WO2018188686A1 - Carbonitrieren von spanlos hergestellten wälzlagern - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a non-cutting produced rolling bearing.
  • a non-cutting manufactured rolling bearing comprises an outer ring and / or inner ring. Rolling elements roll off on said outer ring and / or inner ring. As a consequence, preferably the outer ring and / or the inner ring forms a rolling body raceway for the corresponding bearing.
  • the outer ring and / or inner ring has an edge layer formed by at least one measure for the diffusion of an element into near-surface regions. It is advantageous if the outer layer of the outer ring and / or inner ring comprises nitrogen. In this way, the performance of non-cutting bearings can be increased by means of nitrogen (or by carbonitriding).
  • the rolling bearing according to the invention has an outstanding feature both in terms of its mechanical properties, such as, in particular, surface hardness, wear resistance, roll over resistance, etc. outstanding property profile. Furthermore, the enriched with nitrogen edge layer causes a better tempering resistance and thus an additional wear protection / wear resistance of the raceway or the rolling body raceway and thus a longer life.
  • the nitrogen-containing surface layer is formed by at least one measure for the diffusion of nitrogen into areas of the rolling bearing that are near the surface. Depending on the particular used in the context of at least one measure for the diffusion of nitrogen into near-surface areas process parameters such.
  • the nitrogen-containing edge layer has a predetermined layer thickness, advantageously in the range of 1 ⁇ to 1, 5 mm, in particular in the range of 1 pm to 0.3 mm, preferably in the range of 1 to 50 pm.
  • predetermined layer thicknesses are possible. In this case, preferably, the predetermined layer thickness vary depending on the wall thickness of the outer ring and / or inner ring of the rolling bearing. It is advantageous if z.
  • a layer thickness of at least 1, 5 mm is achieved, whereas it is advantageous if, for example, at a wind thickness of 0.5 mm, a layer thickness of at least 30pm is achieved.
  • the non-cutting bearings produced in comparison with lower wall thickness on a likewise produced in comparison with the other non-cutting bearings lower layer thickness of the surface layer.
  • the predetermined layer thickness in particular the aforementioned ranges, have the advantage of providing sufficient wear protection or wear resistance. Accordingly, for example, with the aid of the predetermined layer thickness, the non-cutting bearing produced according to the invention can absorb the same mechanical forces as compared to a conventional non-cutting bearing produced However, a rolling bearing enriched with nitrogen in the surface layer, has a much longer life.
  • this can be set by suitable process selection and guidance of the at least one measure for the inward diffusion of nitrogen into areas near the surface of the rolling bearing for forming the nitrogen-containing edge layer.
  • a non-cutting manufactured rolling bearing has a core which is enclosed by the edge layer.
  • the surface layer has an increased nitrogen content relative to the core, in particular an increased nitrogen content of at least 0.04%.
  • the aforementioned limit of an increased nitrogen content of at least 0.04% in the surface layer relative to the core ideally leads to increased wear resistance and preferably to an increased roll-over strength.
  • the rolling bearing has a case hardening steel or consists of insert steel. It is advantageous if the case steel DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 and / or SCM415 is used. Of course, other case-hardened steels can also be used. Case-hardening steels or the aforementioned steels are outstandingly suitable for optimizing the properties of the non-cutting bearing manufactured.
  • the rolling bearing or its outer ring / inner ring has a wall thickness in the range between 0.5 mm and 6 mm. This wall thickness allows easy production.
  • a second aspect of the invention comprises a method for producing a non-cutting rolling bearing and / or for increasing the wear resistance of a rolling bearing with a nitrogen-containing edge layer.
  • the method comprises the following steps.
  • An advantageous production step comprises the provision of a rolling bearing made of a case hardening steel, in particular DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 and / or SCM415.
  • a production step comprises carrying out at least one measure for the diffusion of nitrogen into near-surface regions of the rolling bearing to form the nitrogen-containing edge layer.
  • this measure it is possible, under suitable conditions, for foreign atoms, in particular nitrogen, to diffuse into the microstructure of the rolling bearing provided.
