DE1170149B - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Waelzlagerlaufringen aus Sinterstahl - Google Patents

Description

• Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Wälzlagerlaufringen aus Sinterstahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wälzlagerlaufringen und ähnlichen gleichartig beanspruchten Teilen aus Sinterstahl. Die Fertigung erfolgt in wirtschaftlichster Weise bei einem Minimum .an notwendiger spanabhebender Bearbeitung. Die Fertigteile genügen höchsten Qualitätsansprüchen.
• Bekanntlich werden solche Teile heute bevorzugt aus entsprechendem Halbzeug aus Vergütungsstählen, wie Stangen, Rohren oder Schmiedeteilen, durch Aufwand erheblicher Zerspanungsarbeit hergestellt. Dabei ist es lediglich bei der Herstellung aus Schmiedeteilen möglich, den Faserverlauf einigermaßen der Beanspruchung der Fertigteile beim Einsatz anzupassen und höchsten Festigkeitsansprüchen zu genügen.
• Um die teuere Zerspanungsarbeit auf ein Minimum zu beschränken, wird zur Zeit versucht, solche Wälzlagerteile auch durch Kaltfiießpressen herzustellen. Einmal rnuß dieses Herstellungsverfahren schon aus wirtschaftlichen Gründen auf bestimmte Größengruppen solcher Teile beschränkt bleiben. Weiterhin lassen sich auch nur wenige der üblicherweise verwendeten Stähle kaltfiießpressen, und auch diese können nur mit vermindertem Kohlenstoffgehalt verarbeitet werden, so daß eine nachträgliche Aufkohlung der Preßteile nicht zu umgehen ist. Da man eine verhältnismäßig starke Aufkohlungsschicht bei Wälzlagerlaufringen benötigt und beim Rufkohlen eine Temperatur von 930° C nicht überschreiten darf, um ein die Festigkeitseigenschaften beeinträchtigendes Kornwachstum zu vermeiden, erfordert dieser Arbeitsgang einen erheblichen Zeitaufwand und wird entsprechend teuer. Rechnet man hinzu, daß auch das Kaltfließpressen solcher Teile in mehreren Preßgängen und damit auch unter Aufwand entsprechend hoher Werkzeugkosten erfolgt, so ergibt sich, daß das Herstellungsverfahren als Ganzes nicht billig sein kann. Es ist nur deshalb wirtschaftlich in einigen Fällen vertretbar, weil die noch wesentlich teuere Zerspanungsarbeit weitgehend entfällt.
• Man hat auch schon vorgeschlagen, geringer beanspruchte Wälzlagerlaufringe, insbesondere für in der Fahrradindustrie benötigte Wälzlager, auf pulvermetallurgischem Wege herzustellen. Die Teile sollen im Doppelpreß-Sinterverfahren, also durch zweimaliges Pressen in kaltem Zustand und jeweils darauffolgendes Sintern, gefertigt werden. Nachträglich oder beim zweiten Pressen sollen die eigentlichen Kugellaufbahnen durch besonders starke Verformung, d. h. Verdichtung, auf eine Festigkeit gebracht werden, die den Anforderungen, wie sie bei den verhältnismäßig gering beanspruchten Wälzlagern des speziell genannten Einsatzgebietes gestellt werden, in vollem Umfange genügt. Hervorgehoben werden die besonders günstigen Verschleißeigenschaften solcher auf pulvermetallurgischem Wege hergestellten Teile. Der Einsatz solchermaßen gefertigter Teile in der Wälzlagerindustrie muß aber deshalb auf Lager geringer Beanspruchung beschränkt bleiben, weil nach dem Doppelpreß-Sinterverfahren nur Festigkeitseigenschaften erreicht werden, die weit unter denjenigen aus entsprechenden kompakten Werkstoffen gefertiger Teile liegen.
• Erfindungsgemäß werden nun Laufringe und ähnliche Teile ebenfalls aus Pulvergemischen hergestellt, aber nach dem vorgeschlagenen Verfahren neben den günstigen Verschleiß- auch Festigkeitseigenschaften erzielt, welche denjenigen aus entsprechenden kompakten Werkstoffen nach den üblichen Herstellungsverfahren gefertigten Teile überlegen sind.
