具有带硬化的边缘区的轴承圈的滚动轴承制造技术

本发明专利技术涉及一种尤其用于支承涡轮增压机的轴的滚动轴承(6)，其包括轴承圈(1)和大量滚动体(9)。轴承圈(1)由钢形成，钢包括作为合金组成部分的0.05至0.65重量百分比的碳、0.5至5.0重量百分比的铬、至多1.0重量百分比的钼、至多1.0重量百分比的钒以及至多1.0重量百分比的铝。轴承圈(1)的表面具有硬化的、包括氮化物的边缘层(2)，边缘层包括渗入层(3)和位于渗入层上的连接层(4)。边缘层(2)具有至多1mm的厚度。此外，本发明专利技术还涉及一种用于制备相应的轴承圈(6)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有带硬化的边缘区的轴承圈的滚动轴承
本专利技术涉及一种尤其用于支承涡轮增压机的轴的滚动轴承，其包括轴承圈和大量滚动体。轴承圈由钢形成。轴承圈的表面具有硬化的、包括氮化物的边缘区。此外，本专利技术还涉及一种用于制备用于这种滚动轴承的轴承圈的方法。
技术介绍
滚动轴承使用在不同的技术应用中，以便在机器中支撑和引导能彼此相对运动、尤其是能转动运动的部件，并且接收起作用的外力且将其传递到壳体或类似物。例如，涡轮增压机的轴在机动车中用实施为双列角接触球轴承的滚动轴承来支承。在此，滚动轴承在运行时会承受非常高的应力，这如同在例如当在新式的、能够达到每分钟大约300000转的非常高的转速的涡轮增压机中使用时的情况。这类滚动轴承在高运行温度下且在滚动体与轴承圈滚道之间的高滚动应力下也必须具有可靠的且尽可能无磨损的运行特性。因此，用于这类用途的轴承圈通常由合金钢制备并且通过额外的热处理进行硬化。例如，DE102008023158A1公开了一种滚动轴承组成部分，尤其是一种轴承圈，其由低合金钢组成。滚动轴承组成部分尤其在腐蚀性的环境中运行。通过多次处理步骤，在滚动轴承组成部分中应该在足够的机械强度的情况下实现经改进的抗腐蚀性。在处理步骤中，轴承圈的边缘区通过热化学处理方法进行硬化。在此，通过未详细描述的渗氮或氮碳共渗，硬化的边缘区产生15至25μm的厚度。但是，该边缘区的厚度尤其是对于滚动轴承的承受像例如在支承涡轮增压机的轴时出现的、非常高的负载的轴承圈来说是不够的。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提出一种尤其用于支承涡轮增压机的轴的滚动轴承，其在低成本制备的情况下具有尽可能耐久的高耐磨性且高硬度表面。此外，本专利技术的任务是，提供一种经济实惠的用于制备这种轴承圈的方法。关于完成滚动轴承的任务根据本专利技术得以解决。本专利技术有利的实施方式和改进方案在下文的描述中得以表现出来。因此，根据本专利技术的尤其用于支承涡轮增压机的轴的滚动轴承包括轴承圈和大量滚动体。轴承圈由钢形成，钢包括作为合金组成部分的0.05至0.65重量百分比的碳、0.5至5.0重量百分比的铬、至多1.0重量百分比的钼、至多1.0重量百分比的钒以及至多1.0重量百分比的铝。轴承圈的表面具有硬化的、包括氮化物的边缘区，该边缘区包括渗入层和位于该渗入层上的连接层。边缘区具有至多1mm的厚度。在此，本专利技术从如下考虑出发，以如下方式设计和构成滚动轴承，使得它在尽可能低成本制造的情况下满足相应的应用场合所提出的高要求。此外，本专利技术从如下考虑出发，当使用相对有利的毛坯件并且执行简便的、此外不再需要高花费的机械精加工的热处理用于制造时，可以明显降低用于相应的滚动轴承的制备成本。因此，本专利技术规定，替代昂贵的基本材料地应用由相对有利的、低合金钢组成的毛坯件，并且该毛坯件在相应成型之后经受仅作用在构件的表面上的热化学处理，以便在由此产生的、硬化的且具有特定的厚度的边缘区之上有针对性地针对具体应用场合“调整”所需的机械的构件属性。因此，由毛坯件的基本材料与边缘区的匹配于应用场合的厚度组成的组合在产生所需的机械的构件属性的情况下实现了低成本的制备。滚动轴承可以是标准构型，像例如自调心球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承，以及可以是特殊构型。在此尤其可以是多列的滚子轴承。相应地，滚动体例如可以设计为滚珠、圆柱体或圆锥体，并且尤其具有至多5mm的直径。轴承圈要么可以是滚动轴承的外圈，要么可以是滚动轴承的内圈。滚动轴承的外圈和内圈也可以都构造为这种轴承圈。在此，轴承圈可以相应一件式地或分体式地实施。尤其轴承圈也可以是轴的整体的组成部分。钢除了上述的合金组成部分外尤其还可以包括合金元素硼，通过其可以调节钢的属性曲线(Eigenschaftsprofil)。边缘区可以包括轴承圈的整个表面。但替选地，边缘区也可以仅存在于轴承圈表面的特定的区域上。氮化物通过热化学处理，尤其通过渗氮或氮碳共渗产生。为此考虑，按照供体介质进行分类，例如气体渗氮、盐浴渗氮(Badnitrieren)或离子渗氮/等离子渗氮(Plasmanitrieren)、或者相应的氮碳共渗。共同点在于，氮或者氮与碳在供体介质内部以化合物的形式存在，其在反应空间中分解。在渗氮的情况下，轴承圈表面积聚了氮，在氮碳共渗的情况下，额外地将碳渗入到表面中。尤其地，氮与包含在钢中的铁反应生成铁氮化物，并且与现有的合金元素反应生成特殊氮化物，或者在额外的渗入碳的情况下反应生成相应的碳氮化物。这类氮化物具有高硬度。由此形成了硬化的边缘区，其包括渗入层和位于渗入层上的连接层。连接层在渗氮之后尤其由铁氮化物和现有的合金元素的特殊氮化物组成，特殊氮化物置入在铁氮化物矩阵中。作为重要特征，渗入层包含现有的合金元素的析出的特殊氮化物。在氮碳共渗之后连接层尤其由铁碳氮化物和现有的合金元素的置入在铁碳氮化物矩阵中的特殊碳氮化物组成。作为重要特征，渗入层包含现有的合金元素的析出的特殊(碳)氮化物。如果通过把氮渗入到内部而得到的氮浓度超出用于相应氮化物的溶解度，那么就发生特殊氮化物或者说特殊碳氮化物的析出形成。连接层尤其具有很高的硬度。渗入层的特征尤其在于它的高强度和硬度，并且相对于连接层具有更高的韧性。边缘区具有至多1mm的厚度，并且大约相应于引入的氮的渗入深度，渗入深度尤其依赖于热化学处理的持续时间和温度。具有这类边缘区的轴承圈的表面具有足够用于相应滚动轴承运行的硬度和强度。所述的滚动轴承的优点在于，在低成本制备的情况下具有尽可能耐久的高耐磨性表面。在至多1mm厚的边缘区的情况下，滚动轴承具有足够高的耐磨性和硬度，以便即使在所支承的轴是高负载，尤其是高转速时，也显示出可靠的运行特性。除此之外，为了产生该厚度的边缘区，仅需相对短的热处理时间和相对低的温度。此外，这对于尺寸稳定性和组织构造起有益作用。因为仅出现了很小的尺寸变化和变形，因此不需要或仅相应需要很少的精加工。有利的是，边缘区具有100至300μm的厚度。该厚度的边缘区在制备成本与高耐磨性和高硬度之间表现出了特别好的平衡。在有利的实施方式中，边缘区具有大于700的维氏硬度。维氏硬度是针对表面硬度的常用测量单位。根据英国维克斯(Vickers)飞机制造厂命名的硬度试验尤其用在硬且均匀构建的材料的情况下，以及用在表面硬化的工件的情况下。在该硬度试验的形式中，由金刚石制成的等边锥体(其具有136°开度角)压入到试样的表面，并且测量出现的压痕的对角线。在边缘区的维氏硬度大于700时，轴承圈显示出了良好的尤其是相对于研磨磨损的耐抗性。在此，最大硬度直接位于表面上，并且硬度向内逐渐减少。更适宜的是，轴承圈包括滚道区域，其中，边缘区在滚道区域中没有连接层。滚道区域在此基本上是轴承圈的在安装状态下至少局部直接与滚动体表面接触的面。连接层典型地具有很高的硬度，进而也伴随地具有小的韧性。因此，脆的连接层在相应负载的情况下可能会容易断裂。因为在滚动轴承中，在滚道区域与滚动体之间常常会出现很大的点载荷或线载荷，所以适宜的是，没有连接层实施于轴承圈的滚道区域。该连接层尤其可以通过磨削或珩磨去除掉。更有利的是，钢包括0.27至0.34重量百分比的碳、2.3至2.7重量百分比的铬、0.15至0.25重量百分比的钼、以及0.1至0.2重本文档来自技高网...

