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Dokumentenidentifikation DE102004025557C5 22.01.2009
Titel Mehrschichtiges Gleitteil einer Aluminium basierten Legierung
Anmelder Daido Metal Co. Ltd., Nagoya, Aichi, JP
Erfinder Kagohara, Yukihiko, Inuyama, Aichi, JP;
Hoshina, Takeshi, Inuyama, Aichi, JP;
Ishikawa, Hideo, Inuyama, Aichi, JP;
Sakamoto, Masaaki, Inuyama, Aichi, JP
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Kraus & Weisert, 80539 München
DE-Anmeldedatum 25.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004025557
Offenlegungstag 05.01.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.11.2006
Date of publication of amended patent 22.01.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.01.2009
IPC-Hauptklasse F16C 33/12  (2006.01)  A,  F,  I,  20051017,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse C22C 21/00  (2006.01)  A,  L,  I,  20051017,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]
Technischer Bereich

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrschichtgleitteil einer Aluminium basierten Legierung, welches durch Verbinden einer aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellten Gleitlegierungsschicht über eine aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellten Zwischenschicht mit einer Rückmetallschicht ausgebildet ist.

Hintergrund der Erfindung

Herkömmlich sind Materialien auf Al-Sn-, Al-Sn-Si-, Al-Zn-Basis als Gleitlegierung bekannt, welche aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellt ist, zum Beispiel eine Aluminium basierte Lagerlegierung für Verbrennungsmotoren. Die Aluminium basierte Lagerlegierung ist im Allgemeinen über eine Zwischenschicht, welche aus reinem Aluminium oder aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellt ist, mit einer Rückstahlplatte verbunden und wird für Lager gefertigt.

Die US 4,189,522 betrifft eine Gleitlegierungsschicht, welche aus einer Mehrzahl von Aluminium basierten Schichten besteht, wobei in diesen Schichten zum einen ein Festkörperschmierstoff und zum anderen ein Metallschmiermittel eines geringen Schmelzpunktes enthalten ist. Dabei sind bei der Gleitlegierungsschicht der US 4,189,522 umso mehr Schmierzusätze in einer Schicht der Gleitlegierungsschicht enthalten, je dichter sich die Schicht an der Gleitoberfläche der Gleitlegierungsschicht befindet. Umgekehrt bedeutet dies, dass die Härte einer Schicht der Gleitlegierungsschicht umso geringer ist, je dichter sich diese Schicht an der Gleitoberfläche bzw. je entfernter sie sich von der Rückmetallschicht der Gleitlegierungsschicht befindet.

Um die hohe Ausgangsleistung in neueren Verbrennungsmotoren zu bewältigen, sind neben solchen Aluminium basierten Lagerlegierungen solche mit einer ausgezeichneten Dauerfestigkeit und hohen Festigkeit entwickelt worden. Da weiche Materialien eine vorteilhafte Verbindungseigenschaft aufweisen, sind jedoch reine Aluminiumlagerlegierungen oder Aluminium basierte Lagerlegierungen mit einer geringen Härte als Zwischenschicht verwendet worden. Wenn jedoch eine hohe Belastung auf diese Zwischenschicht einwirkt, für welche reine Aluminiumlagerlegierungen oder Aluminium basierte Lagerlegierungen mit einer geringen Härte verwendet werden, wird eine plastische Verformung aufgrund der Nachgiebigkeit davon verursacht und die Zwischenschicht wird von den Lagerendoberflächen hinausgequetscht.

Um das Problem zu lösen, ist eine Aluminium basierte Lagerlegierung vorgeschlagen worden, wobei eine Zwischenschicht eine Vickershärte von 40% oder mehr aber nicht mehr als 70% der Härte einer Aluminium basierten Lagerlegierung besitzt, wobei die Zwischenschicht eine Vickershärte von 25 oder mehr und die Aluminium basierte Lagerlegierung eine Vickershärte von 50 oder mehr (JP-B2-2564012) aufweist.

