Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils, wobei das Wälzlagerbauteil aus einem Wälzlagerstahl vom Typ 100CrMnSi6-4 oder 10006 ausgebildet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Wälzlagerbauteil sowie ein Wälzla ger.

Aus der DE 10 2006 052 834 A1 geht ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlager ringes hervor, bei dem ein Lagerring aus einem niedriglegierten, durchhärtbaren Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von über 0,5 Gew.-% und mit einem Gehalt an Chrom, Nickel und Molybdän von in Summe zwischen 1 ,4 Gew.-% bis 3,0 Gew.-% erzeugt wird. Der Lagerring wird einer Härtungsbehandlung unterzogen, bei der der Lagerring auf eine Außentemperatur zwischen 800°C und 880° C erwärmt wird und anschlie ßend abgeschreckt wird, bis er eine Temperatur von unter 150°C erreicht.

Die WO 00 / 63455 A1 beschreibt einen Stahl aus der SAE52100 Serie mit 0,9 bis 1 ,0 Gew.-% Kohlenstoff, 0,15 bis 0,40 Gew.-% Silizium, 0,25 bis 0,80 Gew.-% Mangan, 1 ,30 bis 1 ,95 Gew.-% Chrom, maximal 0,25 Gew.-% Nickel und 0,05 bis 0,35 Gew.-% Molybdän, mit einem ultrafeinen Bainit-Gefüge zum Einsatz für Wälzlagerkomponen ten. Dabei wird ausgehend von einem austenitischen Gefüge von oberhalb der Mar tensitstarttemperatur auf 250°C abgekühlt und diese Temperatur typischerweise für 180 min gehalten, um ultrafeinen Bainit zu erzeugen.

Die DE 10 2006 059 050 A1 offenbart ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Wälz lagerbauteilen aus durchgehärtetem, bainitischen Wälzlagerstahl. Das Verfahren wird zweistufig durchgeführt, wobei ausgehend von einer Austenitisierungstemperatur in einem Salzbad mit einer Temperatur im Bereich von 180 bis 210 °C bis zum Tempera turausgleich abgekühlt wird und anschließend ein Umsetzen in ein zweites Bad für ca. eine Stunde erfolgt. Das zweite Bad weist eine Temperatur von etwa 220 bis 240°C auf. Es wird am gesamten Bauteil ein gleichmäßiges bainitisches Gefüge erzeugt. Die US 2010 / 0 296 764 A1 beschreibt ein Wälzlagerelement aus Lagerstahl mit durchgehärtetem bainitischem und/oder martensitischem Gefüge. Durch ein Indukti onshärten werden oberflächlich Druckspannungen erzeugt.

Die EP 0 908257 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Ritzels als Sinter teil mit bainitischem Grundgefüge. Durch Oberflächenhärtung wird eine Randschicht aus martensitischem Gefüge ausgebildet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils, ein Wälzlagerbauteil sowie ein Wälzlager weiterzuentwickeln.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch ein Wälzlagerbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 3 sowie durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerbauteils, das aus einem Wälzlagerstahl vom Typ 100CrMnSi6-4 oder 100Cr6 ausgebildet ist, wird das Wälzlagerbauteil zur Ausbildung eines austenitischen Gefüges erwärmt und an schließend in einem Salzwarmbad auf eine erste Temperatur zwischen 170°C und 200°C abgeschreckt, derart, dass wenigstens im Kernbereich des Wälzlagerbauteils ein perlitisches und/oder ferritisches Gefüge vorliegt, wobei das Wälzlagerbauteil un mittelbar anschließend auf mindestens eine zweite Temperatur in einem Temperatur bereich zwischen 220°C und 280°C erwärmt und für mindestens 7 Stunden gehalten wird, wobei an der Oberfläche des Wälzlagerbauteils ein überwiegend bainitisches Gefüge ausgebildet wird.

