DE4201761A1 - Bearing material for large combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen für ein La germetall für groß-dimensionierte Motoren.This invention relates to improvements for a la Germetall for large-sized engines.
Die Erfinder der Erfindung haben schon als gegenwärtigen Stand der Technik für die Erfindung die japanischen Patent schriften Nr. 61-17 893 und 61-6 138 beschrieben.The inventors of the invention already considered current Prior art for the invention, the Japanese patent No. 61-17893 and 61-6138.
Lagermetalle, die in dem oben erwähnten Stand der Technik be schrieben werden, haben eine gute Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß und gute Einbettbarkeit aber sind nicht immer befriedigend in bezug auf die Ermüdungsbeständigkeit im Hinblick auf den gegenwärtigen raschen Fortschritt der Ver brennungsmotoren. Deshalb besteht nun ein Bedürfnis nach ei nem Lagermetall mit einer besseren Ermüdungsbeständigkeit.Bearing metals, which in the above-mentioned prior art be be written have a good resistance to the eating wear and good embedding but are not always satisfactory in terms of fatigue resistance In view of the current rapid progress of the United combustion engines. Therefore, there is now a need for egg a bearing metal with better fatigue resistance.
Mit dem oben erwähnten Problem des Stands der Technik im Blick, ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Lagermetall für groß-dimensionierte Motoren bereitzustellen, das eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit besitzt, ohne die Be ständigkeit gegen den fressenden Verschleiß zu beeinträchti gen. With the above-mentioned problem of the prior art in Look, it is an object of this invention, a bearing metal to provide for large-sized engines, the one has excellent fatigue resistance without the Be resistance to eating wear gene.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Lagermetall für groß-dimensionierte Motoren bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine Stützmetallstahlschicht, eine auf der genannten Stützmetallstahlschicht gebildete Bindungs schicht aus Al oder einer Al-Legierung und eine auf der ge nannten Bindungsschicht gebildete Schicht aus einer Lagerle gierung bzw. einer Lagerlegierungsschicht enthält, wobei die genannte Schicht aus der Lagerlegierung aus 40 bis 50 Gew.-% Sn, 0,5 bis 10 Gew.-% Pb, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Cu und zum Rest Al und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht.According to one aspect of the invention, a bearing metal is used provided for large-scale engines that by characterized in that it is a support metal steel layer, a Bond formed on said support metal steel layer layer of Al or an Al alloy and one on the ge called binding layer formed layer from a Lagerle or a bearing alloy layer, wherein the said layer of the bearing alloy from 40 to 50 wt .-% Sn, 0.5 to 10 wt .-% Pb, 0.1 to 1.5 wt .-% Cu and the rest Al and melting contaminants exists.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein La germetall für groß-dimensionierte Motoren bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine Stützmetallstahl schicht, eine auf der genannten Stützmetallstahlschicht ge bildete Bindungsschicht aus Al oder einer Al-Legierung, eine auf der genannten Bindungsschicht gebildete Schicht aus einer Lagerlegierung und eine auf der genannten Schicht aus der La gerlegierung gebildete Oberflächenschicht, hergestellt aus einem Material aus der Gruppe Pb, Sn, und Legierungen davon, enthält, wobei die genannte Schicht aus der Lagerlegierung aus 40 bis 50 Gew.-% Sn, 0,5 bis 10 Gew.-% Pb, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Cu und zum Rest Al und erschmelzungsbedingten Verun reinigungen besteht.According to another aspect of the invention, a La germetall provided for large-sized engines, the characterized in that it is a support metal steel layer, one on said support metal steel layer formed bonding layer of Al or an Al alloy, a layer formed on said bonding layer from a Bearing alloy and one on the said layer from the La Gerlegierung formed surface layer, made from a material from the group Pb, Sn, and alloys thereof, containing, said layer of the bearing alloy from 40 to 50 wt .-% Sn, 0.5 to 10 wt .-% Pb, 0.1 to 1.5 Wt .-% Cu and the remainder Al and melting Verun cleaning.