Zwischenschichten mit einer geringen Härte sind verwendet worden, um die Verbindungseigenschaft einer Aluminium basierten Lagerlegierung für ein Stahlrückmetall zu verbessern. Wenn eine Aluminium basierte Lagerlegierung mit einer hohen Härte verwendet wird, um eine hohe Ausgangsleistung von Motoren zu bewältigen, ist eine Zwischenschicht mit einer Härte, welche 40% oder mehr der Härte der Aluminium basierten Lagerlegierung beträgt, ausreichend bezüglich der Dauerfestigkeit, aber zu hart und zu schlecht bezüglich der Verbindungseigenschaft.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorab beschriebenen Situationen ausgedacht worden und besitzt ihre Aufgabe darin, die Verbindungseigenschaft der einzelnen Schichten zu verbessern und gleichzeitig eine hohe Dauerfestigkeit der Zwischenschicht zu erzielen.

Die Erfindung stellt ein Mehrschichtgleitteil einer Aluminium basierten Legierung bereit, welches durch Verbinden einer aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellten Gleitlegierungsschicht über eine aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellten Zwischenschicht mit einer Rückmetallschicht ausgebildet ist, wobei die Zwischenschicht aus einer Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht und mindestens einer Schicht, welche von der Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht zu der Gleitlegierungsschicht hin angeordnet ist, zusammengesetzt ist, und wobei mindestens eine derjenigen Schichten, welche von der Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht zu der Gleitlegierungsschicht hin angeordnet sind, eine höhere Härte als die Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht aufweist.

Das Mehrschichtgleitteil einer Aluminium basierten Legierung wird wie üblich gefertigt, indem ein Walzplattieren auf einer Aluminiumlegierungsplatte, welche die Gleitlegierungsschicht bildet, und einer Aluminiumlegierungsplatte, welche die Zwischenschicht bildet, ausgeführt wird, um eine Verbundaluminiumlegierungsplatte zu fertigen, und indem ein Walzplattieren auf der Verbundaluminiumlegierungsplatte zu einer Stahlschicht führt.

Deshalb ist es erforderlich, dass ein Abschnitt der Zwischenschicht, welche die Rückmetallschicht berührt eine ausgezeichnete Verbindungseigenschaft mit der Rückmetallschicht besitzt. Da auch ein Abschnitt der Zwischenschicht, welcher zu der Gleitlegierungsschicht hin angeordnet ist, direkt durch eine Belastung belastet wird, welche durch ein Anschlussstück auf die Gleitlegierungsschicht ausgeübt wird, ist für den Abschnitt die Funktion eines Widerstehens einer hohen Belastung besonders erforderlich.

Erfindungsgemäß ist die Zwischenschicht aus zwei oder mehreren Schichten, wie vorab beschrieben, zusammengesetzt und wobei mindestens diejenige der Schichten, welche von der Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht zu der Gleitlegierungsschicht hin angeordnet ist, mit einer höheren Härte als die Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht hergestellt ist, so dass die harte Schicht einer hohen Belastung widersteht und nicht anfällig für eine plastische Verformung ist, was zu einem Ausquetschen von Endoberflächen aufgrund der hohen Belastung führt. Da auf der anderen Seite die Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht von einer vergleichsweise geringen Härte, d. h. weich, ist, weist sie eine vorteilhafte Verbindungseigenschaft für die Rückmetallschicht auf. Deshalb hat die erfindungsgemäße Zwischenschicht eine ausgezeichnete Dauerfestigkeit und Verbindungseigenschaft, womit eine verlängerte Lebensdauer des Gleitteils realisiert wird.

Zumindest diejenige der Schichten in der Zwischenschicht, welche zu der Gleitlegierungsschicht hin angeordnet ist, besitzt vorzugsweise eine Hv (Vickershärte) von 25 oder mehr aber nicht mehr als 70. Für den Fall einer Hv von 25 oder mehr ist die Fähigkeit eines Verhinderns eines Ausquetschens von Endoberflächen und einer Ermüdung, was der Nachgiebigkeit mindestens einer der Schichten zugeordnet wird, besonders hoch, und für den Fall einer Hv von 70 oder weniger wird die Eigenschaft einer plastische Verformung, wie z. B. eines Einrollens, und ein Formanpassungsvermögen besonders vorteilhaft. Besser ist, dass die Härte mindestens einer der Schichten eine Hv von 35 bis 60 aufweist.

