-
Aus einer übereutektischen Legierung bestehende Gleitlager Bei Gleitlagern
für umlaufende oder schwingende Maschinenteile hat sich gezeigt, daß der übliche
Weißmetallausguß bei hohen Gleitfiächenbelastungen leicht rissig wird und infolgedessen
einen sicheren Betrieb nicht mehr gewährleistet. Man hat zwar versucht, diesen Mangel
dadurch zu beseitigen, daß man dem Weißmetall durch rasche Abkühlung nach denn.
Guß eine größere Härte und Druckfestigkeit gab, doch blieb der gewünschte Erfolg
aus. Bei Verwendung von Bleibronze als. Lagerausguß zeigte sich, daß die Neigung
zur Rißbildung wohl erheblich geringer ist als bei Weißmetall; solche Lager sind
aber bei hohen Belastungen in bezug auf ihre Lauffähigkeit sehr empfindlich; sie
neigen zum Fressen und nutzen die Wellen stark ab. Außer diesen Werkstoffen sind
zwar noch einige Sonderbronzen, insbesondere Phosphorbronzen mit homogenem Gefüge,
bekannt, die höhe Gleitflächenbelastungen aushalten können; doch sind diese hohen
Gleitflächenbelastungen bei diesen Bronzen nur in. Verbindung mit gehärteten Wellen
oder Zapfen erreichbar.
-
Versuche haben nun gezeigt, daß einige Leichtmetallegierungen, insbesondere
auf Aluminiumgrundlage, Lagermetalle ergeben, die erheblich höhere Belastungen aushalten
als Weißmetall und Bleibronze und dabei den Vorteil höherer Warmfestigkeit haben.
Unter anderen sind vor längerer Zeit auch Legierungen von Aluminium mit Nickel vorgeschlagen
worden, die aber im praktischen Betrieb sich nicht bewährt haben, da sie zum Schmieren
und Fressen neigten. Auch neuere Aluminiumlegierungen mit primär ausgeschiedenen
Tragkristallen, die an und für sich gute Laufeigenschaften haben, neigen zu derartigen
Betriebsstörungen.
-
Eingehende Untersuchungen haben nun ergeben, daß die Neigung zum Fressen
mit .dem Feingefüge der Leichtmetallegierungen in engem Zusammenhang steht. Die
primären Tragkristalle sind als intermetallische Verbindungen meist sehr spröde
und bröckeln daher um so leichter aus, je gröber sie ausgeschieden sind. Beispielsweise
zeigte eine übereutektis,che Alummium-Nickel-Legierung mit über ö,5 0fo Nickel nach
der Bearbeitung auf ihrer Lauffläche unter dem Mikroskop feine Löcher, in denen
vorher Primärkristalle gesessen hatten, die infolge ihrer Härte nicht durch den
Drehstahl abgeschnitten, sondern zerbröckelt und teilweise oder ganz 'herausgerissen
waren öder bei denen wenigstens die Verbindung mit der Grundmasse gelockert wurde.
Diese nur locker sitzenden Kristalle bzw. Kristallbruchstücke lösen sich nun'im
Betriebe des Lagers leicht vollends aus der Grundmasse heraus und geraten zwischen
Welle und Lagerschale,
wobei sie zur Riefenbildung und schließlich
zum- Fressen der Welle führen. Aus diesem Grunde erweist @es sich auch als unzweckmäßig,
die Gleitfläche von Lagern aus, derartigen Legieruhgen der Welle durch Schaben genau
anzupassen, weil durch das Schaben die Tragkristalle besonders stark beschädigt
und gelockert werden.
-
Ähnliche Erscheinungen zeigen sich bei allen übereutektis,chen Legierungen
des Aluminiumls mit einen. oder mehreren der Metalle der sog. Eisengruppe, umfassend
die Metalle Chrom, Mangan, Eisen, Nickel, Kobalt, wenn sie in gewöhnlicher Weise
vergossen werden. Diese Legierungen neigen zu besonders grober, nadliger bzw: schuppiger
Ausscheidung der primären Aluminidkristalle, die dann bei der Bearbeitung der Lauffläche
in ähnlicher Weise, wie oben geschildert, ausbrechen können.
-
Die Erfindung liegt nun in der Erkenntnis, daß die übereutektischen
Legierungen des Aluminiums mit einem oder mehreren der Metalle der sog. Eisengruppe
sehr gute Gleitlagerwerkstoffe abgeben, wenn in ihrem Gefüge an Stelle der beim
normalen Gießen der Legierungen entstehenden groben, nadelartigen Primärkristalle
feinere Kristallkörner von einer mehr rundlichen und fest in der Grundmasse haftenden:
Form vorhanden sind. Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung von Legierungen
der vorerwähnten Art als. Gleitlagerwerkstoff.
