DE661821C

DE661821C - Cadmium alloy, in particular for lining bearings, and methods of manufacturing bearings

Info

Publication number: DE661821C
Application number: DEG90033D
Authority: DE
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1934-07-02
Filing date: 1935-03-20
Publication date: 1938-06-28

Description

Kadmiumlegierung, insbesondere zur Auskleidung von Lagern, und Verfahren zur Lagerherstellung Die Erfindung richtet sich auf eine Kadrniumlegierung, insbesondere auf ihre Verwendung zur Auskleidung von Lagern, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung von Lagern mit einer solchen Auskleidung. Es handelt sich dabei um die Erfüllung der schärfsten Anforderungen, die an Lager für schnelllaufende Maschinen gestellt werden.Cadmium alloy, particularly for lining bearings, and processes for bearing manufacture The invention is directed to a cadrnium alloy, in particular their use for lining bearings and a method of manufacture of bearings with such a lining. It is the fulfillment the toughest requirements placed on bearings for high-speed machines will.

Die Lager für verhältnismäßig hohe Geschwindigkeiten und Belastungen, beispielsweise die Hauptlager von Brennkraftmaschinen, werden allgemein mit einer verhältnismäßig weichen Legierung, beispielsweise Weißmetall oder Babbittmetall, ausgekleidet. Diese Legierung besteht in der Hauptsache aus Zinn mit kleinen Anteilen von Antimon und Kupfer. Beim Betrieb der Maschinen mit hohen Geschwindigkeiten, wobei hohe Temperaturen des Schmiermittels und der Lagerteile entstehen, erreichen die mit Weißmetall ausgekleideten Lager leicht eine Temperatur, bei der sie so geschwächt werden, daß eine Zerstörung der Auskleidung eintritt und manchmal sogar ihr Schmelzpunkt erreicht wird.The bearings for relatively high speeds and loads, For example, the main bearings of internal combustion engines, are generally with a relatively soft alloy, for example white metal or babbitt metal, lined. This alloy consists mainly of tin with small amounts of antimony and copper. When operating the machines at high speeds, high temperatures of the lubricant and the bearing parts arise the white metal-lined bearings easily reach a temperature at which they are so weakened that the lining will be destroyed and sometimes even its melting point is achieved.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Schwierigkeiten zu beseitigen. Sie geht von an sich bekannten Legierungen des Kadmiums mit Silber aus und kennzeichnet sich wesentlich dadurch, daß eine Legierung aus Kadmium mit einem verhältnismäßig kleinen Anteil an Silber und vorzugsweise mit einer sehr kleinen Beifügung von Kupfer und/oder Nickel verwendet wird. Diese Legierung hat bemerkenswerte Eigenschaften bei ihrer Verwendung als Lagerauskleidung. Der Silbergehalt wird erst bei einem Anteil von ungefähr 0,5 % an aufwärts merklich wirksam, und die oberste Grenze liegt in der Nähe von 5 0/0; es ergeben sich jedoch bei einem Anteil von mehr als 3,5 % wachsende Schwierigkeiten in der Innehaltung einer gleichmäßigen Legierung. Am meisten befriedigend hat sich ein Silbergehalt von ungefähr 1,75 % bis 2,50 % erwiesen.The invention has the task of eliminating these difficulties. It is based on known alloys of cadmium with silver and identifies is essentially the fact that an alloy of cadmium with a relatively small amount of silver and preferably with a very small addition of copper and / or nickel is used. This alloy has remarkable properties when used as a bearing lining. The silver content is only at one At about 0.5% and upwards, it is noticeably effective, and the uppermost limit is near 5 0/0; however, it results from a proportion of more than 3.5 % increasing difficulty in maintaining a uniform alloy. At the A silver content of approximately 1.75% to 2.50% has proven to be most satisfactory.

