DE102012204409B3

DE102012204409B3 - Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers und Wälzlager

Info

Publication number: DE102012204409B3
Application number: DE102012204409A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Gegner; Wolfgang Nierlich; Arno Stubenrauch; Markus Volkmuth; Kenred Stadler; Armin Olschewski
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: US8793878B2; US20130251298A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers, das einen Innenring (1) mit einer Innenringlaufbahn (2), einen Außenring (3) mit einer Außenringlaufbahn (4) und Wälzkörper (5) aufweist, die auf der Innenringlaufbahn (2) und auf der Außenringlaufbahn (4) abrollen. Der Innenring (1) wird aus einem Stahl mit einem Schwefelgehalt von 0,002 bis 0,015 Massen-% und einem Sauerstoffgehalt kleiner 15 ppm hergestellt. Der Innenring (1) wird einer der Härtung dienenden Wärmebehandlung unterzogen, die mit der Durchführung eines letzten Wärmebehandlungsschritts bei einer vorgegebenen Temperatur abgeschlossen wird. Im Innenring (1) werden durch Kaltverfestigung im Bereich der Innenringlaufbahn (2) Druckeigenspannungen in einer Randschicht ausgebildet. Der Innenring (1) wird nach der Kaltverfestigung brüniert. Der brünierte Innenring (1) wird einer thermischen Nachbehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes unterzogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Wälzlager, insbesondere ein Wälzlager einer Windenergieanlage. Schließlich betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage.
Aus der EP 1 541 377 A1 ist eine Radlagereinheit bekannt, bei welcher der Innenring oder der Außenring eine durch Induktionshärten ausgebildete gehärtete Schicht aufweist.
Die DE 10 2009 023 818 A1 offenbart ein Wälzlager, das mehrere Bauteile aufweist, wobei wenigstens eines der Bauteile an seiner Oberfläche mit einer Beschichtung einer Dicke im Bereich von 2 μm oder weniger versehen ist und die Beschichtung eine Nickellegierung enthält.
Die DE 10 2010 031 439 A1 offenbart ein Wälzlager, das mehrere Bauteile aufweist, wobei wenigstens eines der Bauteile an seiner Oberfläche mit einer Beschichtung einer Dicke im Bereich von 2 μm oder weniger versehen ist und die Beschichtung eine Nickel-Phosphor-Legierung enthält.
Aus der DE 10 2011 077 214 A1 ist ein Zylinderrollenlager bekannt, das einen Käfig mit zwei Seitenringen aufweist. Die Seitenringe des Käfigs weisen radial nach innen gerichtete Laufflächen zum gleitenden Anlauf an einer Innenringlaufbahn auf.
Insbesondere bei Wälzlagern, die sehr große Abmessungen aufweisen, wie beispielsweise bei Wälzlagern von Windenergieanlagen, wird angesichts der hohen Kosten der Wälzlager selbst und der hohen Kosten, die durch einen Stillstand der mit derartigen Wälzlagern ausgerüsteten Anlagen verursacht werden, ein langer störungsfreier Betrieb und somit eine lange Lebensdauer der Wälzlager gefordert. Bei Anlagen mit sehr großen Wälzlagern treten aber mitunter extreme Beanspruchungssituationen auf, die sich durch ein einfaches Hochskalieren von Standardlagern nicht mehr beherrschen lassen. Es ist vielmehr erforderlich, die Wälzlager mit herausragenden und auf die erwarteten Beanspruchungsprofile abgestimmten Werkstoffeigenschaften auszustatten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlager bereitzustellen, das auch bei einem Betrieb, in dem extreme Beanspruchungssituationen auftreten, eine sehr lange Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Wälzlagers und durch ein Wälzlager gemäß dem nebengeordneten Anspruch 9 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers, das einen Innenring mit einer Innenringlaufbahn, einen Außenring mit einer Außenringlaufbahn und Wälzkörper aufweist, die auf der Innenringlaufbahn und auf der Außenringlaufbahn abrollen, wird folgendermaßen vorgegangen:
Der Innenring wird aus einem Stahl mit einem Schwefelgehalt von 0,002 bis 0,015 Massen-% und einem Sauerstoffgehalt kleiner 15 ppm hergestellt und einer der Härtung dienenden Wärmebehandlung unterzogen, die mit der Durchführung eines letzten Wärmebehandlungsschritts bei einer vorgegebenen Temperatur abgeschlossen wird. Im Innenring werden durch Kaltverfestigung im Bereich der Innenringlaufbahn Druckeigenspannungen in einer Randschicht ausgebildet. Nach der Kaltverfestigung wird der Innenring brüniert. Der brünierte Innenring wird einer thermischen Nachbehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes unterzogen.
