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Hintergrund der Erfindung
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(1) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitelement auf Kupferbasis, das hervorragende Beständigkeit gegenüber Festfressen aufweist und geeignet ist für einen Turbolader eines Verbrennungsmotors.
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(2) Beschreibung des Standes der Technik
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Von Radiallagern, die in Turboladern von Verbrennungsmotoren verwendet werden, wird herkömmlicherweise Korrosionsbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit gefordert. Gemäß der
JP-A-2003-42145 wird als Material für Radiallager eine Kupferlegierung verwendet, die Cu, Zn, Al und Verbindungen auf Mn-Si-Basis als Hauptbestandteile enthält. Bei dem in der
JP-A-2003-42145 beschriebenen Stand der Technik erstrecken und verteilen sich Verbindungen auf Mn-Si-Basis vom kristallisierten Typ, die in Nadelform kristallisiert sind, in einer Messingmatrix (nachfolgend bezeichnet als „nadelförmige Verbindungen auf Mn-Si-Basis”) in einer axialen Richtung einer Rotationsachse. Dadurch kann der Effekt erzielt werden, dass die Verschleißbeständigkeit des Radiallagers verbessert werden kann.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Selbst wenn sich die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis in der axialen Richtung der Rotationsachse erstrecken und verteilt sind, wie dies in der
JP-A-2003-42145 beschrieben ist, besteht jedoch die Gefahr, dass, wenn eine nadelförmige Verbindung auf Mn-Si-Basis vorhanden ist, die übermäßig groß ist für die Größe (Länge in der Richtung der Hauptachse) der Teilchen der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis, dass, wenn sich die nadelförmige Verbindung auf Mn-Si-Basis während des Gleitens von der Gleitoberfläche ablöst, die nadelförmige Verbindung auf Mn-Si-Basis die Lageroberfläche und die Oberfläche der Welle beschädigt und letztlich ein Festfressen verursacht, obwohl die Verschleißbeständigkeit verbessert ist. Wenn andererseits die Größen (Längen in der Richtung der Hauptachse) aller Teilchen der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis zu klein sind, kann eine ausreichende Verschleißbeständigkeit nicht gewährleistet werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht im Hinblick auf die voranstehend beschriebenen Umstände. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gleitelement auf Kupferbasis bereitzustellen, das hervorragende Beständigkeit gegenüber Festfressen aufweist, indem der Verteilungszustand der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis, die in der Messingstruktur kristallisiert sind, kontrolliert wird.
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Um die genannte Aufgabe zu lösen, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Gleitelement auf Kupferbasis, das aus Messing besteht, in dem Verbindungen auf Mn-Si-Basis in einer Messingstruktur verteilt sind, die Verbindungen auf Mn-Si-Basis Teilchen aus nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse enthalten und 50% oder mehr der gesamten Anzahl der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis aus einer Mehrzahl kleiner Teilchen bestehen.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gleitelement auf Kupferbasis alle der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse in dem Gleitelement auf Kupferbasis aus einer Mehrzahl kleiner Teilchen bestehen.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gleitelement auf Kupferbasis bei 70% oder mehr der gesamten Anzahl der kleinen Teilchen, die die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse in dem Gleitelement auf Kupferbasis bilden, die Längen der kleinen Teilchen 45% oder weniger betragen bezüglich der Richtung der Hauptachse der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gleitelement auf Kupferbasis das Gleitelement auf Kupferbasis 3 Volumen-% bis 50 Volumen-% der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse enthält.
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Eine weitere Ausführungsformn der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gleitelement auf Kupferbasis das Gleitelement auf Kupferbasis aus 20 Masse-% bis 45 Masse-% Zn, 0,3 Masse-% bis 20 Masse-% Si und 1,0 Masse-% bis 6,0 Masse-% Mn und als Rest aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gleitelement auf Kupferbasis das Gleitelement auf Kupferbasis des Weiteren insgesamt 0,1 Masse-% bis 5 Masse-% von mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Fe, Al, Ni, Sn, Cr, Ti, Mo, Co, Zr und Sb, enthält.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gleitelement auf Kupferbasis das Gleitelement auf Kupferbasis des Weiteren insgesamt 0,1 Masse-% bis 5 Masse-% von mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Pb und Bi, enthält.
