DE2004061A1

DE2004061A1 - Verfahren zur Herstellung von Waelzlagern

Info

Publication number: DE2004061A1
Application number: DE19702004061
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung P Antrag
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 1969-02-20
Filing date: 1970-01-30
Publication date: 1971-01-21
Also published as: GB1274353A; FR2032162A5; DE2004061B2

Description

Verfahren zur Herstellung von Wälzlagern

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Wälzlagern, bei welchem üblicherweise für die Fertigung von Ringen für Kugel- und Rollenlager verwendete.Werkstoffe in neuartiger:Weise angewandt werden..

Es ist bekannt, Ringe für Wälzlager aus legiertem Chromstahl eines Typs herzustellen, der im wesentlichen der Legierung 100 Cj 6 nach der französischen Norm AFNOR NF.A 35> 551. oder der Legierung 52 100 nach der amerikanischen Norm SAE 'J 404 F entspricht» das heißt, dessen Zusammensetzung innerhalb der nachstehend in Gewichts-Prozent angegebenen Grenzen liegt:-. C 0,95 -]l,10i Gr* 1,50 - l,60J Ni<0,30, Mn 0,2S¹ - 0,40; . H OflO-f 0,35} P + S^O,O25i-Rest: Fe, ; ' . _v - ν ·

^v""^: -~ *^{l :}---\' --". ,',.: '' - ■ ;" - '"■"■"." " ■-'■■■ Es ist ferner bekannt, Ringe für Wälzlager aus Einsatzstahl herzustellen, d.h» aus Stahl, dessen Zusammensetzung innerhalb der nachstehend in Gewio^ls-Prozent angegebenen Grenzen

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liegt;

C 0,15 - 0,25; Si 0,20 - 0,35; Mn 0,30 - 0,60; Cr 0,20 - 0,60; Ni 1,65 - 2,00; Mo 0,20 - 0,30; Al 0,015 - 0,045; P + S ^ 0,055.

In beiden Fällen wird die für einen einv/andfreien Betrieb und für eine angemessene Lebensdauer des Lagers erforderliche Härte des Stahls durch eine geeignete Warmbehandlung der Teile erzielt.

Beim Stahl 100 C 6, der ej.nen verhältnismässig hohen Kohlenstoffgehalt hat, besteht- diese Behandlung in einer Härtung, durch welche die Teile in ihrer gesamten Masse eine hohe und im wesentlichen gleichmässige Härte erhalten.

Beim Einsatzstahl geht man von einem Werkstoff mit niedrigem Kohlenstoffgehalt aus, also von einem "nicht härtbaren" Stahl; dieser wird zunächst mittels eines geeigneten Aufkohlungsverfahrens an der Oberfläche mit Kohlenstoff angereichert, wobei die aufgekohlte Schicht z*?ar unterschiedlich dick sein kann j ihre Dicke in bezug auf die gesamte Masse des Teiles jedoch stets gering bleibt. Hierauf wird das Teil gehärtet, so daß man für das aufgekohlte Teil eine Härte erhält, welche derjenigen des Stahls 100 C 6 vergleichbar ist. Die Härte des Teils, dessen Zusammensetzung unverändert geblieben·ist, wird hierdurch nicht merklich erhöht, er behält vielmehr eine hervorragende Kernschlagzähigkext.

Die Warmbehandlung eines Stahls hat jedoch Spannungen an der Oberfläche der so behandelten Teile zur Folge. Beim vollhärtenden Vergütungsstahl beginnt der Härtevorgang.am Aussenumfang des Teiles. Die Gefügeveränderung wird von einer Ver- · grösserung des spezifischen Volumens begleitet, wobei»,wenn der Kern des Teiles seinerseits gehärtet wird, an der Ober-

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fläche des Teiles Zugspannungen entstehen* Beim■ "Einsatzstahl wird.dagegen das innere Gefüge des Teiles praktisch nicht verändert j weshalb es sich der Volumenvergröss'er'ung der Aussenschicht widersetzt₉ so daß in dieser Druckspannungen entstehen-, . -_'

Andererseits weisen Teile aus Einsatzstahl eine bessere Kernschlagzähigkeit auf als Teile aus vollhärtendem Vergütungsstahl, so daß sie weniger stoß- und schlagempfindlich sind» ."..'.-- . ■"-'' ' ■■■■'■ ,

