DE4331887C2

DE4331887C2 - Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Gleitmaterials

Info

Publication number: DE4331887C2
Application number: DE4331887A
Authority: DE
Inventors: Yukimaro Tsukamoto; Yasuo Ido; Takashi Inaba; Susumu Thuzi
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JP2708139B2; GB2271307B; GB9319767D0; JPH06106365A; GB2271307A; DE4331887A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Gleitmaterials (d. h. eines Gleitkontaktmateri als), das in großem Ausmaß in Automobilen, Schiffen und technischen Maschinen verwendet wird.

Bei einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Gleitmaterials aus einer Pb-Legierung oder einer Sn-Legie rung wird eine geschmolzene Pb-Legierung oder eine ge schmolzene Sn-Legierung auf ein Trägermaterial aufgegos sen. Die geschmolzene Legierung wird entweder mit Wasser oder dgl., das auf die Rückseite des Trägermaterials auf gebracht wird, abgekühlt oder durch Rotierenlassen des die geschmolzene Legierung tragenden Trägermaterials abge kühlt.

Das herkömmliche Verfahren ist mit den folgenden Problemen behaftet:

1. Wenn das Trägermaterial dünn ist, dann ent wickeln sich während des Aufgießens der geschmolzenen Le gierung und des Abkühlungsvorgangs Spannungen, so daß es schwierig ist, Gleitmaterialien mit großer Breite herzu stellen. Dazu kommt noch, daß die Oberfläche der Legierung mechanisch entfernt werden muß, um die erforderlichen Ab messungen zu erhalten.
2. Wenn das Trägermaterial dick ist, dann ist es erforderlich, die geschmolzene Legierung durch Rotieren lassen zusammen mit dem Trägermaterial abzukühlen um eine Segregation der Legierung zu verhindern und um eine genü gende Bindung zu gewährleisten. Dieses Verfahren erfordert daher einen großen Zeitaufwand und ist mit hohen Kosten behaftet
3. Da sich die Legierung in geschmolzenem Zustand befindet, ist die Art des zu verwendenden Gleitmaterials Beschränkungen unterworfen. Weil weiterhin ein Chlorid zur Entfernung von Oxiden auf dem Trägermaterial erforderlich ist, wird für diesen Zweck eine besondere Einrichtung benötigt.

Im für die vorliegende Erfindung relevanten Stand der Tech nik beschreibt außerdem die Druckschrift DE 25 07 561 B2 ein Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial für Drei stofflager oder Gleitstücke, das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf einen Streifen mit einer Stahlrückseite und einer Schicht einer Legierung auf Kupferbasis, die an die Stahlrückseite gebunden ist, ein Streifen einer Legierung auf Bleibasis durch Walzen bei einer Temperatur der beiden Streifen von Raumtemperatur bis 200°C und einer Dickenre duktion der Streifen um 8 bis 40% aufplattiert wird, wobei die Dicke des Stahlrückens um 3 bis 35%, die Dicke der Le gierungsschicht auf Kupferbasis um 0,5 bis 20% und die Dicke des Legierungsstreifens auf Bleibasis um 25 bis 90% reduziert wird. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß eine Stufe der Abkühlung erforderlich ist, um das Gleitlager von 200°C auf Raumtemperatur abzukühlen. Auch bei dieser Abkühlung kommt es oft zu thermischen Spannungen in dem Material, die die oben unter (1) erwähnten Nachteile mit sich bringen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Gleitmaterials bereitzu stellen, das die Probleme des Stands der Technik über windet.

Ein Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Gleitmaterials mit einer La gerschicht aus einer Zinn-Legierung, das durch die folgen den Stufen gekennzeichnet ist:

a) Verformen einer Zinn-Legierung zu einem Blech oder einer Platte,
b) Verbinden des Zinn-Legierungsblechs oder der Zinn-Legierungsplatte mit einem Trägermaterial aus Stahl durch direktes Aufwalzen ohne Wärmebehandlung, um ein Gleit material zu erhalten, das eine Zinn-Lagerlegierungsschicht und eine Trägerschicht aus Stahl umfaßt und
c) Wärmebehandeln des Gleitmaterials bei einer Tem peratur im Bereich von 125 bis 225°C.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Gleitmaterials wird ein Walzenbindungsverfahren angewen det, das (1) die Notwendigkeit eines absichtlichen Kühl vorgangs und (2) die Notwendigkeit für eine mechanische Entfernungsbehandlung der Oberfläche des Trägermaterials und dgl. vermeidet. Hierdurch wird die Entwicklung von thermischen Spannungen verhindert. Weiterhin kann, je nach dem vorgesehenen Anwendungszweck, eine mehrschichtige (zwei- bis fünf schichtige) Struktur erhalten werden.