• Aus einer kohlenstofffreien, zumindest kohlenstoffarmen Pulvermischung bestimmter Zusammensetzung wird ein Vorpreßling genau fixierter Dichte hergestellt, gesintert, aufgekohlt und in geschlossenem Werkzeug warm zum Fertigteil geschmiedet.
• Einem kohlenstofffreien Eisenpulver beliebiger Herstellungsart und einer maximalen Korngröße von 150 [, werden die Legierungselemente Mn, Sr, Cr, Ni, V und/oder Mo in üblicher, d. h. den bereits jetzt verwendeten Stählen entsprechender Höhe und Kombination tunlichst in Form pulverisierter Ferrolegierungen beigemischt. Die Pulver der Ferrolegierungen sollen möglichst feiner als das verwendete Eisenpulver sein. Außerdem wird der Pulvermischung 0,5 bis 1,0 alo Cu ebenfalls in Pulverform beigegeben. Diese kohlenstofffreie Pulvermischung wird nun mit einem spezifischen Druck von etwa $ t/cm2 brikettiert, so daß das Porenvolumen des Preßlings 12 bis 14% beträgt. Der genaue Grenzwert des zulässigen Porenvolumens ist in den angegebenen Grenzen abhängig von der Zusammensetzung der verarbeiteten Pulvermischung. Es ist unvorteilhaft, die Dichte des auf pulvermetallurgischem Wege hergestellten Vorpreßlings über den erwähnten Grenzwert hinaus wesentlich zu steigern. Die verbleibende Dichtedifferenz gegenüber einem entsprechend zusammengesetzten kompakten Werkstoff wirkt sich in ausschlaggebendem Maße steigernd auf die Verformbarkeit bei dem nachfolgenden Verformungsprozeß aus, worauf einer der wesentlichsten, sich sowohl technisch als auch wirtschaftlich auswirkenden Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens beruht. Weiterhin ist die Querschnittsform des Vorpreßlings mit derjenigen des Fertigteiles so abzustimmen, daß die Fertigform im wesentlichen nur durch ein Fließen der Werkstoffmasse senkrecht zur Preßrichtung beim Fertigpressen entstehen kann, und zwar so, daß eine Breitung des Ringquerschnitts von mindestens 50% eintritt.
• Die Sinterung, Aufkohlung und das Anwärmen zum Schmieden erfolgt in einer Wärme, möglichst in einem einzigen Ofenaggregat, das in eine entsprechende Anzahl gasdicht voneinander abgeschlossener Kammern unterteilt ist. In der ersten Kammer, der Abbrennkammer, erfolgt bei etwa 400 bis 500° C das Verdampfen bzw. Verbrennen der der Pulvermischung zur Erleichterung des Brikettierungsprozesses beigefügten Hilfsmittel, wie Zinkstearat, Öl usw. Die zweite, die Sinterkammer, wird mit einem reduzierenden Gas, Wasserstoff, gespaltenem Ammoniak oder halbverbranntem Leuchtgas bei Sintertemperaturen von 1050° C und mehr beschickt. Danach erfolgt in der dritten Kammer, ebenfalls bei Sintertemperatur, die Aufkohlung in einem Kohlenstoff abgebenden Gasgemisch. Bei der hohen Temperatur, die bis zu 1400° C, wenn dies der Ofen zuläßt, gesteigert werden kann, erfolgt die Aufkohlung in jeder gewünschten Aufkohlungstiefe und weitgehend regelbarem Kohlenstoffgehalt in einem Bruchteil der Zeit, die bei der Aufkohlung kompakter Stähle üblicherweise aufgewandt werden muß, weil man eine Aufkohlungstemperatur von 930° C kaum überschreiten kann, wenn ein die Festigkeitseigenschaften nachteilig beeinflussendes Kornwachstum vermieden werden soll. In einer vierten Kammer erfolgt die Abkühlung der Teile auf Schmiedetemperatur von etwa 900 bis 1000° C, wobei sie durch eine neutrale Ofenatmosphäre, die z. B. durch eine entsprechende Erhöhung des Luftanteiles des Aufkohlungsgasgemisches hergestellt werden kann, gegen Sauerstoffaufnahme und Entkohlung geschützt werden. Es ist unbedingt erforderlich, die Vorspreßlinge auch unter Schutzgas bis an die Schmiedepresse heranzuführen.