【技术保护点】
滚动轴承(6)，尤其用于支承涡轮增压机的轴，其包括轴承圈(1)和大量的滚动体(9)，其中，所述轴承圈(1)由钢形成，所述钢包括作为合金组成部分的0.05至0.65重量百分比的碳、0.5至5.0重量百分比的铬、至多1.0重量百分比的钼、至多1.0重量百分比的钒以及至多1.0重量百分比的铝，其中，所述轴承圈的表面具有硬化的、包括氮化物的边缘区(2)，所述边缘区包括渗入层(3)和位于所述渗入层上的连接层(4)，并且其中，所述边缘区(2)具有至多1mm的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.22 DE 102012204618.61.一种滚动轴承(6)，所述滚动轴承(6)包括轴承圈(1)和大量的滚动体(9)，其中，所述轴承圈(1)由钢形成，所述钢包括作为合金组成部分的0.05至0.65重量百分比的碳、0.5至5.0重量百分比的铬、至多1.0重量百分比的钼、至多1.0重量百分比的钒以及至多1.0重量百分比的铝，其中，所述轴承圈的表面具有硬化的、包括氮化物的边缘区(2)，所述边缘区包括渗入层(3)和位于所述渗入层上的连接层(4)，其中，所述边缘区(2)具有至多1mm的厚度，其中，所述滚动轴承构造为双列角接触球轴承，并且其中，所述轴承圈(1)包括滚道区域(5)，并且其中，所述边缘区(2)在所述滚道区域中没有连接层(4)。2.根据权利要求1所述的滚动轴承(6)，其中，所述边缘区(2)具有100至300μm的厚度。3.根据权利要求1或2所述的滚动轴承(6)，其中，所述边缘区(2)具有大于700的维氏硬度。4.根据权利要求1或2所述的滚动轴承(6)，其中，所述钢包括0.27至0.34重量百分比的碳、2.3至2...

【专利技术属性】
技术研发人员：恩斯特·斯特里恩，彼得·格保尔，海科·施密特，奥利弗·格拉芙葛勒，
申请(专利权)人：舍弗勒技术有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE