DE102012203110A1

DE102012203110A1 - Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils

Info

Publication number: DE102012203110A1
Application number: DE102012203110A
Authority: DE
Inventors: Werner Trojahn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-08-29
Also published as: WO2013127566A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils (9) mit einem zumindest im Bereich seiner Randschicht (8) gegebenen Kohlenstoffgradienten, wobei auf einen Träger (7) in einem Sprühverfahren geschmolzenes Metall aufgesprüht wird und der Kohlenstoffgehalt des aufzusprühenden Metalls während des Sprühvorgangs variiert wird, wobei unter Verwendung wenigstens zweier separate Sprüheinrichtungen (2a, 2b) wenigstens zwei Schmelzen (S1, S2) versprüht werden, wobei die erste Schmelze (S1) einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt und die zweite Schmelze (S2) einen demgegenüber höheren Kohlenstoffgehalt besitzt, wobei sich die Sprühkegel (6a, 6b) überlappen und die Abgabemengen der Sprüheinrichtungen (2a, 2b) während des Sprühvorgangs variiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schmelze (S2) einen Gehalt an Cr von wenigstens 13% aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils mit einem zumindest im Bereich seiner Randschicht gegebenen Kohlenstoffgradienten, wobei auf einen Träger in einem Sprühverfahren geschmolzenes Metall aufgesprüht wird und der Kohlenstoffgehalt des aufzusprühenden Metalls während des Sprühvorgangs variiert wird, wobei unter Verwendung wenigstens zweier separater Sprüheinrichtungen wenigstens zwei Schmelzen versprüht werden, von denen die erste Schmelze einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt und die zweite Schmelze einen demgegenüber höheren Kohlenstoffgehalt besitzt, wobei sich die Sprühkegel überlappen und die Abgabemengen der Sprüheinrichtungen während des Sprühvorgangs variiert werden.
Hintergrund der Erfindung
Lagerbauteile sind in unterschiedlichster Form bekannt und dienen zum Aufbau verschiedener Lagertypen wie Wälzlager, Gelenklager oder Linearlager. Wälzlager beispielsweise bestehen bekanntlich aus wenigstens zwei Bauteilen, nämlich einem oder mehreren Ringen, zwischen denen die Wälzkörper, beispielsweise Rollen, laufen. Da Lagerbauteile zumeist im Betrieb beachtlich belastet werden, ist es bekannt, sie randseitig definiert zu härten. Zur Erzeugung einer definierten Härte im Bereich der Randschicht wird eine Gradientenstruktur durch eine Aufkohlungsbehandlung eingestellt, innerhalb welcher durch ein Wärmebehandlungsverfahren in der Randschicht Kohlenstoff angereichert wird. Gegebenenfalls kann auch eine Karbonitrierung, also eine zusätzliche Stickstoffanreicherung im Bereich der Randschicht erfolgen. Diese Randschicht wird nach der Aufkohlungsbehandlung infolge des zu zumindest 0,6 % angereicherten Kohlenstoffs und des gegebenenfalls zusätzlich angereicherten Stickstoffs hart, die Härte beträgt beispielsweise bei Wälzlagerringen üblicherweise 58 HRC oder mehr. Der nicht angereicherte Kern bleibt entsprechend der ursprünglichen Zusammensetzung weicher, je nach verwendetem Ausgangsmaterial liegt die Härte dort zwischen 20–45 HRC. Damit enthält beispielsweise der hergestellte Ring einen zähen Kern und eine harte, überall feste äußere Schicht.
Aufgrund der Beanspruchungen eines solchen Wälzlagerbauteils sind jedoch beispielsweise beim Einsatzhärten große Aufkohlungstiefen von mehr als 2 mm erforderlich, die eine Wärmebehandlungsdauer, abhängig vom jeweils gewählten Werkstoff, von mehreren Stunden bedingen. Damit ist mit diesem Behandlungsschritt ein beachtlicher Zeitaufwand verbunden.