Die obige Lagerlegierungsschicht kann weiterhin insgesamt nicht mehr als 5 Gew.-% mindestens eines Materials aus der Gruppe Mn, Ni, Si, Ag, Mg, Sb und Zn enthalten.The above bearing alloy layer may further whole not more than 5% by weight of at least one material from the Group Mn, Ni, Si, Ag, Mg, Sb and Zn.
Gemäß dem oben erwähnten Stand der Technik sind mehr als 50 % Sn erforderlich, um die Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß sicherzustellen; aber, nach dem Stand der Technik kann die erwünschte Ermüdungsbeständigkeit nicht erhalten werden, wenn der Sn-Anteil 50% übersteigt. According to the above-mentioned prior art, more than 50% Sn required to be resistant to the guzzling To ensure wear; but, according to the state of the art can not obtain the desired fatigue resistance when the Sn content exceeds 50%.
Bei den erfindungsgemäßen Lagermetallen ist der Gehalt an Sn erniedrigt, um die Ermüdungsbeständigkeit zu verbessern, und Pb ist zugegeben, um eine Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß zu erreichen, die allgemein auf demselben Niveau liegt, wie es mit einem Erzeugnis nach dem Stand der Technik erreicht würde.In the case of the bearing metals according to the invention, the content of Sn lowered to improve the fatigue resistance, and Pb is added to a resistance to the guzzling Achieve wear that is generally at the same level is, as it is with a product according to the prior art would be achieved.
Der Grund für die spezifizierte Zusammensetzung einer jeden Schicht des Lagermetalls für groß-dimensionierte Motoren und die Wirkung, die durch jede Schicht erreicht wird, sollen nun für die vorliegende Erfindung im folgenden erklärt werden:The reason for the specified composition of each Layer of bearing metal for large-sized engines and the effect that is achieved by each layer should now for the present invention are explained below:
Herkömmlicher, bekannter Stahl, wie er als Kohlenstoff stahl für eine gewöhnliche Struktur im JIS (Japanische Industrienorm) definiert ist, wird als Stützmetallstahl schicht des Lagermetalls der Erfindung verwendet.Conventional, well-known steel, such as carbon steel for a common structure in JIS (Japanese Industry standard) is called support metal steel layer of the bearing metal of the invention used.
Die Zwischenschicht (Verbindungsschicht) verstärkt die Bindung zwischen der Stützmetallstahlschicht und der La gerlegierungsschicht. Die Zwischenschicht kann aufgebaut sein aus normalerweise verwendetem reinem Al oder einer Al-Legierung, die insgesamt nicht mehr als 0,1 bis 2 Gew.-% mindestens eines Materials aus der Gruppe Cu, Si, Mn und Zn enthält. Diese Aluminiumlegierung wird verwen det, wenn es erforderlich ist, eine größere Festigkeit zu erhalten.The intermediate layer (connecting layer) reinforces the Tie between the support metal steel layer and the La gerlegierungsschicht. The intermediate layer can be built up its made of normally used pure Al or one Al alloy, the total not more than 0.1 to 2 Wt .-% of at least one material from the group Cu, Si, Contains Mn and Zn. This aluminum alloy will be used if required, greater strength to obtain.
Wenn der Gehalt an einem Zusatz (Zusätzen), die Al bei gefügt werden, um die obige Al-Legierung zu bilden, we niger als 0,1% beträgt, dann wird die beabsichtigte Wirkung durch den zugesetzten Bestandteil (die zugesetz ten Bestandteile) nicht erreicht, und deshalb ist die Untergrenze festgelegt. Wenn andererseits dieser Gehalt 2% übersteigt, führt dies zu Brüchigkeit und ist des halb für einen praktischen Gebrauch nicht geeignet.If the content of an additive (additives), the Al at be added to form the above Al alloy, we less than 0.1%, then the intended Effect of the added ingredient (the added ten ingredients), and therefore the Lower limit set. If, on the other hand, this content 2%, this leads to fragility and is the not suitable for practical use.
Bei Mengen weniger als 40% sind die Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß und die Einbettbar keit unzureichend. Übersteigt andererseits die Menge 50%, wird die Ermüdungsbeständigkeit unzu reichend.For quantities less than 40% are the resistance against the gnawing wear and the embedding insufficient. On the other hand, exceeds the Quantity 50%, the fatigue resistance becomes unzu reaching.