Das Wälzlagerbauteil wird zunächst durch ein geeignetes Herstellungsverfahren aus einem Wälzlagerstahl vom Typ 100CrMnSi6-4 oder 100Cr6 ausgeformt. Als Wälzla gerstahl eignet sich vorteilhafterweise 100CrMnSi6-4, da dieser vergleichsweise kos tengünstig ist und nach der Wärmebehandlung trotzdem die gewünschten Eigenschaf ten aufweist. Alternativ ist auch 100Cr6 geeignet, da dieser Werkstoff ebenfalls kos tengünstig sowie zum Schalenhärten geeignet ist. Zu Beginn der Wärmebehandlung wird das Wälzlagerbauteil auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend auf die erste Temperatur zwischen 170°C und 200°C abgeschreckt, wobei die Ab schreckgeschwindigkeit derart gewählt wird, dass ein Reißen in der Oberfläche des Wälzlagerbauteils verhindert wird, jedoch gleichzeitig eine technisch optimale und überrollfeste Schale auf der Mantelfläche des Wälzlagerbauteils mit möglichst gerin gem Verzug entsteht. Die Abschreckgeschwindigkeit wird insbesondere so gewählt, dass die Abschreckung im oberen Temperaturbereich schneller erfolgt als die Perlit- bildung einsetzt. Ferner wird die Abschreckgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Geo metrie des Wälzlagerbauteils sowie des Abschreckmediums, also des Salzwarmba des, insbesondere dessen Wärmekapazität gewählt. Die Berechnung einer optimalen Abschreckgeschwindigkeit kann in bekannter Weise software-gestützt erfolgen. Zu dem kann die Abschreckgeschwindigkeit während des Abschreckens mittels einge- brachter Thermoelemente gemessen werden.

Insbesondere hat es ich dabei bewährt, wenn der Kernbereich des Wälzlagerbauteils mit einer Abschreckgeschwindigkeit von maximal 2 K/s abgekühlt wird. Dadurch wird die Bildung des perlitischen und/oder ferritischen Gefüges im Kernbereich des Wälz lagerbauteils ermöglicht.

Unter dem „Kernbereich“ wird dabei ein Bereich im Inneren des Wälzlagerbauteiles und beabstandet von dessen Oberflächen verstanden, der sich bei einem Bauteil wie einem massiven Wälzkörper ausgehend von der Bauteilmitte über mindestens 75 % des Durchmessers des Wälzkörpers erstreckt. Bei ringförmigen Wälzlagerbauteilen wird unter dem Kernbereich ebenfalls ein Bereich im Inneren des Wälzlagerbauteiles und beabstandet von dessen Oberflächen verstanden, der von dem Innendurchmes ser und dem Außendurchmesser begrenzt ist und sich ausgehend von der Mitte der durch den Innendurchmesser und den Außendurchmesser gebildeten Wandstärke über mindestens 75 % dieser Wandstärke erstreckt.

Während des Abschreckens im Salzwarmbad erfolgt eine Phasenumwandlung im Ge füge des Wälzlagerbauteils, wobei sich im Wälzlagerbauteil sowohl an der Oberfläche beziehungsweise in oberflächennahen Bereichen sowie im Kernbereich beziehungs weise in oberflächenfernen Bereichen des Wälzlagerbauteils eine im Wesentlichen perlitische und/oder eine im Wesentlichen ferritische Gefügestruktur ausbildet. Wel ches Gefüge sich einstellt, hängt dabei im Wesentlichen von dem notwendigen Lö- sungszustand im Gefüge sowie der Legierungszusammensetzung und der Geometrie des Wälzlagerbauteils ab.

Mittels des Salzwarmbades wird eine vergleichsweise milde Abschreckwirkung erzielt, die sich über Temperatur und Wassergehalt des Salzwarmbades einstellen lässt.

Ein bevorzugter Wassergehalt liegt hier bei mindestens 0,3 Vol.-%.Ein geeignetes Salzbad ist auf dem Markt unter der Bezeichnung AS140 beim Hersteller Durferrit GmbH, Mannheim, erhältlich.

Die damit einhergehenden Vorteile bestehen in der reduzierten Rissbildung infolge thermischer Beanspruchung. Ferner können geringere Eigenspannungen bei Wälzla gerbauteilen mit variablen Abmessungen, Größe und Gewicht erreicht werden. Das Wälzlagerbauteil wird derart lange im Salzwarmbad abgeschreckt bis zumindest im Kernbereich das perlitische und/oder ferritische Gefüge eingestellt ist. Dabei ist mög lich, dass das gesamte Wälzlagerbauteil die Temperatur des Salzwarmbades ange nommen hat. Denkbar ist aber auch, dass nur ein Teil des Wälzlagerbauteils die Temperatur des Salzwarmbades angenommen hat und ein anderer Teil, insbesondere näher zum Kern des Wälzlagerbauteils, noch eine Temperatur größer als die erste Temperatur aufweist. Das Abschrecken im Abschreck- bzw. Salzwarmbad erfolgt zeit gesteuert.