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Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht, die ein Gleitelement auf Kupferbasis zeigt, in dem nadelförmige Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse, die in einer Messingstruktur kristallisiert sind, aus einer Mehrzahl kleiner Teilchen bestehen.
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2 ist eine schematische Ansicht, die ein Gleitelement auf Kupferbasis zeigt, in dem Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von weniger als 50 μm in der Richtung der Hauptachse in einer Messingstruktur enthalten sind.
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3 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Bildung einer Mehrzahl kleiner Teilchen durch Segmentierung der nadelförmigen Verbindung auf Mn-Si-Basis bei der Extrusion eines Gleitelements auf Kupferbasis.
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4 ist eine schematische Ansicht, die ein Gleitelement auf Kupferbasis zeigt, in dem alle der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis, die in einer Messingstruktur kristallisiert sind, aus einer Mehrzahl kleiner Teilchen bestehen.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind nadelförmige Verbindungen auf Mn-Si-Basis als die Verbindungen auf Mn-Si-Basis in einer Messingstruktur verteilt. Die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis sind die Verbindungen, die zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit beitragen. Die Wirkung der Verbesserung der Verschleißbeständigkeit kann insbesondere erhalten werden, wenn die Länge in der Richtung der Hauptachse der nadelförmigen Verbindung auf Mn-Si-Basis 50 μm oder mehr ist. Die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis werden gebildet, indem Mn und Si beim Gießen in der Messingstruktur in Form von nadelförmigen Teilchen kristallisieren.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die nadelförmigen Verbindungen aus Mn-Si-Basis aus einer Mehrzahl kleiner Teilchen. Die Mehrzahl der kleinen Teilchen wird gebildet durch Segmentierung der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis, indem das Gleitelement auf Kupferbasis, in dem die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis verteilt sind, einer plastischen Bearbeitung in einem kontrollierten Bearbeitungsverhältnis unterworfen wird.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen, wie in 1 gezeigt, in einem Gleitelement auf Kupferbasis 1, in denn nadelförmige Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 in einer Messingstruktur 2 verteilt sind, 50% oder mehr der gesamten Anzahl der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse aus einer Mehrzahl kleiner Teilchen 4. Dadurch können sich, selbst wenn sich die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 während des Gleitens ablösen, die kleinen Partikel 4, aus denen die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 bestehen, ablösen. Somit wird die Häufigkeit des Ablösens der groben nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3, die eine Welle und ein Lager beschädigen, verringert. Dadurch kommt es kaum zu Festfressen. Bei dem Gleitelement auf Kupferbasis 1, in dem nadelförmige Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 in der Messingstruktur 2 verteilt sind, werden, selbst wenn nicht nur die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse, sondern auch die Verbindungen auf Mn-Si-Basis 5 mit Längen von weniger als 50 μm in der Richtung der Hauptachse enthalten sind, wie es in 2 gezeigt ist, die Verbindungen auf Mn-Si-Basis 5 mit Längen von weniger als 50 μm in der Richtung der Hauptachse keine schädlichen Fremdsubstanzen, wenn sie sich während des Gleitens ablösen und sie haben deshalb keinen Einfluss auf die Beständigkeit gegenüber Festfressen.
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Der Abstand zwischen den kleinen Teilchen, aus denen die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis bestehen, beträgt wünschenswerterweise 5 μm oder weniger. Wenn der Oberflächenabstand zwischen den kleinen Teilchen 5 μm oder weniger beträgt, lösen sich die kleinen Teilchen während des Gleitens nicht leicht ab und die Form der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis kann eine lange Zeit erhalten bleiben. Wenn das Gleitelement auf Kupferbasis, in dem die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis verteilt sind, einer plastischen Bearbeitung unterworfen wird, werden die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis hauptsächlich in der Richtung senkrecht zur Richtung der Hauptachse segmentiert. Es ist jedoch auch erlaubt, dass die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis in der Richtung parallel zur Richtung der Hauptachse segmentiert werden.
