由锡基白色金属构成的滑动轴承合金

技术领域

本发明涉及由锡基白色金属(Weiβmetall)制成的滑动轴承合金，该白色金属含有锑作为主要合金元素以及1～10重量％的铜。

背景技术

基于锡的滑动轴承合金是已知的(GB 2 146 354 A)，该合金可以具有2～15重量％的锑、1～10重量％的铜、最多达15重量％的铅和其他合金元素，如镉、镍、银、碲、钴、镁、锰和砷，其中0.005～0.5重量％的钛含量细化了轴承工件的显微组织并因此改善了滑动轴承的允许负荷。为了提高环境友好的白色金属合金(Weiβmetalllegierungen)的负载能力(Belastbarkeit)，已经建议(DE 101 45 389 C2)，除了6～15重量％的锑和3～10重量％的铜之外，还使用含量为0.1～18重量％的铋。尽管采取了这个措施，但是这种已知的、不含对环境有害的合金成分的滑动轴承合金并不能满足更高的强度要求，从而在对承载能力和耐磨性和耐扯性要求更高的情况下常常会选择铝基轴承金属，尽管在使用这种轴承金属时，必须放弃锡基轴承金属合金的出色的紧急开动特性(Notlaufeigenschaft)。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提高本文开始所描述的由锡基白色金属制成的滑动轴承合金的强度，而不必须使用对环境有害的轴承合金元素如镉、铅、砷和铬。

本发明通过以下方式实现了这个目的：该白色金属除了不可避免的杂质以外不含镉、铅、砷和铬，且包含：4～30重量％的锑作为主要合金元素；至少一种选自由钴、锰、钪和锗构成的组的元素，该组所用的元素的总浓度为0.2～2.6重量％；以及，至少一种选自由镁、镍、锆和钛构成的组的元素，该组所用的元素的总浓度为0.05～1.7重量％，其中，锑和铜的总含量最多为35重量％，且锑含量相当于铜含量的至少三倍。在两种情况下，最小含量表示有效界限值，最大含量防止了广泛的、由于其尺寸和数量已经造成损害的析出物(Ausscheidungen)。

通过钴、锰、钪和/或锗的合金化，以有利的方式实现了析出的金属间相的细化和圆化(Abrundung)。此外，锗与游离的铜形成了金属间化合物，这对合金强度具有积极的影响，然而前提条件是，单独的析出物的尺寸保持在较低的水平上。通过这种高熔点元素的初次结晶，在白色金属凝固时，形成了许多结晶晶核(Kristallisationskeimen)，其显著地细化了铜和锑的金属间相的析出物，由此大大改善了锡基质的强度，而不明显损害白色金属的可变形性(Verformbarkeit)。以摩擦学不利的针形析出的铜-锡相和可能存在的不利的立方形锡-锑相被有利地弄圆。此外，裂纹形成的倾向也显著减少。在本文中要注意的是，必须确保合金熔融体的凝固足够快，从而防止较长的针形的金属间铜-锡相和锡-锑相的形成。

特别在锑含量较高时，镁、镍、锆和钛中的元素固定(abbinden)了金属间相中的一部分锑，这抵消了因锑含量较高引起的脆化。镁另外具有强力的脱氧作用。但是镁含量太高增加了腐蚀发生的可能性，其中特别是点蚀。镍可存在于铜-锡晶体中，并增加了其硬度。但是镍对本发明合金的滑动性能没有负面影响。此外，镍改善了耐腐蚀性，并减少了偏析现象的发生。但是，含量超过5重量％会因为析出又大又硬的相而引起脆化。以所述含量添加锆对基质具有增强作用，并起到细化晶粒的作用。钛的添加促进了晶粒细化，由此改善了滑动轴承合金的承载能力，但是保持其硬度几乎保持不变。高的铜含量增强了合金，因为锑和铜之间形成了金属间相。但是，由于会形成过量的针形铜-锡相，所以铜含量不允许超过所给的限定比例。

对于由这种滑动轴承合金制成的轴承金属层而言，特别有利的负载条件是，白色金属的锑含量为10～22重量％，铜含量为3～7重量％。就此而言，一个优化方案是，锑含量为13～18重量％，铜含量为3.5～5.5重量％。添加较多的铜会以对轴承金属有害的程度形成针形的铜-锡相，为了防止这个风险，可以向白色金属中另外合金化0.6～1.8重量％、优选0.7～0.9重量％的锌。锌的作用是通过形成额外的结晶晶核来细化铜-锡相和锡-锑相。由此防止这些相生长到有害的尺寸。在低于0.6重量％时，锌没有积极作用，在高于1重量％时，锌不再溶于锌混合晶体中，且在锡和锌之间形成了低熔点的共晶相(Tm约200℃)。这降低了耐热性，也降低了耐腐蚀性。

类似的作用可以这样来实现：向白色金属中合金化至少一种选自银、金、钒和铁的元素，其中这些合金元素的单独的含量不超过4重量％。这些合金元素的总含量必须限定为不超过8重量％。

铝促进了基于锑和铜的金属间相的细化。因此，白色金属的铝含量可为0.05～2.5重量％。铝含量的上限受到限制，以防止必须接受对白色金属的孔隙度的负面影响。硅对白色金属具有类似的作用。过量的硅与锆和钪结合成金属间相，从而防止形成损坏轴的初生硅晶体。基于这个原因，硅和铝优选以亚共晶的组合物(untereutektischer Zusammensetzung)添加，以避免初生硅晶体的形成。因此，铝和硅应当作为不均匀相混合物存在，其中铝含量相当于硅含量的7～45倍。

为了通过金属间化合物提高白色金属的强度特性，还可以合金化含量为0.05～1.6重量％的锂。添加至少一种选自稀土元素的金属可以最终改善白色金属合金的浇铸性能，并减少偏析(Seigerung)的发生。除此之外，这些稀土元素还具有细化晶粒的作用。但是，如果要抑制不利的影响，那么所使用的稀土元素的总浓度不允许超过1.3重量％。

具体实施方式

下面描述了本发明滑动轴承合金的一些实施例。

实施例1：

由10.1重量％的锑、3.1重量％的铜、0.5重量％的锰、0.08重量％的钪、0.05重量％的锆和0.1重量％的镁和余量的锡制成的滑动轴承合金显示了好的可变形性，铸件硬为30.0HBW 2.5/15，625/15。

实施例2：

为了提高强度，滑动轴承合金由15.4重量％的锑、4.6重量％铜、0.3重量％的锰、0.07重量％的钴、0.1重量％的镁、0.05重量％的镍以及0.7重量％的锌和余量的锡制成。这种滑动轴承合金的铸件硬度为36.1HBW2.5/15，625/15。通过冷轧硬度降低，但是通过热处理硬度又增加至37.6HBW2.5/15，625/15，也就是该硬度超过铸件硬度。