DE112017000898T5

DE112017000898T5 - Wälz-Gleit-Bauteil, Wälzlager, das dasselbe benutzt und Verfahren zur Herstellung des Wälz-Gleit-Bauteils

Info

Publication number: DE112017000898T5
Application number: DE112017000898.0T
Authority: DE
Inventors: Nao Inazaki; Fumihiro Furukawa; Kanji Kawasaki; Hisato Nishisaka; Tomoya Hattori; Kazuhisa Kitamura; Yusuke Kusafuka; Keita Hinoshita; Hiroyuki Takabayashi; Kazuhisa Ishida
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; JTEKT Corp
Current assignee: Daido Steel Co Ltd Nagoya Shi Jp; JTEKT Corp
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2018-10-25
Also published as: US11215230B2; US11268572B2; US20200080594A1; WO2017141928A1; JP6600262B2; CN108699649A; JP2017145497A; US20190249718A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Wälz-Gleit-Bauteil bereit, das eine hohe Härte hat und weitergeführt eine zuverlässige Passivierungsschicht hat, auch nachdem es einem Prozess ausgesetzt ist, der irgendein Prozess von Zunder etc. nicht fordert, als auch ein Wälzlager, dass das gleiche benutzt, und ein Verfahren zur Herstellung des Wälz-Gleit-Bauteils.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wälz-Gleit-Bauteil, ein Wälzlager, das den dasselbe benutzt, und ein Verfahren zur Herstellung eines Wälz-Gleit-Bauteils.
Stand der Technik
Wälzlager werden umfassend in verschiedenen Gebieten benutzt. Zum Beispiel werden in Fahrzeugschiebetüren, Wälzlager (Rollenlager) benutzt, so dass die Schiebetür reibungslos entlang einer Gleitschiene, die auf jeder Seite des Fahrzeugkörpers bereitgestellt ist, geöffnet und geschlossen werden kann. Wälzlager werden auch in Schiebetüren von Industriemaschinen, Lagerhäusern, etc. benutzt. Wälzlager für eine Schiebtür müssen hochfest sein, um in der Lage zu sein, das Gewicht der Schiebetüren zu stützen und nicht durch eine Stoßkraft, die eintritt wenn die Tür geöffnet oder geschlossen wird, beschädigt oder deformiert zu werden. Konventionell verwenden Wälzlager dieses Typs SUS440C, welches von einem Martensittyp ist und zu einer Klasse gehört, die am härtesten unter den Edelstählen ist.
Im Übrigen können Gleitschienen einer Schiebetür in einem solchen Zustand eingebaut sein, so dass sie direkt einer externen Umwelt ausgesetzt sind (Umgebungsatmosphäre). In diesem Fall sind Wälzlager auch gefordert, hochkorrosionsbeständig zu sein, weil sie in eine solche wasseraussetzende Umgebung gebracht werden, so dass sie leicht einer Reinigungsflüssigkeit zum Waschen von Fahrzeugen, einer wässrigen Lösung von Calziumchlorid eines Antifrostmittels etc., ausgesetzt sind. Obwohl SUS440C eine hohe Härte hat, hat es ein niedriges Niveau der Korrosionsbeständigkeit unter Edelstählen. Als ein Ergebnis ist die Benutzung von Wälzlagern, die aus SUS440C gemacht sind, in einer wasseraussetzenden Umgebung verbunden mit dem Problem, dass sie anfällig sind zu rosten.
Patentdokument 1 offenbart einen Martensittyp-Edelstahl, der eine hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit hat und daher entsprechend genutzt werden kann, um ein Lager zu bilden. Im Patentdokument 1 ist die Härte durch ein Festlegen des Inhalts von N höher als in konventionellen Martensittyp-Edelstählen und durch die Optimierung des Gesamtinhalts von C und N und dem Inhaltsverhältnis C/N erhöht. Andererseits ist die Korrosionsbeständigkeit erhöht durch Hinzufügen eines korrosionsbeständigkeitsvergrößerden Elements, sowie Mo und durch Hinzufügen einer ordnungsgemäßen Menge von N in der Grundmasse in der Form eines Mischkristalls.
Stand der Technik Dokument
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4,952,888
Zusammenfassung der Erfindung
Probleme, die die Erfindung löst.
Der Martensittyp-Edelstahl, der hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit aufweist, der in Patentdokument 1 offenbart ist, ist sicherlich geeignet zur Bildung eines Lagers. Jedoch, der Herstellung, z. B. des Außenrings eines Wälzlagers, das den Edelstahl benutzt, wird er auf einer Drehmaschine in einen Ring gedreht, der vorbestimmte Dimensionen aufweist, und dann einer Wärmebehandlung ausgesetzt, um eine bestimmte Härte sicherzustellen. Gewöhnlich ist diese Wärmebehandlung in Luft durchgeführt (sauerstoffenthaltende Atmosphäre). Somit reagiert der Sauerstoff in der Luft mit dem Eisen in der Oberfläche des Edelstahls, wodurch eine eisenoxidbasierte Beschichtung gebildet ist, (was „Zunder“ genannt wird). Der Zunder ist eine Beschichtung, die nicht in einem Erzeugnis notwendig ist und daher ist ein Zunder-Entfernungsprozess notwendig, der mühsam ist.
Ferner variieren in der Wärmebehandlung in Luft die Inhalte der Komponenten, wie veranschaulicht durch die Steigerung des Inhalts von N (Stickstoffabsorption) und der Verminderung des Inhalts von C (Entkarbonisierung) in zum Beispiel einer Region in einer Tiefe von 0,7 mm von der Oberfläche des Edelstahls. Bei Entfernung von Zunder muss der Entfernungsprozess (bezeichnet als „Prozess zur Entfernung von Zunder etc.“, der einen Zunder-Entfernungsprozess und ein Prozess zur Entfernung von Bereichen, in denen die Inhaltsvariationen auftreten, enthält) in Anbetracht der Entfernung von Bereichen, in denen die Inhaltsvariationen wie Stickstoffabsorption und Entkarbonisierung aufgetreten sind, durchgeführt werden. Somit muss in dem Prozess zur Entfernung von Zunder etc. ein Bereich bis zu der Tiefe um 1 mm von der Oberfläche entfernt werden, um ein Verbleiben von Zunder, einem Stickstoffabsorptionsbereich und einem Entkarbonisierungsbereich zu verhindern. Als Solches verursacht der Prozess zur Entfernung von Zunder etc. einen großen Materialverlust.
