WO2014009236A1 - Method for producing a rolling bearing component - Google Patents

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WO2014009236A1
WO2014009236A1 PCT/EP2013/064101 EP2013064101W WO2014009236A1 WO 2014009236 A1 WO2014009236 A1 WO 2014009236A1 EP 2013064101 W EP2013064101 W EP 2013064101W WO 2014009236 A1 WO2014009236 A1 WO 2014009236A1
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rolling bearing
bearing component
temperature
component
machining
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Jürgen Gegner
Wolfgang Nierlich
Kenred Stadler
Arno Stubenrauch
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a rolling bearing component.
  • the invention is based on the invention of proposing a method with which a remedy can be provided in this regard. Accordingly, rolling bearing components are to be provided, which are more robust with respect to said load.
  • the method for producing a rolling bearing component made of steel comprises the following steps: a) production of the rolling bearing component by machining and / or by chipless machining; b) introducing the rolling bearing component into an alkaline aqueous salt solution so that an iron oxide layer is formed at least on portions of the surface of the rolling bearing component; c) subsequently heating the component to a temperature which is greater than the room temperature (20 ° C.), this heating representing the completion of the production of the rolling bearing component, and this heating being carried out in an oven or by means of infrared radiation under an air or inert gas atmosphere or in a vacuum.
  • a mixed oxide layer with the constituents FeO, Fe 2 O 3 and / or Fe O 4 is preferably produced in this case.
  • the rolling bearing component is immersed according to an advantageous embodiment of the invention in the above step b) in a treatment bath having a temperature between 130 ° C and 170 ° C; more preferably, a temperature between 145 ° C and 155 ° C is provided.
  • the rolling bearing component in the above step b) is preferably immersed in the treatment bath for a period of between 30 seconds and 5 minutes.
  • step b) is preferably carried out until an iron oxide layer with a thickness of between 0.5 ⁇ m and 4 ⁇ m has formed; Particularly preferred is a thickness between 1 ⁇ and 2 ⁇ sought.
  • the production of the rolling bearing component according to the above step a) usually comprises a heat treatment for hardening the rolling bearing component and a subsequent hard fine machining, in particular a grinding operation and / or a honing operation.
  • the above step b) preferably follows directly on the hard fine machining.
  • the temperature in carrying out the above step c) is usually between 50 ° C and 400 ° C, preferably between 100 ° C and 350 ° C.
  • the rolling bearing member is preferably maintained at the elevated temperature for a time of at least 2 seconds when carrying out the above step c).
  • the rolling bearing component is preferably made of a low alloy steel, in particular of bearing steel grade 100Cr6.
  • the treatment bath used in the above step b) may have nitrite in the form of sodium nitrite.
  • a nitrate concentration can be set, which corresponds to a maximum of one quarter of the nitrite concentration.
  • Phosphate buffer may also be added to the treatment bath.
  • the invention proposes a combined passivation of the surface and microstructure stabilization.
  • the special proposed surface treatment consists of the combination of the so-called “black oxidation” ("black oxidation”), followed by a post-heating treatment.
  • black oxidation black oxidation
  • the combination mentioned combines the advantages of increased tribo-chemical resistance of the surface and a thermal stabilization of the near-surface microstructure, in particular a low-energy displacement after the Machining by a static stress aging process of the displacing carbon segregation, so that the bearing life is increased even in problematic load situations, ie in highly dynamic applications, especially under the influence of vibrations, possibly even in combination with unfavorable lubrication conditions.
  • the procedure according to the invention is suitable both for rolling elements and for the bearing rings of roller bearings.
  • a particularly preferred application are wind turbines, since sometimes very unfavorable bearing loads and critical surface stresses occur here.
  • the sequence of a treatment is outlined, which is subjected to a rolling bearing component, ie in particular a bearing ring or a rolling element, to equip it in the above sense with an improved suitability to achieve a long service life under heavy loads. Shown are only those steps that follow the classic machining of the rolling bearing component including hard finishing.
  • black oxidizing is used, that is to say the black oxidation of the surface of the rolling bearing component.
  • the black oxide layer is caused by a surface treatment that is triggered by a chemical reaction.
  • an aqueous alkaline salt solution is used, in which the rolling bearing component is immersed.
  • the temperature of the solution is about 150 ° C.
  • the reaction between the iron of the alloy - in particular the steel - and the reactant produces an oxide layer on the surface of the rolling bearing component, which consists of a defined Mixture of FeO, Fe 2 O 3 and resulting Fe 3 O 4 consists.
