DE688519C

DE688519C - Plain bearings made from a hypereutectic alloy

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Publication number: DE688519C
Application number: DE1934J0049487
Authority: DE
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1934-04-17
Filing date: 1934-04-17
Publication date: 1940-02-23

Description

Aus einer übereutektischen Legierung bestehende Gleitlager Bei Gleitlagern für umlaufende oder schwingende Maschinenteile hat sich gezeigt, daß der übliche Weißmetallausguß bei hohen Gleitfiächenbelastungen leicht rissig wird und infolgedessen einen sicheren Betrieb nicht mehr gewährleistet. Man hat zwar versucht, diesen Mangel dadurch zu beseitigen, daß man dem Weißmetall durch rasche Abkühlung nach denn. Guß eine größere Härte und Druckfestigkeit gab, doch blieb der gewünschte Erfolg aus. Bei Verwendung von Bleibronze als. Lagerausguß zeigte sich, daß die Neigung zur Rißbildung wohl erheblich geringer ist als bei Weißmetall; solche Lager sind aber bei hohen Belastungen in bezug auf ihre Lauffähigkeit sehr empfindlich; sie neigen zum Fressen und nutzen die Wellen stark ab. Außer diesen Werkstoffen sind zwar noch einige Sonderbronzen, insbesondere Phosphorbronzen mit homogenem Gefüge, bekannt, die höhe Gleitflächenbelastungen aushalten können; doch sind diese hohen Gleitflächenbelastungen bei diesen Bronzen nur in. Verbindung mit gehärteten Wellen oder Zapfen erreichbar.Plain bearings made from a hypereutectic alloy In plain bearings for rotating or vibrating machine parts it has been shown that the usual White metal spout easily cracks at high sliding surface loads and as a result safe operation is no longer guaranteed. They tried to address this deficiency to be eliminated by the fact that the white metal by rapid cooling after then. Casting gave greater hardness and compressive strength, but the desired success remained the end. When using lead bronze as. Camp drain showed that the inclination for crack formation is probably considerably less than with white metal; such camps are but very sensitive to their ability to run under high loads; she tend to eat and wear the waves heavily. Besides these materials are Although there are still some special bronzes, in particular phosphor bronzes with a homogeneous structure, known to be able to withstand high sliding surface loads; but these are high Sliding surface loads on these bronzes only in connection with hardened shafts or cones accessible.

Versuche haben nun gezeigt, daß einige Leichtmetallegierungen, insbesondere auf Aluminiumgrundlage, Lagermetalle ergeben, die erheblich höhere Belastungen aushalten als Weißmetall und Bleibronze und dabei den Vorteil höherer Warmfestigkeit haben. Unter anderen sind vor längerer Zeit auch Legierungen von Aluminium mit Nickel vorgeschlagen worden, die aber im praktischen Betrieb sich nicht bewährt haben, da sie zum Schmieren und Fressen neigten. Auch neuere Aluminiumlegierungen mit primär ausgeschiedenen Tragkristallen, die an und für sich gute Laufeigenschaften haben, neigen zu derartigen Betriebsstörungen.Tests have now shown that some light metal alloys, in particular on an aluminum basis, result in bearing metals that can withstand considerably higher loads than white metal and lead bronze and have the advantage of higher heat resistance. Among other things, alloys of aluminum with nickel were also proposed a long time ago but which have not proven themselves in practical operation because they are used for lubrication and eating tended to. Also newer aluminum alloys with primarily precipitated Carrying crystals, which in and of themselves have good running properties, tend to have such properties Operational disruptions.

Eingehende Untersuchungen haben nun ergeben, daß die Neigung zum Fressen mit .dem Feingefüge der Leichtmetallegierungen in engem Zusammenhang steht. Die primären Tragkristalle sind als intermetallische Verbindungen meist sehr spröde und bröckeln daher um so leichter aus, je gröber sie ausgeschieden sind. Beispielsweise zeigte eine übereutektis,che Alummium-Nickel-Legierung mit über ö,5 0fo Nickel nach der Bearbeitung auf ihrer Lauffläche unter dem Mikroskop feine Löcher, in denen vorher Primärkristalle gesessen hatten, die infolge ihrer Härte nicht durch den Drehstahl abgeschnitten, sondern zerbröckelt und teilweise oder ganz 'herausgerissen waren öder bei denen wenigstens die Verbindung mit der Grundmasse gelockert wurde. Diese nur locker sitzenden Kristalle bzw. Kristallbruchstücke lösen sich nun'im Betriebe des Lagers leicht vollends aus der Grundmasse heraus und geraten zwischen Welle und Lagerschale, wobei sie zur Riefenbildung und schließlich zum- Fressen der Welle führen. Aus diesem Grunde erweist @es sich auch als unzweckmäßig, die Gleitfläche von Lagern aus, derartigen Legieruhgen der Welle durch Schaben genau anzupassen, weil durch das Schaben die Tragkristalle besonders stark beschädigt und gelockert werden.Detailed investigations have now shown that the tendency to eat is closely related to the fine structure of light metal alloys. the As intermetallic compounds, primary support crystals are usually very brittle and therefore crumble the more easily, the more coarsely they are eliminated. For example showed a hypereutectic aluminum-nickel alloy with more than 0.50% nickel the machining on their running surface under the microscope fine holes in which had previously been primary crystals which, due to their hardness, could not be absorbed by the Turning steel cut off, but crumbled and partly or wholly 'torn out were desolate in which at least the connection with the base material was loosened. These loosely seated crystals or crystal fragments are now loosening Operations of the camp easily completely out of the basic mass and get between Shaft and bearing shell, taking them to scoring and eventually lead to the shaft seizing. For this reason, @it also proves to be inexpedient, the sliding surface of bearings, such alloy wheels of the shaft by scraping exactly adapt, because the support crystals are particularly badly damaged by the scraping and be relaxed.

Ähnliche Erscheinungen zeigen sich bei allen übereutektis,chen Legierungen des Aluminiumls mit einen. oder mehreren der Metalle der sog. Eisengruppe, umfassend die Metalle Chrom, Mangan, Eisen, Nickel, Kobalt, wenn sie in gewöhnlicher Weise vergossen werden. Diese Legierungen neigen zu besonders grober, nadliger bzw: schuppiger Ausscheidung der primären Aluminidkristalle, die dann bei der Bearbeitung der Lauffläche in ähnlicher Weise, wie oben geschildert, ausbrechen können.Similar phenomena are found in all hypereutectic alloys of aluminum oil with one. or more of the metals of the so-called iron group the metals chromium, manganese, iron, nickel, cobalt if they are in the ordinary way to be shed. These alloys tend to be particularly coarse, needled or flaky Precipitation of the primary aluminide crystals, which then occur when the tread is machined in a manner similar to that described above, can break out.

Die Erfindung liegt nun in der Erkenntnis, daß die übereutektischen Legierungen des Aluminiums mit einem oder mehreren der Metalle der sog. Eisengruppe sehr gute Gleitlagerwerkstoffe abgeben, wenn in ihrem Gefüge an Stelle der beim normalen Gießen der Legierungen entstehenden groben, nadelartigen Primärkristalle feinere Kristallkörner von einer mehr rundlichen und fest in der Grundmasse haftenden: Form vorhanden sind. Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung von Legierungen der vorerwähnten Art als. Gleitlagerwerkstoff.The invention lies in the knowledge that the hypereutectic Alloys of aluminum with one or more of the metals of the so-called iron group make very good plain bearing materials if in their structure instead of the at normal casting of the alloys produces coarse, needle-like primary crystals finer crystal grains from a more rounded and firmly adhering to the matrix: Shape are in place. The invention therefore relates to the use of alloys of the aforementioned kind as. Plain bearing material.

Es hat sich gezeigt, daß es durch eine an sich bekannte mechanische oder metallurgische Behandlung solcher übereutektischer Legierungen gelingt, an Stelle der groben, nadligen oder schuppigen- Primärkristalle solche in Gestalt kleinerer, mehr rundlicher Körner zu erzielen, die nun in der Grundmasse viel fester eingebettet sind und sich bei der Bearbeitung nicht lockern. Die Verbesserung der Gleiteigenschaften der Legierungen durch eine solche Behandlung kann damit erklärt werden, daß die kleinen und mehr rundlichen Tragkristalle im Falle der trockenen Reibung die Welle tragen, ohne auszubrechen, und im Falle der flüssigen Reibung die Bildung eines zusammenhängenden Ölfilms zwis.c`hen Welle und Gleitfläche begünstigen, während nadelartige Tragkristalle infolge ihrer Scharfkantigkeit den Ölfilm zerreißen. Lager aus einer so behandelten Legierung halten daher selbst sehr hohen Gleitflächenbelästungen stand, und zwar auch bei Verwendung nichtgehärteter Wellen. Solche Lager können auch in üblicher Weise eingeschabt werden, während die bekannten harten Lagerleichtmetalle nur dann eine befriedigende Lauffähigkeit zeigen, wenn sie mit dem Diamant bearbeitet worden sind. In rein mechanischer Weise kann die Verfeinerung der Tragkristalle von derartigen übereutektischen Aluminiumlegierungen erfolgen, indem die Gußlegierung mit noch zunächst grob ausgeschiedenen Primärkristallen einer Knetbehandlung, beispielsweise durch Schmieden, Pressen o. dgl., unterworfen wird, wobei die Primärkristalle zertrümmert und so fester in die Grundmasse .eingebettet werden. Solche Knetbehandlungen einer Legierung sind in der Metallurgie an sich bekannt, um das Bruchgefüge, d. h: das gesamte bei einem Bruch sichtbare, Gefüge eines Metalls zu verfeinern zu dem Zweck, die mechanischen Eigenschaften des Metalls, insbesondere seine Festigkeit, zu verbessern. Im vorliegenden Falle kommt es jedoch in erster Linie auf die Verfeinerung der Tragkristalle und auf die Überführung derselben in eine andere Form zum Zweck der Verbesserung der Gleiteigenschaften an. Da durch diese Behandlung aber gleichzeitig die Festigkeitseigenschaften der Legierung verbessert werden, wird auch noch eine höhere Belastbarkeit des Lagers als bei Benutzung eines nur gegossenen Werkstoffes ermöglicht, Bei- der Herstellung eines solchen Werkstoffes kann, wie an sich bekannt, eine Vorverfeinerung des Gefüges durch rasche Abkühlung der Legierung nach dem Guß herbeigeführt werden. Bei einer so vorbehandelten übereutektischen Aluminiumlegierung sind die Primärkristalle zwar in feinerer Form .als bei einer langsam abgekühlten Legierung, jedoch immer noch als scharfe Nadeln ausgeschieden. Durch die anschließende Knetbehandlung werden diese Nadeln in besonders feine Körner übergeführt.It has been shown that it is by a known mechanical or metallurgical treatment of such hypereutectic alloys succeeds Place the coarse, needle-like or scaly primary crystals in the form of smaller ones, to achieve more rounded grains, which are now much more firmly embedded in the matrix and do not loosen up during processing. The improvement of the sliding properties of the alloys by such a treatment can be explained by the fact that the small and more rounded support crystals in the case of dry friction the shaft wear without breaking out, and in the case of liquid friction, the formation of a promote coherent oil film between the shaft and the sliding surface, while needle-like support crystals tear the oil film due to their sharp edges. camp made of an alloy treated in this way therefore hold even very high loads on the sliding surface even when using non-hardened shafts. Such bearings can can also be scraped in the usual way, while the known hard bearing light metals show a satisfactory runnability only when machined with the diamond have been. The refinement of the support crystals can be done in a purely mechanical manner of such hypereutectic aluminum alloys are made by the casting alloy with initially coarsely precipitated primary crystals of a kneading treatment, for example by forging, pressing or the like., The primary crystals are shattered and so more firmly embedded in the base material. Such kneading treatments one Alloys are known per se in metallurgy to reduce the fracture structure, i.e. h: that to refine the entire structure of a metal that is visible in the event of a break for the purpose of to improve the mechanical properties of the metal, especially its strength. In the present case, however, it is primarily a matter of refining the support crystals and to convert them into another form for the purpose of improvement the sliding properties. As a result of this treatment, however, at the same time the strength properties If the alloy is improved, the bearing will also have a higher load capacity than is possible when using a cast material only, during production Such a material can, as is known per se, a pre-refinement of the structure be brought about by rapid cooling of the alloy after casting. At a The primary crystals are indeed hypereutectic aluminum alloys pretreated in this way in a finer form than with a slowly cooled alloy, but still excreted as sharp needles. The subsequent kneading treatment will be these needles are converted into particularly fine grains.

Es ist aber auch möglich, die Verfeinerung der Tragkristalle auf metallurgischem Wege herbeizuführen, indem den eine übereutehtische Legierung ergebenden Hauptbestandteilen noch Titan in einer so geringen Menge (unter o, 5 0/a hinzugefügt wird; daß sich noch keine primären Kristalle von Titanmetalliden bilden, Das Zusetzen von Titan zu einer Legierung zum Zweck der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Metalls durch Verfeinerung des Bruchgefüges ist in der Metallurgie ebenfalls an sich bekannt. Im vorliegenden Fall kommt es jedoch nicht auf die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch Verfeinerung der Grundmasse, sondern vor allem auf die Verbesserung der Gleiteigenschaften der Legierung infolge der Bildung kleinerer, fester in der Grundmasse haftender Primärkristalle (Tragkristalle) an.But it is also possible to refine the support crystals on a metallurgical basis Ways to bring about by the main components resulting in an eutectic alloy Titanium is added in such a small amount (less than 0.50 / a; that do not yet form primary crystals of titanium metallides, the addition of titanium to an alloy for the purpose of improving the mechanical properties of the Metal by refining the fracture structure is also used in metallurgy known. In the present case, however, there is no improvement in the mechanical properties due to refinement of the matrix, but above all on the improvement of the sliding properties of the alloy as a result of the formation of smaller, solid primary crystals (support crystals) adhering to the base material.

Als besonders zweckmäßiger Gleitlagerwerkstoff hat sich eine Legierung von 6,5 öder mehr Prozent Nickel; höchstens 0,5010 Titan, Rest Aluminium erwiesen. An alloy of 6.5 or more percent nickel has proven to be a particularly useful slide bearing material; at most 0.5 0 10 titanium, the remainder being aluminum.

Claims

1'ATENT CLAIMS: z. -The use of hypereutectic alloys of aluminum with one or more metals of the iron group chromium, manganese, Iron, nickel, cobalt, in which the needle-shaped, coarsely precipitated during casting Primary crystals by a kneading treatment (forging, pressing or the like) into a finer, more rounded shape have been transferred than plain bearing material.

2. The use of hypereutectic alloys of aluminum with one or more Metals of the iron group chromium, manganese, iron, nickel, cobalt, which for the purpose of prevention the precipitation of coarse primary crystals of titanium in such a small amount (under 0.5%) has been added so that there are still no primary crystals of titanium metallides form, in the cast state as a plain bearing material.

3. The use of an alloy consisting of 6.5 and more percent nickel, at most 0.5% titanium, the remainder aluminum, for the purpose according to claim 2.