DE4038819A1

DE4038819A1 - Gleit- bzw. schiebelager

Info

Publication number: DE4038819A1
Application number: DE4038819A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Tanaka; Masaaki Sakamoto; Motomu Wada; Hideyuki Kidokoro; Yoji Nagai
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1989-12-05
Filing date: 1990-12-05
Publication date: 1991-06-06
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: JPH0737679B2; JPH03177598A; GB9026484D0; DE4038819C2; GB2239296A; US5056937A; GB2239296B

Description

Gegenstand der Erfindung sind Gleit- bzw. Schiebelager mit einer Metallrückseite aus austenitischem rostfreiem Stahl, insbesondere Gleit- bzw. Schiebelager, die eine hohe Festig keit und einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Es wird somit eine wirksame Gegenmaßnahme gegen die Reduktion der Interferenzteile eines Lagers bereitge stellt, wobei die Reduktion eine Folge der dünnwandigen Struktur eines Lagers ist sowie eine Leichtlegierungskon struktion eines Lagergehäuses.

Die Interferenzteile sind Teile des Lagers und sind notwen dig, um das Lager an einen Gußteil durch Druck zu fixieren. Insbesondere im Falle eines halben Gleit- bzw. Schiebelagers A ragt das Lager A vor dem Zusammenbau jeweils leicht aus den Hälften des Lagers B, wie durch "C" in Fig. 2A gezeigt, hervor. Die so projezierten Teile C werden als die Inter ferenzteile bezeichnet. Wenn das Lager A in zusammengebautem Zustand vorliegt, unterliegt das Lager A einer Kompression entsprechend der Menge der Interferenzteile C, wie in Fig. 2B gezeigt, und in diesem Zustand wird das Lager A an das Gußteil B durch Druck fixiert und nimmt eine echt zylindri sche Form an. Um die Menge der Interferenzteile C zu messen, wird ein Modell hergestellt, das einen Durchmesser, der dem inneren Durchmesser des Gußteils B identisch ist, besitzt, und jede Hälfte des Lagers A wird durch Druck an die innere Oberfläche des Modells unter einem vorbestimmten Druck ange paßt. Es wird gemessen, in welcher Länge das halbe Gleit- bzw. Schiebelager aus dem Modell hervorragt, und der Wert der gemessenen hervorragenden Länge wird als die Menge des Interferenzteils definiert.

Ein übliches Gleit- bzw. Schiebelager umfaßt eine Metallrück seite bzw. -stützschicht aus kohlenstoffarmem Stahl und eine Lagerlegierung, die mit der Metallrückseite bzw. -stütz schicht verbunden ist. Ein Lagergehäuse wird auch aus kohlen stoffarmem Stahl hergestellt. Daher besitzen die Metallrück seite und das Gehäuse einen analogen thermischen Ausdehnungs koeffizienten, und selbst wenn die Temperatur während des Betriebs des Lagers steigt, werden Lager und Gehäuse in inni gem Kontakt miteinander gehalten, wobei sich kein Spalt zwi schen ihnen ausbildet. Somit gab es da kein besonderes Pro blem.

