EP2024527A2 - Verfahren zum härten von laufflächen von wälzlagerkomponenten - Google Patents

Verfahren zum härten von laufflächen von wälzlagerkomponenten

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Publication number
EP2024527A2
EP2024527A2 EP07764340A EP07764340A EP2024527A2 EP 2024527 A2 EP2024527 A2 EP 2024527A2 EP 07764340 A EP07764340 A EP 07764340A EP 07764340 A EP07764340 A EP 07764340A EP 2024527 A2 EP2024527 A2 EP 2024527A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nitriding
rolling bearing
bearing component
long
term
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07764340A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Edgar Streit
Oskar Beer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler KG filed Critical Schaeffler KG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T29/49709—Specific metallic composition

Definitions

  • the invention is in the field of production of components, in particular of bearing rings, for rolling bearings, which are designed for particularly critical and highly stressed applications, especially for aerospace applications.
  • Such bearings are exposed to extremely high stresses during operation and must have a reliable and wear-free as possible operating under high ambient and operating temperatures at high rolling and sliding stress between the actual rolling elements and the associated raceways.
  • an increased corrosion resistance is desired in various applications.
  • Such heavy duty rolling bearings often have significant dimensions in the raceway diameter of the rolling bearing outer ring.
  • a relatively small distortion of the rolling bearing ring during the heat treatment already has a significant effect and can be costly mechanical refinement. require work.
  • the material removal over the circumference may be uneven.
  • Rings for such applications are preferably made of high-alloy case-hardened steels.
  • high-alloy steels are sold for example by the Carpenter Technology Corporation / Carpenter Steel Division (USA) under the well-known trade name Pyrowear 675 Stainless (P675) and are in the company stainless steel 68.2-96-4M offered and in the following typical composition with
  • CSS Carburizing Stainless Steel
  • Vanadium 0.30%
  • US Pat. No. 6,179,933 discloses rolling element bearing rolling bearing components - e.g. for use in aircraft engines - made of high-alloy steels (for example, the aforementioned Pyrow.75), which have a particularly hardened running surface for the rolling elements by an additional heat treatment of the precured steel.
  • nitriding a subsequent nitriding (hereinafter also referred to as nitriding) subjected.
  • Temperatures in the range of 375 0 C to 592 0 C are proposed to which the rolling bearing component is exposed in a short-time nitriding for 1 to 2 hours.
  • the high-alloy case hardening steel must be subjected to a known carburizing process to produce a surface hardness and layer thickness sufficient for continuous operation.
  • the case hardening steel carbon is exposed to a carbon-containing atmosphere at relatively high temperatures of about 850 ° to 1050 0 C and then quenched. Carbon atoms diffuse into the surface layer of the steel, which in itself has only a relatively low carbon content and thus is not curable per se. Below the surface layer, the steel desirably remains relatively low in carbon and thus relatively tough.
  • the diffusing carbon finds its place between the atoms in the lattice of the insert steel. By quenching, the carbon atoms in the atomic grid of the steel remain in forced positions and thereby cause the increase in hardness, while at a slow cooling they occupy energetically favorable positions in the lattice without causing a substantial increase in hardness.
  • the case-hardened steel Pyrowear 675 can also be used here, which is first machined mechanically to form the desired bearing component. Subsequently, the bearing component is carbo-nitrided. In this carbo-nitriding process, the bearing component is exposed in a temperature range of 898 ° to 1093 ° C (1650-2000 0 F) for 40 to 200 hours with a gas mixture of carbon and nitrogen fractions. Subsequently, the rolling bearing component must be subjected to a quenching as described above in connection with the pure carburizing. This raises the problems described at the outset, in particular with regard to the dimensional accuracy of the rolling bearing component. In the then required for (re) production of dimensional accuracy mechanical material removal then a relatively thick layer must be removed.
  • the present invention seeks to provide a method for hardening of running surfaces of rolling bearing components, in particular outer bearing rings, in which the rolling bearing component in its edge zone (functional layer) has a layer of particularly high hardness and corrosion resistance.
  • a further object of the invention is to produce this functional layer in such a way that a complicated subsequent mechanical processing associated with high material removal is no longer required.
  • This object is achieved by a method for hardening rolling surfaces of rolling bearing components, in which the rolling bearing component is subjected to a long-term nitriding, which is carried out at a temperature between 450 and 650 0 C and for a period of at least 25 hours, during which treatment no carburizing or subsequent quenching.
  • the present invention thus leaves the way of short-term nitriding prescribed by the state of the art known hitherto in order to provide an already pre-hardened case steel for the operation inlet on its running surface with a very thin, additionally hardened inlet layer.
  • the process of the invention is a completely new way, by providing for a relative to the prior art has been disclosed hitherto comparatively long Nitrier advocacysdauer of at least 25 hours at 450 to 650 0 C. During this heat treatment period, the nitrogen atoms can penetrate far deeper into the material of the rolling bearing component and thus produce a hardened functional layer with a layer thickness of up to 1 mm, preferably up to 0.75 mm.
  • Another essential aspect of the invention is that no carburizing takes place during long-term nitriding and no quenching of the rolling bearing component takes place after completion of the nitriding heat treatment.
  • the material stress associated with the quenching and a corresponding material distortion are avoided.
  • the rolling bearing component must then be subjected to no or only a slight mechanical post-processing.
  • the inventive method produces rolling bearing components made of high-alloy case-hardened steels a functional layer with an extremely hard upper boundary layer in which there are very high compressive residual stresses. This considerably increases the rolling strength of the functional layer.
  • the duration of the heat treatment or nitriding is at least 25 hours.
  • the nitriding can basically be done by so-called gas nitriding.
  • a certain problem in gas nitriding is the so-called passive layer, which usually consists of a thin oxide layer and makes it difficult for the nitrogen atoms to penetrate into the material of the rolling bearing component. This passive layer is relatively difficult to overcome by gas nitriding alone.
  • an advantageous development of the invention provides that the rolling bearing component is subjected to long-term plasma nitriding.
  • plasma nitriding two steps of the surface treatment of the rolling bearing component can be carried out one after the other to improve the process result, namely first cleaning and activating the surface and then the actual nitriding in an advantageous development of the invention.
