CN116745442A - 用于生产滚动轴承部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产滚动轴承部件(1)的方法，其中，滚动轴承部件(1)由滚动轴承钢形成并且在至少一个点位处具有至少85mm的壁厚度或直径，其中，将滚动轴承部件(1)加热以形成奥氏体结构，并且然后在温盐浴中冷却成低于滚动轴承钢的马氏体起始温度，使得滚动轴承部件(1)形成为在滚动轴承部件(1)的边缘层区域中具有马氏体结构并且在滚动轴承部件(1)的芯部区域中具有包括珠光体和/或上贝氏体的结构。本发明还涉及滚动轴承部件(1)和滚动轴承(2)。

Description

用于生产滚动轴承部件的方法

技术领域

本发明涉及用于生产滚动轴承部件的方法，其中，滚动轴承部件由滚动轴承钢形成。此外，本发明涉及滚动轴承部件和滚动轴承。

背景技术

DE 10 2006 052 834 A1公开了一种用于生产滚动轴承环的方法，其中轴承环由碳含量大于0.5wt％且总铬、镍和和钼含量在1.4wt％与3.0wt％之间的低合金可穿透硬化钢来生产。轴承环经过硬化处理，在硬化处理中，轴承环被加热至800℃与880℃之间的外部温度，并且然后被淬火直到轴承环达到150℃以下的温度。

DE 10 2006 059 050 A1描述了一种对由穿透硬化贝氏体滚动轴承钢制成的滚动轴承部件进行热处理的方法，该滚动轴承部件在边缘区域中具有残余压应力并且最大马氏体含量为5％且最大残余奥氏体含量为3％。为此，进行两个阶段的热处理，其中，将该部件在温度处于180℃至210℃的范围内的盐浴中从奥氏体化温度冷却成略低于马氏体起始温度，并且将该部件保持成直到温度均衡。然后，将该部件在另一浴中加热至略高于马氏体起始温度的温度。结果，在整个部件中得到贝氏体结构。

在直径为大约一米或更多米的大型滚动轴承的情况下，滚动元件相应地定尺寸。这些部件通常具有85mm或更大的横截面或壁厚度。为了这些部件可以以在技术上没有问题的方式进行热处理，使用了高合金钢，这会产生相应的成本。在轴承环的情况下，还由可穿透硬化钢以外壳硬化设计形成更大的横截面。这种可能性对于大型滚动元件而言不存在，因为在突然淬火的情况下，在边缘处(＝从侧向表面到前侧部的过渡)会出现很高的拉应力，使得有很大的可能形成裂纹。

本发明的目的是进一步开发一种由滚动轴承钢生产滚动轴承部件的方法，该滚动轴承部件在至少一个点位处具有至少85mm的壁厚度或直径，并且本发明的目的在于提出通过所述方法生产的滚动轴承部件及滚动轴承。

发明内容

该目的通过下述各者来实现：具有权利要求1的特征的用于生产滚动轴承部件的方法、具有权利要求6的特征的滚动轴承部件以及具有权利要求10的特征的滚动轴承。本发明的优选或有利的实施方式由从属权利要求、以下描述和附图得出。

在根据本发明的用于生产滚动轴承部件的方法中，滚动轴承部件由滚动轴承钢形成并且在至少一个点位处具有至少85mm的壁厚度或直径，其中，将滚动轴承部件加热以形成奥氏体结构，并且然后在温盐浴中冷却成低于滚动轴承钢的马氏体起始温度，使得滚动轴承部件形成为在滚动轴承部件的边缘层区域中具有马氏体结构并且在滚动轴承部件的芯部区域中具有包括珠光体和/或上贝氏体的结构。

换言之，滚动轴承部件首先由滚动轴承钢形成。100CrMo7-3或100CrMnSi6-4有利地适合作为用于形成滚动轴承部件的滚动轴承钢。在热处理开始时，将滚动轴承部件加热至奥氏体化温度，并且然后进行淬火，其中，淬火速率选择成使得防止滚动轴承部件的表面中发生开裂、而同时以尽可能少的延迟在滚动轴承部件的侧向表面上形成技术上最佳且抗滚动的壳体。淬火速率特别地基于滚动轴承部件的几何形状及淬火介质即温盐浴、特别是温盐浴的热容量来选择。