Hinsichtlich eines Lagers mit einem großen Ende und eines Hauptlagers für einen internen Verbrennungsmotor wird das Lager mit einer großen Interferenz zusammengebaut, damit das halbe Gleit- bzw. Schiebelager in innigem Kontakt mit dem Lagergehäuse gehalten werden kann. Insbesondere in jüng ster Zeit wurden Lagergehäuse zunehmend aus Leichtmetall hergestellt, um eine leichtgewichtige Konstruktion des Motors bzw. der Maschine zu gestatten. In diesem Fall dehnt sich bei Hochtemperaturbedingungen das Gehäuse einer Aluminium legierung (thermischer Ausdehnungskoeffizient: 20×10^-6/°C) stärker aus als die Metallrückseite aus kohlenstoffarmem Stahl (thermischer Reexpansionskoeffizient: 13,5×10^-6/°C), so daß die Interferenz des Lagers vermindert wird. Daher kann das Lager der Deformation des Gehäuses, die durch einen Temperaturanstieg während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs verursacht wurde, nicht folgen, und als Ergebnis entwickelt sich ein Spalt zwischen den beiden. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, ist eine größere Interferenz erforderlich. Jedoch sind das Zurückschnellen der Metallrückseite aus kohlenstoffarmem Stahl und die Rigidität des Gehäuses be grenzt, und dies führt zu dem Problem, daß eine leichtge wichtige Konstruktion nicht leicht hergestellt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Gleit- bzw. Schiebelager bereitzustellen, das die obigen Probleme nach dem Stand der Technik löst.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Gleit- bzw. Schiebelager, insbesondere ein halbes Gleit- bzw. Schiebelager und eine zylindrische Lagerbüchse gelöst, das dadurch ge kennzeichnet ist, daß es
eine dreischichtige Metallrückseite aus einem rücksei tigen Metallteil aus austenitischem rostfreiem Stahl mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nicht weniger als 15×10^-6/°C, einer plattierten Bindeschicht, die auf dem rückseitigen Metallteil gebildet ist und eine Dicke von 0,05 bis 5 µm besitzt, und einer Plat tierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die auf der Bindeschicht gebildet ist und eine Dicke von 1 bis 20 µm besitzt; und
eine Legierungsschicht aus einer Kupfer-Blei-Legierung oder eine Blei-Bronze-Legierung, die auf der Metall rückseite gebildet ist und eine Dicke von 0,1 bis 2 mm besitzt, umfaßt.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß zur Lösung der obigen Probleme es wirksam ist, austenitischen rostfreien Stahl (thermischer Ausdehnungskoeffizient: 17,5×10^-6/°C) mit einer hohen Festigkeit und einem hohen thermischen Ausdeh nungskoeffizienten als Metallrückseite zu verwenden. Während des Betriebs eines internen Verbrennungsmotors erhöht sich die Temperatur des Lagerteils (150 bis 200°C), und die Me tallrückseite dehnt sich aus und kann der Deformation eines Gehäuses folgen. Daher ist eine große Interferenz beim Zu sammenbau des Lagers nicht notwendig, und die Metallrückseite kann der Ausdehnung des Gehäuses infolge der Wärme während des Betriebs folgen. Da die Metallrückseite eine hohe Festig keit besitzt, besitzt die Metallrückseite einen erhöhten Widerstand gegenüber Reibungskorrosion, und die Ermüdungsbe ständigkeit der Legierung ist ebenfalls erhöht. Daher kann ein Gehäuse für ein Lager mit einem großen Ende und ein Hauptlager leichtgewichtig sein.

Da jedoch die Oberfläche aus rostfreiem Stahl mit einem dün nen und starken Oxidfilm bedeckt ist, ist es schwierig, eine gute Bindung zwischen dem rostfreien Stahl und der Lager legierung zu erzielen. Ferner wird der rostfreie Stahl einer kraftinduzierten Martensit-Transformation durch das Walzen eines Bimetalls vor oder nach dem Sinterverfahren unterwor fen, so daß der rostfreie Stahl einer Verfestigung unter liegt, wodurch die manuelle oder maschinelle Bearbeitbarkeit schwierig wird.

Um die obige Schwierigkeit zu überwinden, wird erfindungs gemäß, wenn das gesinterte Bimetall aus einer Kupfer-Blei- Legierung oder einer Blei-Bronze-Legierung mit der Metall rückseite aus austenitischem rostfreiem Stahl gebildet wer den soll, Kupfer auf den rostfreien Stahl plattiert, um eine positivere Bindung zu erzielen, und anschließend wird die Kupfer-Blei-Legierung oder die Blei-Bronze-Legierung gesin tert. Die Oberfläche des rostfreien Stahls ist mit einem dünnen und starken Oxidfilm bedeckt. Erfindungsgemäß wird zur Entfernung dieses Oxidfilms Co oder Ni der Salzsäure zugesetzt, und anschließend wird eine kathodische Elektro lyse durchgeführt, um die Bindeschicht aus Co oder Ni zu bilden, und anschließend wird die Kupferplattierung durch geführt. Anschließend wird ein übliches Sintern (das ähnlich einem Sintern, das auf einem Kupfer-plattierten kohlenstoff armen Stahl vorgesehen ist), durchgeführt, um das ge sinterte Bimetall mit guten Bindeeigenschaften zu ergeben.

Erfindungsgemäß wird, um die Verfestigung, die infolge des Walzens eintritt, zu minimieren, ein austenitischer rost freier Stahl, der 10,5 bis 16% Ni und 0,5 bis 4% Mn ent hält, verwendet. Ni und Mn verhindern die kraftinduzierte Martensit-Transformation. Daher unterliegt das Bimetall nicht stark einer Verfestigung durch das Walzen des Bimetalls vor oder nach dem Sinterverfahren, und daher können, wenn das Bimetall zu einem halben Gleit- bzw. Schiebelager oder einer Lagerbüchse geformt werden soll, das Pressen und Schneiden des Bimetalls leicht durchgeführt werden.