Ferrit ist ein einphasiger Gefügebestandteil, der aus der ferritischen Phase des Eisens besteht. Ferrit bildet ein polyedrisches, zwillingsfreies Gefüge, ist weicher als Marten sit und vergleichsweise gut formbar. Insbesondere die Legierungselemente Chrom und Silizium fördern die Bildung von Ferrit. Unter einem aus Ferrit bestehenden Gefü ge ist zu verstehen, dass das Gefüge, insbesondere im Kernbereich des Wälzlager bauteils, im Wesentlichen oder zum größten Teil aus Ferrit besteht. Somit besteht das Gefüge auch dann aus Ferrit, wenn es nicht vollständig und ausschließlich durch Fer rit gebildet ist. Auch eine geringfügige Abweichung, insbesondere von bis zu 5 Vol.-%, von einem vollständig ferritischen Gefüge, bei dem auch andere Gefügestrukturen vorliegen können, ist demnach noch als aus Ferrit bestehendes Gefüge im Sinne die ser Erfindung zu verstehen. Perlit ist demgegenüber ein lamellar angeordneter, eutektoider Gefügebestandteil des Stahles, das heißt ein Phasengemisch aus Ferrit und Zementit, das durch gekoppelte Kristallisation in Eisen-Kohlenstoff-Legierungen bei Kohlenstoffgehalten zwischen 0,02 % und 6,67 % auftritt. Perlit ist weicher als Martensit. Unter einem aus Perlit be stehenden Gefüge ist zu verstehen, dass das Gefüge, insbesondere im Kernbereich des Wälzlagerbauteils, im Wesentlichen oder zum größten Teil aus Perlit besteht. Somit besteht das Gefüge auch dann aus Perlit, wenn es nicht vollständig und aus schließlich aus Perlit gebildet ist. Auch eine geringfügige Abweichung, insbesondere von bis zu 5 Vol.-%, von einem vollständig perlitischen Gefüge, bei dem auch andere Gefügestrukturen vorliegen können, ist demnach noch als aus Perlit bestehendes Ge füge im Sinne dieser Erfindung zu verstehen.

Auch Mischungen aus Perlit und Ferrit können im Kernbereich des Wälzlagerbauteils vorliegen.

Das Wälzlagerbauteil wird nach dem Abschrecken aus dem Salzwarmbad entnom men und anschließend auf die mindestens zweite Temperatur im Temperaturbereich zwischen 220°C und 280°C wiedererwärmt. Die zweite Temperatur wird ausgewählt je nach Legierungszusammensetzung und Abmessungen des Wälzlagerbauteils. Unter dem Wortlaut „zumindest eine zweite Temperatur in einem Temperaturbereich zwi schen 220°C und 280°C“ ist zu verstehen, dass das Wälzlagerbauteil für eine be stimmte Zeit in einem Temperaturbereich gehalten wird, wobei die Temperatur je nach Wärmebehandlungsstrategie innerhalb dieses Bereichs variieren kann, insbesondere gezielt stufenweise eingestellt werden kann. Es ist denkbar, das Wälzlagerbauteil ausschließlich auf eine einzige zweite Temperatur für die gesamte Behandlungsdauert wiedererwärmt wird. Alternativ ist denkbar, dass mehrere Temperaturen innerhalb des Temperaturbereichs zwischen 220°C und 280°C stufenweise eingestellt werden, um das gewünschte Gefüge an der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich des Wälzlagerbauteils einzustellen. Nach der jeweils gewählten Wärmebehandlungsstra tegie richtet sich auch die Haltedauer, bei der die wenigstens zweite Temperatur im Temperaturbereich zwischen 220°C und 280°C gehalten wird. Die Haltedauer beträgt jedenfalls über 7 Stunden. Mit anderen Worten wird das Wälzlagerbauteil für mindes tens 7 Stunden bei einer Temperatur zwischen 220°C und 280°C gehalten, unabhän gig welche Temperaturen innerhalb dieses Bereichs in der genannten Zeit angefahren und gehalten werden. Die zweite Temperatur wird so lange gehalten, bis sich an der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich des Wälzlagerbauteils das bainitische Gefüge ausgebildet hat.

