DE102010017969A1

DE102010017969A1 - Heat-treating a workpiece from low-alloy chromium bearing steel, which is present in the form of ring such as an outer ring, an inner ring, and/or a rolling body of a roller bearing, comprises austenitizing and quenching of the workpiece

Info

Publication number: DE102010017969A1
Application number: DE201010017969
Authority: DE
Inventors: Dr. Beer Oskar
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-10-27

Abstract

The method for heat-treating a workpiece from a low-alloy chromium bearing steel, comprises austenitizing and quenching (13) a workpiece. The austenitization of the workpiece is carried out at 1000-1050[deg] C for 10-30 minutes, and the workpiece is quenched under vacuum with a moderate cooling rate of 0.2-2 at -60[deg] C for 2 hours. The heat treatment is carried out using vacuum oven at 180[deg] C. The workpiece is maintained at a temperature of below 0[deg] C for 2 hours after quenching and before the heat treatment. An independent claim is included for a workpiece.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Werkstücks aus einem Wälzlagerstahl, insbesondere aus einem niedriglegierten Wälzlagerstahl. Des weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung eines wärmebehandelten Wälzlagerstahls.The invention relates to a method for heat treatment of a workpiece made of a bearing steel, in particular of a low-alloy bearing steel. Furthermore, the invention relates to the use of a heat-treated bearing steel.

Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl sind in vielfältigen Ausführungen bekannt.Processes for heat treatment of steel workpieces are known in many designs.

Die Wärmebehandlung dient wie bekannt auch der Erhöhung der Härte der Werkstücke, was insbesondere bei Wälzlagern auf Grund deren Belastungen von großer Bedeutung ist. Dabei hat die Art der Wärmebehandlung großen Einfluss auf die Eigenschaften der Werkstücke, so dass die Wahl eines geeigneten Wärmebehandlungsverfahrens, neben der Wahl einer geeigneten Zusammensetzung des Stahls, von wesentlicher Bedeutung für die Gebrauchsdauer der Werkstücke ist.As is known, the heat treatment also serves to increase the hardness of the workpieces, which is of great importance in particular for rolling bearings due to their loads. The nature of the heat treatment has great influence on the properties of the workpieces, so that the choice of a suitable heat treatment process, in addition to the choice of a suitable composition of the steel, is essential for the service life of the workpieces.

Dies gilt im besonderen Masse für Werkstücke, wie die genannten Wälzlager, die hohe Anforderungen bezüglich Festigkeit, Gebrauchsdauer und Gefügestabilität gegen Alterung bzw. Qualitätsanforderungen erfüllen müssen und über eine lange Einsatzzeit hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Insbesondere bei einer hohen Druckbeanspruchung in einem Wälzkontakt in einem Wälzlager sowie bei dortiger Verschleißbeanspruchung ist eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit von Wälzlagerteilen zur Erzielung einer hohen Lebensdauer erforderlich.This is especially true for workpieces, such as the rolling bearings, which must meet high demands in terms of strength, service life and structural stability against aging or quality requirements and are exposed to high loads over a long service life. In particular, at a high compressive stress in a rolling contact in a rolling bearing and in there wear stress high hardness and wear resistance of rolling bearing parts to achieve a long service life is required.

Niedriglegierte Stähle sind allgemein gekannt, beispielsweise aus http://de.wikipedia.org/wiki/Qualit%C3%A4tsstahl#Niedriglegierte_St.C3.A4hl e (02.04.2010) , und werden vielfach auch für Wälzlagerteile eingesetzt. Es ist bekannt, dass Stahl und seine Legierungsbestandteile in ihrer Zusammensetzung industriell vorgegebenen Normungen, wie beispielsweise den technischen Normen DIN 17 230 oder der EN ISO 683-17 , unterliegen. Diese Normung sieht für einen niedriglegierten Stahl vor, dass keines verwendeten Legierungselemente, wie beispielsweise Mangan, Blei, Chrom, Silicium, Molybdän, Kupfer oder Nickel, einen mittleren Gehalt von 5 Massenprozent überschreitet.Low alloy steels are well known, for example http://en.wikipedia.org/wiki/Qualit%C3%A4tsstahl#Lowlegged_St.C3.A4hl e (02.04.2010) , and are often used for rolling bearing parts. It is known that steel and its alloy components in their composition meet industrially prescribed standards, such as technical standards DIN 17 230 or the EN ISO 683-17 , subject. This standard provides for low alloy steel that no alloying element used, such as manganese, lead, chromium, silicon, molybdenum, copper or nickel, exceeds an average content of 5% by mass.

Aus Werkstoffdatenblättern, beispielsweise der Fa. Saarstahl, ist ein umfassender Überblick über die Technologie niedriglegierter Wälzlagerstähle, wie eines Stahls 100Cr6 oder eines Stahls 100CrMn6, bekannt. So werden dort neben Zusammensetzung bzw. Bestandteile sowie mechanischen und physikalischen Eigenschaften eines solchen Stahls 100Cr6 bzw. eines solchen Stahls 100CrMn6 auch Wärmebehandlungsverfahren bzw. Härteverfahren (Umwandlungshärten) für diese Stähle 100Cr6 bzw. 100CrMn6 beschrieben.From material data sheets, for example from the company Saarstahl, a comprehensive overview of the technology of low-alloyed bearing steels, such as a steel 100Cr6 or a steel 100CrMn6, is known. Thus, in addition to the composition or components as well as the mechanical and physical properties of such a steel 100Cr6 or of such a steel 100CrMn6, there are also described heat treatment processes (transformation hardening) for these steels 100Cr6 and 100CrMn6.

