DE3327657A1

DE3327657A1 - Verfahren zur herstellung von aluminium-verbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE3327657A1
Application number: DE19833327657
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Dr. 6909 Wiesloch Creydt; Rolf Dipl.-Ing. 6909 Rauenberg Pfoh
Original assignee: Kolbenschmidt AG
Current assignee: Kolbenschmidt AG
Priority date: 1983-07-30
Filing date: 1983-07-30
Publication date: 1985-02-07
Also published as: GB2144061A; GB8418872D0; FR2549758A1; GB2144061B

Description

Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Verbundwerkstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Verbundwerkstoffen durch Walzplattieren einer 0,5 bis 5 mm dicken Aluminiumschicht und einer 0,5 bis 10 mm dicken Stahlschicht mit einer Plattiergeschwindigkeit von 1,5 bis" 5 m/min bei einer Plattiertemperatur von 200 bis 400 ⁰C, vorzugsweise um 250 ⁰C.

Die Herstellung von Verbundwerkstoffen durch Walzplattieren, bei dem Platinen eines Grund- und Auflagemetalls beim gemeinsamen Auswalzen durch den Walzdruck durch Verschweißen miteinander zum Haften gebracht werden, ist seit vielen Jahren bekannt. Als Grundmetall dient normalerweise unlegierter, gut schweißbarer, weicher oder aber auch warmfester Stahl; als Auflagemetalle kommen Kupfer und Kupferlegierungen der verschiedensten Art, Nickel und Nickellegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen,. Silber und Silberlegierungen sowie legierte Stähle in Betracht. Plattiert werden Bleche, Bänder, Rohre, Stangen,

Drähte und Profile/ die überall dort eingesetzt werden/ wo die Herstellung aus dem Auflagemetall allein zu teuer ist und/- oder dessen mechanische Vierte konstruktiv zu niedrig sind/ wie Münzplättchen/ Thermobimetalle oder dergleichen. Inbesondere sind Verbundwerkstoffe bestehend aus auf Stahl aufplattierten Aluminiumlegierungen seit vielen Jahren vor allem in Form von Lagern im Einsatz. Dabei übernimmt die Aluminiumlegierung die Gleit- und der Stahl die Stützfunktion (DE-PS 706 655). Diese Verbundwerkstoffe eignen sich wegen ihrer großen Festigkeit für die Herstellung vergleichsweise sehr dünnwandiger Lagerschalen, wie etwa Pleuellager, sind allerdings bei relativ großer Verschleiß- und Druckbeanspruchung, z.B. infolge der beachtlich gestiegenen spezifischen Leistungen von Brennkraftmaschinen, den durch Sintern oder Aufgießen hergestellten Stahl-Bronze-Verbundwerkstoffen, bezüglich Druck- und Dauerfestigkeit/ unterlegen. Dieses nachteilige Verhalten ist darauf zurückzuführen, daß die Aluminiumlegierung im plattierten Zustand eine vergleichsweise niedrige Härte von 45 bis 55 HB besitzt. Eine Erhöhung der Härte durch eine spezielle Wärmebehandlung ist nicht möglich, da die bei einer Temperatur von etwa 500 ⁰C durchzuführende Homogenisierung, verbunden mit einer nachfolgenden Abschreckung und Warmauslagerung, zu einer Zerstörung der zwischen der Aluminiumlegierung und dem Stahl bestehenden Reibschweißverbindung führen würde.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu finden, durch die sich eine Aushärtung der Aluminiumlegierung im plattierten Zustand auf solche Werte einstellen läßt, die den entsprechenden Werten von Stahl-Bronze-Verbundwerkstoffen gleichwertig sind, ohne daß dadurch in irgendeiner Weise die Festigkeit der zwischen der Aluminiumlegierung und Stahl bestehenden Reibschweißverbindung beeinträchtigt wird.

