(57)【要約】  本発明は、鋼から成る支持層、その上に施されており、層厚ｈＳが０．２〜０．４ｍｍのアルミニウム系基層および層厚ｈＧが０．００５〜０．１ｍｍのアルミニウム系摺動層から成る二層複合体を有しており、基層および摺動層が、接合圧延によって接合されている滑り軸受要素、ならびに２つのこのような滑り軸受要素から成る滑り軸受に関し、この滑り軸受要素は、重点的には高性能エンジンに適用するために、主としてコンロッド軸受、クランクシャフト主軸受、およびコンロッドブシュのために用いられるが、カムシャフトおよびバランスシャフトならびに変速機の軸を受けるのにも適用される。
2020516818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  鋼から成る支持層、
−  前記支持層上に施されており、
−  層厚ｈＳが０．２〜０．４ｍｍの無鉛のアルミニウム系基層、および
−  層厚ｈＧが０．００５〜０．１ｍｍの無鉛のアルミニウム系摺動層
から成る二層複合体
を備える滑り軸受要素において、
前記基層および前記摺動層が、接合圧延によって接合されていることを特徴とする、滑り軸受要素。
【請求項２】
前記基層が第１のアルミニウム合金から成り、前記第１のアルミニウム合金が、不可避の汚染物質を除いては、以下の成分
−  銅０．１〜８．０質量％、
−  マンガン０．１〜２．０質量％、
−  ニッケル０．２〜５質量％、
−  亜鉛１．０〜８．０質量％、
−  マグネシウム０．１〜５．０質量％、
−  ケイ素０．１〜２．０質量％、
−  クロム０．０５〜１．０質量％、
−  バナジウム０．０５〜１．０質量％
の１つまたは複数、および残余のアルミニウムから成ることを特徴とする、請求項１に記載の滑り軸受要素。
【請求項３】
前記第１のアルミニウム合金が、
−  銅０．４〜６．０質量％、
−  マンガン０．３〜２．０質量％
の組合せを有することを特徴とする、請求項２に記載の滑り軸受要素。
【請求項４】
前記第１のアルミニウム合金が、
−  ニッケル０．５〜３質量％、および
−  バナジウム０．０５〜１．０質量％
をさらに有することを特徴とする、請求項３に記載の滑り軸受要素。
【請求項５】
前記第１のアルミニウム合金が、
−  マグネシウム０．２〜２．５質量％、および
−  ケイ素０．１〜２．０質量％
をさらに有することを特徴とする、請求項３に記載の滑り軸受要素。
【請求項６】
前記摺動層が第２のアルミニウム合金から成り、前記第２のアルミニウム合金が、不可避の汚染物質を除いては、以下の成分
−  ケイ素１．０〜１０．０質量％、
−  スズ５．０〜３０．０質量％、
−  銅０．１〜５．０質量％、
−  マンガン０．１〜３．０質量％、
−  バナジウム０．０５〜１．０質量％、
−  クロム０．０５〜１．０質量％
の１つまたは複数、および残余のアルミニウムから成ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の滑り軸受要素。
【請求項７】
前記第２のアルミニウム合金が、
−  ケイ素１．０〜６．０質量％、
−  スズ５．０〜２５．０質量％、および
−  銅０．３〜２．５質量％
の組合せを有することを特徴とする、請求項６に記載の滑り軸受要素。
【請求項８】
前記第２のアルミニウム合金が、
−  マンガン０．１〜１．５質量％
をさらに有することを特徴とする、請求項７に記載の滑り軸受要素。
【請求項９】
前記第２のアルミニウム合金が、
−  バナジウム０．０５〜１．０質量％、および
−  クロム０．０５〜１．０質量％
をさらに有することを特徴とする、請求項７に記載の滑り軸受要素。
【請求項１０】
前記基層が、ブリネル硬さ５０〜１００ＨＢＷ１／５／３０を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の滑り軸受要素。
【請求項１１】
前記基層が、引張強度２００〜３００ＭＰａを有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の滑り軸受要素。
【請求項１２】
