DE4204140A1

DE4204140A1 - Mehrschichtiges gleitmaterial fuer hochgeschwindigkeitsmotoren und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE4204140A1
Application number: DE4204140A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Tanaka; Masaaki Sakamoto; Motomu Wada; Koichi Yamamoto; Hideo Ishikawa; Youji Nagai; Kenji Sakai
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1991-02-20
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 1992-08-27
Also published as: KR920016735A; US5328772A; JPH0539811A; GB2253016B; JP2595386B2; GB2253016A; KR950005846B1; GB9203696D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gleitlager und insbesondere auf Gleitlager, die ein ausreichend gutes ver halten unter Bedingungen mit einer Erhöhung der Temperatur des Schmieröls und einer Zunahme der Trägheit des Lagers, die auf das Lagergehäuse wirkt, zeigen, wobei beides durch die erhöhte Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors als Folge der in letzter Zeit erfolgten Leistungszunahme dieser Motoren verursacht wird.

Ein herkömmliches mehrschichtiges Gleitmaterial bzw. -element für Gleitlagermetalle zur Verwendung in Verbrennungsmotoren, wobei das Metall eine Mehrschichtstruktur aus einem Stahl stützmetall, einer Kupfer-Blei-Lagerlegierungsschicht und ei ner Bleilegierungsauflage hat, wurde im großen Umfang für stark beanspruchte Hochgeschwindigkeitsverbrennungsmotoren verwendet. Es ist erforderlich, daß das Stützmetall dem Bela stungswiderstand des Lagers gerecht wird. Die Auflage muß die Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß, die anfängli che Verträglichkeit, die Einbettbarkeit von Fremdmaterial und die Korrosionsbeständigkeit des Lagers gewährleisten. Die La gerlegierungsschicht umfaßt eine Legierung auf der Grundlage von Cu (Kupfer) und Pb (Blei), oder auf der Grundlage von Cu, Sn (Zinn) und Ph. Die Auflage enthält eine Legierung auf der Grundlage von Ph und Sn, oder auf der Grundlage von Ph, Sn und Sb (Antimon), oder auf der Grundlage von Pb, Sn und Cu, oder auf der Grundlage von Pb, Sn und In (Indium). Eine Plat tierung aus Ni (Nickel) oder desgleichen wird oft sandwichar tig zwischen die Auflage und die Lagerlegierungsschicht ein gefügt, um zu verhindern, daß Sn etc. von der Auflage in die Lagerlegierungsschicht während des Betriebs des Motors dif fundiert. Die Oberfläche des Gleitlagers kann eine 10 µm oder weniger dicke Plattierungsschicht aus Sn oder desgleichen zur Verhinderung der Korrosion besitzen.

In letzter Zeit besteht eine Tendenz, die Rotationsgeschwin digkeit von Automobil-Verbrennungsmotoren zu erhöhen, als Teil der Mittel zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Ver brennungsmotoren, insbesondere von Automobil-Verbrennungsmo toren. Dies führt zu einer Erhöhung der Temperatur des Schmieröls und es entstehen unter Bedingungen mit hoher Ge schwindigkeit und hoher Temperatur des Automooil-Verbren nungsmotors solche Probleme, wie das Abwetzen und der starke Abrieb der Auflage im Fall eines herkömmlichen Mehrschicht gleitmaterials, das eine Bleilegierungsauflage, eine Kupfer- und Blei-Lagerlegierung, und ein Stahlstützmetall umfaßt. Deshalb ist ein Gleitmaterial mit einer erhöhten Beständig keit gegen den fressenden Verschleiß und einer erhöhten Ab riebbeständigkeit unter den Bedingungen mit hoher Geschwin digkeit und hoher Temperatur erforderlich.

Zusätzlich kann die Hochgeschwindigkeitsrotation des Motors das Lagergehäuse durch die Trägheit des Motors deformieren. Diese Deformation verursacht eine Reibungskorrosion an der hinteren Oberfläche des Lagers. Um die Reibungskorrosion zu verhindern, ist es für das Stahlstützmetall des Lagers erfor derlich, steif bzw. starr und zäh zu sein, oder das übermaß des Stützmetalls wird, bezogen auf das Lagergehäuse, groß ge halten, um den Adhäsionsgrad bzw. den Grad der Bindung dazwi schen zu erhöhen, während gleichzeitig eine erhöhte Festig keit aufrechterhalten wird, um die Belastung auszuhalten, die auftritt, wenn das Lager in das Lagergehäuse eingepaßt wird.

