DD228194A1

DD228194A1 - METHOD FOR PRODUCING RING-FORMED WORKPIECES FROM POWDER METALLURGICAL MATERIAL

Info

Publication number: DD228194A1
Application number: DD26690784A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Jost
Original assignee: Waelzlager Normteile Veb
Priority date: 1984-09-03
Filing date: 1984-09-03
Publication date: 1985-10-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ringfoermiger Werkstuecke, insbesondere von hochbeanspruchbaren und haertbaren Waelzlagerringen aus pulvermetallurgischem Werkstoff bestimmter Legierungs- und Fraktionszusammensetzung, niedrigem Sauerstoffgehalt und kann vorrangig in der Waelzlagerindustrie mit dem Ziel erheblicher Einsparungen an Material, Energie und Arbeitszeit angewendet werden. Geloest wird die Aufgabe durch Einsatz eines Metallpulvers mit jeweils 50 Masseprozent der Korngroesse 6,3 mm bzw. 10-100 mm, wobei beim Schmieden des Rohlinges neben der bekannterweise in Schmiederichtung und senkrecht dazu erfolgenden Verdichtung auch ein Werkstofffluss mit einem definierten Umformgrad ueberwiegend in Richtung Drehachse erfolgt, wobei die Breitung radial nach aussen kleiner 5% der Anfangsbreite des ungeschmiedeten Rohlinges ist. FigurThe invention relates to a method for producing annular Werkstuecke, in particular of heavy duty and hardensable Wälzlagerringen powder metallurgical material certain alloy and fraction composition, low oxygen content and can be primarily used in the rolling bearing industry with the aim of significant savings in material, energy and working time. Geloest the task by using a metal powder with 50 percent by mass of the grain size 6.3 mm and 10-100 mm, wherein the forging of the blank in addition to the known manner in forging and perpendicular thereto compression also a material flow with a defined degree of deformation predominantly in the direction The axis of rotation takes place, wherein the spread radially outwards is less than 5% of the initial width of the unmolded blank. figure

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur Herstellung ringförmiger Werkstücke aus pulvermetallurgischem WerkstoffMethod for producing annular workpieces made of powder metallurgical material

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung ringförmiger, hochbeanspruchbarer und härtbarer Werkstücke, wie bspw. Wälzlagerringe aus pulvermetallurgischem Werkstoff verschiedener Legierungs- und Praktionszusammensetzung sowie niedrigem Sauerstoffgehalt und kann vorzugsweise in der Wälzlagerindustrie angewendet werden«The invention "relates to a method for producing annular, heavy duty and hardenable workpieces, such as. Rolling bearing rings made of powder metallurgical material of various alloying and Praktionszusammensetzung and low oxygen content and can preferably be applied in the rolling bearing industry"

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Verfahren zur Herstellung ringförmiger Werkstücke durch Pressen und Sintern von Metallpulver unter anschließender weiterer Bearbeitung des Rohlinges durch Schmieden und/oder Walzen sind bekannt.Methods for producing annular workpieces by pressing and sintering of metal powder, followed by further processing of the blank by forging and / or rolling are known.

Es hat sich, jedoch gezeigt, daß nach diesen bekannten Verfahren Wälzlagerringe, .welche den hohen Betriebsbelastungen.durch Dauerwälzbeanspruchung ausgesetzt sind, nicht in der notwendigen Qualität herstellbar sind· Nach DE-PS 1179 720 wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem ein aus Pulver von einer wenigstens annähernd dem üblichen Wälzlagerstahl entsprechenden Zusammensetzung kalt gepreßter Rohling vorgesintert und vor dem Fertigsintern in einer Schutzgasatmosphäre definiert erwärmt und anschließend abgekühlt wird. Durch nachfolgendes Warmwalzen bis auf Schleißmaß, Härten und weiteres Walzen bis auf Fertigmaß wird die Endform eines bspw· Wälzlagerteiles erzeugt.It has been shown, however, that according to these known methods Wälzlagerringe, .which are exposed to the high Betriebsbelastungen.durch Dauerwälzbeanspruchung, can not be produced in the necessary quality · According to DE-PS 1179 720, a method has been proposed in which a powder of a pre-sintered cold pressed blank at least approximately corresponding to the usual rolling bearing steel and heated defined before the final sintering in a protective gas atmosphere and then cooled. By subsequent hot rolling up to Schleißmaß, hardening and further rolling up to finished size, the final shape of a · rolling bearing part is produced.

