DE10393654T5

DE10393654T5 - Wälzlager, Material für Wälzlager und Gerät mit rotierendem Teil, welches das Wälzlager nutzt

Info

Publication number: DE10393654T5
Application number: DE10393654T
Authority: DE
Inventors: Toshlaki Mlyauchi
Original assignee: KONT ENGINEERING CORP
Current assignee: Seiko Instruments Inc; Tokusen Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2023-10-25
Also published as: US7396422B2; JP4317521B2; CN100398858C; CN1703590A; DE10393654B4; WO2004042245A1; JPWO2004042245A1; US20060011269A1; AU2003275631A1

Abstract

Wälzlager, das eine Mehrzahl von Rollkörpern umfasst, die zwischen einem inneren und einem äußeren Ring vorgesehen sind, wobei mindestens einer der Ringe, der inner oder der äußere, aus korrosionsbeständigem Lagerstahl ausgebildet ist, welcher 0,5 bis 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 8,00 bis 9,50 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,50 Gew.-% Molybdän, 0,30 bis 0,7 Gew.-% Kupfer, 15 ppm oder weniger Titan, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Sauerstoff, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfasst, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eutektische Carbide enthält, die einen Kreisäquivalenzdurchmesser mit einem Mittelwert von 0,2 bis 1,6 μm aufweisen, wobei die eutektischen Carbide einen mittleren Flächeninhalt von 0,03 bis 2 μm² und ein Flächenverhältnis von 2 bis 7% aufweisen, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eine Härte von 58 bis 62 HRC nach...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager, ein Material für das Wälzlager und ein Gerät mit einem rotierenden Teil, welches das Wälzlager nutzt. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Wälzlager, das zur Nutzung in einem rotierenden Teil eines Präzisionsgeräts wie etwa eines Videorekorders oder eines Computer-Peripheriegerätes geeignet ist, auf ein Material für das Wälzlager sowie auf das Gerät mit dem rotierenden Teil, welches das Wälzlager nutzt.
Technischer Hintergrund
Nachstehend werden herkömmlicherweise genutzte Lagerstähle beschrieben.
Wälzlager wie etwa Kugellager oder Rollenlager, die eine Kontaktflächenfestigkeit im Bereich von 1000 bis 1300 MPa oder im Bereich von 3000 bis 4000 MPa aufweisen, sind aus hoch kohlenstoffhaltigem Chromlagerstahl ausgebildet, welcher einen hohen Gehalt an Kohlenstoff aufweist, oder aus einsatzgehärtetem Stahl mit einer karbonisierten Oberfläche. Der Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt enthält als Hauptbestandteil 1,1 Gew.-% Kohlenstoff und 1 bis 1,5 Gew.-% Chrom und seine Abschreckeigenschaften variieren entsprechend dem Gehalt an Mangan und Molybdän. Diese Art von Stahl wird bei einer Temperatur von 1050 bis 1120 K abgeschreckt und dann bei einer Temperatur von 420 bis 470 K getempert, um eine Struktur mit 7 bis 8 Gew.-% sphärischen Zementiten, verteilt in Martensit, zu erzeugen. Da die Härte des getemperten Stahls derart hoch wie 58 bis 64 HRC nach dem japanischem Industriestandard (nachfolgend als JIS bezeichnet) ist, ist sauberer Stahl mit weniger Defekten und weniger nichtmetallischen Einschlüssen wünschenswert. Derzeit wird der Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt typischerweise unter Nutzung einer Desoxidation mittels Kohlenstoff bei einem Vakuumentgasungsprozess hergestellt. Ferner werden spezielle Schmelzprozesse wie etwa das Elektroschlacke-Umschmelzen oder Vakuum- Lichtbogenumschmelzen kombiniert, um nichtmetallische Einschlüsse zu reduzieren und eine feine Struktur bereitzustellen.
Das karbonisierte Lager wird mit karbonisiertem, einsatzgehärtetem Stahl hergestellt und weist daher eine hohe Oberflächenhärte und einen flexiblen Kernteil auf. Das karbonisierte Lager ist besonders zur Nutzung als ein Lager geeignet, welches einer Stoßbelastung ausgesetzt ist.
In dem Fall, dass Lager bei einer Temperatur von mehr als 390 K genutzt werden, unterliegt die Struktur von bei niedriger Temperatur getempertem Stahl Schwankungen, woraus eine Erweichung oder Maßschwankung resultiert und der Stahl somit unbrauchbar wird. Aus diesem Grund werden hoch legierte Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt genutzt, die bei hohen Temperaturen getempert werden, wie etwa M50 (0,8 Gew.-% C; 4 Gew.-% Cr; 4,3 Gew.-% Mo und 1 Gew.-% V) oder T1 (0,7 Gew.-% C; 4 Gew.-% Cr; 18 Gew.-% W und 1 Gew.-% V).
Die herkömmlichen Lagerstähle haben jedoch Nachteile, die nachstehend beschrieben werden.
Bei einsatzgehärtetem Stahl ist es im Gegensatz zu dem Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt schwierig, den Sauerstoffgehalt zu reduzieren, was das Aufschmelzen und Auskochen betrifft, und er neigt dazu, nichtmetallische Einschlüsse auf Oxidbasis zu bilden, welche die Wälzkontakthaltbarkeit reduzieren können.
Außerdem neigt der hochlegierte Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt dazu, große Carbide zu bilden, die ebenfalls die Wälzkontakthaltbarkeit des Lagers reduzieren können. Der Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, andererseits, weist nicht solche Nachteile auf und macht eine hohe Verarbeitungsgenauigkeit möglich. Daher ist der Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt zur Nutzung als rotierender Teil eines Präzisionsgerätes geeignet, bei dem während der Drehung eine besondere Geräuscharmut erforderlich ist. Der Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt neigt jedoch dazu zu rosten und benötigt auf seiner Außenseite eine Abdeckung mit Rostschutzöl. Das Rostschutzöl kann verdampfen und eine Fehlfunktion des Präzisionsgerätes bewirken.
Dementsprechend wird rostfreier Stahl auf Martensit-Basis, der dem SUS440C-Stahl nach JIS entspricht, mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher Verschleißfestigkeit für Lager genutzt, die in einer korrosiven Atmosphäre verwendet werden. Dieser rostfreie Stahl enthält jedoch eutektische Carbide, die aus einer eutektischen Reaktion resultieren, wenn geschmolzener Stahl fest wird, oder nichtmetallische Einschlüsse wie etwa Aluminiumoxid, die aus einer chemischen Reaktion von Verunreinigungen aus einem in dem geschmolzenen Stahl vorhandenen Stoff resultieren. Wenn dieses rostfreie Stahlerzeugnis geschnitten wird, kann aufgrund eines Unterschieds in der Schneidbarkeit (maschinellen Bearbeitbarkeit) der Struktur zwischen den eutektischen Carbiden oder den nichtmetallischen Einschlüssen und dem rostfreien Stahlerzeugnis kein hochgenauer Schneidvorgang erzielt werden. Da insbesondere die Wälzkontaktnuten, die an dem inneren und dem äußeren Ring ausgebildet werden, nicht mit hoher Genauigkeit eingearbeitet werden können, vibriert das Wälzlager und erzeugt einen hohen Geräuschpegel während der Rotation. Daher kann dieses rostfreie Stahlerzeugnis nicht für den rotierenden Teil eines Präzisionsgerätes verwendet werden.
