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Die vorliegende Erfindung betrifft Lagerbestandteile, und insbesondere Lagerbestandteile, die
sich für die Verwendung in Lagern eignen, die in mit Fremdsubstanz verunreinigten Ölen mit
einer Rockwell-Härte C (im folgenden als "HRC" bezeichnet) von etwa 58 bis etwa 63 eingesetzt
werden.
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Wenn Lager in mit Fremdsubstanz verunreinigten Ölen eingesetzt werden, die eine HRC von
etwa 58 bis etwa 63 aufweisen, wie Metallteilchen oder Formsand, nimmt die Lebensdauer des
Lagers allgemein auf 1/5 bis 1/10 der dafür kalkulierten Lebensdauer oder darunter ab. Um die
Lebensdauer von Lagern in dem Gehäuse zu verbessern, wo sie in Fremdsubstanz enthaltenden
verunreinigten Ölen eingesetzt werden, schlug der Erfinder der vorliegenden Anmeldung bereits
einen Lagerstahl vor, welcher aus Aufkohlungsstahl hergestellt wird und welcher durch eine
Oberflächenhärte von 63 bis 66, angegeben als HRC, einen
Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt von 25 bis 50% und ein carburiertes Gehäuse, das frei von
Sekundärcarbidpräzipitaten ist, charakterisiert ist (siehe die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr.
115344/1990).
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Die JP-A-2115344 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Lagerteilen mit einer
Oberflächenhärte von 63-66 HRC und 25-50% Abschreckungsaustenit in der Oberflächenschicht
durch eine Carburierungs- und Abschreckungs-, Vorvergütungs- (150ºC/30 min), Unter-Null-
Behandlung (-60ºC) und letztendliches Vergüten (160ºC).
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Allerdings schwankt in dem Fall, wo die aus dem beschriebenen herkömmlichen Lagerstahl
hergestellten Bestandteile für Lager verwendet werden, die Lebensdauer der Lager, und diese sind
nicht immer bei ihrer Verwendung tatsächlich zufriedenstellend.
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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Bewältigung des vorgenannten Problems und
die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Lagerbestandteilen, bei denen es sich um
Innen- oder Außenringe handelt, deren Lebensdauer nicht so starken Schwankungen unterworfen
ist und die über einen langen Zeitraum funktionstüchtig sind, wenn sie in verunreinigten Ölen
eingesetzt werden.
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Der Lagerbestandteil wird aus einem Aufkohlungsstahl hergestellt und weist eine
Oberflächenbärte von 63 bis 67, angegeben als Rockwell-Härte C, und einen
Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt von mindestens 20% bis weniger als 25% auf.
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Somit ist die Oberflächenhärte auf 63 bis 67, angegeben als HRC, begrenzt, da dann, wenn die
Härte 67 bezüglich des HRC übersteigt, eine verringerte Zähigkeit erhalten wird, und da
weiterhin die Oberflächenhärte unzureichend ist, wenn dieser unter 63 bezüglich der HRC liegt, mit
dem Resultat, daß, wenn das den Bestandteil bildende Lager in einem mit Fremdsubstanz
verunreinigten Öl eingesetzt wird, der Lagerbestandteil für Kratzer, wie Einkerbungen bzw. Einschnitte
infolge von Fremdsubstanz und daraus entstehendes Spalling, anfällig ist, eine geringere
Verschleißbeständigkeit zeigt und die Lebensdauer des Lagers verkürzt. Vorzugsweise beträgt die
Oberflächenhärte mindestens HRC 64.
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Weiterhin ist der Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt auf einen Bereich von mindestens 20
% bis weniger als 25% beschränkt, da Gehalte von weniger als 20% zu einer niedrigeren
Zähigkeit und einer höheren Rißausbreitungsgeschwindigkeit führen und die Lebensdauer von Lagern
abkürzen und da Lager, wenn der Gehalt nicht niedriger als 25% ist, größeren Schwankungen
bezüglich der Lebensdauer unterworfen sind und als Folge die Oberflächenhärte beeinträchtigt
wird. Vorzugsweise liegt die Obergrenze des Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalts bei 24,5%.
