DE3642825C1 - Use of a copper-nickel-aluminium-tin alloy as a material for slide bearings - Google Patents
Use of a copper-nickel-aluminium-tin alloy as a material for slide bearingsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Kupfer-Nickel-
Aluminium-Zinn-Legierung als Gleitlagerwerkstoff.
Gestalt und Lagerwerkstoff sowie Betriebsbedingungen und Beanspruchungen
beeinflussen die technische Lebensdauer von
Gleitlagern. Von einem guten Lagerwerkstoff werden u. a. folgende
Eigenschaften verlangt: Hohe Verschleißfestigkeit, gute
Notlaufeigenschaften, gute Gleiteigenschaften, hohe Belastbarkeit,
hohe Wechselfestigkeit, gute Einbettfähigkeit, gute
Korrosionsbeständigkeit und geringe Neigung zum Verschweißen.
Als Gleitlagerwerkstoff wurden bisher Legierungen mit Guß-
oder Knetgefüge, u. a. Zinnbronze (z. B. CuSn8), Aluminiumbronze
(z. B. CuAl11Ni) oder Sondermessinge (z. B. CuZn31Si1,
CuZn40Al2) eingesetzt. Einige der o. g. Forderungen sind allerdings
gegensätzlicher Natur, so daß sie sich nicht in einem
einzigen Werkstoff verwirklichen lassen. Es muß daher jeweils
nach den vorliegenden Betriebsverhältnissen derjenige Lagerwerkstoff
gewählt werden, der die optimale Lösung ergibt.
Es besteht daher ein Bedarf an guten Lagerwerkstoffen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupferlegierung
vorzuschlagen, die insbesondere eine hohe Festigkeit
aufweist und durch deren Einsatz die Lebensdauer von Gleitlagern
verlängert wird.
Die Aufgabe wird überraschenderweise durch die Verwendung
einer Kupfer-Nickel-Aluminium-Zinn-Legierung gelöst, die aus
4 bis 10% Nickel, 1 bis 3% Aluminium, 1 bis 3% Zinn, Rest
Kupfer und üblichen Verunreinigungen, besteht (die Prozentangaben
beziehen sich dabei auf das Gewicht).
Die vorgeschlagene Legierung weist günstige Eigenschaftskombinationen
hinsichtlich Streckgrenze R p 0,2, Bruchfestigkeit R m ,
Bruchdehnung A₅ und Härte auf (Bestimmung von R p 0,2, R m und
A₅ nach DIN 50 145).
Die günstigen Auswirkungen hinsichtlich der Lebensdauer von
Gleitlagern werden noch an Hand eines Ausführungsbeispiels
erläutert.
Die Zusammensetzung von Kupferlegierungen der genannten Art
ist zwar aus der US-PS 20 61 897 bekannt, dort wird allerdings
nur der Einsatz der Kupferlegierung für korrosionsgefährdete
Leitungsrohre empfohlen.
Als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird die Verwendung einer
Kupfer-Legierung entsprechend der Zusammensetzung nach den
Ansprüchen 2 bis 7 empfohlen. Besonders günstige Verhältnisse
ergeben sich, wenn der Gleitlagerwerkstoff eine Streckgrenze R p 0,2,
von etwa 600 bis 950 N/mm², insbesondere 600 bis 850 N/mm²,
eine Bruchdehnung A₅ von 5 bis 20%, insbesondere 5 bis 15%,
und eine Brinell-Härte HB von mindestens 230 aufweist.
Die Erfindung wird an Hand des folgenden Ausführungsbeispiels
näher erläutert:
Es wurden Gußbolzen, bestehend aus 8,0 Gew.-% Nickel, 1,6
Gew.-% Aluminium und 1,7 Gew.-% Zinn, Rest Kupfer, im Stranggießverfahren
hergestellt. Nach einer homogenisierenden Glühung
zum Ausgleich von Konzentrations-Differenzen des Gußgefüges,
z. B. 700°C und 10 h Glühdauer wurden bei 850°C Rohre der
Abmessung 48×4 mm stranggepreßt und an der Presse mit Wasser
abgeschreckt. Nach Kaltumformung um etwa 40% relativer
Umformung an die Rohrabmessung 35×3 mm und dreistündiger
Wärmebehandlung bei 500°C standen für die Herstellung von
Gleitlager-Buchsen Vorrohre mit folgenden mechanischen Eigenschaften
zur Verfügung:
Streckgrenze R p 0,2810 N/mm²
Bruchfestigkeit R m 845 N/mm²
Bruchdehnung A₅7,0%
Brinell-Härte245 HB
Aus diesen Rohren wurden zum Vergleich des Werkstoffes mit
marktgängigen Lagerwerkstoffen Buchsen der Abmessung 34×2 mm
bei 20 mm Breite durch spangebende Bearbeitung hergestellt.