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Des Weiteren wird durch ein Experiment bestätigt, dass, wenn das Gleitelement auf Kupferbasis, in dem die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis verteilt sind, als Lager verwendet wird, dann, wenn die Formen der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens in einem Bereich konfiguriert sind innerhalb einer Tiefe von 100 μm von der Lageroberfläche aus, die gleiche Wirkung wie oben beschrieben erhalten werden kann.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zur Kontrolle des Verteilungszustands der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis, die in der Messingstruktur kristallisiert sind, beschrieben. So wie bezüglich der Größe der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis kann die Länge in der Richtung der Hauptachse auf 50 μm oder mehr eingestellt werden über die Bedingungen, unter denen das Gießen erfolgt. Nach dem Gießen, wenn der Rohling eine Extrusion zu einem stabförmigen Halbzeug in einer vorgegebenen Form unterworfen wird, können, indem das Bearbeitungsverhältnis gesteuert wird, die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis in eine Mehrzahl kleiner Teilchen segmentiert werden. Der Grund hierfür ist, dass das Ausmaß der plastischen Verformung B der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 klein ist im Vergleich zum Ausmaß der plastischen Verformung der Messingstruktur 2 bei der Extrusion des Gleitelements auf Kupferbasis, in dem die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 in der Messingstruktur 2 verteilt sind, wie dies in 3 gezeigt ist. Die Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Hauptachsenlängen von weniger als 50 μm, die in dem Gleitelement auf Kupferbasis verteilt sind, können jedoch segmentiert werden oder auch nicht segmentiert werden.
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Solange ein Bearbeitungsverfahren wie zum Beispiel Ziehen und Schmieden verwendet wird, das eine plastische Verformung im Inneren des gegossenen Rohlings verursacht, kann die Form der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden durch Kontrollieren des Bearbeitungsverhältnisses. Deshalb ist das Bearbeitungsverfahren nicht auf die Extrusion beschränkt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen alle der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse aus einer Mehrzahl kleiner Teilchen und zwar in dem Gleitelement auf Kupferbasis 1, in dem die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 in der Messingstruktur 2 verteilt sind, so wie dies in 4 gezeigt ist. Dadurch kommt es kaum zu einem Festfressen, selbst wenn sich die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 während des Gleitens ablösen. Der Grund hierfür ist, dass keine nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3 mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse, die nicht aus einer Mehrzahl von kleinen Teilchen 4 bestehen, enthalten sind und die Häufigkeit der Ablösung der groben nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 3, die die Welle und das Lager beschädigen, stärker verringert wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 70% oder mehr der gesamten Anzahl der kleinen Teilchen, aus denen die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse bestehen, die Länge der kleinen Teilchen 45 μm oder weniger bezüglich der Richtung der Hauptachse der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse und zwar in dem Gleitelement auf Kupferbasis, in dem nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis in der Messingstruktur verteilt sind. Dadurch kommt es kaum zu Festfressen, selbst wenn sich die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis während des Gleitens ablösen. Der Grund hierfür ist, dass sich die kleinen Teilchen mit Längen von 45 μm oder weniger bezüglich der Richtung der Hauptachse der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis ablösen können und die Häufigkeit des Ablösens der groben nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis, die die Welle und das Lager beschädigen, stärker verringert wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in dem Gleitelement auf Kupferbasis, in dem die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis in der Messingstruktur verteilt sind, 3 Volumen-% bis 50 Volumen-% der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse enthalten. Dadurch wird eine vorteilhafte Verschleißbeständigkeit erhalten. Wenn die Menge der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse 50 Volumen-% übersteigt, verursacht dies einen Zustand, in dem die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis im Übermaß in der Messingstruktur kristallisiert sind, und das Material wird zu hart. Wenn andererseits die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse weniger als 3 Volumen-% ausmachen, ist die Wirkung der Verbesserung der Verschleißbeständigkeit nicht ausreichend.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das Gleitelement auf Kupferbasis aus 20 Masse-% bis 45 Masse-% Zn, 0,3 Masse-% bis 2,0 Masse-% Si und 1,0 Masse-% bis 6,0 Masse-% Mn, wobei der Rest aus Cu und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht. Zn ist das Element, das zur Korrosionsbeständigkeit beiträgt, und es sind 20 bis 45 Masse-% Zn enthalten. Bei weniger als 20 Masse-% Zn ist die Korrosionsbeständigkeit in einer Hochtemperaturumgebung nicht ausreichend. Wenn Zn mehr als 45 Masse-% ausmacht, wird das Material zu hart. Der Gehalt an Zn liegt mehr bevorzugt im Bereich von 28 bis 40 Masse-%.