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Mit dem beschriebenen Lagerbestandteil weist die Matrixphase der Außenschicht vorzugsweise
einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,8 Gew.-% auf, da Gehalte von weniger als 0,8 Gew.-%
leicht zu einer geringeren Festigkeit und einer kürzeren Lebensdauer des Lagers führen. Die
Bezeichnung "Außenschicht" bezieht sich auf den Teil mit einer Tiefe von etwa 50 Mikrometer von
der Oberfläche aus.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Lagerbestandteilen, bei denen
es sich um Innen- oder Außenringe handelt, bereit, welches den Schritt des Carburierens und
Abschreckens eines Lagerbestandteil-Werkstücks, das aus einem Aufkohlungsstahl hergestellt ist
und zu einer vorbestimmten Form bearbeitet ist, den Schritt des Unterziehens des resultierenden
Werkstücks einer Sekundär-Härtungsbehandlung und den Schritt des Unterziehens des
gehärteten Werkstücks einer Hauptvergütungsbehandlung einschließt.
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Bei diesem Verfahren wird die Sekundär-Härtungsbehandlung durch Preßhärten zur Härtung, d. h. durch Erhitzen des Werkstücks auf mindestens 800ºC und Abschrecken des Werkstücks
unmittelbar im Anschluß durchgeführt. Die Hauptvergütungsbehandlung wird vorzugsweise durch
Halten des Werkstücks auf 140 bis 175ºC während mindestens 2 Stunden durchgeführt.
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Wenn der durch das Verfahren erhaltene Lagerbestandteil der vorliegenden Erfindung eingebaut
wird, weisen Lager eine verlängerte Lebensdauer auf, selbst wenn sie in verunreinigten Ölen
verwendet werden. Weiterhin können die Schwankungen der Lebensdauer der Lager verringert
werden.
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Das Verfahren der Erfindung gewährleistet die leichtere Herstellung von Lagerbestandteilen.
Die vorliegende Erfindung wird ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Die Fig. 1 ist eine fragmentarische Ansicht im vertikalen Schnitt, die eine Ausführungsform der
Erfindung, d. h. ein Kegelrollenlager, zeigt, wobei die Innen- und Außenringe Lagerbestandteile
der Erfindung sind;
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die Fig. 2 ist eine vergrößerte fragmentarische Ansicht, die eine in einer Laufring- bzw.
Leitungskanalfläche durch einen Vickers-Eindringkörper bzw. -Indentor gebildete Einkerbung zeigt;
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die Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Höhe der Wulst um
derartige Einkerbungen und der Oberflächenhärte von Laufringflächen zeigt;
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die Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Höhe der Wulst um die
Einkerbungen und der Lebensdauer der Lager zeigt;
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die Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Oberflächenhärte der
Innen- und Außenringe und der Oberflächenrauhigkeit davon nach den Tests zeigt, wie durch
Unterwerfen der Lager einem Lebensdauertest in einem verunreinigten Öl bestimmt;
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die Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Neigung von
Regressionslinien von Weibull-Verteilungen, wie auf ein Weibull-Wahrscheinlichkeitspapier aufgetragen
bwz. geplottet, und dem Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt zeigt;
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die Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Höhe der Wulst um die
Einkerbung und der Zahl der Wiederholungen der Beanspruchung zeigt;
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die Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Neigung der
Regressionslinien von Weibull-Verteilungen, wie auf ein Weibull-Wahrscheinlichkeitspapier aufgetragen,
und dem Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt, wie durch einen Lebensdauertest der Lager
bestimmt, zeigt, wobei die Innen- und Außenringe Nr. 1, 5 und 6 verwendet wurden;
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die Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Neigung der
Regressionslinien von Weibull-Verteilungen, wie auf ein Weibull-Wahrscheinlichkeitspapier aufgetragen,
und dem Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt, wie durch einen Lebensdauertest der Lager
bestimmt, wobei die Innen- und Außenringe Nr. 8 bis 47 verwendet wurden;
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die Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem
Einkerbungsflächenverhältnis und der Laufzeit zeigt, wie für Lager bestimmt, bei welchen die Innen- und Außenringe
Nr. 8 bis 17 und 28 bis 37 verwendet wurden;
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die Fig. 11 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem
Dimensionsschwankungsverhältnis der Innenringe und der Veralterungszeit zeigt, wie für Lager bestimmt, bei
welchen die Innen- und Außenringe Nr. 48 bis 51 verwendet wurden; und
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die Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die die Zeit für das Auftreten von Festfressen zeigt,
wie für Lager bestimmt, bei welchen die Innen- und Außenringe Nr. 63 bis 72 verwendet wurden.
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Die Fig. 1 zeigt ein Kegelrollenlager, welches einen Innenring 1 mit einem großen Flansch 1a und
einem kleinen Flansch 1b, einen Außenring 2, ein Festhalteelement bzw. Stellring 3, das in der
Form eines Kegels ausgeschnitten ist, und eine Vielzahl von Kegelrollen 4, die durch das
Festhalteelement 3 gehalten werden, zeigt.
