WO2010108869A1 - Metallenes bauteil, insbesondere wälzlager-, motoren- oder getriebebauteil - Google Patents

Metallenes bauteil, insbesondere wälzlager-, motoren- oder getriebebauteil Download PDF

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Claus Müller
Peter Schuster
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • Metal component in particular rolling bearing, engine or transmission component
  • the invention relates to a metal component, in particular a rolling bearing, engine or transmission component, comprising a component body and at least one functional surface provided thereon, which cooperates with another element.
  • Metal components are used in a wide variety of designs, examples being rolling bearing components (bearing rings, sleeves, etc.), engine components such as plungers or cams or shafts or gear components.
  • the mechanical properties, but also physical or chemical properties depend centrally on the component material used, ie the metal or steel used. Special requirements are placed on the strength and hardness of the material. However, it is not always possible to realize the required material properties, for example a high strength at the same time comparatively low modulus of elasticity in the field of Functional surface, that is, a relatively high elasticity in the functional area area. Summary of the invention
  • the invention is thus based on the problem of specifying a metal component, which has novel material properties over previously known metal components.
  • the metal component according to the invention is characterized by a combination of materials.
  • the central part of the component is the component body, which consists of any steel needed to meet the essential requirements of the component (strength, corrosion resistance, etc.).
  • the component body is still the central property-determining element of the component.
  • the component still consists of a second material, namely of an amorphous metal, which is or with which the functional surface is formed.
  • a material combination is used here, whereby each material has its specific material properties and makes them available.
  • such an inventive component is characterized by a high strength, resulting from the material properties of the component body, as well as a sufficiently high elasticity in the functional area, resulting from the linear elastic properties of the amorphous metal.
  • Amorphous metals sometimes called metallic glasses, are alloys that have an amorphous structure at the atomic level, ie no crystalline structure, as is true for metals. This atomic arrangement, which is very unusual for metals, leads to particular physical and mechanical properties. Such amorphous metals are generally more corrosion-resistant and stronger than ordinary metals. In the context of the preparation or processing of the starting material, the natural crystallization is prevented by very rapid cooling of the melt, so that the atoms are removed from the mobility before they can take the crystal arrangement or metal grid structure.
  • amorphous structures can only be achieved with special alloys several different elements, where usually at least three fundamentally different atomic sizes are represented.
  • the amorphous metal to be used, the starting material is to be determined by suitable choice of the alloy composition, with a sufficiently high ductility and fracture toughness as a selection parameter, the realization of a sufficiently low processing temperature, e.g. A reasonable low crystallization tendency of the molten metal upon cooling and inexpensive and available starting materials should be considered ..
  • Usable alloys preferably, but not exclusively, consist of alloying elements such as Fe, Ni, Al, Si, Zr, Ti, Cu
  • the invention is not limited to the above elements, a certain number or a certain atomic proportion of the respective alloying elements, also the element combination can be arbitrary be as long as the resulting amorphous metal the desired processing ngs- and target properties that are placed on the metal or the component to be produced, met.
  • amorphous metals show excellent mechanical, physical and chemical properties. They are generally much harder than ordinary metals, which is harder than normal steel used to make cages. In contrast, they are also much more corrosion resistant and stronger. They show in a wide range linear elastic behavior, d. h., in the alternating load a compression with minimal damping and minimal internal friction. This is a desirable feature, in particular, for the interaction between the component and the other component (e.g., bearing ring and rolling element) co-operating therewith. Of course, a sufficiently high temperature resistance is given. The high strength, combined with an achievable relatively low density depending on the alloying partners, also allows suitability for very high speeds, as well as excellent friction pairings can be found.
  • alloy compositions are made of, for example, the abovementioned alloying elements.
  • alloy compositions and their properties are given, which can be used to make possible the setting of a wide variety of mechanical, chemical and physical properties of the obtainable amorphous metal, depending on the composition.
  • a first example of an amorphous glass or metal glass for structural applications is Zr61, 7Al8Ni13Cu17Sn0.3, where the numbers behind the respective alloying element give its proportion in atomic% within the alloy.
  • This amorphous metal is significantly more ductile compared to other amorphous metals. It shows virtually no susceptibility to breakage failure, which is of central importance for the use according to the invention as a functional surface material.
  • a second example of a particularly suitable amorphous metal is Ni53Nb20Ti10Zr8Co6Cu3. This amorphous metal has a very good corrosion resistance, combined with a very high strength and compared to steel a significantly higher resistance to rolling friction.
  • Amorphous metals of composition (Cu0.6Af0,25Ti0,15) 90Nb10 show in hydrochloric acid and in NaCl solution compared to conventional bronze significantly higher corrosion resistance at the same time high compressive strength (about 2600 MPa) and for amorphous metals very high plastic strain of approx 12%.
  • amorphous metal in the context of the present invention is to be understood as meaning that the amorphous metal or the metal glass can both be completely amorphous or can also be present partially (crystallized out)
  • functional surfaces include raceways of rolling bearings, contact areas of seals, sleeves, inserts of linear guides, contact surfaces of chain guides or slide rails, etc. However, this list is not exhaustive.
  • the amorphous metals also show excellent resistance to wear and corrosion, which is due to the comparatively low modulus of elasticity, and the fact that the metal glasses do not have a regular metal structure and thus have no grain boundaries.
  • a further outstanding feature is that upon cooling of the metallic melt into the solid state, no shrinkage of crystallization occurs and thus shaping to the final contour dimension is possible.
  • a development of the invention provides for profiling, in particular roughening or roiling, the surface of the component body to which the amorphous metal is applied or with an adhesive layer in Form of a primer or interlayer to prove.
  • the surface profiling ensures an enlargement of the surface of the component body and thus an enlargement of the adhesive surface.
  • the detention plain can provide improved chemical or physical adhesion.
  • the amorphous metal may be poured.
  • the metal glass melt is poured onto or around or in the component body, wherein one or more of the component surfaces simultaneously act as a shaping tool against which is cast.
  • the shaping tool surfaces for the casted functional surface (s) are completed by further mold surfaces, which are adapted to the component shape.
  • the design of the component and the functional surface and the tool is such that the demolding, for example. is guaranteed by undercutting.
  • the tool can be equipped with slides, as they are known from injection molding. As a casting process Drucklosgie built or die casting (metal glass injection molding) comes into consideration.
  • a third application alternative envisages applying the amorphous metal in a PVD process, that is to say depositing it from the gas phase, in which case optionally an intermediate step can be carried out in order to produce a solid metal glass target material, for example by means of casting.
  • the metal-glass target is vaporized and this vapor is deposited on the optionally pretreated functional surface.
  • the invention further relates to a method for producing such a metal component, which is characterized in that a surface portion of the component body is covered with a functional surface of the component forming amorphous metal.
  • the surface section is provided with a profiling, in particular a roughening or with an adhesive layer, before the application of the a-morph metal.
  • a casting process in particular pressure casting, Sphtzguss or die casting
  • a spraying process in particular thermal spraying or low-temperature spraying or spray forming, and a PVD deposition.
  • the applied amorphous metal can be mechanically reworked in the area of the functional surface in order to reach the final contour, whereby this reworking is extremely small, due to the minimal shrinkage of the amorphous metal during cooling. It would be conceivable reworking by turning, drilling, milling, grinding or honing.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the sequence of the production of a metal component in the form of an angular contact ball bearing ring with a functional surface of an amorphous metal produced by casting,
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the production of a cylindrical roller bearing ring with a functional surface of an amorphous metal with a rotating tool
  • FIG. 3 shows a further basic illustration of the production of a cylindrical roller bearing ring with a functional surface made of an amorphous metal with a rotating tool together with a cross-sectional view of FIG
  • FIG. 4 is a schematic diagram for producing a cylindrical roller bearing ring with a functional surface of an amorphous metal of a second embodiment
  • Fig. 5 is a schematic diagram of a cylindrical roller bearing ring with a
  • Fig. 1 shows in the form of four partial steps I - IV the basic production process for forming an angular contact ball bearing ring 2, as shown in Fig. 1 in Part IV.
  • the metal component 1 in the form of the angular contact ball bearing ring 2 comprises a metal component body 3 made of a steel selected with reference to the purposes, wherein any steel having the desired material properties can be used here.
  • the cavity 4 is filled with an amorphous metal 6 as shown.
  • the amorphous metal forms the functional surface 7 of the component 1, on which, in the example shown, balls of the angular contact ball bearing to be produced with this component 1 roll.
  • the component body 3 which is underside and laterally opposed, which is not shown here, placed against a mold 8 having a feed channel 9, over which the molten amorphous metal 6 is supplied.
  • the channel outlet is opposite to the cavity 4, so that the outflowing liquid amorphous metal can flow directly into the cavity 4.
  • a slider 10 may be provided which seals the area between the liquid metal and the tool if necessary or with which undercuts can be displayed.
  • the mold 8 itself, for example, made of metal with high thermal conductivity such.
  • silicon carbide and optionally has cooling devices, ensures rapid heat dissipation.
  • the partial image IM shows the component 1 after cooling of the amorphous metal 6. Obviously this can survive a bit. In this case, it requires a post-processing to work out the final contour, as shown in the drawing part IV. This can be done for example by grinding. However, net-shape shaping without supernatant is possible, so that the post-processing can be omitted.
  • the functional surface 7 is formed exclusively from the amorphous metal, so that in the region of the functional surface 7, the material properties of the amorphous metal are present or are determinative, while otherwise the component body 3 respectively the material thereof determines the properties.
  • Fig. 2 shows a production example of a cylindrical roller bearing ring. Shown here are two components 1 in the form of cylinder bearing rings, each having a cavity 4. They lie on both sides of a mold 8, which can rotate about a rotation axis D.
  • the amorphous metal is supplied via a central supply channel 9 in the molten state, the supply channel 9 branches in the example shown in four transverse channels 11, each leading to the circulating annular cavity 4.
  • the mold 8 rotates during the introduction of the amorphous metal, so as to ensure that the cavity 4 is completely filled, since the transverse channels 11 travel along the cavity 4.
  • the surface of the cavity 4 may be profiled, for example, roughened or provided with a primer.
  • the bearing rings are removed again and reworked the surface of the respective metal glass layers to form the respective functional surface.
  • FIG. 3 shows an alternative, wave-like rotating mold 8 (top in longitudinal section, bottom in cross section), which rotates about its longitudinal axis relative to the stationary component 1. It also has a supply channel 9, which branches into transverse channels 11, these in turn open in the cavity 4 of the component 1, here also in the form of a cylindrical roller bearing ring, so that the supplied amorphous metal evenly in the cavity, this filling, can distribute , After cooling, the bearing ring - of course, several bearing rings can be filled simultaneously by means of a mold, there are only a corresponding number of transverse channels 11 provided distributed over the tool length - be reworked to form the functional surface.
  • a stationary mold 8 can also be used, see FIG.
  • the bearing ring has a bore 12 into which the supply channel 9 opens and over which the metal is supplied here only at one point on the circumference of the ring, which, as molten, is distributed throughout the annular cavity 4.
  • FIG. 5 shows a further example for the production of a metal component 1 in the form of a cylindrical roller bearing ring, which is, however, in two parts here. It consists of a large component body 1 and a after application of the amorphous metal 6 screwed to this second component body 1 a. Again, a mold 8 with a supply channel 9 is used, which opens in the region of the cavity 4. The cavity 4 of the here cross-sectionally L-shaped component body 3 is closed on the underside by a slide 10.
  • the mold is opened again and the slider 10 is removed, after which the post-processing of the metal glass 6 takes place, and work out the functional surface in its final contour, after which the second component body piece 3a, the here is designed as a ring, attached or screwed on. It would also be conceivable to inject or add this ring, etc.
  • rolling bearing components are merely examples of different components. Of course, these are not limiting. Rather, the components can be of any nature.
  • the amorphous metal Due to the high elasticity of the amorphous metal, elasticity in the region of the functional surface can be realized, for example based on the example of the rolling bearing components as described above, whereby a compression of the rolling elements is possible and a wider load zone in the rolling contact arises, that is, the local load on the bearing rings is reduced, their service life increases.
  • the rolling element completely made of metal glass or - according to the invention - from a metal central component body with applied outer metal produce glass rolling layer.

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Abstract

Metallenes Bauteil, insbesondere Wälzlager-, Motoren- oder Getriebebauteil, mit einem Bauteilkörper und wenigstens einer an diesem vorgesehenen Funktionsfläche, die mit einem anderen Element zusammenwirkt, wobei lediglich die Funktionsfläche (7) aus einem amorphen Metall (6) gebildet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Metallenes Bauteil, insbesondere Wälzlager-, Motoren- oder Getriebebauteil
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein metallenes Bauteil, insbesondere eine Wälzlager-, Motoren- oder Getriebebauteil, mit einem Bauteilkörper und wenigstens einer an diesem vorgesehenen Funktionsfläche, die mit einem anderen Element zusammenwirkt.
Hintergrund der Erfindung
Metallene Bauteile kommen in unterschiedlichsten Ausgestaltungen zum Einsatz, lediglich exemplarisch seien Wälzlagerbauteile (Lagerringe, Hülsen etc.), Motorenbauteile wie beispielsweise Stößel oder Nocken oder Wellen oder Ge- triebebauteile genannt. Die mechanischen Eigenschaften, aber auch physikalische oder chemische Eigenschaften hängen zentral vom verwendeten Bauteilmaterial, also dem verwendeten Metall respektive Stahl, ab. Besondere Anforderungen werden an die Festigkeit und Härte des Materials gestellt. Die Beeinflussung im Hinblick auf konkrete Einsatzzwecke erfolgt beispielsweise durch Zugabe besonderer Legierungselemente oder durch Einbringen von Stickstoff in das Bauteil etc. Gleichwohl ist es nicht immer möglich, die geforderten Materialeigenschaften zu realisieren, beispielsweise eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig vergleichsweise geringem E-Modul im Bereich der Funktionsfläche, das heißt einer relativ hohen Elastizität im Funktionsflächenbereich. Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein metallenes Bauteil anzugeben, das gegenüber bisher bekannten metallenen Bauteilen neuartige Materialeigenschaften aufweist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem metallenen Bauteil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass lediglich die Funktionsfläche aus einem amorphen Metall gebildet ist.
Das erfindungsgemäße metallene Bauteil zeichnet sich durch eine Materialkombination aus. Zentraler Teil des Bauteils ist der Bauteilkörper, der aus einem beliebigen Stahl, wie er zur Erfüllung der grundlegenden Anforderungen an das Bauteil (Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit etc.) benötigt wird, besteht. Der Bauteilkörper ist nach wie vor das zentrale eigenschaftsbestimmende Element des Bauteils. Erfindungsgemäß besteht das Bauteil jedoch noch aus einem zweiten Material, nämlich aus einem amorphen Metall, das beziehungsweise mit dem die Funktionsfläche ausgebildet wird. Es kommt hier also eine Materialkombination zum Einsatz, wobei jedes Material seine spezifischen Ma- terialeigenschaften besitzt und diese zur Verfügung stellt. So zeichnet sich ein solches erfindungsgemäßes Bauteil durch eine hohe Festigkeit aus, resultierend aus den Materialeigenschaften des Bauteil körpers, wie auch einer hinreichend hohen Elastizität im Bereich der Funktionsfläche, resultierend aus den linear-elastischen Eigenschaften des amorphen Metalls.
Wenngleich es aus DE 10 2004 034 547 A1 bekannt ist, Wälzlagerringe oder Wälzkörper aus einem amorphen Metall zu fertigen, so bestehen diese doch vollständig aus diesem amorphen Metall, das heißt, dass ein solches Bauteil nur die Materialeigenschaften des amorphen Metalls zur Verfügung stellt. Glei- ches gilt bezüglich metallener Bauteile, die vollständig aus Stahl gleich welcher Art bestehen. Auch sie zeigen lediglich die Materialeigenschaften, sei es in mechanischer, physikalischer oder chemischer Hinsicht, die das einzige Material, nämlich das Metall, zur Verfügung stellt. Demgegenüber zeichnet sich das erfindungsgemäße metallene Bauteil durch eine äußerst breitbandige Material- eigenschaftskombination aus, resultierend aus der Kombination der beiden Werkstoffe.
Der Umstand, dass beim erfindungsgemäßen Bauteil lediglich die Funktionsfläche aus einem amorphen Metall gebildet ist, bietet ferner den Vorteil, dass hinsichtlich der Größe der herstellbaren metallischen Bauteile mit den amorphen Metall-Funktionsflächen keine Größenbeschränkungen mehr gegeben sind, die bei bisher bekannten Bauteilen, die nur aus amorphen Metall beste- hen (wie beispielsweise aus DE 10 2004 034 547 A1 bekannt), aufgrund der herstellungsbedingt notwendig hohen Abkühlgeschwindigkeit gegeben sind, insbesondere hinsichtlich der limitierten Dickwandigkeit. Auch kann so mit wesentlich weniger amorphem Metallmaterial gearbeitet werden, was die Herstellungskosten senkt.