Dementsprechend wurde ein Wälzlager vorgeschlagen, welches die Geräuscharmut verbessern kann und das eine hohe Verschleißfestigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit bietet (man vergleiche beispielsweise das ungeprüfte, offengelegte japanische Patentdokument Hei 6-117439 und das japanische Patentdokument Hei 5-2734 ).
Das Dokument Hei 6-117439 offenbart ein Kugellager, das eine Mehrzahl von Kugeln umfasst, die aus Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt hergestellt sind, welche zwischen einem inneren und einem äußeren Ring angeordnet sind, wobei zumindest einer der Ringe, der innere oder der äußere, aus rostfreiem Stahl auf Martensit-Basis ausgebildet ist, der eine Härte von 58 HRC oder mehr nach JIS aufweist und eutektische Carbide mit einem Durchmesser von 10 μm oder weniger enthält.
Das Dokument Hei 5-2734 offenbart ein Wälzlager, das aus rostfreiem Stahl ausgebildet ist, welches eine Mehrzahl von Rollkörpern umfasst, die zwischen einem inneren und einem äußeren Ring angeordnet sind, wobei der rostfreie Stahl 0,6 bis 0,75 Gew.-% Kohlenstoff, 0,1–0,8 Gew.-% Silizium, 0,3–0,8 Gew.-% Mangan, 10,5–13,5 Gew.-% Chrom, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfasst, und eutektische Carbide mit einem Längsdurchmesser von 20 μm oder weniger und einem Flächenverhältnis von 10% oder weniger enthält.
Wenn große eutektische Carbide auf der Oberfläche des Lagers erscheinen, ist es schwer, eine Oberfläche mit guter Oberflächengüte ausbilden, und zwar aufgrund des Unterschieds in der Schneidbarkeit zwischen diesen Carbiden und einer Matrix um die Carbide herum, und wie zuvor beschrieben kann dadurch ein Geräusch während der Rotation entstehen. Da außerdem die großen eutektischen Carbide einen Unterschied in der Verschleißbeständigkeit zwischen den Carbiden und der die Carbide umgebenden Matrix während der Nutzung des Lagers bewirken, fallen diese von einer gesprungenen Oberfläche ab, was Verformungen der Oberflächengestalt des Lagers bewirkt und die Geräuscharmut deutlich verschlechtert. Es ist daher wünschenswert, die Größe der Carbide zu minimieren, da diese dann weniger wahrscheinlich auf der Oberfläche des Lagers auftreten. Somit ist eine Reduzierung des Durchmessers der Carbide auf 20 μm oder weniger oder auf 10 μm oder weniger, wie es in den vorstehenden Dokumenten offenbart ist, wirksam für eine Verringerung des Geräuschpegels. Dessen ungeachtet kann eine zufriedenstellende Geräuscharmut nicht durch lediglich die Reduzierung der Größe der Carbide erzielt werden. Es sind außerdem zusätzliche Prozesse im Herstellungsverfahren erforderlich, um die Größe der Carbide zu reduzieren. Dadurch erhöhen sich die Herstellungskosten beträchtlich und dies ist daher unpraktisch.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Probleme entwickelt und ihre Aufgabe besteht darin, ein Wälzlager zur Verfügung zu stellen, das die Geräuscharmut verbessern kann sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit und längere Standzeit (entsprechend einer hohen Verschleißfestigkeit) bietet und kostengünstig hergestellt werden kann, ein Material für das Wälzlager sowie ein Gerät, das ein rotierendes Teil enthält, welches das Wälzlager nutzt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kam folgendermaßen zustande: Die Aufmerksamkeit wurde konzentriert auf einen Mittelwert des Kreisäquivalenzdurchmessers chemischer Bestandteile in einem Stahl, speziell der eutektischen Carbide, die in korrosionsbeständigem Lagerstahl enthalten sind, auf einen mittleren Flächeninhalt der eutektischen Carbide, ein Flächenverhältnis der eutektischen Carbide, die Härte des korrosionsbeständigen Lagerstahls, die Menge an metastabilem Austenit in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl und auf eine mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls, und die Beziehung zwischen diesen numerischen Werten und der Schneidbarkeit (maschinellen Bearbeitbarkeit, Verarbeitungsfähigkeit), der Geräuscharmut eines Gerätes, welches das Wälzlager oder einen rotierenden Teil enthält, der Standzeit des Wälzlagers, der Herstellungskosten des Wälzlagers usw. wurden intensiv untersucht.
Speziell ist es durch eine relative Verringerung des Gehalts von der Verbesserung der Standzeit oder Korrosionsbeständigkeit dienendem Kohlenstoff und Chrom möglich, die Bildung der eutektischen Carbide zu hemmen. Und um das durch die Reduzierung des Gehalts an Kohlenstoff und Chrom bewirkte Problem zu lösen, werden Kupfer und Molybdän in relativ großen Mengen zugesetzt.
Es ist klar, dass die Geräuscharmut des Wälzlagers durch die Verringerung eines maximalen Durchmessers der eutektischen Carbide effektiv verbessert wird. Tatsächlich ist es jedoch schwierig, den maximalen Durchmesser der eutektischen Carbide mit einem allgemeinen, für die Massenproduktion vorgesehenen Herstellungsverfahren zu reduzieren, und es sind zusätzliche Prozesse notwendig, welche die Herstellungskosten deutlich erhöhen. Betrachten wir die Herstellungskosten, so wäre es vorzuziehen, den Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide, den mittleren Flächeninhalt der eutektischen Carbide und das Flächenverhältnis der eutektischen Carbide innerhalb vorbestimmter Bereiches festzulegen, da die maschinelle Bearbeitbarkeit wesentlich verbessert wird und die Herstellungskosten nicht erhöht werden.
Typischerweise beträgt der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide etwa 2,0 bis 2,8 μm. Eine Reduzierung des Mittelwertes der Kreisäquivalenzdurchmesser ist wirksam in Hinsicht auf die Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit, und der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide sollte vorzugsweise bei 0,2 bis 1,6 μm liegen. In der vorliegenden Anmeldung ist mit dem Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide ein Mittelwert von Durchmessern von Kreisen gemeint, in welche Flächen der jeweiligen eutektischen Carbide umgewandelt worden sind, die durch ein Bildanalysegerät erhalten wurden.
Der mittlere Flächeninhalt der eutektischen Carbide beträgt typischerweise etwa 3,0 bis 6,0 μm². Eine Verringerung des mittleren Flächeninhalts verbessert effektiv die maschinelle Bearbeitbarkeit und der mittlere Flächeninhalt der eutektischen Carbide sollte somit vorzugsweise bei 0,03 bis 2,0 μm² liegen.