前記摺動層が、ブリネル硬さ２５〜６０ＨＢＷ１／５／３０を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の滑り軸受要素。
【請求項１３】
前記摺動層が、引張強度１００〜２００ＭＰａを有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の滑り軸受要素。
【請求項１４】
前記滑り軸受要素が、滑り軸受金として形成されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の滑り軸受要素。
【請求項１５】
前記滑り軸受金が、＜１００ｍｍの公称直径を有することを特徴とする、請求項１４に記載の滑り軸受要素。
【請求項１６】
少なくとも一方の滑り軸受金が請求項１５に従って形成されている、２つの滑り軸受金から構成されている滑り軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼から成る支持層、その上に施されており、アルミニウム系基層およびアルミニウム系摺動層から成る二層複合体とを有する滑り軸受要素、とりわけ滑り軸受金、ならびに２つのこのような滑り軸受要素から成る滑り軸受に関し、この滑り軸受要素は、重点的には高性能エンジンに適用するために、主としてコンロッド軸受、クランクシャフト主軸受、およびコンロッドブシュのために用いられるが、カムシャフトおよびバランスシャフトならびに変速機の軸を受けるのにも適用される。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム系軸受金属材料はたいてい、ソリッドアルミニウムストリップとして鋳造され、変形ステップおよび熱処理ステップの後、接合、たいていは接合圧延により鋼ストリップと結合される。アルミニウム系軸受金属は、銅系軸受金属より優れた異物埋収性を提供し、この異物埋収性とは、例えば摩損または汚れによる軸受隙間内の外来粒子を収容および埋収する材料能力のことである。アルミニウム軸受金属の滑り特性または少なくとも緊急運転特性も、とりわけアルミニウム軸受金属のスズ割合が高いほど、必ずより優れている。よってこの材料は、摺動層無しまたは有りで使用することができる。この点で、第１の場合には二材系または二材軸受、第２の場合には三材系または三材軸受のことである。
【０００３】
２層系および３層系は、周知のごとく、鋼裏金と軸受金属層の間の付着を改善させるために薄い中間層をさらに有することができる。この場合は決まって、最初に軸受金属層が中間層と一緒に接合圧延により層複合体へと予備接合され、続いてこの層複合体が同様に接合圧延により鋼ストリップと結合される。中間層は、複合体においては一般的に付着媒介のほかには機能を担っておらず、しばしば純アルミニウム層であり、したがって分類の際は２層系および３層系には算入されない。
【０００４】
ポリマー皮膜（潤滑塗料）を慣らし層として有する２層系および３層系も知られている。これによると、そのような非金属層も分類の際は２層系および３層系には算入されない。
【０００５】
アルミニウム二材系から成る滑り軸受要素は、例えば公報ＤＥ１０２４６８４８Ａ１（特許文献１）、ＤＥ１０３４３６１８Ｂ３（特許文献２）、ＤＥ１０２００５０２３５４１Ａ１（特許文献３）、ＤＥ１０２００９００２７００Ｂ３（特許文献４）、ＤＥ１０２０１１００３７９７（特許文献５）、ＤＥ１０２０１１０８７８８０Ｂ３（特許文献６）、およびＥＰ１５２２７５０Ｂ９（特許文献７）から知られている。これらの公報では、アルミニウム系軸受金属が論じられており、その耐摩耗性、耐熱強度、および疲労強度は、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｖ、および／またはＣｒから選択される、多数の元素からのそれぞれ複数の元素を添加することで改善されている。
【０００６】
概念「強度」は一般的に、材料が分離または塑性変形に対抗する機械的抵抗性を表している。材料の強度は、転位を含む結晶格子の構造にかなり依存している。負荷のタイプに応じて異なる種類の強度が提示される。いわゆる「耐久強度」または「疲労強度」は、経時的に変化する負荷に対する材料の機械的抵抗性を表す動的強度である。たいていは「引張強度」を比較的簡単な引張試験で確定し、その後、この引張強度から耐久強度または疲労強度を逆推理することができる。
