DE602006000331T2

DE602006000331T2 - Verstärkungsverfahren durch Karbonitrierung und Umwandlung von Austenit in Martensit in zwei Schritten

Info

Publication number: DE602006000331T2
Application number: DE602006000331T
Authority: DE
Inventors: Sandrine Lornage-Coulon; Sebastien Garnier; Thibault Simon; Daniel Girodin
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2026-04-04
Also published as: DE602006000331D1; EP1707832B1; ATE381678T1; FR2883887A1; EP1707832A1; FR2883887B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung eines an Kohlenstoff reichen Stahlteils, d. h. im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwischen 0,75 Gew.-Prozent und 1,1 Gew.-Proz. Kohlenstoff sowie eines durch die Umsetzung des genannten Verfahrens verstärkten Teils.
Insbesondere kann das verstärkte Teil ein ein Wälzlager bildender Teil sein, insbesondere einer der Ringe, jedoch eventuell die Rollkörper.
Die Erfindung findet ihre Anwendung vorteilhaft bei der Verstärkung der Ringe eines Wälzlagers des Getriebes für ein Kraftfahrzeug. Da diese Art von Wälzlagern nämlich durch das Öl des Getriebes geschmiert wird, unterliegen die Ringe einer Verschmutzung durch feste Partikel, die beim Drehen das Auftreten von Oberflächenfehlern induzieren. Bei klassischen Stählen jedoch rufen diese Oberflächenfehler im Verlauf der Zeit unter der Wirkung der bei der Benutzung erlittenen Belastungen eine Beschädigung des Teils hervor, was für die Nutzungsdauer des Wälzlagers besonders schädlich ist. Insbesondere schlägt die Erfindung daher Wälzlager des Getriebes vor, die eine verbesserte Nutzungsdauer aufweisen.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Karbonitrieren von Stählen bekannt, die durch die Anreicherung der oberflächlichen Schicht mit Stickstoff und Kohlenstoff nach dem Härten und dem Aushärten ein Härten der genannten Oberfläche erlauben. Insbesondere beschreibt die Patentschrift EP-A-0 626 468 die Anwendung eines derartigen Verfahrens auf einen an Kohlenstoff reichen Stahl. Die Patentschrift EP 0 950 723 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Verstärkung eines Stahlteils, das Folgendes umfasst: einen Schritt des Karbonitrierens des Teils, gefolgt von wenigstens zwei aufeinander folgenden Schritten der Umwandlungen des Austenits in Martensit: Wobei der erste Schritt der Umwandlung vorgesehen ist, um ein Profil der Menge als Gewicht des Austenits zu erhalten, das von der Oberfläche im Kern des Teils abnimmt, wobei der Rest aus dem Prozentsatz der Kohlenstoff und Stickstoff enthaltenden Eisenniederschläge und dem Prozentsatz an aus der Umwandlung hervorgegangenen Martensit gebildet wird; wobei der zweite Schritt der Umwandlung eine Behandlung durch Abkühlen umfasst.
Die Verwendung des Karbonitrierens gemäß dem Stand der Technik erlaubt jedoch insbesondere nicht den Erhalt von Wälzlagerringen, die optimale Merkmale gegenüber der Verschmutzung durch feste Partikel aufweisen.
Um dieses Problem zu lösen, hat die Antragstellerin intensive Versuche derart durchgeführt, dass ein Verfahren zur Verstärkung ausgearbeitet wird, das die Verbindung der Oberflächenhärte eines Teils mit seiner Kapazität zulässt, die Integrität desselben gegenüber den erlittenen mechanischen und thermischen Belastungen zu bewahren.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß insbesondere durch das Vorschlagen eines Verfahrens gelöst, das nach dem Karbonitrieren auf die Umwandlung des Austenits auf besondere Weise derart abzielt, dass Profile der Menge als Gewicht des Austenits und des Martensits erhalten werden, die optimal sind.
Zu diesem Zweck und gemäß einem ersten Aspekt schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Verstärkung eines Stahlteils vor, das zwischen 0,75 und 1,1 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält und mindestens ein Legierungsteil aus der Gruppe, die Silizium, Phosphor, Molybdän, Mangan, Chrom, Schwefel, Nickel, Vanadium, Aluminium, Kupfer, Wolfram, Titan, Kobalt, Blei umfasst, wobei der Rest Eisen ist, wobei das genannte Teil eine Oberflächenzone umfasst, die sich ab der Oberfläche bis zu einer Tiefe von zwischen 0,05 mm und 0,2 mm erstreckt, eine Zwischenzone, die sich ab der Oberflächenzone über eine Dicke von zwischen 0,1 mm und 0,3 mm erstreckt, und eine Kernzone, die sich ab der Zwischenzone bis zum Mittelpunkt des Teils erstreckt, wobei das genannte Verfahren folgende Schritte umfasst:

– Einen Schritt mit Karbonitrieren des Teils unter solchen Bedingungen, dass die Oberflächenzone eine durchschnittliche Menge Stickstoff von mindestens 0,2 Gewichtsprozent an Austenit enthält, und nach dem Schritt des Karbonitrierens:
– mindestens zwei aufeinander folgende Schritte mit Umwandlung des Austenits in Martensit:
– wobei der erste Schritt der Umwandlung vorgesehen ist, um ein Profil der Menge als Gewicht von Austenit zu erzielen, das zwischen zwei Werten abnimmt, die insbesondere liegen: – zwischen 20% und 50% in der Oberflächenzone; – bzw. zwischen 20% und 50% in der Zwischenzone; und – bzw. zwischen 0 und 25% in der Kernzone;
– wobei der Rest aus dem Prozentsatz an Eisenniederschlägen gebildet wird, die Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, und aus dem Prozentsatz an Martensit, der aus der Umwandlung hervorgegangen ist;
– wobei der zweite Schritt der Umwandlung eine Bearbeitung mit Tiefsttemperaturtechnik umfasst, die bei einer Temperatur von zwischen 0°C und –90°C während einer Zeit von zwischen 0,5 Stunden und 1,5 Stunden realisiert wird, wobei der zweite Schritt der Umwandlung so ist, dass die Menge an Austenit gegenüber der Menge Austenit abnimmt, die nach dem ersten Schritt erzielt wurde, und dies zumindest in der Oberflächenzone und der Zwischenzone, und dass ein Profil der Menge als Gewicht von Austenit erzielt wird, die zwischen zwei Werten abnimmt, die insbesondere liegen: – zwischen 10% und 40% in der Oberflächenzone; – bzw. zwischen 10% und 30% in der Zwischenzone; – bzw. zwischen 0 und 25% in der Kernzone; – wobei der Rest aus dem Prozentsatz an Eisenniederschlägen gebildet wird, die Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, und aus dem Prozentsatz an Marten sit, der aus den aufeinander folgenden Umwandlungen hervorgegangen ist;
– ein Schritt mit Entsprödung des Teils, der ein Aushärten umfasst.

Gemäß einem zweiten Aspekt schlägt die Erfindung ein Teil vor, das durch den Einsatz dieses Verfahrens erhalten wird, wodurch das genannte Teil aus einem Stahl ausgeführt ist, der zwischen 0,75 und 1,1 Gew.-Proz. Kohlenstoff enthält und mindestens ein Legierungsteil aus der Gruppe, die Silizium, Phosphor, Molybdän, Mangan, Chrom, Schwefel, Nickel, Vanadium, Aluminium, Kupfer, Wolfram, Titan, Kobalt, Blei umfasst, wobei der Rest Eisen ist, wobei das genannte Teil eine Oberflächenzone umfasst, die sich ab der Oberfläche bis zu einer Tiefe von zwischen 0,05 mm und 0,2 mm erstreckt, eine Zwischenzone, die sich ab der Oberflächenzone über eine Dicke von zwischen 0,1 mm und 0,3 mm erstreckt, und eine Kernzone, die sich ab der Zwischenzone bis zum Mittelpunkt des Teils erstreckt, wobei das genannte Teil ein Profil der Menge als Gewicht von Austenit hat, das zwischen zwei Werten abnimmt, die jeweils zwischen 10% und 40% in der Oberflächenzone, bzw. zwischen 10% und 30% in der Zwischenzone und bzw. zwischen 0 und 25 Gew.-Proz. in der Kernzone liegen, wobei der Rest aus dem Prozentsatz an Eisenniederschlägen gebildet wird, die Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, und aus dem Zusatz an Martensit.
Gemäß einem dritten Aspekt schlägt die Erfindung ein Wälzlager vor, das einen inneren Ring, einen äußeren Ring und Rollkörper umfasst, die zwischen den genannten Ringen derart angeordnet sind, das die relative Drehung der genannten Rin ge zugelassen wird, in der wenigstens einer der Ringe und/oder der Rollkörper erfindungsgemäß verstärkte Teile sind.
Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung deutlich.
Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, ein an Kohlenstoff reiches Stück aus Stahl zu verstärken. Die Umsetzung des Verfahrens ermöglicht insbesondere die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Oberfläche eines Stahlteils aus Stahl, insbesondere die Härte und die Fähigkeit zur Bewahrung seiner Integrität.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt auf vorteilhafte Weise die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Indentation und die Begrenzung der im Verlauf der Zeit von den oberflächlichen mechanischen und thermischen Belastungen generierten Beschädigungen, insbesondere bei den Ausbuchtungen zu, was die Wahrung der Integrität der Oberfläche im Verlauf der Zeit erlaubt.
Das Verfahren zur Verstärkung findet auf an Kohlenstoff reiche Stähle Anwendung, d. h., die im typischen Fall zwischen 0,75 Gew.-Proz. und 1,1 Gew.-Proz. Kohlenstoff umfassen. Darüber hinaus beinhalten die verwendeten Stähle wenigstens ein Legierungsteil, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die Silizium, Phosphor, Molybdän, Mangan, Chrom, Schwefel, Nickel, Vanadium, Aluminium, Kupfer, Wolfram, Titan, Kobalt, Blei umfasst, wobei der Rest Eisen ist.
Diese Stähle werden typischerweise in den Anwendungsbereichen verwendet, für die sowohl statische als auch dynamische hohe Chargen ertragen werden. Insbesondere für die Realisierung der die Wälzlager bildenden Teile wird diese Art von Stahl verwendet, und insbesondere ein als 100Cr6 bezeichne ter Stahl, dessen Zusammensetzung in Gewichtsprozent nachstehend aufgegeben wird:
C: 0,95–1,05
Mn: 0,2–0,4
S: 0–0,02
Mo: 0–0,15
V: 0–0,1
Cu: 0–0,25
Ti: 0–0,05
Pb: 0–0,15
Si: 0,17–0,37
P: 0–0,027
Cr: 1,3–1,65
Ni: 0–0,3
Al: 0–0,1
W: 0–0,1
Co: 0–0,1
wobei der Rest Eisen ist.
Die Umsetzung des Verfahrens auf Stählen diesen Typs erlaubt den Erhalt von Wälzlagern bildenden Teilen, die eine verbesserte Nutzungsdauer aufgrund der Begrenzung der Schäden aufweisen, die durch die Kontakte zwischen festen Verschmutzun gen und die Oberflächen der Wälzlager dieser Teile verursacht werden.
Zur Verstärkung eines Teils auf optimale Weise, hat die Antragstellerin herausgefunden, dass es sinnvoll war, in der Dicke des genannten Teils die folgenden drei Zonen zu definieren:

– eine Oberflächenzone, die sich von der Oberfläche bis zu einer zwischen 0,05 mm und 0,2 mm inbegriffenen Tiefe erstreckt;
– eine sich von der Oberflächenzone auf eine zwischen 0,1 mm und 0,3 mm inbegriffene Dicke erstreckende Zwischenzone; und
– eine sich von der Zwischenzone bis zum Mittelpunkt des Teils erstreckende Kernzone.

Und wie nachstehend dargelegt, erlaubt das Verfahren zur Verstärkung den Erhalt von Zusammensetzungen in unterschiedlichen festen Phasen, die in Abhängigkeit von diesen Zonen besonders sind, was die Optimierung der gewünschten mechanischen Merkmale erlaubt.
Zu diesem Zweck sieht das Verfahren einen Schritt mit Karbonitrieren des Teils vor. Das Karbonitrieren lässt auf bekannte Weise die Anreicherung mit Stickstoff und Kohlenstoff insbesondere der Oberflächen- und Zwischenzonen des Teils durch Diffusion in der Austenitphase zu. Im Rahmen der Erfindung werden die Bedingungen des Schritts mit Karbonitrieren derart festgelegt, dass die Oberflächenzone eine durchschnittliche Stickstoffmenge von wenigstens 0,2 Gew.-Proz. im Austenit umfasst.
Gemäß einem Ausführungsmodus wird der Schritt mit Karbonitrieren in der gasförmigen Phase realisiert, was die Möglichkeit zur Anpassung der Bearbeitungsparameter in Abhän gigkeit von den Eigenschaften und den gewünschten metallurgischen Strukturen bietet.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Schritt mit Karbonitrieren in einem Ofen mit den folgenden Bedingungen durchgeführt:

– die atmosphärische, die wenigstens Kohlenmonoxid, Biwasserstoff und gasförmigen Stickstoff umfasst,
– zwischen 1 und 10 Stunden inbegriffene Zeit
– zwischen 800°C und 920°C inbegriffene Temperatur
– zwischen 0,90 und 1,26 inbegriffenes Kohlenstoffpotenzial.

Insbesondere wird die Atmosphäre ausgehend von einer Mischung aus schwach kohlenstoffhaltigem Gas, dem so genannten Trägergas, gebildet, das durch endothermische Reaktionen von Kohlenwasserstoffen außerhalb des Ofens oder durch Krakken im Ofen der Mischung Stickstoff-Methanol erhalten wird. Diese Atmosphäretypen werden typischerweise aus rund 40% H₂, 20% CO und 40% N₂ gebildet.
Um das Karbonitrieren zu realisieren, umfasst die Atmosphäre darüber hinaus ein zusätzliches Gas, das direkt in dem Ofen hinzugefügt wird, um die Fähigkeit zum Nitrier zu erhöhen. In einem Ausführungsbeispiel wird das zusätzliche Gas aus Ammoniak gebildet, das den Eintrag an Stickstoff liefert und sich fast vollständig durch Krakken bei seinem Eintritt in den Ofen aufspaltet. Um die Fähigkeit zum Karbonitrieren der Atmosphäre zu erhöhen, kann ebenfalls ein zusätzliches Gas, z. B. Methan oder Propan, in angemessener Menge verwendet werden, um die Fähigkeit zum Karbonitrieren des Trägergases zu regeln. Der freie Kohlenstoff stammt nämlich aus der Zersetzung des Methanols und des Methans, was die Verhinderung der oberflächlichen Dekarburation des Teils erlaubt. Das gleichzeitige Vorhandensein von Kohlenstoff und Stickstoff in der Oberflächenzone führt ebenfalls durch Diffusion zur Erhöhung der Größe der Eisenniederschläge, die Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, insbesondere in der Zwischenzone.
Das im Ofen vorhandene Karbonitrieren resultiert aus der Mischung, dem Krakken und den Reaktionen der eingeführten Gase. Sie umfasst im Wesentlichen CO, H₂, N₂, aber auch O₂, CO₂, NH₃, CH₄ und H₂O in geringerer Menge. Aus ihrer Zusammensetzung wird das Kohlenstoffpotenzial der Atmosphäre des Ofens bestimmt. Darüber hinaus hängt die Menge des in das Teil eingeführten Stickstoffs bei festgelegter Temperatur praktisch ausschließlich von der in den Ofen eingeführten Ammoniakmenge ab, wobei diese typischerweise unter 10% liegt.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Atmosphäre ausgehend von einem Trägergas gebildet, das durch Krakken der Mischung Stickstoff-Methanol von Ammoniak und einem zusätzlichen Gas erhalten wird, das Alkane enthält, wobei die genannten Gase getrennt in den Ofen eingeführt werden.
Insbesondere für das Karbonitrieren eines Stahls vom Typ 100Cr6 sind die eingesetzten Bedingungen für das Karbonitrieren: zwischen 830°C und 880°C inbegriffene Temperatur; zwischen 3 Stunden und 5 Stunden inbegriffene Zeit; Kohlenstoffpotenzial höher als oder gleich 0,9. Diese Bedingungen erlauben insbesondere die Erhöhung des restlichen Austenitsatzes und ihre Stabilisierung auf thermische und mechanische Weise.
Für eine optimale spätere Verstärkung der erfindungsgemäßen Teile hat die Antragstellerin nachgewiesen, dass die Bedingungen des Schritts mit Karbonitrieren derartig sein können, dass nach Abschluss desselben das Profil der Menge als Gewicht des Stickstoffs zwischen 0,8% und 0,1% ab der Ober fläche bis zum Boden der Zwischenzone abnimmt, wobei das Profil des Anreicherns als Gewicht des Kohlenstoffs über ein Maximum von weniger als oder gleich 0,4% in derselben Tiefe geht.
Nach dem Schritt mit Karbonitrieren sieht die Erfindung mindestens zwei aufeinander folgende Schritte der Umwandlung des aus Martensit gebildeten Austenits vor. Insbesondere hängt das Austenitprofil und damit das Martensitprofil, das in den unterschiedlichen Zonen des verstärkten Teils vorhanden ist, im Wesentlichen von der Anreicherung der Zonen mit Kohlenstoff und Stickstoff bei dem Schritt des Karbonitrierens ab.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst der erste Schritt der Umwandlung ein Härten des Teils, das insbesondere bei einer zwischen 20°C und 240°C inbegriffenen Temperatur während einer Zeit von unter 1 Stunde realisiert wird.
Die Antragstellerin hat nachgewiesen, dass es optimal ist, dass das Profil der Menge als Austenitgewicht nach Abschluss dieses ersten Schritts der Umwandlung zwischen zwei Werten abnimmt, die jeweils folgendermaßen inbegriffen sind:

– zwischen 20% und 50% in der Oberflächenzone;
– zwischen 20% und 50% in der Zwischenzone; und
– zwischen 0 und 25 Gew.-Proz. in der Kernzone;
– wobei der Rest aus dem Prozentsatz der Eisenniederschläge gebildet wird, die Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, und aus dem Prozentsatz Martensit, der aus der Umwandlung entstanden ist.

Der zweite Schritt der Umwandlung eine Bearbeitung durch Tiefsttemperaturtechnik umfasst, die während einer zwischen 0,5 und 1,5 Stunden inbegriffenen Zeit insbesondere bei einer Temperatur realisiert wird, die zwischen 0°C und –90°C inbegriffen ist. Es ist anzumerken, dass, je tiefer die verwendete Temperatur ist, desto stärker wird der Austenit in Martensit umgewandelt, was zu einer Erhöhung der Härte des Teils führt. Insbesondere kann geschätzt werden, dass eine Temperatur von –65°C im Durchschnitt 50% des vorhandenen Austenits umwandelt, wobei die Umwandlung jedoch in den stärker angereicherten Zonen etwas stärker ausgeprägt ist.
Die Verwendung einer Bearbeitung mit Tiefsttemperaturen ermöglicht es, nur einen Teil des Austenits umzuwandeln, was die Beibehaltung einer ausreichenden Menge erlaubt, um die Härte und die Kapazität zu kombinieren, um die Integrität der Oberfläche zu bewahren. Infolgedessen kann der Bearbeitungsschritt per Tiefsttemperatur angepasst werden, um die optimalen Austenitmengen im Verhältnis zum Gehalt der Wälzlagerringe an Verschmutzungen zu erhalten, insbesondere für Getriebe.
Die Antragstellerin hat nachgewiesen, dass es optimal ist, dass der zweite Schritt der Umwandlung vorgesehen wird, um wenigstens in den Oberflächen- und Zwischenzonen die Menge des nach Abschluss des ersten Schritts erhaltene Austenitmenge zu verringern und ein Profil der Menge als Austenitgewicht zu erhalten, das zwischen zwei Werten abnimmt, die jeweils zwischen folgenden inbegriffen sind:

– zwischen 10% und 40% in der Oberflächenzone;
– zwischen 10% und 30% in der Zwischenzone; und
– zwischen 0 und 25 Gew.-Proz. in der Kernzone;
– wobei der Rest aus dem Prozentsatz der Kohlenstoff und Stickstoff enthaltenden Eisenniederschläge und dem Prozent satz an Martensit gebildet wird, der aus den aufeinander folgenden Umwandlungen hervorgegangen ist.

Diese Werte erlauben insbesondere Folgendes:

– die Garantie einer hohen Härte bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer gewissen Menge an Austenit;
– die Begrenzung der oberflächlichen Beschädigungen des Teils im Verlauf der Benutzung unter der Wirkung der thermischen und mechanischen Belastungen;
– einen reduzierten Austenitsatz in der Kernzone, um die Abmessungsstabilität des Teils zu garantieren.

Im Anschluss an diese beiden Schritte der Umwandlung sieht das Verfahren einen Schritt der Entsprödung des Teils vor, der ein z. B. bei einer Temperatur von unter 250°C während einer zwischen 1 Stunde und 3 Stunden inbegriffenen Zeit realisierten Aushärtung umfasst.
Als Variante kann das Verfahren ebenfalls einen Schritt der Wäsche des Teils insbesondere seiner Oberfläche vor dem Schritt des Karbonitrierens und zwischen jedem der Schritte der Umwandlung und der Entsprödung derart vorsehen, dass das schädliche Vorhandensein von auf dem Teil anhaftenden Ablagerungen begrenzt wird.
Nach Ablauf des Verfahrens für die Verstärkung wird ein Teil erhalten, das insbesondere die folgenden vorteilhaften Merkmale aufweist:

– Erhöhung des Härtens des Teils auf eine Weise, dass Oberflächenmängel geschaffen werden, deren Geometrie für die Nutzungsdauer weniger schädlich ist;
– eine Metallstruktur, die in der Lage ist, den wiederholten Durchgang der Charge auf den Ausbuchtungen „abzupuffern".

Dies kommt durch den Erhalt einer an thermisch und mechanisch stabilem Austenit reichen, da mit Stickstoff und Kohlenstoff stark angereicherten Struktur zum Ausdruck;

– hohe restliche Kompressionsbelastungen derart, dass die Verbreitung von Rissen im Teil verringert wird;
– Beibehaltung einer Fähigkeit zur Formung und Beibehaltung der Dauerfestigkeit in einem nicht verschmutzten Milieu, die wenigstens gleich dem nicht verstärkten Teil sind.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Verstärkungsverfahrens eines Rings des aus 100Cr6 Stahl realisierten Getriebes aufgeführt:

– vorherige Wäsche;
– Karbonitrieren bei 830°C 4 Stunden lang, Kohlenstoffpotenzial 1, hinzugefügter Ammoniak 5%;
– Zeit mit Öl bei 70°C 30 Minuten lang;
– Wäsche;
– Bearbeitung durch Tiefsttemperaturtechnik bei –30°C 1 Stunde lang;
– Wäsche;
– Aushärten bei 170°C 1 Stunde lang.

Durch die Umsetzung dieses Verfahrens kann man ein Karbonitrieren auf eine typische Tiefe von 0,4 mm derart erhalten, dass Teile erhalten werden, die Profile der Menge als Austenitgewicht gemäß obiger Definition aufweisen, und zwar:
ein Profil der Menge als Austenitgewicht, das zwischen zwei Werten abnimmt, die jeweils zwischen 10% und 40% in der Oberflächenzone inbegriffen sind, zwischen 10% und 30% in der Zwischenzone und zwischen 0 und 25 Gew.-Proz. in der Kernzone, wobei der Rest aus Eisenniederschlägen gebildet wird, die Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, sowie aus komplementärem Martensit.
Insbesondere liegt das Austenitgewicht unter 25% in der Oberflächenzone und ist in der Zwischenzone zwischen 13% und 25% inbegriffen. Darüber hinaus fehlt der Oberflächenzone deutlich Karbid, die Zwischenzone weist Karbide erheblicher Größe (rund 6 μm) auf, und die Kernzone weist feinere Karbide auf, die in einer Austenit- und Martensitmatrix eingefasst sind.
Das Teil weist ebenfalls als vorteilhafte mechanische Merkmale auf:

– eine zwischen 800 und 920 inbegriffene Vickers-Härte
– zwischen –100 MPa und –350 MPa inbegriffene Belastungswerte bei Kompression in der Oberflächenzone.

Es ist anzumerken, dass bei einer Verwendung eines Schritts der mechanischen Umwandlung die zwischen –500 MPa und –1000 MPa inbegriffenen restlichen Belastungswerte in der Oberflächenzone erreicht werden können.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Wälzlager, von dem insbesondere die Ringe erfindungsgemäß verstärkt sind. Zu diesem Zweck wird wenigstens ein Teil der Oberflächenzone der aus dem Verfahren für die Verstärkung hervorgegangenen Ringe korrigiert, was auf dem Ring die Position der unterschiedlichen, zuvor definierten Zonen verschiebt. Insbesondere kann die gesamte Oberflächenzone derart korrigiert werden, so dass die Zwischenzone an der Oberfläche angeordnet wird.
Die auf der Testbank realisierten Tests derartiger Wälzlager zeigen nach der willkürlichen Indentation der Wälzlager- Oberfläche mithilfe von harten Partikeln eine Nutzungsdauer des Wälzlagers von mehr als 120 Stunden im Vergleich zu 50 Stunden ohne Karbonitrieren und von 76 Stunden mit Karbonitrieren und nur einem Härten ohne zweiten Schritt der Umwandlung.

Claims

Verfahren für die Verstärkung eines Stahlteils, das zwischen 0,75 und 1,1 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält und mindestens ein Legierungsteil aus der Gruppe, die Silizium, Phosphor, Molybdän, Mangan, Chrom, Schwefel, Nickel, Vanadium, Aluminium, Kupfer, Wolfram, Titan, Kobalt, Blei umfaßt, wobei der Rest Eisen ist, wobei das besagte Teil eine Oberflächenzone umfaßt, die sich ab der Oberfläche bis zu einer Tiefe von zwischen 0,05 mm und 0,2 mm erstreckt, eine Zwischenzone, die sich ab der Oberflächenzone über eine Dicke von zwischen 0,1 mm und 0,3 mm erstreckt, und eine Kernzone, die sich ab der Zwischenzone bis zum Mittelpunkt des Teils erstreckt, wobei das besagte Verfahren folgende Schritte umfaßt: – Einen Schritt mit Karbonitrieren des Teils unter solchen Bedingungen, daß die Oberflächenzone eine durchschnittliche Menge Stickstoff von mindestens 0,2 Gewichtsprozent an Austenit enthält, und nach dem Schritt des Karbonitrierens: – mindestens zwei aufeinander folgende Schritte mit Umwandlung des Austenits in Martensit: – wobei der erste Schritt der Umwandlung vorgesehen ist, um ein Profil der Menge als Gewicht von Austenit zu erzielen, das zwischen zwei Werten abnimmt, die insbesondere liegen: – zwischen 20% und 50% in der Oberflächenzone; – beziehungsweise zwischen 20% und 50% in der Zwischenzone; – beziehungsweise zwischen 0 und 25% in der Kernzone; – wobei der Rest aus dem Prozentsatz an Eisenniederschlägen gebildet wird, die Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, und aus dem Prozentsatz an Martensit, das aus der Umwandlung hervorgegangen ist; – wobei der zweite Schritt der Umwandlung eine Bearbeitung mit Tiefsttemperaturtechnik umfaßt, die bei einer Temperatur von zwischen 0°C und –90°C während einer Zeit von zwischen 0,5 Stunde und 1,5 Stunden realisiert wird, wobei der zweite Schritt der Umwandlung so ist, daß die Menge an Austenit gegenüber der Menge Austenit abnimmt, die nach dem ersten Schritt erzielt wurde, und dies zumindest in der Oberflächenzone und der Zwischenzone, und daß ein Profil der Menge als Gewicht von Austenit erzielt wird, die zwischen zwei Werten abnimmt, die insbesondere liegen: – zwischen 10% und 40% in der Oberflächenzone; – beziehungsweise zwischen 10% und 30% in der Zwischenzone; und – beziehungsweise zwischen 0 und 25% in der Kernzone; – wobei der Rest aus dem Prozentsatz an Eisenniederschlägen gebildet wird, die Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, und aus dem Prozentsatz an Martensit, das aus den aufeinander folgenden Umwandlungen hervorgegangen ist; – ein Schritt mit Entsprödung des Teils, der ein Aushärten umfaßt.
Verfahren für die Verstärkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Karbonitrierens unter den folgenden Bedingungen realisiert wird: – Atmosphäre, die mindestens Kohlenmonoxid, Biwasserstoff und gasförmigen Stickstoff enthält; – Zeit zwischen 1 und 10 Stunden; – Temperatur zwischen 800°C und 920°C; – Kohlenstoffpotential zwischen 0,90 und 1,26.
Verfahren für die Verstärkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre ausgehend von einem Trägergas gebildet wird, das durch Kracken einer Mischung aus Stickstoff-Methanol, Ammoniak und einem zusätzlichen Gas erzielt wird, das Alkane enthält.
Verfahren für die Verstärkung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit bei zwischen 3 Stunden und 5 Stunden liegt, und das Kohlenstoffpotential über oder gleich 0,9 beträgt.
Verfahren für die Verstärkung nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingungen des Schritts mit Karbonitrieren so sind, daß danach das Profil der Menge in Gewicht an Stickstoff zwischen 0,8% und 0,1% ab der Oberfläche bis zum Boden der Zwischenzone abnimmt, wobei das Profil der Anreicherung an Kohlenstoffgewicht über ein Maximum von unter oder gleich 0,4% in der gleichen Tiefe geht.
Verfahren für die Verstärkung nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schritt der Umwandlung eine Härtung umfaßt.
Verfahren für die Verstärkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung bei einer Temperatur von zwischen 20°C und 240°C während einer Zeit von unter 1 Stunde durchgeführt wird.
Verfahren für die Verstärkung nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung bei einer Temperatur von unter 250°C während einer Zeit von zwischen 1 Stunde und 3 Stunden realisiert wird.
Verfahren für die Verstärkung nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schritt des Karbonitrierens und zwischen jedem der Schritte der Umwandlung und der Entsprödung eine Wäsche des Teils durchgeführt wird.
Teil, das durch den Einsatz eines Verfahrens nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche erzielt wird, wobei das besagte Teil aus einem Stahl ausgeführt ist, der zwischen 0,75 und 1,1 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält und mindestens ein Legierungsteil aus der Gruppe, die Silizium, Phosphor, Molybdän, Mangan, Chrom, Schwefel, Nickel, Vanadium, Aluminium, Kupfer, Wolfram, Titan, Kobalt, Blei umfaßt, wobei der Rest Eisen ist, wobei das besagte Teil eine Oberflächenzone umfaßt, die sich ab der Oberfläche bis zu einer Tiefe von zwischen 0,05 mm und 0,2 mm erstreckt, eine Zwischenzone, die sich ab der Oberflächenzone über eine Dicke von zwischen 0,1 mm und 0,3 mm erstreckt, und eine Kernzone, die sich ab der Zwischenzone bis zum Mittelpunkt des Teils erstreckt, wobei das besagte Teil ein Profil der Menge als Gewicht von Austenit hat, das zwischen zwei Werten abnimmt, die zwischen 10% und 40% in der Oberflächenzone, beziehungs weise zwischen 10% und 30% in der Zwischenzone und beziehungsweise zwischen 0 und 25% in der Kernzone liegen, wobei der Rest aus dem Prozentsatz an Eisenniederschlägen gebildet wird, die Kohlenstoff und Stickstoff enthalten, und aus dem Zusatz an Martensit.
Teil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vickers-Härte von zwischen 800 und 920 aufweist.
Teil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß es Belastungswerte bei Komprimierung in der Oberflächenzone von zwischen –100 MPa und –350 MPa aufweist.
Teil nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge in Gewicht an Austenit in der Oberflächenzone unter 25% und in der Zwischenzone zwischen 13% und 25% liegt.
Teil nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl von der Art 100Cr6 ist.
Wälzlager, das einen inneren Ring, einen äußeren Ring und Rollkörper umfaßt, die zwischen den besagten Ringen angeordnet sind, so daß die relative Drehung der besagten Ringe möglich wird, bei dem mindestens einer der Ringe und/oder die Rollkörper Teile nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 14 sind.