Unter dem Wortlaut „unmittelbar anschließend“ ist im Rahmen dieser Erfindung zu verstehen, dass das Wälzlagerbauteil nach dessen Abschreckung aus der Austeniti sierungstemperatur bis zur ersten Temperatur nicht auf unterhalb von 170°C abge kühlt. Vielmehr erfolgt anschließend an das Abschrecken eine erneute Erwärmung des Wälzlagerbauteils auf eine oder mehrere Temperaturen zwischen 220°C und 280°C für mindestens 7 Stunden, sodass nach der Wärmebehandlung im Kernbereich ein überwiegend perlitisches und/oder ferritisches Gefüge sowie an der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich ein bainitisches Gefüge oder zu größten Teil baini- tisches Gefüge vorliegt. Mit anderen Worten erfolgt in Anschluss an das Abschrecken ein direktes Wiedererwärmen des Wälzlagerbauteils.

Unter Bainit ist ein Gefüge zu verstehen, das bei Temperaturen unterhalb der Perlit- bildung bis hin zur Martensitbildung sowohl isotherm als auch bei kontinuierlicher Ab kühlung entsteht. Oberer Bainit besteht aus nadelförmigem Ferrit, der in Paketen an geordnet ist. Zwischen den einzelnen Ferritnadeln liegen mehr oder weniger kontinu ierliche Filme aus Karbiden parallel zur Nadelachse vor. Zu unterscheiden ist oberer Bainit von unterem Bainit, welcher dagegen aus Ferritplatten besteht, innerhalb derer sich die Karbide unter einem Winkel von 60° zur Nadelachse bilden. Bainit ist eben falls weicher als Martensit, jedoch härter als Perlit. Unter einem aus Bainit bestehen den Gefüge ist zu verstehen, dass das Gefüge an der Oberfläche bzw. im oberflä chennahen Bereich des Wälzlagerbauteils im Wesentlichen oder zum größten Teil aus Bainit besteht. Somit besteht das Gefüge auch dann aus Bainit, wenn es nicht voll ständig und ausschließlich Bainit aufweist. Auch eine geringfügige Abweichung von einem vollständig bainitischen Gefüge, bei dem auch andere Gefügestrukturen vorlie gen können, ist demnach noch als ein aus Bainit bestehendes Gefüge im Sinne dieser Erfindung zu verstehen. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn im oberflächennahen Bereich nicht mehr als 5 Vol.-% Perlit im Bainit vorliegen. An der Oberfläche des Wälzlagerbauteils liegt vorzugsweise überhaupt kein Perlit vor. Das Wälzlagerbauteil kann als Bauteilrohling ausgebildet sein, das endgeometrienah ausgebildet ist, wobei nach dem Abkühlen des Bauteils aus dem Temperaturbereich zwischen 220°C und 280°C eine Weiterbehandlung, insbesondere eine mechanische Bearbeitung erfolgen kann, um das Wälzlagerbauteil in dessen Endgeometrie zu brin gen. Alternativ kann das Bauteil bereits vor der Wärmebehandlung in die Endgeomet rie vorliegen. Das Wälzlagerbauteil kann beispielsweise als Innenring, als Außenring oder als Wälzkörper eines Wälzlagers ausgebildet sein, wobei sich die hier vorge schlagene Herstellung und Wärmebehandlung des Wälzlagerbauteils insbesondere für Bauteile mit großen Abmessungen eignet, insbesondere mit Durchmessern oder Dicken größer als 85 mm. Anders gesagt wird das Wälzlagerbauteil, welches vor zugsweise einen Durchmesser von mindestens 85 mm, insbesondere von 200 mm, aufweist, zur Ausbildung eines austenitischen Gefüges erwärmt und anschließend in einem Salzwarmbad auf die erste Temperatur abgeschreckt, derart, dass wenigstens im Kernbereich des Wälzlagerbauteils ein perlitisches und/oder ferritisches Gefüge vorliegt, wobei das Wälzlagerbauteil unmittelbar anschließend auf die mindestens zweite Temperatur zwischen 220°C und 280°C erwärmt und in diesem Temperaturbe reich für mindestens 7 Stunden gehalten wird, um an der Oberfläche des Wälzlager bauteils das bainitische Gefüge auszubilden.