Amorphe Metalle, mitunter auch metallische Gläser genannt, sind Legierungen, die auf atomarer Ebene eine amorphe Struktur aufweisen, also keine kristalline Struktur, wie dies für Metalle gilt. Diese für Metalle sehr ungewöhnliche Atomanordnung führt zu besonderen physikalischen und mechanischen Eigenschaf- ten. Derartige amorphe Metalle sind im Allgemeinen korrosionsbeständiger und fester als gewöhnliche Metalle. Im Rahmen der Herstellung respektive Verarbeitung des Ausgangsmaterials wird die natürliche Kristallisation durch sehr rasches Abkühlen der Schmelze verhindert, so dass den Atomen die Beweglichkeit genommen wird, bevor sie die Kristallanordnung bzw. Metallgitterstruk- tur einnehmen können. Dies setzt jedoch voraus, dass die Atomstruktur respektive die im Material vorhandenen Atome unterschiedlich groß sind, so dass es bei extrem schneller Abkühlung zu der „Bewegungsbehinderung" und keiner Kristallanordnung kommt, weshalb amorphe Strukturen nur bei speziellen Legierungen erreicht werden können. Üblicherweise bestehen sie aus mehreren verschiedenen Elementen, wobei meist wenigstens drei grundsätzlich verschiedene Atomgrößen vertreten sind. Das zu verwendende amorphe Metall, das Ausgangsmaterial, ist durch geeignete Wahl der Legierungszusammensetzung („alloy design") zu bestimmen, wobei als Auswahlparameter eine ausreichend hohe Duktilität und Schadenstoleranz (fracture toughness), die Realisierung einer ausreichend niedrigen Ver- arbeitungstemperatur, die z. B. für das Spritzgießen geeignet ist, eine ausreichend geringe Kristallisationsneigung der Metallschmelze beim Abkühlen sowie kostengünstige und verfügbare Ausgangsmaterialien berücksichtigt werden sollten. Verwendbare Legierungen bestehen vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, aus Legierungselementen wie Fe, Ni, AI, Si, Zr, Ti, Cu, Cr, Sn, Co, Nb, Ce, Ca, Mg, B, C oder N. Die Erfindung ist jedoch nicht auf obige Elemente, eine bestimmte Anzahl bzw. einen bestimmten atomaren Anteil an den jeweiligen Legierungselementen beschränkt, auch kann die Elementkombination beliebig sein, solange das daraus resultierende amorphe Metall die gewünschten Verarbeitungs- und Zieleigenschaften, die an das Metall respektive das herzustellende Bauteil gestellt werden, erfüllt.
Wie bereits beschrieben, zeigen amorphe Metalle hervorragende mechanische, physikalische und chemische Eigenschaften. Sie sind im Allgemeinen deutlich härter als gewöhnliche Metalle, also härter als üblicher, für die Herstel- lung von Käfigen verwendeter Stahl. Sie sind demgegenüber auch deutlich korrosionsbeständiger und fester. Sie zeigen in einem weiten Bereich linearelastisches Verhalten, d. h., in der Wechselbelastung ein Einfedern bei minimaler Dämpfung und minimaler innerer Reibung. Dies ist insbesondere für die Wechselwirkung zwischen dem Bauteil und dem mit ihm zusammenwirkenden anderen Bauteil (z.B. Lagerring und Wälzkörper) eine wünschenswerte Eigenschaft. Selbstverständlich ist auch eine hinreichend hohe Temperaturbeständigkeit gegeben. Die hohe Festigkeit, verbunden mit einer erreichbaren relativ geringen Dichte je nach Legierungspartnern, lässt auch eine Eignung für sehr hohe Drehzahlen zu, wie auch hervorragende Reibpaarungen gefunden wer- den können.
Wenngleich wie bereits beschrieben unterschiedlichste Legierungszusammensetzungen aus beispielsweise den oben genannten Legierungselementen ge- bildet werden können, die je nach Zusammensetzung die Einstellung unterschiedlichster mechanischer, chemischer und physikalischer Eigenschaften des erhaltbaren amorphen Metalls ermöglichen, seien nachfolgend einige Beispiele besonderer Legierungszusammensetzungen und deren Eigenschaften angegeben.
Ein erstes Beispiel für ein amorphes Glas oder Metallglas für strukturelle Anwendungen ist Zr61 ,7AI8Ni13Cu17Sn0,3, wobei die Zahlen hinter dem jeweiligen Legierungselement seinen Anteil in Atom% innerhalb der Legierung ange- ben. Dieses amorphe Metall ist deutlich duktiler im Vergleich zu anderen amorphen Metallen. Es zeigt praktisch keine Anfälligkeit zum Bruchversagen, was für die erfindungsgemäße Anwendung als Funktionsflächenmaterial von zentraler Bedeutung ist.
Ein zweites Beispiel eines besonders gut geeigneten amorphen Metalls ist Ni53Nb20Ti10Zr8Co6Cu3. Dieses amorphe Metall weist eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit auf, verbunden mit einer sehr hohen Festigkeit und im Vergleich zu Stahl einer deutlich höheren Beständigkeit im Hinblick auf Rollreibung.
Amorphe Metalle der Zusammensetzung (Cu0,6Af0,25Ti0,15)90Nb10 zeigen in Salzsäure sowie in NaCI-Lösung eine gegenüber herkömmlicher Bronze deutlich höher Korrosionsbeständigkeit bei gleichzeitig hoher Druckfestigkeit (ca. 2600 MPa) sowie eine für amorphe Metalle sehr hohe plastische Dehnung von ca. 12 %.
Noch höhere Bruchfestigkeiten (ca. 4000 MPa) wurden an amorphen Metallen des Systems Fe-Co-Ni-B-Si-Nb ermittelt, bei einem für amorphe Metalle hohen E-Modul von ca. 190 GPa sowie einer Härte von ca. 1.200 HV.