Kupfer oder Nickel oder beide Metalle können als Härtemittel hinzugefügt werden, jedoch sollte ihr Betrag verhältnismäßig klein sein und nicht über z % hinausgehen, vorzugsweise auf o,25 his o,5o % beschränkt sein. Die Lagerlegierung in ihrer bevorzugten Zusammensetzung würde also enthalten: Silber ............. I,75%bis2,5o%, Kupfer oder Nickel .. o,250/0 - 0,5 0 und Kadmium, der Rest, und zwar ......... 97,0 % -98,0 0/0 Eine Legierung der beschriebenen Zusammensetzung schmilzt bei ungefähr 320° C (61o° F) im Vergleich zu ungefähr 23o° C (45o° F) für gewöhnliches Weißmetall. Ihre Härte liegt im Bereich von 38 bis 5o Brinell-Grad, während Weißmetall ungefähr 2r bis 3o aufweist. Die neue Legierung ist also sehr, dicht und behält ihre Festigkeit und Dichtigkeit bei Temperaturen bei, die weit oberhalb derjenigen liegen, bei welchen das gewöhnliche Weißmetall zerfällt oder unter den im Betrieb von Lagern auftretenden Bedingungen schmilzt. Die neue Legierung besitzt außerdem vorzügliche Gleiteigenschaften, wenn sie finit Stahlwellen in Berührung kommt. Ihre Dauerhaftigkeit wurde durch die Tatsache erwiesen,: däß ein Satz von Lagern, die mit der neuen Legierung ausgekleidet waren, die Belastung von drei aufeinanderfölgenden Sätzen von Weißmetallägern unter gleichen Bedingungen überstanden hat.Copper or nickel or both metals can be added as hardening agents, but their amount should be relatively small and not exceed z%, preferably limited to 0.25 to 0.5o%. The bearing alloy in its preferred composition would therefore contain: Silver ............. I, 75% to 2.5o%, Copper or nickel .. o.250 / 0 - 0.5 0 and cadmium, the rest, namely ......... 97.0% -98.0 0/0 An alloy of the composition described melts at about 320 ° C (61o ° F) compared to about 23o ° C (45o ° F) for common white metal. Their hardness is in the range of 38 to 5o Brinell degrees, while white metal is approximately 2r to 3o. The new alloy is therefore very, dense and retains its strength and tightness at temperatures which are far above those at which the ordinary white metal disintegrates or melts under the conditions occurring in the operation of bearings. The new alloy also has excellent sliding properties when it comes into contact with finite steel shafts. Its durability was demonstrated by the fact that: one set of bearings lined with the new alloy could withstand the stress of three successive sets of white metal supports under the same conditions.

Die Anwendung der neuen Legierung für Lagerschalen, beispielsweise Hülsen, Buchsen, Lager für Pleuelstangen usw., die gewöhnlich aus Stahl bestehen, bringt jedoch eine gewisse Schwierigkeit in bezüg auf das Anhaften der Legierung an das Hinterlageglied mit sich. Die Erfindung schafft nun ein außerordentlich festes Anhaften und tatsächlich eine völlige Vereinigung zwischen der Auskleidungslegierung und der Hinterlage aus Stähl oder Eisen durch das Verfahren, :die Hinterlage zunächst mit einer als Bindeschicht dienenden Legierung zu überziehen, deren Wirkung ungefähr der bei Weißmetallagern üblichen Verzinnung gleichkommt. Die zu diesem Zweck benutzte Bindelegierung besteht aus Kadmium mit einem Zusatz von Zink oder Antimon. Wird Antimon benutzt; so beträgt der Gehalt etwa 7 °/o oder ä °/a. Zink wird in Beträgen von 5 °/o bis 2o % benutzt, die bevorzugte Menge liegt zwischen io °/o bis 15 °%. Kleine Beträge von anderen Metallen, beispielsweise Nickel, können der Bindelegierung zugefügt werden. Eine Legierung aus 3 °/o bis io °/o Zink; i % bis 2 % Nickel, Rest Kadmium ergibt befriedigende Werte.However, the application of the new alloy to bearing shells, such as sleeves, bushings, bearings for connecting rods, etc., which are usually made of steel, involves a certain difficulty with regard to the adhesion of the alloy to the backing member. The invention creates an extremely strong adhesion and actually a complete union between the lining alloy and the backing made of steel or iron by the process: First of all, to coat the backing with an alloy serving as a binding layer, the effect of which is roughly equivalent to the tin-plating customary in white metal bearings. The binding alloy used for this purpose consists of cadmium with an addition of zinc or antimony. Is antimony used; so the content is about 7 ° / o or -% / a. Zinc is used in amounts of 5 % to 20%, the preferred amount being between 10% and 15%. Small amounts of other metals, such as nickel, can be added to the binder alloy. An alloy of 3% to 10% zinc; i % to 2 % nickel, the remainder cadmium gives satisfactory values.