Ein Verfahren zur Verhinderung der Bildung von Zunder, einem Stickstoffabsorptionsbereich und einem Entkarbonisierungsbereich durch Wärmebehandlung, würde sein, eine Wärmebehandlung in z.B. einer Vakuumatmosphäre (sauerstoffabwesende Atmosphäre) durchzuführen. Wenn die Wärmebehandlung in einer Vakuumatmosphäre durchgeführt wird, wird kein Zunder, kein Stickstoffabsorptionsbereich und kein Entkarbonisierungsbereich gebildet und daher ist kein Prozess zur Entfernung von Zunder etc. notwendig. Jedoch entsteht ein Problem, dass Wärmebehandlung in einer Vakuumatmosphäre die Bildung von Rost auf der Oberfläche verursacht (d. h., die Korrosionsbeständigkeit vermindert sich), auch wenn ein Edelstahl benutzt wird, der eine hohen Korrosionsbeständigkeit aufweist. Bezüglich dieses Problems des Versäumnisses des Prozesses zur Entfernung von Zunder etc. wird im Patentdokument 1 keine Beachtung geschenkt und keine Gegenmaßnahmen gegen eine Reduzierung der Korrosionsbeständigkeit deswegen getroffen.
Die gegenwärtigen Erfinder haben fleißig studiert, um den Grund des obigen Problems zu untersuchen und haben als Erstes gefunden, dass ein Mangel von Cr in einem sehr dünnen, nano-level Oberflächenschichtteil, der eine Tiefe von einigen Zehnteln nm von der Oberfläche hat, eine Bildung einer effektiven Passivierungsschicht schwierig macht.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Wälz-Gleit-Bauteil bereitzustellen, das eine hohe Härte hat und weiterführend eine zuverlässige Passivierungsschicht hat, auch wenn es einem Prozess, der keinen Prozess zur Entfernung von Zunder etc. fordert, ausgesetzt ist, sowie ein Wälzlager, das dasselbe benutzt und ein Verfahren zur Herstellung des Wälz-Gleit-Bauteils.
Mittel, das Problem zu lösen
Zuerst stellt die vorliegende Erfindung ein Wälz-Gleit-Bauteil bereit, das enthält: 0,15 Masseprozent oder mehr und weniger als 0,70 Masseprozent von C; 0,05 bis 1,00 Masseprozent von Si; 0,05 bis 1,00 Masseprozent von Mn; 0,03 Masseprozent oder weniger von P; 0,03 Masseprozent oder weniger von S; 0,001 bis 0,500 Masseprozent von Cu; 0,05 bis 0,50 Masseprozent von Ni; 11,0 bis 18,0 Masseprozent von Cr; 0,05 bis 2,00 Masseprozent von Mo; 0,01 bis 0,50 Masseprozent von W; 0,01 bis 0,50 Masseprozent von V; 0,05 bis 0,40 Masseprozent von N; 0,02 Masseprozent oder weniger von O; 0,080 Masseprozent oder weniger von Al; 0,0005 bis 0,0050 Masseprozent von B; vorausgesetzt, dass der Gesamtinhalt von C und N größer ist als 0,4 Masseprozent und kleiner ist als 0,7 Masseprozent und ein Inhaltsverhältnis von C/N 0,75 oder größer ist; und der Restbestand Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind, in dem keine Cr-mangelnde Schicht in einem Oberflächenschichtteil, das eine Tiefe von mindestens 40 nm von einer Oberfläche des Wälz-Gleit-Bauteils hat, existiert.
Die grundlegende Zusammensetzung dieses Wälz-Gleit-Bauteils ist die gleiche wie die, die in Patentdokument 1 offenbart ist. Mit dem zusätzlichen Merkmal, dass keine Cr-mangelnde Schicht in einem Oberflächenschichtteil existiert, hat das Wälz-Gleit-Bauteil eine zuverlässige Passivierungsschicht, auch wenn es durch einen Prozess hergestellt ist, der keinen Prozess zur Entfernung von Zunder etc. fordert. Als ein Ergebnis können hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit sichergestellt sein.
Das Wälz-Gleit-Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet, ein Metallbauteil hat eine Kontaktoberfläche, die in relativem Wälzkontakt oder Gleitkontakt mit einem Gegenstück-Bauteil kommt. Konkrete Beispiele des Wälz-Gleit-Bauteils sind Komponentenbauteile eines Wälzlagers, eines Linearlagers und eines Kugelgewindetriebs. Das Linearlager ist ein Lager, in dem ein erstes Laufbahn-Bauteil und ein zweites Laufbahn-Bauteil, die jeweils gerade Laufbahnoberflächen haben und entgegen gesetzt zueinander sind, eine gerade Bewegung relativ zueinander machen, mit Rollen einer Mehrzahl von Wälzkörpern, die zwischen dem ersten Laufbandbauteil und dem zweiten Laufbandbauteil angeordnet sind. Beispiele der Wälzkörper, die in dem Linearlager genutzt sind, sind Kugeln und Walzen. Ein anderer Typ des Linearlagers ist ein umlaufendes Linearlager, in dem die Wälzkörper zirkulieren. Der Kugelgewindetrieb ist ein Lager, in dem gegenüberliegende Oberflächen einer Schraubenwelle und einer Mutter mit einer Wendelnut geformt sind, in welcher Kugeln (eine Mehrzahl von Wälzkörpern) rollbar angeordnet sind.
Das Wälzlager enthält einen Außenring, einen Innenring, eine Mehrzahl von Wälzkörpern, die rollbar zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind, und eine Haltervorrichtung, die die Mehrzahl von Wälzkörpern hält, so dass die Mehrzahl von Wälzkörpern in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung arrangiert sind. Es ist am meisten vorzuziehen, das Wälz-Gleit-Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung als den Außenring eines Wälzlagers unter den oben genannten verschiedenen Wälz-Gleit-Bauteilen zu benutzen. Dies ist, weil, obwohl der Innenring, die Wälzkörper und die Haltevorrichtung auch Wälz-Gleit-Bauteile sind, der Außenring die äußerste Komponente des Wälzlagers ist und daher am anfälligsten ist zu rosten, wenn er in eine wasseraussetzende Umgebung gebracht ist und Wasser, einem Salzinhalt oder Ähnlichem ausgesetzt ist.