  • the surface of the rolling bearing component to be treated is cleaned for the first time for about 30 minutes by gas atoms (for example argon) shot onto the surface. Due to their high mass, the argon atoms cause a very effective cleaning of the surface. Subsequently, for the plasma formation and for the actual nitriding, a process gas mixture of nitrogen, hydrogen and a (lower) argon fraction can be used and the surface of the rolling bearing component be exposed to this process gas. Preferably, a pressure of 3 to 10 mbar is set here, which ensures a particularly stable plasma.
  • gas atoms for example argon
  • the rolling bearing component is preferably arranged on a base plate with an electrical potential which has a potential difference of 400 to 800 V with respect to the furnace wall.
  • the substantial voltage drop forms directly on the component surface of the rolling bearing component within a few millimeters, resulting in a very high field strength there, which leads to the ionization of the gas components of the process gas and thus to plasma formation.
  • the rolling bearing component is then preferably exposed to this situation for at least 50 hours, whereby the long-term plasma nitriding results in the mentioned hardened functional layer having a thickness of advantageously up to 1 mm.
  • inventive long-term nitriding results in a sufficiently thick, hard surface layer, for example, typically greater than 1000 HV, whereby the corrosion and roll over resistance can be markedly improved and / or the formation of pitting corrosion can be prevented.
  • surface layer desirably substantial residual compressive stresses of typically greater than 400 MPa are formed.
  • An advantageous embodiment of the invention further provides that the functional layer to be cured is carburized before the long-term nitriding in a conventional manner.
  • the rolling bearing component can advantageously be brought to the specified size as far as possible because - as described above - the subsequent long-term nitriding is at most accompanied by a very small component distortion.
  • the Rolling bearing component are then reworked to measure and thereby an undesirable slight surface roughness resulting from the nitriding are removed.
  • the aforementioned combination of classical carburizing and subsequent long-term nitriding results in a sufficiently thick, hard surface layer, wherein the corrosion and roll over resistance is markedly improved.
  • the boundary layer desirably considerable residual compressive stresses are formed, which are typically above 500 MPa.
  • the increase in hardness in the functional layer i.e., in the nitriding zone
  • the content of nitrogen in the nitriding zone is greater than 1%.
  • FIG. 2 shows a carburizing and quenching process preceding the sequence according to FIG. 1 in a modification of the invention
  • FIG. 3 shows the hardness profile of a functional surface formed by the method according to the invention in the case of a high-alloyed case-hardening steel without prior carburizing
  • FIG. 4 shows the profile of the compressive residual stresses generated in the functional surface in the case of a high-alloyed case-hardened steel without prior carburizing
  • FIG. 5 shows a comparison of the distortion of a roller bearing component during treatment according to the prior art described at the beginning on the one hand and the method according to the invention on the other hand,
  • FIG. 6 shows the microstructure in a functional surface of a rolling bearing component produced according to a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows the degree of hardness profile of a functional surface produced according to the second exemplary embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 8 shows the course of the compressive residual stresses in this functional area
  • FIG. 9 shows a conventional pitting corrosion in a state of the art
  • FIG. 10 shows corrosion in a functional surface of a rolling bearing component produced according to the second exemplary embodiment of the invention.
  • the raceway 2 has an inner diameter d (for example, 250 mm) and an outer diameter D.
  • roller bearing rings are usually made of high alloy for use in critical applications, for example in aerospace engineering, especially in sliding stresses between rolling elements and tread 3 made of special case-hardened steels such as P675 and are designed for high operating and application temperatures with increased risk of corrosion.
  • the bearing ring is subjected to long-term nitriding by the method according to the invention.
  • This can be configured particularly preferably as plasma nitriding.
  • a nitriding oven 6 is provided with corresponding furnace walls, of which the upper one is provided with the reference numeral 7.
  • the bearing ring 2 for example, by oxidation with the surrounding atmospheric oxygen O 2 may have a thin, but nevertheless passivated surface 8, preferably the surface 8 is first cleaned.
  • the bearing ring 2 is introduced into the furnace 6 and then the sealed furnace 6 is first filled with a first process gas P1, which consists for example predominantly of argon.
  • a potential difference and thus an electric field is generated by applying a voltage U of, for example, 400-800 V.
  • the gas atoms accelerated on the bearing ring 2 lead to a break-up and removal of the interfering surface layers, in particular the mentioned oxide layer.
  • This cleaning process can last for 30 minutes, depending on the set parameters.
  • the furnace 6 is evacuated and then a second process gas P2 is introduced into the furnace 6 with considerable negative pressure.
  • the process gas P2 comprises nitrogen and hydrogen as essential components and may additionally contain noble gases, for example argon.
  • the addition of argon can advantageously continue to ensure a cleaning of the surface 8 during the subsequent long-term nitriding.
  • the main voltage drop forms immediately in the vicinity of the surface 8 of the bearing ring 2 in a so-called glow seam 10, which is only a few millimeters forms above the component surface.
  • this plasma is performed at temperatures T of 450 -.. 650 0 C over a period t to maintain at least 25 hours during this period diffuses the atomically present in plasma Nitrogen in the surface 8 of the component 2 to a maximum of about 1 mm depth.
  • the component 2 has the desired hardened edge layer (functional layer) 4, so that the running surface 3 is not only hardened to reduce wear, but is also highly corrosion-resistant due to the positive effects of nitriding.
  • the structure in the region of the layer 4 is characterized by considerable residual compressive stresses which considerably increase the rolling strength.
  • a slight mechanical surface finishing treatment may be provided with a polishing tool 12.
  • a polishing tool 12 In order to remove any roughness of the tread 3 due to the nitriding treatment, a slight mechanical surface finishing treatment may be provided with a polishing tool 12.
  • only a comparatively small material removal is required in order to adapt the resulting diameter d 'to the desired nominal diameter.
  • Figure 2 shows a modification of the method according to the invention, in which the long-term nitriding treatment is preceded by a carburizing and quenching of the nitrierzuhärtenden functional layer.
  • a rolling bearing component (bearing ring) 22 is placed on a carrier 21, the tread 23 is first heated in a carburizing furnace (by heating the entire bearing ring 22) to temperatures above 1000 0 C under a carbonaceous (indicated by "C") atmosphere.
  • the carbon diffuses into the lattice structure of the Case hardening steel (for example P675) up to a layer depth of several millimeters.