Schließlich wird, wenn ein Stahl einer Warmbehandlung unter-.zogen wird,um seine Härte zu erhöhen, durch die Auswirkungen der oben beschriebenen Spannungen nicht nur seine Sprödigkeit erhöht, sondernes treten auch Verformungen der behandelten Teile, auf, die manchmal so groß sind, daß sie durch das nachfölgen'de Schleifen und die abschliessende.. Feinstbearbeitung nicht beseitigt werden können. Diese Verformungen sind bei den Teilen aus Einsatzstahl wesentlich stärker als bei den Teilen aus Stahl- 100 C 6, weil die ersteren zwei aufeinanderfolgende Verfahrensschritte durchlaufen, von denen das Aufkohlen bei einer Temperatur stattfindet, die höher ist',, als die Temperatur,, auf welcher die Teile aus 100 C 6 vor dem Abschrecken gehalten "werden.

Die Erfindung ,hat es sich zum Ziel gesetzt, die vorerwähnten Nachteile "dadurch auf ein Mindestmaß zu verringern, daß sie die Anwendung der genannten Werkstoffe bei der Herstellung' von Wälzlagern so"kombiniert, daß ihre Eigenschaften unter; Berücksichtigung der Betriebs- und Fertigun^sbedingungen Teile in möglichst günstiger Weise ausgenützt werden.·

Das Verfahren zur .Herstellung von Wälzlagern gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß■ durch VJarmbehand4 lung gehärtete und vorgespannte Werkstoffe so in Kombination

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miteinander verwendet werden, daß die durch die Warmbehandlung erzeugten, an sich bekannten Innen- und Oberflächenspannungen den Einbau- und Betriebsspannungen der Teile der Lager entgegenwirken und sie aufheben, um die Ermüdungsspannungen der genannten Teile zu verringern. Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht insbesondere darin, daß die Innenringe der Wälzlager aus Einsatzstahl und die Aussenringe, sowie die Wälzkörper, aus vollhärtendem Vergütungsstahl
hergestellt werden. In beiden Fällen werden der Stahl und
die durchzuführende Warmbehandlung so gewählt, daß man Teile erhält, die eine geeignete Härte in der Grössenordnung von
6 2 HRc aufweisen.

Ein derartiges Herstellungsverfahren ermöglicht es, Verformungen weitgehend zu vermeiden, weil das Teil, das sich
beim Härten am leichtesten verzieht, nämlich der Aussenring mit seinem im Verhältnis zu seinen Abmessungen geringen
Querschnitt und insbesondere der Aussenring eines Kegelrollenlagers, aus vollhärtendem Vergütungsstahl hergestellt wird. Die Herstellung des Innenringes aus Einsatzstahl bietet hinsichtlich des Härteverzuges keine Schwierigkeiten, weil
es sich bei ihm um ein viel massiveres Teil handelt, das nach der Warmbehandlung keine merklichen Verformungen aufweist.

Andererseits bietet das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung für bestimmte Verwendungszwecke Vorteile hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit der Werkstoffe. Die Innenringe von Wälzlagern werden im allgemeinen mit einem gewissen Preßsitz auf die Welle aufgeschoben, wodurch in der Lauffläche für die Wälzkörper eine Zugspannung entsteht. Diese addiert sich zu den sich aus der Belastung der Welle ergebenden Spannungen, wodurch das Teil stoßempfindlich wird. Diese Erscheinung
zeigt sich in besonderem Maße bei den konischen Innenringen von Kegelrollenlagern, weil diese mit Bundringen versehen

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sind, die beträchtlichen Biegebelastungen ausgesetzt sein können.

In einem solchen Fall kann durch die Herstellung dieser Teile aus Einsatzstahl ihre Stoßempfindlichkeit verringert ■werden-,, weil- die Teile nicht, nur eine gute Schlagzähigkeit im Kernbereich aufweisen, sondern darüber hinaus ihre äussere Schicht auf Druck vorgespannt ist, wobei diese Druckspannung der sich.aus der Belastung der Welle und aus dem Aufschieben des Innenringes auf diese ergebenden Zugspannung entgegenwirkt. "■ ■ ■

Andererseits sind die Abmessungen des Innenringes, insbesondere was den Umfang der Wälzkörper-Lauffläche anbelangt, wesent-1 ich kleiner als die des Äussenringes, so daß der Innenring einer höheren spezifischen Flächenbelastung ausgesetzt ist und er meist schneller aufgrund von Werkstoffermüdung unbrauchbar wird. ,

Dank der, im Vergleich zu einem aus voll gehärtetem Vergütungsstahl bestehenden Teil grösseren,' Schlagzähigkeit des unter der Aussenschicht eines aus einsatzgehärtetem Stahl bestehenden Teiles liegenden Bereiches haben die Innenringe somit eine grössere Ermüdungsfestigkeit, wenn sie aus Einsatzstahl hergestellt werden. .