【０００７】
「摩耗強度」とは、機械的摩損に対する材料の抵抗性のことである。摩耗もまた様々な原因を有し得る。一つには焼付き摩耗があり、この場合、２種の材料が摩擦熱下で正式には相互に溶着し、これにより材料の一方が取り去られる。もう一つには、摩擦相手材の硬さの違いに基づいて摩耗または摩損が起こる。したがって摩耗強度に関する尺度は材料の硬さであり、硬さは、材料がもう一方の物体の機械的な侵入に対抗する抵抗性と理解され、この硬さも比較的簡単に数多くの公知の硬さテストの１つにおいて確定できる。
【０００８】
つまり、上で挙げた合金成分に関し、一般的には２つの作用を区別することができる。例えばＰｂ、Ｓｎ、またはＢｉのようないわゆる軟質相は、固体潤滑剤として、できるだけ混合摩擦条件下でさえも、焼付きおよび摩耗を軽減させる。例えばＳｉのような、またはＡｌとＭｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎから成る金属間相のような硬質成分または強化成分は、その大きさおよび分布に応じて強度を高める作用を有しており、その硬さに基づいて摩耗の軽減にも寄与する。
【０００９】
公報ＤＥ１０２００９００２７００Ｂ３（特許文献４）は、これに加えて中間層としてのアルミニウム・銅合金を論じており、この中間層の厚さおよび硬さは、全体として滑り軸受金の十分な塑性コンプライアンスおよびなじみ性を達成するために、軸受金属層の特性に適合されている。
【００１０】
一般的に２層系の欠点は、１つの層内で、一方では軟質相の作用が、他方では強化成分の作用が、部分的に対立し合っていることである。したがってこの場合に適用される軸受金属は常に、耐摩耗性ならびに／または耐熱強度および疲労強度の特性に関して妥協している。
【００１１】
例えば公報ＷＯ２０１６／０２３７９０（特許文献８）で開示されているような公知のアルミニウム三材系から成る滑り軸受要素は、支持層としての鋼裏金と、少なくとも１つの軸受金属層と、電気メッキまたはスパッタリングにより軸受金属層上に施された摺動層とを有している。これにより、軸受金属層のアルミニウム合金を、例えば内燃機関における要求の多い使用のために、その強度を顧慮し、かつ異物埋収性および耐摩耗性を犠牲にして最適化することができる。後者の特性は、このために最適化された摺動層が担っている。この場合、軸受金属層はせいぜい緊急運転特性を有していればよい。
【００１２】
摺動層には、化学的にまたは電気化学的に（電気メッキによって）またはＰＶＤ法、とりわけスパッタリングによって施される薄い金属層が考慮されており（ＤＥ１０２００５０６３３２４Ｂ４（特許文献９）またはＤＥ１０２００５０６３３２５Ｂ４（特許文献１０）を参照）、ここではスズ含有アルミニウム合金がスパッタリング層として、銅合金から成る基材上に施されている。このような摺動層は製作上の制約によって非常に薄く、これは、摺動層が高い強度を有さないので基本的には既に利点である。軸受全体の耐久強度は、摺動層が薄ければそれだけ、その下にある軸受金属層または基層の強度によって決定される。
【００１３】
上で挙げたコーティングは、滑り軸受製造では、加工が済んだ滑り軸受上に施される。したがって摺動層の施しは、この滑り軸受の製造を著しく高価にする。多くの場合にはこれに加え、軸受金属層と摺動層の間に拡散バリアとしての中間層または遮断層が設けられており、これらの層も、たいていは電解析出され、製造プロセスをさらに高価にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ＤＥ１０２４６８４８Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１０３４３６１８Ｂ３
【特許文献３】ＤＥ１０２００５０２３５４１Ａ１
【特許文献４】ＤＥ１０２００９００２７００Ｂ３
【特許文献５】ＤＥ１０２０１１００３７９７
【特許文献６】ＤＥ１０２０１１０８７８８０Ｂ３