Beim Walzen tritt dabei unter fortlaufender Verdichtung des Werkstoffes eine Reckung in der Umfangsrichtung ein, die eine Zunahme des Ringdurchmessers auf das vorbestimmte Maß herbeiführt. Gleichzeitig verändert sich dabei das spezifische Gewicht von anfangs 7 auf 7,5 bis 7»6· Die Praxis hat jedoch ausgewiesen, daß derartige Rohlinge mit einem relativ hohen Porenanteil rißempfindlich sind. Das heißt, daß der Werkstoff eine ungenügende Duktilität besitzt, was zur Polge hat, daß solche verfahrensgemäß hergestellten Rohlinge aufgrund auftretender Zugspannungen beim Walzen noch vor Beendigung des Walzvorganges zu Bruch gehen können.During rolling occurs under continuous compression of the material, a stretching in the circumferential direction, which causes an increase of the ring diameter to the predetermined level. At the same time, the specific weight changes from 7 initially to 7.5 to 7 »6. However, practice has shown that such blanks having a relatively high pore content are sensitive to cracking. This means that the material has an insufficient ductility, which has the Polge that such blanks produced according to the method can break due to tensile stresses during rolling before the end of the rolling process.

Nach einem weiteren Verfahren gemäßDE-PS 1170 149 wurden mit einem Porenvolumen von 12 bis 14 % und einem Stahlpulver maximaler Korngröße von 150 pm gepreßte und gesinterte Rohlinge unter Sintertemperatur im erforderlichen Umfang durch Gasaufkohlung aufgekohlt, in neutraler Atmosphäre auf Schmiedetemperatur abgekühlt und bei dieser Temperatur in einem geschlossenen Werkzeug so geschmiedet und gleichzeitig verdichtet, daß eine Mindestbreitung der Ringe von 50 % senkrecht zur Schmiederichtung und eine Verdichtung auf ein maximales Porenvolumen von 2,5 % realisiert wird·According to a further process according to DE-PS 1170 149 were pressed with a pore volume of 12 to 14 % and a steel powder of maximum grain size of 150 pm pressed and sintered blanks under sintering temperature to the extent required by gas carburizing, cooled in a neutral atmosphere to forging temperature and at this temperature in Forged a closed tool and simultaneously compressed so that a minimum expansion of the rings of 50 % is realized perpendicular to the forging direction and a compression to a maximum pore volume of 2.5 % .

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Die Fertigbearbeitung erfolgt ohne sonstige spanabhebende Bearbeitung durch Härten, Anlassen und Schleifen in herkömmlicher V/eise. Bei dieser Lösung wird zwar der Nachteil eines hohen Porenvolumens vermieden, indem nur ein maximales Porenvolumen von 2,5 % zugelassen wird, doch bei der vorgeschlagenen Mindestbreitung von 50 % senkrecht zur Schmiederichtung und der damit verbundenen Dehnung des Werkstoffes ist selbst im warmen Zustand der Bruch der Teile zu befürchten, bzw. es ist zu erwarten, daß Risse entstehen.,: die im Verlaufe des Schmiedevorganges nur verschmiedet werden. Außerdem erfordert das Schmieden im geschlossenen Gesenk, insbesondere zur Herstellung der Laufbahnen von bspw. Radialrillenkugellagern aufwendige Ausführungen geteilter Gesenke und ggf. zusätzlichen Aufwand zur Gratentfernung, wodurch die Herstellung derartiger Werkstücke verteuert wird· Nach einem weiteren Verfahren (DE-OS 2250 577) soll der. 7/alzvorgang so ablaufen, daß der gesinterte Rohling zunächst zwischen Formwalzen gewalzt und dabei verdichtet wird. Durch weiteres anhaltendes Walzen wird der Werkstoff zum Fließen gebracht, um ein oder mehrere ringförmige Ausdehnungen für die Endform der Ringe zu realisieren. Eine Bruchdehung des Werkstoffes von 9 - 12 % soll neben der erforderlichen Dichte die zum Fließen des Werkstoffes notwendige Duktilität bringen· Der ordnungsgemäße Ablauf dieses Vorganges muß bezweifelt werden, da eine Verdichtung zunächst linien-, später flächenförmig und hauptsächlich nur im Bereich der Laufflächen erfolgt·Finishing takes place without any other machining by hardening, tempering and grinding in a conventional manner. Although this solution avoids the disadvantage of a high pore volume by allowing only a maximum pore volume of 2.5 % , the proposed minimum spread of 50 % perpendicular to the forging direction and the associated elongation of the material, even in a warm state, is fractured to fear the parts, or it is to be expected that cracks arise., Which are only forged in the course of the forging process. In addition, forging in the closed die, in particular for the production of the raceways of eg. Radial deep groove ball bearings elaborate designs of split dies and possibly additional effort for burr removal, whereby the production of such workpieces is expensive · According to another method (DE-OS 2250 577) of the , 7 / alzvorgang run so that the sintered blank is first rolled between forming rollers and thereby compacted. Further continued rolling causes the material to flow to realize one or more annular expansions for the final shape of the rings. A breaking elongation of the material of 9-12 % should, in addition to the required density, bring about the ductility necessary for the flow of the material. The proper course of this process must be doubted, since compaction takes place initially in a line, later in a plane and mainly only in the area of the running surfaces.