Ein Wärmebehandlungsverfahren für Werkstücke aus einem niedriglegierten Wälzlagerstahl, einem 100Cr6, ist beispielsweise auch aus der EP 0 999 287 B1 bekannt. Dort ist beschrieben, dass Werkstücke auf Austenitisierungstemperatur von ca. 840°C gebracht und eine bestimmte Zeit von 20 Minuten auf dieser Temperatur gehalten werden. Nach dem Austenitisieren werden die Werkstücke in einem Salzbad abgeschreckt. An dieses Abschrecken schließt sich ein Anlassen oder Vergüten an.A heat treatment method for workpieces made of a low-alloy bearing steel, a 100Cr6, for example, from the EP 0 999 287 B1 known. There it is described that workpieces are brought to Austenitisierungstemperatur of about 840 ° C and held for a certain time of 20 minutes at this temperature. After austenitizing, the workpieces are quenched in a salt bath. This quenching is followed by tempering or tempering.

Es ist ferner bekannt, dass sich bei solchen niedriglegierten Wälzlagerstahlen, wie dem vorerwähnten Stahl 100Cr6 oder dem Stahl 100CrMn6, mit dort bekannten Wärmebehandlungsverfahren Härten (Gebrauchshärte nach dem Anlassen) von maximal ca. 63 HRC erzielen lassen.It is also known that in such low-alloy bearing steel, such as the above-mentioned steel 100Cr6 or steel 100CrMn6, can be achieved with known heat treatment process curing (use hardness after tempering) of a maximum of about 63 HRC.

In http://de.wikipedia.orq/wiki/H%C3%A4rten_(Stahl) (02.04.2010) ist weiterhin ein Überblick über Härteverfahren von Stahl, insbesondere eine Umwandlungshärtung von Stahl, gegeben. Insbesondere ist daraus bekannt, dass eine Wärmebehandlung beim Umwandlungshärten folgende Verfahrensschritte umfasst: ein Erwärmen bis zu einer werkstoffabhängigen Temperatur (Austenitisierungstemperatur), einem Aufrechterhaltender Temperatur der Werkstücke (Halten auf Austenitisierungstemperatur) und ein anschließendes rasches Abkühlen (Abschrecken) unter Beachtung der kritischen Abkühlgeschwindigkeit. Als Abschreckmedium kann unter anderem Wasser dienen, welchem ggf. entsprechende Zusätze beigegeben werden, die die Oberflächenspannung des Wassers verändern. Als andere Abschreckmedien können Öl, Salzbad, wässrige Polymerlösungen (z. B. Polyvinylpyrrolidon), Luft, Gase, z. B. Stickstoff (N₂) oder Argon (Ar) (letztere beim Härten im Vakuum), dienen.In http: //de.wikipedia.orq/wiki/H%C3%A4rten_ (steel) (02.04.2010) Furthermore, an overview of hardening processes of steel, in particular a conversion hardening of steel, is given. In particular, it is known that heat treatment in conversion hardening comprises the following process steps: heating to a material-dependent temperature (austenitizing temperature), maintaining the temperature of the workpieces (holding at austenitizing temperature), and then rapidly cooling (quenching) in consideration of the critical cooling rate. As a quenching medium may inter alia serve water, which, if necessary, appropriate additives are added, which change the surface tension of the water. As other quenching media, oil, salt bath, aqueous polymer solutions (eg polyvinylpyrrolidone), air, gases, e.g. As nitrogen (N ₂ ) or argon (Ar) (the latter when curing in vacuo) serve.

Es ist ferner bekannt, dass eine Wahl des Abschreckmediums die Abschreckgeschwindigkeit beeinflusst. Ein Abschrecken im Wasser wird gemeinhin als schnelles Abschrecken, ein Abschrecken im Salz- oder Ölbad als mittleres und ein Abschrecken in Vakuum als mäßiges bzw. mäßig schnelles bzw. mäßig langsames Abschrecken betrachtet. Eine Größe bzw. Maß für das Abschrecken bzw. für eine Abschreckgeschwindigkeit ist ein λ(8/5)-Wert, welcher eine Zeitdauer einer Abkühlung eines betrachteten Bereichs, beispielsweise den Rand oder den Kern, eines Werkstücks von 800°C auf 500°C beschreibt. Gemeinhin liegt dieser λ(8/5)-Wert für ein mäßiges bzw. mäßig langsames Abschrecken, wie beispielsweise beim Vakuumhärten mit Stickstoff, bei vergleichbaren Werkstücken und vergleichbaren Bereichen der Werkstücke um Vielfaches über dem λ(8/5)-Wert für ein mittleres Abschrecken, wie beispielsweise in einem Salzbad.It is also known that a choice of quench medium affects quench rate. Quenching in water is commonly regarded as rapid quenching, quenching in the salt or oil bath as medium, and quenching in vacuum as moderate quenching. A quantity for quenching is a λ (8/5) value, which is a period of cooling of an area under consideration, for example, the edge or the core, of a workpiece from 800 ° C to 500 ° C describes. In general, this λ (8/5) value for moderate or moderately slow quenching, as for example in the case of vacuum hardening with nitrogen, is several times greater than the λ (8/5) for comparable workpieces and comparable areas of the workpieces. Value for medium quench, such as in a salt bath.