Der Betrag an Bindemetall, beispielsweise Zink, das dem Kadmium zugefügt wird, um die Überzuglegierung zu liefern, hängt einigermaßen von dem Betrag dieses Metalls ab, das für die eigentliche Lagerfläche zulässig ist, da die Bestandteile des Bindemittels durch die Lagerlegierung diffundieren, wenn die Lagerlegierung auf die Bindefläche aufgegossen wird. Es ergab sich beispielsweise, daß das Lagermetall am besten befriedigt, wenn der Betrag an Zink in seiner Oberfläche nicht höher ist als etwa 0,25 °%. Obwohl also Zink oder Antimon erforderlich ist, um das Anhaften oder Verschmelzen mit der Oberflache der Hinterlage herbeizuführen, die beispielsweise aus Bronze oder einem eisenhaltigen Metall bestehen kann, und obwohl jenes Metall dazu dient, den Kadmiumteil vor der Oxydation zu bewahren, sollte sein Betrag in 'der angegebenen Weise beschränkt bleiben.The amount of binder metal, for example zinc, that is added to the cadmium to provide the coating alloy, depends somewhat on the amount of this metal that is permissible for the actual bearing surface, since the constituents of the binder diffuse through the bearing alloy when the bearing alloy is used is poured onto the binding surface. It has been found, for example, that the bearing metal is best satisfied when the amount of zinc in its surface is not more than about 0.25 %. So although zinc or antimony is required to adhere or fuse with the surface of the backing, which may consist of bronze or a ferrous metal, for example, and although that metal serves to prevent the cadmium part from oxidizing, its amount should be in 'remain restricted in the manner indicated.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Lagerkörpers gemäß der Erfindung ist folgendes zunächst wird der Grundkörper öder die Hinterlage aus festem Metall; wie Bronze, Messing, Stahl oder Stahl reit einem Überzug aus Messing, Bronze oder Kupfer in der üblichen Weise, um Rost, Fett üsw. zu entfernen, gereinigt und darauf mit einem für Metallüberzüge üblichen Flußmittel, beispielsweise mit Zinkchlorid und Salzsäure, behandelt. Alsdann wird die Überzug- oder Bindelegierung aufgebracht. Das kann in der Weise geschehen, daß der Grundkörper in ein geschmolzenes Bad der Bindelegierung eingetaucht wird, dessen Temperatur ungefähr bei 34o° bis 370° C (65o° bis 700° F) gehalten wird. Ein Eintauchen von etwa 30 Sekunden wird gewöhnlich ausreichen, um den Überzug hervorzurufen und die Temperatur des Grundkörpers ungefähr auf die des Bades zu bringen. Alsdann wird das Lagermetall auf den Grundkörper aufgegossen, solange er noch heiß ist, wobei die aufgegossene Legierung eine Temperatur von ungefähr 37o° his 400° C (700° bis 750° F) besitzt. Nach der Abkühlung wird die Lagerfläche auf die gewünschten Abmessungen bearbeitet. Die schließliche Dicke der Lagerauskleidung braucht nicht größer zu sein als o,25tnrn (o;oi"), falls es sich beispielsweise um Pleuelstangen für Brennkräftmasehinen für Kraftwagen handelt.A method for manufacturing a bearing body according to the invention The following is first of all the base body or the backing made of solid metal; such as bronze, brass, steel or steel rides a coating of brass, bronze or Copper in the usual way to remove rust, grease, etc. to remove, cleaned and on top with a flux customary for metal coatings, for example with zinc chloride and hydrochloric acid. The coating or binding alloy is then applied. This can be done in such a way that the base body is in a molten bath of the Binding alloy is immersed, the temperature of which is approximately 34o ° to 370 ° C (65o ° to 700 ° F). An immersion of about 30 seconds becomes common sufficient to produce the coating and approximately the temperature of the base body to bring to that of the bath. Then the bearing metal is poured onto the base body, while it is still hot, the poured alloy having a temperature of approximately 37o ° to 400 ° C (700 ° to 750 ° F). After cooling down, the storage area becomes machined to the desired dimensions. The eventual thickness of the bearing liner does not need to be greater than o, 25tnrn (o; oi "), if it is for example are connecting rods for internal combustion engines for motor vehicles.

Die Verbindung zwischen der Lagerlegierung und der Hinterlage ist so fest, und die Lagerlegierung selbst ist so dicht, daß eine damit ausgekleidete Stahlschale zu einer ebenen Platte zurückgebogen werden kann, ohne daß die Legierung Risse bekommt oder daß die Verbindung bricht. Diese Eigenschaften, in Verbindung mit den verhältnismäßig hohen Schmelzpunkten der Bindelegierung und der Lagerlegierung, machen es möglich, daß die Lager, beispielsweise Hülsen oder Buchsen, in der Weise gefertigt werden; daß man zunächst ein Rohstück in Form einer Platte herstellt, alsdann den Werkstoff in die gewünschte Form bringt. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck das Lagermetall in Stangenform gegossen und kalt gewalzt, wobei nötigenfalls zwischendurch ausgeglüht wird, bis der Stoff auf die gewünschte Dicke zurückgeführt ist. Das Kaltwalzen des Metalls verbessert seine physikalischen Eigenschaften hauptsächlich in bezug auf seine Dichtigkeit und Zugfestigkeit. Die dünne Platte wird auf eine Platte des Hinterlagestoffes, .beispielsweise eine Stahlplatte, mit der Bindelegierung dazwischen aufgelegt. Dadurch findet eine vorläufige Verbindung mit der Grundplatte statt, worauf die Bindung unter Druck und bei einer Temperatur von ungefähr 29o° C (550° F) durchgeführt wird. Die auf diese Weise zusammengesetzte Platte mag dann in Rohstücke -der passenden Größe geschnitten und auf übliche Art in die Form von Lagerschalen gebracht werden.The connection between the bearing alloy and the backing is so strong, and the bearing alloy itself is so dense that one lined with it Steel shell can be bent back into a flat plate without affecting the alloy Cracks or the connection breaks. These properties, in conjunction with the relatively high melting points of the binding alloy and the bearing alloy, make it possible that the bearings, for example sleeves or bushings, in the way be manufactured; that you first produce a blank in the form of a plate, then brings the material into the desired shape. Preferably to this one Purpose the bearing metal is poured into bar form and cold rolled, taking if necessary It is annealed in between until the fabric is reduced to the desired thickness is. Cold rolling the metal mainly improves its physical properties in terms of its tightness and tensile strength. The thin plate is on one Plate of the backing material, for example a steel plate, with the binding alloy hung up in between. This creates a temporary connection with the base plate instead, whereupon the bond under pressure and at a temperature of about 29o ° C (550 ° F) is performed. The plate assembled in this way may then Cut into blanks of the appropriate size and in the usual way in the shape of Bearing shells are brought.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Lager gemäß der Erfindung. Der Grundkörper oder die Hinterlage 5 besteht beispielsweise aus Stahl: die Zwischenlage oder Bindeschicht ist mit 6 angedeutet, die jedoch beim fertigen Gegenstand infolge der Diffusion in das Hinterlagemetall und die Lagerlegierung wesentlich verschwindet. Die Bindeschicht besteht ,aus der Kadmium-Zink-Bindelegieru;ng. Das eigentliche Lagermetall ist mit 7 bezeichnet und besteht aus der Kadmium-Silber-Lagerlegierung. Diese Bezeichnungen sollen jedoch nur eine allgemeine Veranschaulichung der Erfindung ergeben. Das Lager selbst kann natürlich irgendeine geeignete Form haben, wie sie dem gerade vorliegenden Zweck am besten entspricht.The drawing illustrates a bearing according to the invention. The basic body or the backing 5 consists, for example, of steel: the intermediate layer or binding layer is indicated with 6, which, however, in the finished object as a result of diffusion substantially disappears into the backing metal and the bearing alloy. The tie layer consists of the cadmium-zinc alloy. The actual bearing metal is with 7 and consists of the cadmium-silver bearing alloy. These terms however, they are only intended to provide a general illustration of the invention. The warehouse itself, of course, may have any suitable shape such as the one at hand Purpose.

Die Erfindung wurde in ihrer Anwendung auf die Herstellung von Lagern erläutert. Es versteht sich jedoch, daß sie auch für allgemeine Zwecke wegen ihrer verschiedenen ,Merkmale anwendbar ist. Die Erfindung soll also nicht auf die Anwendung für Lager beschränkt sein. Sie ist vielmehr für verwandte Zwecke und auch für allgemeine Fälle anwendbar.The invention was applied in its application to the manufacture of bearings explained. It is understood, however, that they are also used for general purposes because of their different, characteristics is applicable. So the invention is not intended to be applied be limited for stock. Rather, it is for related purposes and also for general purposes Cases applicable.

Claims

PAT.GNTANSPRÜci3I :: i. Cadmium alloy characterized by the following Composition: 0.5 to 5%, preferably 1.7 to 2.5% silver, 0.25 to i % Nickel and / or copper, the remainder cadmium.

2. Use of the alloy according to claim i as a material for bearings.

3. Use of an alloy of 0.5 to 5% silver, Remainder cadmium, for the purpose stated in claim 2. q ..

Use of alloys the composition specified in claims i and 3 as the material for the lining of bearings, which consist of a soft tread and a hard support shell, e.g. B. made of steel.

5. A method of manufacturing a bearing as claimed in claim 4 mentioned type, characterized in that the tread or lining in shape the silver-containing cadmium alloy by means of an alloy serving as a binding layer from 5 to 20%, preferably 10 to 15% zinc or 7 to 8% antimony, the remainder cadmium, is applied to the support shell.