Erfindungsgemäß können all diejenigen Schichten in der Zwischenschicht, welche von der Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht zu der Gleitlegierungsschicht hin angeordnet sind, mit einer höheren Härte als die Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht hergestellt sein. Damit ist die Zwischenschicht bezüglich der Dauerfestigkeit weiter verbessert.

Auch diejenige Schicht in der Zwischenschicht, welche sich in Kontakt mit der Rückmetallschicht befindet, weist eine Dicke auf, welche 5% oder mehr aber nicht mehr als 50% der Dicke der gesamten Zwischenschicht beträgt.

Die Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht ist derjenige Abschnitt der Zwischenschicht, welcher eine vorteilhafte Verbindungseigenschaft für die Rückmetallschicht aufweist, wie vorab beschrieben wurde. Wenn die Dicke der Schicht 5% oder mehr einer Gesamtdicke der Zwischenschicht ausmacht, ist der Effekt, ein Brechen zur Zeit eines Walzplattierens einzuschränken, was für den Fall verursacht wird, in dem die Schicht relativ zu dünn ist, groß, so dass solch eine Dicke besonders vorteilhaft dafür ist, um zu verhindern, dass eine relativ harte Schicht zu der Gleitlegierungsschicht hin einen gebrochenen Abschnitt aufweist. Deshalb ist solch eine Dicke besonders ausgezeichnet, um eine stabile Bindungsfestigkeit zu erhalten.

Die Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht besitzt eine geringere Härte als mindestens eine der Schichten, welche zu der Gleitlegierungsschicht hin angeordnet sind. Wenn die Dicke der Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht weniger als 50% einer Gesamtdicke der Zwischenschicht ausmacht, wird die Zwischenschicht bezüglich mechanischer Eigenschaften angemessen gut und ihre Fähigkeit, eine plastische Verformung, was zu einem Ausquetschen der Endoberflächen führt, und eine Ermüdung zu verhindern, wird verbessert. Deshalb ist für den Fall, dass die Dicke der Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht 5% oder mehr aber weniger als 50% einer Gesamtdicke der Zwischenschicht beträgt, die Fähigkeit, eine Ermüdung zu verhindern, welche bei einer Verbindungsschnittstelle zwischen der Rückmetallschicht und der Zwischenschicht und einem Inneren derjenigen Schicht der Zwischenschicht, welche sich in Kontakt mit der Rückmetallschicht befindet, besonders ausgezeichnet. Besser ist, wenn die Dicke derjenigen Schicht der Zwischenschicht, welche sich in Kontakt mit der Rückmetallschicht befindet, 8 bis 30% einer Gesamtdicke der Zwischenschicht ausmacht.

Erfindungsgemäß kann diejenige Schicht in der Zwischenschicht, welche sich in Verbindung mit der Rückmetallschicht befindet, eine Härte aufweisen, welche 40% oder mehr aber weniger als 100% der Härte mindestens einer derjenigen Schichten beträgt, welche von der Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht zu der Gleitlegierungsschicht hin angeordnet sind.

Für den Fall von 40% oder mehr ist die Lasttragekapazität und die Fähigkeit, ein Ausquetschen der Endoberflächen des Gleitteils und eine Entstehung einer Ermüdung zu verhindern, besonders ausgezeichnet. Ein Fall von weniger als 100% bedingt nicht zu viel Härte, so dass die Eigenschaft einer plastischen Verformung, wie z. B. ein Einrollen usw., und ein Formanpassungsvermögen besonders ausgezeichnet ausgebildet sind.

Erfindungsgemäß kann diejenige Schicht in der Zwischenschicht, welche sich in Verbindung mit der Rückmetallschicht befindet, eine Vickershärte von 30 oder mehr aufweisen, und die Härte derjenigen Schichten, welche sich von der Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht zu der Gleitlegierungsschicht hin angeordnet sind, können eine Vickershärte von 40 oder mehr aufweisen.

Wenn die entsprechenden Schichten eine Hv von 30 oder mehr und eine Hv von 40 oder mehr aufweisen, zeigt sich eine ausgezeichnete Lasttragekapazität bei einer Verwendung unter einer hohen Belastung und die Dauerfestigkeit ist besonders ausgezeichnet.