Eine durch die größere Rotationsgeschwindigkeit des Motors verursachte erhöhte Umgehungstemperatur des Lagers wird wegen der Erhöhung der Schmieröltemperatur schwerwiegender. Deshalb ist es für die Auflage erforderlich, eine überlegene Wärmebe ständigkeit zu besitzen und aus solchen Bestandteilen aufge baut zu sein, daß eine Reaktionsschicht an der Grenze zwi schen der Auflage und der darunter liegenden Schicht kaum auftreten kann, wobei diese Reaktionsschicht das Abwetzen der Auflage verursacht. Weiterhin ist eine Lagerlegierung mit ei ner hohen thermischen Leitfähigkeit erwünscht, die ausreicht, um die Wärme schnell vom Lager abzuführen.

Die Erfindung wurde gemacht, um insbesondere die Beständig keit gegen den fressenden Verschleiß eines Gleitlagers zu verbessern, indem die physikalischen Eigenschaften einer je den Schicht des mehrschichtigen Gleitmaterials auf einen Hochgeschwindigkeits-Verbrennungsmotor anwendbar gemacht wur den. Aufgabe der Erfindung ist es, ein mehrschichtiges Gleit material für Hochgeschwindigkeitsmotoren mit einer hohen Be ständigkeit gegen fressenden Verschleiß bei hoher Geschwin digkeit und hoher Temperatur, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, während gleichzeitig im wesentlichen derselbe Lastwiderstand und dieselbe Ermüdungsbeständigkeit wie bei einem herkömmlichen mehrschichtigen Gleitmaterial für das Gleitlager aufrechterhalten werden, bereitzustellen.

Die erfindungsgemäße Kombination von stofflicher Zusammenset zung und ausgewählten physikalischen Eigenschaften der Schichten des Hochgeschwindigkeits-Mehrschichtgleitmaterials für Gleitlager im Betrieb in Verbrennungsmotoren löst die Aufgabe.

Das erfindungsgemäße Mehrschichtgleitmaterial für Hochge schwindigkeitsmotoren umfaßt eine vierschichtige Struktur, welche ein Stahlstützmetall, eine an das Stahlstützmetall ge bundene Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferle gierung, eine an die Plattierungsschicht gebundene Cu-Pb-La gerlegierungsschicht und eine an die Lagerlegierungsschicht gebundene Auflage aus einer Bleilegierung enthält, wobei das Stahlstützmetall eine Vickers-Härte von 155 oder mehr und eine 0,2%-Elastizitätsgrenze von 42 kp/mm² oder mehr hat, die Cu-Pb-Lagerlegierungsschicht eine thermische Leitfähig keit von 0,25 cal/cm·s·°C oder mehr, eine Vickers-Härte von 75 oder mehr und eine Zugfestigkeit von 18 kp/mm² oder mehr besitzt, die Bleilegierung dem Gewicht nach aus 2 bis 8% Sn und 3 bis 11% In und zum Rest aus Blei und erschmel zungsbedingten Verunreinigungen besteht und der Schmelzbeginn bei einer höheren Temperatur als 250°C liegt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Mehr schichtgleitmaterials für Hochgeschwindigkeitsmotoren ist durch die Stufe der Wiederholung von Sintern und Walzen eines Kupfer-Blei-Zinn-Lagerlegierungspulvers, das über das Stahl stützmetall ausgebreitet ist, welches eine daran gebundene Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweist, wodurch ein Bimetall hergestellt wird, und wobei das Sintern und Walzen in der Weise ausgeführt wird, daß das Gesamtreduktionsverhältnis des wiederholten Walzens 7 bis 35%, bezogen auf die Anfangsdicke des Stahlstützmetalls, be trägt, gekennzeichnet. Schließlich hat das Stützmetall eine Vickers-Härte von 155 oder mehr und eine 0,2%-Elastizitäts grenze von 42 kp/mm² oder mehr, und die Lagerlegierung hat eine Vickers-Härte von 75 oder mehr und eine Zugfestigkeit von 18 kp/mm² oder mehr.