Pb wirkt mit Sn zusammen und bildet eine Legierung, die die Schmiereigenschaften von Sn und dessen Ver träglichkeit verstärkt. Falls die Menge weniger als 0,5% beträgt, wird die beabsichtigte Wirkung durch den Zusatz von Pb nicht erreicht. Überschreitet an dererseits diese Menge 10%, wird der Schmelzpunkt zu niedrig, und dies stellt ein Herstellungsproblem dar.Pb interacts with Sn to form an alloy the lubricating properties of Sn and its Ver strengthened. If the amount is less than 0.5%, the intended effect is through not reached the addition of Pb. Exceeds On the other hand, this amount 10%, the melting point too low and this poses a manufacturing problem represents.
Cu erhöht die Ermüdungsbeständigkeit, die eine der Lagereigenschaften ist. Zusätzlich verbessert es die Bindungsstärke der Lagerlegierungsschicht zu der Oberflächenschicht. Beträgt diese Menge weniger als 0,1%, wird die beabsichtigte Wirkung der Cu- Zugabe nicht erreicht. Übersteigt andererseits diese Menge 1,5%, wird die Legierungshärte zu hoch, so daß die anfängliche Verträglichkeit und die Einbettbarkeit in nachteiliger Weise beein trächtigt werden. Außerdem wird die Duktilität nachteilig beeinträchtigt, so daß die Produktion schwierig wird.Cu increases the fatigue resistance, which is one of the Storage properties is. In addition, it improves the bond strength of the bearing alloy layer too the surface layer. If this amount is less than 0.1%, the intended effect of the Addition not reached. On the other hand, exceeds this amount 1.5%, the alloy hardness becomes too high, so that the initial compatibility and the embedability adversely affected be accused. In addition, the ductility adversely affected, so that the production becomes difficult.
Eine oder mehrere dieser Substanzen werden zuge setzt, um die mechanische Festigkeit der Aluminium matrix zu verbessern. Übersteigt dieser Anteil 5%, so werden die anfängliche Verträglichkeit und die Einbettbarkeit nachteilig beeinträchtigt. Deshalb sollte die Obergrenze davon 5% betragen.One or more of these substances are added relies on the mechanical strength of the aluminum improve matrix. If this proportion exceeds 5%, so will the initial compatibility and the Embedability adversely affected. That's why the upper limit of this should be 5%.
Diese Schicht wird bereitgestellt, um die Beständigkeit gegen den fressenden Verschleiß, die Einbettbarkeit, die anfängliche Verträglichkeit und etc. zu erhöhen. Die Oberflächenschicht ist hauptsächlich aus einem Material der Gruppe Pb, Sn und einer Legierung davon zusammenge setzt. Um die Leistungsfähigkeit weiter zu erhöhen, kön nen Cu und/oder In zugesetzt werden.This layer is provided to the durability against the gnawing wear, the embeddability, the increase initial compatibility and etc. The Surface layer is mainly made of one material the group Pb, Sn and an alloy thereof puts. To further increase the efficiency, k NEN Cu and / or In.
Weiterhin kann eine dünne Schicht, wie eine Plattierung aus Nickel, zwischen der Lagerlegierungsschicht und der Oberflächenschicht gebildet werden, um die Bindung zwi schen der Lagerlegierungsschicht und der Oberflächen schicht zu verbessern.Furthermore, a thin layer, such as a plating nickel, between the bearing alloy layer and the Surface layer are formed to bond between the bearing alloy layer and the surfaces layer to improve.
Die Oberflächenschicht kann auf der Lagerlegierungs schicht durch einen PVD-Prozeß, genauso wie durch eine galvanotechnische Methode gebildet werden.The surface layer may be on the bearing alloy layer through a PVD process, as well as through a galvanotechnical method are formed.
