DE10062036C2

DE10062036C2 - Wälzlager und Verfahren zur Herstellung eines Bauteils eines Wälzlagers

Info

Publication number: DE10062036C2
Application number: DE10062036A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Kiuchi; Hiromichi Takemura; Yasuo Murakami
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: DE10062036A1; US20010015244A1; JP2001165174A; US6517644B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager, insbesondere auf ein Wälzlager, das für Motor-Hilfsaggregate (eine Drehstrom-Lichtmaschine, eine elektromagnetische Kupplung oder eine Zwischen-Riemenscheibe) geeignet ist. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils eines Wälzla gers.

Üblicherweise wird hauptsächlich SUJ2 (ein Chrom-Lagerstahl mit hohem Kohlen stoff-Gehalt der zweiten Kategorie) als Material für Lagerringe (Tragringe) und Wälzkörper von Wälzlagern verwendet.

Neuerdings wird in Verbindung mit der Verringerung der Größe und des Gewichtes von Automobilen auch die Forderung erhoben, die Motor-Hilfsaggregate kleiner und leichter zu machen bei gleichzeitig hoher Leistungsfähigkeit und hoher Energieab gabe. So unterliegen beispielsweise die Lager von Drehstrom-Lichtmaschinen einer hohen Vibration oder einer hohen Belastung (von etwa 4 bis 20 G der Erdbeschleu nigung) durch die Riemen, die beim Betrieb des Motors gleichzeitig mit hoher Ge schwindigkeit rotieren. Daher tritt bei einem konventionellen Lager für eine Dreh strom-Lichtmaschine das Problem auf, dass leicht ein Abplatzen (auch als vorzeiti ges Abblättern bezeichnet) auftritt in der Anfangsphase des Betriebs, insbesondere an der Lageroberfläche des äußeren Ringes, der ein stationärer Ring ist.

Es wurden daher bereits viele Methoden zur Verhinderung des vorzeitigen Abplat zens (Abblättern bzw. Schichtkorrosion) vorgeschlagen, um die Lebensdauer des Lagers beim Betrieb unter starken Vibrationen und bei hoher Belastung zu verlän gern.

So wird beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentpublikation Nr. Hei. 4- 28845 die Verwendung eines Stahls vorgeschlagen, der einen niedrigen Kohlen stoff-Gehalt (C) (0,65 bis 0,90%) und einen hohen Chrom-Gehalt (Cr) (2,0 bis 5,0%) aufweist, verglichen mit SUJ2, der bisher verwendet wurde. In dieser Publikation wird das vorzeitige Abplatzen (Abblättern) diskutiert, das hervorgerufen wird durch die Bildung einer weißen Struktur im Stahl, die auftritt aufgrund der Kohäsion des Kohlenstoffs. Durch Verwendung des oben genannten Stahls wird somit eine Diffu sion des Kohlenstoffs verhindert, die eine Ursache für die Kohäsion ist, zur Erzie lung einer langen Lebensdauer.

In der ungeprüften japanischen Patentpublikation Nr. Sho. 62-218542 wird eine Technologie vorgeschlagen, bei der ein unbearbeiteter Werkstoff hergestellt wird durch Zugabe von Al oder Si zu SUJ2 oder einem Stahl, sodass er 1 bis 2% davon enthält, ein Lagerring aus diesem unbearbeiteten Werkstoff geformt wird, woran sich ein übliches Abschrecken und ein Anlassen bei einer hohen Temperatur anschlie ßen, wodurch der Rest-Austenit vermindert wird, sodass sein Gehalt 8 Vol.-% oder weniger beträgt. Bei diesem Stand der Technik wird die Beständigkeit gegen Weichwerden durch Anlassen erhöht durch Zugabe von Al oder Si. Durch Verminde rung des Rest-Austenit-Gehaltes ist es möglich, eine plastische Verformung in der Lageroberfläche unter der Einwirkung hoher Vibrationen und einer hohen Belastung zu vermindern. Dadurch wird die Härte in dem Lagerring hoch gehalten, um vorzei tiges Abplatzen (Abblättern) zu verhindern, um eine lange Lebensdauer zu erzie len.

