DE2023064A1 - Verfahren zur Herstellung von Teilen eines Lagers,insbesondere Kugellagers,vornehmlich des Innenringes desselben - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Teilen eines Lagers,insbesondere Kugellagers,vornehmlich des Innenringes desselben

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DE2023064A1 DE19702023064 DE2023064A DE2023064A1 DE 2023064 A1 DE2023064 A1 DE 2023064A1 DE 19702023064 DE19702023064 DE 19702023064 DE 2023064 A DE2023064 A DE 2023064A DE 2023064 A1 DE2023064 A1 DE 2023064A1
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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Description

Z/bR-2 Ri uk
Patentanmeldung
Verfahren zur Herstellung von Teilen eines Lagers, insbesondere Kugellagera,
vornehmlich des Innenringes desselben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Teilen eines Lagers, insbesondere Kugellagers, vornehmlich des Innenringes desselben, aus einem legierten Stahl enthaltend 1,00 % C, 0,35 % Mn, 0,30 % Si, 1,45 % Cr, Rest Eisen oder aus einem Stahl mit gleichen metallurgischen Eigenschaften.
Lager und insbesondere Kugellager waren in der letzten Zeit Gegenstand von intensiven Forschungen. Diese Forschungen haben zusammen mit der Möglichkeit, im Vakuum entgaste Stähle sehr rein herzustellen, zur Fertigung von Lagern mit sehr viel längerer Lebensdauer und höherem Lastaufnahmevermögen geführt. .
Das kritische Teil bei Kugellagern ist insoweit der Innenring. Hier können. Ermüdungserscheinungen auftreten, wenn wiederholt an einzelnen Stellen hohe Lasten auf gebracht werden, wenn die Kugeln über dem Innenring abrollen. .
. U3-17 / 23. April 1970
-2 -
009852/U71
MxdarOMtMdMfIrKMn · MgMMCrieMKNn.HMM · Vo*»*dttosjchtm:MmUOt· VorMMtf:JohnA-IaNiJnO,VenKzandw ·: . Or.KlKM!.AMMioti * HwfrAdoNSvtfMiMft · WMH.Kuho · HarmamMMw · HmMMb«rg«r · HmSchmidt
copy
Die auf dem Gebiet des Kraftfahrzeugbaus verwendeten Kugellager sind in der Regel aus einem Stahl gefertigt, der der Spezifikation SAE 52100 entspricht.
Dieser Stahl hat eine Zueatnnensetzung aus
*■
C 0,95 - 1,10
Mn 0,25 - 0,45
P 0,025 %
S 0,025 %
Si 0,20 - 0,35
Cr 1,30 - 1,60
Dies ist ein wirtschaftlich herzustellender, hypereutektolder Stahl mit Kohlenstoff und Chrom als Hauptlegierungsbestandteile«.Er wird in der Handelsform von nahtlosen Rohren gehandelt, wobei zur Herstellung des Innenringes von Kugellagern ringförmige Abschnitte abgetrennt werden. Diese Teile werden dann maschinenbearbeitet, einer Wärmebehandlung unterzogen und dann auf endgültiges Mass geschliffen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, dass die Herstellung von Teilen mit wesentlich vergrösserter Lebensdauer erlaubt. Als Lebensdauer wird hier betrachtet der sogenannte B-10 Wert, d. h., die Zelt, die verstreichen muss, bis IO % einer unter festgelegten und überwachten Bedingungen geprüften Anzahl von Lager versagt haben.