Die genannten Beispiele sind lediglich exemplarisch und sollen zeigen, dass unterschiedlichste Legierungszusammensetzungen gefunden werden können, die jeweils verschiedene Eigenschaftsschwerpunkte aufweisen. Je nach Ein- satzgebiet des herzustellenden Bauteils kann folglich ein amorphes Metall verwendet werden, das bezogen auf den angestrebten Einsatz optimale mechanische, chemische und physikalische Eigenschaften aufweist, wie sie bisher verwendete Materialien, die zur Bildung von „einkomponentigen" Bauteilen für diesen Verwendungszweck verwendet wurden, nicht oder nicht in der erfindungsgemäß erreichbaren Form aufweisen.
An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass unter dem Begriff „amorphes Metall" im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen ist, dass das amor- phe Metall oder das Metallglas sowohl vollständig amorph sein kann oder auch teilweise (aus-)kristallisiert vorliegen kann. Lediglich exemplarisch seien als mögliche Beispiele für Funktionsflächen, die aus dem amorphen Metall gebildet werden können, Laufbahnen von Wälzlagern, Kontaktbereiche von Dichtungen, Hülsen, Einsätze von Linearführungen, Berührungsflächen von Kettenführun- gen oder Gleitschienen etc. zu nennen. Die Aufzählung ist jedoch nicht abschließend.
Die amorphen Metalle zeigen neben den bereits vorstehend geschilderten Vorteilen der hohen Elastizität bei gleichzeitig hoher Festigkeit auch eine hervor- ragende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, was durch den vergleichsweise niedrigen E-Modul bedingt ist, sowie die Tatsache, dass die Metallgläser keine regelmäßige Metallstruktur und somit keine Korngrenzen besitzen. Eine weitere herausragende Eigenschaft ist, dass beim Abkühlen der metallischen Schmelze in den festen Zustand kein Kristallisationsschwund entsteht und so- mit eine Formgebung auf Endkonturmaß möglich ist.
Um für eine ausreichend feste Verbindung zwischen dem Bauteilkörper und der Metallglasfunktionsfläche zu sorgen sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, die Oberfläche des Bauteilkörpers, auf die das amorphe Metall aufge- bracht ist, zu profilieren, insbesondere aufzurauen oder zu rendeln, oder mit einer Haftschicht in Form einer Grundierungs- oder Zwischenschicht zu belegen. Die Oberflächenprofilierung sorgt für eine Vergrößerung der Oberfläche des Bauteilkörpers und damit zu einer Vergrößerung der Haftfläche. Die Haft- schlicht kann für eine verbesserte chemische oder physikalische Anhaftung sorgen.
Hinsichtlich des Aufbringens des amorphen Metalls sind unterschiedliche Mög- lichkeiten denkbar. Nach einer ersten Ausgestaltung kann das amorphe Metall aufgegossen sein. Hierbei wird die Metallglasschmelze auf oder um oder in den Bauteilkörper gegossen, wobei eine oder mehrere der Bauteilflächen gleichzeitig als formgebendes Werkzeug fungieren, gegen das gegossen wird. Die formgebenden Werkzeugoberflächen für die gegossene(n) Funktionsflä- che(n) werden komplettiert durch weitere Werkzeugformflächen, die an die Bauteilform angepasst sind. Die Gestaltung des Bauteils und der Funktionsfläche sowie des Werkzeugs erfolgt derart, dass die Entformung z.B. von Hinter- schneidungen gewährleistet ist. Beispielsweise kann das Werkzeug mit Schiebern, wie sie aus der Spritzgusstechnik bekannt sind, ausgestattet sein. Als Gießverfahren kommt Drucklosgießen oder Druckguss (Metallglas-Spritzguss) in Betracht.
Eine Alternative zum Gießen ist, das amorphe Metall aufzuspritzen. Hierbei wird das entsprechend vorbehandelte Bauteil entweder durch thermisches Spritzen (Aufspritzen von Schmelztröpfchen bei hoher Temperatur) oder durch Niedertemperatur-Spritzen (die sogenannte kinetische Metallisierung) mit dem amorphen Metall belegt. Eine weitere Form des Aufsphtzens ist das „Sprayfor- ming", worunter die Urformgebung von - im Vergleich zum thermischen Spritzen - dickerer Querschnitte mittels Aufspritzen von Schmelztröpfchen auf ei- nen entsprechend vorbehandelten Bauteilkörper verstanden wird.
Eine dritte Aufbringungsalternative sieht vor, das amorphe Metall in einen PVD- Verfahren aufzubringen, also aus der Gasphase abzuscheiden, wobei hierbei gegebenenfalls ein Zwischenschritt vorgenommen werden kann, um beispiels- weise mittels eines Gusses ein festes Metallglas-Targetmaterial herzustellen. Im PVD-Prozess wird das Metallglastarget verdampft und dieser Dampf auf der gegebenenfalls vorbehandelten Funktionsfläche abgeschieden. Neben dem metallenen Bauteil selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen metallenen Bauteils, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Oberflächenabschnitt des Bauteilkörpers mit einem eine Funktionsfläche des Bauteils bildenden amorphen Metall belegt wird.
Der Oberflächenabschnitt wird erfindungsgemäß vor dem Aufbringen des a- morphen Metalls mit einer Profilierung, insbesondere einer Aufrauung oder mit einer Haftschicht versehen.
Zur Aufbringung des amorphen Metalls kann entweder ein Gießverfahren, insbesondere Drucklosgießen, Sphtzguss oder auch Druckguss, verwendet werden, denkbar ist auch ein Spritzverfahren, insbesondere thermisches Spritzen oder Niedertemperaturspritzen oder Sprayforming, sowie eine PVD- Abscheidung.