Das Stützmetall besitzt eine Starrheit, entsprechend einer Vickers-Härte von 155 oder mehr und eine Zähigkeit, entspre chend einer 0,2%-Elastizitätsgrenze von 42 kp/mm² oder mehr, um ein großes Übermaß zu erlauben, wenn das Lager in das La gergehäuse eingepaßt wird, um das Auftreten einer Reibungs korrosion auf der hinteren Oberfläche des Stützmetalls zu vermeiden, wenn das Lagergehäuse durch Trägheitskräfte defor miert wird und um die Festigkeit der Anpassung (Adhäsion bzw. Bindung) des Lagers und des Lagergehäuses zu erhöhen.

Die Lagerlegierungsschicht hat eine thermische Leitfähigkeit von 0,25 cal/cm·s·°C, um die an der Gleitfläche des La gers auftretende Wärme schnell durch die Lagerlegierungs schicht und das Stützmetall zu dem Lagergehäuse zum Zwecke der Wärmeabgabe zu überführen und dadurch die Beständigkeit des Lagers gegen den fressenden Verschleiß zu erhöhen. Die Lagerlegierungsschicht hat auch eine Vickers-Härte von 75 oder mehr und eine Zugfestigkeit von 18 kp/mm² oder mehr, um im wesentlichen die Abriebbeständigkeit davon gleich der von Lagern nach Stand der Technik zu machen. Weiterhin begrenzt die Lagerlegierung der Lagerlegierungsschicht den Gehalt an Sn, das die thermische Leitfähigkeit der Lagerlegierung er niedrigt, auf 0,5 bis 2,0 Gew.-%, um die thermische Leitfä higkeit davon zu erhöhen.

Die Bleilegierung der Auflage ist erforderlich, um die Tempe ratur des Schmelzbeginns zu erhöhen, um dadurch ein Abwetzen in der Auflage bei hohen Temperaturen zu verhindern. Ganz allgemein müssen die Mengen an Sn und In in der Bleilegierung erniedrigt werden, um die Temperatur des Schmelzbeginns der Bleilegierung zu erhöhen. Aber der Gehalt an Sn wird im Hin blick auf die Wechselbeziehung zwischen Abriebbeständigkeit und Korrosionsvermeidung, im Bereich von 2 bis 8 Gew.-% und der Gehalt an In im Bereich von 3 bis 11 Gew.-% gewählt, so daß die Temperatur des Schmelzbeginns 250°C übersteigt. Weil die Auflage keine dicke Reaktionsschicht an der zwischen der Auflage und der darunterliegenden Schicht definierten Grenze verursacht, wobei die reaktive Schicht aufgrund der thermi schen Diffusion von Sn und In bei hoher Temperatur auftreten kann, ist es dadurch möglich, das Auftreten einer Abwetzung in der Auflage zu verhindern.

Das Mehrschichtgleitmaterial mit vier Schichten besitzt eine überlegene Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß und hat im wesentlichen die gleiche Abriebbeständigkeit und Er müdungsbeständigkeit wie herkömmliche Mehrschichtgleitmate rialien für Gleitlager und stellt dadurch ein überlegenes La germaterial für Hochgeschwindigkeits-Verbrennungsmotoren dar.

Das erfindungsgemäße Mehrschichtgleitmaterial besitzt eine 1 bis 10 µm dicke Plattierung aus Kupfer oder einer Kupferle gierung an der Grenze zwischen dem Stützmetall und der Lager legierungsschicht, wobei die Plattierung die Bindungsstärke des Stützmetalls und der Lagerlegierungsschicht erhöht.

