DE102021132703A1 - Process for manufacturing a rolling bearing component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils (1), wobei das Wälzlagerbauteil (1) aus einem Wälzlagerstahl und an mindestens einer Stelle mit einer Wandstärke oder einem Durchmesser von mindestens 85 mm ausgebildet wird, wobei das Wälzlagerbauteil (1) zur Ausbildung eines austenitischen Gefüges erwärmt und anschließend in einem Salzwarmbad unterhalb der Martensitstarttemperatur des Wälzlagerstahls abgekühlt wird, derart, dass das Wälzlagerbauteil (1) in einem Randschichtbereich des Wälzlagerbauteils (1) mit einem martensitischen Gefüge ausgebildet wird und im Kernbereich des Wälzlagerbauteils (1) mit einem aus Perlit und/oder aus oberem Bainit bestehenden Gefüge ausgebildet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Wälzlagerbauteil (1) sowie ein Wälzlager (2).The invention relates to a method for producing a rolling bearing component (1), the rolling bearing component (1) being made from a rolling bearing steel and having a wall thickness or a diameter of at least 85 mm at at least one point, the rolling bearing component (1) being used to form an austenitic Structure is heated and then cooled in a warm salt bath below the martensite start temperature of the rolling bearing steel, in such a way that the rolling bearing component (1) is formed with a martensitic structure in a surface layer area of the rolling bearing component (1) and with a structure made of perlite and in the core area of the rolling bearing component (1). /or upper bainite structure is formed. The invention also relates to a rolling bearing component (1) and a rolling bearing (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils, wobei das Wälzlagerbauteil aus einem Wälzlagerstahl ausgebildet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Wälzlagerbauteil sowie ein Wälzlager.The invention relates to a method for producing a rolling bearing component, the rolling bearing component being formed from a rolling bearing steel. Furthermore, the invention relates to a rolling bearing component and a rolling bearing.
Aus der
Die
Bei großen Wälzlagern ab etwa einem Meter Durchmesser sind auch die Wälzkörper entsprechend groß dimensioniert. Die Bauteile besitzen oft Querschnitte oder Wandstärken von 85 mm oder mehr. Damit derartige Bauteile technisch einwandfrei wärmebehandelt werden können, werden hoch legierte Stähle verwendet, die entsprechende Kosten verursachen. Bei Lagerringen werden größere Querschnitte auch aus durchhärtbarem Stahl in schalengehärteter Ausführung gefertigt. Diese Möglichkeit gibt es für großformatige Wälzkörper nicht, da an den Kanten (= Übergang Mantelfläche zur Stirnseite) bei einer schroffen Abschreckung so hohe Zugspannungen auftreten, dass dies mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zu einer Rissbildung führt.In the case of large rolling bearings with a diameter of around one meter or more, the rolling elements are dimensioned accordingly. The components often have cross sections or wall thicknesses of 85 mm or more. So that such components can be heat treated in a technically flawless manner, high-alloy steels are used, which incur corresponding costs. In the case of bearing rings, larger cross-sections are also made from through-hardening steel in a shell-hardened design. This possibility does not exist for large-format rolling elements, since such high tensile stresses occur at the edges (= transition from lateral surface to front side) in the event of abrupt quenching that there is a high probability that cracks will form.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils aus einem Wälzlagerstahl, das an mindestens einer Stelle mit einer Wandstärke oder einem Durchmesser von mindestens 85 mm vorliegt, weiterzuentwickeln und ein mittels des Verfahrens hergestelltes Wälzlagerbauteil sowie ein Wälzlager anzugeben.The object of the present invention is to further develop a method for producing a roller bearing component from a roller bearing steel which has a wall thickness or a diameter of at least 85 mm at at least one point and to specify a roller bearing component produced by means of the method and a roller bearing.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Wälzlagerbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by a method for producing a rolling bearing component having the features of claim 1, by a rolling bearing component having the features of