Die Härtbarkeit des jeweiligen Stahls wird bestimmt durch die Wahl der Legierungszu sammensetzung. Bei durchhärtbaren Stählen, wie dem hier vorteilhaften 100CrMnSi6- 4, lässt sich die Härtbarkeit ferner verändern, indem über die Höhe der Austenitisie rungstemperatur der Kohlenstoffgehalt sowie der Gehalt von gelösten Legierungsele menten, wie Chrom, verändert wird. Der erforderliche bzw. für die jeweilige Anwen dung notwendige Lösungszustand für die zu behandelnde Geometrie des Wälzlager bauteils sowie die Abschreckwirkung lassen sich software-gestützt und/oder anhand von Versuchen vorab bestimmen.

Dabei werden durch die Behandlung des Wälzlagerbauteil an dessen Oberfläche Druckeigenspannungen ausgebildet . Die Druckeigenspannung werden bei Umwand lung des Gefüges in das bainitische Gefüge realisiert, die an der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich des Wälzlagerbauteils stattfindet. Druckeigenspannungen sind negative Eigenspannungen innerhalb der Gefügestruktur des Bauteils, die an der Oberfläche eine Verbesserung der Dauerfestigkeit des Wälzlagerbauteils zur Folge haben. Zudem wird einer Rissbildung vorgebeugt und eine Korrosionsbeständigkeit des Wälzlagerbauteils verbessert.

Ferner bevorzugt wird das Wälzlagerbauteil derart behandelt, dass es eine Oberflä chenhärte von mindestens 58 HRC aufweist. Eine Härte von 58 HRC (Rockwellhärte) entspricht einer Vickershärte von etwa 655 HV. Mithin weist ein erfindungsgemäßes Wälzlagerbauteil an dessen Oberfläche eine Härte von 58 HRC und eine bainitische Gefügestruktur auf. Die sogenannte Einhärtetiefe, bei der das Wälzlagerbauteil eine Härte von 550 HV1 bzw. 52,3 HRC aufweist, liegt bevorzugt bei einer Tiefe senkrecht zur Oberfläche des Wälzlagerbauteils von etwa 5,2% der Wälzlagerbauteildicke bzw. des Wälzlagerbauteildurchmessers. Nach DIN 50190-1 ist die Einsatzhärtungstiefe derjenige senkrechte Abstand von der Oberfläche des jeweiligen Bauteils, bei dem die Härte auf einen Wert von 550 HV1 abgefallen ist. Den Verlauf der Härte von der Ober fläche bis in den Kern wird durch Härtemessung ermittelt. Die Einheit HRC setzt sich aus HR (Härte nach Rockwell, im Englischen „Hardness Rockwell“) als Kennzeich nung des Prüfverfahrens gefolgt von einem weiteren Buchstaben, hier C, zusammen, der die Skala und damit die Prüfkräfte und -körper angibt. Bei der Skala C (C steht für „cone“, im Deutschen Kegel) wird ein Diamantkegel mit 120° Spitzenwinkel und eine Prüfvorkraft von 98,0665 N verwendet. Die Prüfzusatzkraft beträgt bei Skala C 1372,931 N.

Ein erfindungsgemäßes Wälzlager umfasst einen Außenring und/oder einen Innenring sowie eine Vielzahl von Wälzkörpern, die am Außenring und/oder am Innenring abrol- len, wobei der Außenring und/oder der Innenring und/oder der jeweilige Wälzkörper ein Wälzlagerbauteil gemäß den vorherigen Ausführungen ist. Anders gesagt kann entweder nur der Außenring, nur der Innenring, nur die Wälzkörper oder eine beliebi ge Kombination der genannten Bauteile als Wälzlagerbauteil ausgeführt sein, das im Kernbereich des Wälzlagerbauteils ein perlitisches und/oder ferritisches Gefüge auf weist und an der Oberfläche des Wälzlagerbauteils ein zum größten Teil bainitisches Gefüge aufweist.

Insbesondere ist das Wälzlagerbauteil als Wälzkörper ausgebildet, der als Vollrolle oder Hohlrolle ausgebildet ist. Die vorhergehenden Ausführungen zum Verfahren gelten gleichermaßen für das er findungsgemäße Wälzlagerbauteil sowie für das erfindungsgemäße Wälzlager, und umgekehrt.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Hierbei zeigt

Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fierstellung des Wälzlagerbauteils

Figur 2 eine stark schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers nach einer bevorzugten Ausführungsform,

Figur 3 einen schematischen Querschnitt eines Wälzkörpers als Wälzlagerbau teil gemäß Figur 2,

Figur 4 ein Diagramm für den Wälzlagerstahl 100CrMnSi6-4, das eine Min- destabkühlrate ausgehend von unterschiedlichen Austenitisierungstem peraturen über eine Austenitisierungszeit zur Verhinderung von mehr als 5 Vol-% Perlit im Randbereich darstellt, und

Figur 5 ein Diagramm, das für den Wälzlagerstahl 100CrMnSi6-4 und einer Aus tenitisierungstemperatur von 855°C in Abhängigkeit von der Austenitisie rungsdauer und damit dem Austenitisierungsgrad sowie vom Durchmes ser eines Wälzkörpers eine kritische Entfernung zur Oberfläche des Wälzkörpers für eine Perlitbildung von 5 Vol.-% im Randbereich angibt.