  • the nitrogen-containing edge layer can be formed in the edge or near-surface areas of the rolling bearing.
  • the diffusion of nitrogen into the microstructure of the rolling bearing, in particular in its edge layer leads to a kind of solid solution hardening, and to be precise just in the region of the surface layer.
  • the resulting change in the existing atomic microstructure in the region of the surface layer leads to increased hardness.
  • the formation of a nitrogen-containing edge layer further mechanical properties, in particular the wear resistance or the rollover resistance improved.
  • thermochemical treatment is preferably carried out.
  • the thermochemical treatment is carried out in a temperature range of at least 800 ° C. Said thermochemical treatment in said temperature range allows the diffusion of impurities, in particular of nitrogen, in the existing microstructure of the rolling bearing, which preferably has a case steel.
  • thermochemical treatment By determining or adjusting the temperature applied during the thermochemical treatment, it is possible to influence the kinetics of the diffusion of nitrogen into the surface layer of the rolling bearing. In this way, specific properties of the nitrogen-containing surface layer to be formed can be set in a targeted manner.
  • temperature-related influences on the dimensional stability and / or surface quality or roughness of the rolling bearing may have an effect, of course, in whose knowledge the mentioned properties can be counteracted or they can be kept to a tolerable extent.
  • the at least one measure for forming the nitrogen-containing edge layer is carried out in such a way that a nitrogen-containing edge layer having a predetermined layer thickness, preferably from 1 ⁇ m to 0.3 mm, preferably from 1 to 50 pm, trains.
  • the predetermined layer thickness vary depending on the wall thickness of the rolling bearing or its outer ring and / or inner ring. It is advantageous if z. B. at a wall thickness of 6 mm, a layer thickness of at least 1, 5 mm is achieved, whereas it is advantageous if, for example, at a wind thickness of 0.5 mm, a layer thickness of at least 30pm is achieved.
  • the rolling bearing with a comparatively lower wall thickness also a lower compared to the other rolling bearing layer thickness of the surface layer.
  • the predetermined layer thickness in particular the aforementioned ranges, have the advantage that a sufficient wear protection is provided. Accordingly, a rolling bearing using the predetermined layer thickness, prepared by the method according to the invention for producing a rolling bearing, in comparison to a conventional non-cutting bearings produced by a known method to absorb the same mechanical forces. However, the rolling bearing enriched with nitrogen in the surface layer, according to the method presented here, a much longer life.
  • the nitrogen-containing surface layer case hardening, preferably with the additional addition of nitrogen, in particular a carbonitriding process and / or plasma nitriding and / or gas nitriding and / or gas nitrocarburizing performed. If necessary, the processes can also be combined or carried out sequentially.
  • the process plasma nitriding conventionally means a diffusion of nitrogen into the starting material to be treated.
  • Gas nitriding is a thermochemical process in which the material to be treated, that is to say in particular to be cured, is heated to a temperature such that it contains a gas containing nitrogen, such as, for example, nitrogen. B. ammonia (NH3) is exposed, which then leads to the diffusion of nitrogen into the starting material.
  • a gas containing nitrogen such as, for example, nitrogen.
  • B. ammonia (NH3) is exposed, which then leads to the diffusion of nitrogen into the starting material.
  • the gas nitrocarburizing allows the diffusion of nitrogen into the material to be treated, wherein the material to be treated is additionally exposed to a gas containing carbon (eg CO 2), ie a total of a gas mixture of a nitrogen and a carbon-containing gas and tempered accordingly.
  • a gas containing carbon eg CO 2
  • a carbonitriding process or carbonitriding is preferably understood as meaning a thermochemical process in which, advantageously, the surface layer of components is enriched by diffusion of carbon and / or nitrogen. As a result, an improvement in the mechanical properties of the component edge layer can be achieved.
  • the carbonitriding process or the carbonitriding is based on a modified case-hardening, wherein preferably a coordinated tempering of the surface layer with respect to the microstructure composition can be adjusted to the application-specific loading.
  • the carbonitriding process or carbonitriding acts on the surface of a treated component and, within that, up to the so-called case hardening depth (CHD), wherein ideally the core of the component is not influenced.