Das erfindungsgemäße Mehrschichtgleitmaterial hat auch eine 5 µm oder weniger dicke Plattierung aus Ni, Co (Cobalt), Ag (Silber) oder einer Legierung davon an der Grenze zwischen der Lagerlegierungsschicht und der Auflage, wobei diese Plat tierung verhindert, daß Sn und In von der Auflage in die La gerlegierungsschicht diffundiert, wodurch sie die Abriebbe ständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Auflage auf rechterhält. Die Oberflächen der Auflage und des Stützmetalls haben 3 µm oder weniger, dicke Plattierungen aus Sn, Pb oder einer Legierung davon, die auf ihnen gebildet werden, um eine Korrosion zu verhindern.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Mehr schichtgleitmaterials für Hochgeschwindigkeitsmotoren umfaßt durch die Stufe der Wiederholung von Sintern und Walzen eines Kupfer-Blei-Zinn-Lagerlegierungspulvers, das über das Stahl stützmetall ausgebreitet ist, welches eine daran gebundene Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweist, wodurch ein Bimetall hergestellt wird, wobei das Sintern und Walzen in der Weise ausgeführt wird, daß das Ge samt-Reduktionsverhältnis des wiederholten Walzens 7 bis 35%, bezogen auf die Anfangsdicke des Stahlstützmetalls, be trägt. Schließlich besitzt das Stützmetall eine Vickers-Härte von 155 oder mehr und eine 0,2%-Elastizitätsgrenze von 42 kp/mm² oder mehr und die Cu-Pb-Sn-Lagerlegierungsschicht be sitzt eine Vickers-Härte von 75 oder mehr und eine Zugfestig keit von 18 kp/mm² oder mehr.

Im folgenden werden die Gründe für die Begrenzungen der Ele mente des erfindungsgemäßen Mehrschichtgleitmaterials für Hochgeschwindigkeitsmotoren und das Verfahren zu deren Her stellung angegeben.