Wichtig ist es grundsätzlich, über geeignete Schutzgasatmosphären oder Vakuum eine Oxidation der Metallglasschmelze weitestgehend zu verhindern.
Das aufgebrachte amorphe Metall kann im Bereich der Funktionsfläche me- chanisch nachbearbeitet werden, um die Endkontur zu erreichen, wobei diese Nachbearbeitung, aufgrund des minimalen Schwundes des amorphen Metalls beim Abkühlen, äußerst gering ist. Denkbar wäre ein Nachbearbeiten durch Drehen, Bohren, Fräsen, Schleifen oder Honen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des Ablaufs der Herstellung eines metallenen Bauteils in Form eines Schrägkugellager- rings mit einer Funktionsfläche aus einem amorphen Metall, hergestellt durch Gießen,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Herstellung eines Zylinderrollenlager- rings mit einer Funktionsfläche aus einem amorphen Metall mit rotierendem Werkzeug,
Fig.3 eine weitere Prinzipdarstellung der Herstellung eines Zylinderrollenlagerrings mit einer Funktionsfläche aus einem amorphen Me- tall mit rotierendem Werkzeug nebst Querschnittansicht des
Formwerkzeugs,
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung zur Herstellung eines Zylinderrollenlagerrings mit einer Funktionsfläche aus einem amorphen Metall einer zweiten Ausführungsform, und
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines Zylinderrollenlagerrings mit einer
Funktionsfläche aus einem amorphen Metall, hergestellt nach einer dritten Variante.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt in Form von vier Teilschritten I - IV den prinzipiellen Herstellungsgang zur Bildung eines Schrägkugellagerrings 2, wie er in Fig. 1 im Teilbild IV gezeigt ist. Das metallene Bauteil 1 in Form des Schrägkugellagerrings 2 um- fasst einen metallenen Bauteilkörper 3 aus einem bezogen auf die Einsatzzwecke ausgewählten Stahl, wobei hier jeder beliebige Stahl verwendet werden kann, der die gewünschten Materialeigenschaften aufweist. An dem Bauteilkörper 3, der endkonturnah vorgefertigt ist, wird eine Kavität 4 ausgebildet, die an ihrer freien Fläche z. B. eine Oberflächenprofil ierung 5 aufweist. Diese O- berflächenprofilierung kann durch Aufrauen oder Rändeln oder dergleichen realisiert sein, denkbar wäre auch das Aufbringen einer Haft- oder Grundie- rungsschicht. Die Kavität 4 ist wie gezeigt mit einem amorphen Metall 6 gefüllt. Das amorphe Metall bildet die Funktionsfläche 7 des Bauteils 1 , auf der im gezeigten Beispiel Kugeln des mit diesem Bauteil 1 herzustellenden Schrägkugellagers wälzen.
Wie in dem Teilbild I zu sehen ist, wird zur Aufbringung des amorphen Metalls 6 der Bauteilkörper 3, der unterseitig und seitlich gegengelagert ist, was hier nicht näher gezeigt ist, gegen ein Formwerkzeug 8 gelegt, das einen Zufuhrkanal 9 aufweist, über den das schmelzflüssige amorphe Metall 6 zugeführt wird. Der Kanalaustritt ist gegenüber der Kavität 4, so dass das ausströmende flüssige amorphe Metall unmittelbar in die Kavität 4 einfließen kann.
Wie im Teilbild Il gezeigt ist, kann zusätzlich an dem Formwerkzeug 8 noch ein Schieber 10 vorgesehen sein, der bei Bedarf den Bereich zwischen flüssigem Metall und Werkzeug abdichtet bzw. mit welchem Hinterschneidungen darstellbar sind.
Nach Einbringen des schmelzflüssigen amorphen Metalls wird dieses abgekühlt, also in einen festen Zustand gebracht, wobei kein Kristallisations- schwund entsteht. Das Formwerkzeug 8 selbst, das beispielsweise aus Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Kupfer besteht oder aus einer Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht wie z. B. Siliziumkarbid und gegebenenfalls über Kühlvorrichtungen verfügt, sorgt für eine schnelle Wärmeabfuhr.
Das Teilbild IM zeigt das Bauteil 1 nach Abkühlen des amorphen Metalls 6. Ersichtlich kann dieses noch etwas überstehen. In diesem Fall bedarf es einer Nachbearbeitung, um die Endkontur, wie in dem Teilbild IV gezeigt ist, herauszuarbeiten. Dies kann beispielsweise durch Schleifen erfolgen. Jedoch ist auch net-shape-Formgebung ohne Überstand möglich, so dass die Nachbearbeitung entfallen kann. Die Funktionsfläche 7 wird ersichtlich ausschließlich aus dem amorphen Metall gebildet, so dass im Bereich der Funktionsfläche 7 die Materialeigenschaften des amorphen Metalls vorliegen respektive bestimmend sind, während ansonsten der Bauteilkörper 3 respektive das Material desselben die Eigenschaften bestimmt.
Fig. 2 zeigt ein Herstellungsbeispiel für einen Zylinderrollenlagerring. Gezeigt sind hier zwei Bauteile 1 in Form der Zylinderlagerringe, die jeweils eine Kavi- tät 4 aufweisen. Sie liegen beidseits eines Formwerkzeugs 8, das um eine Drehachse D drehen kann. Das amorphe Metall wird über einen zentralen Zufuhrkanal 9 im schmelzflüssigen Zustand zugeführt, der Zufuhrkanal 9 verzweigt sich im gezeigten Beispiel in vier Querkanäle 11 , die jeweils zu der um- laufenden ringförmigen Kavität 4 führen. Das Formwerkzeug 8 dreht während des Einbringens des amorphen Metalls, so dass sichergestellt wird, dass die Kavität 4 vollständig ausgefüllt wird, da die Querkanäle 11 entlang der Kavität 4 wandern. Auch hier kann die Oberfläche der Kavität 4 profiliert sein, beispielsweise aufgeraut oder mit einer Grundierung versehen.