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Si ist das Element, das mit Mn reagiert und eine Verbindung auf Mn-Si-Basis bildet, die zur Verbesserung der Gleiteigenschaft beiträgt, und es sind 0,3 bis 2,0 Masse-% Si enthalten. Bei weniger als 0,3 Masse-% Si ist die Menge der gebildeten Verbindungen auf Mn-Si-Basis klein, und die Wirkung der Verbesserung der Gleiteigenschaft ist ungenügend. Wenn Si mehr als 2,0 Masse-% ausmacht, wird das Material zu hart. Der Gehalt an Si liegt mehr bevorzugt im Bereich von 0,6 bis 1,2 Masse-%.
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Mn ist das Element, das mit Si reagiert und die Verbindung auf Mn-Si-Basis bildet, die zu der Gleiteigenschaft beiträgt, und es sind 1,0 bis 6,0 Masse-% Mn enthalten. Bei weniger als 1,0 Masse-% Mn ist die Menge der gebildeten Verbindungen auf Mn-Si-Basis klein und deshalb wird die Wirkung der Verbesserung der Gleiteigenschaft ungenügend. Wenn Mn mehr als 6,0 Masse-% ausmacht, wird das Material zu hart. Der Gehalt an Mn liegt mehr bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 4,0 Masse-%.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Gleitelement auf Kupferbasis des Weiteren insgesamt 0,1 Masse-% bis 5 Masse-% von mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Fe, Al, Ni, Sn, Cr, Ti, Mo, Co, Zr und Sb, enthalten. Diese Elemente sind die Elemente, die zur Verstärkung der Matrix des Gleitelements auf Kupferbasis beitragen. Bei weniger als 0,1 Masse-% der Elemente wird das Material zu weich. Wenn der Gehalt der Elemente 5 Masse-% übersteigt, wird das Material zu hart. Des Weiteren kombinieren sich diese Elemente mit Mn und Si und bilden manchmal Verbindungen. Die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis können bei der vorliegenden Erfindung Verbindungen sein, die mit den oben genannten Elementen gebildet sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Gleitelement auf Kupferbasis des Weiteren insgesamt 0,1 Masse-% bis 5 Masse-% von mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Pb und Bi, enthalten. Diese Elemente sind die Elemente, die zur Verbesserung der Schlüpfrigkeit beitragen. Bei weniger als 0,1 Masse-% dieser Elemente ist die Wirkung der Verbesserung der Schlüpfrigkeit ungenügend. Wenn die Elemente mehr als 5 Masse-% ausmachen, wird das Material zu hart.
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Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren erläutert für Beispiele, die ein Gleitelement auf Kupferbasis verwenden, in dem nadelförmige Verbindungen auf Mn-Si-Basis gemäß der vorliegenden Verbindung verteilt sind, und für Vergleichsbeispiele. Zunächst wurde ein Gießen durchgeführt mit einer vorbestimmten chemischen Zusammensetzung und nadelförmige Verbindungen auf Mn-Si-Basis wurden in dem Gleitelement auf Kupferbasis kristallisiert. Anschließend wurde eine Extrusion, ein Ziehen oder ein Schmieden auf den gegossenen Kupferlegierungsrohling angewendet. Der Verteilungszustand der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis wurde des Weiteren kontrolliert durch Kontrollieren der Kühltemperatur bei dem Gießen und das Bearbeitungsverhältnis bei der Heißbearbeitung. Insbesondere wurden bei den Beispielen die gegossenen Rohlinge allmählich abgekühlt und verfestigt, so dass die Längen in der Richtung der Hauptachse von zahlreichen nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis auf 50 μm oder mehr anwuchsen, und die Bearbeitungsverhältnisse bei der Heißbearbeitung waren höher als bei dem herkömmlichen Produkt. Dadurch wurden die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse in eine Mehrzahl von kleinen Teilchen segmentiert. Des Weiteren wurden bei den Vergleichsbeispielen die gegossenen Rohlinge allmählich abgekühlt, um sie zu verfestigen, so dass die Längen in der Richtung der Hauptachse zahlreicher nadelförmiger Verbindungen auf Mn-Si-Basis auf 50 μm oder mehr anwuchsen, so wie bei den Beispielen, und die Bearbeitungsverhältnisse bei der Heißbearbeitung waren niedrig, so wie bei dem herkömmlichen Produkt, so dass die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse nicht in eine Mehrzahl von kleinen Teilchen segmentiert wurden.