Erfahrungsgemäß ist auch hierbei mit Bruchgefahr und Rißbildung beim Walzvorgang zu rechnen.Experience has shown that there is also a risk of breakage and cracking during the rolling process.

.. 4 Ziel der Erfindung.. 4 Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer · Verfahrenskombination von Ur- und Umformen zur Beseitigung der beschriebenen Nachteile bei der Herstellung ringförmiger, hochbeanspruchbarer und härtbarer Werkstücke mit verbesserten Werkstoffeigenschaften, insbesondere für Wälzlagerringe aus pulvermetallurgischem Werkstoff.The object of the invention is to provide a process combination of primary and secondary molds for eliminating the disadvantages described in the production of annular, heavy-duty and hardenable workpieces with improved material properties, in particular for roller bearing rings of powder metallurgical material.

Dabei sollen erhebliche ökonomische Effekte hinsichtlich Material-, Energie- und Arbeitszeiteinsparung bei praktikablem Ablauf des Fertigungsprozesses erzielt werden, besonders im Vergleich zu den derzeitig noch fast ausschließlich zur Anwendung kommenden Herstellungsverfahren mit aufwendiger Zerspanungsarbeit·In this case, considerable economic effects in terms of material, energy and working time savings in practical process of the manufacturing process can be achieved, especially in comparison to the currently almost exclusively used for the production process with elaborate machining ·

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Verfahrenskombination von Ur- und Umformen zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften» Dabei ist der Herstellungsprozeß so zu gestalten, daß der Werkstoff sowohl die erforderlichen Endeigenschaften der Werkstücke, wie Kontaktbeanspruchung, Härte und Abriebfestigkeit gewährleistet,, als auch die erforderliche Homogenität und Duktilität besitzt, um die notwendigen Umfornßrorgänge realisieren zu können·The object of the invention is to provide a combination of methods of forming and forming to improve the material properties. "The manufacturing process is to be designed so that the material ensures both the required end properties of the workpieces, such as contact stress, hardness and abrasion resistance ,, as well required homogeneity and ductility to realize the necessary conversion processes

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zur Herstellung ringförmiger, hochbeanspruchbarer und härtbarer Werkstücke, insbesondere von Wälzlagerringen, durch die Kombination folgender Verfahrensschritte gelöst.According to the invention, the object of producing annular, heavy-duty and hardenable workpieces, in particular of rolling bearing rings, is achieved by the combination of the following method steps.