Nach vollständiger Befüllung der Kavitäten 4 und erfolgter Abkühlung des Metalls 6 werden die Lagerringe wieder abgenommen und die Oberfläche der jeweiligen Metallglasschichten nachbearbeitet, um die jeweilige Funktionsfläche auszubilden.
Fig. 3 zeigt ein alternatives, wellenartig ausgeführtes rotierendes Formwerkzeug 8 (oben im Längsschnitt, unten im Querschnitt), das um seine Längsachse relativ zum feststehenden Bauteil 1 rotiert. Es weist ebenfalls einen Zufuhrkanal 9 auf, der sich in Querkanäle 11 verzweigt, diese münden wiederum in der Kavität 4 des Bauteils 1 , auch hier in Form eines Zylinderrollenlagerrings, so dass sich das zugeführte amorphe Metall gleichmäßig in der Kavität, diese ausfüllend, verteilen kann. Nach erfolgter Abkühlung kann der Lagerring - natürlich können mittels eines Formwerkzeugs mehrere Lagerringe gleichzeitig befüllt werden, es sind lediglich entsprechend viele Querkanäle 11 über die Werkzeuglänge verteilt vorzusehen - zur Ausbildung der Funktionsfläche nachbearbeitet werden. Anstelle eines rotierenden Formwerkzeugs 8 kann auch, siehe Fig. 4, ein stehendes Formwerkzeug 8 verwendet werden, das gegen das Bauteil 1 , hier also den mit der Kavität 4 versehenen Lagerring, bewegt wird. Der Lagerring weist eine Bohrung 12 auf, in die der Zufuhrkanal 9 mündet und über die hier nur an einer Stelle am Ringumfang das Metall zugeführt wird, das sich, da schmelzflüssig, in der gesamten ringförmigen Kavität 4 verteilt.
Schließlich zeigt Fig. 5 ein weiteres Beispiel zur Herstellung eines metallenen Bauteils 1 in Form eines Zylinderrollenlagerrings, der hier jedoch zweiteilig ist. Er besteht aus einem großen Bauteilkörper 1 und einem nach Aufbringen des amorphen Metalls 6 an diesen angeschraubten zweiten Bauteilkörper 1 a. Auch hier kommt ein Formwerkzeug 8 mit einem Zufuhrkanal 9 zum Einsatz, der im Bereich der Kavität 4 mündet. Die Kavität 4 des hier querschnittlich L-förmigen Bauteilkörpers 3 ist unterseitig über einen Schieber 10 geschlossen. Nach Be- füllen der Kavität 4 mit dem amorphen Metall 6 und Abkühlen desselben wird die Form wieder geöffnet und der Schieber 10 entfernt, wonach die Nachbearbeitung des Metallglases 6 erfolgt, und die Funktionsfläche in ihrer Endkontur herauszuarbeiten, wonach das zweite Bauteil körperstück 3a, das hier als Ring ausgeführt ist, angesetzt respektive angeschraubt wird. Denkbar wäre auch, diesen Ring einzusprengen oder -zufügen etc.
Die gezeigten Beispiele der Wälzlagerkomponenten sind lediglich Beispiele für verschiedene Bauteile. Diese sind selbstverständlich nicht beschränkend. Vielmehr können die Bauteile beliebiger Natur sein.
Durch die hohe Elastizität des amorphen Metalls kann, beispielsweise bezogen auf das Beispiel der Wälzlagerbauteile wie zuvor beschrieben, eine Elastizität im Bereich der Funktionsfläche realisiert werden, wodurch ein Einfedern der Wälzkörper möglich ist und eine breitere Belastungszone im Wälzkontakt ent- steht, das heißt, die lokale Belastung der Lagerringe wird reduziert, ihre Lebensdauer erhöht sich. Beispielsweise besteht ferner die Möglichkeit, auch den Wälzkörper entweder vollständig aus Metallglas oder - erfindungsgemäß - aus einem metallenen zentralen Bauteilkörper mit aufgebrachter äußeren Metall- glas-Wälzschicht herzustellen. In diesem Fall, wenn also sowohl die Wälzfläche (= Funktionsfläche) des Wälzkörpers als auch die Funktionsfläche des Rings aus einem amorphen Metall bestehen, kann infolge der beidseitigen Ein- federung eine deutlich kleinere Energieabsorption erreicht werden (geringere Dämpfung, höhere Elastizität) verglichen mit üblichen metallenen Wälzkörpern z.B. aus 100Cr6, das heißt, die vom Metallglas-Wälzkörper geleistete Verformungsarbeit ist kleiner als die eines rein metallenen Wälzkörpers. Auch ist die durch die geleistete elastische Verformungsarbeit der Lagerkomponenten erzeugte Reibungswärme geringer, die Betriebstemperatur wird reduziert, die Fettgebrauchsdauer und damit die Lagerlebensdauer erhöht.
Bezugszahlenliste
1 Bauteil
1 a Bauteilkörper
2 Schrägkugellagerring
3 Bauteilkörper
3a Bauteilkörperstück
4 Kavität
5 Oberflächenprofilierung
6 amorphes Metall
7 Funktionsfläche
8 Formwerkzeug
9 Zufuhrkanal
10 Schieber
11 Querkanal
12 Bohrung

Claims

Patentansprüche
1. Metallenes Bauteil, insbesondere Wälzlager-, Motoren- oder Getriebe- bauteil, mit einem Bauteilkörper und wenigstens einer an diesem vorgesehenen Funktionsfläche, die mit einem anderen Element zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich die Funktionsfläche (7) aus einem amorphen Metall (6) gebildet ist.