• Das Schmieden erfolgt in einem geschlossenen Gesenk bei konstant gehaltener Werkzeugtemperatur. Die Teile fallen dann gratlos und mit hoher Maßgenauigkeit an, die eine spanabhebende Bearbeitung nach dem Schmieden kaum noch erforderlich macht. Die Fertigstellung erfolgt in üblicher Weise durch Härten, Schleifen usw. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem bekannten Verfahren zur Herstellung von niedrig beanspruchten Wälzlagerteilen dadurch, daß nicht das bekannte Doppelpreß-Sinterverfahren angewandt wird, sondern nach der Herstellungseines Vorpreßlings von definierter Dichte auf pulvermetallurgischem Wege dieser durch Warmschmieden in geschlossenem Werkzeug durch eine Mindestverformung senkrecht zur Schmiederichtung von 50% und eine gleichzeitige Verdichtung auf annähernd theoretische Maximaldichte in die endgültige Form gebracht wird.
• Die nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellten Teile besitzen Festigkeits- und Verschleißeigenschaften, welche denjenigen aus entsprechend legierten kompakten Werkstoffen in üblicher Weise hergestellter Teile weit überlegen sind. Bei entsprechender Größe der Herstellungsserien ist auch eine wirtschaftliche Überlegenheit des vorgeschlagenen Verfahrens gegenüber jedem der bekannten Herstellungsverfahren gegeben. Seine Vorzüge wirken sich natürlich besonders aus, wenn es Werkstoffe zu verarbeiten gilt, die in kompakter Form nur schwer plastisch verformbar sind.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Wälzlagerlaufringen und ähnlichen gleichartig beanspruchten Teilen durch Weiterverarbeitung von vorgepreßten einfachen Ringen mit von der Endform abweichender Gestalt, die auf pulvermetallurgischem Weg durch Pressen und Sintern aus solchen Pulvermischungen hergestellt sind, welche in ihrer chemischen Zusammensetzung bis auf den Kohlenstoffgehalt den üblicherweise zur Herstellung solcher Teile verwendeten Vergütungs-und Einsatzstählen entsprechen, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die mit einem Porenvolumen von 12 bis 14 % aus Pulver mit 0,15 mm maximaler Korngröße gepreßten und gesinterten Rohlinge bei Sintertemperatur im gewünschten Umfang durch Gasaufkohlung aufgekohlt, in neutraler Atmosphäre auf Schmiedetemperatur abgekühlt und bei dieser Temperatur in einem geschlossenen Werkzeug so geschmiedet und gleichzeitig verdichtet werden, daß eine Mindestbreitung der Ringe von 50% senkrecht zur Schmiederichtung und eine Verdichtung auf ein maximales Porenvolumen von 2,5% erfolgt, worauf die Fertigstellung ohne sonstige spanabhebende Bearbeitung durch Härten, Anlassen und Schleifen in bekannter Weise vorgenommen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierungskomponenten dem Ausgangspulver in bekannter Weise als Ferrolegierungspulver, und zwar mit einer Siebanalyse gleich, vorzugsweise feiner, als sie das Eisenpulver hat, zugesetzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß allen Pulvermischungen, unabhängig von ihrer sonstigen Zusammensetzung, 0,5 bis 1,0% Cu-Pulver zugesetzt wird.
4. 4. Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung, Aufkohlung und nachfolgende Abkühlung der Rohlinge auf Schmiedetemperatur unter einmaliger Erwärmung in einem in entsprechende gasdichte Kammern unterteilten Ofenaggregat erfolgen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 901892, 942 814; deutsche Auslegeschrift Nr. 1043 368; Chemisches Zentralblatt, 1953, S. 6350T Materials and Methods, Bd. 54 (l957), Heft 4 (April), S. 122 bis 124; H. R u h f u s , Wärmebehandlung der Eisenwerkstoffe, 1958, S. 235, 236; R. K i e f f e r und W. H o t o p, Sintereisen und Sinterstahl, 1948, S. 59.