Das Ziel der Erfindung wird durch die Anwendung eines Verfahrens erreicht, das die folgenden Verfahrensschritte enthält;
a) das Teil, bestehend aus einem Abschnitt eines Rohres, wird auf eine Temperatur erwärmt, bei der eine vollständige Umwandlung in eine austenitleche Struktur eintrittj: /■"-, τ£
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ÜS-17 / 23. April 1970 '■:*:*■*;-"
009852/U71
b) das Teil wird dann mit Luft abgekühlt, und zwar so rasch, dass die Bildung Jedweder massiver Karbide unterbleibt, Jedooh eine fein verteilte perlitlsoht Struktur erreicht wirdj
c) das Teil wird auf eine Temperatur zwischen 647 und 8440C erwärmt und dort solange gehalten, bis ein gleiehmKssig verteiltes, vorherrschend aus sphärisch geformten Partikeln aus Primärkarbid bestehendes GefUge mit einer XorngrÖsse unter maximal 1 Mikron entstanden ist j
d) das Teil wird gehärtet bei einer Temperatur und für eine Zeitspanne, die es verhindert, daß Karbide entstehen, die Jedoch ausreichend ist, ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen dem Austenit und den nicht gelösten Karbiden herzustellen;
e) das Teil wird sodann in einem Medium abgeschreckt, das etwa die Abkühlgeschwindigkeit von öl besitzt und anschliessend auf eine
Rockwell-Härte R 6o - 64 angelassen, c
Dabei kann der Verfahrensschritt gemüse c) bei einer Temperatur von 7580C während einer Dauer von zwei Stunden erfolgen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass der Verfahrensschritt d) bei einer Temperatur zwischen 830 und 889°C, vorzugsweise bei 844°C, für einen Zeitraum von etwa einer Stunde erfolgt.
PJr das erflndungsgeoSsse Verfahren kann ebenfalls ein Stahl nach der Spezifikation SAE 32100 Verwendung finden. Ausgangsmaterial kann ein gewalztes Rohr sein. Die MikroStruktur dieses Ausgangsaaterials ist nicht kritisch für die ErflndUBgjS so kam sowohl ein heiss gewalztes Rohr als auch ein Rohr mit einer Struktur verwendet werden, die durch Erwärmen ein sphärisches GefUge aufweist. Wenn ein vorhergehendes Maschinenbearbeiten erwünscht 1st, 1st die letztgenannte Struktur vorteilhafter.
US-17 ' 23. April 1970' -4-
009852/1471 C0Ff
Der erste Verfahrensschritt besteht darin, dass der einzelne Abschnitt vom Rohr auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der der Kohlenstoffgehalt der Legierung vollständig lösbar im Oanma-Elseh oder Austenit ist. Dies ist der Fall In einem Temperaturbereich, beginnend mit 8300C und endend beim Schmelzpunkt des Stahls oder beim ztfgrossen Kornwaohstum. Für die praktische Anwendung hat sich eine Temperatur von 1O92°C als vorteilhaft herausgestellt. Dabei ist die Anwendung eines Schutzgases, so beispielsweise Stickstoff, notwendig, um eine Entkohlung und ähnliches zu verhindern. Nachdem der gesamte Kohlenstoff im Austenit gelöst ist, wird das Teil rasch genug abgekühlt, um ein Entstehen von massiven Karbiden entlang der Korngrenzen des Autenlts zu verhindern. Ein Abkühlen mit Luft ist für diesen Zweck ausreichend. Durch dieses Abkühlen wird eine sehr feine perlitische Struktur erreicht, die sehr schwierig maschinenbearbeltbar ist.
Die Teile werden in diesem Zustand dann einer Wärmebehandlung ausgesetzt, um eine sphärische Struktur zu erreichen und somit die Teile besser masohinenbearbeitbar zu machen. Diese Wärmebehandlung hat zur Folge, dass die sehr feine perlitische Struktur, herrührend aus dem Abkühlvorgang, in eine sphärische Struktur umgewandelt wird. Die bevorzugt angewandte Temperatur für eine solche Erwärmung ist 7580C während einer Dauer von zwei Stunden. Es können Jedoch grundsätzlich Temperaturen zwischen 647 und 844°C angewendet werden, wobei der Zeitfaktor entsprechend zu ändern 1st. Nachdem dieser Verfahrensschritt abgeschlossen ist, weiden die Teile in Luft abgekühlt. Die Abkühlungsgeschwindigkeit muss in diesem Fall so bemessen werden, dass ein Wachsen von Karbiden verhindert wird. Insbesondere dann, wenn die Warmbehandlung bei 738 C vorgenommen wird, einer Temperatur, bei der ein Oleichgewicht zwischen Austenit und Karbiden besteht. Für die Erfindung 1st es wesentlich, dass die Abklfiilgesehwindigkeit nicht so gewählt wird, dass eine vollkommene Unrandlung in ein sphärisches GefUge stattfindet, was zur Folge haben würde, dass die Karbidpartikel wachsen, so dass sie die bevorzugte Orösse von eines halben bis einem Mikron überschreiten.