1. Stahlstützmetall
- i) Härte: 155 oder mehr Vickers-Härte
  Beträgt die Vickers-Härte des Stützmetalls weniger als 155, dann wird eine leichte Deformation in dem Lagergehäuse während der Hochgeschwindigkeitsrota tion des Motors auftreten, mit dem Ergebnis, daß eine Reibungskorrosion an der hinteren Oberfläche des Stützmetalls verursacht wird.
- ii) 0,2%-Elastizitätsgrenze: 42 kp/mm² oder mehr
  Beträgt die 0,2%-Elastizitätsgrenze des Stützme talls weniger als 42 kp/mm², verursacht ein großes übermaß, das vorgesehen ist, wenn das Lager in das Lagergehäuse eingepaßt wird, einen Halt des Lagers, so daß die Festigkeit der Anpassung (Adhäsion bzw. Bindung) des Lagers und des Lagergehäuses während des Betriebs des Motors abnimmt.
2. Kupfer- und Bleilegierung der Lagerlegierungsschicht
- i) Thermische Leitfähigkeit: 0,25 cal/cm·s·°C
  Falls die thermische Leitfähigkeit der Cu-Pb-Lager legierungsschicht weniger als 0,25 cal/cm·5·°C beträgt, ist die Lagerlegierungsschicht unzurei chend, um die Wärme schnell von der Gleitfläche des Lagers zum Stützmetall und weiter zum Lagergehäuse zu überführen und dadurch die Wärme abzugeben, so daß die Beständigkeit gegen den fressenden Ver schleiß des Lagers schlechter wird.
- ii) Härte: 75 oder mehr Vickers-Härte
  Falls die Vickers-Härte der Cu-Ph-Lagerlegierungs schicht weniger als 75 beträgt, dann hat die Cu-Pb- Lagerlegierungsschicht eine unzureichende Festig keit und deshalb hat ein entsprechendes Lager eine schlechte Ermüdungsbeständigkeit.
- iii) Zugfestigkeit: 18 kp/mm² oder mehr
  Wenn die Zugfestigkeit der Cu-Pb-Lagerlegierungs schicht weniger als 18 kp/mm² beträgt, hat die Cu-Pb-Lagerlegierungsschicht eine unzureichende Fe stigkeit, was zu einer schlechten Ermüdungsbestän digkeit führt.
- iv) Pb-Gehalt 15 bis 30 Gew.-%
  Beträgt der Gehalt an Blei weniger als 15 Gew.-%, hat die Cu-Pb-Lagerlegierungsschicht eine schlechte Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß und eine schlechte Einbettbarkeit für fremdes Material. Übersteigt er andererseits 30 Gew.-%, hat die Cu-Pb-Lagerlegierungsschicht eine schlechte Festigkeit und eine schlechte Ermüdungsbeständigkeit.
- v) Sn-Gehalt von 0,5 bis 2,0 Gew.-%
  Wenn der Gehalt an Sn weniger als 0,5 Gew.-% be trägt, hat die Cu-Pb-Lagerlegierungsschicht eine schlechte Festigkeit und eine schlechte Korrosions beständigkeit. Übersteigt er andererseits 2,0 Gew.-%, hat die Cu-Pb-Lagerlegierungsschicht eine schlechte thermische Leitfähigkeit und deshalb eine schlechte Beständigkeit gegenüber fressendem Ver schleiß.
3) Bleilegierungsauflage
- i) Sn-Gehalt von 2 bis 8 Gew.-%
  Beträgt der Gehalt an Sn weniger als 2 Gew.-%, hat die Auflage eine schlechte Festigkeit und eine schlechte Abriebbeständigkeit. Übersteigt er an dererseits 8 Gew.-%, wird die Temperatur des Schmelzbeginns der Auflage niedrig, und zwar wegen der Wechselbeziehung der Gehalte von Sn und In mit dem Ergebnis, daß die Bestandteile der Auflage sehr stark in die Grenzschicht zwischen der darunterlie genden Schicht und der Auflage diffundieren, so daß eine reaktive Schicht auftreten kann und die Abwet zung in der Auflage verursacht, was in einer schlechten Beständigkeit des Lagers gegenüber dem fressenden Verschleiß resultiert.
- ii) In-Gehalt von 3 bis 11 Gew.-%
  Wenn der Gehalt an In weniger als 3 Gew.-% beträgt, wird die Korrosionsbeständigkeit der Auflage schlecht, wobei die Beständigkeit durch das gemein same Vorliegen von In und Sn bewirkt wird. Über steigt er andererseits 11 Gew.-%, erniedrigt sich die Temperatur des Schmelzbeginns der Auflage wegen der Wechselwirkung der Mengen von Sn und In mit dem Ergebnis, daß die Bestandteile der Auflage heftig in die Grenze zwischen der darunterliegenden Schicht und der Auflage diffundieren, so daß wahr scheinlich eine reaktive Schicht auftritt, die die Abwetzung der Auflage verursacht und was zu einer schlechten Beständigkeit des Lagers gegen den fres senden Verschleiß führt.
4. Plattierung aus Kupfer oder einer Kupferlegierung an der Grenze zwischen Stützmetall und Lagerlegierungsschicht
Dicke: 1 bis 100 µm
Diese Plattierung ist zwischen dem Stützmetall und der Lagerlegierungsschicht vorgesehen, um unter der Bedingung einer erhöhten Rotationsgeschwindigkeit eine stabile ad häsive (bindende) Festigkeit des Stützmetalls und der La gerlegierungsschicht sicherzustellten und um die Ermü dungsbeständigkeit zu verbessern. Eine Dicke der Plattie rung von mehr als 10 µm erhöht die Produktionskosten ohne Nutzen. Während eine Dicke von weniger als 1 µm die Ver besserung der adhäsiven Festigkeit nicht zustande bringt. Folglich beträgt die Dicke dieser Plattierung bis zu 10 µm.
5. Plattierung aus Ni, Co, Ag oder einer Legierung davon an der Grenze zwischen Lagerlegierungsschicht und Auflage
Dicke: 5 µm oder weniger
Weil diese Plattierung vorgesehen ist, um zu verhindern, daß Sn und In in der Auflage in die Cu-Pb-Lagerlegie rungsschicht hinein diffundieren, ist eine Dicke dieser Plattierung bis zu 5 µm ausreichend.
6. Plattierungsschicht aus Sn, Pb oder einer Legierung davon an den Oberflächen von Auflage und Stützmetall
Dicke: 3 µm oder weniger
Jede Plattierungsschicht ist wegen der Korrosionsbestän digkeit vorgesehen. Folglich beträgt eine passende Dicke der Plattierungsschicht bis zu 3 µm. Beträgt die Dicke mehr als 3 µm, schwächt die Plattierungsschicht die Ober flächeneigenschaft der Auflage.
7. Gesamtreduktionsverhältnis des wiederholten Walzens des Stützmetalls von 7 bis 35%
Ein Gesamtreduktionsverhältnis von weniger als 7% kann die mechanische Festigkeit, wie sie in den Ansprüchen, bezogen auf das Stützmetall und die Lagerlegierungs schicht, definiert wird, nicht zustande bringen, so daß die überlegene Ermüdungsbeständigkeit und das große über maß des Lagers, wie sie für Hochgeschwindigkeits-Verbren nungsmotoren benötigt werden, nicht erhalten werden kön nen. Ein Gesamtreduktionsverhältnis von mehr als 35% er höht andererseits die Wiederholungszeiten des Walzens und führt zu erhöhten Kosten ohne nennenswerte Verbesserungen der mechanischen Festigkeit des Stützmetalls.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfin dung beschrieben.