Dem Abschrecken folgt, wie auch in http://de.wikipedia.orq/wiki/H%C3%A4rten_(Stahl) (02.04.2010) beschrieben ist, meist ein Anlassen folgen.Quenching follows, as well as in http: //de.wikipedia.orq/wiki/H%C3%A4rten_ (steel) (02.04.2010) is described, usually followed by a tempering.

Es ist weiterhin bekannt, dass an Werkstücken aus einem Wälzlagerstahl, wie zum Beispiel Wälzlagerringe, auf Grund deren Verwendung in Wälzlagern bei dortigen Einsatzbedingungen hohe Anforderungen bezüglich Festigkeit, Gebrauchsdauer und Gefügestabilität gegen Alterung gestellt werden. Insbesondere bei einer hohen Druckbeanspruchung in einem Wälzkontakt in einem Wälzlager sowie bei dortiger Verschleißbeanspruchung ist eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit von Wälzlagerteilen zur Erzielung einer hohen Lebensdauer erforderlich.It is also known that on workpieces made of a bearing steel, such as roller bearing rings, due to their use in rolling bearings in local conditions high demands in terms of strength, service life and structural stability against aging are provided. In particular, at a high compressive stress in a rolling contact in a rolling bearing and in there wear stress high hardness and wear resistance of rolling bearing parts to achieve a long service life is required.

Um diesen Anforderungen an Werkstücken im Einsatz in Wälzlagern gerecht zu werden, ist es auch bekannt, Schnellarbeitsstähle (HS nach EN ISO 4957 ), wie einen Stahl HS 2-10-1-8 oder einen Stahl S 6-5-2, zu verwenden. Mit einem Schnellarbeitsstahl lassen sich Härten von über 64 HRC erzielen. Nachteilig an solchen Schnellarbeitsstählen ist deren sehr hoher Preis. Darüber hinaus ist die Wärmebehandlung von Schnellarbeitsstählen aufwendig.To meet these requirements for workpieces in use in rolling bearings, it is also known, high-speed steels (HS after EN ISO 4957 ), such as a steel HS 2-10-1-8 or a steel S 6-5-2. With a high-speed steel, hardnesses of over 64 HRC can be achieved. The disadvantage of such high-speed steels is their very high price. In addition, the heat treatment of high-speed steels is expensive.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärmebehandlungsverfahren für ein Werkstück aus einem Wälzlagerstahl zu schaffen, mit dem hohe Härten sowie eine hohe Verschleißfestigkeit des Werkstück erzielbar sind und welches den Einsatz des so behandelten Werkstücks auch unter Bedingungen in einem Wälzlager erlaubt. Darüber hinaus soll die Erfindung eine kostengünstige Herstellung von Wälzlagerteilen ermöglichen.The invention is therefore an object of the invention to provide a heat treatment process for a workpiece from a bearing steel, with the high hardness and high wear resistance of the workpiece can be achieved and which allows the use of the thus treated workpiece under conditions in a rolling bearing. In addition, the invention should enable a cost-effective production of rolling bearing parts.

Weiterhin soll eine Verwendung eines solchen wärmebehandelten Wälzlagerstahls vorgeschlagen werden, bei dem die damit erreichbaren Vorteile maximiert werden.Furthermore, a use of such a heat-treated bearing steel is to be proposed, in which the achievable advantages are maximized.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Wärmebehandlung eines Werkstücks aus einem Wälzlagerstahl, insbesondere einem nierdriglegierten Wälzlagerstahl, sowie durch die Verwendung eines solchen wärmebehandelten Wälzlagerstahls mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelöst.This object is achieved by the method for heat treatment of a workpiece from a bearing steel, in particular a nierdriglegierten bearing steel, as well as by the use of such a heat-treated bearing steel with the features according to the respective independent claim.

Bei dem Verfahren zur Wärmebehandlung eines Werkstücks aus einem Wälzlagerstahl, insbesondere einem niedriglegierten Wälzlagerstahl, wird dieses Werkstück zumindest einem Austenitisieren und einem Abschrecken unterzogen. Das Austenitisieren des Werkstücks erfolgt bei einer Austenitisierungstemperatur von mindestens 1000°C sowie einer kurzer Haltedauer. Anschließend das Werkstück mit einer mäßigen Abschreckgeschwindigkeit abgeschreckt.In the method of heat-treating a workpiece made of a bearing steel, particularly a low-alloy bearing steel, this workpiece is subjected at least to austenitizing and quenching. The austenitizing of the workpiece takes place at an austenitizing temperature of at least 1000 ° C. and a short holding time. Then quench the workpiece at a moderate quench rate.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines wärmebehandelten Wälzlagerstahls gemäß der vorstehenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass aus dem wärmebehandelten Wälzlagerstahl mindestens ein Ring, nämlich der Außenring und/oder der Innenring, und/oder ein Wälzkörper eines Wälzlagers hergestellt werden bzw. wird.The inventive use of a heat-treated bearing steel according to the above invention is characterized in that from the heat-treated bearing steel at least one ring, namely the outer ring and / or the inner ring, and / or a rolling element of a rolling bearing is or will be prepared.