【特許文献７】ＥＰ１５２２７５０Ｂ９
【特許文献８】ＷＯ２０１６／０２３７９０
【特許文献９】ＤＥ１０２００５０６３３２４Ｂ４
【特許文献１０】ＤＥ１０２００５０６３３２５Ｂ４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
それゆえ本発明の課題は、二材軸受のように安価に製造でき、かつその際に可能な限り三材軸受のような耐摩耗性および異物埋収性と同時に耐熱強度および疲労強度を有している軸受要素、とりわけ滑り軸受金を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この課題は、鋼から成る支持層と、支持層上に施されており、層厚が０．２〜０．４ｍｍのアルミニウム系基層および層厚が０．００５〜０．１ｍｍのアルミニウム系摺動層から成る二層複合体とを備えており、基層および摺動層が、接合圧延によって接合されており、かつ鉛を含んでいない、請求項１に基づく滑り軸受要素によって解決される。
【００１７】
本発明による滑り軸受要素は、上で挙げた２層軸受の場合のように１つの層内で摩耗強度と耐久強度の間の妥協的解決が行われるのではなく、公知の３層軸受の場合のようにこの両方の材料特性をそれぞれ別々の層に割り当てることに基づいている。つまり、本発明による滑り軸受要素における基層は高い耐久強度を保証するように調整されている一方で、摺動層は最適化された異物埋収性にもかかわらず非常に優れた摩耗強度を有している。
【００１８】
しかし公知の三材系とは異なり、摺動層および軸受金属層を接合圧延によって接合する。これは製造プロセスをかなり容易にする。とりわけ、最初に摺動層材料および軸受金属層材料から成るストリップとしての２成分複合体を前もって製作でき、その後、この２成分複合体を鋼支持層上に施す。接合圧延を用いた個々の層の接合により、連続的なストリップ製作が、個々の既に変形された滑り軸受の費用のかかるコーティング法なしで可能になる。これにより滑り軸受の製造が簡略化され、より安価になる。
【００１９】
プロセス信頼性の高い接合圧延は一般的に、目標とされる０．００５〜０．１ｍｍの摺動層厚より大きな材料厚を必要とするので、例えば電解析出法またはスパッタリングとは違い、摺動層を施した後に切削による後加工が必要になり得る。この後加工は、平らな滑り軸受要素の場合、ストリップの状態で非常に効率よく行うことができ、これは生産コストをさほど高騰させない。軸受金またはブシュのようなラジアル軸受要素の場合、後加工は、変形された被加工材の状態で、ドリリング／プロファイルドリリングまたはブローチ加工によって行われる。この工程は常に必要であり、公知の三材軸受でも行われており、したがってこの点でも超過費用は発生しない。ただし公知の三材軸受では、摺動層材料によるコーティングの前に軸受金属層を切削加工する。興味深いことに、偏心プロファイルのプロファイルドリリングの場合の切削による後加工は、摺動層の壁厚に変化をつけ、その一方で基層の厚さは一定である。公知のラジアル軸受の場合は真逆である。ここで提示されている０．００５〜０．１ｍｍの摺動層厚は、壁厚に変化がついているこのような軸受の場合は摺動層のそれぞれ最も薄い部位に関しており、プロファイル厚の差異は最大２５μｍであり得る。それゆえ別の部位では厚さが０．１ｍｍを上回ることもあり得る。
【００２０】
有利な一実施形態では、滑り軸受要素の基層は第１のアルミニウム合金から成り、第１のアルミニウム合金は、不可避の汚染物質を除いては、以下の成分
−  銅０．１〜０．８質量％、
−  マンガン０．１〜２．０質量％、
−  ニッケル０．２〜５質量％、
−  亜鉛１．０〜８．０質量％、
−  マグネシウム０．１〜５．０質量％、
−  ケイ素０．１〜２．０質量％、
−  クロム０．０５〜１．０質量％、
−  バナジウム０．０５〜１．０質量％
の１つまたは複数および残余のアルミニウムから成る。
【００２１】
本発明による滑り軸受要素では、基層は、それ自体で知られたやり方で、強度を高める元素として選択的に元素Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、およびＳｉの１つまたは複数を添加合金することにより、高い耐久強度を保証している。
