens waren wie folgt:

(1) Oberflächendruck: akkumulierte Last mit etwa

29,5 kg/cm² pro Last

(2) Geschwindigkeit: 1,93 m/s

(3) Testzeit: 30 min für ;)ede Last 30 W Schmieröl: +30-Motoröl

(5) Definition des Festfressens: Eine Temperatur der

Rückseite von 200⁰C oder eine Reibungskraft von 56 kg/cm ist die Basis zur Entscheidung, ob eine Ermüdung erfolgte oder

nicht

(6) Testmaschine: Festfressens-Testmaschine vom

Suzuki-Typ

♦ * ft ft

Legierung

- 11 Tabelle II

Ergebnisse der Ermüdungstests

Lagerlast (kg/cm)

ίο

15

20

25

Vergleichs legierung

- 300 350 400 'rmüdung

co :<d S ο

Ό Ö •Η <H Si Φ

3 4

5 6 7

10 11 12 450

keine

dung

elne Ermüdung

■^Ermüdung

-^Ermüdung
-^Ermüdung

-^Ermüdung

■^•Ermüdung

-^keine Ermüdung

->keine Ermüdung

-^Ermüdung
-^Ermüdung

-jErmüdung

^Ermüdung

30

35

co

Ln

CO O

ro

ro O

Tabelle III

Legierung	29,	5	58,	Ergebnisse	der Festfressungstests	(kg/cm²)	265	,3	294,8
				Oberflächendruck	,4 176,9 206,4 235,8
Vergleichs legierung			5 88,4 117,

	,9 147, > η

Ο) ■Η bO (D

CJ :cd Θ υ faO W (30

Xi

1 2

5 6

7 8

9 10

11 12

-> kein Festfressen

kein Festfressen

-^ kein Fest fressen

kein Festfressen

ro : ;

- 13 -

■j Aus den Ergebnissen der oben beschriebenen Tests wird ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Legierungen (Probekörper Nr. 1 bis 12) im Vergleich zu der Vergleichsprobe, die dem Stand der Technik entspricht, eine erhöhte Beständigkeit gegenüber einem Festfressen haben. Was die Ermüdungsbeständigkeit bzw. Dauerfestigkeit betrifft, so wird auch ersichtlich, daß die Probekörper Nr. 3, 4, 9, 10 und 12 gemäß der vorliegenden Erfindung sich ähnlich verhalten wie die Vergleichsprobe, daß die Probekörper Nr. 1, 2, 5, 6, 7, 8 und 11 gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch gegenüber der Kontrollprobe überlegen sind.

•Λ-

Leerseite

Claims

KRAUS & WEISERT PATENTANWÄITI UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR OtZM EtUROtAISCHi N PATF-NTAMT OR. WAUTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · D R.-IN G. ANN EKÄTE WEIStPr DIPL-ING FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8000 MÜNCHEN 71 -TELEFONOeSZTOTOVy-TgTOTe ■ TE LE X O 5 -21 2 1υ 6 kpat d TELEGRAMM KRAUSPATENT 3414 WK/rm DAIDO METAL COMPANY LTD. Nagoya / Japan Lagerlegierung auf Aluminiumbasis Patentansprüche

1. Lagerlegierung auf Aluminiumbasis, bestehend aus im wesentlichen» auf das Gewicht bezogen, mehr als 9,0% und weniger als 40% Blei, 0,2 bis 5% Kupfer, 0,2 bis 10,0% Zinn, 0,1 bis 10,0% Silizium, 0,01 bis 3% mindestens eines Elements aus der Gruppe Nickel, Mangan, Chrom, Vanadin, Magnesium, Titan, Zink, Kobalt und Zirkon und zum Rest aus erschmelzungsbedingten Verunreinigungen und Aluminium.

2. Lagerlegierung auf Aluminiumbasis, bestehend aus im wesentlichen, auf das Gewicht bezogen, mehr als 9,0%

und weniger als 40% Blei, 0,2 bis 5% Kupfer, 0,2 bis 10,0% Zinn, 0,1 bis 10,0% Silizium, 0,01 bis 3% mindestens eines Elements aus der Gruppe Nickel, Mangan, Chrom, Vanadin, Magnesium, Titan, Zink, Kobalt und Zirkon und 0,1 bis 3»0% mindestens eines Elements aus der Gruppe Wismut, Cadmium und Indium und zum Rest aus erschmelzungsbedingten Verunreinigungen und Aluminium.