In dem erfindungsgemäßen Lager besteht die Metallrückseite aus austenitischem rostfreiem Stahl und diese Metallrückseite besitzt einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, und dehnt sich infolge einer Temperaturerhöhung während des Betriebs aus, so daß die Metallrückseite der Ausdehnung des Leichtlegierungsgehäuses folgen kann. Daher ist eine große Interferenz beim Zusammenbau des Lagers nicht nötig, und das Lager kann in innigerem Kontakt mit dem Gehäuse während des Betriebs gehalten werden, und das Lager wird selbst wäh rend einer Hochgeschwindigkeitsrotation nicht vibrieren, wodurch die Ermüdungsbeständigkeit des Lagers erhöht wird.

Da jedoch die Oberfläche des austenitischen rostfreien Stahls mit einem dünnen und starken Oxidfilm bedeckt ist, ist es unmöglich, die Lagerlegierung direkt darauf anzubringen. Daher werden Co oder Ni der Salzsäure zugesetzt, und an schließend wird eine Kathodenelektrolyse durchgeführt, um die Bindeschicht aus Co oder Ni auf diesem rostfreien Stahl zu bilden. Die Untergrenze der Dicke dieser Bindeschicht beträgt 0,05 µm, um sicherzustellen daß Co oder Ni einen stabilen Film bilden können und daß eine positive Bindung erreicht werden kann. Die Obergrenze der Bindeschicht be trägt 5 µm aus ökonomischen Gründen. Cu wird leicht auf diese Bindeschicht plattiert. Die Kupfer-Blei-Legierung oder die Blei-Bronze-Legierung wird auf diese Kupferplattierungs schicht gesintert, und dadurch kann eine positive Bindung, wie bei einem üblichen Sintern auf einem Kupfer-plattierten kohlenstoffarmen Stahl erreicht wird, erzielt werden.

Die Untergrenze der Dicke der Kupferplattierungsschicht be trägt 1 µm, so daß eine positive Bindung erzielt wird, und die Obergrenze dieser Dicke beträgt 20 µm aus ökonomischen Gründen.

Die Bindeschicht besteht aus Co, Ni oder einer Legierung davon. Co-Cu unterliegt weniger der Diffusion als Ni-Cu, und erzielt eine exzellente Bindung. Bevorzugt werden Co und eine Legierung davon verwendet.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des Bimetalls wird das Walzen durchgeführt, um zu verhindern, daß sich Poren wäh rend des Sinterns entwickeln und auch zum Zweck der Sortie rung nach Größe. Der austenitische rostfreie Stahl wird einer kraftinduzierten Martensit-Transformation durch das Walzen unterworfen, so daß dieser Stahl stark an Härte zunimmt.

Das Bimetall wird einer Druckoperation und einer Schneide operation unterworfen, wenn das Bimetall zu dem Lager ver arbeitet wird. Jedoch ist es schwierig, solchen Stahl zu bearbeiten, und das entstandene Werkstück besitzt eine kurze Lebenszeit, und es ist unökonomisch. Daher wird erfindungs gemäß ein austenitischer rostfreier Stahl, der 10,5 bis 16% Ni und 0,5 bis 4% Mn enthält, verwendet. Ni und Mn dienen dazu, den Austenit zu stabilisieren und zu verhindern, daß sich eine kraftinduzierte Martensit-Transformation während der Bearbeitung entwickelt. Die Untergrenze des Ni-Gehalts beträgt 10,5%, so daß der Austenit stabilisiert wird, und die Obergrenze beträgt 16% aus ökonomischen Gründen. Die Untergrenze für den Mn-Gehalt beträgt 0,5% zur Stabilisie rung des Austenits, und die Obergrenze beträgt 4%, da eine unzweckmäßig erhöhte Menge an Mn den Stahl spröde macht.

