DE848708C - Verwendung von Kupfer-Zink-Legierungen fuer auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile - Google Patents

Description

• Verwendung von Kupfer-Zink-Legierungen für auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile Es ist bekannt, sowohl Bronzen auf Kupfergrundlage als auch Messinglegierungen, insbesondere Sondermessinglegierungen, für auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile, vor allem für Lager, zu verwenden.
• 5 Die Gleiteigenschaften dieser bekannten Werkstoffe sind unter anderem vor allem darauf zurückzuführen, daß bei ihnen in einer weichen Grundmasse harte Kristalle eingebettet liegen, auf deren Spitzen die Welle zweckentsprechend in einem reichlichen Ölo vorrat läuft. Wird bei diesen bekannten Gleitwerkstoffen die Schmiermittelzufuhr aus irgendeinem Grunde jedoch unzureichend, dann neigen sie bekanntlich sehr bald zum Ansetzen und Fressen, so daß das Lager ausgebaut und die Welle gegebenenfalls abgeschmirgelt werden muß. Man hat diesen bekannten Gleitwerkstoffen auch schon einen Bleizusatz bis zu io0/, zugegeben, um ihre Gleiteigenschaften zu erhöhen, mußte aber hierbei die Erfahrung machen, daß ein über 30/, hinausgehender Gehalt an Blei infolge der bekannten Nesterbildung in der übrigen Grundmasse die spanlose Warmverformung dieser Gleitwerkstoffe meistens unmöglich macht, so daß sie zweckmäßig nur noch als Gußlegierungen angewandt werden können, wobei aber auch hier noch der Nachteil auftritt, daß diese bekannten Gleitwurkstoffe, infolge der Nesterbildung von bleireichen Verbindungen oder Bleieinlagerungen starkE Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften über den Querschnitt aufweisen.
• Die Erfindung betiifft die Verwendung von Kupfer-Zink-Legierungen für auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile, insbesondere für Lager, wobei die Legierungen im wesentlichen durch folgende Gehalte gekennzeichnet sind: mehr als 5o0/, und weniger als 780/, Kupfer, mehr als 0,50/, bis zu io0/, Blei.
• Erfindungsgemäß werden nun außer Blei eines oder mehrere Metalle eingebracht, die mit dem Blei eine leichtflüssige Legierung bilden, welche als selbständige Phase mit niedrigem Schmelzpunkt in der übrigen Grundmasse auftritt. Diese niedrigschmelzende Phase kann erfindungsgemäß aus Legierungen des Bleies mit 0,05 bis 50/,Wismut und/oder o,oi bis 20/, Thallium bestehen. Ist bei der erfindungsgemäßen Lagerlegierung die Verteilung der niedrigschmelzenden Phase in der Grundmasse möglichst fein und gleichmäßig über den Querschnitt in allen Richtungen, dann hat sie optimale Gleit- und Notlaufeigenschaften. Diese feine und gleichmäßige Dispersion der niedrigschmelzenden Phase in der übrigen Grundmasse, die man ihrer Art nach auch als eine Emulsion ansprechen kann, läßt sich wirkungsvoll in bekannter Weise durch eine BeschaBung, vorzugsweise Ultrabeschallung, der die beschränkt löslichen Zusätze enthaltenden Schmelze herbeiführen.
• Es ist für die erfindungsgemäßen Gleitwerkstofflegierungen wesentlich, daß die emulsionsartige Verteilung der in der Grundmasse nur beschränkt löslichen Legierungen des Bleies mit anderen Metallen nicht nur im flüssigen Zustand vorhanden ist, sondern auch nach der Erstarrung im wesentlichen erhalten geblieben ist. Dies kann gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung besonders zweckentsprechend dadurch erreicht werden, daß die mit dem Blei legierten Zusatzmetalle in Form einer oder mehrerer Vorlegierungen von vorzugsweise eutektischer Zusammensetzung in die Grundmasse eingebracht werden, wobei die eutektischen Vorlegierungen gegebenenfalls auch noch solche Elemente enthalten können, die sowohl mit Kupfer und/oder Zink als auch mit dem in Kupfer und/oder Zink im festen Zustand nur begrenzt mischbaren Metall Blei im flüssigen Zustand echte Lösungen bilden und somit in bekannter Weise als Überträgermittel für das Metall Blei oder die mit ihm legierten Metalle fungieren und unter Umständen auch zur Herabsetzung des Schmelzpunktes der eutektischen Legierungen gebraucht werden können. Es wurde nämlich erkannt, daß zwischen dem Schmelzpunkt