Zusätzlich stellt die vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines Roll-Gleit-Bauteils bereit, das Verfahren enthält: Durchführen einer Vakuumwärmebehandlung, um eine Härte von 55 HRC oder höher zu erreichen an einem martensitischen Stahlbauteil, das enthält: 0,15 Masseprozent oder mehr und weniger als 0,70 Masseprozent von C; 0,05 bis 1,00 Masseprozent von Si; 0,05 bis 1,00 Masseprozent von Mn; 0,03 Masseprozent oder weniger von P; 0,03 Masseprozent oder weniger von S; 0,001 bis 0,500 Masseprozent von Cu; 0,05 bis 0,50 Masseprozent von Ni; 11,0 bis 18,0 Masseprozent von Cr; 0,05 bis 2,00 Masseprozent von Mo; 0,01 bis 0,50 Masseprozent von W; 0,01 bis 0,50 Masseprozent von V; 0,05 bis 0,40 Masseprozent von N; 0,02 Masseprozent oder weniger von O; 0,080 Masseprozent oder weniger von Al; 0,0005 bis 0,0050 Masseprozent von B; vorausgesetzt, dass der Gesamtinhalt von C und N größer ist als 0,4 Masseprozent und kleiner ist als 0,7 Masseprozent und ein Inhaltsverhältnis C/N 0,75 oder größer ist; und der Restbestand Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind; und ein Prozess des Entfernens eines Oberflächenschichtteils des martensitischen Stahlbauteils durchgeführt wird.
In dem obigen Herstellungsverfahren kann ein Bereich, in dem der Prozess des Entfernens des Oberflächenschichtteils durchgeführt wird, ein Bereich sein, der eine Tiefe von mindestens 40 nm von einer Oberfläche des martensitischen Stahlbauteils hat. Das ist, weil eine Cr-mangelnde Schicht dazu neigt in einem Bereich, der einer Tiefe von 40 nm von der Oberfläche hat, gebildet zu sein, in dem Fall, in dem eine Vacuumwärmebehandlung durchgeführt ist, um auf dem Prozess des Entfernens von Zunder etc. zu verzichten. Daher kann die Verminderung der Korrosionsbeständigkeit durch Entfernung des Bereiches, der eine Tiefe von mindestens 40 nm von der Oberfläche hat, effektiv verhindert werden.
In dem Fall, in dem dieses Roll-Gleit-Bauteil als der Außenring eines Wälzlagers benutzt wird, genügt es, dass der Prozess des Entfernens eines Oberflächenschichtteils auf mindestens der äußeren Umfangsfläche und den Seitenflächen des Außenrings durchgeführt wird. Das heißt, der Prozess des Entfernens eines Oberflächenschichtteils muss nicht immer auf der Innenfläche des Außenrings durchgeführt werden. Das ist, da in dem Fall, in dem die Laufbahn des Wälzkörpers durch Dichtungsbauteile abgedichtet sind, Wasser nicht dazu geneigt ist einzudringen, um die Laufbahn zu erreichen und daher Bildung von Rost auf der Innenfläche, die mit der Laufbahn des Außenrings gebildet ist, kaum verursacht ist.
In der vorliegenden Erfindung meint ein Ausdruck „AA bis BB“, der einen Zahlenbereich aufzeigt, „größer (oder höher) als oder gleich zu AA und kleiner (oder niedriger) als oder gleich zu BB“, es sei denn es ist anders festgelegt.
Vorteile der Erfindung
Das Wälz-Gleit-Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung, das denselben fundamentalen Aufbau als das Wälz-Gleit-Bauteil ausweist, das in Patentdokument 1 offenbart ist, weist hohe Härte und eine Korrosionsbeständigkeit auf. Mit dem zusätzlichen Merkmal, dass keine Cr-mangelnde Schicht in einem Oberflächenschichtteil existiert, hat das Wälz-Gleit-Bauteil eine zuverlässige Passivierungsschicht. Daher hat es eine eisenbasierte Beschichtung, wie sie wegen des Vorhandenseins einer Cr-mangelnder Schicht entsteht, nicht, auch wenn es durch einen Prozess, der ein Prozess zur Entfernung von Zunder etc. nicht fordert, hergestellt ist. Hohe Korrosionsbeständigkeit kann deshalb sichergestellt werden. Daher kann Rost effektiv verhindert werden, auch wenn das Wälz-Gleit-Bauteil als Außenring eines Wälzlagers benutzt wird, das in einer wasseraussetzenden Umgebung benutzt wird. Als ein Ergebnis kann das Wälz-Gleit-Bauteil in Küstenbereichen genutzt werden, wo die Salzkonzentration in der Luft hoch ist und konventionelle Wälz-Gleit-Bauteile schwierig zu benutzen sind.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Wälz-Gleit-Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung ist kein Zunder, kein stickstoffabsorbierender Bereich und kein entkarbonisierter Bereich, gebildet, weil die Wärmebehandlung in einer Vakuumatmosphäre (sauerstoffabwesende Atmosphäre) durchgeführt ist. Daher ist es nicht notwendig nach der Wärmebehandlung irgendeinen Prozess zur Entfernung von Zunder durchzuführen, der üblicherweise unverzichtbar ist. Mit dem zusätzlichen Merkmal, dass der Prozess des Entfernens eines Oberflächenschichtteils durchgeführt ist, kann eine Cr-mangelnde Schicht, die durch die Vakuumwärmebehandlung gebildet ist, entfernt werden. Da es genügt, dass der Prozess des Entfernens eines Oberflächenschichtteils in einer nm-Ordnung durchgeführt ist, ist die Menge des entfernten Materials extrem kleiner als in dem Prozess des Entfernens von Zunder etc., in dem ein Oberflächenschichtteil in einer mm-Ordnung entfernt ist. Dieser Prozess des Entfernens eines Oberflächen Schichtteils ist daher auch hinsichtlich von Materialkosten vorteilhaft. Da die Taktzeit des Entfernungsprozesses proportional ist zu der Menge des entfernten Materials, kann ferner eine Verkürzung der Taktzeit den Ertrag pro Zeiteinheit erhöhen.
Figurenliste