Dabei wird erfindungsgemäß von einer kurzen Haltedauer auf Austenitisierungstemperatur ausgegangen, wenn die Werkstücke zeitlich kürzer als die im Stand der Technik realisierten ca. 20 Minuten Haltedauer auf Austenitisierungstemperatur gehalten werden. Insbesondere werden bei der Erfindung Haltedauern in einem Bereich größer gleich ca. 5 Minuten und kleiner gleich ca. 15 Minuten bevorzugt.According to the invention, it is assumed that the austenitizing temperature is kept at a short holding time if the workpieces are held at a shorter time than the approximately 20 minutes holding time realized in the prior art at the austenitizing temperature. In particular, in the invention, holding periods in a range greater than or equal to about 5 minutes and less than or equal to about 15 minutes are preferred.

Geht man davon aus, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Medien zum Abschrecken eines Werkstück, wie Wasser, Öl, Salzbad, wässrige Polymerlösungen (z. B. Polyvinylpyrrolidon), Gase, z. B. Stickstoff (N₂) oder Argon (Ar) (letztere beim Härten im Vakuum), unterschiedliche Abschreckgeschwindigkeiten bedingen bzw. unterschiedlichen Abschreckgeschwindigkeiten zugeordnet sind (wässrige Polymerlösungen – schnelles Abschrecken; Salz-/Ölbad mittleres Abschrecken; Vakuum – mäßiges bzw. mäßig schnelles bzw. mäßig langsames Abschrecken), so bedeutet im Sinne der Erfindung ein mäßig schnelles Abschrecken, dass bei der Erfindung das Abschrecken um ca. Faktor 5 bis 10 mal langsamer als bei Salz- oder Öl realisiert wird.Assuming that the known from the prior art media for quenching a workpiece, such as water, oil, salt bath, aqueous polymer solutions (eg., Polyvinylpyrrolidone), gases, eg. For example, nitrogen (N ₂ ) or argon (Ar) (the latter when curing in vacuum), different quenching or different quenching rates are assigned (aqueous polymer solutions - rapid quenching, salt / oil medium quenching, moderate - moderate or moderately fast or moderately slow quenching), means in the context of the invention, a moderately rapid quenching, that in the invention quenching by about factor 5 to 10 times slower than salt or oil is realized.

Mit der erfindungsseitig vorgesehen Kombination von – jeweils im Vergleich zum Stand der Technik – höherer Austentisierungstemperatur von mindestens 1000°C, kürzerer Haltedauer auf Austenitisierungstemperatur, beispielsweise ca. 10 Minuten, und mäßigerer Abschreckgeschwindigkeit, beispielsweise durch das Abschrecken im Vakuum anstelle von Salz- oder Ölbad, bei der Wärmebehandlung von niedriglegiertem Stahl weicht die Erfindung von bisherigen Vorgehensweisen bei niedriglegiertem Stahl ab.With the invention provided combination of - each in comparison to the prior art - higher Austentisierungstemperatur of at least 1000 ° C, shorter holding time austenitizing temperature, for example, about 10 minutes, and moderate quenching rate, for example by quenching in vacuo instead of salt or oil bath In the case of heat treatment of low-alloy steel, the invention deviates from previous approaches in low-alloy steel.

Nach bisherigem Verständnis wurde bei niedriglegierten Stählen von einer – über das übliche, bisher bekannte Maß von ca. 830°C bis ca. 870°C Austenitisierungstemperatur – Erhöhung der Austenitisierungstemperatur – trotz möglicher dadurch erzielbarer höheren Härtewerten durch Martensitbildung – deshalb Abstand genommen, da hier mit einer Kornvergröberung gerechnet wird. Eine solche Kornvergröberung bedingt, wie allgemein bekannt ist, eine deutlich abnehmende Dauerfestigkeit, was sich insbesondere negativ auf den Verschleiß sowie auf die Lebensdauer von hochbeanspruchten Teilen, wie in Wälzlagern, auswirkt.According to the previous understanding, low-alloyed steels have been excluded from austenitizing temperature - despite the usual, hitherto known extent of about 830 ° C. to about 870 ° C. - increase of the austenitizing temperature - despite possible higher hardness values that can be achieved by martensite formation - here is expected with a grain coarsening. As is generally known, such a grain coarsening causes a significantly decreasing fatigue strength, which is especially negatively on the wear and on the life of highly stressed parts, such as in rolling bearings, affects.