Erfindungsgemäß kann die Schicht in der Zwischenschicht, welche sich in Verbindung mit der Rückmetallschicht befindet, eine oder mehrere der folgenden Substanzen (a) bis (d) enthalten:

  • (a) Si mit 1 bis 8,5 Gewichtprozent

    Begründung: Si kristallisiert als Si-Partikel einer hohen Härte und ist auch fest gelöst in Al, um die Härte einer Legierung zu erhöhen. Für den Fall von 1 Gewichtprozent oder mehr ist der Effekt merklich und für den Fall von 8,5 Gewichtprozent oder weniger ist die Eigenschaft der plastischen Verformung, wie z. B. die Formbarkeit usw., besonders ausgezeichnet, um eine angemessen stabile Bindungsfestigkeit sicherstellen zu können. 4 bis 8 Gewichtprozent sind besser.
  • (b) ein oder mehrere Elemente, welche aus Cu, Zn und Mg ausgewählt sind, und eine Gesamtmasse von 0,01 bis 7 Gewichtprozent aufweisen

    Begründung: Diese ausgewählten Elemente erhöhen eine Al-Matrix bezüglich Festigkeit. Für den Fall von 0,01 Gewichtprozent oder mehr ist der Effekt merklich und für den Fall von 7 Gewichtprozent oder weniger ist die Fähigkeit, ein Erzeugen von groben intermetallischen Verbindungen zu verhindern, besonders hoch, die Eigenschaft der plastischen Verformung, wie z. B. ein Einrollen usw., ist besonders ausgezeichnet und eine Verbindung kann weiter stabil vorhanden sein. 0,5 bis 6 Gewichtprozent sind besser.
  • (c) ein oder mehrere Elemente, welche aus Mn, V, Mo, Cr, Co, Fe, Ni und W ausgewählt sind, und eine Gesamtmenge von 0,01 bis 3 Gewichtprozent aufweisen

    Begründung: Diese ausgewählten Elemente sind in einer Al-Matrix fest gelöst oder kristallisieren als Intermetallgemische oder Partikel von jedem Element, wobei die Legierung bezüglich Festigkeit verbessert wird. Für den Fall von 0,01 Gewichtprozent oder mehr ist der Effekt merklich und für den Fall von 3 Gewichtprozent oder weniger ist die Fähigkeit, ein Erzeugen eines groben Intermetallgemischs zu verhindern, besonders hoch und die Eigenschaft der plastischen Verformung, wie z. B. ein Einrollen usw., ist besonders ausgezeichnet. 0,2 bis 2 Gewichtprozent sind besser.
  • (d) ein oder mehrere Elemente, welche aus B, Ti und Zr ausgewählt sind, und eine Gesamtmasse von 0,01 bis 2 Gewichtprozent aufweisen.

    Begründung: Diese ausgewählten Elemente sind in einer Al-Matrix fest gelöst und sind effektiv, um die Zeitfestigkeit zu verbessern. Für den Fall von 0,01 Gewichtprozent oder mehr ist der Effekt merklich und für den Fall von 2 Gewichtprozent oder weniger ist die Belastbarkeit besonders hoch. 0,02 bis 0,05 Gewichtprozent sind besser.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Querschnittsansicht, welche eine erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt; und

2 ist eine Querschnittsansicht, welche eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, die der 1 entspricht, darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf 1 beschrieben.

1 stellt einen Querschnitt einer Aluminium basierten Mehrschichtlagerlegierung 1 als ein Mehrschichtgleitteil einer Aluminium basierten Legierung dar. Wie in der Figur dargestellt ist, ist die Aluminium basierte Mehrschichtlagerlegierung 1 durch Verbinden einer Lagerlegierungsschicht 4, wie einer aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellten Gleitlegierungsschicht, über eine aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellten Zwischenschicht 3 mit einer Rückmetallschicht, zum Beispiel einem Stahlrückmetall 2, ausgebildet. Die Zwischenschicht 3 ist aus einer Mehrzahl von Schichten, zum Beispiel zwei Schichten, das heißt, eine untere Schicht 5 auf einer Seite des Stahlrückmetalls 2 und eine obere Schicht 6 auf einer Seite der Lagerlegierungsschicht 4, zusammengesetzt.