【００２２】
有利な一実施形態では、第１のアルミニウム合金が、
−  銅０．４〜６．０質量％および
−  マンガン０．３〜２．０質量％
の組合せを有する。
【００２３】
銅はアルミニウムと共に金属間析出物または金属間相を構成し、この金属間析出物または金属間相は、結晶格子内の転位をブロックし、こうして、鋼裏金に対する基層の結合強度を低下させることなく材料強度を高める。０．４〜６．０質量％の銅割合および相応の焼鈍処理の場合に、まさに強度にとって重要な整合析出物が、サイズ、形状、および分布に関して最適に形成されることが分かった。
【００２４】
マンガンもアルミニウムと共に金属間析出物または金属間相を構成し、この金属間析出物または金属間相は、アルミニウム合金中で靭性を上昇させ、かつ粒界割れの発生しやすさを軽減する。そのうえマンガンは分散系形成剤として働く。マンガン含有率は０．３〜２．０質量％であることが好ましく、この場合にマンガンは、再結晶を阻害するように作用し、よって熱安定性または耐熱強度の明らかな改善に対する主たる要因となる。これによりこの層は銅が存在していても、とりわけ昨今の内燃機関の運転中に支配的であるような温度影響に対してより影響を受けにくくなる。そのうえ、上昇した再結晶温度は、一般的には製造プロセスにおいて析出物のサイズおよび形状に有利に働く。これに対してＭｎの高すぎる割合は、脆弱なＡｌ６Ｍｎ結晶の形態でのいわゆる非整合析出物の形成を促進し、非整合析出物は材料強度に悪影響を及ぼす。
【００２５】
好ましいのは、第１のアルミニウム合金が、ニッケル０．５〜３質量％およびバナジウム０．０５〜１．０質量％またはマグネシウム０．２〜２．５質量％およびケイ素０．１〜２．０質量％をさらに有することである。
【００２６】
一方の場合には、提示した範囲内のニッケルが、結晶内の格子サイトを占有することにより追加的な固溶強化を発生させる。ここでは銅含有率をより低く選択できる。
【００２７】
もう一方の場合には、マグネシウムが整合析出物によるより良い冷間硬化をもたらし、とりわけＣｕ／Ｍｇ比が重要な役割を果たす。
【００２８】
そのうえ本発明のこの両方の実施バリエーションは、適切な熱処理の場合、鋼支持層に対する非常に優れた結合強度を有し、よって追加的に摺動層に対する優れた付着媒介体として働くので好ましいことが分かった。
【００２９】
好ましいのは、摺動層が第２のアルミニウム合金から成っており、第２のアルミニウム合金は、不可避の汚染物質を除いては、以下の成分
−  ケイ素１．０〜１０．０質量％、
−  スズ５．０〜３０．０質量％、
−  銅０．１〜５．０質量％、
−  マンガン０．１〜３．０質量％、
−  バナジウム０．０５〜１．０質量％、
−  クロム０．０５〜１．０質量％
の１つまたは複数および残余のアルミニウムから成る。
【００３０】
好ましいのは、第２のアルミニウム合金が、そのうち
−  ケイ素１．０〜６．０質量％、
−  スズ５．０〜２５．０質量％、および
−  銅０．３〜２．５質量％
の組合せを有することである。
【００３１】
既に上で詳述したように、摺動層はなかでも非常に優れた摩耗強度および異物埋収性の機能を担っている。これは第一に、５．０〜３０．０質量％で提示されたアルミニウム合金中のスズ含有率に起因しており、このスズ含有率は、２層系のアルミニウム合金に比べて高くなっており、よって摺動層の異物埋収性および乾燥運転能力を明らかに高めている。このために５質量％は最低限必要であるが、少なくとも１０質量％が好ましい。摺動層の強度は、３０質量％の上限を上回って初めて、この層が、それだけで考えると高い要求に耐えられなくなるほど大幅に低下する。比較的高い信頼性は、２５質量％の上限値を守る場合に得られ、特に好ましい上限は２１．５質量％である。高いスズ割合は、例えばアイドリングストップ運転を行う内燃機関における軸受、つまり流体力学的な油潤滑が断続的に保証されない軸受のような、一時的に混合摩擦条件下で使用される滑り軸受要素にとってプラスになる。これに加え、合金がスズによって切削しやすくなり、これにより滑り軸受要素の後加工において、例えばドリリングの際の精度を高められる。それだけでなく後加工に使用する工具の寿命が長くなる。同時に、摺動層の適合により、基層の組成に関しては、摩耗強度を高め、かつ疲労強度を下げる合金元素をなくすことができる。