  • the result is a black, dark layer or layer with a thickness of 1 to 2 ⁇ .
  • the layer thus produced on the functional surface of the rolling bearing component represents a considerable degree of protection of the surface.
  • the layer has very advantageous properties of the component, such as an improved running-in phase and a higher stability after shrinkage, in particular in the event of poor lubricating conditions. Also advantageous are a better adhesion of the lubricant and increased resistance to smearing.
  • the risk of fretting, pitting and crack formation is also reduced.
  • the black oxide layer also provides substantial protection against corrosion; Similarly, the chemical resistance is increased compared to untreated surfaces.
  • the given increased resistance to corrosion caused by the black oxide layer suffices to suppress standstill corrosion and fretting.
  • the increased chemical resistance is advantageous in view of aggressive components of the lubricating medium.
  • the friction behavior of the component is equally improved and reduces wear, which is especially true for mixed friction loads.
  • the black oxide layer is also advantageous with respect to barrier formation, which can reduce the penetration of hydrogen.
  • a heat aftertreatment is provided, which completes the manufacturing process of the rolling bearing component.
  • a thermal aftertreatment for example in air, in a vacuum or in a nitrogen atmosphere, after the hard fine machining of the rolling bearing component and carried out after the first part of the process step, preferably at temperatures below (preferably: about 10 ° C to 60 ° C below) the tempering or transformation temperature from previous heat treatment, eg.
  • the post-heating can last at least 2 seconds, preferably between a few minutes to two hours. In this case advantageously no loss of hardness occurs.
  • the said post-heating treatment stabilizes the microstructure of the material of the rolling bearing component very advantageously.
  • the intended heating of the rolling bearing component following the machining surface treatment stabilizes in metallic materials with dissolved interstitial atoms the dislocation structure generated in the boundary layer in comparison with the corresponding pure room temperature treatments.
  • the interstitially dissolved carbon in the lattice becomes mobile and can diffuse to form the so-called Cottrell clouds on the dislocation nuclei and segregate there (stretching aging, see also the so-called Portevin-Le Chuschelier effect).
  • This atomic arrangement is energetically favored and thus supports the resistance of the dislocation structure generated by the machining surface processing in the plastically deformed edge zone and therefore counteracts the incipient dislocation movement during operation.
  • the service life of the rolling bearing component is thereby increased.
  • hot finishing is carried out at 85 ° C. for at least 20 minutes after hard-finishing has been completed. After rinsing, a first browning takes place at 141 ° C for 15 minutes. After a cold rinse, a second browning takes place at 148 ° C for 15 to 20 minutes.
  • a hot rinse with short multiple dipping wherein for this purpose a nitrite or hydroxide-containing solution is used to act in this case at 80 ° C for about 1 minute on the surface of the rolling bearing component.
  • the post-heat treatment is carried out in a convection oven, wherein in the present case a 120-minute treatment at 203 ° C (+/- 3 ° C) is provided.

Abstract

The invention relates to a method for producing a rolling bearing component from steel, comprising the steps: a) production of the rolling bearing component by chip removal machining and/or chipless machining; b) immersion of the rolling bearing component in an alkaline aqueous salt solution to form an iron oxide coat at least on sections of the surface of the rolling bearing component; c) subsequent heating of the component to a temperature in excess of ambient temperature (20°C), wherein this heating represents the conclusion of the production of the rolling bearing component and wherein this heating takes place in a furnace or using infrared radiation under an air or inert gas atmosphere or in a vacuum. In this way, a greater service life is achieved for the rolling bearing equipped with the rolling bearing components.

Description

B e s c h r e i b u n g  Description
Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteils Method for producing a rolling bearing component
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteils. The invention relates to a method for producing a rolling bearing component.
In industriellen Getrieben, insbesondere in solchen, die in Windenergieanlagen eingesetzt werden, werden Wälzlager oft an ihre Grenzen beansprucht, da eine stark variable Lagerbelastung auftritt. In Windenergieanlagen können dies Windböen sein, die zu impulsartigen Lagerbelastungen führen. Daher besteht die Gefahr, dass das Lager vorzeitig ausfällt, wobei verschiedene Schädigungsmechanismen bekannt sind (sog.„White Etching Cracks" (WEC),„Britties" und„White Structured Flank- ing" (WSF)). In industrial gears, especially in those used in wind turbines, rolling bearings are often stretched to their limits, since a highly variable bearing load occurs. In wind turbines, this can be wind gusts, which lead to impulsive bearing loads. Therefore, there is a risk that the bearing will fail prematurely, with various damage mechanisms being known (so-called "White Etching Cracks" (WEC), "Britties" and "White Structured Flanking" (WSF)).