Die vorliegende Erfindung wird nun genauer durch Beispiele beschrieben. Tabelle 1 zeigt die chemische Zusammensetzung verschiedener Beispiele von Lagerlegierungsschichten, die in erfindungsgemäßen Lagermetallen benutzt werden. Tabelle 2 zeigt die chemische Zusammensetzung verschiedener Beispiele von Lagerlegierungsschichten, die in herkömmlichen Lagerme tallen verwendet werden. The present invention will now be described more specifically by way of examples. Table 1 shows the chemical composition of various examples of bearing alloy layers used in bearing metals of the invention. Table 2 shows the chemical composition of various examples of bearing alloy layers used in conventional bearing metals.
Die einzelnen Legierungsbleche mit den jeweiligen Zusammen setzungen, wie sie in den Tabellen 1 und 2 angegeben werden, wurden auf eine Aluminiumfolie aufgelegt, und wurden, zusam men damit, durch eine Walzmaschine gezogen, um ein zusammen gesetztes Verbundblech mit einer Dicke von 1 mm zu erhalten. Dieses Verbundblech wurde auf eine Stützmetallstahlplatte mit einer Dicke von 2 mm aufgelegt, und wurde zusammen damit ge walzt, um ein dreischichtiges Blech zu erhalten, das aus ei ner Lagerlegierungsschicht, der bindenden Zwischenschicht aus Al und der Stützmetallstahlschicht besteht. Die Dicke dieser aus drei Lagen zusammengesetzten Schicht betrug 1,65 mm. Die Dicke der Lagerlegierungsschicht dieser aus drei Lagen zusam mengesetzten Schicht betrug 0,42 bis 0,43 mm, die Dicke der Al-Zwischenschicht 0,02 bis 0,03 mm, und die Dicke der Stütz metallstahlschicht 1,2 mm. Dann wurde das dreischichtige Blech zu einem Lagermetall von halbkreisförmiger Gestalt mit einem Durchmesser von 53 mm und einer Länge von 17 mm ge preßt. Weiterhin wurden einige dieser Lagermetalle durch ein Elektroplattierungsverfahren unter Verwendung eines Borfluo ridbades mit einer Oberflächenschicht beschichtet, um dadurch ein vierschichtiges Verbundblech (Lagermetalle) bereitzustel len. Die Oberflächenschicht hat eine Dicke von 20 µm. Die dreischichtigen Lagermetalle und vierschichtigen Lagerme talle, die auf diese Art gebildet wurden, wurden einem Test auf fressenden Verschleiß und einem Ermüdungstest unterworfen.The individual alloy sheets with the respective combination set out in Tables 1 and 2, were placed on an aluminum foil, and were, together with it, pulled by a rolling machine to a together To get set composite sheet with a thickness of 1 mm. This composite sheet was placed on a support metal steel plate with a thickness of 2 mm, and was ge together with it rolls to obtain a three-layered sheet, the egg ner bearing alloy layer, the binding intermediate layer Al and the support metal steel layer consists. The thickness of this layer composed of three layers was 1.65 mm. The Thickness of the bearing alloy layer of these three layers together layer thickness was 0.42 to 0.43 mm, the thickness of the Al intermediate layer 0.02 to 0.03 mm, and the thickness of the support metal steel layer 1.2 mm. Then the three-layered Sheet metal to a bearing metal of semicircular shape with a diameter of 53 mm and a length of 17 mm ge presses. Furthermore, some of these bearing metals were by a Electroplating process using a borofluo ridbades coated with a surface layer to thereby To provide a four-layer composite sheet (bearing metals) len. The surface layer has a thickness of 20 μm. The three-layer bearing metals and four-layer bearing arms talle made in this way became a test subject to galling wear and a fatigue test.
Die Fig. 1 und 2 sind vergrößerte Querschnitte des dreischichtigen Lagermetalls und des vierschichtigen Lagerme talls. In diesen Figuren bezeichnen das Bezugszeichen 1 die Stützmetallstahlschicht, das Bezugszeichen 2 die Bindungs schicht aus Al, das Bezugszeichen 3 die Lagerlegierungs schicht, und das Bezugszeichen 4 die Oberflächenschicht. Figs. 1 and 2 are enlarged cross sections of the three-layer bearing metal and the four-layer Lagerme talls. In these figures, the reference numeral 1, the support metal steel layer, the reference numeral 2, the bonding layer of Al, the reference numeral 3, the bearing alloy layer, and the reference numeral 4, the surface layer.