Die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise in der vorstehend genannten Reihenfolge durchgeführt. Dabei müssen nicht alle Schritte zwingend in einem engen räumlichen oder zeitlichen Zusammenhang ausgeführt werden. Es besteht vielmehr die Möglichkeit, Zwischenprodukte zu fertigen, die zu einem späteren Zeitpunkt und/oder an einem anderen Ort weiter bearbeitet werden.
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird die Empfindlichkeit des verwendeten Stahls gegen Rissbildung an der Oberfläche vermindert, unter extremen Beanspruchungsbedingungen die rissauslösende Gleitreibung zwischen den Wälzkörpern und der Innenringlaufbahn in den hochbeanspruchten Mikrokontaktbereichen reduziert und das Eindringen von Wasserstoff in die Innenringlaufbahn erschwert. Dies wirkt sich positiv auf die Lebensdauer des Wälzlagers aus. Demgemäß hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass es die Herstellung von Wälzlagern ermöglicht, die auch dann eine sehr lange Lebensdauer erreichen, wenn sie beispielsweise kurzzeitig extremen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind. Somit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Herstellung von Wälzlagern von Windenergieanlagen.
Mit der Wärmebehandlung kann die Ausbildung gewünschter Einsatzgefüge im Innenring erzielt werden. Durch das Härten wird die Innenringlaufbahn zuverlässig vor einer mechanischen Beschädigung und vor einem unzulässig hohen Verschleiß geschützt.
Der Innenring kann mit einem Schwefelgehalt von 0,006 bis 0,015 Massen-% hergestellt werden. Weiterhin kann der Innenring mit einem Sauerstoffgehalt kleiner 10 ppm, insbesondere kleiner 5 ppm, hergestellt werden. Der Innenring kann insbesondere aus einem durchhärtenden Wälzlagerstahl hergestellt werden.
Zwischen dem Bearbeitungsschritt der Kaltverfestigung und dem Bearbeitungsschritt der Brünierung kann eine mechanische Oberflächennachbearbeitung des Innenrings durchgeführt werden. Dadurch können geschädigte Oberflächenbereiche des Innenrings abgetragen werden und/oder die Oberflächenrauhigkeit reduziert werden. Die Oberflächennachbearbeitung kann z. B. durch Schleifen und/oder Honen erfolgen.
Der Innenring kann vor der Kaltverfestigung einer Martensit-, Einsatz- oder Induktionshärtung unterzogen werden. In diesem Fall kann es sich bei der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes um die Anlasstemperatur des Innenrings handeln.
Ebenso kann der Innenring vor der Kaltverfestigung einer Bainithärtung unterzogen werden. In diesem Fall kann es sich bei der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes um die Bainitumwandlungstemperatur des Innenrings handeln.
Im Innenring kann ein Restaustenitgehalt von 8 bis 18 Volumen-% ausgebildet werden. Insbesondere kann im Innenring ein Restaustenitgehalt von 10 bis 16 Volumen-% ausgebildet werden. Ein solcher Restaustenitgehalt erweist sich gerade unter den genannten extremen Bedingungen der Wälzbeanspruchung als günstig, da Rissbildung und -wachstum behindert werden.
Im Innenring können bis in eine Mindesttiefe unter der Oberfläche der Innenringlaufbahn Druckeigenspannungen mit einem Absolutbetrag in Höhe eines Mindestwerts oder darüber ausgebildet werden, wobei die Mindesttiefe 0,1 mm und der Mindestwert des Absolutbetrags der Druckeigenspannungen 200 MPa betragen kann. Die Mindesttiefe kann insbesondere 0,2 mm betragen. Der Mindestwert des Absolutbetrags der Druckeigenspannungen kann insbesondere 400 MPa oder sogar 500 MPa betragen. Vorzugsweise werden im Innenring im gesamten Bereich von der Oberfläche der Innenringlaufbahn bis zur Mindesttiefe durchgehend Druckeigenspannungen mit einem Absolutbetrag in Höhe des Mindestwerts oder darüber ausgebildet. In größeren Tiefen als der Mindesttiefe kann der Innenring Druckeigenspannungen mit einem Absolutbetrag unterhalb des Mindestwerts aufweisen. Insbesondere kann der Absolutbetrag der Druckeigenspannungen in größeren Tiefen als der Mindesttiefe mit zunehmender Tiefe abnehmen. Die Druckeigenspannungen haben eine reduzierte Rissneigung des Innenrings unter lokaler reibungsinduzierter Zugbeanspruchung und demgemäß eine erhöhte Betriebsdauer des Wälzlagers zur Folge.
Im Innenring können unter der Oberfläche der Innenringlaufbahn Druckeigenspannungen mit einem Absolutbetrag in Höhe eines Höchstwerts oder darunter ausgebildet werden, wobei der Höchstwert des Absolutbetrags der Druckeigenspannungen 1500 MPa betragen kann. Insbesondere kann der Höchstwert des Absolutbetrags der Druckeigenspannungen 1000 MPa oder lediglich 800 MPa betragen. Im Innenring können unter der Oberfläche der Innenringlaufbahn über die gesamte Tiefe Druckeigenspannungen mit einem Absolutbetrag in Höhe des Höchstwerts oder darunter ausgebildet werden.
Der Innenring kann der thermischen Nachbehandlung bei einer Temperatur unterzogen werden, die wenigstens 10 K unter der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes liegt. Die thermische Nachbehandlung kann bei einer Temperatur von wenigstens 100°C durchgeführt werden. Besonders effektiv ist die Wirkung der Nachbehandlung, wenn diese bei einer Temperatur durchgeführt wird, die maximal 100 K, insbesondere maximal 50 K, unter der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes liegt. Als ein Maß für die Wirksamkeit der thermischen Nachbehandlung kann die Abnahme der röntgenografischen Linienbreite herangezogen werden. Beispielsweise kann für die Halbwertsbreite der {211}-Ferrit (Martensit/Bainit) Röntgenbeugungslinie eine Absenkung um mindestens 0,05° an mindestens einem Ort innerhalb der mechanisch beeinflussten Zone (Oberfläche und/oder Tiefe) als Richtwert für eine wirksame thermische Nachbehandlung dienen.
Die thermische Nachbehandlung erfolgt vorzugsweise möglichst knapp unterhalb der Anlasstemperatur für eine von der Bauteildicke und der Dicke der mechanisch beeinflussten Randschicht abhängige, nicht zu lange Zeit von beispielsweise maximal 5 Stunden, um ohne nennenswerten Härteverlust die Stabilisierung des nach der Wärmebehandlung durch Oberflächenbearbeitung und Kaltverfestigung mechanisch beeinflussten Gefüges zu optimieren. Erfahrungsgemäß liegt eine ausreichende Zeit für die thermische Nachbehandlung bei maximal 2 Stunden. Wird statt eines Martensit-, Einsatz- oder Induktionshärten ein Bainithärten durchgeführt, gelten die für die Anlasstemperatur getroffenen Aussagen für die Bainitumwandlungstemperatur entsprechend.
Der Außenring und/oder die Wälzkörper können einer der Härtung dienenden Wärmebehandlung mit einem letzten Wärmebehandlungsschritt unterzogen werden. Dabei kann jeweils das gleiche Wärmebehandlungsverfahren wie beim Innenring zum Einsatz kommen. Ebenso kann auch ein von der Wärmebehandlung des Innenrings abweichendes Verfahren eingesetzt werden. Weiterhin können der Außenring und/oder die Wälzkörper einer Kaltverfestigung, einer nach einer eventuell notwendigen Oberflächennachbearbeitung durchgeführten Brünier-Behandlung und/oder einer thermischen Nachbehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes unterzogen werden.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Wälzlager, das einen Innenring mit einer Innenringlaufbahn, einen Außenring mit einer Außenringlaufbahn und Wälzkörper aufweist, die auf der Innenringlaufbahn und auf der Außenringlaufbahn abrollen. Der Innenring ist aus einem Stahl mit einem Schwefelgehalt von 0,002 bis 0,015 Massen-% und einem Sauerstoffgehalt kleiner 15 ppm hergestellt und durch eine Wärmebehandlung gehärtet. Im Bereich der Innenringlaufbahn weist der Innenring in einer Randschicht durch Kaltverfestigung ausgebildete Druckeigenspannungen auf. Die Oberfläche der Innenringlaufbahn ist durch eine Brünierschicht ausgebildet. Der Innenring weist in der Randschicht eine mittels thermischer Nachbehandlung nach Ausbildung der Brünierschicht modifizierte Mikrostruktur auf.
Die modifizierte Mikrostruktur in der Randschicht des Innenrings kann Versetzungen aufweisen, an die durch die thermische Nachbehandlung Kohlenstoffatome angelagert sind. Diese Modifikation stabilisiert die Mikrostruktur und kann über eine Messung der Abnahme der röntgenografischen Linienbreite nachgewiesen werden. Beispielsweise kann bei einer Absenkung der Halbwertsbreite der {211}-Ferrit (Martensit/Bainit) Röntgenbeugungslinie um mindestens 0,05° an mindestens einem Ort innerhalb der Randschicht von einer signifikanten Modifikation der Mikrostruktur ausgegangen werden.
Bei dem Wälzlager kann es sich insbesondere um ein Wälzlager einer Windenergieanlage handeln.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Windenergieanlage, die ein erfindungsgemäß hergestelltes oder ein erfindungsgemäß ausgebildetes Wälzlager aufweist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers in einer schematischen Schnittdarstellung,
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der Druckeigenspannungen im Innenring und
3 einen stark vergrößerten Ausschnitt des Innenrings im Bereich der Innenringlaufbahn in einer schematischen Schnittdarstellung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers in einer schematischen Schnittdarstellung. Das dargestellte Wälzlager ist als ein Kegelrollenlager ausgebildet und weist einen Innenring 1 mit einer konischen Innenringlaufbahn 2 und einen Außenring 3 mit einer konischen Außenringlaufbahn 4 auf. Auf der Innenringlaufbahn 2 und der Außenringlaufbahn 4 rollen konische Wälzkörper 5 ab. Die Wälzkörper 5 werden in einem Käfig 6 geführt. Das Wälzlager kann sehr große Abmessungen aufweisen. Beispielsweise kann der Außendurchmesser des Außenrings 3 wenigstens 1 m betragen. Derartige Wälzlager können beispielsweise als Komponenten einer Windenergieanlage ausgebildet sein.
Alternativ zum dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Wälzlager beispielsweise auch als ein Zylinderrollenlager mit zylinderförmigen Wälzkörpern 5 ausgebildet sein.
Der Innenring 1 des Wälzlagers wird aus einem durchhärtenden Stahl, beispielsweise aus dem Wälzlagerstahl 100Cr6 gefertigt. Ebenso kann der Innenring 1 aus einem Einsatzstahl, beispielsweise aus dem Stahl 18NiCrMol4-6 gefertigt werden. Der verwendete Stahl wird mit einem sehr geringen Schwefelgehalt und einem sehr geringen Sauerstoffgehalt hergestellt. Der Schwefelgehalt beträgt zwischen 0,002 und 0,015 Massen-%, insbesondere zwischen 0,006 und 0,015 Massen-%. Der Sauerstoffgehalt ist kleiner als 15 ppm, insbesondere kleiner als 10 ppm oder nach Möglichkeit sogar kleiner als 5 ppm.
Der Innenring 1 wird durch eine Wärmebehandlung gehärtet. Beispielsweise wird eine Martensithärtung durchgeführt. Dabei werden die Verfahrensparameter des bei der Martensithärtung durchgeführten Austenitisierens, Abschreckens und Anlassens so gewählt, dass sich ein Restausthenitgehalt zwischen 8 und 18 Volumen-%, insbesondere zwischen 10 und 16 Volumen-% ergibt.
Nach Abschluss der Wärmebehandlung wird der Innenring 1 einem Schleifprozess zugeführt. Im Rahmen des Schleifprozesses wird die Innenringlaufbahn 2 mit einer vorgegebenen Geometrie und einer vorgegebenen Oberflächenbeschaffenheit ausgebildet. Durch das Schleifen können beispielsweise Verzüge kompensiert werden, die durch das Härten entstanden sind. An das Schleifen kann sich auch ein Honen anschließen, um für gute tribologische Eigenschaften eine besonders glatte Oberfläche mit geringer Rauheit zu erzeugen.
In einem weiteren Arbeitsschritt erfolgt eine Kaltverfestigung des Innenrings 1 im Bereich der Innenringlaufbahn 2. Eine Kaltverfestigung lässt sich beispielsweise durch ein Kugelstrahlen, Festwalzen und/oder Warmölstrahlen der Innenringlaufbahn 2 erreichen. Zur Beseitigung etwaiger Oberflächenschädigungen oder plastischer Verformungen kann die Innenringlaufbahn 2 im Anschluss an die Kaltverfestigung geschliffen und/oder gehont werden.
Durch die Kaltverfestigung werden im Innenring 1 in einer Randschicht Druckeigenspannungen erzeugt, die sich sehr vorteilhaft auf die Lebensdauer des Wälzlagers auswirken. Größe und Tiefenverlauf der Druckeigenspannungen werden anhand von 2 näher erläutert.
2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der Druckeigenspannungen im Innenring 1. Auf der Abszisse ist die Tiefe unter der Oberfläche der Innenringlaufbahn 2 aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Wert der Eigenspannung für die jeweilige Tiefe aufgetragen. Negative Werte der Eigenspannung bedeuten, dass es sich um eine Druckeigenspannung handelt, positive Werte bedeuten, dass es sich um eine Zugeigenspannung handelt.
Die Eigenspannung weist im gesamten dargestellten Bereich, der mit der erwähnten Randschicht gleichgesetzt werden kann, negative Werte auf, so dass es sich durchgehend um eine Druckeigenspannung handelt. An der Oberfläche der Innenringlaufbahn 2 liegt der Absolutbetrag der Druckeigenspannung geringfügig unter 600 MPa, was einen typischen Wert nach dem Honen darstellt. Mit zunehmender Tiefe nimmt der Absolutbetrag der Druckeigenspannung zunächst ab bis auf etwas über 400 MPa in einer Tiefe von ca. 0,01 mm. Mit zunehmender Tiefe nimmt der Absolutbetrag der Druckeigenspannung wieder zu und nähert sich in einer Tiefe von 0,20 mm bis 0,25 mm einem Wert von 800 MPa, ohne diesen jedoch zu erreichen. Zu noch größeren Tiefen hin nimmt der Absolutbetrag der Druckeigenspannung wieder kontinuierlich ab.
Es hat sich gezeigt, dass sich eine lange Lebensdauer des Wälzlagers erzielen lässt, wenn der Absolutbetrag der Druckeigenspannungen bis in eine Mindesttiefe einen Mindestwert nicht unterschreitet. Die Mindesttiefe sollte 0,1 mm, insbesondere 0,2 mm betragen. Der Mindestwert für den Absolutbetrag der Druckeigenspannungen sollte 200 MPa, insbesondere 400 MPa oder 500 MPa betragen. In größeren Tiefen als der Mindesttiefe kann der Innenring 1 Druckeigenspannungen mit einem Absolutbetrag unterhalb des Mindestwerts aufweisen. Insbesondere kann der Absolutbetrag der Druckeigenspannungen in größeren Tiefen als der Mindesttiefe mit zunehmender Tiefe abnehmen. Des Weiteren sollte der Absolutbetrag der Druckeigenspannungen über den gesamten Tiefenbereich einen Höchstwert nicht überschreiten. Der Höchstwert kann 1500 MPa, insbesondere 1000 MPa oder auch 800 MPa betragen.
Nach der Kaltverfestigung und einer zur Erzielung geeigneter Rauhigkeiten eventuell notwendigen mechanischen Oberflächennachbearbeitung wird der Innenring 1 brüniert. Die Brünierung kann auf eine Weise erfolgen, die in der DE 10 2007 061 193 A1 beschrieben ist. Der brünierte Innenring 1 ist in 3 dargestellt.
3 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt des Innenrings 1 im Bereich der Innenringlaufbahn 2 in einer schematischen Schnittdarstellung.
Die Oberfläche der Innenringlaufbahn 2 wird durch eine dünne Brünierschicht 7 ausgebildet. Die Dicke der Brünierschicht 7 kann weniger als 1 μm oder bis zu einigen wenigen μm betragen. Die Brünierschicht 7 ist sehr dicht ausgebildet und weist eine tiefschwarze Farbe auf. Insbesondere ist die Brünierschicht 7 flüssigkeitsdicht ausgebildet.
Nach dem Brünieren wird der Innenring 1 einer thermischen Nachbehandlung unterzogen. Die thermische Nachbehandlung wird bei einer Temperatur durchgeführt, die wenigstens 10 K unter der Anlasstemperatur des Innenrings 1 liegt, beispielsweise in einem Bereich von 190 bis 230°C. In jedem Fall sollte eine Temperatur oberhalb 100°C gewählt werden. Besonders effektiv ist die thermische Nachbehandlung, wenn sie bei einer Temperatur durchgeführt wird, die maximal 100 K, besser noch maximal 50 K, unter der Anlasstemperatur liegt. Die Temperatur der thermischen Nachbehandlung kann auch dichter als 10 K an die Anlasstemperatur herangeführt werden. Dann ist jedoch eine relativ genaue Temperatursteuerung zu gewährleisten, um ein Überschreiten der Anlasstemperatur zu vermeiden. Durch die thermische Nachbehandlung wird erreicht, dass sich das Gefüge des Innenrings 1 stabilisiert. Dabei lagern sich Kohlenstoffatome, vergleichbar mit Cottrell-Wolken, an Versetzungen an, die während der plastischen Verformung bei der Kaltverfestigung und Oberflächenhartbearbeitung durch die dabei ausgelösten Gleitvorgänge energetisch günstige Konfigurationen (z. B. Dipole, Multipole) ausbilden, und stabilisieren so diese günstigen Versetzungsanordnungen. Die unter Wälzbeanspruchung ablaufenden Prozesse (z. B. Wälzermüdung) werden dadurch vorteilhaft beeinflusst, d. h. insbesondere in ihrer werkstoffschädigenden Wirkung verlangsamt.
Mit der Durchführung der thermischen Nachbehandlung ist der Innenring 1 fertiggestellt und kann zum Zusammenbau des Wälzlagers verwendet werden.
Anstelle einer Martensithärtung kann als Wärmebehandlung eine Bainithärtung vorgesehen sein. In diesem Fall wird die thermische Nachbehandlung bei einer Temperatur durchgeführt, die wenigstens 10 K unter der Bainitumwandlungstemperatur liegt. Das bei der Martensithärtung zu den Temperaturgrenzen Gesagte gilt analog.
Ganz allgemein kann die thermische Nachbehandlung bei einer Temperatur durchgeführt werden, die unterhalb, vorzugsweise wenigstens 10 K unterhalb, der Temperatur eines letzten Wärmebehandlungsschrittes liegt. Bei der Martensithärtung ist der letzte Wärmebehandlungsschritt das Anlassen. Demgemäß handelt es sich bei der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes um die Anlasstemperatur. Bei der Bainithärtung ist der letzte Wärmebehandlungsschritt die Bainitumwandlung. Demgemäß handelt es sich bei der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes um die Bainitumwandlungstemperatur.
Der Außenring 3 und/oder die Wälzkörper 5 können aus dem gleichen Material wie der Innenring 1 gefertigt sein. Bei der Bearbeitung des Außenrings 3 und/oder der Wälzkörper 5 können die für den Innenring 1 beschriebenen Prozessschritte einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen. Es können aber auch abgewandelte Prozessschritte zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste

1: Innenring
2: Innenringlaufbahn
3: Außenring
4: Außenringlaufbahn
5: Wälzkörper
6: Käfig
7: Brünierschicht

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers, das einen Innenring (1) mit einer Innenringlaufbahn (2), einen Außenring (3) mit einer Außenringlaufbahn (4) und Wälzkörper (5) aufweist, die auf der Innenringlaufbahn (2) und auf der Außenringlaufbahn (4) abrollen, wobei – der Innenring (1) aus einem Stahl mit einem Schwefelgehalt von 0,002 bis 0,015 Massen-% und einem Sauerstoffgehalt kleiner 15 ppm hergestellt wird, – der Innenring (1) einer der Härtung dienenden Wärmebehandlung unterzogen wird, die mit der Durchführung eines letzten Wärmebehandlungsschritts bei einer vorgegebenen Temperatur abgeschlossen wird, – im Innenring (1) durch Kaltverfestigung im Bereich der Innenringlaufbahn (2) Druckeigenspannungen in einer Randschicht ausgebildet werden, – der Innenring (1) nach der Kaltverfestigung brüniert wird und – der brünierte Innenring (1) einer thermischen Nachbehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Innenring (1) vor der Kaltverfestigung einer Martensit-, Einsatz- oder Induktionshärtung unterzogen wird und die Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes die Anlasstemperatur des Innenrings (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Innenring (1) vor der Kaltverfestigung einer Bainithärtung unterzogen wird und die Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes die Bainitumwandlungstemperatur des Innenrings (1) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei im Innenring (1) ein Restaustenitgehalt von 8 bis 18 Volumen-% ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Innenring (1) bis in eine Mindesttiefe unter der Oberfläche der Innenringlaufbahn (2) Druckeigenspannungen mit einem Absolutbetrag in Höhe eines Mindestwerts oder darüber ausgebildet werden und die Mindesttiefe 0,1 mm beträgt und der Mindestwert des Absolutbetrags der Druckeigenspannungen 200 MPa beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Innenring (1) unter der Oberfläche der Innenringlaufbahn (2) Druckeigenspannungen mit einem Absolutbetrag in Höhe eines Höchstwerts oder darunter ausgebildet werden und der Höchstwert des Absolutbetrags der Druckeigenspannungen 1500 MPa beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innenring (1) der thermischen Nachbehandlung bei einer Temperatur unterzogen wird, die wenigstens 10 K unter der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Außenring (3) und/oder die Wälzkörper (5) einer der Härtung dienenden Wärmebehandlung mit einem letzten Wärmebehandlungsschritt, einer Kaltverfestigung, einer Brünier-Behandlung und/oder einer thermischen Nachbehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des letzten Wärmebehandlungsschrittes unterzogen werden.
Wälzlager, das einen Innenring (1) mit einer Innenringlaufbahn (2), einen Außenring (3) mit einer Außenringlaufbahn (4) und Wälzkörper (5) aufweist, die auf der Innenringlaufbahn (2) und auf der Außenringlaufbahn (4) abrollen, wobei – der Innenring (1) aus einem Stahl mit einem Schwefelgehalt von 0,002 bis 0,015 Massen-% und einem Sauerstoffgehalt kleiner 15 ppm hergestellt ist, – der Innenring (1) durch eine Wärmebehandlung gehärtet ist, – der Innenring (1) im Bereich der Innenringlaufbahn (2) in einer Randschicht durch Kaltverfestigung ausgebildete Druckeigenspannungen aufweist, – die Oberfläche der Innenringlaufbahn (2) durch eine Brünierschicht (7) ausgebildet ist und – der Innenring (1) in der Randschicht eine mittels thermischer Nachbehandlung nach Ausbildung der Brünierschicht (7) modifizierte Mikrostruktur aufweist.
Windenergieanlage mit einem Wälzlager nach Anspruch 9.