Außerdem ist in der geprüften japanischen Patentpublikation Nr. Hei. 7-72565 ange geben, dass ein aus SUJ2 hergestellter stationärer Ring einer üblichen Abschre ckung und dann einer Tiefsttemperatur-Behandlung unterworfen wird, woran sich ein Anlassen bei hoher Temperatur anschließt, um den Gehalt an Rest-Austenit zu ver ringern, sodass er 10 Vol.-% oder weniger in dem stationären Ring beträgt. Das heißt, durch Herabsetzung des Rest-Austenit-Gehaltes in dem stationären Ring wird die Härte des Lagerringes hoch gehalten, um eine plastische Verformung der Lager oberfläche des stationären Ringes unter der Einwirkung hoher Vibrationen und einer hohen Belastung zu verringern, um vorzeitiges Abplatzen (Schichtkorrosion) zu vermindern.

Die Umstände, unter denen Wälzlager für Motorhilfsaggregate verwendet werden, sind in jüngster Zeit noch strenger geworden. Es tritt daher das Problem auf, dass die in JP-A-4-28845 beschriebene Technologie das Auftreten einer weißen Struktur nicht in ausreichendem Maße verhindern kann.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass, da bei dem Stand der Technik gemäß der geprüften japanischen Patentpublikation Nr. Hei. 7-72565 und der ungeprüften japa nischen Patentpublikation Nr. Sho. 62-218542 der Rest-Austenit-Gehalt vermindert wird durch Anlassen bei einer hohen Temperatur, die Härte des gesamten Lagerrin ges entsprechend abnimmt. Wenn der unbearbeitete Werkstoff ein Stahl mit hohem Al- oder Si-Gehalt von 1 bis 2% ist, werden leicht Oxide als Einschlüsse gebildet und die Wälzermündungs-Lebensdauer wird wahrscheinlich verkürzt.

US 5,672,014 A, US 5,352,303 A und DE 677 015 C beschreiben Wälzlager, die jedoch allesamt die vorstehend genannten Probleme nicht überwinden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein unter starken Vibrationen und Belastungen einsetzbares Wälzlager zu schaffen, bei dem vor zeitiges Abplatzen verhindert wird, und das eine lange Lager-Lebensdauer ermög licht. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstel lung eines Bauteils eines Wälzlagers bereitzustellen, das den vorstehenden Be dingungen genügt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Wälzlagers alternativ durch die Gegenstände des Anspruchs 1 und des nebengeordneten Anspruchs 2 sowie hinsichtlich des Verfahrens alternativ durch die nebengeordneten An sprüche 7 und 8 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In dem erfindungsgemäßen Wälzlager enthält das Stahlmaterial zur Herstellung mindestens des stationären Ringes jeweils zwei oder mehr Vertreter aus der Gruppe Cr, Mo und V in den oben angegebenen Mengen, sodass die oben angegebene Formel (1) erfüllt ist. Dadurch werden Gruppen von Carbiden unterschiedlicher Art und Größe in dem Stahl nach der Wärmebehandlung (dem Abschrecken und Anlas sen) diffundiert und präzipitiert. Diese Carbide kontrollieren die Kohlenstoff- Diffusion, sodass das Auftreten der weißen Struktur verhindert oder hinausgezögert wird. Auf diese Weise wird der Effekt der Vermeidung des vorzeitigen Abplatzens (Schichtkorrosion) verbessert und die Lebensdauer des unter hohen Vibrations- und Belastungs-Bedingungen verwendeten Lagers wird verlängert.

Insbesondere dann, wenn das zu verwendende Stahlmaterial jeweils zwei oder mehr Vertreter aus der Gruppe Cr, Mo und V enthält, werden in dem Stahl nach der Wär mebehandlung Carbide wie M₂C, M₃C, M₇C₃ oder M₂₃C₆ diffundiert und ausge schieden. Bei der V-Zugabe werden feines VC und V₃C ausgeschieden, bei der Mo-Zugabe werden kugelförmiges Mo₂C oder stabförmiges Mo₂₃C₆ ausgeschieden und bei der Cr-Zugabe wird Cr₃C vom Cementit-Typ ausgeschieden.

