專利名稱：用于大型滾動軸承的滾道元件和軸承裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于大型滾動軸承的滾道元件和一種軸承裝置。
背景技術：
在現(xiàn)今已知的大型滾動軸承中，滾道元件一般由滲碳鋼或淬透的鋼制成。在使用滲碳鋼時，將低合金鋼在碳環(huán)境中進行表面層滲碳，以便事后可以對所述表面層淬火。大型滾動軸承由于在滾道元件上運轉(zhuǎn)的滾動體持續(xù)負載需要在滾道區(qū)域內(nèi)達到較高的表面硬度，以便能夠保證較長的壽命。然而，滾道元件的表面淬火或淬透與較高的能量消耗有關。而在轉(zhuǎn)盤軸承中已知，淬火的表面層借助感應的方法產(chǎn)生。但 在這種軸承中對表面硬度的要求由于滾動體不同的負載不如在大型滾動軸承中那么高。通常在轉(zhuǎn)盤軸承中使用不同于大型滾動軸承的鋼種類。因此，在這種類型的軸承中已知的感應淬火方法不能轉(zhuǎn)用到大型滾動軸承的制造中。同樣在直徑較小的滾動軸承中已知，對此處所使用的鋼類型，例如100Cr6中使用感應表面層淬火。在此，從經(jīng)濟的觀點出發(fā)，也不能將用于表面層感應淬火的已知方法轉(zhuǎn)用到大型滾動軸承上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種用于大型滾動軸承的滾動軸承元件和一種相應的大型滾動軸承裝置，其中，在制造簡單的同時確保較長的壽命。該技術問題通過一種具有權利要求I所述特征的滾道元件以及一種帶有權利要求8的特征的大型滾動軸承裝置解決。各從屬權利要求的主題是有利的結構方案。按權利要求I給出一種用于大型滾動軸承的滾動軸承元件，其具有以下特征-至少一個用于滾動軸承配合元件的接觸區(qū)，-該接觸區(qū)具有感應淬火的表面層，-所述滾動軸承元件由具有至少0.46% (質(zhì)量百分比)的碳混入物的鋼制成。與昂貴地使用滲碳鋼相反，該滲碳鋼除了表面層外基本上具有小于0.2% (質(zhì)量百分比)的碳份額，并且只有通過在表面層中耗費地滲碳至例如0.8% (質(zhì)量百分比)的碳含量才能在該表面層中對在大負載的滾動軸承中的應用足夠淬硬，在此可以使用帶有至少
0.46% (質(zhì)量百分比)的碳混入物的、更廉價的所謂調(diào)制鋼，其中，滾動軸承元件的接觸區(qū)通過感應方法事后淬火。該淬火方法與表面層的滲碳相比耗費明顯更少。作為按本發(fā)明的滾動軸承元件尤其可以設計為大型軸承的滾道元件和/或滾動體。尤其是大型軸承由于滾動接觸而負載的元件得益于按本發(fā)明的結構方案。因此，滾動軸承配合元件是與滾動軸承元件滾動接觸的滾動軸承元件，并且優(yōu)選同樣按本發(fā)明構造。大型滾動軸承優(yōu)選具有至少250mm的直徑。本發(fā)明在此主要基于這樣的認識S卩，在碳含量小于0.46%的質(zhì)量百分比時，表面層的感應淬火不能實現(xiàn)足夠的表面硬度以及足夠穩(wěn)定的組織結構來保證滾道元件足夠長的壽命。尤其在表面層中的碳含量較小的情況下，在感應淬火時形成不利的、不穩(wěn)定的組織，這種組織導致滾動軸承元件并因此大型滾動軸承提前失效。此外，尤其在大型滾動軸承中，在熱處理時出現(xiàn)不再可忽略的材料變形，因此不再能保證滾動體在滾道上的高運轉(zhuǎn)精度。這種變形在熱處理之后又通過其它的、例如切削加工去除，這進一步提高了相應滾道元件的生產(chǎn)成本。然而，在切削加工之后，也就是去除表面上的材料之后還要確保，表面的最大硬度與按照預期的負載選擇的大型軸承的設計匹配，以便獲得所需的承載能力。因此，尤其在高負荷的大型軸承中選擇比較小尺寸的軸承中更大的表面層厚度。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施形式中，表面層具有比所使用的鋼可達到的最大硬度小的最大硬度。通過所使用的鋼原則上可以獲得比通過在大型軸承中使用的已知鋼，例如42CrMo4明顯更高的硬度。但優(yōu)選不利用這個優(yōu)點并且僅僅通過感應淬火方法產(chǎn)生這樣一個硬度，該硬度相當于由42CrMo4制成的、用于大型軸承的已知滾動軸承元件的硬度。