Es wäre zu bevorzugen, einen absoluten Gehalt an eutektischen Carbiden zu begrenzen, um die maschinelle Bearbeitbarkeit zu verbessern. Daher sollte das Flächenverhältnis der eutektischen Carbide vorzugsweise 2 bis 7% betragen. In der vorliegenden Anmeldung ist mit dem Flächenverhältnis der eutektischen Carbide ein Verhältnis (Prozentsatz) einer Gesamtfläche der eutektischen Carbide zu einer in einem Sichtfeld gemessen Gesamtfläche gemeint.
Die Härte des korrosionsbeständigen Lagerstahls sollte vorzugsweise 58 bis 62 auf der C-Skala der Rockwell-Härte (HRC) nach JIS betragen, um eine längere Wälzkontakthaltbarkeit, Verschleißfestigkeit und Festigkeit einer Lauffläche oder Wälzkontaktoberfläche sicherzustellen.
Der Gehalt an metastabilem Austenit sollte vorzugsweise 6 Volumen-% oder weniger betragen, da es notwendig ist, den Gehalt an metastabilem Austenit zu reduzieren, um eine unerwünschte permanente Verformung der Lauffläche oder Wälzkontaktoberfläche zu hemmen, die durch eine Belastung oder einen Stoß bewirkt werden kann. Durch Reduzierung des Gehalts an metastabilem Austenit wird die Eindruckbeständigkeit der Lauffläche oder Wälzkontaktoberfläche verbessert und eine Verschlechterung der Oberflächenglätte der Lauffläche oder Wälzkontaktoberfläche im Zeitverlauf kann verhindert werden.
Ferner wäre es zu bevorzugen, wenn eine mittlere Kristallkorngröße in einem Bereich von 6 bis 9,5 μm läge, um die Verarbeitbarkeit und Härte zu stabilisieren.
Gemäß einem ersten erfinderischen Aspekt der vorliegenden Anmeldung wird ein Wälzlager zur Verfügung gestellt, das eine Mehrzahl von Rollkörpern umfasst, die zwischen einem inneren und einem äußeren Ring vorgesehen sind, wobei mindestens einer der Ringe, der innen oder der äußere, aus korrosionsbeständigem Lagerstahl ausgebildet ist, welcher 0,5 bis 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 8,00 bis 9,50 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,50 Gew.-% Molybdän, 0,30 bis 0,7 Gew.-% Kupfer, 15 ppm oder weniger Titan, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Sauerstoff, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfasst, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eutektische Carbide enthält, die einen Kreisäquivalenzdurchmesser mit einem Mittelwert von 0,2 bis 1,6 μm aufweisen, wobei die eutektischen Carbide einen mittleren Flächeninhalt von 0,03 bis 2 μm² und ein Flächenverhältnis von 2 bis 7% aufweisen, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eine Härte von 58 bis 62 HRC nach JIS aufweist und 6 Volumen-% oder weniger eines metastabilen Austenits enthält.
Gemäß einem zweiten erfinderischen Aspekt der vorliegenden Anmeldung wird ein Wälzlager zur Verfügung gestellt, das eine Mehrzahl von Rollkörpern umfasst, die zwischen einem inneren und einem äußeren Ring vorgesehen sind, wobei der innere und der äußere Ring und die Rollkörper aus korrosionsbeständigem Lagerstahl ausgebildet sind, welcher 0,5 bis 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 8,00 bis 9,50 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,50 Gew.-% Molybdän, 0,30 bis 0,7 Gew.-% Kupfer, 15 ppm oder weniger Titan, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Sauerstoff, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfasst, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eutektische Carbide enthält, die einen Kreisäquivalenzdurchmesser mit einem Mittelwert von 0,2 bis 1,6 μm aufweisen, wobei die eutektischen Carbide einen mittleren Flächeninhalt von 0,03 bis 2 μm² und ein Flächenverhältnis von 2 bis 7% aufweisen, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eine Härte von 58 bis 62 HRC nach JIS aufweist und 6 Volumen-% oder weniger eines metastabilen Austenits enthält.
Gemäß einem dritten erfinderischen Aspekt der vorliegenden Anmeldung wird ein Wälzlager zur Verfügung gestellt, das eine Mehrzahl von Rollkörpern umfasst, die zwischen einer am Außenrand einer Welle ausgebildeten Wälzkontaktnut und einer am Innenrand eines äußeren Rings ausgebildeten Wälzkontaktnut vorgesehen sind, wobei mindestens entweder die Welle oder der äußere Ring aus korrosionsbeständigem Lagerstahl ausgebildet ist, welcher 0,5 bis 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 8,00 bis 9,50 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,50 Gew.-% Molybdän, 0,30 bis 0,7 Gew.-% Kupfer, 15 ppm oder weniger Titan, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Sauerstoff, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfasst, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eutektische Carbide enthält, die einen Kreisäquivalenzdurchmesser mit einem Mittelwert von 0,2 bis 1,6 μm aufweisen, wobei die eutektischen Carbide einen mittleren Flächeninhalt von 0,03 bis 2 μm² und ein Flächenverhältnis von 2 bis 7% aufweisen, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eine Härte von 58 bis 62 HRC nach JIS aufweist und 6 Volumen-% oder weniger eines metastabilen Austenits enthält.
Gemäß einem vierten erfinderischen Aspekt der vorliegenden Anmeldung wird ein Wälzlager entsprechend einem der erfinderischen Aspekte eins bis drei zur Verfügung gestellt, bei welchem eine mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls 6 bis 9,5 μm beträgt.
Gemäß einem fünften erfinderischen Aspekt der vorliegenden Anmeldung wird ein Material für ein Wälzlager zur Verfügung gestellt, welches korrosionsbeständigen Stahl darstellt; der 0,5 bis 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 8,00 bis 9,50 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,50 Gew.-% Molybdän, 0,30 bis 0,7 Gew.-% Kupfer, 15 ppm oder weniger Titan, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Sauerstoff, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfasst, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eutektische Carbide enthält, die einen Kreisäquivalenzdurchmesser mit einem Mittelwert von 0,2 bis 1,6 μm aufweisen, wobei die eutektischen Carbide einen mittleren Flächeninhalt von 0,03 bis 2 μm² und ein Flächenverhältnis von 2 bis 7% aufweisen.
Gemäß einem sechsten erfinderischen Aspekt wird ein Gerät mit einem rotierenden Teil zur Verfügung gestellt, welches das Wälzlager entsprechend dem ersten oder vierten Aspekt der Erfindung nutzt.
Gemäß einem siebten erfinderischen Aspekt wird ein Gerät mit einem rotierenden Teil zur Verfügung gestellt, welches das Wälzlager entsprechend dem zweiten oder vierten Aspekt der Erfindung nutzt.
Gemäß einem achten erfinderischen Aspekt wird ein Gerät mit einem rotierenden Teil zur Verfügung gestellt, welches das Wälzlager entsprechend dem dritten oder vierten Aspekt der Erfindung nutzt.
Ein neunter Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät mit dem rotierenden Teil entsprechend einem der erfinderischen Aspekte sechs bis acht ein Festplattenlaufwerk ist.