2. Metallenes Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Bauteilkörpers (2), auf die das amorphe Metall (6) aufgebracht ist, profiliert, insbesondere aufgeraut oder gerendelt, oder mit einer Haftschicht belegt ist.
3. Metallenes Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Metall (6) aufgegossen ist.
4. Metallenes Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Metall (6) aufgespritzt ist.
5. Metallenes Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Metall (6) in einem PVD-Verfahren abgeschieden ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines metallenen Bauteils nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oberflächenabschnitt des Bauteilkörper mit einem eine Funktionsfläche des Bauteils bildenden amorphen Metall belegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflä- chenabschnitt vor dem Aufbringen des amorphen Metalls mit einer Profilierung, insbesondere einer Aufrauung oder mit einer Haftschicht oder Zwischenschicht versehen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Metall in einem Gießverfahren, insbesondere durch Drucklosgießen, durch Spritzguss oder durch Druckguss, aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Metall in einem Spritzverfahren, insbesondere thermischem Spritzen oder Niedertemperaturspritzen oder Sprayforming, aufgebracht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Metall in einem PVD-Verfahren abgeschieden wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgebrachte amorphe Metall im Bereich der Funktionsfläche mechanisch nachbearbeitet wird, insbesondere durch Drehen, Bohren,
Fräsen, Schleifen oder Honen.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011161181A1 (fr) * 2010-06-22 2011-12-29 The Swatch Group Research And Development Ltd Assemblage de pieces en materiau fragile
WO2011161182A1 (fr) * 2010-06-22 2011-12-29 The Swatch Group Research And Development Ltd Roulement a bille
US11598404B2 (en) * 2020-04-06 2023-03-07 Magna powertrain gmbh & co kg Gear assembly having a damping element

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012205242A1 (de) * 2012-03-30 2013-10-02 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wälzlagerbauteil
DE102015215624A1 (de) 2015-08-17 2017-02-23 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Herstellung von Lagerkomponenten mittels einer Fertigungsstraße, Fertigungsstraße und Fertigungsanlage

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0067230A1 (de) * 1980-12-05 1982-12-22 Sony Corporation Gleitkörper
US4555186A (en) * 1984-02-10 1985-11-26 Dresser Industries, Inc. Amorphous alloy plain bearings
FR2691477A1 (fr) * 1992-05-22 1993-11-26 Neyrpic Revêtements métalliques à base d'alliages amorphes résistant à l'usure et à la corrosion, procédés d'obtention et applications aux revêtements antiusure pour matériel hydraulique.
EP0922625A2 (de) * 1997-12-10 1999-06-16 Trw Inc. Servolenkeinrichtung
WO2003061356A1 (en) * 2002-01-17 2003-07-24 Elmicron Ag Embossing die for fabricating high density interconnects and method for its fabrication
US20040211222A1 (en) * 2001-11-21 2004-10-28 Konica Corporation. Metal die for forming optical element
DE102004034547A1 (de) 2004-07-16 2006-02-16 Könnemann, Frank Wälzlager- und Gleitlagermaterial
EP1637247A1 (de) * 2004-09-20 2006-03-22 Alcan Technology & Management Ltd. Bearbeitung der Oberfläche von Werkstücken sowie Umformwerkzeugen
WO2007028410A1 (en) * 2005-09-08 2007-03-15 Alcan Technology & Management Ltd. Forming tool
DE112006002822T5 (de) * 2005-10-19 2008-09-11 The Circle For The Promotion Of Science And Engineering Korrosions- und wärmebeständige Metalllegierung für eine Formmatrize und daraus hergestellte Matrize

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101257982A (zh) * 2005-09-08 2008-09-03 艾尔坎技术及管理有限公司 成形工具

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0067230A1 (de) * 1980-12-05 1982-12-22 Sony Corporation Gleitkörper
US4555186A (en) * 1984-02-10 1985-11-26 Dresser Industries, Inc. Amorphous alloy plain bearings
FR2691477A1 (fr) * 1992-05-22 1993-11-26 Neyrpic Revêtements métalliques à base d'alliages amorphes résistant à l'usure et à la corrosion, procédés d'obtention et applications aux revêtements antiusure pour matériel hydraulique.
EP0922625A2 (de) * 1997-12-10 1999-06-16 Trw Inc. Servolenkeinrichtung
US20040211222A1 (en) * 2001-11-21 2004-10-28 Konica Corporation. Metal die for forming optical element
WO2003061356A1 (en) * 2002-01-17 2003-07-24 Elmicron Ag Embossing die for fabricating high density interconnects and method for its fabrication
DE102004034547A1 (de) 2004-07-16 2006-02-16 Könnemann, Frank Wälzlager- und Gleitlagermaterial
EP1637247A1 (de) * 2004-09-20 2006-03-22 Alcan Technology & Management Ltd. Bearbeitung der Oberfläche von Werkstücken sowie Umformwerkzeugen
WO2007028410A1 (en) * 2005-09-08 2007-03-15 Alcan Technology & Management Ltd. Forming tool
DE112006002822T5 (de) * 2005-10-19 2008-09-11 The Circle For The Promotion Of Science And Engineering Korrosions- und wärmebeständige Metalllegierung für eine Formmatrize und daraus hergestellte Matrize

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011161181A1 (fr) * 2010-06-22 2011-12-29 The Swatch Group Research And Development Ltd Assemblage de pieces en materiau fragile
WO2011161182A1 (fr) * 2010-06-22 2011-12-29 The Swatch Group Research And Development Ltd Roulement a bille
US11598404B2 (en) * 2020-04-06 2023-03-07 Magna powertrain gmbh & co kg Gear assembly having a damping element

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DE102009014344A1 (de) 2010-09-23

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