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem diesbezüglich Abhilfe geschaffen werden kann. Demgemäß sollen Wälzlagerbauteile bereitgestellt werden, die hinsichtlich der genannten Belastung robuster sind. The invention is based on the invention of proposing a method with which a remedy can be provided in this regard. Accordingly, rolling bearing components are to be provided, which are more robust with respect to said load.
Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteils aus Stahl folgende Schritte umfasst: a) Produktion des Wälzlagerbauteils durch spanende Bearbeitung und/oder durch spanlose Bearbeitung; b) Einbringen des Wälzlagerbauteils in eine alkalische wässrige Salzlösung, so dass sich zumindest auf Abschnitten der Oberfläche des Wälzlagerbauteils eine Eisenoxidschicht ausbildet; c) anschließendes Erwärmen des Bauteils auf eine Temperatur, die größer ist als die Raumtemperatur (20 °C), wobei dieses Erwärmen den Ab- schluss der Herstellung des Wälzlagerbauteils darstellt und wobei dieses Erwärmen in einem Ofen oder mittels Infrarot- Strahlung unter einer Luft- oder Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum erfolgt. The solution to this problem by the invention is characterized in that the method for producing a rolling bearing component made of steel comprises the following steps: a) production of the rolling bearing component by machining and / or by chipless machining; b) introducing the rolling bearing component into an alkaline aqueous salt solution so that an iron oxide layer is formed at least on portions of the surface of the rolling bearing component; c) subsequently heating the component to a temperature which is greater than the room temperature (20 ° C.), this heating representing the completion of the production of the rolling bearing component, and this heating being carried out in an oven or by means of infrared radiation under an air or inert gas atmosphere or in a vacuum.
Gemäß Schritt b) wird dabei bevorzugt eine Mischoxidschicht mit den Bestandteilen FeO, Fe2O3 und/oder Fe O4 erzeugt. In accordance with step b), a mixed oxide layer with the constituents FeO, Fe 2 O 3 and / or Fe O 4 is preferably produced in this case.
Das Wälzlagerbauteil wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bei obigem Schritt b) in ein Behandlungsbad eingetaucht wird, das eine Temperatur zwischen 130 °C und 170 °C aufweist; besonders bevorzugt ist eine Temperatur zwischen 145 °C und 155 °C vorgesehen. The rolling bearing component is immersed according to an advantageous embodiment of the invention in the above step b) in a treatment bath having a temperature between 130 ° C and 170 ° C; more preferably, a temperature between 145 ° C and 155 ° C is provided.
Dabei wird das Wälzlagerbauteil bei obigem Schritt b) bevorzugt für einen Zeitraum zwischen 30 Sekunden und 5 Minuten in das Behandlungsbad eingetaucht. In this case, the rolling bearing component in the above step b) is preferably immersed in the treatment bath for a period of between 30 seconds and 5 minutes.
Obiger Schritt b) wird bevorzugt solange ausgeführt, bis sich eine Eisenoxidschicht mit einer Dicke zwischen 0,5 μηι und 4 μηι ausgebildet hat; besonders bevorzugt wird eine Dicke zwischen 1 μηι und 2 μηι angestrebt. The above step b) is preferably carried out until an iron oxide layer with a thickness of between 0.5 μm and 4 μm has formed; Particularly preferred is a thickness between 1 μηι and 2 μηι sought.
Die Produktion des Wälzlagerbauteils gemäß obigem Schritt a) umfasst zumeist eine Wärmebehandlung zum Härten des Wälzlagerbauteils und eine sich anschließende Hartfeinbearbeitung, insbesondere eine Schleifoperation und/oder eine Honoperation. Dabei schließt sich obiger Schritt b) vorzugsweise unmittelbar an die Hartfeinbearbeitung an. Die Temperatur bei der Durchführung des obigen Schritts c) liegt zumeist zwischen 50°C und 400°C, vorzugsweise zwischen 100 °C und 350 °C. The production of the rolling bearing component according to the above step a) usually comprises a heat treatment for hardening the rolling bearing component and a subsequent hard fine machining, in particular a grinding operation and / or a honing operation. In this case, the above step b) preferably follows directly on the hard fine machining. The temperature in carrying out the above step c) is usually between 50 ° C and 400 ° C, preferably between 100 ° C and 350 ° C.
