DE2121652C2

DE2121652C2 - Verfahren zur Nachbehandlung eines gesintertenbeami>niclltei1 Maschinenelementes

Info

Publication number: DE2121652C2
Application number: DE19712121652
Authority: DE
Inventors: Peter John Bedfordshire Few (Grossbritannien)
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1971-05-03
Filing date: 1971-05-03
Publication date: 1978-06-01
Also published as: DE2121652B2; DE2121652A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf gesinterte hoch beanspruchte Maschinenelemente, wie Wälzlager, Zahnräder u. ä., die im Betrieb an den aufeinander abwälzenden Stellen hohen Flächenpressungen ausgesetzt sind.

Wälzlager und Zahnräder sind an den einander berührenden Stellen hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Bei der Berührung gekrümmter Körper entsteht eine Berührungsfläche, auch Druckfläche genannt, deren Form von den Krümmungen der Oberfläche der berührenden Körper abhängt. Die Größe und Beanspruchung der Druckflächen kann mit Hilfe der Hertzschen Theorie »Über die Berührung fester elastischer Körper« berechnet werden. Diese Theorie gilt genau genommen nur für homogene Werkstoffe im Bereich der Elastizitäts- und Proportionalitätsgrenze sowie bei sehr kleiner Druckfläche im Verhältnis zum Durchmesser der aufeinander abwälzenden Teile und bei rein normaler (nicht tangentialer) Belastung der Druckfläche. Diese Voraussetzungen, insbesondere die Homogenität, sind bei den meisten bekannten Werkstoffen nicht gegeben, insbesondere nicht bei Sinterwerkstoffen, die zum Teil bereits für hoch beanspruchte Maschinenelemente verwendet wurden. Infolge irgendwelcher Einschlüsse im Werkstoff treten beim Abwälzen der Teile aufeinander im Laufe der Zeit Ermüdungsrisse oder Ausbröckelungen auf, die zu einem Ausfall des Maschinenelements führen.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Formstücken mit sehr harter und dichter Oberfläche aus gesintertem und oberflächlich karburiertem Wolfram bzw. einer hoch wolframhaltigen Legierung bekanntgeworden, bei dem das Ausgangsmaterial nach dem Sintern durch weitgehende mechanische Vorbehandlung oberflächendicht gemacht und darauf der bereits vorgeformte Körper in die endgültige Form gebracht und schließlich karburiert wird.

Dieses bekannte Verfahren ist einerseits relativ aufwendig (Anwendung hoher Drücke, Verwendung mechanischer Bearbeitungswerkzeuge), andererseits führt es zu — zwar harten, aber — sehr spröden Werkstücken. Wie bereits eingangs ausgeführt, muß bei vielen Maschinenelementen jedoch eine gewisse Zähigkeit des Werkstoffes gegeben sein. Außerdem ist für das Lebensdauerverhalten von hoch beanspruchten Maschinenteilen die Reinheit des Werkstoffes von ausschlaggebender Bedeutung. Dies ist bei dem bekannten Verfahren nicht gewährleistet.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren zur Nachbehandlung von aus billigem Metallpulver gefertigten Maschinenelementen zu schaffen, so daß deren im Betrieb aufeinander abwälzende Stellen hohen Flächenpressungen standhalten.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dart die Oberfläche des in etwa die Form des endgültigen Maschinenelements aufweisenden Sinterkörpers zumin-

is dest an den Stellen, an denen eine Wälzberührung stattfinden soll, der Einwirkung von Hochenergiestrahlen, wie Elektronenstrahlen, ausgesetzt wird, die eine Oberflächenzone des Sinterkörpers aufschmelzen.
Dadurch wird eine homogene feste Schicht von genügender Tiefe erzeugt, die den Voraussetzungen der Hertzschen Theorie besser entspricht und zu einer besseren Verteilung der auftretenden Spannungen führt. Das Aufschmelzen des gesinterten Maschinenelements wird zweckmäßigerweise im Vakuum vorgenommen, weil dadurch spröde Einschlüsse in dem umgeschmolzenen Bereich noch weiter reduziert werden. Wenn es noch notwendig ist, kann das Maschinenelement nach dem Aufschmelzen der Oberflächenzone mittels Hochenergiestrahlen in bekannter Weise fertigbearbeitet werden.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, den Formkörper aus bei der konventionellen Fertigung der betreffenden Maschinenelemente anfallendem Abfallmaterial zu fertigen, das, sofern es nicht bereits in geeigneter Pulverform vorliegt, zunächst zu Pulver gemahlen, anschließend gepreßt und gesintert wird, und zwar im wesentlichen zu der Form, wie sie das endgültige Maschinenelement aufweist. Der so hergestellte Formkörper wird dann in der oben beschriebenen Art und Weise der Einwirkung von Hochenergiestrahlen ausgesetzt, durch welche die Oberfläche aufgeschmolzen und so eine homogene feste Schicht genügender Tiefe erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung von Wälzlagerringen, wobei der durch die bei der konventionellen Herstellung durch Zerspanung und das Ausscheiden des Ausschusses entstehende Abfall zu Pulver gemahlen wird. Dieses zu einer geeigneten Größe gemahlene Pulver wird

so beispielsweise mit dem Schleifstaub, der beim Schleifen der Lagerringe entsteht, gemischt, in die Form der Lagerringe gepreßt und anschließend gesintert. Die die Laufbahn bildende Fläche des gesinterten Formkörpers wird dann der Einwirkung von Hochenergiestrahlen, wie z. B. Elektronenstrahlen, vorzugsweise im Vakuum ausgesetzt, so daß eine feste homogene Schicht entsteht. Die Dicke dieser festen homogenen Schicht muß ausreichen, um die Hertzschen Spannungen, die bei der Berührung der Wälzkörper auf der Laufbahn dieses Ringes entstehen, aufzunehmen und zu verteilen. Die notwendige Dicke dieser Schicht kann vorher genau festgelegt werden. Nach dem Aufschmelzen der Oberflächenschicht kann — soweit notwendig — der Lagerring in bekannter Weise, z. B. durch Schleifen oder Polieren, fertigbearbeitet werden, um die erforderlichen Toleranzen zu erreichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Nachbehandlung eines gesinterten hoch beanspruchten Maschinenelements, das im Betrieb an den aufeinander abwälzenden Stellen hohen Flächenpressungen ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des in etwa die Form des endgültigen Maschinenelements aufweisenden Sinterkörpers zumindest an den Stellen, an denen eine Wälzberührung stattfinden soll, der Einwirkung von Hochenergiestrahlen, wie Elektronenstrahlen, ausgesetzt wird, die eine Oberflächenzone des Sinterkörpers aufschmelzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen mittels Hochenergiestrahlen im Vakuum vorgenommen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenelement nach dem Aufschmelzen der Oberflächenzone einer bekannten Fertigbearbeitung unterzogen wird.