-
Es hat sich gezeigt, daß es durch eine an sich bekannte mechanische
oder metallurgische Behandlung solcher übereutektischer Legierungen gelingt, an
Stelle der groben, nadligen oder schuppigen- Primärkristalle solche in Gestalt kleinerer,
mehr rundlicher Körner zu erzielen, die nun in der Grundmasse viel fester eingebettet
sind und sich bei der Bearbeitung nicht lockern. Die Verbesserung der Gleiteigenschaften
der Legierungen durch eine solche Behandlung kann damit erklärt werden, daß die
kleinen und mehr rundlichen Tragkristalle im Falle der trockenen Reibung die Welle
tragen, ohne auszubrechen, und im Falle der flüssigen Reibung die Bildung eines
zusammenhängenden Ölfilms zwis.c`hen Welle und Gleitfläche begünstigen, während
nadelartige Tragkristalle infolge ihrer Scharfkantigkeit den Ölfilm zerreißen. Lager
aus einer so behandelten Legierung halten daher selbst sehr hohen Gleitflächenbelästungen
stand, und zwar auch bei Verwendung nichtgehärteter Wellen. Solche Lager können
auch in üblicher Weise eingeschabt werden, während die bekannten harten Lagerleichtmetalle
nur dann eine befriedigende Lauffähigkeit zeigen, wenn sie mit dem Diamant bearbeitet
worden sind. In rein mechanischer Weise kann die Verfeinerung der Tragkristalle
von derartigen übereutektischen Aluminiumlegierungen erfolgen, indem die Gußlegierung
mit noch zunächst grob ausgeschiedenen Primärkristallen einer Knetbehandlung, beispielsweise
durch Schmieden, Pressen o. dgl., unterworfen wird, wobei die Primärkristalle zertrümmert
und so fester in die Grundmasse .eingebettet werden. Solche Knetbehandlungen einer
Legierung sind in der Metallurgie an sich bekannt, um das Bruchgefüge, d. h: das
gesamte bei einem Bruch sichtbare, Gefüge eines Metalls zu verfeinern zu dem Zweck,
die mechanischen Eigenschaften des Metalls, insbesondere seine Festigkeit, zu verbessern.
Im vorliegenden Falle kommt es jedoch in erster Linie auf die Verfeinerung der Tragkristalle
und auf die Überführung derselben in eine andere Form zum Zweck der Verbesserung
der Gleiteigenschaften an. Da durch diese Behandlung aber gleichzeitig die Festigkeitseigenschaften
der Legierung verbessert werden, wird auch noch eine höhere Belastbarkeit des Lagers
als bei Benutzung eines nur gegossenen Werkstoffes ermöglicht, Bei- der Herstellung
eines solchen Werkstoffes kann, wie an sich bekannt, eine Vorverfeinerung des Gefüges
durch rasche Abkühlung der Legierung nach dem Guß herbeigeführt werden. Bei einer
so vorbehandelten übereutektischen Aluminiumlegierung sind die Primärkristalle zwar
in feinerer Form .als bei einer langsam abgekühlten Legierung, jedoch immer noch
als scharfe Nadeln ausgeschieden. Durch die anschließende Knetbehandlung werden
diese Nadeln in besonders feine Körner übergeführt.
-
Es ist aber auch möglich, die Verfeinerung der Tragkristalle auf metallurgischem
Wege herbeizuführen, indem den eine übereutehtische Legierung ergebenden Hauptbestandteilen
noch Titan in einer so geringen Menge (unter o, 5 0/a hinzugefügt wird; daß sich
noch keine primären Kristalle von Titanmetalliden bilden, Das Zusetzen von Titan
zu einer Legierung zum Zweck der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des
Metalls durch Verfeinerung des Bruchgefüges ist in der Metallurgie ebenfalls an
sich bekannt. Im vorliegenden Fall kommt es jedoch nicht auf die Verbesserung der
mechanischen Eigenschaften durch Verfeinerung der Grundmasse, sondern vor allem
auf die Verbesserung der Gleiteigenschaften der Legierung infolge der Bildung kleinerer,
fester in der Grundmasse haftender Primärkristalle (Tragkristalle) an.
-
Als besonders zweckmäßiger Gleitlagerwerkstoff hat sich eine Legierung
von 6,5
öder mehr Prozent Nickel; höchstens 0,5010
Titan, Rest
Aluminium erwiesen.