  • the bearing ring 22 is quenched in a quench bath 30, whereby the carbon atoms remain in forced positions in the lattice structure of the insert steel and lead to an increase in hardness.
  • a quench bath 30 whereby the carbon atoms remain in forced positions in the lattice structure of the insert steel and lead to an increase in hardness.
  • a relatively large delay which must be corrected in this stage of the process by appropriate, indicated by a grinding tool 32 mechanical post-processing.
  • the contours which are sometimes considerably unround after quenching are brought to diameters which, with the exception of a small excess, correspond to the desired nominal diameters.
  • the bearing ring 22 is treated further as described in connection with FIG.
  • FIG. 3 shows the hardness profile of a rolling bearing ring hardened by the method according to the invention according to the first embodiment variant (ie without previous carburizing and quench hardening / cf. FIG. 1).
  • the Vickers hardness HV 0.1
  • 0.1 denotes the load specification 0.1 kg of the test diamond.
  • the Vickers hardness is measured and applied in the ordinate in a prepared grinding from the bearing ring on the perpendicular to the running surface extending grinding surface in the specified distance points.
  • the ideal circular shape 50 of the tread (see Figure 1) is shown here as a dotted circle.
  • the deviation from this ideal geometry is shown in a bearing ring made of the stainless steel P675 treated according to the invention as a solid line 51.
  • the representation scale of the deviation from the ideal form it can be seen from FIG. 5 that at most a deviation of a few micrometers results.
  • FIG. 6 shows a sample of a bearing ring of a bearing ring applied to a preparation aid in the form of an aluminum layer 60.
  • the cut is perpendicular to the tread and shows below the tread 3 a relatively low-carbide region 61 in which the carbides formed during carburization have been partially dissolved by the subsequent introduction of nitrogen.
  • the nitrogen introduced forms nitrides, which, however, are distributed very finely and are thus not recognizable in this cut.
  • the fine distribution of the nitrides and the dissolution of the carbides improve the properties of the case hardening steel and, in particular, increase its roll resistance and corrosion resistance.
  • the material structure as a whole is very homogeneous.
  • FIG. 8 shows particularly impressively directly from the running surface and up to a range of approximately 0.1 mm below the surface a greatly increased residual stress of the second one
  • Embodiment of the invention produced bearing ring.
  • FIGS 9 and 10 show in comparison the significantly improved corrosion properties, in particular against the so-called pitting, in a case hardened with the inventive method bearing ring.
  • FIG. 9 shows the corrosion on the surface of a functional layer hardened only by carburization and subsequent quenching with clearly visible, approximately circular, hole-shaped recesses.
  • Figure 10 shows the corrosion behavior of a treated according to the second embodiment of the invention functional layer. Although it also shows some corrosion, the erosion of corrosion is advantageously extremely uniform.
  • a hardened by the novel rolling bearing component made of high-alloy steel case shows a significantly improved corrosion behavior.
  • the present invention in particular rolling bearing rings for critical applications, especially for aerospace applications can be created, the high rolling and sliding stresses between the rolling elements and the WälzEff vom allow and tolerate even at high application temperatures and korrosionsaggressiver environment.
  • Particularly advantageous is the significant increase in the degree of hardness in the functional layer, which is typically below 1000 HV by conventional methods.
  • the hardness which can be achieved by conventional methods is associated with the acceptance of relatively coarse carbides which undesirably reduce the roll-over resistance and, in particular in the highly tempered state, also lead to a significantly reduced corrosion resistance.
  • the long-term nitriding according to the invention leads to a sufficiently thick, hard functional layer of 1,000 HV and more and is both applicable to a previously untreated case steel as well as an already carburized and hardened case steel, with improvements of the mechanical properties at low distortion and extremely low Nachbearbeitungs site be achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Laufflächen (3) von Wälzlagerkomponenten (2), insbesondere von äußeren Lagerringen. Um die Wälzlagerkomponente in ihrer Randzone (Funktionsschicht) mit einer tiefen Schicht besonders hoher Härte und Korrosionsfestigkeit zu versehen, wird die Wälzlagerkomponente (2) einem Langzeit-Nitrieren unterzogen, das bei einer Temperatur zwischen 450 und 650 °C und für eine Dauer von mindestens 25 Stunden vorgenommen wird, wobei während dieser Behandlung kein Aufkohlen bzw. anschließend kein Abschrecken erfolgt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Verfahren zum Härten von Laufflächen von Wälzlagerkomponenten
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Herstellung von Komponenten, ins- besondere von Lagerringen, für Wälzlager, die für besonders kritische und hoch beanspruchte Einsatzfälle, insbesondere speziell zur Anwendung in der Luft- und Raumfahrt konzipiert sind. Derartige Wälzlager sind im Betrieb außerordentlich hohen Beanspruchungen ausgesetzt und müssen auch unter hohen Umgebungs- bzw. Betriebstemperaturen bei hoher Wälz- und Gleit- beanspruchung zwischen den eigentlichen Wälzkörpern und den zugeordneten Laufbahnen ein zuverlässiges und möglichst verschleißfreies Betriebsverhalten aufweisen. Zudem ist in verschiedenen Anwendungsfällen eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit gewünscht.
Derartige hochbelastbare Wälzlager weisen oft erhebliche Abmessungen in dem Laufbahndurchmesser des Wälzlager-Außenringes auf. Dadurch wirkt sich bereits ein relativ geringer Verzug des Wälzlagerringes bei der Wärmebehandlung erheblich aus und kann kostenaufwendige mechanische Nach- arbeiten erfordern. Außerdem kann im Falle einer Ovalität der Materialabtrag über den Umfang ungleich sein.
Ringe für derartige Anwendungen werden vorzugsweise aus hochlegierten Einsatzstählen gefertigt. Derartige hochlegierte Einsatzstähle werden beispielsweise von der Firma Carpenter Technology Corporation / Carpenter Steel Division (USA) unter der bekannten Handelsbezeichnung Pyrowear 675 Stainless (P675) vertrieben und werden in der Firmenschrift Stainless Steels 68.2-96-4M angeboten und in folgender typischer Zusammensetzung mit
Kohlenstoff: 0,07%
Mangan: 0,65%
Silizium: 0,40% Chrom: 13,00%
Molybdän: 1 ,80%
Cobalt: 5,40%
Nickel: 2,60%
Vanadium: 0,60% Eisen: Rest
beschrieben.