Weiterhin kann die Dicke der Legierung in geeigneter Weise entsprechend des Ausmaßes der Veränderung des Trägermate rials eingestellt werden, so daß das Ausmaß der mechani schen Entfernung der Legierung auf ein Minimum zurückge führt wird und ein Gleitmaterial mit den gewünschten Ab messungen erhalten werden kann.

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

Fig. 1 ein Diagramm, das die Legierungshärte zeigt;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Zugfestigkeit zeigt;

Fig. 3 eine Photographie, die die Mikrostruktur eines herkömmlichen Produkts zeigt;

Fig. 4 eine Photographie, die die Mikrostruktur eines Beispiels des erfindungsgemäßen Produkts zeigt;

Fig. 5 eine Photographie, die die Mikrostruktur eines weiteren Beispiels eines erfindungsgemäßen Produkts mit einer Zwischenschicht zeigt; und

Fig. 6 ein Diagramm, das die Bindungsfestigkeit zeigt.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Zuerst wurde ein Vergleichsprodukt nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik hergestellt. Ein Stahlstreifen (mit einer Dicke von 1,10 mm und einer Breite von 110 mm), der als Trägerschicht fungierte, wurde entfettet, worauf seine Bindungsoberfläche mit einem Sandband behandelt, ge beizt und mit einem Chlorid-Flußmittel behandelt wurde. Sodann wurde der Stahlstreifen durch Eintauchen in ein Bad aus geschmolzenem Sn plattiert. Hierauf wurde eine Sn-Le gierung (Probe Nr. 1 der Tabelle 1) in geschmolzenem Zu stand auf den durch Eintauchen plattierten Stahlstreifen aufgegossen. Sodann wurde die geschmolzene Legierung mit Wasser abgekühlt, das auf die Rückseite des Stahlstreifens aufgebracht wurde.

Hierauf wurde ein Überschuß der aufgegossenen Sn-Legierung durch Schneiden entfernt, wodurch der Probekörper Nr. 1 (herkömmliches Produkt) als Vergleichsprodukt erhalten wurde. Die Gesamtdicke des Vergleichsprodukts betrug 1,65 mm. Die Dicke der Trägerschicht betrug 1,30 mm.

Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)

Gleitkontaktmaterialien wurden nach folgendem Verfahren hergestellt. Eine Legierung (Probe Nr. 2 der Ta belle 1) mit einer Dicke von 18 mm wurde durch Dauerform guß aufgegossen. Sodann wurde die gegossene Legierung mit Walzen zu einer Dicke von 1,10 mm verwalzt und sodann zu einer Breite von 110 mm zugeschnitten. Danach wurde sie entfettet und einem Bürstvorgang unterworfen. Auf diese Weise wurde ein Legierungsstreifen oder ein Legierungs blech bzw. eine Legierungsplatte erhalten.

Sodann wurde die Walzbindungsoberfläche eines Trägermate rials (Fe-0,05C) mit einer Dicke von 2,24 mm und einer Breite von 110 mm entfettet und hierauf mit einem Sandband behandelt. Hierauf wurden der Legierungsstreifen und das Trägermaterial durch Walzen verbunden, indem das Material durch Walzen geleitet wurde. Auf diese Weise wurde ein Gleitmaterial (Probekörper Nr. 2) er halten. Die Gesamtdicke des Gleitmaterials betrug 1,65 mm, und die Dicke der Trägerschicht betrug 1,30 mm.

Beispiel 3

Gleitmaterialien wurden nach der Verfahrensweise des Bei spiels 2 hergestellt. Die Gleitmaterialien wurden bei ver schiedenen Temperaturen hitzebehandelt wodurch erfin dungsgemäß hergestellte Gleitmaterialien (Probekörper Nr. 3) erhalten wurden.

Beispiel 4

Eine Legierung (Probe Nr. 4 der Tabelle 1) mit einer Dicke von 18 mm wurde durch Dauerformguß gegossen. Sodann wurde die gegossene Legierung durch Walzen zu einer Dicke von 1,10 mm verwalzt und hierauf zu einer Breite von 110 mm zugeschnitten. Danach wurde sie entfettet und einem Bürst vorgang unterworfen. Auf diese Weise wurde ein Legierungs streifen oder ein Legierungsblech bzw. eine Legierungs platte erhalten.

Hierauf wurde ein Kupferfilm mit einer Dicke von 6-8 µm durch Plattieren eines Trägermaterials (Fe-0,10C) mit ei ner Dicke von 2,24 mm und einer Breite von 110 mm gebil det. Sodann wurde ein Gleitmaterial nach der gleichen Verfahrensweise wie in Beispiel 2 hergestellt. Das Gleitmaterial dieses Bei spiels hatte die gleiche Dicke wie das Gleitmaterial des Beispiels 2.

Sodann wurden die so hergestellten Gleitmaterialien bei verschiedenen Temperaturen hitzebehandelt, wodurch erfin dungsgemäß hergestellte Gleitmaterialien (Probekörper Nr. 4) erhalten wurden.

