DE954564C - Waelzlager mit harten Oberflaechen - Google Patents

Waelzlager mit harten Oberflaechen

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DE954564C
DE954564C DEM20941A DEM0020941A DE954564C DE 954564 C DE954564 C DE 954564C DE M20941 A DEM20941 A DE M20941A DE M0020941 A DEM0020941 A DE M0020941A DE 954564 C DE954564 C DE 954564C
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hard
rolling
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titanium
rolling bearings
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Dr Arnold Muenster
Dr Richard Weber
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Description

AUSGEGEBEN AM 20. DEZEMBER 1956
M 20941 XII /47 b
Die Laufflächen der Wälzlager sind hohen. Beanspruchungen ausgesetzt oder unterworfen, da bei dem Abwälzvorgang nur Punkt- bzw. Linienberührung auftritt. Daraus ergibt sich örtlich eine außerordentlich hohe Belastung, die den Aufbau eines Schmierfilms kaum ermöglicht. Durch den bei dem Abwälzvorgang eintretenden unvermeidlichen Schlupf treten neben der durch die dynamische Beanspruchung hervorgerufenen Zerstörungserscheinung zusätzlich in den Lauf ringflächen und Walzenbzw. Kugelflächen Verschleißerscheinungen, auf; die zu einer Erweiterung des Spieles fuhren, Es werden daher für Wälzilager besondere Fette verwendet, die für eine mehr oder weniger gute Trennung der gegeneinander sich abwälzenden Metallflächen sorgen.
Nach, der Erfindung sind Wälzlager mit harten Oberflächen mindestens an einer der sich aufeinander abwälzenden Flächen sowie gegebenenfalls an den Gleitflächen der Käfige mit einem durch Re- · aktion aus der Gasphase abgeschiedenen. Überzug aus einem harten Nitrid., Borid und/oder Silizid des Titans versehen, dem auch noch Hartkarbide der Metalle der III. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems, vorzugsweise homogen, beigegeben sein können. Hierbei kann es auch genügen, nur die eine der sich gegeneinander abwälzenden Flächen mit einem solchen Überzug zu versehen. Es ist
jedoch, auch möglich, sowohl auf die Laufringe als auch auf die Kugeln bzw. Walzen eine derartige Schicht aufzubringen, wobei schon Schichtdicken von S bis ίο μ genügen. Gegebenenfalls kann man auch die Wälzlagerkäfige an den Berührungsflächen mit den Abwälzorganen mit einem solchen. Überzug versehen, um auch, diese Stellen von Abrieb zu schätzen.
Es ist bekannt, Titannitrid aus der Gasphase,
ίο beispielsweise durch. Reaktion τοηTitantetrachlorid mit Wasserstoff und Stickstoff an glühenden. Metallfaden bei Temperaturen über iooo°'C, abzuscheiden (A. E. van Arkel und J. H. de Boer, »Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie«, 184, 1925, S. 345, und K. Moers, »Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie«, Bd. 198, 1931, S. 243).
TiCl4+ 2 H2+ V2 N2^TiN+ 4HCl (1)
Diese Arbeiten, zielten auf die Herstellung der reinen. Hartstoffe und deren Verwendung für Glühkathoden ab. In den Veröffentlichungen werden als ausgeprägte Eigenschaften dieser Stoffgruppe das metallische Aussehen, die große Härte, dieSprödig- «5 keit und Brüchigkeit (glass-like brittleness) übereinstimmend hervorgehoben. Diese Befunde wurden in neuerer Zeit (J. E. Campbell, C. F. Powell, D-. H. Nowicki und B. W. Gonser, »Journal of the Electrochemical Society«, Bd. 96, 1949, S. 318) ■30 bestätigt und wiederum die Sprödbrüchigkeit hervorgehoben.
Der Fachmann mußte annehmen, daß derart spröde Stoffe schon bei geringen Belastungen, ausbrechen und die ausgebrochenen Teilchen auf die gegeneinander arbeitenden Werkstoffe als Schmirgel wirken.