Ferner wurde bisher auch bei der Wärmebehandlung von niedriglegiertem Stahl von einem mäßig schnellem Abschrecken, wie es beispielsweise im Vakuum bzw. unter Verwendung eines Vakuumofens realisierbar ist, Abstand genommen. Geht man doch hier nach bisherigem Verständnis bei niedriglegierten Stählen davon aus, dass sich Perlit, bekanntermaßen ein weicher, wenig verschleißfester und thermodynamisch stabiler, d. h. nicht mehr umwandelbarer, Bestandteil, welcher sich an den Korngrenzen im Gefüge ausbildet, in erhöhtem Maße bei weniger schnellem Abschrecken bildet. Anders ausgedrückt, steigt die Abschreckgeschwindigkeit, so kann eine Perlitbildung verhindert bzw. verringert werden und es bildet sich harter Martensit. Demzufolge wurde bisher – bei der Wärmebehandlung von niedriglegiertem Stahl – meist das Abschrecken im Salz- oder Ölbad angewandt, welches sich dort ca. 5 bis 10 mal schneller als das Abschrecken im Vakuum, wie insbesondere bei der Erfindung, durchführen lässt.Further, even in the heat treatment of low-alloy steel, a moderately rapid quenching, such as can be realized, for example, in a vacuum or using a vacuum furnace, has hitherto been omitted. According to current understanding of low-alloyed steels, it is assumed that perlite, known to be a soft, less wear-resistant and thermodynamically stable, d. H. no longer convertible constituent which forms at the grain boundaries in the microstructure to an increased extent with less rapid quenching. In other words, the quenching rate increases, so perlite formation can be prevented and reduced, and hard martensite is formed. Consequently, in the heat treatment of low-alloy steel, quenching has hitherto been used in the salt or oil bath, which can be carried out there about 5 to 10 times faster than quenching in vacuo, in particular in the invention.

Erfindungsseitig liegt aber nun die überraschende Erkenntnis vor, dass sich bei niedriglegierten Stählen trotz Erhöhung der Austenitisierungstemperatur ein Kornwachstum dadurch behindern bzw. unterdrücken und damit eine höhere Härte bei gleichzeitig höherer Verschleißfestigkeit erzielen lässt, falls diese Erhöhung der Austentisierungstemperatur mit einer – im Vergleich zu bisher üblichen Haltedauern von ca. 20 Minuten – kürzeren Haltedauer auf Austenisierungstemperatur sowie einem – im Vergleich zu bisher üblichen schnellen bzw. mittleren Abschrecken, wie im Salzbad – mäßig schnellen Abschrecken gekoppelt wird.However, there is now the surprising finding on the part of the invention that, despite increasing the austenitizing temperature, grain growth can thereby be hindered or suppressed and hence a higher hardness and simultaneously higher wear resistance can be achieved, if this increase in the austentization temperature results in a higher-than-usual temperature Holding periods of about 20 minutes - shorter holding time to Austenisierungstemperatur and a - compared to previously common fast or medium quenching, as in the salt bath - moderate quenching is coupled.

Erfindungsseitig war weiter überraschend, dass sich bei niedriglegierten Stählen trotz Verlangsamung der Abschreckgeschwindigkeit diese unerwünschte Perlitbildung dadurch behindern bzw. unterdrücken und damit eine höhere Verschleißfestigkeit – bei gleichzeitig auch höhere Härte – erzielen lässt, falls das erfindungsgemäße mäßig schnelle Abschrecken mit einer – im Vergleich zu bisher üblichen Haltedauern von ca. 20 Minuten – kürzeren Haltedauer auf Austenisierungstemperatur sowie einer bzw. sogar einer – im Vergleich zu bisher üblichen niedrigeren Austentisierungstemperaturen – erhöhten Austenitisierungstemperatur gekoppelt wird. Erfindungsseitig lassen sich so – auch bei Austenitisierungstemperaturen von mindestens ca. 1000°C – und entsprechend hoher Härtewerten – Perlitanteile von weniger als 5% – und damit erhöhte Verschleißfestigkeit – erzielen.The invention was further surprising that in low-alloyed steels despite slowing the quenching impede this unwanted perlite or thereby suppress and thus a higher wear resistance - at the same time higher hardness - achieve, if moderately rapid quenching according to the invention with a - compared to previously 20 minutes - shorter holding time to Austenisierungstemperatur and one or even one - compared to previously customary lower Austentisierungstemperaturen - increased Austenitisierungstemperatur is coupled. On the side of the invention, perlite contents of less than 5%, and thus increased wear resistance, can thus be achieved-even at austenitizing temperatures of at least about 1000 ° C.-and correspondingly high hardness values.

Darüber hinaus wurde bisher auch deshalb von Erhöhung der Austenitisierungstemperatur – über das übliche Maß von ca. 830 bis 870°C Austenitisierungstemperatur – Abstand genommen, da bei niedriglegierten Stählen von einer über das übliche Maß von ca. 830 bis 870°C Austenitisierungstemperatur hinaus erhöhten Austenitisierungstemperatur mit einer Erhöhung des Restaustenits gerechnet wird.Moreover, hitherto also austenitizing temperature - above the usual level of about 830-870 ° C austenitizing temperature - has been omitted so far, as low Austenitisierungstemperatur increased in low-alloyed steels from a Austenitisierungstemperatur beyond the usual level of about 830-870 ° C addition is expected to increase the retained austenite.