Das Wälzlagerbauteil wird bei der Durchführung des obigen Schritts c) bevorzugt für eine Zeit von mindestens 2 Sekunden auf der erhöhten Temperatur gehalten. The rolling bearing member is preferably maintained at the elevated temperature for a time of at least 2 seconds when carrying out the above step c).
Das Wälzlagerbauteil wird dabei bevorzugt aus einem niedrig legierten Stahl hergestellt, insbesondere aus Wälzlagerstahl der Sorte 100Cr6. The rolling bearing component is preferably made of a low alloy steel, in particular of bearing steel grade 100Cr6.
Das Behandlungsbad, das bei obigem Schritt b) verwendet wird, kann Nitrit in Form von Natriumnitrit aufweisen. Dabei kann eine Nitrat-Konzentration eingestellt werden, die maximal einem Viertel der Nitrit-Konzentration entspricht. Dem Behandlungsbad kann auch Phosphatpuffer zugesetzt werden. The treatment bath used in the above step b) may have nitrite in the form of sodium nitrite. In this case, a nitrate concentration can be set, which corresponds to a maximum of one quarter of the nitrite concentration. Phosphate buffer may also be added to the treatment bath.
Die Erfindung schlägt also eine kombinierte Passivierung der Oberfläche und Mik- rostruktur-Stabilisierung vor. Thus, the invention proposes a combined passivation of the surface and microstructure stabilization.
Die spezielle vorgeschlagene Oberflächenbehandlung besteht aus der Kombination der sog.„Schwarzen Oxidation" („black oxidation"), an die sich eine Nacherwärm- behandlung anschließt. Diese Nacherwärmbehandlung kann z. B. unter Luft erfolgen. Erzielt wird eine mikrostrukturelle Stabilisierung die durch die genannten Wärme -Nachbehandlung der Randbereiche des Werkstücks erreicht wird, wobei eine plastische Verformung während der vorausgehenden (spanenden) Bearbeitung des Werkstücks erfolgt, also beispielsweise durch das Hartdrehen, Schleifen oder Honen. Es wird also erfindungsgemäß eine thermische Nachbehandlung vorgesehen. The special proposed surface treatment consists of the combination of the so-called "black oxidation" ("black oxidation"), followed by a post-heating treatment. This Nacherwärmbehandlung z. B. done under air. Achieved is a microstructural stabilization which is achieved by said heat post-treatment of the edge regions of the workpiece, wherein a plastic deformation during the preceding (machining) of the workpiece takes place, so for example by hard turning, grinding or honing. It is therefore provided according to the invention, a thermal aftertreatment.
Die genannte Kombination vereinigt die Vorteile eines erhöhten tribo-chemischen Widerstands der Oberfläche und eine thermische Stabilisierung der oberflächennahen Mikro struktur, insbesondere eine niedrig-energetische Verlagerung nach der spanenden Bearbeitung durch einen statischen Belastungs-Alterungsprozess der verlagernden Kohlenstoff- Segregation, so dass die Lagergebrauchsdauer auch bei problematischen Belastungssituationen erhöht wird, d. h. bei hochdynamischen Anwendungen, speziell unter dem Einfluss von Schwingungen, möglicherweise sogar in Kombination mit ungünstigen Schmierbedingungen. The combination mentioned combines the advantages of increased tribo-chemical resistance of the surface and a thermal stabilization of the near-surface microstructure, in particular a low-energy displacement after the Machining by a static stress aging process of the displacing carbon segregation, so that the bearing life is increased even in problematic load situations, ie in highly dynamic applications, especially under the influence of vibrations, possibly even in combination with unfavorable lubrication conditions.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise eignet sich sowohl für Wälzkörper als auch für die Lagerringe von Wälzlagern. The procedure according to the invention is suitable both for rolling elements and for the bearing rings of roller bearings.
Ein besonders bevorzugter Anwendungsfall sind Windenergieanlagen, da hier mitunter sehr ungünstige Lagerbelastungen und kritische Oberflächenbeanspruchungen auftreten. A particularly preferred application are wind turbines, since sometimes very unfavorable bearing loads and critical surface stresses occur here.
Der Prozess des„Schwarzen Oxidierens" („Black Oxidation") ist als solcher bekannt. Diesbezüglich wird auf die DE 10 2007 061 193 AI, auf die DE 10 2008 012 762 AI und auf die DE 10 2008 053 677 B4 der Anmelderin hingewiesen, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. The process of "black oxidation" is known as such. In this regard, reference is made to DE 10 2007 061 193 A1, to DE 10 2008 012 762 A1 and to DE 10 2008 053 677 B4 of the Applicant, to which reference is expressly made.