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils wird das Wälzlagerbauteil aus einem Wälzlagerstahl und an mindestens einer Stelle mit einer Wandstärke oder einem Durchmesser von mindestens 85 mm ausgebildet, wobei das Wälzlagerbauteil zur Ausbildung eines austenitischen Gefüges erwärmt und anschließend in einem Salzwarmbad unterhalb der Martensitstarttemperatur des Wälzlagerstahls abgekühlt wird, derart, dass das Wälzlagerbauteil in einem Randschichtbereich des Wälzlagerbauteils mit einem martensitischen Gefüge ausgebildet wird und in einem Kernbereich des Wälzlagerbauteils mit einem aus Perlit und/oder aus oberem Bainit bestehenden Gefüge ausgebildet wird.In a method according to the invention for producing a rolling bearing component, the rolling bearing component is made of a rolling bearing steel and is formed at least in one place with a wall thickness or a diameter of at least 85 mm, the rolling bearing component being heated to form an austenitic structure and then in a hot salt bath below the martensite start temperature of the rolling bearing steel is cooled, such that the rolling bearing component is formed with a martensitic structure in a surface layer region of the rolling bearing component and is formed with a structure consisting of pearlite and/or upper bainite in a core region of the rolling bearing component.
Mit anderen Worten wird das Wälzlagerbauteil zunächst aus einem Wälzlagerstahl ausgeformt. Als Wälzlagerstahl, aus dem das Wälzlagerbauteil ausgebildet wird, eignet sich vorteilhafterweise 100CrMo7-3 oder 100CrMnSi6-4. Zu Beginn der Wärmebehandlung wird das Wälzlagerbauteil auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend abgeschreckt, wobei die Abschreckgeschwindigkeit zum einen derart gewählt wird, dass ein Reißen in der Oberfläche des Wälzlagerbauteils verhindert wird, jedoch gleichzeitig eine technisch optimale und überrollfeste Schale auf der Mantelfläche des Wälzlagerbauteils mit möglichst geringem Verzug entsteht. Die Abschreckgeschwindigkeit wird insbesondere in Abhängigkeit der Geometrie des Wälzlagerbauteils sowie des Abschreckmediums, also des Salzwarmbades, insbesondere dessen Wärmekapazität gewählt.In other words, the roller bearing component is first formed from a roller bearing steel. 100CrMo7-3 or 100CrMnSi6-4 is advantageously suitable as the roller bearing steel from which the roller bearing component is formed. At the beginning of the heat treatment, the rolling bearing component is heated to the austenitization temperature and then quenched, with the quenching speed being selected in such a way that cracking in the surface of the rolling bearing component is prevented, but at the same time a technically optimal and roll-resistant shell on the lateral surface of the rolling bearing component with as little as possible delay arises. The quenching speed is selected in particular depending on the geometry of the rolling bearing component and the quenching medium, ie the hot salt bath, in particular its heat capacity.
In dem Salzwarmbad erfolgt insbesondere eine Abkühlung des Wälzlagerbauteils auf eine Temperatur T im Bereich von 20 bis 70 °C, insbesondere 50 bis 70°C, unterhalb der Martensitstarttemperatur des Wälzlagerstahls.In the hot salt bath, the roller bearing component is in particular cooled to a temperature T in the range from 20 to 70° C., in particular 50 to 70° C., below the martensite start temperature of the roller bearing steel.
Die Temperatur T wird vorzugsweise über einen Zeitraum von 10 bis 20 min konstant gehalten.The temperature T is preferably kept constant over a period of 10 to 20 minutes.