Somit werden erfindungsgemäß die Vorteile erreicht, daß die Härtung der Metallrückseite minimiert wird, und daß die manu elle oder maschinelle Bearbeitbarkeit des Gleit- bzw. Schie belagers erleichtert wird.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine vertikale Querschnittsansicht eines Gleit- bzw. Schiebelagers gemäß vorliegender Erfindung; und

Fig. 2A und 2B Ansichten, die die Art der Fixierung des Lagers an ein Gußteil zeigen.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand des folgenden Bei spiels näher erläutert, gemäß welchem ein Lager, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, hergestellt wurde, wobei das Lager eine Metallrückseite 1, eine Bindeschicht 2, eine Kupferplattie rungsschicht 3 und eine Lagerlegierungsschicht 4 umfaßt.

Beispiel

Eine Metallrückseite aus austenitischem rostfreiem Stahl (SUS316L) mit einer Dicke von 1,2 mm wurde entfettet und anschließend in Salzsäure (Konzentration: 100 ml/l) einge bracht, welcher Kobaltchlorid in einer Menge von 200 g/l zugesetzt war. Anschließend wurde eine Kathodenelektrolyse durchgeführt, um eine Aktivierungsbehandlung zu erzielen und eine Bindeschicht aus Co mit einer Dicke von 2 µm wurde auf der Metallrückseite gebildet. Anschließend wurde eine Cu-Schicht mit einer Dicke von 10 µm auf der Bindeschicht durch Plattieren gebildet. Der Ausdruck Kathodenelektrolyse bedeutet, daß die Elektrolyse unter Verwendung der Metall rückseite als Kathode durchgeführt wurde. Die Kathodenstrom dichte betrug 5 A/dm², und die Temperatur des Elektrolyten betrug 25°C, und die Elektrolysezeit betrug 3 Minuten. Das Kupferplattieren war ein übliches Kupfercyanidplattieren, und die Plattierungslösung enthielt Kupfercyanid (70 g/l) und freies Kaliumcyanid (18 g/l). Die Kathodenstromdichte betrug 6 A/dm², und die Temperatur der Plattierungslösung betrug 70°C, und die Plattierungszeit betrug 8 Minuten.

Anschließend wurde Kupfer-Blei-Legierungspulver (Cu-25% Pb) mit einer Teilchengröße von -100 mesh auf die Metallrück seite gesintert, um ein Bimetall mit einer Dicke von 1,6 mm zu ergeben. Dieses Legierungspulver wurde unter denselben Bedingungen, wie sie für ein Sintern auf einer üblichen Kupfer-plattierten kohlenstoffarmen Stahlmetallrückseite verwendet werden, gesintert. Genauer, ein primäres Sintern (Temperatur: 820°C), ein primäres Walzen (Walzrate: 1%), ein sekundäres Sintern (Temperatur: 820°C) und ein sekun däres Walzen (Walzrate: 4%) wurden durchgeführt, um dadurch das Bimetall zu erzeugen.

Die physikalischen Eigenschaften des so erzeugten Bimetalls sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Scherfestigkeit des erfin dungsgemäßen Bimetalls war im allgemeinen die gleiche, wie die von üblichen (Vergleichs-) Bimetallen, die jeweils eine gesinterte Schicht, gebildet auf einer kohlenstoffarmen Stahl-Metallrückseite besaßen. Das übliche Bimetall, bei dem SUS304 als Metallrückseite verwendet worden war, hatte eine stark erhöhte Härte infolge der Verfestigung. Das er findungsgemäße Bimetall besaß jedoch keine so erhöhte Härte und konnte leicht manuell oder maschinell bearbeitet werden.

Das Bimetall wurde zu einem halben Gleit- bzw. Schiebelager durch manuelles oder maschinelles Bearbeiten geformt, und anschließend wurde eine Deckschicht darauf angebracht, und anschließend wurde das halbe Gleit- bzw. Schiebelager einer Funktionsprüfung unterworfen. Hinsichtlich der üblichen Pro dukte hatte die Oberfläche des Lagers der Metallrückseite einen ernsthaften Reibungskorrosionsschaden erlitten (was ein derartiges Phänomen ist, daß als Ergebnis der unzurei chenden Interferenz Mikrovibrationen zwischen den Metallen an der rückwärtigen Lageroberfläche oder der Verbindungs zwischenschicht der Metallrückseite auftreten, wobei wieder holt Oberflächen-Mikrooxidation und Trennung verursacht wer den), und außerdem war die Ermüdungserscheinung der Legie rungsoberfläche groß. Dies ist eine Folge der Tatsache, daß das Lager keine ausreichende Interferenz, bezogen auf das leichtgewichtige Gehäuse, hatte, so daß das Lager während einer Hochgeschwindigkeitsrotation vibrierte, wodurch der Schaden verursacht wurde. Andererseits zeigte das erfindungs gemäße Produkt keine Abnormalität und zeigte ein gutes Be triebsverhalten.