  • CHD case hardening depth
  • the method of carburizing / carbonitriding or the carbonitriding process is illustrated by way of example in a process sequence in which diffusion wear protection layers are ideally produced on or on roller bearings.
  • the aim of the carbonitriding process is to produce a high C (carbon) and / or C + N martensitic (carbon and nitrogen) and / or N (nitrogen) surface layer higher Hardness and preferably a better tempering resistance.
  • carrier media such as carrier gas + propane + NH4 or plasma (Glimmsaum) plus CH4 or C2H6, are used.
  • the use of the carrier media takes place at a temperature of 850 ° C to 1050 ° C, which is preferably done over a period of 0.5 to 8 hours. Subsequently, the treated rolling bearing is conveniently cooled in air.
  • Such treated bearings have case hardening depths (at least 700HV) of 0.05 mm to several millimeters.
  • Rolling bearings which are subjected to a carbonitriding process or a carburizing / carbonitriding are preferably pretreated, preferably by case hardening or tempering for adjusting the core strength or hardening depth.
  • the carbonitriding process or the carburizing / carbonitriding can be carried out in different plants, inter alia, for example, in continuous strip furnaces, discontinuously operating chamber furnaces, discontinuously operating plasma plants and / or multi-chamber plasma plants in the puncturing operation.
  • at least one measure for work hardening such as, for example, cold forming, of the rolling bearing is carried out before the at least one measure for forming the nitrogen-containing edge layer is carried out.
  • the measures of work hardening a metallic material are preferably understood to mean the plastic deformation of metallic materials at a temperature below their respective recrystallization temperature.
  • the plastic deformation of the material increases the dislocation density within the respective material, whereby an increase in the material hardness is due.
  • the inventive idea presented above is expressed in other words.
  • This idea preferably concerns - simplified shown - the improvement of the mechanical properties, in particular the wear resistance or the wear protection of the raceway or the rolling body raceway and thus a longer life of non-cutting bearings produced.
  • the invention is based on a prior art in which known rolling bearings are conventionally case hardened.

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Abstract

Spanlos hergestelltes Wälzlager mit einem Außenring und/oder Innenring, der eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Eindiffusion eines Elements in oberflächennahe Bereiche des Wälzlagers gebildete Randschicht aufweist, wobei die Randschicht des Außenrings und/oder Innenrings Stickstoff umfasst. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung eines spanlos hergestellten Wälzlagers und/oder zur Steigerung der Verschleißfestigkeit eines spanlos hergestellten Wälzlagers mit einer Stickstoff enthaltenden Randschicht.

Description

Carbonitrieren von spanlos hergestellten Wälzlagern
Die Erfindung betrifft ein spanlos hergestelltes Wälzlager.
Die aus dem Stand der Technik bekannten und verwendeten spanlos hergestellten Wälzlagerager sind konventionell einsatzgehärtet. Jedoch sind diese bei kleinen Schwenkwinkel und gleichzeitig hohen Schwenkfrequenzen erhöhtem Verschleiß unterworfen, insbesondere auf Seiten der Wälzkörperlaufbahn, auf weiche die Wälzkörper abrollen. In der Folge entstehen Lagerschäden, die ein Auswechseln des Lagers notwendig machen. Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein spanlos hergestelltes Lager anzugeben, deren Außenring bzw. Innenring einen optimierten Verschleißschutz bzw. Verschleißwiderstand aufweist. Ferner ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lagers anzugeben, bei welchem der Außenring bzw. Innenring im Ergebnis einen optimierten Verschleißschutz aufweist. Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt ein spanlos hergestelltes Wälzlager einen Außenring und/ oder Innenring. Auf genanntem Außenring und/ oder Innen- ring rollen Wälzkörper ab. In der Konsequenz bildet also vorzugsweise der Außenring und/ oder der Innenring eine Wälzkörperlaufbahn für das entsprechende Lager.
Günstigerweise weist der Außenring und/ oder Innenring eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Eindiffusion eines Elements in oberflächennahe Bereiche gebildete Randschicht auf. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Randschicht des Außenrings und/ oder Innenring Stickstoff umfasst. Auf diese Weise kann die Leistungsfähigkeit von spanlos hergestellten Wälzlagern mittels Stickstoff (bzw. mittels Carbonitrieren) gesteigert werden.
Durch die Ausbildung einer Stickstoff enthaltenden Randschicht weist das erfindungsgemäße Wälzlager sowohl im Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften, wie ins- besondere Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit, Überrollfestigkeit etc. , ein hervor- ragendes Eigenschaftenprofil auf. Ferner bewirkt die mit Stickstoff angereicherte Randschicht eine bessere Anlassbeständigkeit und somit einen zusätzlichen Verschleißschutz/Verschleißwiderstand der Laufbahn bzw. der Wälzkörperlaufbahn und somit eine höhere Lebensdauer. Die Stickstoff enthaltende Randschicht ist erfindungsgemäß durch wenigstens eine Maßnahme zur Diffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche des Wälzlagers ausgebildet. In Abhängigkeit der jeweiligen im Rahmen der wenigstens einen Maßnahme zur Eindiffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche verwendeten Prozessparameter, wie z. B. Temperatur, Druck, Dauer, Konzentration des Stickstoffge- halts einer gegebenenfalls notwendigen Stickstoffatmosphäre, kann gezielt Einfluss auf die auszubildende bzw. ausgebildete Stickstoff enthaltende Randschicht des Wälzlagers genommen werden. Insbesondere können auf diese Art und Weise, die Eindringtiefe der Stickstoffatome sowie die Konzentration der Stickstoff atome in der Randschicht prozesstechnisch beeinflusst bzw. kontrolliert werden. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Stickstoff enthaltende Randschicht eine vorbestimmte Schichtdicke aufweist, vorteilhafterweise im Bereich von 1 μηι bis 1 ,5 mm, insbesondere im Bereich von 1 pm bis 0,3 mm, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 pm. Selbstverständlich sind weitere, vorbestimmte Schichtdicken möglich. Dabei kann vorzugsweise die vorbestimmte Schichtdicke je nach Wandstärke des Außenrings und/ oder Innenrings des Wälzlagers variieren. Hierbei ist es von Vorteil, wenn z. B. bei einer Wandstärke von 6 mm eine Schichtdicke von mindestens 1 ,5 mm erzielt wird, wohingegen es günstig ist, wenn beispielsweise bei einer Windstärke von 0,5 mm eine Schichtdicke von mindestens 30pm erreicht wird. Vorteilhafterweise weist bei einem Vergleich von zwei spanlos hergestellten Wälzlagern mit unterschiedlichen Wandstärken, das spanlos hergestellte Wälzlager mit im Vergleich geringerer Wandstärke eine ebenfalls im Vergleich zum weiteren spanlos hergestellten Wälzlager geringere Schichtdicke der Randschicht auf.
Die vorbestimmte Schichtdicke, insbesondere die vorgenannten Bereiche, haben den Vorteil, einen ausreichenden Verschleißschutz bzw. Verschleißwiderstand zu bieten. Dementsprechend kann beispielsweise mithilfe der vorbestimmten Schichtdicke das erfindungsgemäße spanlos hergestellte Wälzlager im Vergleich zu einem herkömmlichen spanlos hergestellten Wälzlager die gleichen mechanischen Kräfte aufnehmen, wobei jedoch ein Wälzlager, angereichert mit Stickstoff in der Randschicht, eine weitaus höhere Lebensdauer aufweist.
Im Zusammenhang mit der erwähnten vorbestimmten Schichtdicke sei noch erwähnt, dass diese durch geeignete Prozessauswahl und -führung der wenigstens einen Maßnahme zur Eindiffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche des Wälzlagers zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht einstellbar ist.
Vorzugsweise weist ein spanlos hergestelltes Wälzlager einen Kern auf, der von der Randschicht umschlossen ist. Vorteilhafterweise weist die Randschicht gegenüber dem Kern einen erhöhten Stickstoffgehalt auf, insbesondere einen erhöhten Stick- stoffgehalt von mindestens 0,04 %. Vorgenannter Grenzwert eines erhöhten Stickstoffgehalts von mindestens 0,04 % in der Randschicht gegenüber dem Kern führt idealerweise zu erhöhter Verschleißfestigkeit sowie vorzugsweise zu einer erhöhten Überrollfestigkeit.
Auch ist es von Vorteil, wenn das Wälzlager einen Einsatzstahl aufweist bzw. aus Ein- satzstahl besteht. Hierbei ist es günstig, wenn der Einsatzstahl DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 und/oder SCM415 Verwendung findet. Selbstverständlich können auch weitere Einsatzstähle verwendet werden. Einsatzstähle bzw. vorgenannte Stähle eignen sich hervorragend, um die Eigenschaften des spanlos hergestellten Wälzlagers zu optimieren. Vorteilhafterweise umfasst das Wälzlager bzw. dessen Außenring/ Innenring eine Wandstärke im Bereich zwischen 0,5 mm und 6 mm. Diese Wandstärke erlaubt eine einfache Herstellung.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung spanlosen Wälzlagers und/oder zur Steigerung der Verschleißfestigkeit eines Wälzlagers mit ei- ner Stickstoff enthaltenden Randschicht.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale des Wälzlagers wie sie unter dem ersten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erwähnt werden, einzeln o- der miteinander kombinierbar bei dem nun im nachfolgenden beschriebenen Verfahren Anwendung finden können. Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend ein spanlos hergestelltes Wälzlager können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden. Dies gilt selbst verständlich auch anders herum, d.h., dass Merkmale des zweiten Aspekts mit den Merkmalen des ersten Aspekts kombiniert werden können.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren nachstehende Schritte.
Ein vorteilhafter Herstellungsschritt umfasst das Bereitstellen eines Wälzlagers aus einem Einsatzstahl, insbesondere DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 und/oder SCM415. Selbstverständlich können auch weitere Einsatzstähle Verwendung finden. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn ein Herstellungsschritt das Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Diffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche des Wälzlagers zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht umfasst. Mithilfe dieser Maßnahme wird es unter geeigneten Bedingungen Fremdatomen, insbesondere Stickstoff, ermöglicht, in die Gefügestruktur des bereitgestellten Wälzlagers einzu- diffundieren. Somit lässt sich die Stickstoff enthaltende Randschicht in den rand- bzw. oberflächennahen Bereichen des Wälzlagers bilden.
Ferner führt die Eindiffusion von Stickstoff in die Gefügestruktur des Wälzlagers, insbesondere in deren Randschicht, zu einer Art Mischkristallverfestigung, und zwar günstigerweise eben im Bereich der Randschicht. Die damit bewirkte Veränderung der bestehenden atomaren Gefügestruktur im Bereich der Randschicht führt zu einer erhöhten Härte. Auch werden durch die Ausbildung einer Stickstoff enthaltenden Randschicht weitere mechanische Eigenschaften, wie insbesondere die Verschleißfestigkeit oder die Überrollfestigkeit verbessert. Mittels der mit Stickstoff angereicherten Randschicht kann auch eine bessere Anlassbeständigkeit und somit ein weitere Stei- gerung hinsichtlich Verschleißschutz/Verschleißwiderstand der Laufbahn bzw. der Wälzkörperlaufbahn erzielt werden.
Als Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht wird vorzugsweise eine thermochemische Behandlung durchgeführt. Günstigerweise wird die thermochemische Behandlung in einem Temperaturbereich von mindestens 800°C durchgeführt. Genannte thermochemische Behandlung im besagten Temperaturbereich erlaubt das Eindiffundieren von Fremdatomen, insbesondere von Stickstoff, in die vorhandene Gefügestruktur des Wälzlagers, welche vorzugsweise einen Einsatzstahl aufweist.