Ein anderer für derartige Einsatzfälle geeigneter Stahl wird unter der Be- Zeichnung Carburizing Stainless Steel (CSS) CSS-42L von der US- amerikanischen Firma Latrobe Steel Company angeboten und weist nach der Firmenschrift folgende typische Zusammensetzung auf:
Kohlenstoff: 0,15% Mangan: k. A.
Silizium: k. A.
Chrom: 14,00% Molybdän: 4,75%
Cobalt: 12,50%
Nickel: 2,00%
Vanadium: 0,60% Eisen: Rest
Ein weiterer geeigneter hochlegierter Einsatzstahl ist unter der Bezeichnung CX13VDW vom Hersteller Aubert & Duval Holding, Frankreich, bekannt und setzt sich typischerweise folgendermaßen zusammen:
Kohlenstoff: 0,12%
Mangan: k. A.
Silizium: k. A.
Chrom: 12,00% Molybdän: 1 ,60%
Cobalt: 0
Nickel: 2,50%
Vanadium: 0,30%
Eisen: Rest.
Aus der US-Patenschrift 6,179,933 sind Wälzkörper tragende Wälzlagerkomponenten - z.B. für den Einsatz in Flugzeugtriebwerken - aus hochlegierten Einsatzstählen (beispielsweise dem zuvor erwähnten Pyrowear 675) offenbart, die durch eine zusätzliche Wärmebehandlung des vorgehärteten Stahls eine besonders gehärtete Lauffläche für die Wälzkörper aufweisen.
Dazu wird die zunächst durch klassisches und an sich bekanntes Aufkohlen und anschließendes Abschrecken bereits vorgehärtete Wälzlagerkomponente für kurze Zeit einer anschließenden Nitrierbehandlung (nachfolgend auch verkürzt als Nitrieren bezeichnet) unterzogen. Dabei sind Temperaturen im Bereich von 375 0C bis 592 0C vorgeschlagen, denen die Wälzlagerkomponente in einem Kurzzeit-Nitrieren für 1 bis 2 Stunden ausgesetzt wird. Dabei bildet sich eine sehr dünne, zusätzlich gehärtete Schicht von bis zu 150 μm mit einer Vickers-Härte von 800 bis 1.200 HV 0,3. Diese Schicht dient dazu, dem üblicherweise erhöhten Verschleiß der Lauffläche während des Betriebsanlaufs bzw. des Einlaufens entgegen zu wirken.
Wie erwähnt muss der hochlegierte Einsatzstahl zur Erzeugung einer für den Dauerbetrieb ausreichenden Oberflächenhärte und Schichtdicke einem an sich bekannten Aufkohlungsprozess unterzogen werden. Dazu wird der Einsatzstahl Kohlenstoff bei relativ hohen Temperaturen von ca. 850° bis 1050 0C einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt und anschließend abgeschreckt. Dabei diffundieren Kohlenstoffatome in die Randschicht des Stahls ein, der an sich einen nur relativ niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweist und somit per se nicht härtbar ist. Unterhalb der Randschicht bleibt der Stahl erwünschterweise weiterhin relativ kohlenstoffarm und dadurch relativ zäh. Der eindiffundierende Kohlenstoff findet zwischen den Atomen im Gitter des Einsatzstahls quasi seinen Platz. Durch das Abschrecken verbleiben die Kohlenstoffatome in dem Atomgitter des Stahles in Zwangspositionen und bewirken dadurch die Härtesteigerung, während sie bei einer langsamen Abkühlung energetisch günstige Positionen im Gitter einnehmen ohne eine wesentliche Härtesteigerung zu verursachen.
Durch das reine Aufkohlen ist die Härte in der relevanten Randzone (nachfolgend auch Funktionsschicht genannt) der Wälzlagerkomponente begrenzt auf üblicherweise unter 1.000 HV, die Härtung ist mit der Bildung von relativ großen Karbiden verbunden. Diese verringern die Überrollfestigkeit. Insbesondere im hochangelassenen Zustand (mit einer Anlasstemperatur von ca. 5000C) ist die Korrosionsbeständigkeit der allein durch Aufkohlen gehärteten Oberfläche der Wälzlagerkomponente gering. Aus der Patentanmeldung US2005 / 0268990 A1 ist eine Wärmebehandlung für einen Einsatzstahl, insbesondere für Lager für Luft- und Raumfahrtanwendungen bekannt, die ebenfalls von der zuvor beschriebenen Aufkohlung mit den zuvor beschriebenen Problemen ausgeht. Wie die US2005 / 0268990 A1 anhand ihrer Ausführungsbeispiele beschreibt, kann auch hier der Einsatzstahl Pyrowear 675 verwendet werden, der zunächst mechanisch zur Ausbildung der gewünschten Lagerkomponente bearbeitet wird. Anschließend wird die Lagerkomponente carbo-nitriert. Bei diesem Carbo-Nitrierungsprozess wird die Lagerkomponente in einem Temperatur- bereich von 898° bis 1093° C (1.650 bis 2.000 0F) für 40 bis 200 Stunden einem Gasgemisch mit Kohlenstoff- und Stickstoffanteilen ausgesetzt. Anschließend muss die Wälzlagerkomponente wie vorstehend im Zusammenhang mit dem reinen Aufkohlen beschrieben einer Abschreckung unterzogen werden. Dies wirft die eingangs geschilderten Probleme, insbesondere hin- sichtlich der Maßhaltigkeit der Wälzlagerkomponente, auf. Bei dem anschließend zur (Wieder)Herstellung der Maßhaltigkeit erforderlichen mechanischen Materialabtrag muss dann eine relativ dicke Schicht abgetragen werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Härten von Laufflächen von Wälzlagerkomponenten, insbesondere äußeren Lagerringen, anzugeben, bei dem die Wälzlagerkomponente in ihrer Randzone (Funktionsschicht) eine Schicht besonders hoher Härte und Korrosionsfestigkeit aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Funktionsschicht so herzustellen, dass eine aufwendige, mit hohem Materialabtrag verbundene nachträgliche mechanische Bearbeitung nicht mehr erforderlich ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Härten von Laufflächen von Wälzlagerkomponenten, bei dem die Wälzlagerkomponente einem Langzeit-Nitrieren unterzogen wird, das bei einer Temperatur zwischen 450 und 650 0C und für eine Dauer von mindestens 25 Stunden vorgenommen wird, wobei während dieser Behandlung kein Aufkohlen bzw. anschließend kein Abschrecken erfolgt.