Dieser Restaustenit wandelt sich, wie bekannt ist, bei Beanspruchung in den zwar härteren Martensit um, was aber mit einem – im allgemeinen negativen – Anwachsen, d. h. mit einer Maßänderung bzw. ungünstigen Maßvergrößerung, der wärmebehandelten Teile verbunden ist (fehlende Maßstabilität). Insbesondere bei Wälzlagern können solche ungünstigen Maßänderungen bzw. Maßvergrößerungen zu einer Lagerverklemmung führen.As is known, this retained austenite transforms under stress into the tougher martensite, but with a - generally negative - growth, i. H. with a dimensional change or unfavorable dimensional increase, the heat-treated parts is connected (lack of dimensional stability). In the case of rolling bearings in particular, such unfavorable dimensional changes or dimensional enlargements can lead to bearing lockup.

Insbesondere erweist sich aber bei der Erfindung von Vorteil, dass sich mit der Erfindung, insbesondere der erfindungsgemäßen, bisher abgelehnten bzw. unüblichen hohen Austenitisierungstemperatur von mindestens 1000°C bei gleichzeitig kurzem Halten auf Austenitisierungstemperatur und mäßigem Abschrecken, auch mit weitverbreiteten, einfach wärmebehandelbaren, erprobten, vielfach eingesetzten und kostengünstigen, niedriglegierten Stählen, wie dem Stahl 100Cr6 oder dem Stahl 100CrMn6, Härtewerte von nun über ca. 64 HRC (Gebrauchshärte nach dem Anlassen) bei gleichzeitig geringem Perlitanteil von höchstens ca. 5% bzw. bei gleichzeitiger hoher Verschleißfestigkeit sowie relativ feinkörnigem Gefüge erzielen lassen. Insbesondere durch den erfindungsgemäß erreichbaren geringen Perlitanteil von kleiner 5% wird eine gute Ermüdungsfestigkeit des Werkstücks erzielt.In particular, it turns out in the invention of advantage that with the invention, in particular the inventive, previously rejected or unusual high Austenitisierungstemperatur of at least 1000 ° C while also holding austenitizing and moderate quenching, even with widespread, easily heat-treated, tested , frequently used and cost-effective, low-alloy steels, such as steel 100Cr6 or steel 100CrMn6, hardness values now above about 64 HRC (service hardness after tempering) with simultaneously low pearlite content of about 5% or at the same time high wear resistance and relative To achieve fine-grained structure. In particular, by the achievable according to the invention low Perlitanteil of less than 5%, a good fatigue strength of the workpiece is achieved.

Insbesondere erweist sich bei der Erfindung auch von Vorteil, dass bisher allgemein übliche Wärmebehandlungsanlagen, wie ein allgemein bekannter Vakuumofen, insbesondere für das mäßig schnelle Abschrecken einsetzbar sind, was zur kostengünstigen Herstellung beiträgt.In particular, it proves to be advantageous in the invention that hitherto generally conventional heat treatment systems, such as a well-known vacuum furnace, in particular for the moderately rapid quenching can be used, which contributes to cost-effective production.

Dieser Vorteil der Erfindung lässt sich durch Verwendung der Erfindung insbesondere auf den Bereich von gebrauchsharten und verschleißbeständigen Materialien, wie zum Beispiel im Speziellen bei Wälzlagern, maximieren, da es sich hierbei einerseits um einen riesiges preissensitives Marktsegment handelt, andererseits bei Wälzlagern durch die hohe Druckbeanspruchung, insbesondere im Wälzkontakt, wie auch durch die hohe Verschleißbeanspruchung im Lager eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit zur Erzielung einer hohen Lebensdauer erforderlich ist.This advantage of the invention can be maximized by using the invention particularly in the field of durable and wear-resistant materials, such as rolling bearings in particular, since this is on the one hand a huge price-sensitive market segment, on the other hand in rolling bearings by the high compressive stress, Especially in rolling contact, as well as by the high wear stress in the bearing high hardness and wear resistance to achieve a long life is required.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Bevorzugt kann vorgesehen werden, dass die Austenitisierungstemperatur in einem Bereich größer gleich 1000°C und kleiner gleich 1100°C liegt, insbesondere in einem Bereich größer gleich 1000°C und kleiner gleich 1050°C. Besonders bevorzugt kann eine Austenitisierungstemperatur von ca. 1020°C gewählt werden. It can preferably be provided that the austenitizing temperature is in a range greater than or equal to 1000 ° C. and less than or equal to 1100 ° C., in particular in a range greater than or equal to 1000 ° C. and less than or equal to 1050 ° C. More preferably, an austenitizing temperature of about 1020 ° C can be selected.

Ferner kann bevorzugt vorgesehen werden, dass eine Haltedauer beim Austenitisieren in einem Bereich von ca. 5 Minuten bis ca. 15 Minuten liegt.Furthermore, it can preferably be provided that a holding period during austenitizing is in a range of about 5 minutes to about 15 minutes.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung kann vorgesehen werden, dass das mäßige Abschrecken mit einem λ(8/5)-Wert von ca. 0,2 bis ca. 2 erfolgt. Auch kann bevorzugt das Abschrecken auf eine Temperatur von knapp unter ca. 0°C erfolgen.According to a further preferred development, it can be provided that the moderate quenching takes place with a λ (8/5) value of about 0.2 to about 2. It may also be preferred to quench to a temperature of just below about 0 ° C.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen werden, dass das Wärmebehandlungsverfahren unter Verwendung eines Vakuumofens, insbesondere das Abschrecken unter Vakuum, durchgeführt wird.Particularly preferably, it can be provided that the heat treatment process is carried out using a vacuum furnace, in particular the quenching under vacuum.

In einer weiteren Weiterbildung wird das Werkstück nach dem Austenitisieren angelassen. Das Anlassen kann bevorzugt bei einer Anlasstemperatur von ca. 180°C und/oder einer Anlassdauer von ca. 2 Stunden erfolgen.In a further development, the workpiece is tempered after austenitizing. The tempering may preferably be carried out at a tempering temperature of about 180 ° C and / or a tempering time of about 2 hours.

Bevorzugt kann das Werkstück nach dem Abschrecken und vor dem Anlassen auf einer Temperatur von knapp unter ca. 0°C gehalten werden, insbesondere für eine Zeitdauer von ca. 2 Stunden.Preferably, the workpiece can be maintained after quenching and before tempering at a temperature of just below about 0 ° C, especially for a period of about 2 hours.

Ferner kann weiter bevorzugt vorgesehen sein, dass der Wälzlagerstahl ein niedriglegierter Wälzlagerstahl nach DIN 17 230 , insbesondere ein Wälzlagerstahlstahl 100Cr6 oder 100CrMn 6, ist.Furthermore, it can be further preferred for the rolling bearing steel to follow a low-alloy rolling bearing steel DIN 17 230 , in particular a bearing steel 100Cr6 or 100CrMn 6, is.

Insbesondere erweist sich bei der Erfindung von Vorteil, dass sich mit der Erfindung mit weitverbreiteten, einfach wärmebehandelbaren, erprobten und vielfach eingesetzten, kostengünstigen, niedriglegierten Stählen, wie dem Stahl 100Cr6 oder dem Stahl 100CrMn6, Härtewerte nun von über 64 HRC (Gebrauchshärte nach dem Anlassen) bei gleichzeitiger hoher Verschleißfestigkeit und relativ feinkörnigem Gefüge mit allgemein üblichen und damit kostengünstig einsetzbaren Wärmebehandlungsanlagen, wie einem Vakuumofen, erzielen lassen. Insbesondere durch den erfindungsgemäß erreichbaren geringen Perlitanteil von kleiner 5% wird eine gute Ermüdungsfestigkeit des Werkstücks erzielt.In particular, it proves to be an advantage of the invention that with the invention with widespread, easily heat-treatable, proven and widely used, low cost, low alloy steels such as steel 100Cr6 or steel 100CrMn6, hardness values now in excess of 64 HRC (service hardness after tempering ) at the same time high wear resistance and relatively fine-grained microstructure with generally customary and thus cost-effective heat treatment systems, such as a vacuum oven can be achieved. In particular, by the achievable according to the invention low Perlitanteil of less than 5%, a good fatigue strength of the workpiece is achieved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt. Diese zeigt in schematischer Weise den Temperatur-Zeit-Verlauf 1 für einen niedriglegierten Wälzlagerstahl 100CrMno bei der Wärmebehandlung, welche in einem herkömmlichen Vakuumofen durchgeführt wird.An embodiment of the invention is shown in the figure. This shows in a schematic way the temperature-time course 1 for a low-alloyed bearing steel 100CrMno in the heat treatment, which is carried out in a conventional vacuum furnace.

Dieser Stahl 100CrMn6 weist folgende Zusammensetzung auf:
0,9 bis 1,05% Kohlenstoff,
1,35 bis 1,65% Chrom,
0,15 bis 0,35% Silizium,
0,25 bis 0,45% Mangan,
</= 0,030% Phosphor,
</= 0,025% Schwefel
sowie ein unvermeidliche Rest an anderen Elementen.This steel 100CrMn6 has the following composition:
0.9 to 1.05% carbon,
1.35 to 1.65% chromium,
0.15 to 0.35% silicon,
0.25 to 0.45% manganese,
</ = 0.030% phosphorus,
</ = 0.025% sulfur
as well as an inevitable rest on other elements.

Die Werkstücke, Wälzlagerringe oder Wälzkörper, hier beispielsweise ein Innenring, ein Außenring und Kugeln eines Kugellagers, aus dem Stahl 100CrMn6 werden auf eine Austenitisierungstemperatur von über 1000°C, hier ca. 1020°C, gebracht 10 und eine bestimmte, kurze Zeit, z. B. 10 Minuten, auf dieser Temperatur gehalten 11.The workpieces, rolling bearing rings or rolling elements, here for example an inner ring, an outer ring and balls of a ball bearing, made of 100CrMn6 steel are brought to an austenitizing temperature of about 1000 ° C, here about 1020 ° C 10 and a certain, short time, z , B. 10 minutes, held at this temperature 11.