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Es werden die Innen- und Außenringe 1 und 2 aus einem Aufkohlungsstahl, welcher
beispielsweise 0,1 bis 1,0 Gew.-% C, wie JIS SCr420-Material oder SAE5120-Material, enthält, hergestellt
und so angepaßt, daß sie eine Oberflächenhärte von HRC 63 bis 67 und einen Oberflächen-
Abschreckungsaustenitgehalt von mindestens 20% bis weniger als 25% aufweisen. Die
Kegelrollen 4 bestehen aus Lagerstahl, wie JIS SUJ2 oder SAE52100.
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Der Wert für die Untergrenze der Oberflächenhärte der Innen- und Außenringe 1, 2 ist HRC 63,
da die Oberflächenhärte, wenn sie weniger als HRC 63 ist, unzureichend ist und die
nachstehenden Nachteile für den Fall mit sich bringt, wo das diese Bestandteile einschließende Lager in
einem mit Fremdsubstanz verunreinigten Öl verwendet wird. Die Laufringflächen der Innen- und
Außenringe 1, 2 sind für Kratzer, wie Einkerbungen infolge von Fremdsubstanz und daraus
entstehendem Spalling, anfällig, die Ringe zeigen eine geringere Verschleißbeständigkeit, und
Erhebungen, die sich um die Einkerbungen bilden, lassen die Rollen 4 abblättern und verkürzen die
Lebensdauer des Lagers.
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Die Resultate der folgenden, durch uns durchgeführten Experimente erhärteten den Grund dafür,
warum die Untergrenze der Oberflächenhärte der Innen- und Außenringe 1, 2 HRC 63 sein sollte.
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Wenn die Einkerbungen 10 in Laufringflächen unter einer bestimmten Beanspruchung unter
Verwendung eines Vickers-Eindringkörpers, wie in Fig. 2 gezeigt, gebildet werden, bildet sich
eine Wulst 11 um den Einkerbung 10. Die Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen der Höhe h einer
derartigen Wulst 11 und der Oberflächenhärte (HRC) der Laufringe. Es ist zu sehen, daß, je
geringer die Oberflächenhärte ist, desto größer die Höhe h der Wulst 11 ist. Die Fig. 4 zeigt das
Verhältnis zwischen der Höhe h der Wulst 11 und der Lebensdauer der Lager. Je größer die
Höhe h der Wulst 11, desto kürzer ist die Lebensdauer. Das Ergebnis von Fig. 4 wurde durch
Herstellung von zwei Scheiben erhalten, die eine Vielzahl von Einkerbungen durch einen Vickers-
Eindringkörper auf einem Kreis auf einer Oberfläche von einer der konzentrisch mit der Scheibe
angeordneten Scheiben bilden, wobei eine Vielzahl von Kugeln zwischen die zwei Scheiben
gelegt wird und die Scheiben gedreht werden, während gleichzeitig die zwei Scheiben einer
Schubbelastung unterworfen werden, um die Kugeln auf dem konzentrischen Kreis zu drehen, auf
welchem die Einkerbungen gebildet wurden. In der Fig. 4 steht die kreisförmige Kontrollmarkierung
für das außerhalb des Bereichs der Einkerbungen auftretende Spalling. Das in den eingekerbten
Bereichen auftretende Spalling ist durch eine durchgehende kreisförmige Markierung angegeben,
und das in der Kugel auftretende Spalling ist durch eine quadratische Kontrollmarkierung
angegeben. Die Fig. 3 und 4 zeigen, daß dann, wenn die Oberflächenhärte weniger als HRC 63 ist,
die Wulst 11 und die Einkerbung 10 eine große Höhe h aufweist, woraus eine Verkürzung der
Lebensdauer der Lager resultiert. Die Fig. 3 zeigt weiterhin, daß, wenn die Oberflächenhärte
weniger als HRC 63 ist, die Höhe h vorwiegend im Bereich 2 bis 3 Mikrometer liegt, was
wahrscheinlich zu einem an den Einkerbungen enststehenden Spalling führt, wie in Fig. 4 ersichtlich
wird.