Tabelle 1

Erfindungsgemäß wird der austenitische rostfreie Stahl der Aktivierungsbehandlung zur Entfernung eines dünnen und star ken Oxidfilms auf diesem Stahl unterworfen, und anschließend wird die Bindeschicht aus Co oder Ni auf den Stahl plattiert, und anschließend wird die Kupferplattierung auf die Binde schicht aufgebracht, und schließlich wird die Kupfer-Blei- Legierung oder die Blei-Bronze-Legierung auf diese Kupfer plattierungsschicht durch Sintern aufgebracht. Nach diesem Verfahren wird eine positive Bindung erreicht. Ferner be steht die Metallrückseite aus dem austenitischen rostfreien Stahl, wodurch die Verfestigung minimiert wird und enthält 10,5 bis 16% Ni und 0,5 bis 4% Mn, Elemente (Ni und Mn), die die kraftinduzierte Martensit-Transformation verhindern, und daher kann das Bimetall leicht manuell oder maschinell bearbeitet werden. Ferner besitzt die Metallrückseite einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der charakteri stisch für austenitischen rostfreien Stahl ist, und daher dehnt sich die Metallrückseite infolge einer Temperaturer höhung während des Betriebs aus und folgt der Ausdehnung des Leichtlegierungsgehäuses. Daher ist keine große Inter ferenz beim Zusammenbau des Lagers erforderlich, und das Lager wird in innigerem Kontakt mit dem Gehäuse während des Betriebs gehalten, und das Lager vibriert nicht selbst wäh rend einer Hochgeschwindigkeitsrotation, wodurch die Ermü dungsbeständigkeit des Lagers erhöht wird. Vorteilhaftere Wir kungen können erzielt werden, besonders wenn große Inter ferenz infolge des leichtgewichtigen und wenig starren Ge häuses nicht erhalten werden kann. Der Gegenstand der vor liegenden Erfindung ist nicht auf das halbe Gleit- bzw. Schiebelager beschränkt und kann auch auf eine Lagerbüchse angewendet werden. Eine übliche Lagerbüchse wird durch Druck in ein Gehäuse mit einer großen Druckanpassungs-Interferenz angepaßt. Das erfindungsgemäße Lager kann zufriedenstellend dem wenig starren Gehäuse, in welches die Lagerbüchse nicht durch Druck mit einer großen Druckanpassungs-Interferenz angepaßt werden kann, folgen, weil sich das Gehäuse während eines Hochtemperaturbetriebs stark ausdehnt. Daher ist die geforderte Druckanpassungs-Interferenz gering, und dies er möglicht eine leichtgewichtige Konstruktion des Gehäuses.

Claims

1. Gleit- bzw. Schiebelager, insbesondere ein halbes Gleit- bzw. Schiebelager und eine zylindrische Lagerbüchse, dadurch gekennzeichnet, daß es
eine dreischichtige Metallrückseite aus einem rücksei tigen Metallteil aus austenitischem rostfreiem Stahl mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nicht weniger als 15×10^-6/°C, einer plattierten Binde schicht, die auf dem rückseitigen Metallteil gebildet ist und eine Dicke von 0,05 bis 5 µm besitzt, und einer Plattierungsschicht aus Cu oder einer Cu-Legierung, die auf der Bindeschicht gebildet ist, und eine Dicke von 1 bis 20 µm besitzt; und
eine Legierungsschicht aus einer Kupfer-Blei-Legierung oder einer Blei-Bronze-Legierung, die auf der rückseiti gen Platte gebildet ist und eine Dicke von 0,1 bis 2 mm besitzt, umfaßt.

2. Gleit- bzw. Schiebelager nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die plattierte Bindeschicht aus einem Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Co, Ni und einer Legierung davon, besteht.

3. Gleit- bzw. Schiebelager nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß der austeniti sche rostfreie Stahl, der den rückseitigen Metallteil aus macht, 10,5 bis 16% Ni und 0,5 bis 4% Mn enthält, wobei Ni und Mn eine kraftinduzierte Martensit-Transformation ver hindern, und wobei die Verfestigung des austenitischen rost freien Stahls gering ist.