Durch Festlegung bzw. Einstellung der im Rahmen der thermochemischen Behandlung anliegenden Temperatur kann Einfluss auf die Kinetik der Eindiffusion von Stick- stoff in die Randschicht des Wälzlagers genommen werden. Auf diese Weise können gezielt bestimmte Eigenschaften der zu bildenden Stickstoff enthaltenden Randschicht eingestellt werden. So können sich beispielsweise temperaturbedingte Einflüsse auf die Maßhaltigkeit und/oder Oberflächengüte bzw. Rauigkeit des Wälzlagers auswirken, wobei selbstverständlich in deren Kenntnis den genannten Eigenschaften entge- gengewirkt werden kann bzw. diese in einem tolerierbaren Ausmaß gehalten werden können.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die wenigstens eine Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht derart durchgeführt wird, dass sich eine Stickstoff enthaltende Randschicht mit einer vorbestimmten Schichtdicke, vorzugswei- se von 1 pm bis 0,3 mm, bevorzugt von 1 bis 50 pm, ausbildet. Dabei kann vorzugsweise die vorbestimmte Schichtdicke je nach Wandstärke des Wälzlagers bzw. dessen Außenring und/ oder Innenring variieren. Hierbei ist es von Vorteil, wenn z. B. bei einer Wandstärke von 6 mm eine Schichtdicke von mindestens 1 ,5 mm erzielt wird, wohingegen es günstig ist, wenn beispielsweise bei einer Windstärke von 0,5 mm eine Schichtdicke von mindestens 30pm erreicht wird. Vorteilhafterweise weist bei einem Vergleich von zwei Wälzlagern mit unterschiedlichen Wandstärken, das Wälzlager mit im Vergleich geringerer Wandstärke eine ebenfalls im Vergleich zum weiteren Wälzlager geringere Schichtdicke der Randschicht auf.
Die vorbestimmte Schichtdicke, insbesondere die vorgenannten Bereiche, weisen den Vorteil auf, dass ein ausreichender Verschleißschutz geboten wird. Dementsprechend kann ein Wälzlager mithilfe der vorbestimmten Schichtdicke, erstellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers, im Vergleich zu einem herkömmlich spanlos hergestellten Wälzlager nach einem bekannten Verfahren die gleichen mechanischen Kräfte aufnehmen. Jedoch weist das Wälzlager, angereichert mit Stickstoff in der Randschicht, nach dem hier vorgestellten Verfahren, eine weitaus höhere Lebensdauer auf. Vorteilhafterweise wird als Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht Einsatzhärten, vorzugsweise unter zusätzlicher Zugabe von Stickstoff, insbesondere ein Carbonitrier-Verfahren und/oder Plasmanitrieren und/oder Gasnitrieren und/oder Gasnitrocarburieren durchgeführt. Die Prozesse können gegebenenfalls auch kombiniert bzw. zeitlich nacheinander durchgeführt werden.
Unter dem Verfahren Plasmanitrierung wird herkömmlicherweise eine Eindiffusion von Stickstoff in das zu behandelnde Ausgangsmaterial verstanden.
Beim Gasnitrieren handelt es sich um ein thermochemisches Verfahren, bei dem das zu behandelnde, das heißt insbesondere zu härtende Material temperiert und dabei einem Stickstoff enthaltenden Gas wie z. B. Ammoniak (NH3) ausgesetzt wird, welches sodann zur Eindiffusion von Stickstoff in das Ausgangsmaterial führt.
Das Gasnitrocarburieren erlaubt die Eindiffusion von Stickstoff in das zu behandelnde Material, wobei das zu behandelnde Material zusätzlich einem Kohlenstoff enthaltenden Gas (z. B. C02), das heißt insgesamt einem Gasgemisch aus einem Stickstoff und einem Kohlenstoff enthaltenden Gas ausgesetzt und entsprechend temperiert wird.
Unter einem Carbonitrier-Verfahren bzw. unter Carbonitrieren wird vorzugsweise ein thermochemisches Verfahren verstanden, bei dem günstigerweise die Randschicht von Bauteilen durch Eindiffusion von Kohlen- und/oder Stickstoff angereichert wird. Dadurch kann eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Bauteilrandschicht erzielt werden.
Vorteilhafterweise basiert das Carbonitrier-Verfahren bzw. das Carbonitrieren auf einer modifizierten Einsatzhärtung, wobei vorzugsweise ein abgestimmtes Anlassen die Randschicht bzgl. der Gefügezusammensetzung auf die anwendungsspezifische Be- lastung eingestellt werden kann.
Insbesondere bietet das Carbonitrier-Verfahren bzw. das Carbonitrieren den Vorteil einer Erhöhung der Oberflächen- und Randschichthärte sowie eine Erhöhung der Anlassbeständigkeit (=Beständigkeit gegen thermischen Stress) und eine Verbesserung des Verhaltens bei Gleitverschleiß. Idealerweise wirkt das Carbonitrier-Verfahren bzw. das Carbonitrieren an der Oberfläche eines behandelten Bauteiles und innerhalb dessen bis zur sogenannten Case Hardening Depth (CHD), wobei idealerweise der Kern des Bauteils nicht beeinflusst wird. Nachstehend wird beispielhaft in einem Verfahrensablauf das Verfahren Carburie- ren/Carbontrieren bzw. das Carbonitrier-Verfahren dargestellt, bei welchem idealerweise Diffusions-Verschleißschutzschichten an bzw. auf Wälzlagern erstellt werden.
Das Ziel des Carbonitrier-Verfahrens bzw. des Carburierens/Carbonitrierens (thermo- chemisches Verfahren) ist die Erzeugung einer hoch C (Kohlenstoff) und/oder C+N- martensitischen (Kohlenstoff und Stickstoff) und/oder N- (Stickstoff) Randschicht hoher Härte und vorzugsweise eine bessere Anlassbeständigkeit.
Hierbei werden vorzugsweise Trägermedien, wie beispielsweise Trägergas + Propan + NH4 oder Plasma (Glimmsaum) plus CH4 oder C2H6, eingesetzt.
Vorzugsweise findet der Einsatz der Trägermedien bei einer Temperatur von 850°C bis 1050°C statt, wobei dies bevorzugterweise über eine Dauer von 0,5 bis 8 Stunden geschieht. Anschließend wird günstigerweise das behandelte Wälzlager an Luft abgekühlt.
Idealerweise weisen derartig behandelte Wälzlager Einsatzhärtetiefen (mindestens 700HV) von 0,05 mm bis mehrere Millimeter auf. Vorzugsweise werden Wälzlager, die einem Carbonitrier-Verfahren bzw. einem Car- burieren/Carbonitrieren unterzogen werden, vorbehandelt, und zwar bevorzugterweise durch Einsatzhärten oder Vergüten zur Einstellung der Kernfestigkeit bzw. Randhärtetiefe.
Auch können Schleifen und/oder intensives Reinigen der Funktionsflächen als Vorbe- handlung durchgeführt werden.
Das Carbonitrier-Verfahren bzw. das Carburieren/Carbonitrieren kann in unterschiedlichen Anlagen durchgeführt werden, unter anderen beispielsweise in kontinuierlich arbeitenden Banddurchlauföfen, diskontinuierlich arbeitenden Kammeröfen, diskontinuierlich arbeitenden Plasmaanlagen und/oder Mehrkammer Plasmaanlagen im Durchstoßbetrieb. lm Rahmen des vorgestellten, erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass vor dem Durchführen der wenigstens einen Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht wenigstens eine Maßnahme zur Kaltverfestigung, wie beispielsweise ein Kaltumformen, des Wälzlagers durchgeführt wird. Zu den Maßnahmen der Kaltverfestigung eines metallischen Materials werden vorzugsweise das plastische Umformen metallischer Materialien bei einer Temperatur unterhalb deren jeweiliger Rekristallisationstemperatur verstanden. Hierbei erhöht die plastische Umformung des Materials die Versetzungsdichte innerhalb des jeweiligen Materials, wodurch eine Erhöhung der Materialhärte bedingt wird. Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke mit anderen Worten ausgedrückt.
Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Verschleißfestigkeit bzw. des Verschleißschutzes der Laufbahn bzw. der Wälzkörperlaufbahn und somit eine höhere Lebensdauer, von spanlos hergestellten Wälzlagern.
Günstigerweise geht die Erfindung von einem Stand der Technik aus, bei welchem bekannte Wälzlager konventionell einsatzgehärtet werden.
Bei diesen herkömmlichen Wälzlagern kommt es bei kleinen Schwenkwinkel und gleichzeitig hohen Schwenkfrequenzen zu einem Verschleiß auf bzw. der Wälzkörper- laufbahn. In der Folge treten Lagerschäden zu Tage.
Eben zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Wälzlagern werden diese bzw. deren Wälzkörperlaufbahn erfindungsgemäß - und vereinfacht dargestellt - carbonitriert bzw. einem Carbonitrier-Verfahren bzw. einem Carburieren/Carbonitrieren unterzogen. Hierbei wird bevorzugterweise gegenüber dem konventionellen Einsatzhärten der Atmosphäre zusätzlich Stickstoff hinzugefügt. Dies bewirkt eine bessere Anlassbeständigkeit und somit einen zusätzlichen Verschleißschutz der Laufbahn/Wälzkörperlaufbahn und somit eine höhere Lebensdauer eines spanlos hergestellten Wälzlagers. Wenn im vorhergegangenem von einem Wälzlager gesprochen wird, ist im Zusammenhang mit dem Carbonitirieren das die Wälzkörperlaufbahn ausbildende Bauteil (bspw. Außenring, Innenring etc.) gemeint. Auch die auf das Wälzlager bezogenen Wandstärke bezieht sich auf diese Bauteile des Wälzlagers.

Claims

Patentansprüche
1 . Spanlos hergestelltes Wälzlager mit einem Außenring und/ oder Innenring, der eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Eindiffusion eines Elements in oberflächennahe Bereiche des Wälzlagers gebildete Randschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Randschicht des Außenrings und/ oder Innenrings Stickstoff umfasst.
2. Spanlos hergestelltes Wälzlager nach Anspruch 1 , wobei die Stickstoff enthaltende Randschicht eine vorbestimmte Schichtdicke aufweist, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 pm.
3. Spanlos hergestelltes Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wälzlager einen Kern aufweist, der von der Randschicht umschlossen ist, wobei die Randschicht gegenüber dem Kern einen erhöhten Stickstoffgehalt aufweist, insbesondere einen erhöhten Stickstoffgehalt von mindestens 0,04 %.
4. Spanlos hergestelltes Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wälzlager einen Einsatzstahl aufweist, wobei vorzugsweise die Einsatzstähle DC04,
C15, 16MnCr5, 25CrMo4 und/oder SCM415 Verwendung finden.
5. Spanlos hergestelltes Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Wälzlager eine Wandstärke (WO, W1 , W2) im Bereich zwischen 0,5 mm und 6 mm umfasst.
6. Verfahren zur Herstellung eines spanlos hergestelltes Wälzlager und/oder zur Steigerung der Verschleißfestigkeit eines spanlos hergestelltes Wälzlager mit einer Stickstoff enthaltenden Randschicht , gekennzeichnet durch die Schritte:
- Bereitstellen eines Wälzlagers aus einem Einsatzstahl, insbesondere aus
DC04, C15, 16MnCr5, 25CrMo4 und/oder SCM415, - Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Diffusion von Stickstoff in oberflächennahe Bereiche des Wälzlagers zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht,
- wobei als Maßnahme zur Ausbildung der Stickstoff enthaltenden Randschicht (R) eine thermochemische Behandlung durchgeführt wird, und
- wobei die thermochemische Behandlung in einem Temperaturbereich von mindestens 800°C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Maßnahme zur Ausbil- dung der Stickstoff enthaltenden Randschicht derart durchgeführt wird, dass sich eine
Stickstoff enthaltende Randschicht mit einer vorbestimmten Schichtdicke, vorzugsweise von 1 bis 50 pm ausbildet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei als Maßnahme zur Ausbil- dung der Stickstoff enthaltenden Randschicht Einsatzhärten, vorzugsweise unter zusätzlicher Zugabe von Stickstoff, insbesondere ein Carbonitrier-Verfahren und/oder Plasmanitrieren und/oder Gasnitrieren und/oder Gasnitrocarburieren durchgeführt wird.
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