Es wurden jeweils ausschließlich Buchsen mit glatter Innenfläche
ohne Schmiernuten oder Fett-Taschen verwendet.
Die Vergleichsversuche mit gebräuchlichen Gleitlagerwerkstoffen
wurden an einer Lagerprüfmaschine durchgeführt, in der
das Gleitlager oszillierend zu einer feststehenden Welle bewegt
wird. Über einen Hebelmechanismus kann über diese Welle
eine einstellbare Belastungskraft in das zu prüfende Gleitlager
geleitet werden. Im Falle der Vergleichsversuche betrug
die Belastung 3330 N/cm² Buchsenbelastung. Es erfolgten
100 Wechsel/Minute bei einem Schwenkwinkel von ±80°.
Als Anfangsschmierung erhielten alle geprüften Gleitlager
eine einzige Füllung mit Lithium-verseiftem Schmierfett, die
im Verlaufe des Versuches anschließend nicht mehr ergänzt
wurde. Die Vergleichsversuche simulierten die Anlauf- und
Auslaufbedingungen in Gleitlagern, wobei fortwährend Übergänge
zwischen Stillstand und maximaler Gleitgeschwindigkeit
stattfinden.
Das Versuchsende war dann erreicht, wenn durch beginnendes
Fressen im Gleitlager auf den Wellenzapfen ein Drehmoment
übertragen wurde, das zum Abschalten der Maschine führte.
Die Vergleichsversuche wurden mit Werkstoffen nach folgender
Tabelle durchgeführt:
Buchsen-WerkstoffBrinell-Härte
HB
CuZn31Si 85
CuZn31Si142
CuSn8 95
CuSn8142
CuNi8AlSn245
Wellenwerkstoffe:
- 1.) Stahl St37 blank;
Rockwell-Härte B HRB=90/
Brinell-Härte HB=216
Wellenrauhigkeit: R z =5 bis 20 µm
(gezogene Oberfläche) - 2.) Kugellagerstahl 100 Cr6;
Rockwell-Härte C HRC=60
Wellenrauhigkeit: R z =2 bis 4 µm
(geschliffene Oberfläche)
Buchsenrauhigkeit:
- R z =2 bis 4 µm
(Bestimmung der Rauhigkeit R z nach DIN 4768)
Mit der erfindungsgemäß verwendeten Zusammensetzung (CuNi8AlSn) ergab
sich bei Verwendung der beiden o. g. Wellenwerkstoffe gegenüber
den anderen Lagerwerkstoffen eine Erhöhung der Lebensdauer
des Gleitlagers mindestens um den Faktor 10.
Claims (10)
1. Verwendung einer Kupfer-Nickel-Aluminium-Zinn-Legierung,
bestehend aus
- 4 bis 10% Nickel,
- 1 bis 3% Aluminium,
- 1 bis 3% Zinn,
- Rest Kupfer und übliche Verunreinigungen,
als Gleitlagerwerkstoff.
2. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 mit 7,5 bis
8,5% Nickel
für den Zweck nach
Anspruch 1.
3. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 mit
1,4 bis 1,8% Aluminium;
für den Zweck nach
Anspruch 1.
4. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 mit 7,5 bis
8,5% Nickel und 1,4 bis 1,8% Aluminium;
für den Zweck
nach Anspruch 1.
5. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 mit
1,4 bis 2,0% Zinn
für den Zweck nach Anspruch
1.
6. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 mit 7,5 bis
8,5% Nickel und 1,4 bis 2,0% Zinn;
für den Zweck
nach Anspruch 1.
7. Verwendung einer Kupferlegierung nach Anspruch 1 mit 7,5 bis
8,5% Nickel; 1,4 bis 1,8% Aluminium und 1,4 bis 2,0% Zinn;
für den Zweck
nach Anspruch 1.
8. Verwendung einer Kupferlegierung nach einem der Ansprüche 1
bis 7 als Gleitlagerwerkstoff, der eine Streckgrenze R p 0,2
von etwa 600 bis 950 N/mm², eine Bruchdehnung A₅ von
5 bis 15% und eine Brinell-Härte HB von mindestens 230
aufweist.
9. Verwendung einer Kupferlegierung nach einem der Ansprüche 1
bis 7 als Gleitlagerwerkstoff, der eine Streckgrenze R p 0,2
von etwa 600 bis 850 N/mm², eine Bruchdehnung A₅ von
5 bis 20% und eine Brinell-Härte HB von mindestens 230
aufweist.
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
PK | Publication date corrected |
Effective date: 19880121 |
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8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: "AUF DEM TITELBLATT DER PATENTSCHRIFT IST DER VEROEFFENTLICHUNGSTAG DER PATENTERTEILUNG ZU AENDERN IN 21.01.88" |
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