Diese Carbide kontrollieren die Diffusion von Kohlenstoff und sie weisen gute Effek te auf, um das Auftreten einer Dislokation zu erschweren, und deshalb kann durch ihre Einschlüsse die Lebensdauer des Lagers verlängert werden. Unter den Vertre tern Cr, Mo und V ergibt die V-Zugabe, die zur Bildung von feinen Carbiden führt, den höchsten Effekt, danach folgt Cr und danach folgt Mo.

Wenn hier der Wert in der Formel (1) [Cr] × 0,6 + [Mo] × 0,5 + [V] (provisorisch als "α-Wert" bezeichnet) auf 1,8 oder höher bis 3,0 oder niedriger festgelegt wird, so wurde gefunden, dass die bereits vorhandenen Gehalte eines Stahls an mehreren Arten von ausgeschiedenen Carbiden vernünftige Werte sind für die Erzielung von Effekten zur Kontrolle der Kohlenstoff-Diffusion.

Wenn der α-Wert weniger als 1,8 beträgt, wird der Effekt der Kontrolle der Kohlen stoff-Diffusion nicht in vollem Umfange erzielt. Wenn der α-Wert mehr als 3,0 be trägt, werden leicht Makrocarbide gebildet, welche die Lager-Lebensdauer verkür zen. Außerdem ist viel Kohlenstoff vorhanden, der Carbide bildet durch Kombinieren mit Cr, Mo und V, sodass die Kohlenstoffmenge, die in einer Matrix verfestigt wird, knapp wird und es ist schwierig, der Matrix eine ausreichende Härte zu verleihen.

Durch die erfindungsgemäße Zugabe von Ti und/oder Cu in den Mengen 0,05 bis 0,20 Gew.-% Ti und 0,2 bis 2,0 Gew.-% Cu wird Fe₃C ausgeschieden, was die Ausscheidung von TiC und/oder Cu-Körnchen in dem Stahl nach der Wärmebe handlung umfasst. TiC und die Cu-Körnchen sind wirksam in Bezug auf eine Steue rung der Kohlenstoff-Diffusion.

Die kritische Bedeutung der Begrenzung des Zahlenwerts bezüglich des Gehaltes an jedem Element ist folgende:

C: 0,80 bis 1,10 Gew.-%

C ist ein Element, das in der Matrix verfestigt wird, um dem Stahl Härte zu verleihen, und es verbindet sich mit Carbidbildnern wie Cr, Mo und V zu Carbiden. Wenn der C-Gehalt weniger als 0,80 Gew.-% beträgt, wird die Kohlenstoffmenge, die in der Matrix verfestigt wird, knapp und die für ein Wälzlager geforderte Härte (Rockwell- Härte (HRC) von 57 oder mehr im Falle von Scale-C) kann nicht gewährleistet wer den. Wenn der C-Gehalt 1,10 Gew.-% übersteigt, werden während der Stahlherstel lung leicht Makro-Carbide gebildet und die Ermüdungs-Lebensdauer oder die Schlagfestigkeit nehmen wahrscheinlich ab.

Si: 0,20 bis 0,50 Gew.-%

Si ist ein Element, das während der Stahlherstellung als Desoxidationsmittel fungiert und das die Abschreckungs-Eigenschaften sowie die Verfestigung des Martensits der Matrix verbessert und wirksam ist zur Verlängerung der Lager-Lebensdauer. Wenn der Si-Gehalt weniger als 0,20 Gew.-% beträgt, können diese Effekte nicht in ausreichendem Maße erzielt werden. Wenn er 0,50 Gew.-% übersteigt, werden die Bearbeitbarkeit, die Schmiedeeigenschaften und die Kaltbearbeitungseigenschaften deutlich verschlechtert.