Besagten Oxidierens ist eine Wärme-Nachbehandlung nach der endgültigen spanenden Fertigung nachgeschaltet („Post Machining Thermal Treatment" - PMTT). Dieses Verfahren ist bereits in der DE 102 09 264 B4 und in der DE 102 16 492 B4 der Anmelderin erwähnt, worauf insofern gleichermaßen ausdrücklich Bezug genommen wird. Post-processing thermal treatment (PMTT) is followed by a post-treatment heat treatment (PMTT) This method is already mentioned in DE 102 09 264 B4 and in DE 102 16 492 B4 of the Applicant, to which extent alike express reference is made.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Kombination dieser Prozesse sehr vorteilhafte unvorhersehbare positive Ergebnisse hervorbringt. It has surprisingly been found that the combination of these processes produces very advantageous unpredictable positive results.
Zu nennen ist zunächst ein verbessertes Einlaufverhalten des Bauteils. Dann ist ein erhöhter Widerstand gegen Korrosion zu nennen. Gleichermaßen besteht ein erhöhter Widerstand gegen Beschädigungen durch Anschmierungen. Das Laufverhalten im Falle einer schlechten bzw. ungenügenden Schmierung ist ebenfalls besser. Vorhandenes Schmiermittel haftet besser am Wälzlagerbauteil an. Im Falle des chemischen Angriffs durch aggressive Öladditive besteht ebenfalls eine bessere Beständigkeit. Das Eindringen von Wasserstoff in das Stahlmaterial wird durch eine effiziente Barrierebildung verhindert. Die Gefahr von Reibkorrosion („fretting") wird geringer. First of all, there is an improved running-in behavior of the component. Then there is an increased resistance to corrosion. Likewise, there is an increased resistance to damage by lubrication. The running behavior in the case of poor or insufficient lubrication is also better. Existing lubricant adheres better to the rolling bearing component. In the case of chemical attack by aggressive oil additives is also a better resistance. The penetration of hydrogen into the steel material is prevented by efficient barrier formation. The risk of fretting is reduced.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch die Abfolge verschiedener Verfahrensschritte, die sich anschließen, nachdem ein Wälzlagerbauteil mechanisch bearbeitet und einer Wärmebehandlung unterzogen wurde. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The single figure shows schematically the sequence of different process steps that follow after a rolling bearing component has been mechanically processed and subjected to a heat treatment.
In der Figur ist die Abfolge einer Behandlung skizziert, der ein Wälzlagerbauteil, also insbesondere ein Lagerring oder ein Wälzkörper, unterzogen wird, um es in obigem Sinne mit einer verbesserten Eignung auszustatten, bei starken Belastungen eine lange Gebrauchsdauer zu erreichen. Dargestellt sind nur diejenigen Schritte, die sich an die klassische spanende Fertigung des Wälzlagerbauteils einschließlich Hartfeinbearbeitung anschließen. In the figure, the sequence of a treatment is outlined, which is subjected to a rolling bearing component, ie in particular a bearing ring or a rolling element, to equip it in the above sense with an improved suitability to achieve a long service life under heavy loads. Shown are only those steps that follow the classic machining of the rolling bearing component including hard finishing.
Generell gilt: The general rule:
In einem ersten Prozess-Teilschritt wird im Anschluss an die Fertigung des Wälzlagerbauteils das„Black Oxidizing" eingesetzt, d. h. das Schwarze Oxidieren der Oberfläche des Wälzlagerbauteils. In a first process substep, following the manufacture of the rolling bearing component, "black oxidizing" is used, that is to say the black oxidation of the surface of the rolling bearing component.
Die schwarze Oxidschicht wird durch eine Oberflächenbehandlung hervorgerufen, die durch eine chemische Reaktion ausgelöst wird. Hierbei kommt eine wässrige alkalische Salzlösung zum Einsatz, in die das Wälzlagerbauteil eingetaucht wird. Die Temperatur der Lösung liegt bei ca. 150 °C. Die Reaktion zwischen dem Eisen der Legierung - insbesondere dem Stahl - und dem Reaktionspartner erzeugt eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Wälzlagerbauteils, die aus einem definierten Gemisch aus FeO, Fe2O3 und resultierendem Fe3O4 besteht. Das Ergebnis ist eine schwarze, dunkle Lage bzw. Schicht mit einer Dicke von 1 bis 2 μηι. The black oxide layer is caused by a surface treatment that is triggered by a chemical reaction. Here, an aqueous alkaline salt solution is used, in which the rolling bearing component is immersed. The temperature of the solution is about 150 ° C. The reaction between the iron of the alloy - in particular the steel - and the reactant produces an oxide layer on the surface of the rolling bearing component, which consists of a defined Mixture of FeO, Fe 2 O 3 and resulting Fe 3 O 4 consists. The result is a black, dark layer or layer with a thickness of 1 to 2 μηι.