【００３２】
基層との関連で説明したように、銅は、金属間析出物の形成に基づいて合金の強度を高め、したがって摺動層も限定的には負荷耐性の向上に寄与する。
【００３３】
Ｓｉ粒子の供給により、ならびに熱処理によって制御されるＳｉ粒子のサイズおよび分布により、焼付き傾向を軽減でき、または析出硬化によって摩耗強度をかなり改善でき、これもまた混合摩擦条件の場合に、しかし「普通の」流体力学的運転中にも有利である。
【００３４】
ケイ素は、０．０４ｍｍ２の面積に、＞５μｍのＳｉ粒子３５〜７０個が見つけられるように分布して存在していることが好ましい。
【００３５】
最大粒子サイズは３５μｍであることが特に好ましい。
【００３６】
＞５μｍのＳｉ硬質粒子は、硬質の支持結晶として材料の高い耐摩耗性を保証するために十分に大きいので、この粒子サイズ分布が特に有利であることが分かった。
【００３７】
粒子サイズ分布を確定するには、特定の寸法の軸受金属層の部分面を、顕微鏡下で、好ましくは５００倍の倍率で観察する。その際、摺動層は任意の平面内で観察でき、なぜなら層内でのＳｉ粒子の実質的に均質な分布が前提だからであり、または少なくとも、意図的にもしくは意図せず不均質な、つまり例えば一方向で漸進的に増加もしくは減少する分布はいずれにせよ要求された限度を超えないことが前提だからである。このために摺動層は、最初に平らな研磨片を作製するように準備されることが好ましい。この部分面内に見えているＳｉ粒子を、その認識可能な最長の広がりを確定して直径と同等と見なすように測定する。最後に、部分面内の直径＞５μｍのすべてのＳｉ粒子を合算し、かつ調べた測定面積全体でのこの粒子の数を基準面積に当てはめる。このようなクラス（＞５μｍ）に属するすべてのＳｉ粒子の直径も確定および合算でき、それをもとに平均値を算出できる。
【００３８】
好ましいのは、第２のアルミニウム合金が、マンガン０．１〜１．５質量％またはバナジウム０．０５〜１．０質量％およびクロム０．０５〜１．０質量％をさらに有することである。
【００３９】
一方の場合にはマンガンが、基層でもそうであるように摺動層で靭性を上昇させ、粒界割れの発生しやすさを軽減する働きをし、かつ分散系形成剤として、および再結晶を阻害するように作用し、よって熱安定性または耐熱強度の改善に対する主たる要因となる。
【００４０】
もう一方の場合には、クロムがこの機能を部分的に担っている。クロム含有率は、アルミニウムマトリクス中での銅含有率に合わせられ、材料の耐熱強度の要因となり、耐熱強度は、高負荷を受ける適用の場合には常に摺動層にも要求されている。０．０５〜１．０質量％のクロム含有率が、同時に銅を０．３〜２．５質量％添加合金する場合に、摺動層マトリクス中で十分に強度を高める析出物を形成するのに有利であることが分かった。他方でここでも変形性に悪影響を及ぼさないため、１．０質量％の含有率を上回らないことが望ましい。
【００４１】
最後に、軸受金属層の後者のアルミニウム合金はバナジウム０．０５〜１．０質量％を有しており、バナジウムはこの場合、マトリクス材料の再結晶温度を上昇させるので、マトリクス材料の再結晶を阻害するように作用する。これによりバナジウムも結果的に耐熱強度の向上に役立つ。
【００４２】
有利な一実施形態では、滑り軸受要素の基層が、完成した状態ではブリネル硬さ５０〜１００ＨＢＷ１／５／３０および／または引張強度２００〜３００ＭＰａを有する。
【００４３】
滑り軸受要素のさらなる有利な一形態では、摺動層が、完成した状態ではブリネル硬さ２５〜６０ＨＢＷ１／５／３０および／または引張強度１００〜２００ＭＰａを有する。
【００４４】
既に冒頭で説明したように、引張強度から材料の耐久強度または疲労強度を推論できる。同様に硬さは摩耗強度に関する指標である。これに加え、硬さおよび引張強度から材料の加工性を逆推理できる。
【００４５】