Ein demgegenüber verbessertes, eingangs beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils ist aus DE 10 2006 023 690 A1 bekannt. Dort wird durch Sprühkompaktierung eine Sprühschicht gebildet, die einen Kohlenstoffgradienten besitzt. Hierzu wird auf einen Träger in einem Sprühverfahren ein geschmolzenes Metall aufgesprüht, wobei der Kohlenstoffgehalt des aufzusprühenden Metalls während des Sprühvorgangs variiert wird. Dies geschieht dadurch, dass zwei separate Sprüheinrichtungen verwendet werden, die zwei unterschiedliche Schmelzen versprühen. Die erste Schmelze weist einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt auf, während die zweite Schmelze einen demgegenüber höheren Kohlenstoffgehalt besitzt. Die Sprühkegel überlappen sich, so dass je nachdem, wie viel Schmelze von der einen oder anderen Sprüheinrichtung abgegeben wird, der Kohlenstoffgehalt des aufgesprühten Metalls entsprechend einstellen lässt. Bei einem solchen Sprühkompaktier-Verfahren wird die jeweilige Schmelze in einem Gaszerstäuber in einem Schutzgasstrom in kugelförmige Tropfen zerstäubt. Durch das Gas werden die Schmelztröpfchen schnell auf eine Temperatur abgekühlt, die zwischen der Liquidus- und der Solidustemperatur liegt, häufig sogar etwas unter der Solidustemperatur. Diese abgekühlten Tröpfchen werden mit hoher Geschwindigkeit auf die Trägerfläche gesprüht. Aufgrund der hohen kinetischen Energie kompaktieren sie, es bildet sich ein hochdichter Materialverbund, der eine homogene Struktur aufweist und eine hohe Dichte besitzt. Durch Verwendung der beiden unterschiedlichen Schmelzen und daraus resultierend der Variation des Kohlenstoffgehalts kann folglich ein beliebiger Kohlenstoffgradient eingestellt werden. Nachdem die Randschicht sukzessive lagenweise aufgesprüht wird, ergibt sich folglich ein sich je nach vorgenommener Variation des Kohlenstoffgehalts ändernder Gehalt auch innerhalb der fertig hergestellten Randschicht. Ein lang dauerndes Aufkohlen ist damit nicht erforderlich, gleichwohl kann das Lagerbauteil gehärtet werden, die erforderlichen Härtewerte können ohne weiteres erreicht werden.
Wie beschrieben werden Lagerbauteile je nach Einsatzbereich unterschiedlich beansprucht. Sie unterliegen einer Hertz´schen Pressung, sie können durch sonstige hohe Kräfte in unterschiedlicher Richtung belastet werden, wie sie auch korrosiv beansprucht werden können. Um ein solches Lagerbauteil korrosionsfest auszulegen wird üblicherweise zur Bildung des metallenen Lagerbauteils ein entsprechender Ausgangsstahl verwendet. D. h., dass das Ausgangsbauteil, das dann in der Regel thermisch behandelt wird, um es aufzukohlen oder aufzusticken, über seinen Bauteilquerschnitt eine einheitliche Stahlzusammensetzung aufweist. Bekannte Stahlzusammensetzungen sind beispielsweise X102CrMo17, X20Cr13 oder X30CrMoN15-1. Der Stahl als solcher ist korrosionsbeständig. Die Korrosionsbeständigkeit wird letztlich aber nur an der Oberfläche, die beansprucht wird, benötigt, nicht aber im Kern des Werkstücks. Dort ist der Legierungsgehalt an Cr, der die Korrosionsfestigkeit liefert, überflüssig.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils anzugeben, das dort, wo die Korrosionsbeständigkeit gefordert wird, diese Eigenschaft zeigt, verbunden mit einer Überrollfestigkeit in diesem beanspruchten Bereich, das aber die Verwendung einer speziellen, das Bauteil als solches über den Bauteilquerschnitt bildenden Stahlzusammensetzung mit korrosionsfester Eigenschaft nicht erfordert.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Schmelze einen Gehalt an Cr von wenigstens 13 % aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Herstellung eines Lagerbauteils durch Sprühkompaktierung vor, wobei zumindest die Randschicht des Lagerbauteils durch Sprühkompaktierung erzeugt wird. Verwendet werden zwei unterschiedliche Schmelzen, die sich zum einen im Kohlenstoffgehalt unterscheiden. Die erste Schmelze weist einen niedrigen Kohlenstoffgehalt auf. Die zweite Schmelze weist demgegenüber einen höheren Kohlenstoffgehalt auf, mit ihr wird die außen liegende Randschicht respektive der Randschichtabschnitt gebildet. D. h., dass durch entsprechendes Versprühen respektive Mischen dieser beiden Schmelzen der Kohlenstoffgradient im Randschichtbereich eingestellt werden kann, so dass randschichtseitig die entsprechende Härte und auch Überrollfestigkeit erreicht werden kann.
Die zweite Schmelze zeichnet sich neben dem höheren Kohlenstoffgehalt ferner dadurch aus, dass sie einen Chromgehalt von wenigstens 13 %, vorzugsweise mehr, enthält. D. h., dass in der außen liegenden Randschicht über die zweite Schmelze ein hinreichend hoher Chromgehalt erzeugt wird, der diesem aufgesprühten Randschichtabschnitt die erforderliche Korrosionsfestigkeit verleiht. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der Verwendung der zweiten Schmelze mit dem zusätzlichen hohen Chromgehalt kann einerseits der erforderliche Kohlenstoffgradient erzeugt werden, um die Randschicht überrollfest und mit der hinreichenden Härte auslegen zu können, zum anderen wird aber auch die randschichtseitig geforderte Korrosionsfestigkeit verliehen.
Der Querschnitt des Lagerbauteils kann folglich aus einer Stahlzusammensetzung bestehen, die nicht wie bisher darauf ausgelegt wird, dem Lagerbauteil insgesamt die Korrosionsfestigkeit zu verleihen. Vielmehr kann ein Stahl verwendet werden, der frei von entsprechenden Legierungsbestandteilen, die die Korrosionsfestigkeit bieten, ist. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, als Träger einen Metallträger, beispielsweise ein Rohr, zu verwenden, das aus der „einfachen“ Stahlzusammensetzung besteht, die also keine besonderen Eigenschaften insbesondere im Hinblick auf eine Korrosionsfestigkeit besitzt. Dieser Träger bildet sodann den Bauteilgrundkörper, auf den unter Verwendung der beiden Schmelzen im erfindungsgemäßen Verfahren die Randschicht aufgesprüht wird. Alternativ ist es aber auch denkbar, das Lagerbauteil selbst über dieses Sprühkompaktierverfahren zu bilden, wobei in diesem Fall der Bauteilkern durch die erste Schmelze, die kein Chrom enthält, gebildet wird. Über die zweite Schmelze wird sodann die Randschicht gebildet. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite eine solche Randschicht auszubilden, d. h., dass zu Beginn des Sprühvorgangs zunächst die zweite Schmelze versprüht wird, wonach die erste Schmelze zugemischt wird und sodann zur Bildung des Bauteilgrundkörpers gänzlich die erste Schmelze versprüht wird, wonach zur Bildung der äußeren Randschicht wieder auf ein Versprühen der zweiten Schmelze gewechselt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt also die Ausbildung einer korrosionsbeständigen und überrollfesten Oberfläche zu, und zwar gerade und nur dort, wo diese Eigenschaften benötigt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich hierüber auch in der Randschicht mechanische Eigenschaften erzeugen lassen, die vorteilhaft sind.
Der Gehalt an Cr in der zweiten Schmelze sollte wenigstens 13 % und maximal 25 % betragen.
Der Kohlenstoffgehalt der ersten Schicht sollte ≤ 35 % sein, er liegt bevorzugt im Bereich von ca. 0,2 %. Der Kohlenstoffgehalt der zweiten Schmelze sollte ≥ 0,45 % sein, er sollte jedoch maximal ca. 0,75 % nicht übersteigen.
Die zweite Schmelze sollte in Weiterbildung der Erfindung ferner einen Stickstoffgehalt von 0,05–5 % aufweisen. D. h., dass die über die zweite Schmelze gebildete Randschicht nicht nur aufgekohlt sondern auch aufgestickt ist, also sowohl mit Kohlenstoff als auch mit Stickstoff angereichert ist. Dieser Stickstoffeintrag kann, gegebenenfalls teilweise, dadurch eingebracht werden, dass die Schmelze vor dem Aufsprühen unter einer Stickstoffatmosphäre geschmolzen wird, und/oder dass als Trägergas zum Sprühen Stickstoff oder ein mit Stickstoff angereichertes Gas verwendet wird. Das Aufschmelzen unter Stickstoffatmosphäre und/oder die Verwendung eines solchen Trägergases gilt jedoch auch in Bezug auf die erste Schmelze, die folglich ebenfalls einen gewissen Stickstoffgehalt aufweisen kann.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zweite Schmelze einen oder mehrere Hartstoffe enthält oder ein oder mehrere Hartstoffe in Pulverform in den Sprühkegel eingeblasen werden. Solche Hartstoffe sind verschleißhemmend und werden in Form feinster Partikel mit einer Partikelgröße von 1 nm–200 µm entweder unmittelbar schmelzseitig eingebracht, oder in den Sprühkegel eingeblasen. Als Hartstoffe können Carbide, Nitride oder Boride, gegebenenfalls auch gemischt, zugesetzt werden.
Wie bereits beschrieben, kann als Träger ein vorgefertigtes Bauteil, insbesondere ein Rohr verwendet werden, das integraler Bauteil des hergestellten Wälzlagerbauteils wird. D. h., auf dieses Rohr wird der Schmelzverbund aufgesprüht, wonach vom Rohr die einzelnen Bauteile abgelängt werden. Alternativ kann der Träger ein wieder zu verwendender Träger sein, insbesondere ein Keramikrohr, auf den zur Bildung des gesamten herzustellenden Wälzlagerbauteils das Metall gesprüht wird. In diesem Fall wird also wie beschrieben auch der Bauteilgrundkörper durch Sprühkompaktieren aus der ersten Schmelze gebildet.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner ein Lagerbauteil, insbesondere ein Wälzlagerbauteil, vornehmlich in Form eines Rings oder einer Rolle, wobei zumindest eine Randschicht durch Aufsprühen zweier im Kohlenstoffgehalt unterschiedlicher Schmelzen gebildet ist, innerhalb welcher Randschicht zumindest abschnittsweise der Kohlenstoffgehalt variiert, welches Lagerbauteil sich dadurch auszeichnet, dass innerhalb der Randschicht eine Zone mit einem Gehalt an Chrom von wenigstens 13 % gebildet ist. Diese Zone liegt wie beschrieben an der Außen- und/oder Innenseite, sie bildet die unmittelbar belastete Schicht. Ein solches Lagerbauteil kann insbesondere in oben beschriebener Weise hergestellt werden.
Das Lagerbauteil kann ferner einen metallisch vorgefertigten Träger aufweisen, auf dem die Randschicht gebildet ist. Alternativ kann es ein vollständig in einem Sprühverfahren hergestelltes sprühkompaktiertes Bauteil sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Sprühvorrichtung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagerbauteils unter Darstellung des Kohlenstoff- und des Chromgradienten; und
3 eine Teilansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Wälzlagerbauteils unter Darstellung des Kohlenstoff- und Chromgradienten.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung eine Sprühvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese umfasst zwei separat betreibbare Sprüheinrichtungen 2a, 2b, denen jeweils separate Schmelzenvorratsbehälter 3a, 3b zugeordnet sind.
Im Schmelzenvorratsbehälter 3a befindet sich eine einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisende Schmelze S₁. Der Kohlenstoffbehalt dieser Schmelze liegt vorzugsweise unter 0,35 %, vorzugsweise im Bereich von ca. 0,2 %. Gegebenenfalls können weitere Legierungselemente wie Cr (maximal ca. 1 %), Mo (maximal ca. 2 %), Ni und/oder Mn (je maximal ca. 4 %) sowie Si (maximal ca. 1,5 %) sowie andere Stahlbegleiter neben dem üblichen Eisen enthalten sein.
Im Schmelzenvorratsbehälter 3b ist eine einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweisende Schmelze S₂ aufgenommen. Diese Schmelze weist einen Kohlenstoffgehalt von wenigstens 0,45 % auf, der Kohlenstoffgehalt sollte nicht mehr als 0,75 % betragen. Des Weiteren weist diese Schmelze einen Chromgehalt von wenigstens 13 % bis maximal 25 % auf. Weitere Legierungselemente wie Mo (maximal ca. 2 %), Ni und/oder Mn (hier maximal ca. 4 %) sowie Si (maximal ca. 1,5 %) sowie andere Stahlbegleiter können enthalten sein, müssen jedoch nicht. Die Aufzählung der jeweiligen Legierungselemente ist keinesfalls abschließend. Entscheidend ist lediglich, dass diese zweite Schmelze S₂ einen im Vergleich zur ersten Schmelze S₁ höheren Kohlenstoffgehalt und den besagten Chromgehalt von wenigstens 13 % aufweist.
Die beiden Sprüheinrichtungen 2a, 2b werden im gezeigten Beispiel über eine gemeinsame Trägergasversorgung 4 versorgt, denkbar ist es aber natürlich auch, dass jede Sprüheinrichtung 2a, 2b eine eigene Trägergasversorgung 4 besitzt. Als Trägergas wird im gezeigten Beispiel Stickstoff verwendet. Alternativ ist es auch denkbar, ein Stickstoff enthaltendes Trägergas zu verwenden. Über diesen zugeführten Stickstoff kann die jeweils versprühte Schmelze, die in Form von kleinsten Metalltröpfchen 5a betreffend die Schmelze S₁ bzw. 5b betreffend die Schmelze S₂ versprüht werden, zusätzlich mit Stickstoff angereichert werden.
Die Sprüheinrichtungen 2a, 2b versprühen die Schmelztröpfen 5a, 5b in Form eines jeweiligen Sprühkegels 6a, 6b. Wie 1 zeigt, überlappen sich die Sprühkegel 6a, 6b im gezeigten Beispiel in der Nähe des Trägers 7, der besprüht wird, vollständig. Bei dem Träger 7 handelt es sich beispielsweise um ein Rohr aus einem härtbaren Metall, das Teil des herzustellenden Lagerbauteils wird, es bildet den Bauteilgrundkörper. Alternativ kann es sich bei dem Träger 7 auch um einen wiederverwendbaren Träger beispielsweise in Form eines Keramikrohres handeln, auf den aufgesprüht wird, wobei das sprühkompaktierte Bauteil sodann vom Träger entfernt wird.
2 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäß hergestellten Lagerbauteil 9. Es sei angenommen, dass der Träger 7 ein Metallrohr ist, das den Bauteilgrundkörper bildet, und auf das eine Randschicht 8 durch Aufsprühen der beiden Schmelzen S₁ und S₂ aufgebracht wurde. Hierzu dreht der Träger 7, siehe 1. Die Sprüheinrichtungen 2a, 2b werden nun in einer Weise angesteuert, dass sich in der lageweise abgeschiedenen Randschicht 8 ein entsprechender Kohlenstoffgradient und Chromgradient ausbildet. Auf den noch unbesprühten Träger 7 wird zunächst nur Schmelze S₁ aufgesprüht, d. h., dass zu Beginn des Verfahrens nur die Sprüheinrichtung 2a betrieben wird. Hierüber wird eine erste Randschichtzone 8a bestehend aus schmelzkompaktierten Metall der Schmelze S₁ gebildet, siehe 2. Mit Erreichen einer hinreichenden Dicke der Randschichtzone 8a wird die Abgabemenge der Sprüheinrichtung 2a reduziert, synchron hierzu wird die Sprüheinrichtung 2b zugeschaltet und Schmelze S₂ versprüht. Die Reduktion der Abgabe über die Sprüheinrichtung 2a und die Erhöhung der Abgabe über die Sprüheinrichtung 2b erfolgt synchron und soweit gleichförmig, so dass immer im Wesentlichen die gleiche Schmelzmenge aufgesprüht wird. Die Variation erfolgt derart, dass kurz nach Beginn des Umschaltvorgangs die Sprüheinrichtung 2 komplett abgeschaltet ist, mithin also die Schmelze S₁ nicht mehr ausgesprüht wird, sondern nur noch Schmelze S₂ über die nun voll arbeitende Sprüheinrichtung 2b. Hierüber wird die Randschichtzone 8b ausgebildet, die die eigentliche belastete Randzone bildet. In ihr müssen die an das Bauteil gestellten Parameter gegeben sein, d. h., sie muss die hinreichende mechanische Festigkeit aufweisen bzw. entsprechend härtbar sein, so dass sie überrollfest ist, wie sie auch die gewünschten korrosiven Eigenschaften aufweisen muss.