Die Aluminium basierte Lagerlegierung, welche die Lagerlegierungsschicht 4 bildet, enthält eine oder mehrere der folgenden Substanzen (a) bis (e) zusätzlich zum Aluminium.

  • (a) Sn mit 3 bis 20 Gewichtprozent
  • (b) ein oder mehrere Elemente, welche aus Cu, Zn, Mg und Si ausgewählt sind, und eine Gesamtmasse von 0,1 bis 7 Gewichtprozent aufweisen
  • (c) ein oder mehrere Elemente, welche aus Mn, V, Mo, Cr, Co, Fe, Ni und W ausgewählt sind, und eine Gesamtmenge von 0,01 bis 3 Gewichtprozent aufweisen
  • (d) ein oder mehrere Elemente, welche aus B, Ti und Zr ausgewählt sind, und eine Gesamtmenge von 0,01 bis 2 Gewichtprozent aufweisen
  • (e) ein oder mehrere Elemente, welche aus Pb, Bi und In ausgewählt sind, und eine Gesamtmenge von 3 Gewichtprozent oder weniger aufweisen

Auch die untere Schicht 5 in der Zwischenschicht 3, welche aus zwei Schichten zusammengesetzt ist, enthält mindestens eine der folgenden Substanzen (a) bis (d) zusätzlich zum Aluminium.

  • (a) Si mit 1 bis 8,5 Gewichtprozent
  • (b) ein oder mehrere Elemente, welche aus Cu, Zn und Mg ausgewählt sind, und eine Gesamtmenge von 0,01 bis 7 Gewichtprozent aufweisen
  • (c) ein oder mehrere Elemente, welche aus Mn, V, Mo, Cr, Co, Fe, Ni und W ausgewählt sind, und eine Gesamtmenge von 0,01 bis 3 Gewichtprozent aufweisen
  • (d) ein oder mehrere Elemente, welche aus B, Ti und Zr ausgewählt sind, und eine Gesamtmenge von 0,01 bis 2 Gewichtprozent aufweisen

Auf der anderen Seite enthält die obere Schicht 6 mindestens eins aus Mn mit mehr als 0 Gewichtprozent aber weniger als 2 Gewichtprozent, Cu mit mehr als 0 Gewichtprozent aber weniger als 2 Gewichtprozent, Mg mit mehr als 0 Gewichtprozent aber weniger als 2 Gewichtprozent und Fe mit mehr als 0 Gewichtprozent aber weniger als 2 Gewichtprozent.

Im Folgenden wird eine Erklärung bezüglich eines Verfahrens eines Herstellens der Aluminium basierten Mehrschichtlagerlegierung 1, welche in 1 dargestellt ist, gegeben.

Zuerst wird ein herkömmliches Gießen und Walzen verwendet, um eine Aluminium basierte Lagerlegierungsschicht auszubilden, welche die Lagerlegierungsschicht 4 bildet. Auch ein herkömmliches Gießen und Walzen wird verwendet, um eine Aluminiumlegierungsschicht, welche die untere Schicht 5 der Zwischenschicht 3 bildet, und eine Aluminiumlegierungsschicht, welche die obere Schicht 6 bildet, auszubilden, und die zwei Aluminiumlegierungsschichten werden durch ein Walzplattieren zusammen verbunden, um eine Aluminiumlegierungsverbundschicht für die Zwischenschicht auszubilden. Dann werden die Aluminium basierte Lagerlegierungsschicht und die Aluminiumlegierungsverbundschicht für die Zwischenschicht zusammen durch ein Walzplattieren verbunden, um die Mehrschichtaluminiumlegierungsschicht zu bilden.

Dann überlappt die Mehrschichtaluminiumlegierungsschicht einen niedrigen Carbonstahlstreifen, welcher das Stahlrückmetall bildet, um einem Walzplattieren unterworfen zu werden, um ein Bimetall auszubilden, welches erhalten wird, indem die Aluminium basierte Lagerlegierungsschicht über die Aluminiumlegierungsschicht für die Zwischenschicht mit dem Stahlrückmetall verbunden wird.

Hinzuzufügen ist, dass die Aluminium basierte Lagerlegierungsschicht als eine Lagerlegierungsschicht 4, die Aluminiumlegierungsschicht für die Zwischenschicht als eine Zwischenschicht 3 und der untere Carbonstahlstreifen als ein Stahlrückmetall 2 in den folgenden Beschreibungen bezeichnet werden.