Die so erzeugte Schicht auf der Funktionsoberfläche des Wälzlagerbauteils stellt einen erheblichen Grad an Schutz der Oberfläche dar. Die Lage hat sehr vorteilhafte Eigenschaften des Bauteils zur Folge, wie beispielsweise eine verbesserte Einlaufphase und eine höhere Stabilität nach dem Einlaufen, insbesondere im Falle schlechter Schmierbedingungen. Vorteilhaft sind ferner eine bessere Anhaftung des Schmierstoffs sowie ein erhöhter Widerstand gegen Anschmierungen. The layer thus produced on the functional surface of the rolling bearing component represents a considerable degree of protection of the surface. The layer has very advantageous properties of the component, such as an improved running-in phase and a higher stability after shrinkage, in particular in the event of poor lubricating conditions. Also advantageous are a better adhesion of the lubricant and increased resistance to smearing.
Die Gefahr von Reibkorrosion, Pitting und Ausbildung von Rissen ist auch reduziert. Die schwarze Oxidschicht stellt auch einen substantiellen Schutz gegen Korrosion dar; gleichermaßen ist die chemische Beständigkeit im Vergleich mit unbehandelten Oberflächen erhöht. The risk of fretting, pitting and crack formation is also reduced. The black oxide layer also provides substantial protection against corrosion; Similarly, the chemical resistance is increased compared to untreated surfaces.
Der gegebene erhöhte Widerstand gegen Korrosion, der durch die schwarze Oxidschicht hervorgerufen wird, reicht aus, Stillstands-Korrosion und Reibkorrosion („fretting") zu unterdrücken. Die erhöhte chemische Beständigkeit ist vorteilhaft mit Blick auf aggressive Bestandteile des Schmiermediums. The given increased resistance to corrosion caused by the black oxide layer suffices to suppress standstill corrosion and fretting.The increased chemical resistance is advantageous in view of aggressive components of the lubricating medium.
Das Reibverhalten des Bauteils ist gleichermaßen verbessert und der Verschleiß verringert, was insbesondere bei gemischten Reibungsbelastungen gilt. Schließlich ist die schwarze Oxidschicht auch vorteilhaft mit Blick auf eine Barrierebildung, mit der das Eindringen von Wasserstoff vermindert werden kann. The friction behavior of the component is equally improved and reduces wear, which is especially true for mixed friction loads. Finally, the black oxide layer is also advantageous with respect to barrier formation, which can reduce the penetration of hydrogen.
In einem nachgeschalteten zweiten Prozess-Teilschritt wird eine Wärme- Nachbehandlung vorgesehen, die den Fertigungsprozess des Wälzlagerbauteils abschließt. In a downstream second process substep, a heat aftertreatment is provided, which completes the manufacturing process of the rolling bearing component.
Eine thermische Nachbehandlung, beispielsweise an Luft, im Vakuum oder in einer Stickstoff-Atmosphäre, wird nach der Hartfeinbearbeitung des Wälzlagerbauteils und nach dem ersten Teil-Prozessschritt durchgeführt, und zwar vorzugsweise bei Temperaturen unterhalb (bevorzugt: ca. 10 °C bis 60 °C unterhalb) der Anlass- bzw. Umwandlungstemperatur aus vorausgegangenen Wärmebehandlung, z. B. dem Martensit- bzw. Bainithärten, wobei die Nacherwärmung mindestens 2 Sekunden, bevorzugt zwischen wenigen Minuten bis zu zwei Stunden dauern kann. Hierbei tritt vorteilhafter Weise kein Verlust an Härte ein. A thermal aftertreatment, for example in air, in a vacuum or in a nitrogen atmosphere, after the hard fine machining of the rolling bearing component and carried out after the first part of the process step, preferably at temperatures below (preferably: about 10 ° C to 60 ° C below) the tempering or transformation temperature from previous heat treatment, eg. As the martensite or Bainithärten, the post-heating can last at least 2 seconds, preferably between a few minutes to two hours. In this case advantageously no loss of hardness occurs.