Die vorliegende Erfindung verlässt damit den durch den bisher bekannt gewordenen Stand der Technik vorgezeichneten Weg des Kurzzeit-Nitrierens, um einen bereits vorgehärteten Einsatzstahl für den Betriebseinlauf auf seiner Lauffläche mit einer sehr dünnen, zusätzlich gehärteten Einlaufschicht zu versehen. Das erfindungsgemäße Verfahren geht dagegen einen völlig neuen Weg, indem es eine gegenüber dem bisher bekannt gewordenen Stand der Technik vergleichsweise lange Nitrierbehandlungsdauer von mindestens 25 Stunden bei 450 bis 650 0C vorsieht. Während dieser Wärmebehandlungsdauer können die Stickstoffatome weit tiefer in das Material der Wälzlagerkomponente eindringen und somit eine gehärtete Funktionsschicht mit einer Schichtdicke von bis zu 1 mm, vorzugsweise bis zu 0,75 mm, erzeugen.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass während des Langzeit-Nitrierens kein Aufkohlen erfolgt und nach Abschluss der Nit- rier-Wärmebehandlung temperaturmäßig kein Abschrecken der Wälzlagerkomponente erfolgt. Damit sind die mit dem Abschrecken einhergehenden Materialbelastungen und ein entsprechender Materialverzug vermieden. Dadurch muss bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Wälzlagerkomponente anschließend keiner oder nur einer geringfügigen mechanischen Nachbearbeitung unterzogen werden. Im Ergebnis erzeugt das erfindungsgemäße Verfahren an Wälzlagerkomponenten aus hochlegierten Einsatzstählen eine Funktionsschicht mit einer äußerst harten oberen Randschicht, in der sehr hohe Druckeigenspannungen bestehen. Damit erhöht sich die Rollfestigkeit der Funktionsschicht ganz erheblich.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Dauer der Wärmebehandlung bzw. des Nitrierens mindestens 25 Stunden beträgt.
Das Nitrieren kann grundsätzlich durch sogenanntes Gasnitrieren erfolgen. Eine gewisse Problematik beim Gasnitrieren besteht in der so genannten Passivschicht, die zumeist aus einer dünnen Oxydschicht besteht und das Eindringen der Stickstoffatome in den Werkstoff der Wälzlagerkomponente erschwert. Diese Passivschicht ist durch Gasnitrieren allein relativ schlecht überwindbar.
Vor diesem Hintergrund sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Wälzlagerkomponente einem Langzeit-Plasmanitrieren unter- zogen wird. Bei dem Plasmanitrieren können in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung zwei Schritte der Oberflächenbehandlung der Wälzlagerkomponente nacheinander zur Verbesserung des Verfahrensergebnisses durchgeführt werden, nämlich zunächst das Säubern und Aktivieren der Oberfläche und anschließend das eigentliche Nitrieren.
Dabei wird für beispielsweise zunächst ca. 30 Minuten die Oberfläche der zu behandelnden Wälzlagerkomponente durch auf die Oberfläche geschossene Gasatome (beispielsweise Argon) gesäubert. Die Argonatome bewirken aufgrund ihrer hohen Masse eine sehr effektive Säuberung der Oberfläche. An- schließend kann zur Plasmabildung und zum eigentlichen Nitrieren eine Prozessgasmischung aus Stickstoff, Wasserstoff und einem (geringeren) Argonanteil verwendet werden und die Oberfläche der Wälzlagerkomponente diesem Prozessgas ausgesetzt werden. Vorzugsweise wird hier ein Druck von 3 bis 10 mbar eingestellt, der ein besonders stabiles Plasma gewährleistet.
Beim Plasmanitrieren wird die Wälzlagerkomponente bevorzugt auf einer Grundplatte mit einem elektrischen Potential angeordnet, das gegenüber der Ofenwand einen Potential- bzw. Spannungsunterschied von 400 bis 800 V aufweist. In dem Nitrierofen bildet sich dabei der wesentliche Spannungsabfall unmittelbar an der Bauteiloberfläche der Wälzlagerkomponente innerhalb weniger Millimeter, wodurch sich dort eine sehr hohe Feldstärke ergibt, die zur Ionisierung der Gaskomponenten des Prozessgases und damit zur Plasmabildung führt.
Die Wälzlagerkomponente wird dann vorzugsweise mindestens 50 Stunden dieser Situation ausgesetzt, wodurch sich durch das Langzeit- Plasmanitrieren die erwähnte gehärtete Funktionsschicht mit einer Dicke von vorteilhafterweise bis zu 1 mm ergibt.
Das erfinderische Langzeit-Nitrieren ergibt eine hinreichend dicke, harte Randschicht, beispielsweise von typischerweise größer 1000 HV, wobei die Korrosions- und Überrollfestigkeit merklich verbessert und/oder die Bildung von Lochfraßkorrosion verhindert werden kann. Außerdem bilden sich in der Randschicht erwünschterweise erhebliche Druckeigenspannungen von typischerweise größer als 400 MPa.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht weiter vor, dass die zu härtende Funktionsschicht vor dem Langzeit-Nitrieren in an sich bekannter Weise aufgekohlt wird. Die Wälzlagerkomponente kann nach dem Aufkohlen und dem anschließenden Abschrecken vorteilhafterweise schon weitestge- hend auf Sollmaß gebracht werden, weil - wie zuvor beschrieben - mit dem anschließenden Langzeit-Nitrieren allenfalls noch ein sehr geringer Bauteilverzug einhergeht. Nach dem anschließenden Langzeit-Nitrieren kann die Wälzlagerkomponente dann auf Maß nachbearbeitet werden und dabei eine durch das Nitrieren entstehende unerwünschte leichte Oberflächenrauhigkeit entfernt werden.