Nachdem das Bimetall in der vorab beschriebenen Weise angefertigt ist, wird es einem Härten unterzogen, um für 3 Stunden auf ungefähr 350°C erhitzt zu werden, und danach wird das Bimetall in eine halbzylindrische Form oder in eine zylindrische Form ausgearbeitet, um als Lager gefertigt zu sein.

Nachdem das Bimetall gehärtet ist, kann das Bimetall einem Vergütungsglühen unterzogen werden. Das Vergütungsglühen wird durchgeführt, indem das Bimetall für 10 bis 30 Minuten bei 460 bis 520°C erhitzt wird. Cu, Zn, Mg, Si, usw. der Aluminium basierten Lagerlegierungsschicht 4 sind fest in einer Al-Matrix gelöst. Nach dem Vergütungsglühen wird das Bimetall abgeschreckt. Dabei wird die Lagerlegierungsschicht 4 bezüglich der Festigkeit verbessert. Danach wird das Bimetall in eine halbzylindrische Form oder in eine zylindrische Form ausgearbeitet, um als Lager gefertigt zu sein. Nachdem das Bimetall abgeschreckt ist, kann es einem künstlichen Altern unterzogen werden (zum Beispiel bei 150 bis 200°C für 20 Stunden).

Wenn es als Lager fertig gestellt ist, besitzt hier die gesamte Zwischenschicht eine Gesamtdicke von 10 bis 70 &mgr;m, und die untere Schicht der Zwischenschicht zu der Rückmetallschicht hin wird eingestellt, um eine Dicke von 2 bis 30 &mgr;m aufzuweisen, das heißt, 3% oder mehr aber nicht mehr als 60% der Gesamtdicke. Auch die Härte der oberen Schicht 6 beträgt Hv 22 oder mehr aber nicht mehr als 75, und die untere Schicht 5 weist eine Vickershärte von 37% oder mehr aber weniger als 100% der Härte der oberen Schicht 6 auf. Vorzugsweise besitzt die untere Schicht 5 eine Hv von 30 oder mehr und die obere Schicht 6 eine Hv von 40 oder mehr.

2 stellt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform dar, wobei die Ausführungsform dahingehend von der vorhergehenden Ausführungsform verschieden ist, dass eine Zwischenschicht 7 bezüglich einer Struktur derartig dreischichtig ist, dass sie aus einer unteren Schicht 8 in Kontakt mit dem Stahlrückmetall 2, einer Mittelschicht 9, welche mit der unteren Schicht 8 verbunden und von der unteren Schicht 8 zu der Aluminium basierten Lagerlegierungsschicht 4 hin angeordnet ist, und einer oberen Schicht 10, welche mit der Mittelschicht 9 verbunden ist, um mit der Aluminium basierten Lagerlegierungsschicht 4 in Kontakt zu stehen, zusammengesetzt ist.

Die untere Schicht 8 und die obere Schicht 10 sind aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, welche dieselbe Zusammensetzung wie diejenige der unteren Schicht 5 und der oberen Schicht 6 bei der vorherigen Ausführungsform aufweist, und die Mittelschicht 9 kann aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sein, welche dieselbe Zusammensetzung wie die untere Schicht 5 und die obere Schicht 6 bei der vorherigen Ausführungsform aufweist, oder kann aus einer Aluminiumlegierung mit einer dazu unterschiedlichen Zusammensetzung hergestellt sein. In diesem Fall ist die Härte der Mittelschicht 9 vorzugsweise höher als diejenige der unteren Schicht 8 und geringer als diejenige der oberen Schicht 10, aber kann geringer als diejenige der unteren Schicht 8 oder höher als diejenige der oberen Schicht 10 sein.

Beispiele

Um den erfindungsgemäßen Effekt zu bestätigen, haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung Aluminium basierte Lagerlegierungen mit in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Zwischenschichten gefertigt und haben Verbindungstests und Ermüdungstests darauf ausgeführt. Dabei war eine Lagerlegierungsschicht bei in Tabelle 1 dargestellten entsprechenden Mustern aus Sn mit 13 Gewichtprozent, Si mit 3 Gewichtprozent, Cu mit 1,0 Gewichtprozent und dem Rest aus Al zusammengesetzt. Des Weiteren wurde kein Vergütungsglühen durchgeführt.

Die Verbindungsfestigkeitstests wurden bezüglich einer Scherfestigkeit dargestellt, wenn sich die Lagerlegierungsschicht von dem Stahlrückmetal parallel zu der Verbindungsoberfläche ablöste. Auch die Bedingungen bei den Ermüdungstests sind in Tabelle 2 dargestellt.

Bedingung Testmaschine Ermüdungstestmaschine Drehgeschwindigkeit 9,0 m/s Testdauer 20 Stunden Schmiermittel VG68 Öltemperatur 100°C Ölzufuhrdruck 0,49 MPa Wellenmaterial JIS S55C Bewertungsverfahren Maximaler Oberflächendruck ohne Ermüdung
Tabelle 2

Unter den Zwischenschichten, welche in Tabelle 1 angegeben sind, sind einige Muster, welche aus den Schichten A, B, C zusammengesetzt sind, aus einer dreischichtigen Struktur, welche in 2 dargestellt ist, zusammengesetzt, wobei die Schicht A eine untere Schicht, die Schicht B eine Mittelschicht und die Schicht C eine obere Schicht ist. Ein Muster ohne die Schicht C besteht aus einer zweischichtigen Struktur, welche in 1 dargestellt ist, wobei die Schicht A eine untere Schicht und die Schicht B eine obere Schicht ist.

Bei Berücksichtigung von experimentellen Ergebnissen zum Vergleich zwischen erfindungsgemäßen Produkten 1 und 2 und einem Vergleichsprodukt 7, besitzt das Vergleichsprodukt 7 eine geringe Verbindungsfestigkeit und eine schlechte Dauerfestigkeit, da die Schicht A (untere Schicht) davon eine hohe Härte aufweist und bezüglich einer plastischen Verformung bei dem Walzplattieren unzureichend ist.

Bei einem Vergleich zwischen einem erfindungsgemäßen Produkt 3 und einem Vergleichsprodukt 9 besitzt das Vergleichsprodukt 9 eine geringe Verbindungsfestigkeit und eine schlechte Dauerfestigkeit, da die Schicht A (untere Schicht) davon eine hohe Härte aufweist und bezüglich der plastischen Verformung bei dem Walzplattieren unzureichend ist, und die Schicht A (untere Schicht) ist dünn und die Schicht B (Mittelschicht) und die Schicht C (obere Schicht), welche eine geringe Härte aufweisen, werden relativ dick, so dass ein Ausquetschen von Lagerendoberflächen hervorgerufen wird.

Bei einem Vergleich zwischen einem erfindungsgemäßen Produkt 4 und einem Vergleichsprodukt 10 besitzt das Vergleichsprodukt 10 eine geringe Verbindungsfestigkeit und eine schlechte Dauerfestigkeit, da die Schicht A (untere Schicht) davon eine höhe Härte aufweist und bezüglich der plastischen Verformung bei dem Walzplattieren unzureichend ist, und die Schicht A (untere Schicht) mit einer hohen Härte ist dick, was zu einem geringen Formanpassungsvermögen der Lager und einer Abnahme der Dauerfestigkeit führt.

Bei einem Vergleich zwischen einem erfindungsgemäßen Produkt 5 und einem Vergleichsprodukt 8 weist das Vergleichsprodukt eine geringe Verbindungsfestigkeit und eine schlechte Dauerfestigkeit auf, da die Schicht A (untere Schicht) davon eine hohe Härte besitzt und bezüglich der plastischen Verformung bei dem Walzplattieren unzureichend ist, und eine Ermüdung wird in der Schicht C (obere Schicht) mit einer geringen Härte hervorgerufen.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, welche vorab beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt sind, sondern bietet die folgende Erweiterung oder Modifikation.

Die Zwischenschicht ist nicht auf zwei Schichten und drei Schichten beschränkt, sondern kann aus vier Schichten oder mehr zusammengesetzt sein. In diesem Fall ist eine unterste Schicht (Schicht in Kontakt mit einem Rückmetall) vorzugsweise weicher als mindestens eine der oberen Schicht (Schichten in Richtung auf eine Gleitlegierung) und besitzt vorzugsweise eine Dicke, welche 5% oder mehr aber weniger als 50% einer Gesamtdicke der Zwischenschicht beträgt.

