DE973171C

DE973171C - Verwendung einer Legierung fuer Lager und Verfahren zu ihrer Waermebehandlung

Info

Publication number: DE973171C
Application number: DEV5446A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Pelzel
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1952-02-09
Filing date: 1953-02-10
Publication date: 1959-12-17

Description

Verwendung einer Legierung für Lager und Verfahren zu ihrer Wärmebehandlung Infolge des Bedürfnisses nach höher belastbaren Lagermetallen, die geeignet sind, die üblicherweise verwendeten kostspieligen kupfer- und zinnhaltigen Lagerbronzen zu ersetzen, hat man sich schon seit längerer Zeit bemüht, auf Zinkbasis Legierungen zu entwickeln, die den gestellten Anforderungen gerecht werden. Man hat insbesondere das System Zink-Aluminium-Kupfer untersucht und hierbei einerseits die Legierungen mit geringen Aluminiumgehalten, z. B. die Legierung mit I % Kupfer, 4% Aluminium, Rest Zink, und andererseits die sogenannten »hochaluminiumhaltigena« Legierungen mit 2o bis 7o 0/o Aluminium, z. B. die Legierung mit I % Kupfer, 30% Aluminium, Rest Zink, als Lagerwerkstoff herangezogen. Ferner ist vorgeschlagen worden, eine Legierung aus 5 bis 120/, Kupfer, 5 bis 12 0/o Zink, 2 bis zo 0/0 Eisen, Rest Aluminium als Werkstoff für Maschinenelemente mit gleitender Bewegung zu verwenden. Die Versuche waren zunächst vielversprechend, wie die folgenden Kennzahlen der Legierungen zeigen.

Zugfestigkeit I Dehnung I Brinellhärte

G Zn-Al 4-CuI 18 bis 0,5 bis 7o bis

25 kg/mm2 2,50% Ioo kg/mm2

G Zn-A13o-

CuI ........ 28 bis 0,5 bis 8o bis

33 kg/mm2 2% Ioo kg/mm2

G Zn I2-A174-

CuI2-Fe2 ..I2 bis o,o bis

I4 kg/mm2 0,5%

Dennoch haben die erzeugten Werkstoffe den Anforderungen der Praxis doch nicht vollkommen entsprochen, weil sie den Bronzen insbesondere in der Dehnung noch erheblich nachstehen und für höhere Belastungen nach wie vor die Legierungen mit hohem Kupfer- und Zinngehalt bevorzugt werden.

Die Eignung einer Legierung als Lagerwerkstoff hängt außer von ihren technologischen Kennzahlen auch vom Gefügeaufbau und einer gewissen Haftfestigkeit von Ölfilmen auf der Lageroberfläche ab.
Ein Lagerwerkstoff soll auch sogenannte Notlaufeigenschaften besitzen, d. h., bei kurzzeitigem Aussetzen der-Schmierung soll er selbstschmierend sein, und die rotierenden Teile sollen nicht angefressen werden. Auch diese Eigenschaften sind bei den Kupfer-Zinn-Legierungen in ausgeprägterem Maß vorhanden als bei den erwähnten, bereits untersuchten -Zink-Aluminium-Kupfer-Legierungen, weshalb auch aus diesem Grunde die letzteren sich gegenüber den Bronzen nicht durchsetzen konnten.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Legierung aus 25 bis 65 % Zink, 5 bis 15 % Kupfer, Rest 3o bis 6o 0/0 Aluminium, bei der der Kupfergehalt mindestens 1/6 und höchstens 1/4 des Aluminiumgehaltes beträgt, als Werkstoff für Lager.
Legierungen aus 7 bis 8 % Kupfer, 23 % Zink sowie aus 11,5% Kupfer, 26,4% Zink, und jeweils Rest Aluminium, sind an sich seit langem als Gußlegierungen, jedoch nicht als Lagerwerkstoff bekannt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Lager sind den bisher verwendeten Bronzen durchaus gleichwertig und stehen sowohl in ihren technologischen Kennziffern, wie Zugfestigkeit, Dehnung, Warmfestigkeit, als auch in ihren in der Summe als Laufeigenschaften bezeichneten Werten, wie z. B. Haftfähigkeit von Ölfilmen und Notlaufeigenschaften, den Lagerbronzen nicht nach. Sie können, wie ausgedehnte großtechnische Versuche ergeben haben, in allen Fällen als Ersatzstoffe für die bedeutend teureren Kupfer-Zinn-Legierungen herangezogen werden.
Die möglichen Legierungen werden durch die Legierungsreihe mit niedrigstem Kupfergehalt (Kupfer = 1/6 des Aluminiumgehaltes) und durch die Legierungsreihe mit höchstem Kupfergehalt (Kupfer = 1/4 des Aluminiumgehaltes) begrenzt. Die Legierungsreihe mit niedrigstem Kupfergehalt ist:

Al %.................... 30 42 48 6o

Cu (= 1/6 Al) ............ 5 7 8 Io

Zn ...................... 65 51 44 30

Die Legierungsreihe mit höchstem Kupfergehalt ist:

A1%.................... 30 42 48 6o

Cu (= 1/4 Al) ............ 7,5 10,5 12 15

Zn ...................... 62,5 47,5 40 25

Die Auswahl der Zusammensetzung erfolgt nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Wenn die Zink-und Kupferpreise hoch sind, wird vorteilhaft die Reihe mit höherem Aluminiumgehalt gewählt, weil damit die Volumeneinheit billiger wird, und umgekehrt: Die Verarbeitung dieser Legierungen zu Lagerteilen erfolgt durch Gießen oder Gießen und spanlose Warmverarbeitung oder Gießen und spanlose Kaltverarbeitung. Es werden auf diese Weise Hülsen, Halbschalen oder Büchsen erzeugt. Die technologischen Kennziffern sind: Spezifisches Gewicht 4,8, Zugfestigkeit 3o bis 35 kg/mm2, Dehnung 3 bis 6%, Brinellhärte Ioo bis I4o kg/mm2.
Überraschenderweise wurde ferner gefunden, daß durch eine Nachbehandlung die Eigenschaften der Lagerlegierungen weiter verbessert werden können, indem die zu Lagerschalen oder Büchsen geformten Lagerteile wärmebehandelt werden.
Diese Nachbehandlung erfolgt z. B. derart, daß die Formteile auf eine Temperatur von 8o bis 28o' C erhitzt werden. Die Dauer der Temperung beträgt mindestens 3 Stunden, vorzugsweise 24 bis 48 Stunden. Der mit der Nachbehandlung erzielte Effekt ist überraschend: Während ohne Wärmebehandlung die Dehnung 3 bis 6 % beträgt, nimmt sie nach der Behandlung auf 5 bis Io % zu. Die Festigkeit und Härte bleiben im wesentlichen unverändert und betragen vor und nach der Wärmebehandlung etwa 3o bzw. Ioo bis I40 kg/mm2.
Die Verbesserung der Eigenschaften durch die Nachbehandlung erklärt sich durch eine Änderung im Aufbau des Gefüges. Im angegebenen Konzentrationsbereich bestehen die Aluminium-Zink-Kupfer-Legierungen aus einer ternären Phase und einem Aluminium-Zink-Mischkristall. Durch die erfindungsgemäße Behandlung tritt ein teilweise eutektoider Zerfall der ternären Verbindung ein, wobei die Struktur verfeinert wird und Zink-Mischkristalle als Einlagerung auftreten. Im Zusammenhang damit ändern sich -die Laufeigenschaften der Legierung und ihre Eignung als Lagerwerkstoff in der erwünschten Richtung.
Es ist nicht erforderlich, daß die zur Herstellung der Legierungen verwendeten Metalle völlig rein sind. Da nachgewiesen werden konnte, daß Bleigehalte bis 1,5 0/0 weder die Laufeigenschaften noch das Korrosionsverhalten beeinträchtigen, kann statt Reinzink auch gewöhnliches Hüttenzink mit Vorteil als Legierungsbestandteil herangezogen werden. Ausführungsbeispiel Aus einer Legierung mit 35 0% Aluminium, 7,5 0/o Kupfer, Rest Hüttenzink -wird durch Gießen eine Lagerhülse hergestellt und diese 24 Stunden bei 250°C getempert. Die Festigkeit beträgt 32 kg/mm2, die Dehnung Io %, die Brinellhärte I20 kg/mm2. Bei einer spezifischen Lagerbelastung von 50 kg/cm2 wurde eine maximale Übertemperatur von 6o° festgestellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verwendung einer Legierung aus 25 bis 65 % Zink, 5 bis I5 % Kupfer, Rest 3o bis 6o % Aluminium, bei der der Kupfergehalt mindestens 1/6 und höchstens 1/4 des Aluminiumgehaltes beträgt, als Werkstoff für Lager.
2. Verwendung einer Legierung gemäß Anspruch I, bei der jedoch der Kupfergehalt 7,5 bis I5 % und der Zinkgehalt 25 bis 62,5 % beträgt, für den im Anspruch I genannten Zweck.
3. Verwendung von Legierungen der in den Ansprüchen i und 2 angegebenen Zusammensetzung, bei deren Herstellung das Zink in Form von Hüttenrohzink eingebracht ist, für den im Anspruch I genannten Zweck.
4. Verfahren zur Wärmebehandlung der nach den Ansprüchen I und 2 zu verwendenden Lagerlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen nach ihrer Formgebung für mindestens 3 Stunden, vorzugsweise 24 bis 28 Stunden, auf 8o bis 280°C erwärmt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 654 I75, 764 789 österreichische Patentschrift Nr. 1631; französische Patentschrift Nr. I ooI 105; britische Patentschrift Nr. 21 I37 (I899); USA.-Patentschriften Nr. 639 60o, I 212 374, I394 534 Grützner-Apel, Aluminiumlegierungen, 2. Teil (I936), S. 627, Nr. 30, S. 628, Nr. 8, 9 und 13; Elsners Former-Meister-Kalender, I929, S. 29I bis 293.