DE10222266B4 - Verschmutzungsresistente Wälzkörper für Wälzlager - Google Patents

Abstract

Wälzkörper für ein Wälzlager, bestehend aus über Martensitbildung durchhärtendem Stahl, wobei die Druckeigenspannungen in einer Tiefe von 4% des Wälzkörperdurchmessers zwischen minus 400 MPa und minus 1200 MPa liegen und die Härte bzw. der Härtegradient des fertig bearbeiteten Wälzkörpers folgende Merkmale aufweist:
a) eine Oberflächenhärte von ≥ 613HV (56 HRc),
b) eine Kernhärte von ≥ 285HV (28 HRc),
c) eine Differenz (Δ) zwischen Oberflächenhärte und Kernhärte ≥ 150HV (9 HRc),
d) das Ereichen der Kernhärte in einer Tiefe zwischen 8 % und 30 % vom Wälzkörperdurchmesser,
e) die Härte liegt bei einer Tiefe von 4 % vom Wälzkörperdurchmesser höchstens 70 HV (4HRc) niedriger als an der Oberfläche.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft Wälzkörper für Wälzlager, die aus über Martensitbildung durchhärtendem Wälzlagerstahl hergestellt sind.
• Hintergrund der Erfindung
• Wälzkörper von Wälzlagern, die unter schwierigen Umgebungsbedingungen im Einsatz sind, unterliegen einem erhöhten Ausfallrisiko was zu verkürzten Betriebszeiten führt. Unter schwierigen Umgebungsbedingungen sind hier einerseits die Mischreibung zu sehen und andererseits auch das Vorhandensein von Verschmutzungen im Schmierstoff. Beide Effekte führen dazu, dass die Oberflächen der Wälzkörper mit der Oberflächen der Laufringe in Berührung kommen, ohne dass ein trennender Schmierstofffilm dazwischen ist. Verschmutzungen im Wälzlager bzw. Schmierstoff können zu plastischen Eindrücken in den Oberflächen der Wälzpartner führen. Die Folge ist, dass die Oberflächen der Wälzkörper beschädigt werden, und diese Beschädigungen zu einem Schadensfortschritt in Form von Rissbildungen und darauf folgendem Risswachstum führen, so dass die Wälzkörper und dann das Wälzlager frühzeitig ausfallen.
• Es sind Wälzkörper aus über Martensitbildung durchhärtendem Stählen bekannt, bei denen die Oberfläche nach dem Härten durch Trommeln, Kugelstrahlen od. dgl. kaltverfestigt wurde. Diese Wälzkörper erreichen aber nicht die gewünschte Gebrauchsdauer bei diesen Umgebungsbedingungen, da die äußere kaltverfestigte Schicht nicht ausreichend tief hergestellt werden kann.
• Ebenso sind durch die DE 100 80 396 T1 Wälzkörper aus über Martensitbildung durchhärtendem Stählen bekannt, bei denen zur Verlängerung der Lebensdauer, insbesondere um ein Wälzkontakt-Ermüdungsabplatzen zu verhindern, die Restspannung im Wälzkörper gesteuert wird, indem der Wälzkörper mit einem restlichen Austenit in der Oberflächenschicht von 0 bis 15 Vol.-%, einem Endrest-Druckspannungswert von minus 600 bis minus 1200 MPa und einem Bearbeitungsspannungs-Freigabegrad von 10 bis 60% ausgebildet wird.
• Auch diese Wälzkörper erreichen jedoch nicht die gewünschte Gebrauchsdauer bei Umgebungsbedingungen wie Mischreibung oder Verschmutzung.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, einen Wälzkörper für ein Wälzlager aus über Martensitbildung durchhärtendem Stahl so auszulegen, dass dieser bei Umgebungsbedingungen wie Mischreibung oder Verschmutzung eine möglichst hohe Gebrauchsdauer erreicht.
• Beschreibung der Erfindung
• Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
• Der wesentliche Kern der. Erfindung besteht in der erfinderischen Eigenschaftskombination, dass der Wälzkörper aus über Martensitbildung durchhärtendem Stahl durch eine gezielte Wärmebehandlung eine Oberflächenrandschicht erhält, die Druckeigenspannungen aufweist, gekoppelt mit einem gezielten Härtegradient von der Oberfläche zum Kern des Wälzkörpers. Die hohen Druckeigenspannungen in der Oberflächenrandschicht bewirken, dass kleine Beschädigungen im Wälzkörper sich nicht fortpflanzen können. Durch die Druckeigenspannungen wird die Rissausbreitung reduziert. Dieser Effekt wird durch den gezielten Abfall der Härte von der Oberfläche in den weicheren Kernbereich des Wälzkörpers unterstützt. Besonders vorteilhaft ist bei den oben genannten Effekten, dass der Härtegradient (gezielter Härteabfall) sowie die positiven Druckeigenspannungen über einen großen Bereich, von der Oberfläche des Wälzkörpers bis weit in den Wälzkörper hinein, erfolgt.
• Beschreibung der Zeichnungen
• In 1 ist der Härtegradient des Wälzkörpers beginnend von der Oberfläche dargestellt. Die Ausgangshärte an der Oberfläche, sowie der definierte Abfall (= Gradient) der Härte sind in dem Diagramm dargestellt. Die Tiefe ist einseitig in Abhängigkeit vom Durchmesser angegeben.
• Im konkreten Beispiel gilt für eine Kugel mit 20 mm Durchmesser, dass 30 von der Oberfläche einer Tiefe von 6 mm von der Oberfläche aus gemessen entspricht.
• Die Abkürzung HV bedeutet Härte Vickers und HRc bedeutet Härte Rockwell Cone (Kegel).
• In 2 ist der Verlauf der Druckeigenspannung von der Oberfläche des Wälzkörpers gezeigt. Schraffiert ist der Bereich hervorgehoben, in dem eine Druckeigenspannung vorliegt. Zusätzlich ist der Übergangsbereich von Druckeigenspannung in Zugspannungen in diesem Diagramm aufgezeigt.
• Druckeigenspannungen werden in dieser Darstellung mit einem Minuszeichen dargestellt.

Claims (6)

1. Wälzkörper für ein Wälzlager, bestehend aus über Martensitbildung durchhärtendem Stahl, wobei die Druckeigenspannungen in einer Tiefe von 4% des Wälzkörperdurchmessers zwischen minus 400 MPa und minus 1200 MPa liegen und die Härte bzw. der Härtegradient des fertig bearbeiteten Wälzkörpers folgende Merkmale aufweist: a) eine Oberflächenhärte von ≥ 613HV (56 HRc), b) eine Kernhärte von ≥ 285HV (28 HRc), c) eine Differenz (Δ) zwischen Oberflächenhärte und Kernhärte ≥ 150HV (9 HRc), d) das Ereichen der Kernhärte in einer Tiefe zwischen 8 % und 30 % vom Wälzkörperdurchmesser, e) die Härte liegt bei einer Tiefe von 4 % vom Wälzkörperdurchmesser höchstens 70 HV (4HRc) niedriger als an der Oberfläche.
2. Wälzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Kugel ist.
3. Wälzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Rolle ist.
4. Wälzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzpartner die Laufringe aus über Martensitbildung durchhärtendem Wälzlagerstahl oder randschichtgehärtetem Stahl bestehen.
5. Wälzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzpartner die Laufringe aus Keramikwerkstoffen bestehen.
6. Wälzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzpartner die Laufringe aus Verbundmaterial bestehen.