こうして、提示した硬さおよび引張強度の場合に、摺動層および基層の材料特性は、軸受要素が最高の温度負荷、最高の負荷ピーク、および一時的な潤滑不足の際にもさほどの故障を示さないかまたは少なくとも公知の二材軸受より少ない故障を示すように調整されていることが分かった。基層の硬さが下限値を下回ると、塑性の材料変形の危険が強く上昇しすぎ、それにより軸受全体の連続負荷耐性が損なわれ、これは長期的には故障を引き起こす。硬さが上限値を上回ると材料は脆弱になる。
【００４６】
摺動層の場合は似たような挙動をとり、すなわち摺動層の硬さが提示した下限値を下回ると、この層も塑性変形する可能性があり、これは直接的には故障を引き起こさないが、しかし摺動層の寿命を受け入れられないほど短くする。硬さが上限値を上回ると異物埋収性が明らかに低下する。
【００４７】
さらに本発明は、上述の滑り軸受要素の形態としての滑り軸受金、およびとりわけ公称直径が＜１００ｍｍ、好ましくは＜８０ｍｍの滑り軸受金に関する。
【００４８】
２つの滑り軸受金から構成される滑り軸受の内径を「公称直径」と呼び、これらの滑り軸受金のうち少なくとも一方の滑り軸受金は本発明により形成されている。このような滑り軸受は、内燃機関におけるクランクシャフト主軸受またはコンロッド軸受と見なすことが好ましい。この場合、一般的には、より高い負荷を受ける軸受側と、より低い負荷を受ける軸受側とが存在する。
【００４９】
滑り軸受の本発明に基づく形態は、このような軸受位置内ではより高い負荷を受ける滑り軸受金が本発明に基づく薄い摺動層を有し、その一方で同じ滑り軸受のより低い負荷を受ける対向金は軸受総厚が同じ場合により厚い摺動層を有するように、２つの異なる滑り軸受金を組み合わせることを可能にする。基本的には、より薄い摺動層は高い疲労強度が求められる場所で有利であり、その一方でより厚い摺動層は、滑り軸受全体の汚れに対する弱さを軽減させるために、より良い異物埋収挙動を有している。こうして滑り軸受金のそれぞれの特性を、具体的な適用状況にさらにより正確に合わせることができる。
【００５０】
本発明による滑り軸受要素を図および例に基づいてより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による滑り軸受要素の原則的な層構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図１は、本発明に基づく滑り軸受金の形態での滑り軸受要素の部分透視図を概略的に示している。この滑り軸受金は全部で３つの層を有している。最下層として、鋼から成る支持層または支持体層１０が設けられている。支持体層１０の上に基層１２が施されている。基層１２の上にもまた摺動層１４が配置されている。基層１２および摺動層１４はそれぞれ、上で論じたアルミニウム系組成を有している。摺動層は０．００５〜０．１ｍｍの厚さｈＧを有している。これに関して当てはまるのは、摺動層が薄ければそれだけ、より厚い基層の耐久強度への寄与が高くなるということである。基層は０．２〜０．４ｍｍの厚さｈＳを有している。
【００５３】
以下では、表１に基層のアルミニウム合金の２つの例示的実施形態を、および表２に摺動層のアルミニウム合金の２つの例示的実施形態を記載している。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
【表２】
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【００５６】
上で挙げた例示的実施形態の引張強度および硬さを下の表３に示している。
【００５７】
【表３】
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【００５８】
硬さおよび引張強度の決定は、規則ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ６５０６およびＤＩＮ  ＥＮ  １０００２に基づいて行った。
【００５９】
以下に、本発明による軸受要素の製造ならびにとりわけ基層および摺動層のアルミニウム合金の材料特性の調整を説明する。