1 ist eine teilweise ausgeschnittene perspektivische Ansicht, die die Struktur eines gewöhnlichen Wälzlagers zeigt.
2 ist eine Schnittdarstellung eines Wälzlagers, das ein Dichtungsbauteil zum Dichten von Führungsflächen hat.
3 ist ein Diagramm, das zeigt in welchem Umfang Cr in einem Oberflächenschichtteil existiert.

Ausführungen der Erfindung
Zuerst wird eine Beschreibung eines grundsätzlichen Aufbaus eines martensitischen Stahlmaterials, das die Basis eines Wälz-Gleit-Bauteils ist, gemacht werden. Dieses Wälz-Gleit-Bauteil ist dasselbe im grundsätzlichen Aufbau wie das Wälz-Gleit-Bauteil, das in Patentdokument 1 offenbart ist und hat DSR-40N als ein Produkt auf dem Markt. Spezifischer enthält der grundsätzliche Aufbau 0,15 Masseprozent oder mehr und weniger als 0,70 Masseprozent von C; 0,05 bis 1,00 Masseprozent auf von Si; 0,05 bis 1,00 Masseprozent von Mn; 0,03 Masseprozent oder weniger von P; 0,03 Masseprozent oder weniger von S; 0,001 bis 0,500 Masseprozent von Cu; 0,05 bis 0,50 Masseprozent von Ni; 11,0 bis 18,0 Masseprozent von Cr; 0,05 bis 2,00 Masseprozent von Mo; 0,01 bis 0,50 Masseprozent von B; 0,01 bis 0,5 Masseprozent von V; 0,05 bis 0,40 Masseprozent von N; 0,02 Masseprozent oder weniger von O; 0,080 Masseprozent oder weniger von Al; 0,0005 bis 0,0050 Masseprozent von B; vorausgesetzt, das der Gesamtinhalt von C und N größer ist als 0,4 Masseprozent und weniger ist als 0,7 Masseprozent und ein Inhaltsverhältnis C/N 0,75 oder größer ist und der Restbetrag Fe und unvermeidliche Verunreinigungen sind.
Kohlenstoff (C) dient dazu die notwendige Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit sicherzustellen und bildet Karbide durch Kombination mit karbidbildenden Elementen sowie Cr, Mo, W, V und Nb. Kohlenstoff dient auch dazu die notwendige Härte durch Bilden eines Mischkristalls in der Grundmasse zu der Zeit des Abschreckens zu bilden, dabei veranlasst es, das die Grundmasse eine Martensitstruktur hat.
N, das ein Zwischengitterplatzelement ist, erhöht jeweils Beide, Korrosionsbeständigkeit und Härte. Die Korrosionsbeständigkeit ist erhöht, wenn N in Form eines Mischkristalls zu der Grundmasse hinzugefügt ist. Die Elemente Ni, Cr, und V erhöhen die Menge des gelösten Stickstoffs.
Chrom (Cr), welches die Hauptkomponente einer Oberflächenschichtpassivierungsschicht ist, erhöht die Korrosionsbeständigkeit. Kupfer (Cu) erhöht auch die Korrosionsbeständigkeit und ist besonders effektiv eine Korrosion durch Salzsäure zu unterdrücken. Molybdän (Mo) erhöht auch die Korrosionsbeständigkeit.
Silizium (Si) ist hauptsächlich als Reduktionsmittel oder zum Hinzufügen von Stickstoff hinzugefügt. Mangan (Mn) erhöht die Abschreckungsleistung und hat einen Effekt die Verminderung der Festigkeit durch eine Festsetzung durch S, das unvermeidbar enthalten ist, zu verhindern. Wolfram (W) erhöht die Abschreckungsleistung. Aluminium (Al) ist als ein Reduktionsmittel hinzugefügt. Bohr (B) stärkt die Korngrenzen und verringert daher die Wahrscheinlichkeit des Vorkommens von Brechen zum Zeitpunkt des Abschreckens oder der Tieftemperaturbehandlung. Phosphor (P), F, und O sind in Stahl unvermeidlich enthalten.
Das Wälz-Gleit-Bauteil kann die folgenden Elemente in den folgenden Inhaltsbereichen zusätzlich zu den obigen wesentlichen Elementen enthalten:

0,001 Masseprozent ≤ Co ≤ 0,500 Masseprozent
0,001 Masseprozent ≤ Se ≤ 0,300 Masseprozent
0,001 Masseprozent ≤ Te ≤ 0,300 Masseprozent
0,0002 Masseprozent ≤ Ca ≤ 0,1000 Masseprozent
0,001 Masseprozent ≤ Pb ≤ 0,200 Masseprozent
0,001 Masseprozent ≤ Nb ≤ 0,300 Masseprozent
0,001 Masseprozent ≤ Ta ≤ 0,300 Masseprozent
Ti ≤ 0,200 Masseprozent
0,001 Masseprozent ≤ Zr ≤ 0,300 Masseprozent

In dem Fall der Herstellung eines Wälz-Gleit-Körpers, dass das obige Martensitstahlmaterial benutzt, wird das Material in eine vorbestimmte Form durch Gießen oder Schmieden geformt und dann einer Wärmebehandlung, sowie Abschrecken, Tieftemperaturverfahren und Vergütung ausgesetzt, um eine gewisse Härte zu erreichen und für andere Zwecke. In dem Fall in dem eine hohe dimensionale Genauigkeit erforderlich ist, ist es bevorzugt ein Bauteil, das durch Gießen oder Schmieden gebildet ist zu schneiden, so dass es eine Rohform hat, in den vorbestimmten Dimensionen.
Die Abschreckungsbehandlung ist durch Erhitzen eines Stahlmaterials bis zu einer Abschreckungstemperatur oder bis zu einer Lösungsglühtemperatur von 1020 °C bis 1050 °C und dann durch ein schnelles Kühlen bei einer vorbestimmten Kühlrate durch Ölabschrecken, Gaskühlen oder ähnliches, durchgeführt. Bei dem Tieftemperaturverfahren wird das Stahlmaterial wieder schnell gekühlt, durch Benutzung einer Kältemischung oder eines Kältemittels von 0 °C oder tiefer, gleich nach dem Abkühlen. Zum Beispiel kann Trockeneis, Trockeneis plus Alkohol (-80 °C), Kohlendioxidgas (-130 °C) oder flüssiger Stickstoff (196 °C) als Kältemischung oder Kältemittel genutzt werden. In dem Vergütungsverfahren wird das Stahlmaterial, wie es dem Tieftemperaturverfahren ausgesetzt ist, zu 150 °C bis 450 °C erhitzt. Als ein Ergebnis der Wärmebehandlung ist dem Stahlmaterial eine Rockwellhärte gegeben, die mindestens größer oder gleich zu 55HRC ist, welches äquivalent ist zu dem Wert von SUS440C.
Die Wärmebehandlung, die oben beschrieben ist, wird in einer Vakuumatmosphäre durchgeführt. Es ist auch bevorzugt, die Wärmebehandlung in einer in Schutzgasatmosphäre durchzuführen durch Einbringen eines Stickstoffgases oder Ähnlichem, eher als in einer Vakuumatmosphäre. Da die obige Wärmebehandlung in einer sauerstoffabwesenden Atmosphäre durchgeführt ist, ist kein Zunder, kein Stickstoffabsorbstionsbereich oder kein Entkarbonisierungsbereich gebildet in der Oberfläche des Wälz-Gleit-Bauteils und daher ist es nicht notwendig irgendein Prozess zum Entfernen von Zunder etc. nach der Wärmebehandlung durchzuführen.
Jedoch haben wir entdeckt, dass eine Cr-mangelnde Schicht, in dem der Inhalt von Cr eindeutig klein ist, innerhalb eines Bereiches in einer Tiefe (Dicke) von ungefähr 40 nm von der Oberfläche gebildet ist. Daher ist, wenn das Stahlmaterial, ohne irgendeinen Prozess nach der Wärmebehandlung ausgesetzt zu, sein benutzt wird, keine effektive Passivierungsschicht wegen des Mangels von Cr gebildet und eine Eisenoxidbeschichtung ist stattdessen gebildet als ein Ergebnis des Phänomens, das sich das Eisen in dem Stahlmaterial mit dem Sauerstoff in der Luft verbindet, resultierend in einer großen Verminderung der Korrosionsbeständigkeit. Der Begriff „Crmangelnde Schicht“ die hier benutzt wird, meint eine Schicht, in der der Inhalt von Cr eindeutig kleiner ist, als ein wesentlicher Bereich von 11,0 bis 18,0 Masseprozent des Wälz-Gleit-Bauteils.
In Anbetracht des Obigen ist es notwendig einen sehr dünnen Oberflächenschichtteil nach der Wärmebehandlung zu entfernen. Die Dicke (Tiefe) einer Schicht, die entfernt wird, ist mindestens größer oder gleich zu 40 nm, bevorzugt größer als oder gleich zu 100 nm von der Oberfläche. Eine eindeutige Cr-mangelnde Schicht kann ordnungsgemäß entfernt werden, wenn eine Schicht deren Dicke größer ist oder gleich zu 40 nm von der Oberfläche entfernt wird. Ein Cr-mangelnde Schicht kann vollständig entfernt werden, wenn eine Schicht, deren Dicke größer ist oder gleich zu 100 nm von der Oberfläche entfernt wird. Andererseits ist es bevorzugt, obwohl es keine bestimmte Grenze für die Obergrenze der Dicke der Schicht, die entfernt wird, gibt, das die Obergrenze zumindest kleiner ist als die Dicke (0,7 mm) des konventionellen Prozesses zur Entfernung von Zunder etc. Das ist, weil es wünschenswert ist die Menge des entfernten Materials zu einem Minimum notwendigen Level zu reduzieren, wenn die Materialkosten und die Produktivität (Kürzung der Prozesszeit) in Betracht gezogen werden. Daher ist es sehr bevorzugt, dass die Dicke der Schicht, die entfernt wird, kleiner oder gleich zu 100 µm von der Oberfläche ist und es ist weitaus bevorzugt, dass sie kleiner oder gleich zu 150 nm zu der Oberfläche ist. Es gibt keine bestimmten Grenzen des Prozessverfahrens zur Entfernung des Oberflächenschichtteils; irgendein Verfahren, das fähig ist das Oberflächenschichtteil zu entfernen, kann eingesetzt werden, sowie Polieren, Trommelpolieren, Schneiden und chemische Prozesse.