在温盐浴中，滚动轴承部件特别地被冷却至比滚动轴承钢的马氏体起始温度低20℃至70℃、特别地低50℃至70℃的范围内的温度T。

温度T优选地在10分钟至20分钟的时间段内保持恒定。

在温盐浴中进行淬火期间，在滚动轴承部件的微观组织中发生相变，其中，在表面上或靠近表面的区域中形成大致马氏体微观组织。因此，由于淬火而发生了马氏体表面层硬化。此外，由于在滚动轴承部件的远离表面的区域中、特别是在滚动轴承部件的芯部中或芯部区域中冷却较慢，因此形成大致珠光体微观结构和/或大致贝氏体微观结构。当考虑连续时间-温度图、即合金结构中的转变过程根据温度和时间的图形表示时，对于滚动轴承部件的远离表面的区域而言，在淬火期间经历珠光体区和/或贝氏体区，其中，相应的结构进行调整。建立哪种微观结构基本上取决于滚动轴承部件的合金成分和几何形状。

马氏体或马氏体微观结构理解为意味着亚稳态微观结构，该亚稳态微观结构由奥氏体起始微观结构在没有扩散的情况下形成，特别是通过从硬化温度或奥氏体化温度开始对钢进行快速淬火而形成。在转变期间实现了硬度的增加，这是因为，溶解在奥氏体晶格中的碳原子由于转变的时间跨度短而不能再离开碳原子的晶格位置，其中，奥氏体在不扩散的情况下折叠成马氏体，并且封闭的碳原子因此使晶格应变。马氏体坚硬且具有高强度，但也很脆，这就是为什么这种钢通常在淬火之后进行回火以避免产生任何裂纹。

另一方面，珠光体是钢的层状的共析结构成分、即铁素体和渗碳体的相混合物，其由于碳含量在0.02％与6.67％之间的铁碳合金中的耦合结晶而得到。珠光体比马氏体软。包括珠光体的结构被理解为意味着滚动轴承部件的芯部区域中的结构大致由珠光体构成。因此，该结构包括珠光体，即使该结构并非完全珠光体结构和纯珠光体结构。因此，即使是与完全珠光体微观组织的轻微偏差，其中也可能存在其他微观组织，仍被理解为本发明的含义内的包括珠光体的微观组织。

贝氏体是在珠光体形态以下马氏体形态以上的温度处通过进行等温和连续冷却两者而形成的结构。上贝氏体包括成束布置的针状铁素体。在各个铁素体针状部之间具有平行于针状部轴线的更多或更少的连续碳化物膜。必须在上贝氏体与下贝氏体之间进行区分，另一方面，下贝氏体包括铁素体板状部，其中，碳化物形成为与针状部轴线成60°的角度。贝氏体也比马氏体软，但比珠光体硬。包括上贝氏体的结构被理解为意味着滚动轴承部件的芯部区域中的结构大致上包括上贝氏体。因此，该结构包括上贝氏体，即使该结构并非完全上贝氏体和且纯上贝氏体。因此，即使是与完全贝氏体微观结构的轻微偏差，其中也可能存在其他微观结构，仍被理解为本发明的含义内的包括上贝氏体的微观结构。

使用根据本发明的方法形成的滚动轴承部件可以形成为接近最终几何形状而成形的部件坯料，其中，在部件已经冷却之后进行进一步处理、特别是机械加工，以使滚动轴承部件达到最终几何形状。替代性地，部件可以在热处理之前已经处于部件的最终几何形状。滚动轴承部件例如设计为滚动轴承的内环、外环或滚动元件。

相应钢的可硬化性通过对合金成分的选择来确定。在可穿透硬化钢、比如100CrMnSi6-4的情况下，可硬化性也可以通过下述方式来改变：利用奥氏体化温度的水平来改变碳含量以及所溶解的合金元素比如铬的含量。用于待处理的滚动轴承部件的几何形状所需的固溶状态及淬火效果可以预先使用软件或试验来确定。

温盐浴优选地具有150℃与210℃之间的温度。特别地，温盐浴具有160℃与200℃之间的温度，这取决于材料。温盐浴的成分根据对于淬火参数的要求来选择，由此可以设定下述淬火速率：以该淬火速率，马氏体结构形成在滚动轴承部件的表面上，并且包括珠光体和/或上贝氏体的结构远离表面形成、特别地在滚动轴承部件的芯部中形成。特别地，温盐浴具有0.5％至1％的水含量。

此外，冷却过程通过温盐浴进行调整并且如果需要的话被延长，使得滚动轴承部件的边缘的温度和芯部的温度可以均衡。相关的优点是减少了由于热应力而引起的裂纹形成。此外，在具有可变尺寸、大小和重量的滚动轴承部件中可以实现较低的残余应力。

奥氏体化温度与盐浴温度之间的优选冷却速率在5K/s至10K/s的范围内，这取决于滚动轴承部件的壁厚度或横截面。

滚动轴承部件优选地在已经达到温盐浴的温度之后冷却至室温。一旦滚动轴承部件的温度已经与温盐浴的温度相等，则将滚动轴承部件从浴中移出，使得滚动轴承部件可以继续冷却至室温。室温是指在18℃与25℃之间的温度，特别是在20℃与25℃之间的温度。