由此，按本發(fā)明使用的鋼在淬火時不會如通常在使用42CrMo4時那樣達 到其材料極限。由此盡管獲得了與已知的大型軸承可比的表面層最大硬度，但是隨著深度增大硬度分布不同。在用于大型軸承的已知鋼類型中，硬度在較薄的表面層之后劇烈下降并且迅速地轉(zhuǎn)變成未淬火的區(qū)域的硬度，而在按本發(fā)明使用的鋼中獲得明顯更平緩的轉(zhuǎn)變。因此，淬火的表面層在硬度變小時比在已知的大型軸承中明顯更深地深入到滾動軸承元件中。同時，由此也可以制造較精細和穩(wěn)定的組織結構。一方面，這使得大型軸承的壽命明顯提高。另一方面，在使用本身可更大淬硬的、含碳量大于0. 46%質(zhì)量百分比的鋼時，需要明顯更簡單并且節(jié)省材料的過程以達到所需的硬度，使得鋼的負荷更小。所述的負荷例如可以在于，為顯現(xiàn)出期望的、平緩的硬度分布，需要更少地加熱鋼并且更慢地對該鋼進行淬火或激冷。在此，在本發(fā)明有利的實施形式中要注意的是，淬硬層的承載能力并因此其深度覆蓋由于與滾動軸承配合元件的赫茲接觸而產(chǎn)生的應力曲線。應力隨著深度的增大而減小。因此，淬硬層的厚度必須與軸承預期的負載相協(xié)調(diào)，這由此實現(xiàn)，即，在更高的預期負載時，也就是在應力曲線作用更深時產(chǎn)生比在較小的負載時更厚的表面層。在本發(fā)明的一種有利的結構方案中，鋼具有混入物錳、鉻和/或鑰。尤其是這些合金元素的混入物提供一種鋼，這種鋼可以較好地感應淬火，并且提供足夠的淬火深度以及提供適用于高承載能力的組織和壽命較長的滾道元件。尤其有利的是，鋼具有至少0. 12%質(zhì)量百分比的鑰混入物。從0. 35%質(zhì)量百分比的鑰含量起，有利的淬硬性不會再升高，因此該混入物優(yōu)選在0. 12%至0. 35%質(zhì)量百分比的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一種有利的結構方案中，淬火的表面層具有至少58HRC的最大硬度。尤其從該表面硬度起，滾道元件具有足夠穩(wěn)定的滾道，以確保較長的壽命。按權利要求8，提供了一種軸承裝置，該軸承裝置具有至少一個如權利要求I至7之一所述的滾動軸承元件并因此受益于所述有利的特性。


從以下結合附圖描述的實施例中得出本發(fā)明其它的優(yōu)點和結構方案。在此，附圖I至3示出本發(fā)明實施例的各個視圖和部件。
具體實施方式
按照本發(fā)明的一個實施例，在圖I中描述一個直徑為至少250mm的大型滾動軸承
I。該大型滾動軸承包括兩個設計成外圈3和內(nèi)圈5的滾道元件。在滾道元件之間布置有設計為球體7的滾動體。在兩個滾道元件運動時會導致球體7在滾道元件上的滾動運動。大型滾動軸承一般應用在外圈3相對內(nèi)圈5持續(xù)旋轉(zhuǎn)或內(nèi)圈相對外圈持續(xù)旋轉(zhuǎn)的安裝情況下。例如在風力發(fā)電設備中就是這種情況。在圖2中示出了從內(nèi)圈5截取的局部。該內(nèi)圈5具有滾道21，在大型滾動軸承I運行時，球體7在該滾道21上滾動。滾道21具有淬火的表面層，該表面層能夠經(jīng)受住由于與球體7接觸而受到的負荷并且確保大型滾動軸承較長的壽命。同樣也適用于在圖3中所示的外圈3，該外圈3同樣具有表面淬火的滾道23。滾道21和23的表面由于與滾動體滾動的接觸始終受到負載。軸 承圈由碳混入物為0.46%至1.0% (質(zhì)量百分比)并且鑰混入物為0. 12%至0.35% (質(zhì)量百分比)的鋼制成。其它的混入物優(yōu)選是0. 5 %至I. 0 %質(zhì)量百分比的錳和/或0.9%至1.5%質(zhì)量百分比的鉻。相應材料本身是已知的，應用該材料制造具有相應感應淬火的表面層的滾道元件相比用于大型滾動軸承的已知滾道元件提供了更廉價并因此更簡單的制造方法。所述鋼例如可以相當于規(guī)格50CrMo4，而在已知的大型軸承中主要使用42CrMo4。軸承圈的滾道在其成型之后通過感應方法淬火。例如將感應器在附近導引經(jīng)過滾道，由此加熱該滾道。這導致相位轉(zhuǎn)變，其中，尤其形成更硬的材料。借助后續(xù)的噴淋激冷已加熱的材料，以保持較硬的組織結構。優(yōu)選在已知方法之后連續(xù)地(schlupflos)實施該感應淬火方法，以便在滾道上不存在未淬火的區(qū)域。因此，滾道沿整個滾道元件在制造技術的公差范圍內(nèi)具有相同的硬度。表面層的最大硬度至少為58HRC。該硬度即使在軸承中使用的已知的鋼類型也可以達到。但是，這些類型的鋼為了達到該最小硬度被淬火至其材料特定的特性的極限。通過在此使用的鋼，原則上可以達到表面層明顯大于58HRC的最大硬度。然而，在大型軸承的大多數(shù)應用中不需要該硬度。因此，所述鋼為達到58HRC的硬度在其材料潛能方面比為此使用目的已知的鋼類型明顯更少地消耗。因此，為達到期望的最大硬度，實現(xiàn)了相比所采用的用于制造大型軸承的各部件的已知方法明顯更節(jié)省材料的淬火方法。因此，在淬火時的最大溫度更低并且激冷也可以以較小的溫度梯度進行，由此在表面層與基本組織之間還形成更平緩的硬度轉(zhuǎn)變。節(jié)省材料的過程尤其導致結果更好的可重復性。這樣實施感應淬火方法，使得淬火層的深度與對軸承壽命的要求相適應。尤其淬火層的深度選擇為，使得由與滾動體赫茲接觸產(chǎn)生的應力曲線被覆蓋。也就是淬火層比由滾動接觸而產(chǎn)生的應力更深地深入材料中，該應力超過了未淬火基礎材料的負荷能力。因此，排除了基礎材料過載的可能，增大的應力和負載通過表面層承擔。由此實現(xiàn)了大型軸承較長的壽命。此外，表面層還具有適用于軸承的高承載能力的組織。在本發(fā)明的另一個實施例中，除了滾道元件外滾動體也按本發(fā)明設計，也就是該滾動體借助感應的方法淬火并且由相應的鋼制成。作為備選本發(fā)明的這樣一個實施例也是可行的，其中，僅滾動體按本發(fā)明設計，而滾道元件不按本發(fā)明設計。因此，本發(fā)明可以有利地使用在滾動軸承的所有由于滾動接觸而承載的部件中。此外，本發(fā)明并不限定于帶有作為滾動體的球體的滾動軸承，而原則上可以應用在所有種類的大型滾動軸承中。附圖標記清單
I大型滾動軸承3 外圈5 內(nèi)圈7 球體 21、23 滾道
權利要求
1.一種用于大型滾動軸承的滾動軸承元件，其特征在于， -至少一個用于滾動軸承配合元件的接觸區(qū)， -該接觸區(qū)具有感應淬火的表面層， -所述滾動軸承元件由具有至少O. 46%質(zhì)量百分比的碳混入物的鋼制成。
2.如權利要求I所述的滾動軸承元件，其特征在于，所述表面層具有比所使用的鋼最大可達到的硬度小的最大硬度。
3.如權利要求I或2所述的滾動軸承元件，其特征在于，所述淬火的表面層具有至少58HRC的最大硬度。
4.如權利要求I至3之一所述的滾動軸承元件，其特征在于，所述鋼具有混入物錳、鉻和/或鑰。
5.如權利要求4所述的滾動軸承元件，其特征在于，所述鑰混入物的質(zhì)量百分比為至少 O. 12%。
6.如權利要求I至5之一所述的滾動軸承元件，其特征在于，所述淬火的表面層設計成這樣厚，使得由與所述滾動軸承配合元件赫茲接觸產(chǎn)生的應力曲線被覆蓋。
7.如權利要求I至6之一所述的滾動軸承元件，其特征在于，所述滾動軸承元件設計用于應用在具有至少250mm的外徑的大型滾動軸承中。
8.一種大型滾動軸承裝置，其具有至少一個如權利要求I至7之一所述的滾動軸承元件。
9.如權利要求8所述的大型滾動軸承裝置，其特征在于，所述滾動軸承元件設計成滾道元件。
10.如權利要求8所述的滾動軸承元件,其特征在于,所述滾動軸承元件設計成滾動體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于大型滾動軸承的滾動軸承元件，具有以下特征，具有至少一個用于滾動軸承配合元件的接觸區(qū)，該接觸區(qū)具有感應淬火的表面層，所述滾動軸承元件由具有至少0.46％質(zhì)量百分比的碳混入物的鋼制成。
文檔編號F16C33/64GK102803768SQ201080030545
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權日2009年5月6日
發(fā)明者B.梁, U.梅, G.瓦格納, C.倫佩爾 申請人:Skf公司