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Die Fig. 5 zeigt das durch Unterwerfen der Lager einem Lebensdauertest in verunreinigtem Öl
erhaltene Ergebnis, d. h. die Beziehung zwischen der Oberflächenhärte (HRC) der Innen- und
Außenringe 1, 2 und der Rauhigkeit der Laufringflächen (durchschnittliche Rauhigkeit Ra auf der
Mittellinie) nach den Tests. Die Rauhigkeit der Laufringflächen vor den Tests war 0,1
Mikrometer, angegeben als mittlere Rauhigkeit Ra auf der Mittellinie. Die Fig. 5 zeigt, daß, wenn die
Oberflächenhärte weniger als HRC 63 ist, die Oberflächenrauhigkeit nach den Tests hoch ist.
Dies weist auf eine verminderte Verschleißbeständigkeit hin. Vorzugsweise beträgt die
Oberflächenhärte mindestens HRC 64.
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Der Grund, warum die Untergrenze für die Härte der Innen- und Außenlaufringflächen HRC 63
sein sollte, läßt sich anhand der Fig. 3 bis 5 verstehen.
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Der Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt der Innen- und Außenringe 1, 2 sollte weniger als
25%, vorzugsweise bis zu 24,5% sein, da Gehalte von nicht weniger als 25% zu größeren
Schwankungen der Lebensdauer der Lager und einer geringeren Oberflächenhärte führen.
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Der obengenannte Grund, warum der Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt der Innen- und
Außenringe 1, 2 weniger als 25% sein sollte, wurde anhand der Ergebnisse des folgenden von
uns durchgeführten Experiments ersichtlich.
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Insbesondere führten wir einen Lebensdauertest durch, um die Beziehung zwischen dem
Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt (γR) und der Neigung der Regressionslinien von Weibull-
Verteilungen, wie auf ein Weibull-Wahrscheinlichkeitspapier aufgetragen, zu bestimmen. Das
Resultat ist in Fig. 6 gezeigt, die zeigt, daß dann, wenn der
Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt nicht niedriger als 25% ist, die Neigung abnimmt, was zu größeren Schwankungen
bei der Lebensdauer der Lager führt, die sich daher nicht für den eigentlichen Gebrauch eignen.
Die Tabelle 1 zeigt die Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalte (γR: %) der in Fig. 6
gezeigten Proben A bis E und die entsprechenden. Neigungen.
Tabelle 1
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Die Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Höhe h der Wulst 11 und der Anzahl n der
Wiederholungen der Beanspruchung, wie durch Tests in derselben Weise wie für den Erhalt des
Resultats von Fig. 4 bestimmt. In der Fig. 7 stehen die kreisförmigen Kontrollmarkierungen für das
durch Scheiben mit einer Oberflächenhärte von HRC 62,2 und einem
Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt von HRC 16,9% erhaltene Ergebnis, und die quadratischen
Kontrollmarkierungen stehen für das durch Scheiben mit einer Oberflächenhärte von HRC 62,9 und einem
Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt von 31,5% erhaltene Resultat. Die Fig. 7 zeigt, daß
die Höhe h der um die Einkerbung 10 gebildeten Wulst 11 schwankt und allmählich mit der
Gebrauchszeit abnimmt, aber nicht unter einen bestimmten Wert abfällt trotz der Erhöhung der
Anzahl der Wiederholungen der Beanspruchung, wenn der Abschreckungsaustenitgehalt groß ist.
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Die Tatsache, daß die Höhe h der Wulst 11 nicht zunimmt, wenn der
Abschreckungsaustenitgehalt hoch ist, ist der Verfestigung der Wulst 11 zuzuschreiben.
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Der Grund, warum der Abschreckungsaustenitgehalt der Laufringflächen der Innen- und
Außenringe 1,2 weniger als 25% betragen sollte, wird anhand der Fig. 6 und 7 verständlich.
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Die Matrixphase der Außenschichten der Innen- und Außenringe 1, 2 weist vorzugsweise einen
Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,8 Gew.-% auf Kohlenstoffgehalte von weniger als 0,8
Gew.-% führen zu einer geringeren Festigkeit und verkürzen möglicherweise die Lebensdauer
des Lagers. Die Bezeichnung "Außenschicht", mit welcher eine Oberflächenschicht gemeint ist,
bezieht sich auf den Bereich mit einer Tiefe von etwa 50 Mikrometer von der Oberflächen aus.
Wenn die Matrixphase dieses Bereichs einen Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,8 Gew.-%
aufweist, kann eine Beeinträchtigung der Festigkeit ausgeschlossen werden.