Ein zehnter Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät mit dem rotierenden Teil entsprechend einem der erfinderischen Aspekte sechs bis acht ein Präzisionsgerät ist.
In der vorliegenden Anmeldung ist mit "Geräuscharmut" gemeint, dass "der dem Metallmaterial zuzuordnende Geräuschpegel von Geräuschen, die während des Betriebs eines Präzisionsgerätes wie etwa eines Festplattenlaufwerks erzeugt werden, in welchem ein Wälzlager eingebaut ist, das einen Rollkörper, einen Innenring und einen Außenring enthält, die durch Verarbeitung eines Metallmaterials ausgebildet sind, niedrig ist". Das Geräusch wird durch Schwingungen verursacht, die während der Rotation des Wälzlagers erzeugt werden, und die Schwingungen hängen weitestgehend von der Formgenauigkeit der Rollkörper, des Innenrings und des Außenrings ab, wie zuvor beschrieben worden ist. Bei einem relativ kleinen Wälzlager, das im Bereich von Präzisionsgeräten wie etwa Festplattenlaufwerken genutzt wird, wird die Geräuscharmut, die bei anderen Anwendungen vernachlässigbar ist, wesentlich.
Dementsprechend kann zumindest einer der Ringe des Wälzlagers, welches die mehreren Rollkörper enthält, die zwischen dem inneren und dem äußeren Ring vorgesehen sind, nämlich der innere oder der äußere, aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein, oder zumindest eines der Bauteile, die Welle oder der äußere Ring des Wälzlager, welches die mehreren Rollkörper enthält, die zwischen der am Außenrand mit einer Wälzkontaktnut versehenen Welle und dem Außenring vorgesehen sind, kann aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein. Dadurch ist das Wälzlager der vorliegenden Erfindung weniger rostanfällig als jenes, das aus dem Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ausgebildet ist. Infolgedessen erhöhen sich die Korrosionsbeständigkeit und die Standzeit des Lagers.
Der korrosionsbeständige Lagerstahl kann 0,5 bis 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 8,00 bis 9,50 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,50 Gew.-% Molybdän, 0,30 bis 0,7 Gew.-% Kupfer, 15 ppm oder weniger Titan, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Sauerstoff, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfassen, und ein Teil kann von den eutektischen Carbiden eingenommen werden, d. h. die Fläche der eutektischen Carbide kann in einem vorgegebenen Bereich eingestellt werden.
Dadurch kann die maschinelle Bearbeitbarkeit verbessert werden, ohne dass sich die Herstellungskosten wesentlich erhöhen.
Der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide kann auf 1,6 μm oder weniger eingestellt werden, der mittlere Flächeninhalt der eutektischen Carbide kann auf 2 μm² oder weniger eingestellt werden und das Flächenverhältnis der eutektischen Carbide kann auf 7% oder weniger eingestellt werden. Dadurch kann die maschinelle Bearbeitbarkeit weiter verbessert werden und die Geräuscharmut kann deutlich verbessert werden.
Es werden jedoch spezielle Herstellungsprozesse notwendig, um den Mittelwert des Kreisäquivalenzdurchmessers der eutektischen Carbide sowie den mittleren Flächeninhalt und das Flächenverhältnis der eutektischen Carbide wesentlich zu reduzieren. Dadurch erhöhen sich die Herstellungskosten beträchtlich. Wenn der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide 0,2 μm oder mehr beträgt, der mittlere Flächeninhalt der eutektischen Carbide 0,03 μm² oder mehr beträgt und das Flächenverhältnis der eutektischen Carbide 2% oder mehr beträgt, kann der korrosionsbeständige Lagerstahl im Wesentlichen entsprechend einem normalen Herstellungsprozess hergestellt werden. Daher kann ohne wesentliche Erhöhung der Herstellungskosten ein wirtschaftliches Herstellungssystem erreicht werden.
Ferner wird, wenn der innere und der äußere Ring und die Rollkörper aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, die durch eine Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten bewirkte Beanspruchung während der Nutzung unter Bedingungen mit hohen Temperaturen nicht auftreten, da der innere und der äußere Ring und die Rollkörper aus dem gleichen Material ausgebildet sind. So können selbst unter Hochtemperaturbedingungen Geräuscharmut und längere Standzeit erzielt werden.
Die Härte des korrosionsbeständigen Lagerstahls kann 58 bis 62 HRC nach JIS betragen. Dadurch kann eine längere Wälzkontakthaltbarkeit, Abriebbeständigkeit und Festigkeit der Lauffläche oder Wälzkontaktoberfläche erzielt werden.
Der Gehalt an metastabilem Austenit in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl kann 6 Volumen-% oder weniger betragen. Dadurch kann die Eindruckbeständigkeit verbessert werden und eine Verschlechterung der Oberflächenglätte der Lauffläche oder Wälzkontaktoberfläche im Zeitverlauf kann verhindert werden.
Die mittlere Kristallkorngröße kann 6 bis 9,5 μm betragen. Dadurch können die maschinelle Bearbeitbarkeit, die Geräuschlosigkeit, die Haltbarkeit usw. des korrosionsbeständigen Lagerstahls verbessert werden.
Wenn zumindest eines der Elemente des Wälzlagers, nämlich der innere oder der äußere Ring oder die Wälzkörper, aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, können die vorstehenden Effekte erzielt werden. Beispielsweise können nur die Rollkörper aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl der vorliegenden Erfindung gemäß der Ausführungsform des Materials für das Wälzlager nach Anspruch 5 ausgebildet sein, und der innere sowie der äußere Ring können aus rostfreiem Stahl mit der in Tabelle 3 gezeigten herkömmlichen Zusammensetzung ausgebildet sein.
Der Gehalt der Bestandteile (Gew.-%) des korrosionsbeständigen Lagerstahls gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus den nachstehenden Gründen begrenzt.
Kohlenstoff ist ein wesentliches Element, um eine hohe Temperaturbeständigkeit und Abriebfestigkeit bereitzustellen. Während der in dem Dokument Hei 5-2734 offenbarte rostfreie Stahl 0,6 bis 0,75 Gew.-% Kohlenstoff enthält, beträgt der Kohlenstoffgehalt in der vorliegenden Erfindung 0,5 bis 0,56 Gew.-%, um die Bildung von Carbiden zu hemmen. Ein Gehalt an Kohlenstoff von mehr als 0,5 Gew.-% ist notwendig, um eine hohe Temperaturbeständigkeit und Abriebfestigkeit sicherzustellen, der Gehalt an Kohlenstoff sollte aber vorzugsweise 0,56 Gew.-% oder weniger betragen, da große eutektische Carbide erzeugt werden, sich die maschinelle Bearbeitbarkeit verschlechtert und die Korrosionsbeständigkeit reduziert, wenn der Gehalt zu hoch ist.
Die Anteile an den folgenden Elementen werden auf vorgegebene Werte oder weniger wie folgt eingestellt: 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Titan und 15 ppm oder weniger Sauerstoff. Diese Elemente werden auf diese vorgegebenen Werte oder weniger eingestellt, um die Erzeugung nichtmetallischer Einschlüsse zu hemmen, ohne die maschinelle Bearbeitbarkeit zu verschlechtern, da sich, wenn der Gehalt an diesen Elementen zu hoch ist, die Fließverfestigung erhöht und somit die maschinelle Bearbeitbarkeit verschlechtert. Zusätzlich verschlechtert sich, wenn der Gehalt an diesen Elementen zu hoch ist, die Abschreckcharakteristik nachteilig und der Anteil an Martensit nimmt ab.
Der Gehalt an Chrom, Kupfer und Molybdän wird aus nachstehenden Gründen auf die vorgegebenen Werte begrenzt.
Chrom bindet sich an C, um ein Carbid zu bilden. Chrom erhöht die Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, wenn es homogen in die Matrix eingemischt ist (Bildung einer festen Lösung). Da in der vorliegenden Erfindung Kohlenstoff im Gegensatz zum Stand der Technik leicht reduziert wird, um die Erzeugung der Carbide zu hemmen, wird Chrom entsprechend auf 8,00 bis 9,50 Gew.-% reduziert, im Vergleich zu dem im Dokument Hei 5-2734 offenbarten Gehalt (10,5 bis 13,5 Gew.-%). Um das Problem zu lösen, welches durch die Reduzierung der Anteile an Kohlenstoff und Chrom verursacht wird, werden Kupfer und Molybdän in relativ großen Mengen zugesetzt.
Kurz gesagt erhöht Kupfer die Korrosionsbeständigkeit und die Verschleißfestigkeit. Wenn aber zuviel Kupfer zugesetzt wird, ist die Rißwahrscheinlichkeit für den Stahl höher. Daher ist ein Gehalt an Kupfer von 0,30 bis 0,70 Gew.-% zu bevorzugen.
Molybdän verbessert die Abschreckcharakteristik, verhindert, dass die Kristallkörner zu grob werden, und verbessert die Korrosionsbeständigkeit. Wenn weniger als 0,15 Gew.-% Molybdän vorhanden ist, können diese Effekte nicht deutlich erzielt werden, wogegen, wenn mehr als 0,50 Gew.-% Molybdän vorhanden ist, der Stahl, welcher viel Molybdän enthält, nicht unter bekannten Abschreckbedingungen abgeschreckt werden kann. Darüber hinaus erhöhen sich, da Molybdän ein sehr teures Metall ist, die Kosten, wenn Molybdän in großer Menge zugesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt sich wie vorstehend beschrieben dar und stellt ein Wälzlager mit verbesserter Geräuscharmut, hoher Korrosionsbeständigkeit und längerer Standzeit zur Verfügung, welches kostengünstig hergestellt werden kann, ein Material für das Wälzlager sowie ein Gerät, das ein rotierendes Teil enthält, welches das Wälzlager nutzt. Insbesondere trägt die vorliegende Erfindung zur Kostenreduzierung und Verbesserung der Geräuscharmut eines Lagers für Videorekorder, ein Computer-Peripheriegerät usw., insbesondere für einen Schwingarm bei, sodass sie bemerkenswerte industrielle Effekte bietet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Wälzlagers gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
2 stellt eine Längsschnittansicht einer anderen Ausführungsform des Wälzlagers der vorliegenden Erfindung dar;
3 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen einem Mittelwert (μm) von Kreisäquivalenzdurchmessern eutektischer Carbide und dem Anderon-Wert (M) zeigt; und
4 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen einem maximalen Durchmesser (μm) der eutektischen Carbide und einem Kostenindex zeigt;
5 ist eine Ansicht, die ein Rasterelektronenmikroskop(SEM)-Bild eines Carbides zeigt, das an korrosionsbeständigen Lagerstahl oder rostfreien Stahl angelagert ist; und
6 ist eine perspektivische Ansicht eines äußeren Erscheinungsbildes eines Festplattenlaufwerks.
Beste Art der Ausführung der Erfindung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, es sollte jedoch erkannt werden, dass nicht beabsichtigt ist, die vorliegende Erfindung auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen einzuschränken.
Nehmen wir Bezug auf 1, so bezeichnet 1 einen äußeren Ring, 2 bezeichnet einen inneren Ring und 3 bezeichnet einen Rollkörper. Eine Mehrzahl von Rollkörpern 3 ist zwischen einer Wälzkontaktnut 4, die an einem Innenrand des äußeren Rings 1 ausgebildet ist, und einer Wälzkontaktnut 5, die an einem Außenrand des Innenrings 2 ausgebildet ist, angeordnet.
Ein Wälzlager gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung ist folgendermaßen beschaffen:
Der äußere Ring 1 und der innere Ring 2 sind aus korrosionsbeständigem Lagerstahl gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet, der eine in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung (Gew.-%) aufweist. Der Rollkörper 3 ist aus Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (SUJ2 nach JIS) ausgebildet, und eine mittlere Kristallkorn größe des korrosionsbeständigen Lagerstahls ist auf einen Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung eingeschränkt.
Ein Wälzlager gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung ist folgendermaßen beschaffen:
Nur der Außenring 1 ist aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung ausgebildet, der innere Ring 2 und der Rollkörper 3 sind aus dem Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (SUJ2 nach JIS) ausgebildet, und die mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls ist auf den Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung begrenzt.
Ein Wälzlager nach Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung ist folgendermaßen beschaffen:
Der Außenring 1, der Innenring 2 und der Rollkörper 3 sind aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung ausgebildet.
Wie nachstehend gezeigt ist, sind in Tabelle 4 ein Flächenverhältnis der in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl enthaltenen eutektischen Carbide, ein maximaler Durchmesser der eutektischen Carbide, ein Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide, ein mittlerer Flächeninhalt der eutektischen Carbide, die Rockwell-Härte, Skala C (HRC) nach JIS des korrosionsbeständigen Lagerstahls, die Menge an metastabilem Austenit in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl (Volumen-%) und eine mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls für jedes der Beispiele 1, 2 und 3 aufgelistet.
Nehmen wir Bezug auf 2, so ist eine Mehrzahl von Rollkörpern 3 zwischen einer am Außenrand einer Welle 6 ausgebildeten Wälzkontaktnut 7 und der am Innenrand des äußeren Rings 1 ausgebildeten Wälzkontaktnut 4 angeordnet (Beispiel 4). In Beispiel 4 sind der äußere Ring 1 und die Welle 6 aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung ausgebildet und die Rollkörper 3 sind aus dem Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (SUJ2 nach JIS) ausgebildet. In Tabelle 4 sind auch für das Beispiel 4 ein Flächenverhältnis der in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl enthaltenen eutektischen Carbide, ein maximaler Durchmesser der eutektischen Carbide, ein Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide, ein mittlerer Flächeninhalt der eutektischen Carbide, die Rockwell-Härte, Skala C (HRC) nach JIS des korrosionsbeständigen Lagerstahls, die Menge an metastabilem Austenit in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl (Volumen-%) und eine mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls aufgelistet.
Obgleich der äußere Ring 1 und die Welle 6 in dem Beispiel 4 beide aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, kann in Abhängigkeit von den Nutzungsbedingungen alternativ auch nur entweder der äußere Ring 1 oder die Welle 6, welche eine Korrosionsbeständigkeit und hohe Temperaturfestigkeit erfordern, aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl ausgebildet sein. Gemäß einer weiteren Alternative können der äußere Ring 1, die Welle 6 und der Rollkörper 3 aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl ausgebildet sein.
In Beispiel 5 sind der äußere Ring 1 und der innere Ring 2 aus korrosionsbeständigem Lagerstahl der vorliegenden Erfindung mit einer in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung (Gew.-%) ausgebildet, welche sich von der in Tabelle 1 gezeigten unterscheidet, der Rollkörper 3 ist aus dem hochkorrosiven Chromlagerstahl (SUJ2 nach JIS) ausgebildet, und eine mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls ist auf den Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung begrenzt.
In Beispiel 6 sind der äußere Ring 1, der innere Ring 2 und die Rollkörper 3 alle aus dem korrosionsbeständigen Lagerstahl mit der in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung ausgebildet, und eine mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls ist auf den Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung begrenzt.
Tabelle 4 listet auch für jedes der Beispiele 5 und 6 ein Flächenverhältnis der in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl enthaltenen eutektischen Carbide, einen maximalen Durchmesser der eutektischen Carbide, einen Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide, einen mittleren Flächeninhalt der eutektischen Carbide, die Rockwell-Härte, Skala C (HRC) nach JIS des korrosionsbeständigen Lagerstahls, die Menge an metastabilem Austenit in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl (Volumen-%) und eine mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls auf.
Um den vorstehenden korrosionsbeständigen Lagerstahl zu erhalten, erfolgte nach Ausführung einer Abschreckung mittels Wasser von einer Temperatur von 1.025 °C eine Frostbehandlung bei einer Temperatur von –80 °C, und danach wurde der Stahl bis 170 °C getempert. Tabelle 1 (Gewichtsprozent)
Tabelle 2 (Gewichtsprozent)
Tabelle 3 (Gewichtsprozent)
Das Flächenverhältnis der eutektischen Carbide in dem korrosionsbeständigen Stahl, der maximale Durchmesser der eutektischen Carbide, der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide und der mittlere Flächeninhalt der eutektischen Carbide kann entsprechend den Herstellungsbedingungen (z. B. Raffinierzeit, Entgasungsbedingung, Integration eines Diffusionswärmebehandlungsprozesses usw.) bei Herstellungsprozessen reguliert werden, welche die Kontrolle von verunreinigenden Elementen, die Aufbereitung eines Stoffes, Raffinierung, den Guss usw. einschließen. Um jedoch zu ermöglichen, dass der herkömmliche rostfreie Stahl mit der in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzung (Gew.-%) die eutektischen Carbide mit einem maximalen Durchmesser von 20 μm oder weniger enthält, können sich die Herstellungskosten wesentlich erhöhen, und zwar wegen der Verwendung eines speziellen Materials und einer Zunahme der Herstellungsprozesse.
Die mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls, die Härte des korrosionsbeständigen Lagerstahls und die Menge an metastabilem Austenit in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl können basierend auf der Aufheiztemperatur und der Aufheizzeit beim Abschrecken, der Kühlgeschwindigkeit, des Kühlmediums, der Kühltemperatur und der Kühlzeit, der Tempertemperatur sowie der Temperzeit usw. reguliert werden.
Ein Bewertungstest hinsichtlich Schwingung und Geräuschen bezüglich der Wälzlager der Beispiele 1 bis 6 wurde entsprechend der AFBMA-Norm (Anti-Friction Bearing Manufactures Association, Inc) ausgeführt. Tabelle 4 listet auch Werte auf, welche Ergebnisse des Bewertungstests hinsichtlich Schwingung und Geräuschen darstellen (Anderon-Werte), Wertangaben für die Verarbeitungsfähigkeit (maschinelle Bearbeitbarkeit), Standzeit und Kosten der Wälzlager der Beispiele 1 bis 6.
Tabelle 4 listet außerdem Bewertungsergebnisse für die Gegenbeispiele 1 bis 3 sowie Beispiele des Standes der Technik 1 und 2 auf. Der dafür genutzte rostfreie Stahl hat die in Tabelle 3 gezeigte herkömmliche Zusammensetzung und unterscheidet sich wesentlich von dem korrosionsbeständigen Lagerstahl der vorliegenden Erfindung, der in den Tabellen 1 und 2 gezeigt ist. Bei den Gegenbeispielen 1 bis 3 sind die Rollkörper 3 aus Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (SUJ2 nach JIS) ausgebildet, der äußere Ring 1 und der innere Ring 2 sind aus dem rostfreien Stahl mit der in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzung ausgebildet, und mindestens einer der charakteristischen Werte, nämlich das Flächenverhältnis der in dem rostfreien Stahl enthaltenen eutektischen Carbide, der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der eutektischen Carbide, der mittlere Flächeninhalt der eutektischen Carbide oder die Menge an metastabilem Austenit in dem Stahl (Volumen-%), liegt außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
Bei den Beispielen 1 und 2 nach dem Stand der Technik sind der äußere und der innere Ring 1 und 2 und der Rollkörper 3 aus dem rostfreien Stahl mit der in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzung ausgebildet und mindestens einer der charakteristischen Werte, welche den Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der in dem rostfreien Stahl enthaltenen eutektischen Carbide, den mittleren Flächeninhalt der eutektischen Carbide und die Menge an metastabilem Austenit in dem rostfreien Stahl (Volumen-%) einschließen, liegt außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
In Tabelle 4 repräsentieren M und H des Anderon-Wertes ein mittleres Frequenzband (300–1800 Hz) bzw. ein hohes Frequenzband (1800–10.000 Hz) von Messfrequenzbändern. In einem gleichen Frequenzband repräsentieren niedrigere Anderon-Werte eine bessere Geräuscharmut.
Die Verarbeitbarkeit, die Standzeit und die Kosten des Wälzlagers werden durch Indizes dargestellt, und zwar unter der Annahme, dass diejenigen des Beispiels 1 nach dem Stand der Technik 100 betragen. Was die Verarbeitbarkeit und die Standzeit betrifft, so zeigen größere Werte eine bessere Verarbeitbarkeit und eine längere Standzeit an. Was die Kosten betrifft, so zeigen kleinere Werte geringere Kosten an. Die Verarbeitbarkeit wurde in solcher Weise bewertet, dass ein Randschnitt und ein Trennschnitt mittels einer Präzisionsdrehmaschine ausgeführt wurden und die resultierenden Stromstärkeanstiege gemessen und verglichen wurden. Die Standzeit wurde derart bewertet, dass nach einer Aufheizung des Wälzlagers auf Temperaturen wie etwa 20°C, 80°C und 100°C für eine vorgegebene Zeit auf Basis von Spezifikationen, die entsprechend dem Einsatz festgelegt wurden, sowie nach einem Drehen des Wälzlagers während insgesamt etwa 1000 Stunden der Rotationszustand (z. B. Klang oder Schwingung), Schmierungszustand usw. verglichen wurden.