Beispiel 5

Eine Legierung (Probe Nr. 5 der Tabelle 1) mit einer Dicke von 18 mm wurde durch Dauerformguß gegossen. Sodann wurde die Oberfläche der gegossenen Legierung einem Bürstvorgang unterworfen. Auch die Oberfläche eines Al-Blechs mit einer Dicke von 0,8 mm wurde einem Bürstvorgang unterworfen. So dann wurden die gegossene Legierung und das Aluminiumblech durch Walzen miteinander verbunden, indem sie durch Walzen geleitet wurden. Auf diese Weise wurde ein Blech bzw. eine Platte einer Lagerlegierung mit einer Dicke von 1,2 mm und mit einer Al-Schicht hergestellt. Hierauf wurde das Blech bzw. die Platte der Lagerlegierung zu einer Breite von 110 mm zugeschnitten und hierauf entfettet. Schließlich wurde es einem Bürstvorgang unterworfen, wodurch ein Legierungs streifen erhalten wurde.

Sodann wurde ein Trägermaterial (Fe-0,08C) mit einer Dicke von 2,24 mm und einer Breite von 110 mm nach der gleichen Verfahrensweise wie in Beispiel 2 behandelt und sodann mit dem Legierungsstreifen durch Walzen verbunden, wodurch ein Gleitmaterial erhal ten wurde. Das Gleitmaterial dieses Beispiels hatte die gleiche Dicke wie das Gleitmaterial des Beispiels 2. So dann wurden die so hergestellten Gleitmaterialien bei ver schiedenen Temperaturen hitzebehandelt, wodurch erfin dungsgemäß hergestellte Gleitmaterialien (Probekörper Nr. 5) erhalten wurden.

Die mechanischen Eigenschaften der obigen Probekörper Nrn. 1 bis 5 sind in den Fig. 1 und 2 (die Härte der Legie rungen wurde bei Raumtemperatur nach der Hitzebehandlung gemessen) zusammengestellt. Die Bindefestigkeit dieser Probekörper ist in Fig. 6 gezeigt. Photographien der Mi krostruktur der Probekörper sind in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt.

Obgleich in den obigen Beispielen gemäß der Erfindung das Gießverfahren ein Dauerformgießverfahren war, ist auch je des beliebige andere geeignete Gießverfahren, wie ein kon tinuierliches Gießverfahren, geeignet.

Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte können erforderlichenfalls einer spanabhebenden Bearbeitung unterworfen werden, und sie können auch in eine kreisförmige Gestalt, eine halb kreisförmige Gestalt und in eine beliebige andere ge eignete Gestalt verformt werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten Gleitmaterialien haben die folgenden vorteilhaften Effekte:

1. Da sich in dem Material keine thermischen Span nungen entwickeln, kann das Material mit verschiedenen Dicken, von einer kleinen Dicke bis zu einer großen Dicke, hergestellt werden. Weiterhin kann das Material mit großer Breite hergestellt werden.
2. Da die Oberfläche des Materials flach und glatt ist, ist kein Schneidvorgang oder dgl. erforderlich.
3. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich wird, können die mechanischen Eigenschaften durch die Hitzebehandlung variiert werden. Daher kann die Temperatur der Hitzebe handlung je nach dem vorgesehenen Anwendungszweck variiert werden.
4. Da die Gießstruktur durch das Walzen zerstört werden kann, kann eine gleichförmige Struktur erhalten werden. Weiterhin kann keine ungleichmäßige Schwankung in Bezug auf die Komponenten des Materials beim Kühlen vor kommen, was im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren steht, bei dem die geschmolzene Legierung direkt auf ein Trägermaterial aufgegossen wird.
5. Da kein Chlorid verwendet wird, ist keine Ein richtung für diesen Zweck erforderlich. Die Arbeitsumge bung wird verbessert. Insgesamt kann das Gleitmaterial mit niedrigeren Kosten als zuvor hergestellt werden.

Tabelle 1

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Gleitmaterials mit einer Lagerschicht aus einer Zinn-Legierung, ge kennzeichnet durch die Stufen:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß es weiterhin vor dem Verbinden durch Aufwalzen des Zinn-Legierungsblechs oder der Zinn-Legierungs platte mit dem Trägermaterial aus Stahl die Stufen des Ent fettens und Bürstens des Zinn-Legierungsblechs oder der Zinn- Legierungsplatte und des Entfettens und Behandelns des Trä germaterials aus Stahl mit einem Sandband umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß vor der Stufe des Walz-Verbindens eine Zwischenschicht aus Kupfer, Nickel oder einer Legierung davon zwischen der Zinn-Legierungsschicht und der Trägerschicht durch Plattierung aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß vor der Stufe des Walz-Verbindens eine Zwischenschicht aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung zwischen der Zinn-Legierungsschicht und der Trägerschicht durch Walz-Verbinden aufgebracht wird.