Gemäß Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Fierstellung eines als Wälz körper 5 ausgebildeten Wälzlagerbauteils 1 gemäß eines Blockschaltbilds visualisiert. Vorliegend sind die Wälzkörper 5 des Wälzlagers 2 als Wälzlagerbauteil 1 zu verste hen. Derartige Wälzkörper 5 können in einem Wälzlager 2 gemäß Figur 2 eingebaut sein, und zwar räumlich zwischen einem Außenring 3 und einem Innenring 4, wobei die Wälzkörper 5 in Umfangsrichtung durch einen Käfig 6 beabstandet zueinander angeordnet und geführt sind. Der Wälzkörper 5 ist zum besseren Verständnis noch mals in Figur 3 im Querschnitt dargestellt.

In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird der jeweilige Wälzkörper 5, der gemäß den Figuren 2 und 3 als Zylinderrolle mit einem Durchmesser D von wenigstens 85 mm ausgebildet ist, aus dem Wälzlagerstahl 100CrMnSi6-4 ausgebildet. Dies kann bei spielsweise spanend erfolgen. Der Außenring 3 und/oder der Innenring 4 gemäß Figur 2 können ebenfalls aus 100CrMnSi6-4 ausgebildet sowie mittels des gleichen erfin dungsgemäßen Verfahrens hergestellt sein. Die Fierstellung umfasst eine Wärmebe handlung des Wälzlagerbauteils 1 und wird nachfolgend erläutert.

In einem zweiten Verfahrensschritt 101 wird der Wälzkörper 5 zur Ausbildung eines austenitischen Gefüges auf eine Flärte- bzw. Austenitisierungstemperatur erwärmt und solange bei dieser Temperatur gehalten, bis eine vollständige Austenitisierung des Gefüges erfolgt ist, insbesondere bis ein notwendiger Lösungszustand erreicht ist. Anschließend wird der Wälzkörper 5 in einem dritten Verfahrensschritt 102 einem Salzwarmbad zugeführt und von der Austenitisierungstemperatur auf eine erste Tem peratur abgeschreckt. Das Salzwarmbad weist in Abhängigkeit der Eigenschaften und des Mischungsverhältnisses des Salzwarmbades, der Materialeigenschaften des Wälzlagerbauteils 1 sowie der Austenitisierungstemperatur vorliegend eine Tempera tur zwischen 170°C und 200°C auf. Mittels des Salzwarmbades wird eine Abkühlung des Wälzkörpers 5 mit kontrollierter Abkühlgeschwindigkeit (vergleiche Figur 4) sowie vergleichsweise milder Abschreckwirkung erreicht, wobei eine Phasenumwandlung des Gefüges erfolgt. Dabei wandelt die austenitische Gefügestruktur des Wälzkör pers 5 während des Abschreckens in ein perlitisches und/oder ferritisches Gefüge um. Wenigstens im Kernbereich 8 des Wälzlagerbauteils 1 wird somit ein aus Perlit und/oder aus Ferrit bestehendes Gefüge ausgebildet.