Pulver von Cu-Pb-Sn-Legierungen mit den in Tabelle 1 angege benen stofflichen Zusammensetzungen wurden über Stahlrohlin ge, von denen jeder eine Oberflächenplattierung aus Kupfer hatte, ausgebreitet. Jeder von ihnen wurde dann in einem Re duktionsofen bei 700 bis 900°C 10 bis 30 Minuten gesintert, um einen gesinterten Schichtkörper herzustellen. Er wurde in einem Walzwerk gewalzt und dann wieder gesintert.

Das Walzen davon wurde wieder ausgeführt, um ein gesintertes Bimetall herzustellen. Selbstverständlich kann das Walzen des gewalzten und gesinterten Materials so oft wie notwendig und es die Gelegenheit erfordert wiederholt werden, so daß das Gesamtreduktionsverhältnis des Walzens 7 bis 35% erreicht. Zum Vergleich wurde unter denselben Bedingungen ein gesinter tes Bimetall hergestellt, wobei ein Stahlrohling ohne Ober flächenplattierung aus Kupfer verwendet wurde.

Tabelle 1 gibt die stofflichen Zusammensetzungen, die Härten, die Zugfestigkeit und die thermischen Leitfähigkeiten, bezo gen auf die Lagerlegierungsschicht des Bimetalls wieder; Här ten und 0,2%-Elastizitätsgrenzen betreffen das Stahlstützme tall; Haftfestigkeiten zwischen der Lagerlegierungsschicht und dem Stützmetall; das Vorliegen und die Dicke der Plattie rung aus Kupfer an der Grenze zwischen der Lagerlegierungs schicht und dem Stützmetall; und die Reduktionsverhältnisse des Walzens.

Anschließend wurde das Bimetall durch Pressen und maschinelle Bearbeitung geformt, so daß es eine Gestalt mit einem halb kreisförmigen Grundriß erhielt. Dann wurde es in derselben Weise wie beim normalen Elektroplattieren entfettet, Säure gebeizt und die Oberfläche davon wurde anschließend mit einer 1 bis 2 µm dicken Plattierung aus Nickel bedeckt. Diese Nickelplattierung wurde in einem herkömmlichen elektrolyti schen Bad durchgeführt. Die Oberfläche eines jeden mit Nickel plattierten Lagers wurde dann mit einer Blei- und Zinnlegie rung in einem bekannten Borfluoridbad bedeckt. Weiterhin wurde die Oberfläche mit einer Plattierung aus Indium in ei nem Sulfamidsäurebad und dann mit einer 1 bis 2 µm Plattie rung aus Zinn bedeckt. In der Folge wurde jedes Zinn-plat tierte Lager bei 140°C 2 Stunden lang wärmebehandelt, um die Indiumplattierung zu legieren. Tabelle 2 gibt die stofflichen Zusammensetzungen und Temperaturen des Schmelzbeginns der Bleilegierungsauflagen wieder.

Tabelle 3 gibt die verschiedenen Kombinationen der Schichten der Mehrschichtgleitmaterialien, wie sie verwendet wurden, wieder. Die Tests auf fressenden Verschleiß bei hoher Motor geschwindigkeit der Mehrschichtgleitmaterialien wurden unter Verwendung einer Vorrichtung zum Test des fressenden Ver schleißes bei hoher Geschwindigkeit mit einer Umkreisge schwindigkeit von 25 m/s an der Welle und 9000 UpM bei stati scher Belastung ausgeführt. Tabelle 4 zeigt die genauen Be dingungen für diesen Hochgeschwindigkeitstest auf fressenden Verschleiß. Nach einer Stunde Anlaufzeit wurde eine Ölrate des Schmieröls von 150 ml/min ausgewählt und die statische Belastung wurde schrittweise erhöht. Es wurde festgelegt, daß ein fressender Verschleiß des Lagers vorliegt, wenn die Tem peratur auf der Rückseite des Lagers 200°C übersteigt oder ein Steuerstrom, der einem die Testvorrichtung betreibenden elektrischen Motor zugeführt wurde, einen anormalen Wert an zeigt. Tabelle 3 gibt den unmittelbar vor Auftreten des fres senden Verschleißes gemessenen Auflagerdruck wieder (d. h. den maximalen Auflagerdruck für den Fall, daß der fressende Ver schleiß noch nicht eingetreten ist).