In 2 ist ein Diagramm gezeigt, das den Kohlenstoffgehalt und den Chromgehalt über die Randschicht 8 zeigt. Ersichtlich nimmt der Kohlenstoffgehalt gemäß der Kurve I von innen nach außen über die Randschicht 8 zu, was sich daraus ergibt, dass die Schmelze S₁ den niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweist, während die Schmelze S₂ den hohen Kohlenstoffgehalt aufweist. Da die Schmelze S₁ die Randschichtzone 8a bildet, liegt in diesem Bereich ein geringerer Kohlenstoffgehalt vor, während die Randschichtzone 8b einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweist, da sie durch die Schmelze S₂ gebildet ist.
In entsprechender Weise verhält es sich mit dem Chromgehalt gemäß der Kurve II. Die Schmelze S₂ enthält im gezeigten Beispiel kein Chrom, weshalb in der Randschichtzone 8b kein Chrom vorliegt.
Die Ausgestaltung einer solchen Randschicht ermöglicht es zum einen, sie insbesondere im Bereich der Randschichtzone 8b so zu härten, dass die gewünschten Härtewerte erreicht werden. Darüber hinaus ist die Randschicht 8b auch korrosionsfest, da in ihr der hohe Chromgehalt vorliegt. Der vom Träger 7 gebildete Bauteilgrundkörper wie auch die Randschichtzone 8a muss diese korrosionsfeste Eigenschaft nicht besitzen, da sie korrosiv nicht beansprucht werden.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein wieder verwendbarer Träger 7, also beispielsweise ein Keramikrohr, verwendet wurde, auf das das Lagerbauteil 9, das als solches in 3 in einer Teilschnittansicht gezeigt ist, über die Sprüheinrichtungen 2a, 2b komplett aufgesprüht wurde. Es handelt sich hierbei beispielsweise um einen Ring mit einer inneren und einer äußeren, einen Kohlenstoffgradienten aufweisenden Randschicht. Zu Beginn wird zunächst über die Sprüheinrichtung 2b Schmelze S₂ aufgesprüht, so dass sich eine erste Randschichtzone ausbildet, die ausschließlich aus der den hohen Kohlenstoffgehalt und den hohen Chromgehalt aufweisenden Schmelze S₂ besteht. Nach Erreichen einer Mindestschichtdicke wird die Sprühleistung der Sprüheinrichtung 2b kontinuierlich abgesenkt und die Sprüheinrichtung 2a zugeschaltet und deren Sprühleistung kontinuierlich erhöht. Der Erniedrigung und der Erhöhung der jeweiligen Leistung erfolgt bevorzugt synchron, so dass zu jedem Zeitpunkt eine Gesamtsprühleistung von 100 % gegeben ist. Zur Bildung des wesentlichen Baukörpers wird mit 100 % Schmelze S₁ gesprüht, d. h., dass das Wälzkörperbauteil im Kern nur aus Material der Schmelze S₁ besteht, wie in 3 gezeigt. Zur Bildung der äußeren Randschicht wird der Vorgang dann wieder umgekehrt, d. h., dass die Sprühleistung der Sprüheinrichtung 2a wieder kontinuierlich zurückgefahren wird, während die Leistung der Sprüheinrichtung 2b kontinuierlich erhöht wird. Es bildet sich eine äußere Randschicht 8 aus, bestehend nur aus Schmelze S₂, wobei sich in der Randschicht 8 im Übergangsbereich zwischen der Schmelze S₁ und der Schmelze S₂, wiederum wie auch im Bereich der innen liegenden Randschicht, der Kohlenstoffgradient und der Chromgradient ausbildet. Es entsteht folglich ein Ring oder ein Rohr mit einer härtbaren Bohrung (da allein durch die Schmelze S₂ die innere Fläche gebildet wird) sowie einem weniger härtbaren Kern (da nur aus der Schmelze S₁ bestehend) und einer erneut höher härtbaren äußeren Randschicht (die wiederum nur aus Schmelze S₂ gebildet ist).
Nebenstehend ist auch hier ein Kohlenstoff-Chrom-Diagramm gezeigt. Ersichtlich nimmt der Kohlenstoffgehalt, dargestellt durch die Kurve I, von einem hohen Gehalt an der Innenseite ab, es bildet sich ein Gradient aus. Im Bereich des Bauteilkerns ist der Kohlenstoffgehalt niedrig, da dieser nur von der Schmelze S₁ gebildet ist. Er steigt sodann zum äußeren Rand hin wieder an. Dies korrespondiert damit, dass die beiden Randschichten über die Schmelze S₂ gebildet sind.