BAD ORIQINAL US-17 / 23. April 1970 . - 5 -
009852/1471
Das so hergestellte Teil wird dann gehärtet und geschliffen* Zwecks Härtung
1 ο
der Teile werden diese rasch auf eine Temperatur zwischen 830 und 889 C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 844°C für einen Zeitraum von einer Stunde erwärmt. Auf diesem Temperaturniveau erfolgt die Umwandlung in Austenit, wobei Auatenit mit einem Kohlenstoffgehalt von Ο,βΟ % im Gleichgewicht 1st mit den nioht gelösten Karbiden» Sobald die Umwandlung in Austenit vollzogen ist« werden die Teile in öl abgeschreckt und dann auf eine Härte von R 60 - 64 angelassen« wobei eine Anlasetemperatur zwischen 121 und 204°C günstig ist.
Entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Lager haben eine Lebensdauer B-IO von 172,7 Stunden nach einem Testverfahren unter Zugrunde-
legung einer hertagehen Pressung von 35 000 kp pro cm . Lager aus dem identischen Material ohne Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens haben eine lebensdauer von nur 6l,l Stunden. Somit ist die Lebensdauer der erfindungsgemäss hergestellten Lager um 2,8 χ grosser als die Lebensdauer von Lagern gemäss dem Stand der Technik.
Die Erfindung wird beschrieben als ein Verfahren vorzugsweise zum Herstellen von Innekingen von Kugellagern. Das ist begründet darin, dass der Innenring entscheidend für die Lebensdauer des Lagers ist. Es ist Jedoch selbstverständlich, dass das erfindungsgemässe Verfahren auch für die Herstellung von Aussenringen oder von Kugeln von Kugellagern angewendet werden kann, wobei nicht nur der schwächste Teil des Kugellagers verbessert sondern auch andere Teile bezüglich ihrer Lebensdauer günstig beeinflusst werden können.
US-15 / 23. April I970
009852/U71

Claims (2)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Teilen eines Lagers, Insbesondere Kugellagers« vornehnvillch des Innenringes desselben, aus einem legierten Stahl enthaltend 1,00 % C, 0,35 % Mn, 0,30 % Sl, 1,45 <f> Cr, Rest Elsen oder aus einem Stahl mit gleichen metallurgischen Eigenschaften, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) das Teil, bestehend aus einem Abschnitt eines Rohres, wird auf eine Temperatur erwärmt, bei der eine vollständige Umwandlung in eine austenitische Struktur elntr 1 ttf
b) das Teil wird dann mit Luft abgekühlt, und zwar so rasch, dass die Bildung Jedweder massiver Karbide unterbleibt. Jedoch eine fein verteilte perlitlsche Struktur erreicht wird;
c) das Teil wird auf eine Temperatur zwischen 647 und 844 C erwärmt und dort solange gehalten, bis ein gleichmässig verteiltes» vorherrschend aus sphärisch geformten Partikeln aus Primärkarbid bestehendes GefUge mit einer Korngrösse unter maximal 1 Mikron entstanden ist;
d) das Teil wird gehärtet bei einer Temperatur und für eine Zeitspanne, die es verhindert, dass Karbide entstehen, die Jedoch ausreichend ist, ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen dem Austenit und den nicht gelösten Karbiden herzustellen £
e) das Teil wird sodann in einem Medium abgeschreckt, das etwa die Abkühlgeschwindigkeit von Öl besitzt, und anschliessend auf eine
RUckwellhärte R 60 - 64 angelassen,
c
BAD ORIGfIMAL
US-17 / 25. April 1970
009852/1471
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da« der Verfahreneschritt (c) bei elnex während einer Dauer von zwei Stunden erfolct.
net, dee* der Verfahrenaschritt (c) bei einer Temperatur von 758°C
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennseichn et, dass der Verfahrenseehrltt (d) bei einer Temperatur zwischen 8300C und 8890C, vorzugsweise bei 844°Cf für einen Zeitraum von etwa einer Stunde erfolgt.
US-IT / 25. April
009852/1471
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