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Die Verteilungszustände der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis, die oben beschrieben worden wind, werden gemessen durch photographisches Aufnehmen von Zusammensetzungsbildern von Schnitten in der Richtung senkrecht zur Extrusionsrichtung, der Zugrichtung oder der Schmiederichtung in den Gleitelementen auf Kupferbasis bei 500-facher Vergrößerung und unter Verwendung eines herkömmlichen Bildanalyseverfahrens auf der Grundlage der erhaltenen Zusammensetzungsbilder (Analysesoftware: Image-ProPlus (Version 4.5); hergestellt von Planetron Co.) oder dergleichen.
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Bezüglich der Beispiele A und B, bei denen Gleitelemente auf Kupferbasis verwendet wurden, in denen die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung verteilt waren, und bezüglich des Vergleichsbeispiels A wurde ein Verschleißtest durchgeführt unter Verwendung einer Lagertestmaschine. Tabelle 1 zeigt die Bedingungen des Verschleißtests. Tabelle 2 zeigt die chemischen Zusammensetzungen der Beispiele A und B und des Vergleichsbeispiels A, die Parameter bezüglich des Verteilungszustands der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis und den Grad des Verschleißes. Unter „DURCHSCHNITT DES LANGEN DURCHMESSERS DER NADELFÖRMIGEN TEILCHEN” ist in Tabelle 2 angegeben der durchschnittliche Wert des maximalen Feret-Durchmessers der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse. Des Weiteren ist unter „VOLUMEN-% DER NADELFÖRMIGEN TEILCHEN” angegeben das Messergebnis der Messung der prozentualen Fläche der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse bezüglich des Beobachtungsfelds der Ansicht, weil die Oberfläche und das Innere des Gleitelements auf Kupferbasis äquivalente Verteilungszustände aufweisen. Des Weiteren ist unter „VERHÄLTNIS DER ANZAHL DER SEGMENTIERTEN NADELFÖRMIGEN TEILCHEN” angegeben das Messergebnis der Messung des Verhältnisses der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis, die in eine Mehrzahl von kleinen Teilchen segmentiert sind, bezüglich der gesamten Anzahl der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse und zwar innerhalb des Beobachtungsfelds der Ansicht. Des Weiteren ist unter „GRAD DES VERSCHLEISSES” angegeben der Wert, der berechnet wurde aus der Differenz zwischen der Dicke vor und nach dem Verschleißtest durch Messen der Dicke des Probenstücks vor und nach dem Verschleißtest. [Tabelle 1]
| TESTVERFAHREN | LAGERSCHALENTEST |
| LAGERINNENDURCHMESSER | 20 mm |
| UMLAUFGESCHWINDIGKEIT | 0,1 m/s |
| TESTDAUER | 8 STUNDEN |
| LAST | 10 MPa |
| SCHMIERÖL | MOTORENÖL |
| SCHMIERÖLTEMPERATUR | 120°C |
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Bei jedem der Beispiele A und B und dem Vergleichsbeispiel A sind die Längen in der Richtung der Hauptachse der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 50 μm oder mehr und 3 bis 50 Volumen-% der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse sind in dem Gleitelement auf Kupferbasis enthalten. Bei jedem der Beispiele A und B sind 50% oder mehr der gesamten Anzahl der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse in eine Mehrzahl von kleinen Teilchen segmentiert. Im Gegensatz dazu sind bei Vergleichsbeispiel A die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis wie bei dem herkömmlichen Produkt nicht segmentiert. Bei dem Verschleißtest zeigen die Beispiele A und B eine Verschleißbeständigkeit, die äquivalent ist zu der Verschleißbeständigkeit des Vergleichsbeispiels A so wie dies in Tabelle 2 gezeigt ist.
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Des Weiteren wurde bezüglich der Beispiele A bis F, bei denen ein Gleitelement auf Kupferbasis verwendet wurde, in dem die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis gemäß der vorliegenden Erfindung verteilt sind, und bezüglich der Vergleichsbeispiele A bis E wurde ein Festfresstest unter Verwendung einer Lagertestmaschine durchgeführt. Tabelle 3 zeigt die Bedingungen des Festfresstests. Die Beispiele A und B sind dieselben wie Beispiele A und B, die dem Verschleißtest unterworfen wurden, und Vergleichsbeispiel C ist dasselbe wie Vergleichsbeispiel A, das dem Verschleißtest unterworfen wurde. Tabelle 4 zeigt die chemischen Zusammensetzungen der Beispiele A bis F und der Vergleichsbeispiele A bis E, die Parameter bezüglich des Verteilungszustands der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis und die Beständigkeit gegenüber dem Festfressen. Unter „DURCHSCHNITT DES LANGEN DURCHMESSERS DER NADELFÖRMIGEN TEILCHEN”, „VOLUMEN-% DER NADELFÖRMIGEN TEILCHEN” und „VERHÄLTNIS DER ANZAHL DER SEGMENTIERTEN NADELFÖRMIGEN TEILCHEN” sind dieselben Größen angegeben wir bei dem Verschleißtest. Des Weiteren ist unter „VERHÄLTNIS DER ANZAHL DER KLEINEN TEILCHEN VON 45 μm ODER WENIGER” angegeben das Messergebnis der Messung des Verhältnisses der kleinen Teilchen mit Längen von 45 μm oder weniger in der Richtung der Hauptachse bezüglich der gesamten Anzahl der kleinen Teilchen, aus denen die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse bestehen, und zwar innerhalb des Messfelds der Ansicht. Des Weiteren ist unter „FESTFRESSBESTÄNDIGKEIT” angegeben der durchschnittliche Wert des maximalen Kontaktdrucks ohne Festfressen. [Tabelle 3]
| TESTVERFAHREN | LAGERSCHALENTEST |
| LAGERINNENDURCHMESSER | 20 mm |
| UMLAUFGESCHWINDIGKEIT | 12 m/s |
| LAST | AKKUMULIERTE LAST (3 MPa/10 min) |
| SCHMIERÖL | MOTORENÖL |
| SCHMIERÖLTEMPERATUR | 120°C |
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Bei jedem der Beispiele A bis F und der Vergleichsbeispiele A bis E sind die Längen in der Richtung der Hauptachse der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis 50 μm oder mehr und 3 bis 50 Volumen-% der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse sind in dem Gleitelement auf Kupferbasis enthalten, mit Ausnahme von Vergleichsbeispiel D. Bei jedem der Beispiele A bis F sind 50% oder mehr der gesamten Anzahl der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse in eine Mehrzahl von kleinen Teilchen segmentiert. Im Gegensatz dazu sind bei jedem der Vergleichsbeispiele A bis E die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis wie bei dein herkömmlichen Produkt nicht segmentiert. In dem Festfresstest zeigten die Beispiele A bis F hervorragende Beständigkeit gegenüber Festfressen im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen A bis E so wie dies in Tabelle 4 gezeigt ist.
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Des Weiteren wird bei jedem der Beispiele A bis F, da „VERHÄLTNIS DER ANZAHL DER SEGMENTIERTEN NADELFÖRMIGEN TEILCHEN” und „VERHÄLTNIS DER ANZAHL DER KLEINEN TEILCHEN VON 45 μm ODER WENIGER” höher sind, eine hervorragendere Beständigkeit gegenüber Festfressen erhalten. Genauer gesagt sind die Beispiele C bis F, bei denen alle der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse in kleine Teilchen segmentiert sind, hervorragend bezüglich der Beständigkeit gegenüber Festfressen im Vergleich zu den Beispielen A und B, welche nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis enthalten, die nicht in eine Mehrzahl kleiner Teilchen segmentiert sind. Des Weiteren sind die Beispiele C bis F, bei denen jeweils 70% oder mehr der gesamten Anzahl der kleinen Teilchen, aus denen die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse bestehen, in kleine Teilchen mit Längen von 45 μm oder weniger in der Richtung der Hauptachse segmentiert sind, hervorragend bezüglich der Beständigkeit gegenüber Festfressen im Vergleich mit den Beispielen A bis B, bei denen jeweils das Verhältnis der Anzahl der kleinen Teilchen mit Längen von 45 μm in der Richtung der Hauptachse gering ist. Insbesondere sind unter den Beispielen C bis F die Beispiele D bis F, bei denen jeweils alle der gesamten Anzahl der kleinen Teilchen aus denen die nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse bestehen, in kleine Teilchen mit Längen von 45 μm oder weniger in der Richtung der Hauptachse segmentiert sind, hervorragender bezüglich der Beständigkeit gegenüber Festfressen im Vergleich mit Beispiel C, welches kleine Teilchen enthält, die nicht in Teilchen mit Längen von 45 μm oder weniger in der Richtung der Hauptachse segmentiert sind.
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Des Weiteren sind bei Beispiel F 2,4 Masse-% Al, 0,1 Masse-% Fe und 0,5 Masse-% Bi zu dem Gleitelement auf Kupferbasis zugegeben und Beispiel F ist hervorragender bezüglich der Beständigkeit gegenüber Festfressen als die Beispiele A bis D, zu denen diese Elemente nicht zugegeben wurden. Durch ein Experiment wird bestätigt, dass der gleiche Effekt erhalten werden kann durch Zugeben von Elementen wie zum Beispiel Ni, Sn, Cr, Ti, Mo, Co, Zr, Sb und Pb, welche von den zu Beispiel F zugegebenen Elementen verschieden sind.
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Des Weiteren wurde bei jedem der Vergleichsbeispiele A bis E, da „VERHÄLTNIS DER ANZAHL DER SEGMENTIERTEN NADELFÖRMIGEN TEILCHEN” und „VERHÄLTNIS DER ANZAHL DER KLEINEN TEILCHEN VON 45 μm ODER WENIGER” niedriger waren, die Beständigkeit gegenüber Festfressen niedriger und nach dem Festfresstest waren tendenziell Kratzer sichtbar auf der Welle und der Lageroberfläche. Es wird angenommen, dass dies verursacht wird durch die Erhöhung der Häufigkeit der Ablösung von groben nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis, die die Welle und die Lageroberfläche beschädigen, wenn sich Verbindungen auf Mn-Si-Basis während des Gleitens ablösen.
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Des Weiteren wurden in dem Vergleichsbeispiel E, so wie bei Beispiel F, 2,4 Masse-% Al, 0,1 Masse-% Fe und 0,5 Masse-% Bi zu dem Gleitelement auf Kupferbasis zugegeben. Die Beständigkeit gegenüber Festfressen war jedoch nicht verbessert. Es wird durch ein Experiment bestätigt, dass selbst dann, wenn Elemente wie zum Beispiel Ni, Sn, Cr, Ti, Mo, Co, Zr, Sb und Pb zugegeben werden, die andere Elemente sind als die zu dem Vergleichsbeispiel E zugegebenen Elemente, die Beständigkeit gegenüber Festfressen nicht verbessert wird.
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Durch die voranstehend beschriebenen Ergebnisse wird bestätigt, dass die Beständigkeit gegenüber Festfressen hervorragend ist, wenn der Verteilungszustand der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis optimal ist, so wie in dem Fall, wenn 50% oder mehr der gesamten Anzahl der nadelförmigen Verbindungen auf Mn-Si-Basis mit Längen von 50 μm oder mehr in der Richtung der Hauptachse durch eine Mehrzahl kleiner Teilchen gebildet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-42145 A [0002, 0002, 0003]