根据本发明的滚动轴承部件具有至少85mm、特别是至少200mm的壁厚度或直径。在此，在滚动轴承环的情况下考虑壁厚度，而在滚动元件的情况下考虑其直径。

使用根据本发明的方法形成的滚动轴承部件在滚动轴承部件的边缘层区域中直至滚动轴承部件的表面以下的至少10mm的深度中包括马氏体并且具有从60HRC至65HRC的范围内的硬度。60HRC的硬度(洛氏硬度)对应于约700HV的维氏硬度，并且65HRC的硬度对应于约830HV的维氏硬度。因此，根据本发明的滚动轴承部件直到至少10mm的第一表面距离具有在60HRC与65HRC之间的硬度和马氏体微观结构。

HRC单位由作为试验方法名称的HR(洛氏硬度)以随后的另一字母组成，此处字母为C，C表示标尺并因此表示试验力和物体。具有120°的顶角度和98.0665N的初始试验力的金刚石锥用于标尺C(C代表“cone”)。用于标尺C的附加试验力为1372.931N。

此外，根据本发明的滚动轴承部件在其芯部区域中具有从30HRC至35HRC的范围内的硬度。30HRC的硬度对应于约300HV的维氏硬度，并且35HRC的硬度对应于约345HV的维氏硬度。因此，根据本发明的滚动轴承部件在该滚动轴承部件的芯部区域中具有从30HRC至35HRC的范围内的硬度并且具有珠光体和/或贝氏体微观结构。

这意味着滚动轴承部件包括边缘层区域中的马氏体和芯部区域中的珠光体和/或上贝氏体。

在壁厚度或横截面为至少200mm的滚动轴承部件中，优选地从该部件的表面以下70mm的深度开始包含形成芯部区域的珠光体和/或贝氏体微观结构。

根据本发明的滚动轴承包括外环和/或内环以及在外环和/或内环上滚动的多个滚动元件，其中，外环和/或内环和/或相应的滚动元件是根据前述实施方式的滚动轴承部件。换言之，仅外环、仅内环、仅滚动元件或所提到的部件的任意组合都可以被设计为根据本发明的滚动轴承部件，根据本发明的滚动轴承部件在表面上具有大致马氏体微观结构并且具有大致珠光体和/或上贝氏体微观结构。

关于方法的上述陈述等同地适用于根据本发明的滚动轴承部件和根据本发明的滚动轴承，并且反之亦然。

附图说明

下面使用附图与本发明的优选示例性实施方式的描述一起对改进本发明的其他措施进行说明。在附图中，相同元件或者类似元件设置有相同的附图标记。在附图中：

图1示出了根据本发明的根据优选实施方式的滚动轴承的高度示意性截面图，

图2示出了根据本发明的根据图1的滚动轴承的滚动轴承部件的示意性横截面，以及

图3示出了根据本发明的用于生产根据图2的滚动轴承部件的方法的示意框图。

具体实施方式

根据图1，根据本发明的用于生产设计为滚动元件5的滚动轴承部件1的方法根据框图而被可视化，滚动轴承部件1在图2和图3中示出。换言之，滚动元件5在本情况下被理解为滚动轴承部件1。在图2中，示例性滚动元件5示出为安装在滚动轴承2中，其中，滚动元件5在图3中以横截面被示出。

在图1中，在第一方法步骤100中，由材料100CrMo7-3制成滚动元件5，该滚动元件根据图2和图3设计为直径D为至少85mm、在该情况中为200mm的筒形滚子。以这种方式生产的大量滚动元件5于外环3与内环4之间的空间中并且在周向方向上通过保持架6布置在根据图2设计并组装的滚动轴承2中。

外环3和/或内环4也可以由100CrMo7-3制成，并进行相同的热处理。下面对热处理进行解释。替代性地，滚动元件5、内环4和/或外环3可以由100CrMnSi6-4制成。