Die vorgenannte Kombination von klassischem Aufkohlen und anschließendem Langzeit-Nitrieren ergibt eine hinreichend dicke, harte Randschicht, wobei die Korrosions- und Überrollfestigkeit merklich verbessert ist. Außerdem bilden sich in der Randschicht erwünschterweise erhebliche Druckeigenspannungen, die typischerweise oberhalb von 500 MPa liegen. Die Här- testeigerung in der Funktionsschicht (d.h. in der Nitrierzone) erfolgt ohne Bildung von unerwünschten groben Hartphasen (Karbiden). Vorzugsweise ist der Gehalt an Stickstoff in der Nitrierzone größer als 1 %.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielhaft weiter erläutert, wobei die dargestellten speziellen Ausführungsformen und Beispiele keine Einschränkung der Erfindung bedeuten. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Ablauf eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 einen in Modifikation der Erfindung dem Ablauf nach Figur 1 vorgeschalteten Aufkohlungs- und Abschreckungsprozess,
Figur 3 den Härteverlauf einer durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildeten Funktionsfläche bei einem hochlegierten Einsatzstahl ohne vorheriges Aufkohlen,
Figur 4 den Verlauf der in der Funktionsfläche erzeugten Druckeigenspannungen bei einem hochlegierten Einsatzstahl ohne vorhe- riges Aufkohlen, Figur 5 im Vergleich den Verzug einer Wälzlagerkomponente bei Behandlung nach dem eingangs beschriebenen Stand der Technik einerseits und dem erfindungsgemäßen Verfahren andererseits,
Figur 6 die Gefügestruktur in einer nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten Funktionsfläche einer Wälzlagerkomponente,
Figur 7 den Härtegradverlauf einer nach dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugten Funktionsfläche,
Figur 8 den Verlauf der Druckeigenspannungen in dieser Funktionsflä- che,
Figur 9 eine übliche Lochfraßkorrosion bei einer nach dem Stand der
Technik gehärteten Funktionsfläche einer Wälzlagerkomponente und
Figur 10 eine Korrosion bei einer nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten Funktionsfläche einer Wälzlagerkomponente.
Figur 1 zeigt auf einem Träger 1 eine Wälzlagerkomponente 2 in Form eines äußeren Lagerringes mit einer Lauffläche 3. Der Laufring 2 hat einen Innendurchmesser d (von beispielsweise 250 mm) und einen Außendurchmesser D.
Derartige Wälzlagerringe sind üblicherweise zur Verwendung in kritischen Einsatzfällen z.B. in der Luft- und Raumfahrttechnik insbesondere bei Gleitbeanspruchungen zwischen Wälzkörpern und Lauffläche 3 aus hochlegier- ten Einsatzstählen wie z.B. P675 gefertigt und sind für hohe Betriebs- bzw. Anwendungstemperaturen bei erhöhter Korrosionsgefahr ausgelegt. Um den Wälzlagerring 2 unterhalb seiner Lauffläche 3 mit einer gehärteten Randschicht 4 (nachfolgend auch Funktionsschicht genannt) zu versehen, wird der Lagerring nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einem Langzeit- Nitrieren unterzogen. Dies kann besonders bevorzugt als Plasmanitrieren ausgestaltet sein. Dazu ist ein Nitrierofen 6 vorgesehen mit entsprechenden Ofenwänden, von denen die obere mit dem Bezugszeichen 7 versehen ist. Da der Lagerring 2 beispielsweise durch Oxidation mit dem umgebenden Luftsauerstoff O2 eine dünne, aber dennoch insoweit passivierte Oberfläche 8 aufweisen kann, wird vorzugsweise zunächst die Oberfläche 8 gesäubert. Dazu wird der Lagerring 2 in den Ofen 6 eingebracht und der dann verschlossene Ofen 6 zunächst mit einem ersten Prozessgas P1 gefüllt, das beispielsweise überwiegend aus Argon besteht. Zwischen dem Lagerring 2 und den Ofenwänden wird durch Anlegen einer Spannung U von beispielsweise 400 - 800 V eine Potentialdifferenz und damit ein elektrisches Feld erzeugt. Die auf den Lagerring 2 beschleunigten Gasatome führen zu einem Aufbrechen und Entfernen der störenden Oberflächenschichten, insbesondere der erwähnten Oxydschicht. Dieser Säuberungsvorgang kann - je nach eingestellten Parametern - beispielsweise 30 Minuten andauern.
Anschließend wird der Ofen 6 evakuiert und danach ein zweites Prozessgas P2 mit erheblichem Unterdruck in den Ofen 6 eingebracht. Das Prozessgas P2 umfasst als wesentliche Komponenten Stickstoff und Wasserstoff und kann zusätzlich Edelgase enthalten, beispielsweise Argon. Durch die Beigabe von Argon kann vorteilhafterweise während des jetzt anschließenden Langzeit-Nitrierens weiterhin für eine Säuberung der Oberfläche 8 gesorgt werden.
Unterstützt durch entsprechende Evakuierung bildet sich der hauptsächliche Spannungsabfall unmittelbar in der Nähe der Oberfläche 8 des Lagerrings 2 in einem so genannten Glimmsaum 10 aus, der sich nur wenige Millimeter oberhalb der Bauteiloberfläche ausbildet. Dort wird bei einem geringen Druck p von vorzugsweise 3 bis "lO mbar ein stabiles Plasma erzeugt. Dieses Plasma wird bei Temperaturen T von 450 - 650 0C über eine Dauer t von mindestens 25 Stunden aufrechterhalten. Während dieser Dauer diffundiert der im Plasma atomar vorliegende Stickstoff in die Oberfläche 8 des Bauteils 2 bis ca. maximal 1 mm Tiefe ein.
Anschließend (in Figur 1 rechts dargestellt) weist das Bauteil 2 die erwünschte gehärtete Randschicht (Funktionsschicht) 4 auf, so dass die Lauffläche 3 nicht nur verschleißmindernd gehärtet, sondern aufgrund der positiven Einflüsse der Nitrierung auch sehr korrosionsfest ausgebildet ist. Das Gefüge im Bereich der Schicht 4 ist nämlich durch erhebliche Druckeigenspannungen charakterisiert, die die Rollfestigkeit erheblich erhöhen.