Nach der Abschreckung des Wälzkörpers 5 wird dieser in einem vierten Verfahrens schritt 103 direkt wiedererwärmt. Und zwar erfolgt unmittelbar an das Abschrecken anschließend ein Erwärmen des Wälzlagerbauteils 1 auf zumindest eine zweite Tem peratur in einem Temperaturbereich zwischen 220°C und 280°C, wobei die zumindest zweite Temperatur für mindestens 7 Stunden gehalten wird. Mit anderen Worten kann der Wälzkörper 5 bei einer einzigen zweiten Temperatur für 7 Stunden gehalten wer den. Alternativ kann der Wälzkörper 5 auf mehrere verschiedene Temperaturen inner halb des Temperaturbereichs zwischen 220°C und 280°C stufenweise erwärmt und gehalten werden, wobei die Gesamthaltedauer zwischen 220°C und 280°C mindes tens 7 Stunden beträgt. Durch Halten der zumindest zweiten Temperatur im Tempera turbereichs zwischen 220°C und 280°C für mehr als 7 Stunden erfolgt eine Gefü geumwandlung, bei der an der Oberfläche 7 und im Oberflächen-nahen Randbereich 9 des Wälzlagerbauteils 1 ein bainitisches Gefüge ausgebildet wird. Durch eine solche Wärmebehandlung können Wälzlagerbauteile 1 in schalengehärteter Ausführung mit größeren Abmessungen kostengünstiger hergestellt werden, da auch bei Werkstoffen mit niedrigerem Legierungsgehalt durch eine derartige Wärmebehandlung eine über rollfeste Oberfläche, im Fall des Wälzkörpers 5 eine überrollfeste Mantelfläche bzw. Laufbahn, entsteht und eine Rissbildung am Wälzlagerbauteil 1 verhindert wird. Fer ner werden durch die Wärmebehandlung mit der damit einhergehenden Gefügeum wandlung in das bainitische Gefüge an der Oberfläche 7 Druckeigenspannungen ein gestellt, die ebenfalls der Rissbildung am Wälzkörper 5 Vorbeugen. Der Wälzkörper 5 weist nach der Wärmebehandlung eine Oberflächenhärte von mindestens 58 HRC bzw. 655 HV auf. Bei einer Einhärtetiefe A, die etwa 5,2% des Durchmessers D des Wälzkörpers 5 entspricht, also vorliegend etwa 4,4mm, weist der Wälzkörper 5 eine Härte von mindestens 550 HV1 auf. Es ist denkbar, dass weitere Wärmebehand lungsschritte, beispielsweise Anlassen, durchgeführt werden, um die thermisch be dingten Spannungen innerhalb des Wälzkörpers 5 zu reduzieren. Ferner kann eine mechanische Nachbehandlung erfolgen, um den Wälzkörper 5 in die Endgeometrie zu bringen.

Figur 4 zeigt ein Diagramm für den Wälzlagerstahl 100CrMnSi6-4, das eine Min- destabkühlrate in Kelvin pro Sekunde ausgehend von unterschiedlichen Austenitisie rungstemperaturen von 855°C, 865°C und 875°C über eine Austenitisierungszeit in Minuten darstellt, die eingehalten werden muss, um eine Bildung von von mehr als 5 Vol-% Perlit im Wälzlagerstahl diesen Typs zu vermeiden. Erkennbar ist somit, dass abhängig von und zunehmend mit dem Austenitisierungsgrad höhere Mindestabkühl- raten eingestellt werden müssen. Figur 5 zeigt ein Diagramm, das ebenfalls für Wälzkörper mit unterschiedlichen Durchmessern aus dem Wälzlagerstahl 100CrMnSi6-4 und in Abhängigkeit einer Aus tenitisierungsdauer von 45 Minuten, 90 Minuten und 150 Minuten bei einer Austeniti sierungstemperatur jeweils von 855°C aufgenommen wurde. Mit zunehmendem Aus- tenitisierungsgrad und mit zunehmendem Durchmesser der Wälzkörper bzw. Rollen durchmesser in Millimetern nimmt eine kritische Entfernung zur Oberfläche des Wälz körpers, entsprechend der Einhärtetiefe A zwischen dem Kernbereich 8 und der Ober fläche 7 des Wälzkörpers 5 (vergleiche Figur 3), ab, in welchem sich der bainitische Randbereich 9 befindet und in welchem keine Perlitbildung von mehr als 5 Vol.-% auf- tritt. Demnach nimmt die Einhärtetiefe A und damit eine Dicke des bainitischen Rand bereiches 9 bei gleichem Austenitisierungsgrad der Wälzkörper 5 mit zunehmendem Durchmesser D der Rolle oder des Wälzkörpers 5 ab.

Bezuqszeichenliste

1 Wälzlagerbauteil

2 Wälzlager

3 Außenring

4 Innenring

5 Wälzkörper

6 Käfig

7 Oberfläche

8 Kernbereich

9 Randbereich

100 Erster Verfahrensschritt

101 Zweiter Verfahrensschritt

102 Dritter Verfahrensschritt

103 Vierter Verfahrensschritt

A Einhärtetiefe

D Durchmesser