Während des Abschreckens im Salzwarmbad erfolgt eine Phasenumwandlung im Gefüge des Wälzlagerbauteils, wobei sich an der Oberfläche beziehungsweise im oberflächennahen Bereich eine im Wesentlichen martensitische Gefügestruktur ausbildet. Mithin erfolgt durch das Abschrecken eine martensitische Randschichthärtung. Ferner bildet sich aufgrund der langsameren Abkühlung in oberflächenfernen Bereichen des Wälzlagerbauteils, insbesondere im Kern beziehungsweise im Kernbereich des Wälzlagerbauteils, eine im Wesentlichen perlitische und/oder eine im Wesentlichen bainitische Gefügestruktur aus. Bei Betrachtung des kontinuierlichen Zeit-Temperatur-Diagramms, also der grafischen Darstellung der Umwandlungsvorgänge im Gefüge einer Legierung in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit, wird während des Abschreckens für oberflächenferne Bereiche des Wälzlagerbauteils das Perlitfeld und/oder das Bainitfeld durchlaufen, wobei sich das entsprechende Gefüge einstellt. Welches Gefüge sich einstellt, hängt dabei im Wesentlichen von der Legierungszusammensetzung sowie der Geometrie des Wälzlagerbauteils ab.During quenching in the warm salt bath, a phase transformation takes place in the microstructure Rolling bearing component, wherein a substantially martensitic microstructure is formed on the surface or in the area near the surface. Consequently, a martensitic surface layer hardening takes place as a result of the quenching. Furthermore, due to the slower cooling in areas of the rolling bearing component that are far from the surface, in particular in the core or in the core area of the rolling bearing component, a substantially pearlitic and/or a substantially bainitic microstructure is formed. When considering the continuous time-temperature diagram, i.e. the graphical representation of the transformation processes in the structure of an alloy as a function of temperature and time, the pearlite field and/or the bainite field is passed through during quenching for areas of the rolling bearing component that are far from the surface, with the corresponding structure changing adjusts Which microstructure is established essentially depends on the alloy composition and the geometry of the rolling bearing component.
Unter einem Martensit bzw. einem martensitischen Gefüge ist ein metastabiles Gefüge zu verstehen, das diffusionslos aus dem austenitischen Ausgangsgefüge entsteht, insbesondere durch ein schnelles Abschrecken des Stahls ausgehend von der Härte- bzw. Austenitisierungstemperatur. Dabei erfolgt die Härtesteigerung während der Umwandlung dadurch, dass die im Austenitgitter gelösten Kohlenstoffatome ihre Gitterplätze aufgrund der kurzen Zeitspanne der Umwandlung nicht mehr verlassen können, wobei der Austenit diffusionslos in den Martensit umklappt und so die eingeschlossenen Kohlenstoffatome das Kristallgitter verspannen. Martensit ist hart, hochfest aber auch sehr spröde, weshalb derartige Stähle üblicherweise nach dem Abschrecken angelassen werden, um etwaige Risse zu vermeiden.A martensite or a martensitic microstructure is to be understood as meaning a metastable microstructure which is formed from the austenitic starting microstructure without diffusion, in particular by rapid quenching of the steel starting from the hardening or austenitizing temperature. The increase in hardness during the transformation occurs because the carbon atoms dissolved in the austenite lattice can no longer leave their lattice positions due to the short time span of the transformation, with the austenite folding over into martensite without diffusion and the enclosed carbon atoms thus straining the crystal lattice. Martensite is hard, high strength but also very brittle, which is why such steels are usually tempered after quenching to avoid any cracks.