Der"Aussenring eines Wälzlagers wird meist mit einem gewissen Preßsitz in die zu seiner Aufnahme bestimmte Bohrung eingesetzt« Hierdurch wird die Wälzkörper-Laufflächedes Ringes auf Druck vorgespannt, was von Vorteil ist, weil diese Druckspannung unmittelbar der Spannung entgegenwirkt, die von der Welle über den Innenring und die Wälzkörper auf die Lauffläche des Äussenringes übertragen wird. Diese Vorspannung des Metalls im Bereich der Lauffläche des Äussenringes läßt sich um so besser erzielen, wenn der verwendete Werkstoff nach

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der Warmbehandlung ein gleichmässi^es Gefüge und eine gleich- . nässige Härte aufweist, wodurch die Einleitung der Kräfte in die Hasse des Teiles begünstigt wird.

Die Piersteilung der Aussenringe aus vollgehärtetem Vergütungsstahl ist deshalb hinsichtlich der Festigkeit der Werkstoffe von Vorteil und ermöglicht es, den Härteverzug weitestgehend zu vermeiden.

Die Wälzkörper werden vorteilhaft aus vollgehärtetem Vergütungsstahl hergestellt und zwar aus folgendem Grund: wenn zwei Körper aufeinander abrollen, wird bekanntlich der Reibungskoeffizient verbessert, wenn die beiden Körper verschiedenartig sind. Wenn beide Körper aus dem gleichen Werkstoff bestehen, können Mikroverschweissungen auftreten, die bei der als Oberflächenermüdung bekannten Erscheinung eine entscheidende Rolle spielen. Diese Erscheinung tritt an der Berührungsfläche zwischen Wälzkörpern und Innenring stärker auf, als an der Berührungsfläche zwischen Wälzkörpern und Aussenring, weil, wie bereits oben erläutert, der Innenring häufiger und stärker belastet wird als der Aussenring, da die beiden hier in Frage stehenden Körper Krümmungen mit entgegengesetzten Vorzeichen aufweisen.

Aus diesen Gründen ist es von Vorteil, die Wälzkörper und die Innenringe aus Metallen unterschiedlicher Art herzustellen, d.h. für die Wälzkörper vollgehärteten Vergütungsstahl und für die Innenringe Einsatzstahl zu verwenden.

Patentansprüche:

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Claims

200.4081

Pate nt a ns ρ r ü c h e :

1'. Verfahren zur Herstellung von Wälzlagern, dadurch gekennzeichnet, daß durch Warmbehandlung gehärtete und vorgespannte Werkstoffe so in Kombination miteinander verwendet werden, daß die durch die Warmbehandlung erzeugten' "-■an sich bekannten. Innen- und Oberflächenspannungen, den Einbau- und Betriebsspannungen der Teile der Lager entgegenwirken und sie aufheben, um die Ermüdungsspannungen der genannten Teile zu verringern.
2. Verfahren zur Herstellung von Wälzlagern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Druck beanspruchten Aussenringe und Wälzkörper aus einem Kohlenstoffstahl hergestellt sind, dessen Zusammensetzung innerhalb der folgenden, in Gewichts-Prozent ausgedrückten Grenzen liegt: C 0·,95 - 1,10; Cr 1,50 - 1,60; Ni4bis 0,30; Mn 0,2 5 0,40; Si 0,10 - 0,35; P "+ S -£ 0,025; Rest: Fe, wobei Aus- '"■ senringe und Wälzkörper gehärtet und durch die Härtung in ihrer Oberfläche auf Zug vorgespannt werden, während

• die Innenringe aus,einem Einsatzstahl hergestellt werden, dessen Zusammensetzung innerhalb der folgenden, in Gewichtsprozent ausgedrückten Grenzen liegt j C 0,15 - 0,25; Si 0,20-0,35; Mn 0,30 -- 0,60; Cr 0,20 - 0,60; Mi 1,65 .2,00; Mo 0,20-0,30; Al 0,015 - 0,045; P + S<O,055, wobei die.Innenringe einsatzgehärtet und durch diese Einsatzhärtung in ihrer Oberfläche auf Druck vorgespannt wer-"' den. "-"■■■-.-■-

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