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Genauer gesagt, ein zu einer kürzeren Lebensdauer führendes Spalling tritt in einer Tiefe von
etwa 10 Mikrometern von der Oberfläche auf, wohingegen dann, wenn der Kohlenstoffgehalt der
Matrixphase der Außenschicht mit einer Tiefe von etwa 50 Mikrometer von der Oberfläche
mindestens 0,8 Gew.-% beträgt, eine hohe Festigkeit zur Verhinderung des Spalling verfügbar ist.
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Die Innen- und Außenringe 1, 2 werden durch Unterwerfen des bearbeiteten Werkstücks einer
Carburierungs- und Abschreckungsbehandlung hergestellt, die unter Halten des Werkstücks auf
900ºC bis 950ºC für einen vorbestimmten Zeitraum durchgeführt wird. Die Carburierungs- und
Abschreckungsbehandlung führt zu einer Oberflächenhärte von HRC 55 bis 65 und einem
Abschreckungsaustenitgehalt von etwa 30 bis etwa 65%. Das Werkstück wird danach einer
Sekundär-Härtungsbehandlung unterzogen, und im Anschluß wird das Werkstück derselben
Hauptvergütungsbehandlung mindestens zwei Stunden lang bei 140ºC bis 175ºC unterzogen. Bei diesem
Verfahren wird die Sekundär-Härtungsbehandlung durch das Preßhärtungsverfahren
durchgeführt, wobei das Werkstück, das durch eine Presse gehalten wird, auf 900 bis 950ºC erhitzt wird
und unmittelbar nach dem Erhitzen abgeschreckt wird. Die Sekundär-Härtungsbehandlung führt
zu einer Oberflächenhärte von HRC 63 bis 67 und einem Abschreckungsaustenitgehalt von 20 bis
weniger als 25%.
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Mit diesem Verfahren liefert die der Hauptvergütungsbehandlung vorausgehende Sekundär-
Härtungsbehandlung stabilisierten Abschreckungsaustenit und eine verbesserte Härte.
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Die Rollen 4 werden durch Formen von Stücken mit einer vorbestimmten Form, beispielsweise
aus JIS SUJ2 oder SAE52100, Unterwerfen der Stücke einer gewöhnlichen Härtungsbehandlung,
bei welcher die Stücke mindestens 0,5 Stunden lang auf 800 bis 850ºC gehalten werden,
anschließendes Unterwerfen der Stücke einer Unter-Null-Behandlung, bei welcher die Stücke
mindestens 1 Stunde lang auf -50 bis -80ºC gehalten werden, gefolgt von einem Stehen in Luft, und
anschließendes Unterwerfen der Stücke einer Vergütungsbehandlung, bei welcher die Stücke
mindestens 2 Stunden lang auf 140 bis 180ºC gehalten werden und danach in Luft abgekühlt
werden, hergestellt. Vorzugsweise weisen die Rollen 4 dieselbe Oberflächenhärte wie die innen-
und Außenringe 1, 2 auf, d. h. HRC 63 bis 67.
Beispiele
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Die Innen- und Außenring-Werkstücke für Kegelrollenlager wurden aus SAE5120-Material mit
einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 Gew.-% hergestellt und verschiedenen Wärmebehandlungen
unterworfen, wodurch sieben Arten von Innen- und Außenringen, Nr. 1 bis Nr. 7, erhalten
wurden, die eine unterschiedliche Oberflächenhärte (HRC) und einen unterschiedlichen Oberflächen-
Abschreckungsaustenitgehalt, wie in Tabelle 2 aufgeführt, aufwiesen.
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Unter Bezugnahme auf Tabelle 2 beinhaltet die Wärmebehandlungsbedingung A eine
gewöhnliche Carburierungs- und Abschreckungsbehandlung, bei welcher das Werkstück zur Carburierung
Stunden lang auf 930ºC gehalten wurde und anschließend zum Abschrecken 0,5 Stunden lang
auf einer verringerten Temperatur von 850ºC gehalten wurde, eine vorläufige
Vergütungsbehandlung, bei welcher das Werkstück 1 Stunde lang auf 120ºC gehalten wurde und anschließend
in Luft abgekühlt wurde, eine Unter-Null-Behandlung, bei welcher das Werkstück 2 Stunden lang
auf -70ºC gehalten wurde und anschließend in Luft stehen gelassen wurde, und eine
Hauptvergütungsbehandlung, bei welcher das Werkstück 2 Stunden lang auf 160ºC gehalten wurde und
anschließend in Luft gekühlt wurde, wobei diese Behandlungen in der genannten Reihenfolge
durchgeführt wurden.
