DE2023064B2

DE2023064B2 - Verfahren zur herstellung von teilen eines lagers, insbesondere kugellagers, vornehmlich des innenrings desselben

Info

Publication number: DE2023064B2
Application number: DE19702023064
Authority: DE
Inventors: Richard L Farmington; Justusson William M. Farmingham; Mich. Faunce (V.SLA.)
Original assignee: Ford-Werke AG, 5000 Köln
Priority date: 1969-06-09
Filing date: 1970-05-12
Publication date: 1978-01-19
Also published as: GB1292800A; US3595711A; CA937138A; DE2023064A1; FR2052277A5; JPS5412408B1; ZA703619B; AR195261A1; DE2023064C3; SE356533B; CH540983A

Description

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 herzu- ho stellen, 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 μ auftreten, wenn wiederholt an einzelnen Stellen hohe Lasten aufgebracht werden, wenn die Kugeln über dem Innenring abrollen.

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 Zusammensetzung 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, übereutektoider Stahl mit Kohlenstoff und Chrom als Hauptlegierungsbestandteilen. Er wird in der Handelsform von nahtlosen Rohren gehandelt, wobei zur Herstellung des Innenringes von Kugellagern ringförmige Abschnitte abgetrennt werden. Diese Teile werden dann spanabhebend bearbeitet, 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 Lebensdauerwird hier betrachtet der sogenannte B-10 Wert, d. h. die Zeit, die verstreichen muß, bis 10% 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 Verfahrensabschnitte enthält.

a) der von dem Rohr abgeschnittene Ring wird auf eine Temperatur erwärmt, bei der eine vollständige Umwandlung in eine austenitische Struktur eintritt;

b) der Ring wird dann mit Luft abgekühlt, und zwar so rasch, daß die Bildung jedweder massiver Karbide unterbleibt, jedoch eine fein verteilte perlitische Struktur erreicht wird;

c) der Ring wird auf eine Temperatur zwischen 647 und 844° C erwärmt und dort so lange gehalten, bis ein gleichmäßig verteiltes, vorherrschend aus kugeligem Primärkarbid bestehendes Gefüge mit einer Korngröße unter maximal Ιμηι entstanden ist;

d) der Ring 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) der Ring wird sodann in einem Medium abgeschreckt, das etwa die Abkühlgeschwindigkeit von Öl besitzt und anschließend auf eine Rockwell-Härte R_c 60-64 angelassen.

Dabei kann der Verfahrensschritt gemäß c) bei einer Temperatur von 758° C 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.

Für das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenfalls ein Stahl nach der Spezifikation SAE 52100 Verwendung finden. Ausgangsmaterial kann ein gewalztes Rohr sein. Die MikroStruktur dieses Ausgangsmaterials ist nicht kritisch für die Erfindung; so kann sowohl ein warm gewalztes Rohr als auch ein Rohr mit einer Struktur verwendet werden, die durch Er-

wärmen kugelige Karbide aufweist. Wenn eine vorgesehene maschinelle Bearbeitung erwünscht ist, ist die letztgenannte Struktur vorteilhafter.

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 Austenit ist. Dies ist der Fall in einem Temperaturbereich, beginnend mit 850° C und endend beim Schmelzpunkt des Stahls oder beim zu großen Kornwachstum. Für die praktische Anwendung hat sich eine Temperatur von 1092° 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 eine Entstehen von massiven Karbiden entlang der Korngrenzen des Auste.iits zu verhindern. Ein Abkühlen mit Luft ist für diesen Zweck ausreichend. Durch dieses Abkühlen wird eine sehr feine perlitische Struktur erreicht, die sehr schwierig spanabhebend bearbeitbar ist.

Die Teile werden in diesem Zustand dann einer Wärmebehandlung ausgesetzt, um eine kugelige Karbideinformung zu erreichen und somit die Teile besser bearbeitbar zu machen. Diese Wärmebehandlung hat zur Folge, daß die sehr feine perlitische Struktur, herrührend aus dem Abkühlvorgang, eingeformt wird. Die bevorzugt angewandte Temperatur für eine solche Erwärmung ist 758 ° C während einer Dauer von zwei Stunden. Es können jedoch grundsätzlich Temperaturen zwischen 647 und 844° C angewendet werden, wobei der Zeitfaktor entsprechend zu ändern ist. Nachdem dieser Verfahrensschritt abgeschlossen ist, werden 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 Wärmebehandlung bei 758° C vorgenommen wird, einer Temperatur, bei der ein Gleichgewicht zwischen Auslenit und Karbiden

besteht. Für die Erfindung ist wesentlich, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit nicht so gewählt wird, daß eine vollkommene Karbideinformung stattfindet, was zur Folge haben würde, daß die Karbidpartikel wachsen, so daß sie die bevorzugte Größe von einem halben bis einem Mikron überschreiten.

Das so hergestellte Teil wird dann gehärtet und geschliffen. Zwecks Härtung 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 Austenit mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,60% im Gleichgewicht ist mit den nicht gelösten Karbiden. Sobald die Umwandlung in Austenit vollzogen ist, werden die Teile in öl abgeschreckt und dann auf eine Härte von R_c 60-64 angelassen, wobei eine Anlaßtemperatur zwischen 121 und 204° C günstig ist.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lager haben eine Lebensdauer B-10 von 172,7 Stunden nach einem Testverfahren unter Zugrundelegung einer hertzschen Pressung von 35000 kp/cm². Lager aus dem identischen Material ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens haben eine Lebensdauer von nur 61,1 Stunden. Somit ist die Lebensdauer der erfindungsgemäß hergestellten Lager um 2,8mal größer als die Lebensdauer von Lagern gemäß dem- Stand der Technik.

Die Erfindung wird beschrieben als ein Verfahren vorzugsweise zum Herstellen von Innenringen 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 von Kugellagern angewendet werden kann, wobei nicht nur der schwächste Teil des Kugellagers verbessert, sondern auch andere Teile bezüglich ihrer Lebensdauer beeinflußt werden können.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Lagerringen 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 aus Rohren als Ausgangsmaterial, von dem die Lagerringe abgeschnitten werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) der Ringschnitt eines Rohres wird austenitisiert;

b) der Ring wird so rasch mit Luft abgekühlt, daß unter Vermeidung jedweder massiver ^|Γ) Karbide eine feinperlitische Struktur erzielt wird;

c) der Ring wird auf eine Temperatur zwischen 647 und 844° C erwärmt und dort so lange gehalten, bis ein gleichmäßig verteiltes, vor- ²⁽⁾ herrschend aus kugeligem Primärkarbid bestehendes Gefüge mit einer Korngröße unter maximal μηι entstanden ist;

d) der Ring wird erneut bei einer Temperatur und für eine Zeitspanne austenitisiert, die es -^r> verhindert, daß Karbide entstehen, die jedoch ausreichend ist, ein thermodynamisch« Gleichgewicht zwischen dem Austenit und den nicht gelösten Karbiden herzustellen; ι«

e) der Ring wird sodann in einem Medium abgeschreckt, das etwa die Abkühlgeschwindigkeit von Öl besitzt, und anschließend auf eine Rückwellhärte R_c 60--64 angelassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- )> kennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (c) bei einer Temperatur von 758° C während einer Dauer von zwei Stunden erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (d) bei 4ο einer Temperatur zwischen 830° C und 889° C, vorzugsweise bei 844° C, für einen Zeitraum von etwa einer Stunde erfolgt.

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3 auf Außenringe von Lagern. 4>