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1、10申请公布号CN104160166A43申请公布日20141119CN104160166A21申请号201380012485X22申请日20130304102012204618620120322DEF16C33/6220060171申请人舍弗勒技术有限两合公司地址德国黑措根奥拉赫72发明人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74专利代理机构中原信达知识产权代理有限责任公司11219代理人李楠安翔54发明名称具有带硬化的边缘区的轴承圈的滚动轴承57摘要本发明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00。
2、5至065重量百分比的碳、05至50重量百分比的铬、至多10重量百分比的钼、至多10重量百分比的钒以及至多10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，本发明还涉及一种用于制备相应的轴承圈6的方法。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014090486PCT国际申请的申请数据PCT/EP2013/0542692013030487PCT国际申请的公布数据WO2013/139576DE2013092651INTCL权利要求书1页说明书5页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明。
3、专利申请权利要求书1页说明书5页附图2页10申请公布号CN104160166ACN104160166A1/1页21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005至065重量百分比的碳、05至50重量百分比的铬、至多10重量百分比的钼、至多10重量百分比的钒以及至多10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。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300M的厚。
4、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根据上述权利要求中任一项所述的滚动轴承6，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。5根据上述权利要求中任一项所述的滚动轴承6，其中，所述钢包括027至034重量百分比的碳、23至27重量百分比的铬、015至025重量百分比的钼、以及01至02重量百分比的钒。6根据上述权利要求中任一项所述的滚动轴承6，其中，所述滚动轴承构造为双列角接触球轴承。7用于制备滚动轴承6的轴承圈1的方法，所述滚动轴承尤其用于支承涡轮增压机的轴，其中，所述轴承圈1由钢制备，所述钢包括作为合。
5、金组成部分的005至065重量百分比的碳、05至50重量百分比的铬、至多10重量百分比的钼、至多10重量百分比的钒以及至多10重量百分比的铝，其中，通过热化学处理在所述轴承圈1表面上的边缘区2中产生氮化物，从而形成渗入层3和位于所述渗入层上的连接层4，并且其中，产生了具有至多1MM厚度的所述边缘区2。8根据权利要求7所述的方法，其中，产生具有100至300M厚度的所述边缘区2。9根据权利要求7或8所述的方法，其中，以热化学的方式在400至700之间的温度经过至多50个小时的时间段产生所述氮化物。10根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，切削去除在滚道区域中的所述轴承圈的连接层4。权利要求。
6、书CN104160166A1/5页3具有带硬化的边缘区的轴承圈的滚动轴承技术领域0001本发明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，本发明还涉及一种用于制备用于这种滚动轴承的轴承圈的方法。背景技术0002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。0003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。
7、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。0004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。
8、25M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。发明内容0005本发明的任务在于，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，本发明的任务是，提供一种经济实惠的用于制备这种轴承圈的方法。0006关于完成滚动轴承的任务根据本发明通过权利要求1的特征得以解决。本发明有利的实施方式和改进方案在从属权利要求和下文的描述中得以表现出来。0007因此，根据本发明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。