der aus Blei mit anderen Metallen bestehenden Phase einerseits und den Gleit-und Notlaufeigenschaften andererseits eine Beziehung in dem Sinne vorhanden sein muß, daß die Berührungsflächen der in der Grundmasse feinst und gleichmäßig verteilten Teilchen der niedrigschmelzenden Bleilegierung beim Gebrauch als Lager eine zusätzliche Schmierwirkung an dem Wellenstahl ausüben, was besonders dann von einer wesentlichen Bedeutung ist, wenn die Schmiermittelzufuhr aus irgendeinem Grunde unzureichend ist. Es konnte festgestellt werden, daß bei einer unzulässig starken Erwärmung des Gleitlagers die niedrigschmelzendE Phase fast teigig-flüssig oder gar flüssig wird und in diesem Zustand eine zusätzliche Schmierwirkung auch schon bei verhältnismäßig niedrigen Lagertemperaturen ausübt. Dieses Teigigflüssig- oder gai Flüssigwerden der in der übrigen Grundmasse enthaltenen bleihaltigen und niedrigschmelzenden Phase tritt, wie festgestfIlt wurde, um so sicherer ein, je kleiner die Teilchengröße und je niedriger deren Schmelzpunkt ist. Aus dieser grundsätzlichen Erkenntnis ergibt sich für Gleitwerkstoffe auf Kupfer-Zink-Grundlage die allgemeine Lehre, die Gleit-und Notlaufeigenschaften solcher Werkstoffe dadurch zu verbessern, daß man der Grundmasse Bestandteile zusetzt, die von der Grundmasse nicht in feste Lösung aufgenommen werden, sondern als selbständige und niedrigschmelzende Phase in der übrigen Grundmasse auftreten, und zwar in möglichst feiner und gleichmäßiger Verteilung über den Querschnitt in allen Richtungen.
• Es wurde weiter gefunden, daß die Metalle Wismut und/oder Thallium das Blei in den erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffen ganz oder teilweise ersetzen können, so daß auch die Legierungen dieser Metalle untereinander ohne Blei dieselbe Wirkung hervorrufen können wie eine bleihaltige, niedrigschmelzende Phasenlegierung.
• In der folgenden Tabelle sind an sich bekannte eutektische Legierungen zusammengestellt, die der übrigen Grundmasse zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffe zugesetzt werden können. Wie aus der Tafel ersichtlich, können hierbei auch bleifreie Phasenlegierungen angewandt werden, bei denen entweder das Wismut und/oder das Thallium die Rolle des Bleies ganz oder teilweise übernehmen. Außerdem können die der übrigen Grundmasse zuzusetzenden Legierungen des Bleies, Wismuts oder Thalliums untereinander gegebenenfalls auch noch solche Elemente enthalten, die zwar allein, ohne eines der Metalle Blei, Wismut, Thallium, nicht die gewünschte Verbesserung der Gleiteigenschaften bei den erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffen bringen würden, jedoch in Verbindung mit einem oder mehreren der Metalle Blei, Wismut, Thallium geeignet sind, in vorteilhafter Weise den Schmelzpunkt der die Gleit- und Notlaufeigenschaften fördernden niedrigschmelzenden Phase zu senken. Solche Metalle *sind beispielsweise Kadmium, Zink, Antimon oder Indium. Es ist aber hierbei zu berücksichtigen, daß bei der Einführung der letzteren Metalle als Bestandteile der Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt als eutektische Legierung sich ein Gleichgewichtszustand einstellen wird, derart, daß ein Teil der insgesamt zugesetzten Menge eines solchen Metalls, z. B. Kadium, in der niedrigschmelzenden Phase verbleibt, während ein anderer Teil dieses Metalls in der die Grundmasse bildenden Basislegierung aufgenommen wird. So wird beispielsweise bei dem Zusatz einer Legierung, die aus 6o0/, Wismut Plus 39,30/, Kadmium Plus 0,70/, Zink besteht, der Anteil des Zinks restlos und außerdem ein Teil des Kadmiums von der Grundmasse aufgenommen, während der übrige Teil des Kadmiums in der niedrigschmelzenden Phase verbleibt. Durch einfache Versuche kann ermittelt werden, welche Zusammensetzung die zur Einführung der Metalle Blei, Wismut und/oder Thallium benötigte Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, vor allem in eutektischer Zusammensetzung, aufweisen muß, damit in der fertigen Legierung die niedrigschmelzende Phase der gewünschten Zusammensetzung und mit dem gewünschten Schmelzpunkt verbleibt.