Mn: 0,2 bis 1,0 Gew.-%

Mn ist ein Element, das den Ferrit im Stahl verfestigt und die Abschreckungseigen schaften verbessert. Wenn der Mn-Gehalt weniger als 0,20 Gew.-% beträgt, sind diese Effekte unzureichend. Wenn er 1,0 Gew.-% übersteigt, trägt die Menge des Rest-Austenits nach dem Abschrecken stark zur Verringerung der Härte und der Kaltbearbeitungseigenschaften bei.

Cr: 1,2 bis 3,5 Gew.-%

Cr ist ein Element, das eine Verbesserung der Abschreckungseigenschaften, der Beständigkeit gegen Weichwerden durch Abschrecken und der Abriebsbeständigkeit bewirkt. Darüber hinaus ist es ein Element, das Carbide bildet, welche die oben ge nannten Effekte aufweisen. Wenn der Cr-Gehalt weniger als 1,2 Gew.-% beträgt, können diese Effekte im wesentlichen nicht erzielt werden. Wenn er 3,5 Gew.-% ü bersteigt, tritt nicht nur eine Sättigung an diesen Effekten auf, sondern es werden auch Makro-Carbide gebildet und die Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit) wird beein trächtigt.

V: 0,2 bis 1,0 Gew.-%

V ist ein Element, das feine Carbide bildet und wirksam ist in Bezug auf die Erhö hung der Abriebsbeständigkeit (Verschleißfestigkeit). Außerdem handelt es sich um ein Element, das Carbide bildet, welche die oben genannten Effekte ergeben. Wenn der V-Gehalt weniger als 0,2 Gew.-% beträgt, können diese Effekte im wesentlichen nicht erzielt werden. Wenn er 1,0 Gew.-% übersteigt, tritt nicht nur eine Sättigung dieser Effekte auf, sondern es werden auch Makro-Carbide gebildet und die Kosten für die Materialien steigen.

Ti: 0,05 bis 0,20 Gew.-%

Ti ist ein Element, das Carbide bildet und die Wirkung hat, die Kohlenstoff-Diffusion zu kontrollieren. Wenn der Ti-Gehalt weniger als 0,05 Gew.-% beträgt, kann dieser Effekt im wesentlichen nicht erzielt werden. Wenn er 0,20 Gew.-% übersteigt, tritt eine Sättigung dieses Effekts auf.

Cu: 0,2 bis 2,0 Gew.-%

Cu verbessert die Korrosionsbeständigkeit von Stahl und wird in Form der oben ge nannten Cu-Körnchen ausgeschieden. Die Cu-Körnchen haben die Wirkung, die Kohlenstoff-Diffusion zu kontrollieren, wie oben angegeben. Wenn der Cu-Gehalt weniger als 0,2 Gew.-% beträgt, kann dieser Effekt im wesentlichen nicht erzielt werden. Wenn er 2,0 Gew.-% übersteigt, tritt nicht nur eine Sättigung dieses Effek tes auf, sondern es werden auch die Warmbearbeitungseigenschaften verschlech tert.

Wenn der Cu-Gehalt zu groß ist, treten in der Stahloberfläche während der Warm bearbeitung wahrscheinlich Defekte auf. Um dies zu vermeiden, ist es bevorzugt, Nickel (Ni) in einer Menge von 2,0 Gew.-% oder weniger (Gesamtgehalt in dem Stahl) entsprechend dem Cu-Gehalt zuzugeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Be zugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt eines Wälzlagers, das einer Ausführungsform der Erfin dung entspricht;

Fig. 2 Darstellungen von Wärmebehandlungs-Bedingungen, die an dem inneren Ring und dem äußeren Ring dieser Ausführungsform durchgeführt werden, und

Fig. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den α-Werten der Stahlmateria lien, die zur Herstellung der äußeren Ringe der Beispiele und Vergleichsbei spiele gemäß dieser Ausführungsform verwendet werden, und den Lebens dauer-Testergebnissen (L₁₀-Lebensdauer) der Lager der Beispiele und Ver gleichsbeispiele zeigt.