在第二方法步骤101中，将滚动元件5加热至硬化或奥氏体化温度以形成奥氏体结构并且保持在该温度直到结构已经完全奥氏体化。然后，在第三方法步骤102中，将滚动元件5给送到温盐浴中并进行冷却。温盐浴具有在150℃与210℃之间的温度，这取决于温盐浴的性质和混合比例、滚动轴承部件1的材料性质以及奥氏体化温度。借助于温盐浴，滚动元件5以受控的冷却速率、特别是在从5K/s至10K/s的范围内的冷却速率被冷却，在此过程中，发生了结构的相变。滚动元件5的表面上的奥氏体微观组织由于相对快速的冷却而转变为马氏体微观组织。换言之，在冷却之后，滚动元件5在表面上具有马氏体结构，特别是在从滚动元件5的边缘层区域向下至滚动元件的表面以下至少10mm的深度A1的范围内具有马氏体结构，参见图3。距滚动元件5的表面的距离越大，滚动元件5的冷却进行得越慢，使得在滚动轴承部件1的芯部区域中形成包括珠光体和/或上贝氏体的结构。换言之，参见图3，在至少为200mm的横截面处的芯部区域中，特别是在滚动元件5的表面以下70mm的深度A2处，滚动轴承部件1具有大致由珠光体构成的结构。根据滚动元件5的几何形状和尺寸，也可以形成大致由上贝氏体构成的结构。上贝氏体和珠光体两者比马氏体软，使得在滚动元件5上于边缘层区域中形成硬度在60HRC至65HRC的范围内的相对较硬的壳体。相比之下，滚动元件5的珠光体或贝氏体结构在芯部区域中具有在30HRC至35HRC的范围内的硬度。

在第四方法步骤103中，在达到温盐浴的温度之后，即当滚动元件5具有与温盐浴的温度对应的温度或在温盐浴的温度范围内时，将滚动元件5从温盐浴中移出并使滚动元件达到室温、即达到约20℃。通过这种热处理，可以更具经济效益地生产具有更大尺寸的滚动轴承部件，这是因为，通过这种适合的热处理，即使利用具有低合金含量的材料也可以产生滚动阻力表面、在滚动元件的情况下为滚动阻力侧向表面或滚道，并且滚动轴承部件在淬火期间不开裂。

可想到的是，可以进行进一步的热处理步骤、例如回火，以减小滚动元件5内的热诱导应力。此外，可以进行机械后处理，以使滚动元件5达到滚动元件的最终几何形状。

附图标记列表

1滚动轴承部件

2滚动轴承

3外环

4内环

5滚动元件

6保持架

100 第一方法步骤

101 第二方法步骤

102 第三方法步骤

103 第四方法步骤

A1滚动轴承部件的表面以下的深度

A2滚动轴承部件的表面以下的深度

D直径

Claims (10)

1.一种用于生产滚动轴承部件(1)的方法，其中，所述滚动轴承部件(1)由滚动轴承钢形成并且在至少一个点位处具有至少85mm的壁厚度或直径，其中，将所述滚动轴承部件(1)加热以形成奥氏体结构，并且然后在温盐浴中冷却成低于所述滚动轴承钢的马氏体起始温度，使得所述滚动轴承部件(1)形成为在所述滚动轴承部件(1)的边缘层区域中具有马氏体结构并且在所述滚动轴承部件(1)的芯部区域中具有包括珠光体和/或上贝氏体的结构。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，在所述温盐浴中，所述滚动轴承部件冷却至比所述滚动轴承钢的马氏体起始温度低20℃至70℃的范围内的温度T。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，所述温度T在10分钟至20分钟的时间段内保持恒定。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，

其特征在于，所述温盐浴具有在150℃与210℃之间的温度。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，

其特征在于，使所述滚动轴承部件(1)在已经达到所述温盐浴的所述温度之后冷却至室温。

6.一种滚动轴承部件(1)，所述滚动轴承部件由壁厚度或直径为至少85mm的滚动轴承钢制成，所述滚动轴承部件通过根据权利要求1至5中的一项所述的方法来生产，

其特征在于，所述滚动轴承部件(1)在所述滚动轴承部件(1)的边缘层区域中直至所述滚动轴承部件的表面以下至少10mm的深度(A1)中包括马氏体并且具有在从60HRC至65HRC的范围内的硬度，并且所述滚动轴承部件在所述滚动轴承部件(1)的芯部区域中包括珠光体和/或上贝氏体并且具有在从30HRC至35HRC的范围内的硬度。

7.根据权利要求6所述的滚动轴承部件(1)，

其特征在于，所述滚动轴承部件(1)具有至少200mm的壁厚度或直径(D)。

8.根据权利要求7所述的滚动轴承部件(1)，

其特征在于，所述滚动轴承部件(1)具有至少200mm的壁厚度或直径(D)并且在所述滚动轴承部件(1)的所述表面以下70mm的深度(A2)处包括珠光体和/或上贝氏体。

9.根据权利要求6至8中的一项所述的滚动轴承部件(1)，

其特征在于，所述滚动轴承部件(1)包含具有成分100CrMo7-3或100CrMnSi6-4的钢。

10.一种滚动轴承(2)，所述滚动轴承包括外环(3)和/或内环(4)以及在所述外环(3)和/或所述内环(4)上滚动的多个滚动元件(5)，其中，所述外环(3)和/或所述内环(4)和/或相应的所述滚动元件(5)设计为根据权利要求6至9中的一项所述的滚动轴承部件(1)。