Ein Wälz-Gleit-Bauteil, das in der oben beschriebenen Weise produziert ist, hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit, weil ein effektiver Passivierungsfilm zuverlässig in der Oberfläche davon gebildet ist. Hinsichtlich von Lochfraßpotential ist dieses Wälz-Gleit-Bauteil äquivalent zu SUS630, von dem gesagt wird, dass es eine hohe Korrosionsbeständigkeit hat. Als solches ist dieses Wälz-Gleit-Bauteil geeignet als ein Bauteil zur Benutzung in einer wasseraussetzenden Umgebung und kann beispielsweise benutzt werden als ein Wälzlager für eine Schiebetür, die an einem Auto, einer Industriemaschine, einem Lagerhaus oder Ähnlichem montiert ist, so dass es direkt einer externen Umgebung ausgesetzt ist (Umgebungsatmosphäre). Dieses Wälz-Gleit-Bauteil ist besonders geeignet zu Benutzung als den Außenring eines Wälzlagers unter solchen Anwendungen.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält ein gewöhnliches Wälzlager 1 dieses Typs einen Außenring 2, einen Innenring 3, eine Mehrzahl von Wälzkörpern 4, die rollbar zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 3 angeordnet sind, und eine Haltevorrichtung 5, zum Halten der Wälzkörper 4, so dass die Wälzkörper in vorbestimmten Intervallen in der Umfangs Richtung arrangiert sind. Da auf dieser Weise der Außenring 2 die äußerste Komponente des Wälzlagers 1 ist, ist es am anfälligsten zu rosten, wenn das Wälzlager 1 in einer wasseraussetzenden Umgebung benutzt ist. Wenn der Außenring 2 rostet, haftet das resultierende Rostpuder an einer Gleitschiene und beeinträchtigt wahrscheinlich ihr Erscheinungsbild. Es ist daher bevorzugt das Wälz-Gleit-Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung als den Außenring 2 zu benutzen.
In diesem Fall ist es grundsätzlich notwendig dem Prozess des Entfernens einer Cr-mangelnden Schicht auf allen der äußeren Umfangsflächen, den Seitenflächen und der inneren Umfangsfläche (der Oberfläche gegenüber des Innenrings 3) des Außenrings 2, durchzuführen. Jedoch gibt es unter den Wälzlagern welche in dem, wie in dem Wälzlager 10 für eine Schiebetür, dass in 2 gezeigt ist, der Raum zwischen einer Außenraum 12 und einem Innenring 13 durch Dichtungsbauteile 16 abgedichtet ist. In dem Wälzlager 10, das einen solchen Aufbau hat, kann es ausreichend sein den Prozess des Entfernens einer Cr-mangelnder Schicht nur auf der äußeren Umfangsfläche und den Seitenflächen des Außenrings 2 durchzuführen. In 2 kennzeichnet Symbol 14 einen Wälzkörper und Symbol 15 kennzeichnet eine Haltevorrichtung zum Halten der Wälzkörper 14 in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung.
In diesen Wälzlager 10 für eine Schiebetür ist in vielen Fällen die innere Umfangsfläche des Außenrings 12, die die Laufbahn Fläche enthält, der Veredelung, sowie Polieren nicht, wie in dem konventionellen Fall, ausgesetzt, nachdem sie Schneiden und einer Vakuumwärmebehandlung ausgesetzt ist. Spezieller ist es in den gewöhnlichen Wälzlagern 1 häufig gefunden, dass eine Veredelung nur auf der Laufbahnfläche (Innere Umfangsfläche), die eine gebogene Fläche ist, durchgeführt ist, aber nicht auf den Seitenflächen und der äußeren Umfangsfläche durchgeführt ist. Andererseits ist eine Veredelung in der vorliegenden Erfindung nur auf den Seitenflächen oder der äußeren Umfangsfläche durchgeführt, aber nicht auf der Laufbahnfläche durchgeführt; die vorliegende Erfindung ist genau entgegengesetzt zu dem konventionellen Fall in dieser Hinsicht. Daher kann bei einem solchen Wälzlager 10 für eine Schiebetür die Zeit und Arbeit und die Kosten des Prozesses reduziert werden.
In dem Fall, in dem das Wälzlager in einer wasseraussetzenden Umgebung genutzt ist, kann der Innenring auch rosten. Es ist daher bevorzugt ein Wälz-Gleit-Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung auch als den Innenring zu benutzen. Wie in dem Fall des Außenrings ist es grundsätzlich bevorzugt den Prozess des Entfernens einer Cr-mangelnden Schicht auf allen der äußeren Umfangsflächen (die Fläche gegenüber dem Außenring) den Seitenflächen und der inneren Umfangsfläche durchzuführen. Jedoch kann in dem Fall, der in Fig, 2 gezeigt ist, in dem der Raum zwischen dem Außenring und dem Innenring durch das Dichtungsbauteil abgedichtet ist, der Prozess des Entfernens einer Cr-mangelnden Schicht nur auf der inneren Umfangsfläche und den Seitenflächen durchgeführt werden.
Die Wälzkörper und die Haltevorrichtung, können aus dem gleichen Material gemacht werden, wie diese von bekannten von gewöhnlichen Wälzlagern. Zum Beispiel können die Wälzkörper aus Kohlenstoffstahl oder aus SUJ2 gemacht werden. Zum Beispiel kann die Haltevorrichtung aus einem harzbasierenden Material sowie verstärktem Polyamid gemacht sein.
Beispiele