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Die Wärmebehandlungsbedingung B ist die gleiche wie die Wärmebehandlungsbedingung A, mit
der Ausnahme einer Sekundär-Härtungsbehandlung, die nach der Carburierungs- und
Abschreckungsbehandlung und vor der vorläufigen Vergütungsbehandlung durchgeführt wurde und bei
welcher das Werkstück 30 Minuten lang auf 830ºC gehalten wurde.
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Die Wärmebehandlungsbedingung C ist die gleiche wie die Wärmebehandlungsbedingung A, mit
der Ausnahme, daß die vorläufige Vergütungsbehandlung nicht durchgeführt wurde.
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Die Wärmebehandlungsbedingung D ist die gleiche wie die Wärmebehandlungsbedingung A mit
der Ausnahme, daß die vorläufige Vergütungsbehandlung und die Unter-Null-Behandlung nicht
durchgeführt wurden und das Werkstück für die Hauptvergütungsbehandlung auf 180ºC gehalten
wurde.
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Die Wärmebebandlungsbedingung E ist die gleiche wie die Wärmebehandlungsbedingung B mit
der Ausnahme, daß die vorläufige Vergütungsbehandlung und die Unter-Null-Behandlung nicht
durchgeführt wurden und das Werkstück für die Hauptvergütungsbehandlung auf 180ºC gehalten
wurde.
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Andererseits wurden Kegelrollen-Werkstücke aus JIS SUJ2-Material hergestellt und durch
Unterziehen des Werkstückes zunächst einer gewöhnlichen Härtungsbebandlung, wobei das
Werkstück 30 Minuten lang auf 330ºC gehalten wird, danach einer Unter-Null-Behandlung, wobei das
Werkstück 2 Stunden lang auf -70ºC gehalten wurde und anschließend in Luft stehen gelassen
wurde, und anschließend einer Hauptvergütungsbehandlung, wobei das Werkstück 2 Stunden
lang auf 170º gehalten wurde und danach in Luft abgekühlt wurde, wärmebehandelt.
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Die Innen- und Außenringe Nr. 1 bis 7 und die auf diese Weise wärmebehandelten Rollen mit
einer der Oberflächenhärte dieser Ringe entsprechenden Oberflächenhärte wurden zu
Kegelrollenlagem zusammengebaut, die anschließend auf ihre B&sub1;&sub0;-Lebensdauer hin in einem Gleitmittel,
das 1,06 g Hochgeschwindigkeitsstahlpulver pro Liter davon enthielt, getestet wurden. Die
Tabelle 2 zeigt das Resultat zusammen mit der Oberflächenhärte (HRC), dem
Abschreckungsaustenitgehalt und dem Außenschichtmatrix-Kohlenstoffgehalt.
Tabelle 2
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Das Ergebnis in Tabelle 2 zeigt, daß die die Innen- und Außenringe Nr. 1, 2, 3, 4 oder 5
einschließenden Lager eine längere Lebensdauer als die die Innen- und Außenringe Nr. 5, 6 oder 7
einschließenden besitzen.
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Die Fig. 8 zeigt Weibull-Verteilungen, die durch Auftragen auf einem
Weibull-Wahrscheinlichkeitspapier der Testdaten bezüglich der die Innen- und Außenringe Nr. 1, 5 oder 6
einschließenden Lager erhalten wurden. In der Fig. 8 gibt der Zahlenwert neben jeder Linie die Neigung der
Linie an.
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Das gezeigte Resultat gibt an, daß das die Innen- und Außenringe Nr. 1 einschließende Lager
eine längere Lebensdauer besitzt als die die Innen- und Außenringe einschließenden Lager Nr. 5
oder 6. Es ist ebenfalls zu erkennen, daß die Neigung der Weibull-Verteilungslinie der Testdaten
bezüglich des die Ringe Nr. 1 einschließenden Lagers größer ist als die Neigung der
entsprechenden Linie für das die Ringe Nr. 6 einschließende Lager, womit dies geringe Schwankungen
bezüglich der Lebensdauer anzeigt.
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Als nächstes wurden Innen- und Außenring-Werkstücke für Kegelrollenlager aus SAE5120-
Material mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 Gew.-% hergestellt und verschiedenen
Wärmebehandlungen unterzogen, um 65 Arten von Innen- und Außenringen, nämlich Nr. 8 bis Nr. 72, zu
erhalten, die eine unterschiedliche Oberflächenhärte (HRC) und
Oberflächen-Abschreckungsaustenitgehalt (γR: %), wie in Tabelle 3 aufgeführt, aufwiesen.