Perlit ist demgegenüber ein lamellar angeordneter, eutektoider Gefügebestandteil des Stahles, das heißt ein Phasengemisch aus Ferrit und Zementit, das durch gekoppelte Kristallisation in Eisen-Kohlenstoff-Legierungen bei Kohlenstoffgehalten zwischen 0,02 % und 6,67 % auftritt. Perlit ist weicher als Martensit. Unter einem aus Perlit bestehenden Gefüge ist zu verstehen, dass das Gefüge im Kernbereich des Wälzlagerbauteils im Wesentlichen aus Perlit besteht. Somit besteht das Gefüge auch dann aus Perlit, wenn es nicht vollständig und ausschließlich ein perlitisches Gefüge aufweist. Auch eine geringfügige Abweichung von einem vollständig perlitischen Gefüge, bei dem auch andere Gefügestrukturen vorliegen können, ist demnach noch als aus Perlit bestehendes Gefüge im Sinne dieser Erfindung zu verstehen.Pearlite, on the other hand, is a lamellar, eutectoid structural component of steel, i.e. a phase mixture of ferrite and cementite that occurs as a result of coupled crystallization in iron-carbon alloys with carbon contents between 0.02% and 6.67%. Pearlite is softer than martensite. A structure consisting of pearlite is to be understood as meaning that the structure in the core area of the rolling bearing component essentially consists of pearlite. Thus, the structure consists of pearlite even if it does not have a pearlitic structure completely and exclusively. Even a slight deviation from a completely pearlitic microstructure, in which other microstructures can also be present, is therefore still to be understood as a microstructure consisting of pearlite within the meaning of this invention.
Unter Bainit ist ein Gefüge zu verstehen, das bei Temperaturen unterhalb der Perlitbildung bis hin zur Martensitbildung sowohl isotherm als auch bei kontinuierlicher Abkühlung entsteht. Oberer Bainit besteht aus nadelförmigem Ferrit, der in Paketen angeordnet ist. Zwischen den einzelnen Ferritnadeln liegen mehr oder weniger kontinuierliche Filme aus Karbiden parallel zur Nadelachse vor. Zu unterscheiden ist oberer Bainit von unterem Bainit, welcher dagegen aus Ferritplatten besteht, innerhalb derer sich die Karbide unter einem Winkel von 60° zur Nadelachse bilden. Bainit ist ebenfalls weicher als Martensit, jedoch härter als Perlit. Unter einem aus oberem Bainit bestehenden Gefüge ist zu verstehen, dass das Gefüge im Kernbereich des Wälzlagerbauteils im Wesentlichen aus oberem Bainit besteht. Somit besteht das Gefüge auch dann aus oberem Bainit, wenn es nicht vollständig und ausschließlich oberen Bainit aufweist. Auch eine geringfügige Abweichung von einem vollständig bainitischen Gefüge, bei dem auch andere Gefügestrukturen vorliegen können, ist demnach noch als aus oberem Bainit bestehendes Gefüge im Sinne dieser Erfindung zu verstehen.Bainite is a structure that is formed at temperatures below pearlite formation up to martensite formation, both isothermally and with continuous cooling. Upper bainite consists of acicular ferrite arranged in packets. Between the individual ferrite needles there are more or less continuous films of carbides parallel to the needle axis. A distinction must be made between upper bainite and lower bainite, which, on the other hand, consists of ferrite plates, within which the carbides form at an angle of 60° to the needle axis. Bainite is also softer than martensite but harder than pearlite. A structure consisting of upper bainite is to be understood as meaning that the structure in the core area of the rolling bearing component essentially consists of upper bainite. Thus the structure consists of upper bainite even if it is not entirely and exclusively upper bainite. Even a slight deviation from a completely bainitic microstructure, in which other microstructures can also be present, is therefore still to be understood as a microstructure consisting of upper bainite within the meaning of this invention.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildete Wälzlagerbauteil kann als Bauteilrohling ausgebildet sein, das endgeometrienah ausgebildet ist, wobei nach dem Abkühlen des Bauteils eine Weiterbehandlung, insbesondere eine mechanische Bearbeitung erfolgt, um das Wälzlagerbauteil in die Endgeometrie zu bringen. Alternativ kann das Bauteil bereits vor der Wärmebehandlung in Endgeometrie vorliegen. The roller bearing component formed using the method according to the invention can be formed as a component blank which is formed close to the final geometry, with further treatment, in particular mechanical processing, taking place after the component has cooled in order to bring the roller bearing component into the final geometry. Alternatively, the component can already be in its final geometry before the heat treatment.
Das Wälzlagerbauteil ist beispielsweise als Innenring, als Außenring oder als Wälzkörper eines Wälzlagers ausgebildet.The rolling bearing component is designed, for example, as an inner ring, an outer ring or as a rolling element of a rolling bearing.
Die Härtbarkeit des jeweiligen Stahls wird bestimmt durch die Wahl der Legierungszusammensetzung. Bei durchhärtbaren Stählen, wie beispielsweise dem 100CrMnSi6-4, lässt sich die Härtbarkeit ferner dadurch verändern, indem man über die Höhe der Austenitisierungstemperatur den Kohlenstoffgehalt sowie den Gehalt von gelösten Legierungselementen, wie Chrom, verändert. Der erforderliche Lösungszustand für die zu behandelnde Geometrie des Wälzlagerbauteils sowie die Abschreckwirkung lassen sich software-gestützt oder anhand von Versuchen vorabbestimmen.The hardenability of the steel in question is determined by the choice of alloy composition. In the case of through-hardenable steels, such as 100CrMnSi6-4, the hardenability can also be changed by changing the carbon content and the content of dissolved alloying elements, such as chromium, via the level of the austenitization temperature. The required state of solution for the geometry of the rolling bearing component to be treated and the quenching effect can be determined in advance using software or tests.
Vorzugsweise weist das Salzwarmbad eine Temperatur zwischen 150°C und 210°C auf. Insbesondere weist das Salzwarmbad je nach Werkstoff eine Temperatur zwischen 160°C und 200°C auf. Die Zusammensetzung des Salzwarmbades wird hinsichtlich der Anforderungen an die Abschreckparameter gewählt, wodurch eine Abschreckgeschwindigkeit einstellbar ist, bei der sich an der Oberfläche des Wälzlagerbauteils das martensitische Gefüge und oberflächenfern, insbesondere im Kern des Wälzlagerbauteils, ein aus Perlit und/oder oberem Bainit bestehendes Gefüge ausbildet. Insbesondere weist das Salzwarmbad dazu einen Wassergehalt von 0,5 bis 1 % auf.The warm salt bath preferably has a temperature between 150°C and 210°C. In particular, the hot salt bath has a temperature of between 160°C and 200°C, depending on the material. The composition of the hot salt bath is selected with regard to the requirements for the quenching parameters, whereby a quenching speed can be set at which the martensitic structure on the surface of the rolling bearing component and remote from the surface, especially in the core of the Rolling bearing component, forms a structure consisting of pearlite and / or upper bainite. In particular, the salt warm bath has a water content of 0.5 to 1%.
Ferner wird der Abkühlungsprozess durch das Salzwarmbad derart eingestellt und gegebenenfalls verlängert, dass sich die Temperaturen von Rand und Kern des Wälzlagerbauteils ausgleichen können. Die damit einhergehenden Vorteile bestehen in der reduzierten Rissbildung infolge thermischer Beanspruchung. Ferner können geringere Eigenspannungen bei Wälzlagerbauteilen mit variablen Abmessungen, Größe und Gewicht erreicht werden.Furthermore, the cooling process is adjusted and, if necessary, extended by the warm salt bath in such a way that the temperatures of the edge and core of the rolling bearing component can equalize. The associated advantages are reduced crack formation as a result of thermal stress. Furthermore, lower residual stresses can be achieved in rolling bearing components with variable dimensions, size and weight.
Eine bevorzugte Abkühlgeschwindigkeit zwischen der Austenitisierungstemperatur und der Salzbadtemperatur liegt dabei im Bereich von 5 bis 10 K/s, je nach Wandstärke oder Querschnitt des Wälzlagerbauteil.A preferred cooling rate between the austenitizing temperature and the salt bath temperature is in the range of 5 to 10 K/s, depending on the wall thickness or cross section of the rolling bearing component.
Bevorzugt wird das Wälzlagerbauteil nach Erreichen der Temperatur des Salzwarmbades auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Sobald sich die Temperatur des Wälzlagerbauteils der Temperatur des Salzwarmbades angeglichen hat, wird das Wälzlagerbauteil aus dem Bad entnommen, sodass sich das Wälzlagerbauteil weiter bis auf Raumtemperatur abkühlen kann. Unter Raumtemperatur ist eine Temperatur zwischen 18°C und 25°C, insbesondere zwischen 20°C und 25°C, zu verstehen.The roller bearing component is preferably cooled to room temperature after the temperature of the hot salt bath has been reached. As soon as the temperature of the rolling bearing component has equalized the temperature of the hot salt bath, the rolling bearing component is removed from the bath so that the rolling bearing component can continue to cool down to room temperature. Room temperature means a temperature between 18°C and 25°C, in particular between 20°C and 25°C.
Das erfindungsgemäße Wälzlagerbauteil weist eine Wandstärke oder einen Durchmesser von wenigstens 85 mm, insbesondere von mindestens 200 mm, auf. Bei einem Wälzlagerring betrachtet man hier seine Wandstärke, bei einem Wälzkörper betrachtet man seinen Durchmesser.The rolling bearing component according to the invention has a wall thickness or a diameter of at least 85 mm, in particular at least 200 mm. In the case of a roller bearing ring, the wall thickness is considered here, and in the case of a rolling element, its diameter is considered.
Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildete Wälzlagerbauteil besteht in einem Randschichtbereich bis zu mindestens einer Tiefe unterhalb einer Oberfläche des Wälzlagerbauteils von 10 mm aus Martensit und weist eine Härte im Bereich von 60 HRC bis 65 HRC aufweist. Eine Härte von 60 HRC (Rockwellhärte) entspricht einer Vickershärte von etwa 700 HV und eine Härte von 65 HRC entspricht einer Vickershärte von etwa 830 HV. Mithin weist ein erfindungsgemäßes Wälzlagerbauteil bis zu mindestens einem ersten Oberflächenabstand von 10 mm eine Härte zwischen 60 HRC und 65 HRC und eine martensitische Gefügestruktur auf.The rolling bearing component formed using the method according to the invention consists of martensite in a surface layer region up to at least a depth below a surface of the rolling bearing component of 10 mm and has a hardness in the range from 60 HRC to 65 HRC. A hardness of 60 HRC (Rockwell hardness) corresponds to a Vickers hardness of about 700 HV and a hardness of 65 HRC corresponds to a Vickers hardness of about 830 HV. Consequently, a rolling bearing component according to the invention has a hardness of between 60 HRC and 65 HRC and a martensitic microstructure up to at least a first surface distance of 10 mm.
Die Einheit HRC setzt sich aus HR (Härte nach Rockwell, im Englischen „Hardness Rockwell“) als Kennzeichnung des Prüfverfahrens gefolgt von einem weiteren Buchstaben, hier C, zusammen, der die Skala und damit die Prüfkräfte und -körper angibt. Bei der Skala C (C steht für „cone“, im Deutschen „Kegel“) wird ein Diamantkegel mit 120° Spitzenwinkel und eine Prüfvorkraft von 98,0665 N verwendet. Die Prüfzusatzkraft beträgt bei Skala C 1372,931 N.The HRC unit is made up of HR (Rockwell hardness) as a designation of the test method, followed by another letter, here C, which indicates the scale and thus the test forces and bodies. A diamond cone with a 120° point angle and a test preload of 98.0665 N is used for scale C (C stands for “cone”). The additional test force for scale C is 1372.931 N.
Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Wälzlagerbauteil in seinem Kernbereich eine Härte im Bereich von 30 HRC bis 35 HRC auf. Eine Härte von 30 HRC entspricht einer Vickershärte von etwa 300 HV und eine Härte von 35 HRC entspricht einer Vickershärte von etwa 345 HV. Mithin weist das erfindungsgemäße Wälzlagerbauteil in seinem Kernbereich eine Härte im Bereich von 30 HRC bis 35 HRC sowie eine perlitische und/oder bainitische Gefügestruktur auf.Furthermore, the roller bearing component according to the invention has a hardness in the range from 30 HRC to 35 HRC in its core area. A hardness of 30 HRC corresponds to a Vickers hardness of about 300 HV and a hardness of 35 HRC corresponds to a Vickers hardness of about 345 HV. Consequently, the roller bearing component according to the invention has a hardness in the range from 30 HRC to 35 HRC and a pearlitic and/or bainitic microstructure in its core area.
Das heißt, dass das Wälzlagerbauteil in einem Randschichtbereich aus Martensit und im Kernbereich aus Perlit und/oder oberem Bainit besteht.This means that the rolling bearing component consists of martensite in a surface layer area and pearlite and/or upper bainite in the core area.
Bei Wälzlagerbauteilen mit Wandstärken oder Querschnitten von mindestens 200 mm liegt vorzugsweise ab einer Tiefe unterhalb der Oberfläche des Bauteils von 70 mm die perlitische und/oder bainitische Gefügestruktur vor, die den Kernbereich ausbildet.In the case of rolling bearing components with wall thicknesses or cross sections of at least 200 mm, the pearlitic and/or bainitic microstructure that forms the core region is preferably present from a depth of 70 mm below the surface of the component.
Ein erfindungsgemäßes Wälzlager umfasst einen Außenring und/oder einen Innenring sowie eine Vielzahl von Wälzkörpern, die am Außenring und/oder am Innenring abrollen, wobei der Außenring und/oder der Innenring und/oder der jeweilige Wälzkörper ein Wälzlagerbauteil gemäß den vorherigen Ausführungen ist. Anders gesagt kann entweder nur der Außenring, nur der Innenring, nur die Wälzkörper oder eine beliebige Kombination der genannten Bauteile als erfindungsgemäßes Wälzlagerbauteil ausgeführt sein, das an der Oberfläche eine im Wesentlichen martensitische Gefügestruktur und kernnah bzw. im Kernbereich eine im Wesentlichen perlitische und/oder obere Bainit-Gefügestruktur aufweist.A roller bearing according to the invention comprises an outer ring and/or an inner ring and a multiplicity of roller bodies that roll on the outer ring and/or on the inner ring, the outer ring and/or the inner ring and/or the respective roller body being a roller bearing component in accordance with the previous statements. In other words, either only the outer ring, only the inner ring, only the rolling elements or any combination of the components mentioned can be designed as a rolling bearing component according to the invention, which has an essentially martensitic microstructure on the surface and an essentially pearlitic and/or upper bainite microstructure.
Die vorhergehenden Ausführungen zum Verfahren gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Wälzlagerbauteil sowie für das erfindungsgemäße Wälzlager, und umgekehrt.The above statements on the method apply equally to the rolling bearing component according to the invention and to the rolling bearing according to the invention, and vice versa.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Hierbei zeigt
-
1 eine stark schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers nach einer bevorzugten Ausführungsform, -
2 ein schematischer Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wälzlagerbauteils des Wälzlagers gemäß1 , und -
3 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung desWälzlagerbauteils nach 2 .
-
1 a highly schematic sectional view of a roller bearing according to the invention according to a preferred embodiment, -
2 a schematic cross section of a rolling bearing component of the rolling bearing according to the invention1 , and -
3 a schematic block diagram of a method according to the invention for producing the rollingbearing component 2 .
Gemäß
In
In einem zweiten Verfahrensschritt 101 wird der Wälzkörper 5 zur Ausbildung eines austenitischen Gefüges auf eine Härte- bzw. Austenitisierungstemperatur erwärmt und solange bei dieser Temperatur gehalten, bis eine vollständige Austenitisierung des Gefüges erfolgt ist. Anschließend wird der Wälzkörper 5 in einem dritten Verfahrensschritt 102 einem Salzwarmbad zugeführt und abgekühlt. Das Salzwarmbad weist in Abhängigkeit der Eigenschaften und des Mischungsverhältnisses des Salzwarmbades, der Materialeigenschaften des Wälzlagerbauteils 1 sowie der Austenitisierungstemperatur eine Temperatur zwischen 150°C und 210°C auf. Mittels des Salzwarmbades wird eine Abkühlung des Wälzkörpers 5 mit kontrollierter Abkühlgeschwindigkeit erreicht, insbesondere in einem Bereich von 5 bis 10 K/s, wobei eine Phasenumwandlung des Gefüges erfolgt. Dabei wandelt die austenitische Gefügestruktur an der Oberfläche des Wälzkörpers 5 aufgrund der vergleichsweise schnellen Abkühlung in ein martensitisches Gefüge um. Anders gesagt weist der Wälzkörper 5 nach der Abkühlung an der Oberfläche, insbesondere in einem Randschichtbereich bis zu mindestens einer Tiefe A1 unterhalb der Oberfläche des Wälzkörpers 5 von 10 mm, vgl.
In einem vierten Verfahrensschritt 103 wird der Wälzkörper 5 nach Erreichen der Temperatur des Salzwarmbades, das heißt, wenn der Wälzkörper 5 eine Temperatur aufweist, die der Temperatur des Salzwarmbades entspricht oder im Bereich der Temperatur des Salzwarmbades liegt, aus dem Salzwarmbad entnommen und auf Raumtemperatur, das heißt auf etwa 20 °C, abgekühlt. Durch eine solche Wärmebehandlung können Wälzlagerbauteile mit größeren Abmessungen kostengünstiger hergestellt werden, da auch bei Werkstoffen mit niedrigerem Legierungsgehalt durch eine derart angepasste Wärmebehandlung eine überrollfeste Oberfläche, im Fall des Wälzkörpers eine überrollfeste Mantelfläche bzw. Laufbahn, entsteht und das Wälzlagerbauteil beim Abschrecken nicht reißt.In a
Es ist denkbar, dass weitere Wärmebehandlungsschritte, beispielsweise Anlassen, durchgeführt werden, um die thermisch bedingten Spannungen innerhalb des Wälzkörpers 5 zu reduzieren. Ferner kann eine mechanische Nachbehandlung erfolgen, um den Wälzkörper 5 in die Endgeometrie zu bringen.It is conceivable that further heat treatment steps, for example tempering, are carried out in order to reduce the thermally induced stresses within the rolling body 5 . Furthermore, a mechanical post-treatment can be carried out in order to bring the rolling body 5 into its final geometry.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Wälzlagerbauteilrolling bearing component
- 22
- Wälzlagerroller bearing
- 33
- Außenringouter ring
- 44
- Innenringinner ring
- 55
- Wälzkörperrolling elements
- 66
- Käfig Cage
- 100100
- Erster VerfahrensschrittFirst step of the process
- 101101
- Zweiter VerfahrensschrittSecond step
- 102102
- Dritter VerfahrensschrittThird step in the process
- 103103
- Vierter VerfahrensschrittFourth step
- A1A1
- Tiefe unterhalb einer Oberfläche des WälzlagerbauteilsDepth below a surface of the rolling bearing component
- A2A2
- Tiefe unterhalb einer Oberfläche des WälzlagerbauteilsDepth below a surface of the rolling bearing component
- DD
- Durchmesserdiameter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102006052834 A1 [0002]DE 102006052834 A1 [0002]
- DE 102006059050 A1 [0003]DE 102006059050 A1 [0003]
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DE102006059050A1 (en) | 2006-12-14 | 2008-06-19 | Schaeffler Kg | Process for the heat treatment of rolling bearing components made of through hardened, bainitic bearing steel |
-
2021
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