In Tabelle 3 wurden die Höhen der Lager, betreffend die Kom binationen A, J und K, gemessen, um die Veränderung der Höhen der Lager vor und nach dem Anpassen (Montieren) davon in die Lagergehäuse festzustellen, in der Weise, daß nach einer Stunde Anlaufzeit des angepaßten Lagers, das angepaßte Lager mit einem Auflagerdruck von 300 kp/cm² mit 9000 UpM 20 Stun den lang betrieben wurde. Tabelle 5 zeigt die Höhenänderungen der Lager.

Zusätzlich wurden Tests auf Korrosionsbeständigkeit an einem Lager mit einer Auflage der Legierung, die in Tabelle 2 mit Nr. 1 gekennzeichnet ist, wobei dieses Lager auch eine Nickel plattierung an dem Interface zwischen der Cu-Pb-Lagerle gierungsschicht und der Auflage und zum Vergleich an einem anderen Lager mit einer Auflage aus der Legierung Nr. 1, wo bei dieses Lager keine Nickelplattierung hatte, durchgeführt in der Weise, daß beide Lager in ein SAE 10-Motoröl, das kei nen Inhibitor, aber eine 1%ige Ölsäure, als Ätzmittel enthielt, für 100 Stunden bei 130°C eingetaucht und die re sultierenden Korrosionsverluste wurden gemessen. Tabelle 6 zeigt die Korrosionsverluste.

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Die erfindungsgemäßen Mehrschichtgleitmaterialien sind den Vergleichsmaterialien in verschiedenen Eigenschaften, die für Gleitmaterialien von Hochgeschwindigkeits-Verbrennungsmotoren erforderlich sind, überlegen. Jede der Cu-Pb-Legierungen stellt eine gute Mischung für Hochgeschwindigkeits- und Hoch temperatur-Anwendungen dar und hat eine hohe mechanische Fe stigkeit, dies zeigt sich z. B. in der Härte und in der Zugfe stigkeit, während im wesentlichen die thermische Leitfähig keit auf einem Niveau gehalten wird, das dem der Vergleichs materialien entspricht. Das erfindungsgemäße hohe Gesamtre duktionsverhältnis des Walzens dient der Herstellung eines hohen Maßes an mechanischer Festigkeit der Lagerlegierungs schicht und des Stützmetalls, einer Erhöhung der Ermüdungsbe ständigkeit des Lagers und ermöglicht ein großes Übermaß des Lagers zur Erhöhung der Anpassungsfestigkeit (Adhäsion) des Lagers und des Lagergehäuses. Es kann behauptet werden, daß die Kupferplattierung an der Grenze (Interface) zwischen dem Stützmetall und der Lagerlegierungsschicht zur Erhöhung der adhäsiven Festigkeit des Stützmetalls und der Lagerlegie rungsschicht beiträgt. Der Unterschied der Höhen der Lager der erfindungsgemäßen Mehrschichtgleitmaterialien vor und nach der Anpassung des Lagers in das Lagergehäuse betrug etwa 1/4 derer der Vergleichsmaterialien, so daß dieses Ergebnis dazu dient, sicherzustellen, daß ein großes Übermaß eines La gers auf die Erhöhung der Motorgeschwindigkeit anwendbar ist. Die erfindungsgemäße Bleilegierungsauflage hat eine überle gene Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß bei hoher Geschwindigkeit, wobei sie im wesentlichen dieselbe Tempera tur des Schmelzbeginns hat wie Vergleichsmaterialien. Es ist ersichtlich, daß die Verwendung einer Nickelplattierung im Interface zwischen der Lagerlegierungsschicht und der Auflage die Korrosionsverluste der erfindungsgemäßen Auflage auf un gefähr 1/5 derer einer Auflage eines Vergleichsmaterials re duziert und zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Mehrschichtgleitmaterials beiträgt. Die erfindungsgemäßen Mehrschichtgleitmaterialien mit den Kombinationen der Schich ten aus der Auflage, der Lagerlegierungsschicht und dem Stützmetail zeigen ein hohes stabiles Niveau an Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß im Hochgeschwindigkeitstest auf fressenden Verschleiß. Folglich können die Vorteile der Erfindung definitiv verstanden werden. Deshalb hat das erfin dungsgemäße Mehrschichtgleitmaterial, das durch Verbesserun gen in der stofflichen Zusammensetzung und der physikalischen Eigenschaften und durch das Verfahren zur Herstellung des Stützmetalls der Lagerlegierungsschicht und der Auflage her gestellt wurde, ein hohes Maß an Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß unter Bedingungen einer erhöhten Tempe ratur des Schmieröls und einer erhöhten Trägheit des Motors, die auf das Lagergehäuse wirkt.