Die genannte Nacherwärmbehandlung stabilisiert die Mikro struktur des Materials des Wälzlagerbauteils sehr vorteilhaft. Die vorgesehene Erwärmung des Wälzlagerbauteils im Anschluss an die spanende Oberflächenbearbeitung stabilisiert bei metallischen Werkstoffen mit gelösten Zwischengitteratomen die in der Randschicht erzeugte Versetzungsstruktur im Vergleich mit den entsprechenden reinen Raumtemperaturbehandlungen. Speziell wird in Stählen der interstitiell gelöste Kohlenstoff im Gitter beweglich und kann unter Bildung sogenannter Cottrell- Wolken an die Versetzungskerne diffundieren und dort segregieren (Reckalterung, vgl. auch den sog. Portevin-Le Chätelier-Effekt). The said post-heating treatment stabilizes the microstructure of the material of the rolling bearing component very advantageously. The intended heating of the rolling bearing component following the machining surface treatment stabilizes in metallic materials with dissolved interstitial atoms the dislocation structure generated in the boundary layer in comparison with the corresponding pure room temperature treatments. Specifically, in steels, the interstitially dissolved carbon in the lattice becomes mobile and can diffuse to form the so-called Cottrell clouds on the dislocation nuclei and segregate there (stretching aging, see also the so-called Portevin-Le Chätelier effect).
Diese Atomanordnung ist energetisch begünstigt und unterstützt so die Beständigkeit der durch die spanende Oberflächenbearbeitung in der plastisch verformten Randzone erzeugten Versetzungsstruktur und wirkt daher im Betrieb der einsetzenden Versetzungsbewegung entgegen. Durch Erhöhung der Ermüdungsbeständigkeit (Dauerfestigkeit) des Werkstoffs wird dadurch die Gebrauchsdauer des Wälzlagerbauteils gesteigert. This atomic arrangement is energetically favored and thus supports the resistance of the dislocation structure generated by the machining surface processing in the plastically deformed edge zone and therefore counteracts the incipient dislocation movement during operation. By increasing the fatigue resistance (fatigue strength) of the material, the service life of the rolling bearing component is thereby increased.
Versuche haben hierbei ergeben, dass die L50-Lebensdauer des Wälzlagerbauteils bei starker Belastung und Oberflächenbeanspruchung (nichtideale Schmierbedingungen) um ca. 100 % gesteigert werden kann. Experiments have shown that the L50 service life of the rolling bearing component can be increased by approximately 100% under heavy load and surface stress (non-ideal lubrication conditions).
Im konkreten Ausführungsbeispiel nach der Figur erfolgt zunächst nach Abschluss der Hartfeinbearbeitung mindestens 20 Minuten lang ein Heißentfetten bei 85 °C. Nach den Spülen erfolgt ein erstes Brünieren bei 141 °C für 15 Minuten. Nach einem Kaltspülen erfolgt ein zweites Brünieren bei 148 °C für 15 bis 20 Minuten. In the concrete exemplary embodiment according to the figure, hot finishing is carried out at 85 ° C. for at least 20 minutes after hard-finishing has been completed. After rinsing, a first browning takes place at 141 ° C for 15 minutes. After a cold rinse, a second browning takes place at 148 ° C for 15 to 20 minutes.
Es folgt ein Kaltspülen mit einer Randschichtabschreckung und einer Reinigung mit Beibehaltung der Kerntemperatur des Bauteils. This is followed by a cold rinse with a surface layer quenching and a cleaning with retention of the core temperature of the component.
Hieran schließt sich ein Heißspülen mit kurzem Mehrfachtauchen an, wobei hierzu eine nitrit- bzw. hydroxidhaltige Lösung verwendet wird, um vorliegend bei 80 °C ca. 1 Minute lang auf die Oberfläche des Wälzlagerbauteils einzuwirken. This is followed by a hot rinse with short multiple dipping, wherein for this purpose a nitrite or hydroxide-containing solution is used to act in this case at 80 ° C for about 1 minute on the surface of the rolling bearing component.
Nach einer Heißlufttrocknung in einem Chargentrockner erfolgt die NachWärmebehandlung in einem Umluftofen, wobei vorliegend eine 120-minütige Behandlung bei 203 °C (+/- 3 °C) vorgesehen ist. After a hot air drying in a batch dryer, the post-heat treatment is carried out in a convection oven, wherein in the present case a 120-minute treatment at 203 ° C (+/- 3 ° C) is provided.