9、的005至065重量百分比的碳、05至50重量百分比的铬、至多10重量百分比的钼、至多10重量百分比的钒以及至多10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。0008在此，本发明从如下考虑出发，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，本发明从如下考虑出发，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，本发明规定，替代昂贵的说明书CN104160166A2/。
10、5页4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。0009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。
11、，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。0010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EIGENSCHAFTSPROL。0011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。0012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。
12、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。0013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。
13、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。0014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。0015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。
14、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。说明书CN104160166A3/5页50016有利的是，边缘区具有100至300M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。0017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。
15、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。0018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。
16、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。0019更有利的是，钢包括027至034重量百分比的碳、23至27重量百分比的铬、015至025重量百分比的钼、以及01至02重量百分比的钒。这种钢也被命名为“31CRMOV9”并且是所谓的渗氮钢。它尤其与是很好的氮化物形成物的元素铬、钼、钒合金化。因此，这类钢特别好地适合用于在轴承圈的表面上产生具有必要的硬度和强度的边缘区。此外，它相对来说是成本较低。0020更适宜的是，边缘区在硬化之后显示出深灰色的颜色变化。因此，轴承圈的包括边缘区的表面在热化学处理之后显示出深灰色的颜色变化。002。
17、1在有利的实施方式中，滚动轴承构造为双列角接触球轴承。与此相应地，滚动体在这里设计为滚珠。滚动体尤其由陶瓷材料形成。双列角接触球轴承在轴向上和在径向上都能承受高负载。轴承圈可以是双列角接触球轴承的外圈或内圈。替选地，外圈和内圈都可以构造为这样的轴承圈。在此，轴承圈可以一件式地或分体式地实施。0022关于用于制备轴承圈的方法的任务通过权利要求7的特征解决。本发明有利的实施方式和改进方案在从属权利要求和下述说明中得到解释。0023在用于制备尤其用于支承涡轮增压机的轴的滚动轴承的轴承圈的方法中，轴承圈由包括作为合金组成部分的005至065重量百分比的碳、05至50重量百分比的铬、至多10重量百分比的。
18、钼、至多10重量百分比的钒以及至多10重量百分比的铝的钢组成。在此，通过热化学处理在轴承圈表面上的边缘区中产生氮化物，从而形成渗入层和位于该渗入层上的连接层。其中，产生了具有至多1MM厚度的边缘区。0024除了上述的合金组成部分外，钢尤其还可以包含合金元素硼，经由其可以调节钢的属性曲线。0025轴承圈尤其可以由相应的钢的毛坯件通过锻造并且通过切削加工，像例如车削、铣削或磨削得到形状和尺寸。更有利的是，应用所谓的渗氮钢，尤其是命名为“31CRMOV9”的钢。这种类型的钢包括作为合金组成部分的027至034重量百分比的碳、23至27重量百分比的铬、015至025重量百分比的钼、以及01至02重量百。