Tabelle 3 zeigt die Bedingungen für den Ermüdungstest und Ta belle 4 die Bedingungen für den Test auf fressenden Ver schleiß. Tabelle 5 zeigt die Resultate des Ermüdungstests und Tabelle 6 die Resultate des Tests auf fressenden Verschleiß.Table 3 shows the conditions for the fatigue test and Ta belle 4 the conditions for the test on guzzling ver wear. Table 5 shows the results of the fatigue test and Table 6 shows the results of the test for feeding wear.
Bewertungsmethode
Bei den Probekörpern wurde eine Ermüdung angenommen,
wenn das Gebiet mit Ermüdungserscheinungen im Ver
hältnis zur Projektionsfläche des Lagers nicht weni
ger als 5% betrug.
valuation method
Fatigue was assumed in the specimens when the area of fatigue was not less than 5% in proportion to the projection area of the bearing.
Testmethode
Eine stufenweise Methode in der die Last alle 10 Minu
ten um 50 kp/cm² erhöht wird.test method
A stepwise method in which the load is increased by 50 kp / cm² every 10 minutes.
Bewertungsmethode
Ein fessender Verschleiß wird angenommen, wenn die
Temperatur der Lagerrückseite 220°C übersteigt oder
der elektrische Strom 20 A übersteigt.valuation method
A damaging wear is assumed when the temperature of the bearing back exceeds 220 ° C or the electric current exceeds 20 A.
Die vorliegende Erfindung erreicht die folgenden vorteilhaf ten Wirkungen:The present invention achieves the following advantages effects:
- 1) Wie man den Resultaten des Ermüdungstests in Tabelle 5 entnehmen kann, hat jedes der Lager der vorliegenden Er findung eine verbesserte Ermüdungsbeständigkeit im Ver gleich zu den Lagern nach dem Stand der Technik. Dies wird erreicht durch eine Begrenzung des Sn-Gehalts auf nicht mehr als 50%.1) How to get the results of the fatigue test in Table 5 each of the bearings of the present Er an improved fatigue resistance in Ver equal to the bearings of the prior art. This is achieved by limiting the Sn content to not more than 50%.
- 2) Wie man den Resultaten des Tests auf fressenden Ver schleiß in Tabelle 6 entnehmen kann, hat jedes der Lager der Erfindung eine bessere Beständigkeit gegen fressen den Verschleiß als die Lager nach dem Stand der Technik. Dies wird erreicht durch die Tatsache, daß Pb zugefügt wird, um mit Sn legiert zu werden und dadurch die Schmiereigenschaft von Sn verbessert.2) How to match the results of the test on devouring ver Wear in Table 6, has each of the bearings the invention a better resistance to eat Wear as the bearings of the prior art. This is achieved by the fact that Pb is added is to be alloyed with Sn and thereby the Lubricating property of Sn improved.
- 3) Wie man den vorhergehenden Testresultaten entnehmen kann, ist jedes der Lager der vorliegenden Erfindung, verglichen mit den Lagern nach dem Stand der Technik, in Bezug auf die Ermüdungsbeständigkeit verbessert, ohne daß die Beständigkeit gegen fressenden Verschleiß beein trächtigt würde.3) How to take the previous test results can, is any of the bearings of the present invention, compared with the bearings of the prior art, in Regarding the fatigue resistance improved, without that the resistance to seizing wear impressed would be pregnant.
- 4) Deshalb können die Produkte der Erfindung die zugrunde liegende Aufgabe erfüllen. Die Produkte der Erfindung können nämlich in passender Weise als Lagermetall für die neuen groß-dimensionierte Motoren verwendet werden, die eine erhöhte Ermüdungsbeständigkeit erfordern.4) Therefore, the products of the invention can underlie the fulfill the task at hand. The products of the invention can namely in a suitable manner as a bearing metal for the new large-sized engines are used which require increased fatigue resistance.
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