Nach einem Vorabkühlen erfolgt eine Trocknung und vor der Auslieferung des fertigen Teils eine Konservierung, nach der die Restabkühlung auf Raumtemperatur stattfindet. After pre-cooling, drying takes place and, before delivery of the finished part, preservation takes place, after which the residual cooling to room temperature takes place.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteils P atentansprü che method for producing a rolling bearing component
1. Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerbauteils aus Stahl, umfassend die Schritte: a) Produktion des Wälzlagerbauteils durch spanende Bearbeitung und/oder durch spanlose Bearbeitung; b) Einbringen des Wälzlagerbauteils in eine alkalische wässrige Salzlösung, so dass sich zumindest auf Abschnitten der Oberfläche des Wälzlagerbauteils eine Eisenoxidschicht ausbildet; c) anschließendes Erwärmen des Bauteils auf eine Temperatur, die größer ist als die Raumtemperatur (20 °C), wobei dieses Erwärmen den Ab- schluss der Herstellung des Wälzlagerbauteils darstellt und wobei dieses Erwärmen in einem Ofen oder mittels Infrarot-Strahlung unter einer Luft- oder Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum erfolgt. 1. A method for producing a rolling bearing component made of steel, comprising the steps of: a) production of the rolling bearing component by machining and / or by chipless machining; b) introducing the rolling bearing component into an alkaline aqueous salt solution so that an iron oxide layer is formed at least on portions of the surface of the rolling bearing component; c) subsequently heating the component to a temperature which is greater than the room temperature (20 ° C.), this heating representing the completion of the production of the rolling bearing component and this heating being carried out in an oven or by means of infrared radiation under an air or inert gas atmosphere or in a vacuum.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Schritt b) von Anspruch 1 eine Eisenoxidschicht mit der Summenformel FeO, Fe2O3 und/oder Fe3O4 erzeugt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that according to step b) of claim 1, an iron oxide layer with the empirical formula FeO, Fe 2 O 3 and / or Fe 3 O 4 is generated.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlagerbauteil gemäß Schritt b) von Anspruch 1 in ein Behandlungsbad eingetaucht wird, das eine Temperatur zwischen 130 °C und 170 °C aufweist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the rolling bearing component according to step b) of claim 1 is immersed in a treatment bath having a temperature between 130 ° C and 170 ° C.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsbad eine Temperatur zwischen 145 °C und 155 °C aufweist. 4. The method according to claim 3, characterized in that the treatment bath has a temperature between 145 ° C and 155 ° C.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlagerbauteil bei Schritt b) von Anspruch 1 für einen Zeitraum zwischen 30 Sekunden und 5 Minuten in das Behandlungsbad eingetaucht wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the rolling bearing component is immersed in step b) of claim 1 for a period of between 30 seconds and 5 minutes in the treatment bath.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) von Anspruch 1 solange ausgeführt wird, bis sich eine Eisenoxidschicht mit einer Dicke zwischen 0,5 μηι und 4 μηι ausgebildet hat, vorzugsweise zwischen 1 μηι und 2 μηι. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that step b) of claim 1 is carried out as long until an iron oxide layer with a thickness between 0.5 μηι and 4 μηι has formed, preferably between 1 μηι and 2 μηι ,
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktion des Wälzlagerbauteils gemäß Schritt a) von Anspruch 1 eine Wärmebehandlung zum Härten des Wälzlagerbauteils und eine sich anschließende Hartfeinbearbeitung, insbesondere eine Schleifoperation und/oder eine Honoperation, umfasst, wobei sich Schritt b) von Anspruch 1 vorzugsweise unmittelbar nach der Hartfeinbearbeitung anschließt. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the production of the rolling bearing component according to step a) of claim 1 comprises a heat treatment for hardening of the rolling bearing component and a subsequent hard fine machining, in particular a grinding operation and / or a honing operation, wherein Step b) of claim 1 preferably followed immediately after the hard fine machining.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur bei der Durchführung des Schritts c) gemäß Anspruch 1 zwischen 50°C und 400°C, vorzugsweise zwischen 100 °C und 350 °C, liegt. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the temperature in the implementation of step c) according to claim 1 between 50 ° C and 400 ° C, preferably between 100 ° C and 350 ° C, is located.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlagerbauteil bei der Durchführung des Schritts c) gemäß Anspruch 1 für eine Zeit von mindestens 2 Sekunden auf der erhöhten Temperatur gehalten wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the rolling bearing component is held in the implementation of step c) according to claim 1 for a time of at least 2 seconds at the elevated temperature.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlagerbauteil aus einem niedrig legierten Stahl hergestellt wird, insbesondere aus Wälzlagerstahl der Sorte 100Cr6. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the rolling bearing component is made of a low-alloy steel, in particular from bearing steel grade 100Cr6.
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