Um eine etwaige Rauhigkeit der Lauffläche 3 infolge der Nitrierbehandlung zu entfernen, kann mit einem Polierwerkzeug 12 eine geringfügige mechanische Oberflächennachbehandlung vorgesehen werden. Im Vergleich zu der bei einem Aufkohlen und anschließendem Abschrecken erforderlichen Nachbehandlung zur (Wieder-)Herstellung der gewünschten Geometrie des Lagerringes 2 ist hierbei jedoch nur ein vergleichsweise geringer Materialab- trag erforderlich, um den entstehenden Durchmesser d' an den gewünschten Solldurchmesser anzupassen.
Figur 2 zeigt eine Modifikation des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der Langzeit-Nitrierbehandlung eine Aufkohlung und Abschreckung der nitrierzuhärtenden Funktionsschicht vorgeschaltet ist.
Hierzu ist auf einem Träger 21 eine Wälzlagerkomponente (Lagerring) 22 aufgelegt, deren Lauffläche 23 zunächst in einem Aufkohlungsofen (durch Erwärmung des gesamten Lagerrings 22) auf Temperaturen von über 1.000 0C unter einer kohlenstoffhaltigen (durch "C" angedeutet) Atmosphäre erwärmt wird. Dabei diffundiert der Kohlenstoff in die Gitterstruktur des Einsatzstahles (beispielsweise P675) bis zu einer Schichttiefe von mehreren Millimetern ein.
Anschließend wird in einem Abschreckungsbad 30 der Lagerring 22 abge- schreckt, wodurch die Kohlenstoffatome in Zwangspositionen in der Gitterstruktur des Einsatzstahls verbleiben und zur Härtesteigerung führen. Dabei ergibt sich in der Regel ein relativ großer Verzug, der in diesem Verfahrensstadium durch entsprechende, durch ein Schleifwerkzeug 32 angedeutete mechanische Nachbearbeitung korrigiert werden muss. Dabei werden insbe- sondere die nach dem Abschrecken teilweise erheblich unrunden Konturen auf Durchmesser gebracht, die bis auf ein kleines Übermaß den gewünschten Solldurchmessern entsprechen. Anschließend wird der Lagerring 22 wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben weiter behandelt.
Figur 3 zeigt den Härteverlauf eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der ersten Ausgestaltungsvariante (d.h. ohne vorheriges Aufkohlen und Abschreckhärten / vergleiche Figur 1) gehärteten Wälzlagerrings. In Abhängigkeit vom Abstand von der Oberfläche [in mm] ist in Figur 3 die Vi- ckers-Härte (HV 0,1) angegeben (mit 0,1 ist die Lastangabe 0,1 kg des Prüf- diamanten bezeichnet). Dabei wird in einem präparierten Schliff aus dem Lagerring auf der senkrecht sich zur Lauffläche erstreckenden Schlifffläche in den angegebenen Abstandspunkten jeweils die Vickers-Härte gemessen und in der Ordinate aufgetragen. Man erkennt dabei eine gehärtete Randschicht (Funktionsschicht) von ungefähr 0,18 mm Tiefe, in welcher die Härte 50 Vickers über der Härte des Grundmateriales beträgt. Damit ist eine erhöhte Härte in einer bemerkenswerten Schichtdicke erzeugt, die sowohl mit dem an sich bekannten Aufkohlungs- und Abschreckhärten bei einer maximalen Härte unter 1000 HV als auch mit der aus der US-Patentschrift 6,179,933 bekannten Kurzzeit-Nitrierung bei einer maximalen Dicke der Funktions- schicht von unter 0,15mm nicht erreichbar sind. In Figur 4 ist zu dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit vom Abstand [in mm] von der Oberfläche auf der Ordinate der Eigenspan- nungsverlauf innerhalb der Funktionsschicht aufgetragen. Die als Druckspannung (daher konventionsgemäß) mit negativem Vorzeichen auf der Or- dinate aufgetragene Spannung [MPa] erreicht beim beispielhaft verwendeten Einsatzstahl P675 mit über 400 MPa einen beachtlichen Anfangswert, der erst unterhalb einer Schichtdicke von 0,15 mm in den annähernd spannungsfreien Bereich übergeht. Eine derart hohe Eigenspannung im kritischen Schichtbereich der Lauffläche ist mit den bekannten Verfahren eben- falls nicht erzielbar.
Figur 5 verdeutlicht bei dem ersten Ausführungsbeispiel unter Verwendung des Stahls P675 bei einem Lagerring mit einem Innendurchmesser (Laufbahndurchmesser) von D=250mm den äußerst geringen Verzug nach Been- digung des erfindungsgemäßen Langzeit-Nitrierverfahrens. Die ideale kreisrunde Form 50 der Lauffläche (vergleiche Figur 1) ist hier als punktierter Kreis dargestellt. Die Abweichung von dieser idealen Geometrie ist bei einem erfindungsgemäß behandelten Lagerring aus dem Edelstahl P675 als durchgezogene Linie 51 dargestellt. Mit Blick auf den Darstellungsmaßstab der Abweichung von der Idealform ist aus Figur 5 ersichtlich, dass sich allenfalls eine Abweichung von wenigen Mikrometern ergibt.
Zum Vergleich ist demgegenüber der Verzug eines Lagerrings gleicher Geometrie nach dem Aufkohlen und anschließendem Abschrecken in gestri- chelter Linie 52 dargestellt. Man erkennt, dass der hierbei auftretende Verzug durchaus im Bereich von 50 μm und damit um ca. den Faktor 10 höher ausfällt.
In den nachfolgenden Figuren 6 bis 10 sind Gefügeschliffe und Probenun- tersuchungen eines Lagerringes aus dem Einsatzstahl P675 dargestellt, der zunächst aufgekohlt und abschreck-gehärtet wurde und anschließend einem Langzeit-Nitrierverfahren unterzogen wurde. Figur 6 zeigt dabei eine auf einer Präparationshilfe in Form einer Aluminiumschicht 60 aufgebrachte Materialprobe eines Lagerringes im Schliff. Der Schliff ist senkrecht zur Lauffläche und zeigt unterhalb der Lauffläche 3 einen relativ karbidarmen Bereich 61 , in dem die bei der Aufkohlung gebilde- ten Karbide durch die anschließende Stickstoffeinbringung teilweise aufgelöst worden sind. Der eingebrachte Stickstoff bildet zwar seinerseits Nitride, die allerdings sehr fein verteilt und damit in diesem Schliff nicht erkennbar sind. Die feine Verteilung der Nitride und die Auflösung der Karbide verbessern die Eigenschaften des Einsatzstahles und erhöhen insbesondere des- sen Überrollfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Im unteren Teil des Ge- füges erkennt man eine etwas stärkere Ansammlung von Karbiden, wobei das Materialgefüge insgesamt sehr homogen ausgebildet ist.