Härte (Rockwellhärte) des Außenrings von Wälzlagern, die mit verschiedenen Sätze von Wärmebehandlungsbedingungen behandelt wurden, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurde gemessen und ausgewertet. Die Ergebnisse sind auch in Tabelle 1 gezeigt. In Hinblick der Dimension des Außenrings, der Außendurchmesser war 24 mm, der innere Durchmesser war 18 mm und die breite 8 mm. DSR-40N wurde als Martensitstahlmaterial benutzt. Der Außenring wurde produziert durch Schneiden eines Rundstahlmaterials produziert, ohne das resultierende Material dem Prozess des Entfernens einer Oberflächenschicht, sowie Polieren, auszusetzen. Die Wärmebehandlung wurde unter Benutzung eines Vakuumofens durchgeführt. Das schnelle kühlen, das nach dem abschrecken durchgeführt wurde, wurde ausgeführt durch ein Einführen von Stickstoffgas in den Ofen. Tabelle 1

		Herstellungsbeispiel 1	Herstellungsbeispiel 2	Herstellungsbeispiel 3	Herstellungsbeispiel 4	Herstellungsbeispiel 5	Herstellungsbeispiel 6
Abschrecken	Temperatur (°C)	1,062	1,038	1,050	1,050	1,050	1,050
Abschrecken	Zeit (min)	70	50	60	60	60	60
Tieftemperaturbehandlung	Temperatur (°C)	-60	-60	-72	-48	-60	-60
Tieftemperaturbehandlung	Zeit (min)	30	30	40	20	30	30
Vergütung	Temperatur (°C)	180	180	180	180	192	168
Vergütung	Zeit (min)	120	120	120	120	130	110
Härte (HRC)		58.2	57.3	57.9	57.3	57.1	58.4

Es wurde durch die Ergebnisse von Tabelle 1 bestätigt, dass die Rockwellhärte größer als oder gleich zu 55 HRC gemacht werden kann durch Durchführung einer Vakuumwärmebehandlung an DSR-40N unter den obigen Sätzen von Wärmebehandlungsbedingungen.
Nachträglich wurde der Einfluss der Durchführung/nicht Durchführung des Oberflächenschichtteils Entfernungsprozess auf die Korrosionsbeständigkeit gemessen und ausgewertet unter Benutzung des Außenrings von Herstellungsbeispiel 1. Der Außenring des Herstellungsbeispiels 1, dessen äußere Umfangsfläche dem Oberflächenschichtteilentfernungsprozess durch Wegpolieren eines Oberflächenschichtteils, der eine Tiefe von 100 µm von der Oberfläche hat, ausgesetzt wurde, wurde als Arbeitsbeispiel eingesetzt. Andererseits war der Außenring des Herstellungsbeispiel 1, das nicht dem Oberflächenschichtteil Entfernungsprozess ausgesetzt war, selbst als Vergleichsbeispiel eingesetzt. Wie die Korrosionsbeständigkeit wurde das Lochkorrosionspotential gemäß JIS G 0577: 2014 gemessen. Die Inhalte von JIS G 0577: 2014 sind hier drin durch Bezug aufgenommen.
Das gemessene Lochkorrosionspotential des Arbeitsbeispiels (mit Oberflächenschichtteilentfernung) war 116 mV, was äquivalent zu dem Wert von SUS630 ist, über welches gesagt ist, dass es eine hohe Korrosionsbeständigkeit hat. Demgegenüber war das gemessene Lochkorrosionspotential des Vergleichsbeispiels -12 mV. Während in dem Vergleichsbeispiel (ohne Oberflächenschichtteilentfernung) eine ordentliche Korrosionsbeständigkeit nicht erhalten werden kann, obwohl es eine hohe Härte hat, war es somit bestätigt, dass im Beispiel (mit Oberflächenschichtteilentfernung) beides, hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit, sichergestellt ist.
Nachfolgend wurde untersucht warum die Durchführung/nicht Durchführung der Oberflächenschichtkeilentfernung einen Unterschied in der Korrosionsbeständigkeit verursacht. In der Untersuchung wurde ein Elementenzusammensetzungsprofil in der Tiefenrichtung analysiert und unter Benutzung eines Augerelektronenspektroskopieanalysators durch Wiederholung, gestartet von dem äußersten Oberflächenschichtteil, einer Elementzusammensetzungsanalyse und einer Entfernung in Nanometerordnung von Materialschichten durch lonsputtern. Die Tiefe wurde erreicht durch Umwandlung der lonsputtern Zeit. Die Ergebnisse sind in 3 gezeigt.
Es ist durch die Ergebnisse, die in 3 gezeigt sind, zu sehen das im Vergleichsbeispiel (ohne Oberflächenschichtteilentfernung) das Cr Verhältnis eindeutig kleiner ist in einem Bereich, der eine Tiefe um 40 Nanometer von der Oberfläche hat (das heißt, ein Cr-mangelnder Bereich) als eine Referenz (konstantes) Cr Verhältnis in einem Bereich, in dem die Tiefe um 100 nm ist. Somit wurde gefunden, dass der Grund der Korrosionsbeständigkeitsverminderung ist, dass keine effektive Passivierungsschicht benachbart zu der Oberfläche gebildet ist. Es ist von den obigen Messergebnissen zu sehen, dass es ausreichend ist, dass die Dicke (Tiefe) einer Schicht, die entfernt wird, mindestens größer als oder gleich zu 40 nm von der Oberfläche in dem Oberflächenschichtteilentfernungsprozess ist. Das heißt, es ist erwartet, dass ein Zustand, in dem das Cr Verhältnis von dem Oberflächenteil konstant ist, das heißt, keine Cr-mangelnde Schicht existiert, aufgebaut werden würde durch Entfernung eines Oberflächenschichtteils, das eine Tiefe von 40 nm oder mehr von der Oberfläche hat.
Dem Gegenüber ist es im Arbeitsbeispiel (mit Oberflächenschichtteilentfernung) zu sehen, das keine Cr-mangelnde Schicht innerhalb eines Bereiches einer Tiefe von 10 nm oder mehr von der Oberfläche existiert. Ferner wurde ein ausreichend großes Cr Verhältnis sogar bei einer Tiefe von 2 nm festgestellt, was bedeutet, dass keine Cr-mangelnde Schicht sogar im Wesentlichen an der Oberfläche existiert. Das heißt es kann gesagt werden, dass das Cr Verhältnis fast konstant gehalten wird wenn die Position tiefer von der Oberfläche geht. Es wurde somit gefunden, dass imArbeitsbeispiel fast keine Cr-mangelnde Schicht entsteht und eine hoheKorrosionsbeständigkeit sichergestellt werden kann, weil Cr benachbart zu der Oberfläche existiert.
Die vorliegende Anmeldung ist basiert auf der Japanischen Patentanmeldung Nr.2016–030498 , die im Februar 19, 2016 eingereicht wurde, deren Inhalt hierin durchBezug aufgenommen ist.
Bezugszeichenliste