Claims

1. Mehrschichtiges Gleitmaterial für Hochgeschwindig keitsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß es eine vierschichtige Struktur umfaßt, welche ein Stahl stützmetall, eine an das Stahlstützmetall gebundene Plattie rungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, eine an die Plattierungsschicht gebundene Cu-Pb-Lagerlegierungs schicht und eine an die Lagerlegierungsschicht gebundene Auf lage aus einer Bleilegierung enthält, wobei das Stahlstützme tall eine Vickers-Härte von nicht weniger als 155 und eine 0,2 %-Elastizitätsgrenze von nicht weniger als 42 kp/mm² hat, die Cu-Pb-Lagerlegierungsschicht eine thermische Leitfähig keit von nicht weniger als 0,25 cal/cm·s·°C, eine Vickers-Härte von nicht weniger als 75 und eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 18 kp/mm² besitzt, die Bleilegierung dem Gewicht nach aus 2 bis 8% Sn und 3 bis 11% In und zum Rest aus Blei und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht und der Schmelzbeginn bei einer höheren Temperatur als 250°C liegt.

2. Mehrschichtiges Gleitmaterial für Hochgeschwindig keitsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Cu-Pb-Lagerlegierungsschicht dem Gewicht nach aus 15 bis 30% Blei, 0,5 bis 2,0% Zinn, und zum Rest aus Kupfer und erschmelzungsbedingten Verunreinigun gen besteht.

3. Mehrschichtiges Gleitmaterial für Hochgeschwindig keitsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die zwischen dem Stützmetall und der Lagerlegierungsschicht vorgesehen ist, eine Dicke von 1 bis 10 µm hat.

4. Mehrschichtiges Gleitmaterial für Hochgeschwindig keitsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß es eine weitere, nicht mehr als 5 µm dicke, Plattierungsschicht aus Nickel, Kobalt, Silber oder einer Legierung davon an der Grenze zwischen der Lagerlegie rungsschicht und der Auflage enthält.

5. Mehrschichtiges Gleitmaterial für Hochgeschwindig keitsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß es eine weitere, nicht mehr als 3 µm dicke, Plattierungsschicht aus Zinn, Blei oder einer Legie rung davon auf der Oberfläche sowohl der Auflage als auch des Stützmetalls enthält.

6. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Gleitmaterials für Hochgeschwindigkeitsmotoren, ge kennzeichnet durch eine Stufe der Wiederholung von Sintern und Walzen eines Kupfer-Blei-Zinn-Lagerlegie rungspulvers, das über das Stahlstützmetall ausgebreitet ist, welches eine daran gebundene Plattierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweist, wodurch ein Bimetall hergestellt wird, wobei das Sintern und Walzen in der Weise ausgeführt wird, daß das Gesamtreduktionsverhältnis des wie derholten Walzens 7 bis 35%, bezogen auf die Anfangsdicke des Stahlstützmetalls, welche am Beginn des Sinter- und Walz prozesses gemessen wurde, beträgt, wobei das Stahlstützmetall des Endprodukts eine Vickers-Härte von mindestens 155 und eine 0,2%-Elastizitätsgrenze von mindestens 42 kp/mm² hat, und wobei die Cu-Pb-Lagerlegierung des Endprodukts eine Vickers-Härte von mindestens 75 und eine Zugfestigkeit von mindestens 18 kp/mm² hat.