Zunächst wird in an sich bekannter Weise aus einem pulvermetallurgischen Werkstoff bestimmter Legierungs- undFirst, in a conventional manner from a powder metallurgical material certain alloy and

]?rakt ions zusammensetzung sowie niedrigem Sauerstoffgehalt und mit einem den Kohlenstoffgehalt steigernden Zusatz durch Pressen ein Rohling festgelegter Dichte und hoher "Maßgenauigkeit hergestellt, gesintert und in einem geschlossenen Werkzeug warm zu einem ringförmigen Werkstück geschmiedet. Dabei muß das Pulverpreßteil bzw, der Rohling so gestaltet sein, daß der erforderliche Werkstoffluß in Richtung Drehachse und um den festgelegten Betrag beim Schmieden erfolgen kann· Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt der Werkstoffluß beim Schmieden neben der Verdichtung in Schmiederichtung und senkrecht dazu nahezu ausschließlich in Richtung Drehachse· Eine Breitung des ringförmigen Werkstückes ist lediglich um den Betrag des Einlegespieles zwischen Werkstück und Werkzeugwandung gestattet und ist gleich oder kleiner 5 % der Ausgangsbreite des ungeschmiedeten Rohlinges· IJach anschließendem gesteuerten Abkühlen oder Weichglühen oder Vergüten unter festgelegtem Regime erfolgt die Endbearbeitung des geschmiedeten ringförmigen Werkstückes durch Eertigwalzen in herkömmlicher Weise·] composition and low oxygen content and having a carbon content additive prepared by pressing a blank of specified density and high dimensional accuracy, sintered and hot forged into a ring-shaped workpiece in a closed mold According to a further feature of the invention, the material flow during forging takes place next to the compression in the forging direction and perpendicularly thereto almost exclusively in the direction of the axis of rotation. A spreading of the annular workpiece is is allowed only by the amount of insertion clearance between the workpiece and the tool wall, and is equal to or less than 5 % of the initial width of the unmolded blank · I after subsequent controlled cooling or annealing or quenching under a fixed condition Regime is the finishing of the forged annular workpiece by Eertigwalzen in a conventional manner ·

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel zur Herstellung ringförmiger Werkstücke näher erläutert. Die augehörige Zeichnung zeigt eine Schnittdarstellung des Rohlinges als Sinterteil und des Werkstückes als Schmiedeteil, mit dem Werkstoffluß in Richtung Drehachse und Breitung um das Einlegespiel·The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment for producing annular workpieces. The accompanying drawing shows a sectional view of the blank as a sintered part and the workpiece as a forging, with the material flow in the direction of the axis of rotation and spreading around the insertion clearance.

Einem scnraelzlegierten, bspw. wasserverdüstem Stahlpulver mit niedrigem Sauerstoffgehalt, einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,3 % und bestimmter Praktionszusammensetzung von jeweils 50 Masseprozent Stahlpulver der Korngröße 6,3 /um bzw. 10 - 100 pm wird bei einer Mischzeit von ca. 10 Minuten Kohlenstoff in Form von Kolloidgraphit zur Erzielung der erforderlichen Endhärte zugemischt.A bronze-alloyed, for example, water-atomized steel powder having a low oxygen content, a carbon content of about 0.3 % and a particular formulation composition of 50 percent by weight of steel powder of particle size 6.3 / μm and 10-100 μm respectively is mixed with a mixing time of about 10 minutes Carbon mixed in the form of colloidal graphite to obtain the required final hardness.

Der aus dem Stahlpulver gepreßte Rohling 1 besitzt eine festgelegte Dichte von 6.0 g/cnr bei einer Massetoleranz von maximal 1,5 %· Das Sintern erfolgt ca. 1 Stunde lang bei einer Temperatur um 1373 K und vorteilhaft unter Schutζgasatmoshare.The pressed from the steel powder blank 1 has a specified density of 6.0 g / cnr with a maximum mass tolerance of 1.5 % · The sintering is carried out for about 1 hour at a temperature around 1373 K and advantageously under Schutζgasatmoshare.