1,10:: Wälzlager
2,12:: Außenring
3,13:: Innenring
4,14:: Wälzkörper
5,15:: Falsche Vorrichtung
16:: Dichtungsbauteil

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

JP 4952888 [0005]
JP 2016030498 [0045]

Claims

Ein Wälz-Gleit-Bauteil aufweisend: 0,15 Masseprozent oder mehr und weniger als 0,70 Masseprozent von C; 0,05 bis 1,00 Masseprozent von Si; 0,05 bis 1,00 Masseprozent von Mn; 0,03 Masseprozent oder weniger von P; 0,03 Masseprozent oder weniger von S; 0,001 bis 0,500 Masseprozent von Cu; 0,05 bis 0,50 Masseprozent von Ni; 11,0 bis 18,0 Masseprozent von Cr; 0,05 bis 2,00 Masseprozent von Mo; 0,01 bis 0,50 Masseprozent von W; 0,01 bis 0,50 Masseprozent von V; 0,05 bis 0,40 Masseprozent von N; 0,02 Masseprozent oder weniger von O; 0,080 Masseprozent oder weniger von Al 0,0005 bis 0,0050 Masseprozent von B; vorausgesetzt, dass der Gesamtinhalt von C und N größer ist als 0,4 Masseprozent und weniger ist als 0,7 Masseprozent und ein Inhaltsverhältnis C/N 0,75 oder größer ist; und der Restbestand Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei keine Cr-mangelnde Schicht in einem Oberflächenschichtteil, das eine Tiefe von mindestens 40 nm von einer Oberfläche des Wälz-Gleit-Bauteils hat, existiert.
Ein Wälzlager aufweisend: ein Außenring; ein Innenring; eine Mehrzahl von Wälzkörpern, die rollbar zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet sind; und eine Haltevorrichtung, die die Mehrzahl von Wälzkörpern hält, sodass die Mehrzahl von Wälzkörpern in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung arrangiert sind, wobei der Außenring das Wälz-Gleit-Bauteil gemäß Anspruch 1 umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Wälz-Gleit-Bauteils, das Verfahren aufweisend: Durchführen einer Vakuumwärmebehandlung, um eine Härte von 55HRC oder höher zu erreichen, an einem Martensitstahlbauteil aufweisend: 0,15 Masseprozent oder mehr und weniger als 0,70 Masseprozent von C; 0,05 bis 1,00 Masseprozent von Si; 0,05 bis 1,00 Masseprozent von Mn; 0,03 Masseprozent oder weniger von P; 0,03 Masseprozent oder weniger von S; 0,001 bis 0,500 Masseprozent von Cu; 0,05 bis 0,50 Masseprozent von Ni; 11,0 bis 18,0 Masseprozent von Cr; 0,05 bis 2,00 Masseprozent von Mo; 0,01 bis 0,50 Masseprozent von W; 0,01 bis 0,50 Masseprozent von V; 0,05 bis 0,40 Masseprozent von N; 0,02 Masseprozent oder weniger von O; 0,080 Masseprozent oder weniger von Al 0,0005 bis 0,0050 Masseprozent von B; vorausgesetzt, dass der Gesamtinhalt von C und N größer ist als 0,4 Masseprozent und weniger ist als 0,7 Masseprozent und ein Inhaltsverhältnis C/N 0,75 oder größer ist; und der Restbestand Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind, und danach ein Prozess einer Entfernung eines Oberflächenschichtteils des Martensitstahlbauteils durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Wälz-Gleit-Bauteils gemäß Anspruch 3, wobei ein Bereich, in dem der Prozess des Entfernens des Oberflächenschichtteils durchgeführt wird, ein Bereich ist, der eine Tiefe von mindestens 40 nm von einer Oberfläche des Martensitstahlbauteils hat.
Verfahren zur Herstellung eines Wälz-Gleit-Bauteils gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei das Wälz-Gleit-Bauteil ein Außenring eines Wälzlagers ist; und der Prozess des Entfernens des Oberflächenschichtteils auf mindestens einer äußeren Umfangsfläche und Seitenflächen des Außenrings durchgeführt ist.