19、分比的钒。0026为了在轴承圈表面上的边缘区中产生氮化物，通过热化学处理方法，尤其通过渗说明书CN104160166A4/5页6氮或氮碳共渗引入氮原子或氮原子和碳原子。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。为此，例如可以执行气体渗氮、盐浴渗氮或离子渗氮/等离子渗氮、或者相应的氮碳共渗。0027在此，在渗氮的情况下提供氮的介质，而在氮碳共渗的情况下提供氮和碳的介质都与轴承圈一起引到反应空间中。然后，轴承圈经历了具有加热阶段、保温阶段和冷却阶段的热循环。在应用了提供氮或者氮和碳的介质或者多种相应的介质的情况下经历该热循环。在此，氮化合物或者氮化合物和碳化合。
20、物进行分解，并且让游离的氮原子或者氮原子和碳原子渗入到轴承圈的表面中。在此，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。在此，形成了具有至多1MM厚度的边缘区，并且其包括渗入层和位于渗入层上的连接层。连接层和渗入层具有上面已述的特点和属性。0028所述的方法具有低成本且简便的用于轴承圈的制备方法的优点。在相对短的热处理时间和相对低的温度的情况下可以产生具有至多1MM厚度的边缘区，并且在此仅出现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。0029更有利的是，产生具有100至300M厚度的边缘区。这种厚度的边缘区在制备成本与高耐磨性且高硬度之间表现出特。
21、别好的平衡。0030在本方法的适宜的执行方案中以热化学的方式在400至700之间的温度下经过至多50小时的时间段地产生氮化物。尤其地，在这种过程参数下执行渗氮，也就是说执行氮原子的引入。优选在520至630之间的温度下经过例如至多28小时的时间段地执行氮碳共渗，也就是说引入氮原子和碳原子。在该相应的温度范围和过程时间中，氮原子能够足够深地引入到材料中，并且因此产生具有必要的至多1MM的厚度的边缘区。因此，相较于渗氮，在氮碳共渗的情况下出现了更低的温度。恰恰因为在例如高速转动的轴承，比如涡轮增压机轴承中，其规格尺寸强制要求小公差范围，所以这有利于滚动轴承的尺寸稳定性。0031更有利的是，在热化学。
22、处理之前对轴承圈进行回火。在回火期间，将轴承圈有针对性地加热至回火温度，并且在将其再次冷却之前，在该回火温度上保持一段持续时间。这一点尤其利于消除内应力并且减小轴承圈在之后的热化学处理期间的热变形。在此更有利的是，至少选择利于之后的热化学处理的温度作为回火温度。0032更有利的是，在滚道区域中被切削去除连接层。这种相对较脆的连接层可能会尤其在轴承圈的滚动体与滚道之间出现点载荷或线载荷时容易断裂。连接层尤其通过磨削或珩磨去除。在磨削时，尤其具有大量胶合的磨粒的砂轮并且以高速的旋转速度旋转的工具使连接层脱离。在珩磨时，连接层的去除通过拼接在珩磨条托架中的磨料来实现。在此，在珩磨工具与轴承圈之间进行。
23、旋转运动和作振动的纵向运动。附图说明0033下面结合附图进一步描述本发明的实施例。其中0034图1以示意性截面图示出外圈的实施例，并且0035图2以示意性截面图示出滚动轴承在安装状态下的实施例。0036彼此相对应的部件在两个附图中用相同的附图标记标注。具体实施方式说明书CN104160166A5/5页70037在图1中以截面示出了外圈1的实施例。外圈1由命名为“31CRMOV9”的钢的毛坯件通过锻造和车削得到形状和尺寸。“31CRMOV9”钢尤其利用元素铬、钼和钒进行合金化，它们是很好的氮化物形成物。0038外圈1的表面具有硬化的边缘区，其包括渗入层3和位于渗入层上的连接层4。该边缘区2通过气。
24、体渗氮产生。0039为此，外圈1在氨气环境的氮化炉中承受560的温度并且经过40个小时的时间。在此，氨气气体的分解出的氮渗入到外圈1的表面中，并且与包含在钢中的铁反应生成铁氮化物且与合金元素反应生成特殊氮化物。由此产生的渗入层3具有250M的厚度并且其特征尤其在于具有高的强度和硬度。所产生非常硬的连接层4具有10M的厚度。因此，边缘区2具有260M的厚度。在热处理期间，通过用于产生该厚度的边缘区2所需的相对较低的560温度而获得了外圈1的非常小的尺寸变化和变形。0040边缘区直接在表面具有大于700的维氏硬度。在该硬度下，外圈1具有良好的尤其是相对于研磨磨损的耐抗性。在滚道区域5中，相对较脆的。
25、连接层4通过磨削被去除掉。因此，边缘区2在该区域的厚度是250M。0041图2以截面示出了在安装状态下的双列角接触球轴承6。双列角接触球轴承6在壳体7中用于支承轴未示出。圆锥滚子轴承具有外圈1和分体式的内圈8。在内圈8与外圈1之间布置滚珠9。滚珠9通过保持架未示出拼接成滚珠滚子座圈。由此，使滚珠9保持均匀的间距并且防止相互间碰触。0042外圈1相应于在图1中示出的外圈。在滚道区域5中去除掉了10M厚的连接层4，因此，边缘区2在该区域中是250M厚。边缘区2在外圈1的其它表面上是260M厚。由于该250M或者260M厚的边缘区2，使得所示的角接触球轴承6的外圈1的表面具有足够的耐磨性，以便即使在高负载，尤其是高转速的情况下，也显示出可靠的运行特性。0043附图标记列表00441外圈00452边缘区00463渗入层00474连接层00485滚道区域00496角接触球轴承00507壳体00518内圈00529滚珠说明书CN104160166A1/2页8图1说明书附图CN104160166A2/2页9图2说明书附图CN104160166A。