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Die Innenringe wurden unter der in Tabelle 3 gezeigten Wärmebehandlungsbedingung F oder G
hergestellt, und die Außenringe unter der in Tabelle 3 gezeigten Wärmebehandlungsbedingung H
oder G.
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Die Wärmebehandlungsbedingung F ist dieselbe wie die Wärmebehandlungsbedingung A mit der
Ausnahme, daß die Temperatur für die Unter-Null-Behandlung -60ºC war.
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Die Wärmebehandlungsbedingung G ist dieselbe wie die Wärmebehandlungsbedingung mit der
Ausnahme, daß die vorläufige Vergütungsbehandlung und die Unter-Null-Behandlung nicht
durchgeführt wurden und das Werkstück für die Hauptvergütungsbehandlung auf 180ºC gehalten
wurde.
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Die Wärmebehandlungsbehandlung H beinhaltet eine gewöhnliche Carburierungs- und
Abschreckbehandlung, bei welcher das Werkstück für die Carburierung 5 Stunden lang auf 930ºC
gehalten wurde und anschließend für das Abschrecken 0,5 Stunden lang auf einer verminderten
Temperatur von 850ºC gehalten wurde, eine Sekundär-Härtungsbehandlung, wobei das
Werkstück, das in einer Presse gehalten wurde, auf 900 bis 950ºC erhitzt wurde und unmittelbar nach
dem Erhitzen für das Presshärten abgeschreckt wurde, und eine Hauptvergütungsbehandlung, bei
welcher das Werkstück auf 160ºC gehalten wurde und anschließend in Luft abgekühlt wurde,
wobei diese Behandlungen in der genannten Reihenfolge durchgeführt wurden.
Tabelle 3
Tabelle 3 (Fortsetzung)
Tabelle 3 (Fortsetzung)
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Andererseits wurden Kegelrollen-Werkstücke aus JIS SUJ2-Material hergestellt und durch
Unterziehen des Werkstücks zuerst einer gewöhnlichen Härtungsbehandlung, wobei das Werkstück
30 Minuten lang auf 830ºC gehalten und gehärtet wurde, anschließend einer
Unter-Null-Behandlung, wobei das Werkstück 2 Stunden lang auf -60ºC gehalten wurde und danach in Luft
abkühlen gelassen wurde, und im Anschluß einer Hauptvergütungsbehandlung, wobei das
Werkstück 2 Stunden lang auf 170ºC gehalten wurde und danach in Luft abgekühlt wurde
(Wärmebehandlungsbedingung X), wodurch Kegelrollen hergestellt wurden, wärmebehandelt. Weitere
Werkstücke, welche die gleichen wie die obenstehend genannten waren, wurden durch
Unterziehen des Werkstücks zuerst einer gewöhnlichen Härtungsbehandlung, wobei das Werkstück 30
Minuten lang auf 830ºC gehalten wurde und gehärtet wurde, und anschließend einer
Hauptvergütungsbehandlung, wobei das Werkstück 2 Stunden lang auf 180ºC gehalten wurde und danach
in Luft abgekühlt wurde (Wärmebehandlungsbedingung Y), wodurch Kegelrollen hergestellt
wurden, wärmebehandelt.
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Die Innen- und Außenringe Nr. 8 bis Nr. 27 und die unter der Wärmebehandlungsbedingung X
hergestellten Kegelrollen mit einer der Oberflächenhärte der Ringe entsprechenden
Oberflächenhärte wurden zu Kegelrollenlagern zusammengebaut. Weiterhin wurden die Innen- und
Außenringe Nr. 28 bis Nr. 47 und die unter der Wärmebehandlungsbedingung Y hergestellten Rollen
mit einer der Oberflächenhärte der Ringe entsprechenden Oberflächenhärte zu Kegelrollenlagern
zusammengebaut. Diese Lager wurden einem Lebensdauertest unter einer Axialbelastung von
13,7 kN und einer Radialbelastung von 20,6 kN in einem Gleitmittel unterzogen, das pro Liter
davon 0,55 g Fremdsubstanz, 27 Mikrometer in mittlerer Teilchengröße, 50 Mikrometer in
maximaler Teilchengröße, und mit einer Härte von HRC 65, und 0,55 g Fremdsubstanz, 125
Mikrometer in mittlerer Teilchengröße, 150 Mikrometer in maximaler Teilchengröße, und mit einer
Härte von HRC 60, enthielt. Die Fig. 9 zeigt die durch Auftragen der Testdaten auf einem
Weibull-Wahrscheinlichkeitspapier erhaltenen Weibull-Verteilungen. In der Fig. 9 stehen die
kreisförmigen Markierungen für das durch den. Einsatz der Lagerringe Nr. 8 bis Nr. 27 erzielte
Resultat, und die Markierungen X stehen für das durch den Einsatz der Lager Mr. 28 bis Nr. 47
erzielte Resultat.