  Schmelzpunkt 131,i wi'mut

  i-zad ium So tiges

  C n.s

  9115 40,2 51,7 8,1

  12,5 43,5 56,5 -

  143 - 6o 39,3 (),7 Zink

  144 - 6o 40

  188 - 47,5 - 52,5 Thallium

  244 87 - --- 12,5 Anti-

  mon +

  o,5 Zink

  245 81,7 - 17,3 i,o Zink

  245 80 - 16 4 Antimon

  247 87 - - 13 Antimon

  248 82,5 - 17,5

  Die Gütewerte der erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffe können sowohl hinsichtlich der mechanischen Werte als auch der Gleit- und Notlaufeigenschaften noch weiterhin durch andere Zusätze verbessert werden, sei es, daß die Grundmasse durch mischkristallbildende Zusätze härter gemacht werden soll oder daß man zu dem an sich bekannten Hilfsmittel greift, in die Grundmasse harte Tragkristalle einzulagern. Als mischkristallbildender Zusatz kommt vor allem Nickel oder Mangan in Betracht, wobei ersteres den erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffen allein bis ZU 250/, und letzteres bis zu io0/, zugesetzt wird. Bei einem Aluminiumzusatz sollte man zweckmäßig über 60/, nicht hinausgehen. Bei anderen Metallen, die in geringer Menge Mischkristalle mit der Grundmasse bilden, bei höheren Zusätzen jedoch Sonderbestandteile in der Grundmasse hervorrufen, wird man vor allem dann Wert darauf legen, die erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffe nicht zu hart zu machen, wenn nicht nur eine spanlose Verformung in der Wärme, sondern auch in der Kälte stattfinden soll. So wurde gefunden, daß man bei den erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffen Eisen oder Silicium bis zu 10o/' vorteilhaft anwenden kann, wobei es aber zweckentsprechend ist, bei einem gleichzeitigen Zusatz dieser Metalle den Gesamtgehalt 60/, nicht übersteigen zu lassen.
• Bei der erfindungsgemäßen Gleitlegierung wirkt sich ein Silberzusatz bis zu 50/" auch bei Anwesenheit anderer der vorgenannten Zusatzmetalle, günstig aus.
• Die erfindungsgemäßen Gleitwerkstofflegierungen sind auch teilweise aushärtbar. Zur Steigerung der Aushärtbarkeit kann man diesen Werkstoffen in bekannter Weise auch noch einen Berylliumzusatz, zweckentsprechend bis zu 20/" geben.

Claims (2)

1. PATENTANSPROCHE: i. Die Verwendung von Kupfer-Zink-Legierungen mit mehr als 5o0/, und weniger als 780/, Kupfer, mehr als 0,5 bis zu io0/, Blei, in denen das Blei mit 0,05 bis 50/, Wismut und/oder o,oi bis 20/, Thallium legiett und als niedrigschmelzende Phase in der Grundmasse enthalten ist, Rest Zink als Werkstoff für auf Gleitung beanspruchte Maschinenteile, insbesondere für Lager.
2. 2. Die Verwendung von Legierungen nach Anspruch i, bei denen das Blei ganz durch Wismut und/oder Thallium ersetzt ist, für den Zweck nach Anspruch i. 3. Die Verwendung von Legierungen nach Anspruch i und 2 mit einem Nickelzusatz bis ZU 250/, und/oder einem Manganzusatz bis zu io0/, und/oder einem Aluminiumzusatz bis zu 60/, für den Zweck nach Anspruch i. 4. Die Verwendung von Legierungen nach Anspruch i bis 3 mit einem Eisen- oder Siliciumzusatz bis zu io0/" wobei bei gleichzeitigem Zusatz von Eisen und Silicium der Gesamtzusatz 60/, nicht übersteigt, für den Zweck nach Anspruch i, insbesondere für Lager. 5. Die Verwendung von Legierungen nach Anspruch i bis 4 mit einem Silberzusatz bis zu 50/, für den Zweck nach Anspruch i. 6. Die Verwendung von Legierungen nach Anspruch i bis 5 mit einem Berylliumzusatz bis ZU 20/, für den Zweck nach Anspruch i.