In entsprechender Weise verhält sich der Verlauf des Chromgehalts gemäß Kurve II. Auch der Chromgehalt ist an den beiden Rändern hoch, nachdem dort ausschließlich Schmelze S₂ mit dem Chromgehalt vorhanden ist. Er nimmt im Übergangsbereich zum Kern hin ab, und sinkt auf 0, nachdem angenommenermaßen die Schmelze S₁ keinerlei Chrom enthält. Zum Randbereich steigt er zwangsläufig wieder an.
Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine einfache Erzeugung einer Kohlenstoffgradientenstruktur im Bereich inneren und/oder äußerer Randschichten, ein spezieller Aufkohlungsschritt ist folglich nicht mehr erforderlich. Darüber hinaus kann erfindungsgemäß nur dort eine korrosionsfeste Eigenschaft verliehen werden, wo dies erforderlich ist, indem eine der versprühten Schmelzen einen hohen Chromgehalt aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Sprühvorrichtung
2a: Sprüheinrichtung
2b: Sprüheinrichtung
3a: Schmelzenvorratsbehälter
3b: Schmelzenvorratsbehälter
4: Trägergasversorgung
5a: Schmelztröpfchen
5b: Schmelztröpfchen
6a: Sprühkegel
6b: Sprühkegel
7: Träger
8: Randschicht
9: Lagerbauteil
S₁: Schmelze
S₂: Schmelze
I: Kurve
II: Kurve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006023690 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Lagerbauteils (9) mit einem zumindest im Bereich seiner Randschicht (8) gegebenen Kohlenstoffgradienten, wobei auf einen Träger (7) in einem Sprühverfahren geschmolzenes Metall aufgesprüht wird und der Kohlenstoffgehalt des aufzusprühenden Metalls während des Sprühvorgangs variiert wird, wobei unter Verwendung wenigstens zweier separate Sprüheinrichtungen (2a, 2b) wenigstens zwei Schmelzen (S₁, S₂) versprüht werden, wobei die erste Schmelze (S₁) einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt und die zweite Schmelze (S₂) einen demgegenüber höheren Kohlenstoffgehalt besitzt, wobei sich die Sprühkegel (6a, 6b) überlappen und die Abgabemengen der Sprüheinrichtungen (2a, 2b) während des Sprühvorgangs variiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schmelze (S₂) einen Gehalt an Cr von wenigstens 13% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Cr maximal 25% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt der ersten Schmelze (S₁) ≤ 0,35% und der Kohlenstoffgehalt der zweiten Schmelzen (S₂) ≥ 0,45% ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schmelze (S₂) einen Stickstoffgehalt von 0,05–5% aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schmelze (S₂) einen oder mehrere Hartstoffe enthält oder ein oder mehrere Hartstoffe in Pulverform in den Sprühkegel (6b) eingeblasen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzen (S₁, S₂) vor dem Aufsprühen unter einer Stickstoffatmosphäre erschmolzen werden, und/oder dass als Trägergas zum Sprühen Stickstoff oder ein mit Stickstoff angereichertes Gas verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Träger (7) ein vorgefertigtes Bauteil, insbesondere ein Rohr verwendet wird, das integraler Bestandteil des hergestellten Lagerbauteils (9) wird, oder dass der Träger (7) ein wiederzuverwendender Träger, insbesondere ein Rohr ist, auf den zur Bildung des gesamten herzustellenden Lagerbauteils (9) das Metall gesprüht wird.
Lagerbauteil (9), insbesondere Wälzlagerbauteil, insbesondere in Form eines Rings oder einer Rolle, wobei zumindest eine Randschicht (8) durch Aufsprühen zweier im Kohlenstoffgehalt unterschiedlicher Schmelzen (S₁, S₂) gebildet ist, innerhalb welcher Randschicht (8) zumindest abschnittsweise der Kohlenstoffgehalt variiert, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Randschicht (8) eine Zone (8b) mit einem Gehalt an Chrom von wenigstens 13% gebildet ist, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Lagerbauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es einen metallischen vorgefertigten Träger (7) aufweist, auf dem die Randschicht (8) gebildet ist, oder dass es ein vollständig in einem Sprühverfahren hergestelltes sprühkompaktiertes Bauteil ist.