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Ebenfalls ermittelt wurde durch den Lebensdauertest die Beziehung zwischen der Testzeit und
dem Verhältnis der Fläche der durch den Test erzeugten Einkerbungen in den Laufringflächen
von jedem Paar an Innen- und Außenringen zu der Gesamtlaufringfläche. Die Resultate sind in
Fig. 10 gezeigt, in welcher die kreisförmigen Markierungen für das mit den Innen- und
Außenringen Nr. 8 bis Nr. 17 erhaltene Ergebnis stehen und die X-Markierungen für das mit den Ringen
Nr. 28 bis Nr. 37 erhaltene Ergebnis stehen.
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Als nächstes wurden die in der Tabelle 3 aufgeführten Innenringe Nr. 48 bis Nr. 51 an einer
Welle mit schwankender Umfangsbeanspruchung montiert, für eine vorbestimmte Zeit auf einer
Temperatur von 120ºC gehalten und danach auf das Dimensionsschwankungsverhältnis, Δd/d,
untersucht, wobei Δd der Innendurchmesser nach den Tests minus den Innendurchmesser vor den
Tests ist und d der Innendurchmesser vor den Tests ist. Die Tabelle 11 zeigt das Resultat.
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Als nächstes wurden die Innenringe Nr. 52 bis Nr. 62 von Tabelle 3 auf die Druckspannung auf
der großen Rippe bzw. Grat hin untersucht. Die Belastung wurde axial zu dem Ring mit einer
Rate von 1 kN/s angewandt. Die Tabelle 4 zeigt das Ergebnis.
Tabelle 4
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Als nächstes wurden die in der Tabelle 3 aufgeführten Innenringe Nr. 63 bis Nr. 67 und die aus
JIS SUJ2-Material gebildeten Kegelrollen, die durch eine Wärmebehandlung unter der
vorgenannten Bedingung X hergestellt wurden, zu Kegelrollenlagern zusammengebaut. Andererseits
wurden die Innen- und Außenringe Nr. 68 bis Nr. 72 und die aus JIS SUJ2-Material gebildeten
Kegelrollen, die durch Wärmebehandlung unter der vorgenannten Wärmebehandlungsbedingung
Y hergestellt wurden, zu Kegelrollenlagern zusammengebaut.
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Diese Lager wurden 30 Minuten lang in Betrieb genommen, wobei diesen im Kreislauf Öl
zugeführt wurde, anschließend 5 Minuten lang bei unterbrochener Ölzufuhr ruhen gelassen und
danach wieder ohne Ölzufuhr in Betrieb genommen, um die für das Auftreten von Festfressen
benötigte Zeit zu messen. Die Lager wurden so unter einer Axialbelastung von 3,9 kN bei einer
Drehgeschwindigkeit von 5885 U/min und einer Öltemperatur von 135ºC getestet. Die Fig. 12
zeigt das Resultat.
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Die in den Fig. 11 und 12 und in Tabelle 4 angegebenen Resultate zeigen, daß selbst dann,
wenn die Innen- und Außenringe eine erhöhte Oberflächenhärte und einen verringerten
Abschreckungsaustenitgehalt aufweisen, die Lagerringe zufriedenstellende Eigenschaften
beibehal
ten, ohne eine Verschlechterung in bezug auf das Dimensionsschwankungsverhältnis, die
Zähigkeit, die Festfreßzeit etc.
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Die vorliegende Erfindung kann auf andere Weise ausgeführt werden, ohne vom Wesen und den
grundlegenden Merkmalen der Erfindung abzuweichen. Folglich dienen die hierin beschriebenen
Ausführungsformen lediglich zu Erläuterungszwecken und sollten nicht in irgendeiner Weise als
Einschränkung verstanden werden. Es versteht sich, daß der Umfang der Erfindung durch die
beigefügten Anspruche definiert ist und nicht durch die Beschreibung, und daß alle
Abänderungen und Modifizierungen innerhalb der Definition und des Umfangs der Ansprüche in den
Ansprüchen eingeschlossen sind.