Nachstehend wird die Art der Ausführung der Erfindung anhand von praktischen Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Wälzlagers, das einer Ausfüh rungsform der Erfindung entspricht.

Dieses Wälzlager 1 ist ein Rillenkugellager aus JIS-Lagerstahl Nr. 6303 und ein äu ßerer Ring 2 ist ein stationärer Ring, der an einem Gehäuse 8 befestigt ist, während ein innerer Ring 3 ein rotierender Ring ist, der an der Außenseite einer Welle 7 be festigt ist. Zwischen dem äußeren Ring 2 und dem inneren Ring 3 sind viele Wälz körper angeordnet, die von einem Halter 5 festgehalten werden, und zwischen dem äußeren Ring 2 und dem inneren Ring 3 sind zu beiden Seiten des Halters 5 Abdichtungselemente 6, 6 vorgesehen.

Ein Zwischenraum, der von den Abdichtungselementen 6, 6 umgeben ist, enthält als ein Fett GREASE E (das gleiche wie das Grease E, das in dem Lager für einen Drehstromgenerator enthalten ist, wie im 1. bis 14. Absatz des "SAE Technical Pa per; SAE950944 (abgehalten vom 27. Februar bis 2. März 1995)" beschrieben).

In dem Wälzlager 1 rotiert der innere Ring 3 zusammen mit der Rotation der Welle 7 und die Vibrationsbelastung durch diese Rotation wirkt auf eine Belastungszone des äußeren Ringes 2 über den inneren Ring 3 und die Wälzkörper 4 von der Welle 7 her ein.

Der äußere Ring 2 wurde hier in einer vorgegebenen Gestalt hergestellt aus dem Stahlmaterial mit der in der Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung, danach wurden ein Abschrecken und ein Anlassen unter den in der Fig. 2 dargestellten Wärmebehandlungs-Bedingungen durchgeführt. Das Anlassen wurde durchgeführt durch Einstellen der Temperatur in der Weise, dass die Oberflächenhärte nach dem Anlassen einen Wert HRC von 61 bis 63 aufwies. Dadurch betrug der Gehalt an Rest-Austenit 1 bis 15 Vol.-%.

Bei dem im Vergleichsbeispiel 5 verwendeten Stahl handelt es sich um SUJ2. Jeder der verwendeten Stähle enthält als Verunreinigungen Phosphor (P), Schwefel (S), Sauerstoff (O) außer den in der Tabelle 1 angegebenen Elementen und die Gehalte an P und S betragen 0,025 Gew.-% oder weniger und der O-Gehalt beträgt 15 ppm oder weniger.

Sowohl bei den Beispielen als auch bei den Vergleichsbeispielen wurden der innere Ring 3 und die Wälzkörper 4 aus dem gleichen Chromlagerstahl mit hohem Kohlen stoff-Gehalt - Kategorie 2 (SUJ2) hergestellt durch Durchführung der Wärmebehand lung unter den gleichen Bedingungen.

Dadurch betrug der Rest-Austenit-Gehalt 8 bis 12 Vol.-% und die Oberflächenhärte HRC betrug 62. Die Oberflächenrauheit des inneren Ringes 3 und des äußeren Rin ges 2 betrug 0,01 bis 0,03 µm, ausgedrückt als Ra, und die Oberflächenrauheit des Wälzkörpers betrug 0,003 bis 0,010 µm, ausgedrückt als Ra.

Mit den so hergestellten Wälzlagern (Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 7), die sich nur in den äußeren Ringen unterschieden, wurden die folgenden Le bensdauertests durchgeführt.

Die verwendete Testvorrichtung war die Lebensdauer-Testvorrichtung für Lager, wie sie in der ungeprüften japanischen Patentpublikation Nr. Hei. 9-89724 beschrieben ist, in denen die einstellbaren Hochgeschwindigkeitstests durchgeführt wurden, bei denen die Umdrehungszahl zwischen 9000 UpM und 18000 UpM für die jeweils vor gegebene Zeit (beispielsweise 9 s) umgeschaltet wurde. Der Lager-Zwischenraum zwischen den Wälzlagern 1 wurde auf 10 bis 15 µm eingestellt, die Belastungs- Bedingungen betrugen F/Belastung)/C (Load-Rating Load) = 0,10 und die Test- Temperatur betrug konstant 75°C.

Unter diesen Bedingungen beträgt die berechnete Lebensdauer eines Wälzlagers aus dem bereits bekannten SUJ2-Stahl (Vergleichsbeispiel 5) 1350 h und bei dieser Ausführungsform wurde der Test nach 1000 h beendet. In den Tests waren die Testproben der Beispiele 1 bis 7 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 jeweils 10 Teststücke und die Messungen wurden bis zum Auftreten von Festfressungen und Delaminierungen fortgesetzt. Die L₁₀-Lebensdauer wurde aus den Ergebnissen von 10 Teststücken errechnet. Diese Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle 1 angege ben. Die Teststück-Nr. der Lager, bei denen Abnormitäten auftraten (Anzahl der De laminierungen) ist ebenfalls in der Tabelle 1 angegeben.

Die unterstrichenen numerischen Werte in der Tabelle 1 geben diejenigen an, die außerhalb der numerisch definierten Bereiche der Erfindung liegen. In den Fällen, in denen bis zur Beendigung der Tests für alle 10 Testproben weder ein Festfressen noch eine Delaminierung auftrat, betrug die L₁₀-Lebensdauer 1000 h.

Tabelle 1

Es sei darauf hingewiesen, dass in der obigen Tabelle 1A die Beispiele, B die Ver gleichsbeispiele, D den α-Wert, E die L₁₀-Lebensdauer (Zeit) und F die Anzahl der Ablösungen anzeigen.

Die Fig. 3 zeigt in Form eines Diagramms die Beziehung zwischen den erhal tenen Lebensdauer-Testergebnissen (L₁₀-Lebensdauer) und den α-Werten der Stähle bei den äußeren Ringen der Beispiele und Vergleichsbeispiele.

Wie aus den Lebensdauer-Testergebnissen ersichtlich, weisen die Wälzlager der Beispiele 1 bis 7 die Zusammensetzungen der Stahlmaterialien auf, die zur Herstellung der äußeren Ringe verwendet wurden, die dem erfindungsgemä ßen Bereich (C, Si, Mn, Cr, Mo, V) genügen, und die α-Werte der Stahlmate rialien, aus denen die äußeren Ringe hergestellt sind, genügen der Formel (1) und deshalb sind die Lebensdauern bei hoher Vibration und hoher Belastung beträchtlich länger als bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 5, die diesen Bedin gungen nicht genügen.

In den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 traten Delaminierungen in der Belastungs zone aller äußeren Ringe auf, und wenn die delaminierten Teile unter einem Mikroskop betrachtet wurden, so wurde festgestellt, dass sich die Strukturen in weiße Strukturen umgewandelt hatten.

Anschließend wurden die Wälzlager der Beispiele 8 bis 12 und der Vergleichs beispiele 6 bis 7 aus den Stahlmaterialien für den äußeren Ring 2 unter den gleichen Bedingungen wie oben hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Stahlmaterialien die in der Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzungen hatten. Die Lebensdauertests wurden mit diesen Wälzlagern auf die gleiche Weise wie oben angegeben durchgeführt, jedoch mit der Maßgabe, dass der Test nach 1200 h beendet wurde. Die Testergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Es sei darauf hingewiesen, dass in der obigen Tabelle 2A für die Beispiele; B für die Vergleichsbeispiele; D für den α-Wert; E für die L₁₀-Lebensdauer (Zeit) und F für die Anzahl der Ablösungen stehen.

Die erfindungsgemäßen Wälzlager der Beispiele 8 bis 12 weisen die Zusam mensetzungen der Stahlmaterialien für die Herstellung der äußeren Ringe auf, die dem erfindungsgemäßen Bereich (C, Si, Mn, Cr, Mo, V, Ti, Cu) genügen, und die α-Werte der Stahlmaterialien zur Herstellung der äußeren Ringe genü gen der Formel (1). Die Vergleichsbeispiele 6 und 7 weisen α-Werte auf, die der Formel (1) genügen, die Ti- und Cu-Gehalte liegen jedoch außerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches.

Wie aus den Lebensdauer-Testergebnissen und den in der vorstehenden Ta belle 1 angegebenen Ergebnissen hervorgeht, sind die Lebensdauern der La ger der Vergleichsbeispiele 6 und 7 in Bezug auf die Lebensdauer bei hoher Vibration und hoher Belastung gleichwertig oder länger als diejenigen der Bei spiele 1 bis 7, jedoch schlechter als diejenigen der Lager der Beispiele 8 bis 12.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend anhand einer bevorzugten Ausführungs form beschrieben, es ist jedoch für den Fachmann auf diesem Gebiet klar, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne daß dadurch die Erfindung verlassen wird, und die Erfindung umfasst daher in den nachfolgenden Patentansprüchen alle diese Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Geistes und des Rahmens der Erfindung lie gen.

Wie oben angegeben, ist es erfindungsgemäß möglich, durch Definieren der Zusammensetzung der Stahlmaterialien zur Herstellung der stationären Ringe möglich, die Lebensdauer der bei hoher Vibration und hoher Belastung ver wendeten Wälzlager stark zu verlängern.

Claims

1. Wälzlager mit
einem stationären Ring;
einem rotierenden Ring und
einer Vielzahl von Wälzkörpern, die zwischen dem stationären Ring und dem rotierenden Ring angeordnet sind,
wobei der stationäre Ring aus einem Stahl hergestellt ist, enthaltend
0,80 bis 1,10 Gew.-% C,
0,20 bis 0,50 Gew.-% Si,
0,20 bis 1,0 Gew.-% Mn,
0,05 bis 0,2 Gew.-% Ti und/oder
0,2 bis 2,0 Gew.-% Cu
wahlweise 0,5 bis 2,0 Gew.-% Ni,
und der außerdem zwei oder mehr Vertreter aus der Gruppe enthält:
1,2 bis 3,5 Gew.-% Cr,
0,5 bis 1,5 Gew.-% Mo und
0,2 bis 1,0 Gew.-% V,
Rest Fe,
wobei die Cr-, Mo- und V-Gehalte der folgenden Formel (1) genügen:
1,8 ≦ [Cr] × 0,6 + [Mo] × 0,5 + [V] ≦ 3,0 (1)
worin bedeuten:
[Cr] den Cr-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl,
[Mo] den Mo-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl und
[V] den V-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl,
wobei der stationäre Ring gehärtet und angelassen ist.

2. Wälzlager mit
einem stationären Ring;
einem rotierenden Ring und
einer Vielzahl von Wälzkörpern, die zwischen dem stationären Ring und dem rotierenden Ring angeordnet sind,
wobei der stationäre Ring aus einem Stahl hergestellt ist, enthaltend
0,80 bis 1,10 Gew.-% C,
0,20 bis 0,50 Gew.-% Si,
0,20 bis 1,0 Gew.-% Mn,
und der außerdem zwei oder mehr Vertreter aus der Gruppe enthält:
mehr als 3,0 bis 3,5 Gew.-% Cr,
0,5 bis 1,5 Gew.-% Mo und
0,2 bis 1,0 Gew.-% V,
wobei die Cr-, Mo- und V-Gehalte der folgenden Formel (1) genügen:
1,8 ≦ [Cr] × 0,6 + [Mo] × 0,5 + [V] ≦ 3,0 (1)
worin bedeuten:
[Cr] den Cr-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl,
[Mo] den Mo-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl und
[V] den V-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl,
wobei der stationäre Ring gehärtet und angelassen ist.