Um eine Oberflächenentkohlung des Rohlinges 1 während des für das Schmieden erforderlichen Erwärmungsprozesses zu vermeiden und um die Reibung zwischen Rohling 1 und Schmiedewerkzeug zu verringern, erfolgt eine Graphitbeschichtung des Rohlinges 1 in herkömmlicher Weise. Die Erwärmung des Rohlinges 1 auf Schmiedetemperatur von ca. 1323 K erfolgt vorteilhaft in einer Induktionserwärmungsanlage, welche mit der Schmiedepresse gekoppelt ist und deren Erwärmungskanal mit Schutzgas gespült wird. Das Schmieden vollzieht sich in einem geschlossenen Gesenk einer Schmiedepresse, wobei zur weiteren Verbesserung der "Werkstoffeigenschaften des Rohlinges 1 für nachfolgende Prozeßstufen ein Umformgrad von 0*5 einzuhalten ist, welcher sich aus der projezierten Fläche des geschmiedeten Werkstückes 2 zur projizierten Fläche des Rohlinges 1 herleitet·In order to avoid surface decarburization of the blank 1 during the heating process required for the forging and to reduce the friction between the blank 1 and the forging tool, a graphite coating of the blank 1 takes place in a conventional manner. The heating of the blank 1 to a forging temperature of about 1323 K is advantageously carried out in an induction heating system, which is coupled to the forging press and whose heating duct is purged with protective gas. The forging takes place in a closed die of a forging press, wherein for further improvement of the "material properties of the blank 1 for subsequent process stages, a degree of deformation of 0 * 5 is to be maintained, which is derived from the projected area of the forged workpiece 2 to the projected surface of the blank 1 ·

Der Werkstoffluß 4 beim Schmieden vollzieht sich dabei, neben der Verdichtung in Schmiederichtung, nahezu ausschließlich in Richtung Drehachse, von einer unwesentlichen Breitung 3 des ringförmigen Werkstückes 2 aufgrund des funktionsbedingten Einlegespieles zwischen Rohling bzw. Werkstück 2 und Werkzeugwandung abgesehen.The material flow 4 during forging takes place in addition to the compaction in forging, almost exclusively in the direction of the axis of rotation, apart from an insubstantial Breitung 3 of the annular workpiece 2 due to the function-dependent insertion play between blank or workpiece 2 and tool wall.

Durch den Werkstoffluß 4 in Richtung Drehachse treten im Werkstück 2 beabsichtigte Druckspannungen auf, wodurch die unerwünschte Rißbildung wirksam vermieden wird ·Due to the flow of material 4 in the direction of the axis of rotation, intentional compressive stresses occur in the workpiece 2, whereby the undesired cracking is effectively avoided.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat sich, insbesondere für nachfolgendes Walzen, eine Weiterbehandlung des geschmiedeten ringförmigen Werkstückes 2 in Form von gesteuertem Abkühlen, Weichglühen oder Vergüten bewährt·In a further embodiment of the invention has, in particular for subsequent rolling, a further treatment of the forged annular workpiece 2 in the form of controlled cooling, annealing or quenching proven ·

Nach dem dargelegten Verfahren zur Herstellung von ringförmigen, hochbeanspruchbaren und härtbaren Werkstücken 2 aus pulvermetallurgischem Werkstoff bestimmter Fraktionszusammensetzung können vorzugsweise Wälzlagerringe , insbesondere solche, welche nach dem Schmieden durch einen Walzvorgang ihre annähernde Endform erhalten, rißfrei hergestellt werden.According to the stated method for the production of annular, heavy duty and hardenable workpieces 2 made of powder metallurgical material certain fraction composition preferably roller bearing rings, in particular those which receive their approximate final shape after forging by a rolling process, are produced without cracking.

Claims

-ff- claim for invention

1. A process for producing annular workpieces of powder metallurgical material of various alloys and Praktionszusammensetzung, low oxygen content and with the carbon content-increasing additive, by pressing and sintering a blank of high mass accuracy and density, further processing by heating, forging, controlled cooling, if necessary Heat treatment according to a specified regime and rolling, in particular for producing heavy-duty and curable rolling bearing rings, characterized in that in the blank made of powder metallurgical material having a particular fractional composition (1) during forging in addition to the known manner in forging direction and perpendicular compression taking place also a material flow (4) takes place with a defined degree of deformation predominantly in the direction of the axis of rotation, wherein the width (3) extends radially outward to less than 5 % of the initial width of the unmolded blank (1) is

2. The method according to item 1, characterized in that the Praktionszusammensetzung the powder metallurgical material advantageously 50 Passeproζent the grain size is 6.3 pn and 50 percent by mass of the grain size 10 - lOOyum.

For this 1 drawing