Man war daher bis in die jüngste Zeit der Ansicht, daß für aus Verschleiß beanspruchte Teile Hartstoffe nur zusammen mit duktilen. Hilfsmetallen in Form der Hartmetallegierungen eingesetzt werden können (O. Knotek, »Technische Mitteilungen«, Bd. 47, 19S4, 5, S. 214). Man hat danach auf Verschleiß beanspruchte Teile mit Auflagen aus Hartmetallegierungen versehen. Es wurde auch 'schon vorgeschlagen, durch Diffusionsverfahren hartmetallegierungsartige Überzüge beispielsweise durch Eindiffusion von Titan und ähnlichen Metallen und anschließende Nitrierhärtung herzustellen. Derartige heterogene Auflagen und Überzüge sind meist nicht nur korrosionsanfällig, sondern neigen auch unter Rleibungsbeanspruchungen, insbesondere bei ungenügender Schmierung, sehr stark zum Fressen.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung beruht zunächst auf den aus dem Metallaboratorium der Anmelderin veröffentlichten Erkenntnissen, daß für die Aufbringung der Titannitridüberzüge keine Temperaturen über 10000 C erforderlich sind und Titanhitridüberzüge in Schichtstärken, zwischen ι und 100^ trotz des Übergangs losen, d.h. diffusionslosen, Aufwaehsens auf das Grundmaterial so gut auf diesem haften, daß sie noch. Verformungen des Grundmaterials mitmachen ohne abzuplatzen.
Eine andere auffallende, technisch wichtige Eigenschaft ist die gute ölhaftung (A. Münster und W. Ruppert, »Zeitschrift für Elektrochemie«, Bd. 57, 1953, 7, S. 504ff., insbesondere S. 566). Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der Titannitridüberzüge ist dier daß diese Überzüge trotz ihrer metallischen Eigenschaften bei gleitenden Beanspruchungen gegen metallische Gegenflächen, auch bei ungünstigen Schmierbedingungen oder ausbleibender Schmierung nicht zum Fressen, neigen und sich wie nichtmetallische Trennschichten verhalten.. Gerade in diesem Punkt unterscheiden sich die reinen Titannitridschichtien grundsätzlich und besonders vorteilhaft von den Hartmetallegierungen. Bei Laufversuchen mit Titannitridüberzügen gegen andere Gegenwerkstoffe, beispielsweise Stahl und Bronze, hat sich ergeben,, daß diese Überzüge trotz ihrer hohen Härte und wiederholt festgestellten Sprödbrüchigkeit ein gutes Einlaufvermögen zeigen und — was völlig überraschend ist — nur einen besonders geringen Verschleiß des Gegenwerkstoffes verursachen. .
Ähnliches Verhalten zeigen auch Überzüge aus Titanborid und Titansilizid, die in. bekannter Weise ebenfalls durch. Reaktion aus der Gasphase abgeschieden werden können.
Es wurde weiter gefunden, daß dem Nitrid, Borid go und Silizid des Titans auch, noch harte Karbide, Nitride, Boride und Silizidei der Metalle der III. bis VI. Gruppe des· Periodischen Systems, vorzugsweise homogen, gegebenenfalls heterogen, beigegeben sein können. Es kann also auch, vorteilhaft gg sein, nicht die reinen Hartstoffe aufzubringen, sondern Mischkristalle untereinander. Einen, heterogenen Überzug, bestehend aus einer Schicht Titannitrid und einer Schicht Titankarbid, kann man dadurch aufbringen, daß man zunächst nach Reak- loo tion (1) das Wälzlager mit einem Titannitridüberzug versieht. Auf dieser Schicht scheidet man dann durch Reaktion einer Gasmischung aus Titantetrachlorid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Methan, eine weitere Schicht, bestehend lo5 aus Titankarbid, ab.
Die Verwendung von Überzügen aus den reinen Nitriden, Boriden und Suiziden der übrigen Metalle, der III. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems ist zur Zeit noch wegen der hohen Rohstoffkosten gegenüber den Titanverbindungen unwirtschaftlich oder mit besonderen Herstellungsschwierigkeiten verbunden.

Claims (3)

  1. Patentansprüche:
    i. Wälzlager mit harten Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der sich aufeinander abwälzenden Flächen sowie gegebenenfalls die Gleitflächen der Käfige mit einem durch Reaktion aus der Gasphase ab- iao geschiedenen Überzug aus einem harten Nitrid, Borid und/oder Silizid des Titans versehen sind, dem auch noch Hartkarbide der Metalle der III. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems, vorzugsweise homogen, beigegeben sein können.
  2. 2. Wälzlager nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzüge mit einer Schichtdicke in der Größenordnung von ι hundertstel Millimeter aufgebracht worden sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 764 144, 726 558, 212, 465 276;
    scnweizerische Patentschriften Nr. 277 400, 261 180, 214452; 10
    Machu, »Metallische Überzüge«,
  3. 3. Auflage, S." 96 ff.;
    »Werkstattstechnik« vom 15. 5.. 1932, S. 206, 207;
    »Journal of the Electrochemical Society«, 1949, 15 Bd. 96, S. 318 bis 333.
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