【００６０】
個々の層を製造する際に組成およびプロセスフローを個別に微調整することにより、特性の重点が支持力、疲労強度、および／または滑り特性の間で、計画された適用の要求プロファイルに応じて上記のパラメータ範囲内で調整される。
【００６１】
第１のアルミニウム合金から成り、後の複合材料において基層を構成するストリップ材料と、第２のアルミニウム合金から成り、後の複合材料において摺動層を構成するストリップ材料とを準備する。表３から読み取れるように、これらの材料は、最初は硬さおよび引張強度に関して類似の特性を有し得る。ストリップ材料の鋳造後に、４００〜５５０℃の間の温度での均質化のための焼鈍処理が続く。このとき、合金中の溶けやすい元素、例えば銅、マグネシウム、ケイ素、または亜鉛の析出が引き起こされ、かつ均一に分布する。こうして全体としては材料特性が均質化される。マンガンのようなより溶けにくい元素の析出はより粗大化し、かつその角張った形状を失う（球状化）。ストリップ材料は、例えば現場で鋳造することができ、続いて交互の焼鈍ステップおよび変形ステップ（圧延）において所望の厚さに、例えばそれぞれ１．４〜２ｍｍのストリップへと圧延することができる。
【００６２】
続いて両方のストリップ材料を冷間接合圧延によって接合する。接合された層の厚さは、この最初の接合圧延後にはそれぞれ約０．７〜１ｍｍであり、これは約５０％の変形度に相当する。その後、再結晶の目的で、２００〜４００℃の間の温度で８〜１５時間の１つまたは複数の焼鈍処理が続く。これは、変形によって生じた転位の内部エネルギーを、再配置および新しい粒組織の形成によって除去しており、冷間変形が大きければそれだけ、および焼鈍時間が長ければそれだけ、再結晶がより低温で始まる。加えてこれは、全体としては個々の層の引張強度および硬さを低下させる（表３を参照）。微粒状の、および理想的には完全に再結晶した組織は、最良の変形特性を有する。
【００６３】
こうして生成された二層複合体を、続いて同様に冷間接合圧延により鋼ストリップ上に施し、つまり３層複合体へと接合し、基層が鋼層上に配置される。これに、場合によってはさらなる圧延ステップが続き、この圧延ステップでは基層および摺動層の厚さを、（基層の）所望の最終寸法へとさらに減少させる。ここでは少なくとも５０％の変形度が達成され、当てはまるのは、高い変形度は、二層複合体を鋼裏金により良く結合させるということである。この場合、基層厚さおよび摺動層厚さはそれぞれ約０．２〜０．４ｍｍである。
【００６４】
接合圧延および個々のさらなる圧延ステップの後には、必要であればそれぞれ再び再結晶焼鈍が続いてよい。鋼ストリップ上への接合圧延の後であれ、または１つもしくは複数のさらなる圧延パスの後であれ、変形の最後にはいずれにせよ、１５０〜４５０℃の間、好ましくは２００〜３５０℃の間の温度での、４〜１２時間の最終焼鈍が続き、この最終焼鈍の際には、拡散により鋼ストリップと基材の間に結合ゾーンが形成され、これが層間の結合を改善する。加えて最終焼鈍は、硬さおよび引張強度に関する、上で要求された材料特性の調整に役立つ。異なる化学組成に基づき、最終焼鈍の温度を両方の層の一方の再結晶閾値より上または下で選択でき、したがって選択的に、対応する層内での再結晶も同時に起こる。温度は、基層が有意な引張強度損失および硬さ損失なく最終焼鈍をもちこたえ、その一方で摺動層が硬さを失うように選択されることが好ましい。
【００６５】
最後に、この３層複合材料から軸受要素を成形し、そのために例えばシートバーを切り離し、次のプロセスステップで滑り軸受金またはブシュへと変形し、この滑り軸受金またはブシュを最後に切削によって後加工し、このとき０．００５〜０．１ｍｍの摺動層厚の最終寸法が達成される。
【符号の説明】
【００６６】
１０  鋼裏金
１２  基層
１４  摺動層
１６  摺動面
ｈＧ  摺動層の厚さ
ｈＳ  基層の厚さ
【図１】
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【国際調査報告】
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