Tabelle 4 zeigt Folgendes:

(1) Da das Flächenverhältnis der Carbide, der maximale Durchmesser der Carbide, der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der Carbide und der mittlere Flächeninhalt der Carbide für das Gegenbeispiel 2 am kleinsten sind, ist der entsprechende Anderon-Wert klein. Da jedoch das Gegenbeispiel 2, bei dem herkömmlicher rostfreier Stahl für den äußeren und den inneren Ring 1 und 2 genutzt wird, spezielle Herstellungsprozesse erfordert, um diese Werte zu reduzieren, erhöhen sich die Herstellungskosten beträchtlich. Das bedeutet, das Material für das Gegenbeispiel 2 ist nicht wirtschaftlich.
(2) Beim Gegenbeispiel 1 und den Beispielen 1 und 2 nach dem Stand der Technik sind die maximalen Durchmesser der Carbide im Wesentlichen gleich oder kleiner denjenigen aus den Beispielen 1 bis 6, aber der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der Carbide und der mittlere Flächeninhalt der Carbide liegen außerhalb der Bereiche der vorliegenden Erfindung und die Anderon-Werte sind größer als jene der Beispiele 1 bis 6. Zudem sind beim Gegenbeispiel 1 und den Beispielen 1 und 2 nach dem Stand der Technik die Kosten höher als jene der Beispiele 1 bis 6, um die maximalen Durchmesser der Carbide zu reduzieren. Da insbesondere die maximalen Durchmesser der Carbide des Beispiels 2 nach dem Stand der Technik sowie des Gegenbeispiels 1 so klein wie 8 μm bzw. 12 μm sind und die Mittelwerte der Kreisäquivalenzdurchmesser der Carbide des Beispiels 2 nach dem Stand der Technik sowie des Gegenbeispiels 1 relativ klein sind, sind die Herstellungskosten extrem hoch.
(3) Beim Gegenbeispiel 3 sind, da das Flächenverhältnis der Carbide, der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der Carbide, der mittlere Flächeninhalt der Carbide sowie die Menge an metastabilem Austenit außerhalb der Bereiche der vorliegenden Erfindung liegen, die Anderon-Werte extrem groß.
(4) Im Vergleich zu den vorstehenden Gegenbeispielen und den Beispielen des Standes der Technik liegen das Flächenverhältnis der Carbide, der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der Carbide und der mittlere Flächeninhalt der Carbide bei den Beispielen 1 bis 6 alle gut in den Bereichen gemäß der vorliegenden Erfindung. Außerdem sind, da andere Eigenschaften, darunter die Härte des korrosionsbeständigen Lagerstahls, die Menge an metastabilem Austenit (Volumen-%) in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl sowie die mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls bei den Beispielen 1 bis 6 gut innerhalb der Bereiche gemäß der vorliegenden Erfindung liegen, die entsprechenden Anderon-Werte im Wesentlichen gleich denjenigen des Gegenbeispiels 2, und die Verarbeitbarkeit, die Standzeit und die Kosten sind alle besser als nach dem Stand der Technik.

3 zeigt die Beziehung zwischen den Mittelwerten der Kreisäquivalenzdurchmesser und den Anderon-Werten (M). 4 zeigt die Beziehung zwischen dem maximalen Durchmesser und dem Kostenindex. In den 3 und 4 stellt "⦾" Beispiele der vorliegenden Erfindung dar,
stellt Gegenbeispiele dar und "⦁" stellt Beispiele nach dem Stand der Technik dar. In den 3 und 4 ist das Merkmal der vorliegenden Erfindung deutlich gezeigt, indem die Anderon-Werte und die Kosten niedrig sind.
Wie in 4 gezeigt, sind die Kosten für das Gegenbeispiel 3 am geringsten, wie aber in 3 gezeigt ist, ist der Anderon-Wert für das Gegenbeispiel 3 extrem hoch. Wie in 3 gezeigt ist, ist der Anderon-Wert für das Gegenbeispiel 2 niedrig, wie aber in 4 gezeigt ist, sind die Kosten für das Gegenbeispiel 2 extrem hoch.
Das Flächenverhältnis der Carbide, der maximale Durchmesser der Carbide, der Mittelwert der Kreisäquivalenzdurchmesser der Carbide, der mittlere Flächeninhalt der Carbide und die mittlere Kristallkorngröße der Carbide, die in Tabelle 2 gezeigt sind, wurden in solcher Weise gemessen, dass Proben der korrosionsbeständigen Lagerstähle (oder des rostfreien Stahls) in Kunstharz eingebettet und angeschliffen wurden und die resultierenden Proben mittels Metallmikroskop betrachtet und bei 400-facher Vergrößerung fotografiert wurden und die Bilder mit dem Bildanalysegerät ausgemessen wurden.
Für die eutektischen Carbide mit dem maximalen Durchmesser ist am wenigsten zu erwarten, dass sie an der angeschliffenen Oberfläche erscheinen. Also wurde das Wälzlager mittels galvanostatischer Elektrolyse in einer sauren Lösung aufgelöst und die Carbide wurden mit einem Filter herausgefiltert und die Struktur des korrosionsbeständigen Lagerstahls wurde bei 2000-facher Vergrößerung mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) betrachtet. Die Ergebnisse sind in 5 gezeigt. In 5 stellen weiß_e Masseanteile die Carbide dar.
Das Volumen (%) an metastabilem Austenit in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl (oder rostfreien Stahl) wurde mittels Oberflächen-Röntgenbeugungsspektrometrie gemessen, nachdem die Proben mittels eines Elektroextraktionsprozesses behandelt worden waren. Die Analysebedingungen waren derart vorgesehen, dass die Zielsubstanz Cu war, die Beschleunigungsspannung 40 kV betrug und der Probenstrom 180 mA betrug. Der Abtastbereich lag zwischen 41,2 und 46,705 Grad. Das Analyseverfahren war derart vorgesehen, dass eine Kristallstruktur durch integrierte Intensitäten von Beugungslinien für die Miller-Indizes h, k und l festgestellt wurde und ein relatives Volumen verhältnis der Menge an metastabilem Austenit in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl ermittelt wurde.
Als Röntgendiffraktionsgerät wurde das von der Rigaku Denki Corporation hergestellte RINT1500/2000 genutzt.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild eines Festplattenlaufwerks zeigt, welches ein Beispiel für ein Gerät darstellt, das ein rotierendes Teil enthält, für welches das Wälzlager der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommen kann. In 6 bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine Platte, 12 bezeichnet einen Spindelmotor, 13 bezeichnet einen Kopf, 14 bezeichnet eine Aufhängung, 15 bezeichnet einen Schwingarm, 16 bezeichnet einen Vorverstärker, 17 bezeichnet ein Abbiegeelement, 18 bezeichnet ein Schwingarmlager, 19 bezeichnet einen Schwingspulenmotor, 20 bezeichnet einen Rahmen und 21 bezeichnet eine elektrische Schaltung.
Das Festplattenlaufwerk kann in Präzisionsgeräten wie etwa einem Videorekorder oder einem Computer-Peripheriegerät genutzt werden. Außerdem kann das Wälzlager der vorliegenden Erfindung bei einem rotierenden Teil wie etwa einem Spindelmotor oder Lüftermotor verwendet werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Da sich die vorliegende Erfindung wie vorstehend beschrieben darstellt, ist die vorliegende Erfindung insbesondere zur Verwendung als ein Wälzlager geeignet, das zur Anwendung in einem rotierenden Teil eines Präzisionsgerätes wie etwa eines Videorekorders oder Computer-Peripheriegerätes geeignet ist, als ein Material für das Wälzlager sowie als Gerät, welches das rotierende Teil enthält, bei welchem das Wälzlager genutzt wird.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, das eine verbesserte Geräuscharmut sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit und lange Standzeit bietet und kostengünstig hergestellt werden kann, ein Material für das Wälzlager und ein Gerät, das ein rotierendes Teil enthält, welches das Wälzlager nutzt. Eine Mehrzahl von Rollkörpern 3 ist zwischen einem Innenring 2 und einem Außenring 1 vorgesehen. Mindestens einer der Ringe, der innere oder der äußere, 2 oder 1, ist aus korrosionsbeständigem Lagerstahl ausgebildet, der einen spezifischen chemischen Bestandteil umfasst. Ein Mittelwert eines Kreisäquivalenzdurchmessers von eutektischen Karbiden, die in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl enthalten sind, beträgt 0,2 bis 1,6 μm. Ein mittlerer Flächeninhalt der eutektischen Karbide beträgt 0,03 bis 2 μm². Ein Flächenverhältnis der eutektischen Karbide beträgt 2 bis 7%. Die Härte des korrosionsbeständigen Lagerstahls beträgt 58 bis 62 HRC nach JIS. Die Menge an metastabilem Austenit in dem korrosionsbeständigen Lagerstahl beträgt 6 Volumen-% oder weniger.

1: äußerer Ring
2: innerer Ring
3: Rollkörper
4, 5 ,7: Wälzkontaktnut
6: Welle

Claims

Wälzlager, das eine Mehrzahl von Rollkörpern umfasst, die zwischen einem inneren und einem äußeren Ring vorgesehen sind, wobei mindestens einer der Ringe, der inner oder der äußere, aus korrosionsbeständigem Lagerstahl ausgebildet ist, welcher 0,5 bis 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 8,00 bis 9,50 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,50 Gew.-% Molybdän, 0,30 bis 0,7 Gew.-% Kupfer, 15 ppm oder weniger Titan, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Sauerstoff, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfasst, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eutektische Carbide enthält, die einen Kreisäquivalenzdurchmesser mit einem Mittelwert von 0,2 bis 1,6 μm aufweisen, wobei die eutektischen Carbide einen mittleren Flächeninhalt von 0,03 bis 2 μm² und ein Flächenverhältnis von 2 bis 7% aufweisen, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eine Härte von 58 bis 62 HRC nach JIS aufweist und 6 Volumen-% oder weniger eines metastabilen Austenits enthält.
Wälzlager, das eine Mehrzahl von Rollkörpern umfasst, die zwischen einem inneren und einem äußeren Ring vorgesehen sind, wobei der innere und der äußere Ring und die Rollkörper aus korrosionsbeständigem Lagerstahl ausgebildet sind, welcher 0,5 bis 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 8,00 bis 9,50 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,50 Gew.-% Molybdän, 0,30 bis 0,7 Gew.-% Kupfer, 15 ppm oder weniger Titan, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Sauerstoff, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfasst, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eutektische Carbide enthält, die einen Kreisäquivalenzdurchmesser mit einem Mittelwert von 0,2 bis 1,6 μm aufweisen, wobei die eutektischen Carbide einen mittleren Flächeninhalt von 0,03 bis 2 μm² und ein Flächenverhältnis von 2 bis 7 aufweisen, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eine Härte von 58 bis 62 HRC nach JIS aufweist und 6 Volumen-% oder weniger eines metastabilen Austenits enthält.
Wälzlager, das eine Mehrzahl von Rollkörpern umfasst, die zwischen einer am Außenrand einer Welle ausgebildeten Wälzkontaktnut und einer am Innenrand eines äußeren Rings ausgebildeten Wälzkontaktnut vorgesehen sind, wobei mindestens entweder die Welle oder der äußere Ring aus korrosionsbeständigem Lagerstahl ausgebildet ist, welcher 0,5 bis 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 8,00 bis 9,50 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,50 Gew.-% Molybdän, 0,30 bis 0,7 Gew.-% Kupfer, 15 ppm oder weniger Titan, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Sauerstoff, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfasst, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eutektische Carbide enthält, die einen Kreisäquivalenzdurchmesser mit einem Mittelwert von 0,2 bis 1,6 μm aufweisen, wobei die eutektischen Carbide einen mittleren Flächeninhalt von 0,03 bis 2 μm² und ein Flächenverhältnis von 2 bis 7% aufweisen, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eine Härte von 58 bis 62 HRC nach JIS aufweist und 6 Volumen-% oder weniger eines metastabilen Austenits enthält.
Wälzlager nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei eine mittlere Kristallkorngröße des korrosionsbeständigen Lagerstahls 6 bis 9,5 μm beträgt.
Material für ein Wälzlager, welches korrosionsbeständigen Stahl darstellt, der 0,5 bis 0,56 Gew.-% Kohlenstoff, 1 Gew.-% oder weniger Silizium, 1 Gew.-% oder weniger Mangan, 0,03 Gew.-% oder weniger Phosphor, 0,01 Gew.-% oder weniger Schwefel, 8,00 bis 9,50 Gew.-% Chrom, 0,15 bis 0,50 Gew.-% Molybdän, 0,30 bis 0,7 Gew.-% Kupfer, 15 ppm oder weniger Titan, 0,15 Gew.-% oder weniger Vanadium, 15 ppm oder weniger Sauerstoff, Eisen als Restbestandteil sowie Verunreinigungen, die unvermeidlich darin enthalten sind, umfasst, wobei der korrosionsbeständige Lagerstahl eutektische Carbide enthält, die einen Kreisäquivalenzdurchmesser mit einem Mittelwert von 0,2 bis 1,6 μm aufweisen, wobei die eutektischen Carbide einen mittleren Flächeninhalt von 0,03 bis 2 μm² und ein Flächenverhältnis von 2 bis 7 aufweisen.
Gerät mit einem rotierenden Teil, welches das Wälzlager nach Anspruch 1 oder 4 nutzt.
Gerät mit einem rotierenden Teil, welches das Wälzlager nach Anspruch 2 oder 4 nutzt.
Gerät mit einem rotierenden Teil, welches das Wälzlager nach Anspruch 3 oder 4 nutzt.
Gerät mit dem rotierenden Teil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei dieses ein Festplattenlaufwerk ist.
Gerät mit dem rotierenden Teil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei dieses ein Präzisionsgerät ist.