Die Erfindung ist nicht auf Lager beschränkt, sondern ist weithin auf Gleitteile anwendbar, welche sich bewegende Anschlussteile tragen.


Anspruch[de]
Mehrschichtgleitteil einer Aluminium basierten Legierung, welches durch Verbinden einer aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellten Gleitlegierungsschicht (4) über eine aus einer Aluminium basierten Legierung hergestellten Zwischenschicht (3; 7) mit einer Rückmetallschicht (2) ausgebildet ist,

wobei die Zwischenschicht (3; 7) aus einer Schicht (5; 8) in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) und mindestens einer Schicht (6; 9, 10), welche von der Schicht (5; 8) in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) in Richtung zu der Gleitlegierungsschicht (4) hin angeordnet ist, zusammengesetzt ist,

wobei mindestens eine derjenigen Schichten (6; 9, 10), welche von der Schicht (5; 8) in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) in Richtung zu der Gleitlegierungsschicht (4) hin angeordnet ist, eine höhere Härte als die Schicht (5; 8) in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) aufweist, und

wobei diejenige Schicht (5; 8) in der Zwischenschicht (3; 7), welche sich in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) befindet, eine Dicke aufweist, welche 5% oder dicker aber dünner als 50% der Dicke der gesamten Zwischenschicht (3; 7) ist.
Mehrschichtgleitteil einer Aluminium basierten Legierung nach Anspruch 1, wobei alle diejenigen Schichten (6; 9, 10) in der Zwischenschicht (3; 7), welche von der Schicht (5; 8) in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) in Richtung zu der Gleitlegierungsschicht (4) hin angeordnet sind, eine höhere Härte als die Schicht in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) aufweisen. Mehrschichtgleitteil einer Aluminium basierten Legierung nach Anspruch 1 oder 2, wobei diejenige Schicht (5; 8) in der Zwischenschicht (3; 7), welche sich in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) befindet, eine Härte aufweist, welche 40% oder größer aber weniger als 100% der Härte von mindestens einer derjenigen Schichten (6; 9, 10) ist, welche von der Schicht (5; 8) in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) in Richtung zu der Gleitlegierungsschicht (4) hin angeordnet ist. Mehrschichtgleitteil einer Aluminium basierten Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens eine derjenigen Schichten (6; 9, 10) in der Zwischenschicht (3; 7), welche von der Schicht (5; 8) in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) in Richtung zu der Gleitlegierungsschicht (4) hin angeordnet ist, eine Vickershärte von 25 oder mehr aber weniger als 70 aufweist. Mehrschichtgleitteil einer Aluminium basierten Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei diejenige Schicht (5; 8) in der Zwischenschicht (3; 7), welche sich in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) befindet, eine Vickershärte von 30 oder mehr aufweist, und wobei diejenigen Schichten (6; 9, 10), welche von der Schicht (5; 8) in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) in Richtung zu der Gleitlegierungsschicht (4) hin angeordnet sind, eine Vickershärte von 40 oder mehr aufweisen. Mehrschichtgleitteil einer Aluminium basierten Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei diejenige Schicht (5; 8) in der Zwischenschicht (3; 7), welche sich in Kontakt mit der Rückmetallschicht (2) befindet, eine oder mehrere der folgenden Substanzen (a) bis (d) enthält:

(a) Si mit 1 bis 8,5 Gewichtprozent,

(b) ein oder mehrere Elemente, welche aus Cu, Zn und Mg ausgewählt sind und eine Gesamtmenge von 0,01 bis 7 Gewichtprozent aufweisen,

(c) ein oder mehrere Elemente, welche aus Mn, V, Mo, Cr, Co, Fe, Ni und W ausgewählt sind und eine Gesamtmenge von 0,01 bis 3 Gewichtprozent aufweisen,

(d) ein oder mehrere Elemente, welche aus B, Ti und Zr ausgewählt sind und eine Gesamtmenge von 0,01 bis 2 Gewichtprozent aufweisen.






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