3. Wälzlager nach Anspruch 2, wobei der Stahl mindestens einen Vertreter aus der Gruppe enthält:
0,05 bis 0,2 Gew.-% Ti;
0,2 bis 2,0 Gew.-% Cu und
0,5 bis 2,0 Gew.-% Ni.

4. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rest-Austenit-Gehalt in der Oberfläche des stationären Ringes 1 bis 15 Vol.-% beträgt und die Oberflächenhärte HRC desselben 61 bis 63 be trägt.

5. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der sta tionäre Ring die Carbide M₂C, M₃C, M₇C₃ und M₂₃C₆ von jeweils zwei o der mehr Vertreter aus der Gruppe Cr, Mo und V enthält.

6. Wälzlager nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der sta tionäre Ring entweder der innere oder der äußere Ring ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils eines Wälzlagers, das einen stationären Ring, einen rotierenden Ring und eine Vielzahl von Wälzkör pern umfasst, die zwischen dem stationären Ring und dem rotierenden Ring angeordnet sind, mit den Schritten:

- Herstellung eines stationären Ringes aus einem Stahl, enthaltend:
0,80 bis 1,10 Gew.-% C,
0,20 bis 0,50 Gew.-% Si und
0,20 bis 1,0 Gew.-% Mn,
0,05 bis 0,2 Gew.-% Ti und/oder
0,2 bis 2,0 Gew.-% Cu,
wahlweise 0,5 bis 2,0 Gew.-% Ni,
und der außerdem jeweils zwei oder mehr Vertreter aus der Gruppe enthält
1,2 bis 3,5 Gew.-% Cr,
0,5 bis 1,5 Gew.-% Mo und
0,2 bis 1,0 Gew.-% V,
Rest Fe,
wobei die Cr-, Mo- und V-Gehalte der folgenden Formel (1) genügen:
1,8 ≦ [Cr] × 0,6 + [Mo] × 0,5 + [V] ≦ 3,0 (1)
worin bedeuten:
[Cr] den Cr-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl,
[Mo] den Mo-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl und
[V] den V-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl;
- Härten des so hergestellten stationären Ringes und
- Anlassen des gehärteten, stationären Ringes.

8. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils eines Wälzlagers, das einen stationären Ring, einen rotierenden Ring und eine Vielzahl von Wälzkör pern umfasst, die zwischen dem stationären Ring und dem rotierenden Ring angeordnet sind, mit den Schritten:

- Herstellung eines stationären Ringes aus einem Stahl, enthaltend:
0,80 bis 1,10 Gew.-% C,
0,20 bis 0,50 Gew.-% Si und
0,20 bis 1,0 Gew.-% Mn, und
der außerdem jeweils zwei oder mehr Vertreter aus der Gruppe ent hält:
mehr als 3,0 bis 3,5 Gew.-% Cr,
0,5 bis 1,5 Gew.-% Mo und
0,2 bis 1,0 Gew.-% V,
wobei die Cr-, Mo- und V-Gehalte der folgenden Formel (1) genügen:
1,8 ≦ [Cr] × 0,6 + [Mo] × 0,5 + [V] ≦ 3,0 (1)
worin bedeuten:
[Cr] den Cr-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl,
[Mo] den Mo-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl und
[V] den V-Gehalt (in Gew.-%) im Stahl;
- Härten des so hergestellten stationären Ringes und
- Anlassen des gehärteten, stationären Ringes.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Stahl mindestens einen Vertreter aus der Gruppe enthält
0,05 bis 0,2 Gew.-% Ti;
0,2 bis 2,0 Gew.-% Cu und
0,5 bis 2,0 Gew.-% Ni.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Rest-Austenit-Gehalt in der Oberfläche des stationären Ringes 1 bis 15 Vol.-% beträgt und die Oberflächenhärte HRC desselben 61 bis 63 be trägt.

11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der sta tionäre Ring die Carbide M₂C, M₃C, M₇C₃ und M₂₃C₆ von jeweils zwei o der mehr Vertretern aus der Gruppe Cr, Mo und V enthält.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der sta tionäre Ring entweder der innere oder der äußere Ring ist.