Nach dem Austenitisieren, welches incl. der kurzen Haltedauer auf Austenitisierungstemperatur in Summe ca. 1,5 bis 2 Stunden betragen kann, werden die Werkstücke bei mäßiger Geschwindigkeit im Vakuum abgeschreckt 13 und für ca. 2 Stunden gehalten 21. Das Abschrecken erfolgt mit einem λ(8/5)-Wert von ca. 0,2 bis ca. 2.After austenitizing, which can amount to a total of about 1.5 to 2 hours incl. The short holding time to austenitizing temperature, the workpieces are quenched at moderate speed in a vacuum 13 and held for about 2 hours 21. Quenching is carried out with a λ (8/5) value from about 0.2 to about 2.

An dieses Abschrecken 13 schließen sich ein übliches Anlassen oder Vergüten 14, bei z. B. 180°C über ca. 2 Stunden, an.At this quenching 13 close to a usual tempering or tempering 14 , at z. B. 180 ° C for about 2 hours.

Die so behandelten Werkstücke weisen ein homogenes Gefüge mit feinst verteilten globularen Karbiden auf, welches hohe dynamische Festigkeit erzielt. Der Perlitgehalt, welcher maßgeblich die Ermüdungsfestigkeit der Werkstücke beeinflusst, beträgt weniger als 5%. Die Gebrauchshärte der Werkstücke liegt – nach dem Anlassen – bei Härtewerten von über 64 HRC.The workpieces treated in this way have a homogeneous microstructure with very finely distributed globular carbides, which achieves high dynamic strength. The perlite content, which significantly influences the fatigue strength of the workpieces, is less than 5%. The service life of the workpieces is - after tempering - at hardness values of more than 64 HRC.

Die aus dem erfindungsgemäß wärmebehandelten Stahl 100CrMn6 hergestellten Wälzlagerteile zeichnen sich durch besonders hohe Lebensdauer, Tragfähigkeit und Festigkeit aus. Die Ringe – also der Lagerinnenring und der Lageraußenring – sowie die Kugeln des Kugellagers, welche zwischen den Ringen angeordnet sind und zusammen einen Lagerverbund, das Kugellager, bilden, bestehen gegenständlich aus diesem Stahl 100CrMn6, der der beschriebenen Wärmebehandlung unterzogen wurden.The rolling bearing parts produced from the heat-treated steel 100CrMn6 according to the invention are distinguished by a particularly high service life, load capacity and strength. The rings - so the bearing inner ring and the bearing outer ring - and the balls of the ball bearing, which between the Ringen are arranged and together form a bearing assembly, the ball bearings consist, for this purpose, of this steel 100CrMn6, which have been subjected to the described heat treatment.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Temperatur-Zeit-Verlauf einer WärmebehandlungTemperature-time course of a heat treatment
1111: Erwärmen/Erhitzen auf AustenitisierungstemperaturHeating / heating to austenitizing temperature
1212: Halten auf AustenitisierungstemperaturHold at austenitizing temperature
1313: AbschreckenScare off
1414: Anlassenstart
2121: Haltedauerholding period

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0999287 B1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

http://en.wikipedia.org/wiki/Qualit%C3%A4tsstahl#Lowlegged_St.C3.A4hl e (02.04.2010) [0005]
DIN 17 230 [0005]
EN ISO 683-17 [0005]
http: //de.wikipedia.orq/wiki/H%C3%A4rten_ (steel) (02.04.2010) [0009]
http: //de.wikipedia.orq/wiki/H%C3%A4rten_ (Stahl) (02.04.2010) [0011]
EN ISO 4957 [0013]
DIN 17 230 [0038]

Claims

A method for heat treating a workpiece from a bearing steel, in particular a low-alloy bearing steel, by at least austenitizing and quenching, characterized in that the austenitizing of the workpiece at an austenitizing temperature of at least 1000 ° C and a short holding time takes place and then the workpiece with a moderate Quenching rate is quenched.

A method according to claim 1, characterized in that the austenitizing temperature in a range greater than or equal to 1000 ° C and less than 1100 ° C, in particular in a range greater than or equal to 1000 ° C and less than or equal to 1050 ° C.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a holding period during austenitizing in a range of about 5 minutes to about 15 minutes.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the moderate quenching with a λ (8/5) value of about 0.2 to about 2 takes place.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the heat treatment process using a vacuum furnace, in particular quenching under vacuum, is performed.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the workpiece is tempered after austenitizing, in particular that the tempering takes place at a tempering temperature of about 180 ° C and / or a tempering time of about 2 hours.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the workpiece is held after quenching and before tempering at a temperature of just below about 0 ° C, in particular for a period of about 2 hours is maintained.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing steel is a low-alloy bearing steel according to DIN 17 230, in particular a bearing steel 100Cr6 or 100CrMn 6, is.

Workpiece made of a rolling bearing steel, in particular a low-alloy bearing steel, produced according to one of the preceding claims, characterized in that a working hardness of the workpiece is at least 64 HRC.

Use of a heat-treated steel according to one of the preceding claims, characterized in that from the bearing steel at least one ring, namely an outer ring and / or an inner ring, and / or a rolling element of a rolling bearing consist or consists.