Aus der in Figur 7 über dem Abstand [in mm] von der Oberfläche aufgetra- genen Vickers-Härte HVO, 1 des Lagerringes nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung geht hervor, dass im Bereich der Nitrierzone (bis ca. 0,15 mm unterhalb der Oberfläche) eine erhebliche Aufhärtung der Lauffläche bzw. der Funktionsschicht vorliegt, die deutlich über 1.000 HV 0,1 , im Maximum bei ca. 1.400 HV 0,1 liegt. Eine derartige Härtung lässt sich mit einer Aufkohlungs- und Abschreckbehandlung allein nicht erreichen. Ab ca. 0,15 mm unterhalb der Lauffläche besteht durch die Aufkohlung noch immer eine deutliche Aufhärtung.
Figur 8 schließlich zeigt besonders eindrucksvoll unmittelbar von der Laufflä- che ausgehend und bis in einen Bereich von ca. 0,1 mm Abstand unterhalb der Oberfläche eine stark erhöhte Eigenspannung des nach dem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellten Lagerringes. Man erkennt
Spitzenwerte der Druckeigenspannung von ca. 900 MPa im unmittelbaren
Bereich unterhalb der Lauffläche, die dann bis auf die typischerweise durch Aufkohlen und Abschrecken erzeugbaren Eigenspannungen von ca. 200
MPa zurückgeht. Die Figuren 9 und 10 zeigen im Vergleich die wesentlich verbesserten Korrosionseigenschaften, insbesondere gegen die so genannte Lochkorrosion, bei einem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einsatzgehärteten Lagerring.
Figur 9 zeigt die Korrosion an der Oberfläche einer nur durch Aufkohlung und anschließende Abschreckung gehärteten Funktionsschicht mit deutlich sichtbaren, annähernd kreisrunden lochförmigen Ausnehmungen. Dagegen zeigt Figur 10 das Korrosionsverhalten einer nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung behandelten Funktionsschicht. Dabei zeigt sich zwar auch eine gewisse Korrosion, der Korrosionsabtrag ist aber in vorteilhafter Weise außerordentlich gleichmäßig. Zusammenfassend ist damit festzuhalten, dass eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gehärtete Wälzlagerkomponente aus hochlegiertem Einsatzstahl ein deutlich verbessertes Korrosionsverhalten zeigt.
Mit der vorliegenden Erfindung können insbesondere Wälzlagerringe für kritische Einsatzfälle speziell für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt geschaffen werden, die auch bei hohen Anwendungstemperaturen und korrosionsaggressiver Umgebung hohe Wälz- und Gleitbeanspruchungen zwi- sehen den Wälzkörpern und den Wälzkörperlaufflächen zulassen und vertragen. Besonders vorteilhaft ist die deutliche Erhöhung des Härtegrades in der Funktionsschicht, der nach konventionellen Verfahren typischerweise unterhalb von 1.000 HV liegt. Die mit konventionellen Verfahren erzielbare Härte ist im Übrigen mit der Inkaufnahme von relativ groben Karbiden ver- bunden, die die Überrollfestigkeit in unerwünschter Weise verringern und - insbesondere im hochangelassenen Zustand - auch zu einer deutlich verringerten Korrosionsbeständigkeit führen. Demgegenüber führt das erfindungsgemäße Langzeit-Nitrieren zu einer hinreichend dicken, harten Funktionsschicht von 1.000 HV und mehr und ist sowohl anwendbar bei einem zuvor unbehandelten Einsatzstahl als auch bei einem bereits aufgekohlten und gehärteten Einsatzstahl, wobei hier Verbes- serungen der mechanischen Eigenschaften bei geringem Verzug und äußerst geringem Nachbearbeitungsbedarf erzielt werden.
Bezugszeichen
1 Träger
2 Wälzlagerkomponente (Lagerring)
.3 Lauffläche
4 Funktionsschicht
6 Nitrierofen
7 Ofenwand
8 Oberfläche
10 Glimmsaum
12 Polierwerkzeug
21 Träger
22 Wälzlagerkomponente (Lagerring)
23 Lauffläche
30 Abschreckungsbad
32 Schleifkopf
50 Linie
51 Linie
52 Linie
60 Aluminiumschicht (Präparationshilfe)
61 karbidarmer Bereich
d Innendurchmesser d' Durchmesser
D Außendurchmesser
P1 erstes Prozessgas
P2 zweites Prozessgas
P Druck t Dauer
T Temperatur

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Härten von Laufflächen (3) von Wälzlagerkomponenten (2), bei dem die Wälzlagerkomponente (2) einem Langzeit-Nitrieren unterzogen wird, das bei einer Temperatur zwischen 450 und 650 0C und für eine Dauer von mindestens 25 Stunden vorgenommen wird, wobei während dieser Behandlung kein Aufkohlen bzw. anschließend kein Abschrecken erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Nitrierdauer (t) mindestens 50 Stunden und höchstens 100 Stunden beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wälzlagerkomponente (2) einem Langzeit-Plasmanitrieren unterzogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die Wälzlagerkomponente (2) vor dem Langzeitnitrieren einer Säuberung der zu härtenden Oberfläche unterzogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Säuberung durch Oberflächenbe- schuss mit einem Inertgas unter gegenüber der Atmosphäre verminder- tem Druck (p) durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Säuberung in einem Ofen (6) erfolgt, in den zunächst vorzugsweise Edelgas (P1) eingebracht wird und anschließend ein Prozessgas (P2) zum Nitrieren eingebracht wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zu härtende Lauffläche (3) vor dem Langzeit-Nitrieren aufgekohlt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Wälzlagerkomponente (2) vor dem anschließenden Langzeit-Nitrieren auf Maß nachbearbeitet wird.
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