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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß eine bandförmige aushärtbare Aluminiumlegierung bei Temperaturen von 450 bis 55O⁰C für eine Dauer von 0,5 bis 3 h homogenisiert, anschließend abgeschreckt, auf das Stahlband aufgewalzt und der Verbundwerkstoff unmittelbar bei Austritt aus dem Walzspalt abgeschreckt und gegebenenfalls für eine Dauer von 2 bis 10 h bei Temperaturen von 150 bis 250 ⁰C ausgelagert wird.

Zweckmäßigerweise werden als Reib- oder Lagerlegierungen geeignete Aluminiumlegierungen, vorzugsweise des Typs AlSil2CuNiMg, AlZn5PbCuMg, AlSn6Cu, AlSiISNiMg oder AlSi21CuNiMg, verwendet.

Das Walzplattieren erfolgt zweckmäßigerweise auf heißem Wege, d.h. bei Temperaturen über 200 ⁰C. In Fällen, in denen die Ermüdungsfestigkeit der Bindungszone von untergeordneter Bedeutung ist, reicht es aus, wenn das Walzplattieren auf kaltem Wege erfolgt.

Um das Einlaufen der aus einem erfindungsgemäß hergestellten Verbundwerkstoff gefertigten Lager zu erleichtern, wird auf die Aluminiumschicht eine wenige Mikrometer dicke Schicht aus PbSnCu, AlSn, AlPb oder Eisenphosphat aufgebracht.

Durch die erfindungsgemäßen Verfahrensmaßnahmen wird erreicht, daß die Härte der auf Stahl aufplattierten Aluminiumlegierung von 45 bis 55 HB auf Werte von 65 bis 85 HB gesteigert werden kann. Das bedeutet, daß damit die Härte von auf Stahl aufplattierte Bronzeschichten erreicht und teilweise übertroffen wird. ^!

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend näher und beispielhaft erläutert.

Ein Stahlband von 200 mm Breite und 3 mm Dicke wird einseitig aufgerauht, unter Schutzgas in einer Induktionsspule auf rd. 500⁰C erhitzt und dem Walzspalt zur WaIzplattie'rverformung zugeführt. Getrennt davon wird eine Aluminiumlegierung des Typs AlZn5PbCuMg oder AlSil2CuNiMg mit einer Dicke von 1,2 mm und einer Breite von 195 mm bei einer Temperatur von 510 ⁰C für die Dauer von 2 h nach einer Oberflächenaktivierung homogenisiert, abgeschreckt und gleichzeitig mit dem Stahlband dem Walzspalt zur Walzplattierverformung kalt zugeführt. Bei Austritt aus dem Walzspalt wird der Verbundwerkstoff abgeschreckt und dann bei einer Temperatur von 185 ⁰C für eine Dauer von 10 h ausgelagert. Die Härte der aufplattierten Aluminiumlegierung betrug 81 HB.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Verbundwerkstoffen durch Walzplattieren einer 0,5 bis 5 mm dicken, Aluminiumschicht und einer 0,5 bis 10 mm dicken Stahlschicht mit einer Plattiergeschwindigkeit von 1,5 bis 5 m/min bei einer Plattiertemperatur von 200 bis 400 ⁰C, vorzugsweise um 250 ⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß eine bandförmige aushärtbare Aluminiumlegierung bei Temperaturen von 450 bis 550⁰C für eine Dauer von 0,5 bis 3 h homogenisiert, anschließend abgeschreckt, auf das Stahlband aufgewalzt und der Verbundwerkstoff unmittelbar bei Austritt aus dem Walzspalt abgeschreckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff bei einer Temperatur von 150 bis 250 ⁰C für eine Dauer von 2 bis 10 h warm ausgelagert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer als Reib- oder Lagerlegierung geeigneten Aluminiumlegierung, vorzugsweise des Typs AlSil2CuNiMg, AlZn5PbCuMg, AlSn6Cu, AlSil8NiMg oder AlSi21CuNiMg.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüchen

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Aluminiumschicht eine wenige Mikrometer dicke Schicht, bestehend aus PbSnCu, AlSn, AlPb oder Eisenphosphat aufgebracht wird.