DE2023064C3 - Verfahren zur Herstellung von Lagerringen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von LagerringenInfo
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- 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
- 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
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Description
15
30
45
50
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lagerringen aus einem legierten Stahl, enthaltend
1,00% C, 0,35% Mn, 0,30% Si, l,45°/oCr,
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 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 Wpnnebehandlung
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 Ιμΐη entstanden
ist;
d) der Ring wird gehärtet bei einer Temperatur und für eine Zeitspanne, die es einerseits verhindert,
daß Karbide entstehen, die jedoch andererseits 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
R1 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 Ausgangsma^
terials 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-
wannen 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 Austenits zu verhindern. Ein A.bkühlen mit Luft ist für diesen Zweck ausreichend.
Durch dieses Abkühlen wird eine sehr feine perlitische Strukitj erreicht, die sehr schwierig span-ο
t% V» ο t*% x» r» rl KüOfKiiitVtrir ict
tXl/llWOWHU LSWtAl L/Wlii>ttl AOL·
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 s>- 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 Austenit 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 Rc 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. Semit ist die
Lebensdauer der erfindungsgemäß hergestellten Lagerum 2,8mal größer aS die Lebensdauer von Lagern
gemäß dem Stand der Technik.
so 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 Lebeinsdauer beeinflußt werden können.
Claims (4)
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
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, vorherrschend aus kugeligem Primärkarbid bestehendes
Gefüge mit einer Korngröße unter maximal 1 μΐη entstanden ist;
d) der Ring wird erneut bei einer Temperatur und für eine Zeitspanne austenitisiert, die es
einerseits verhindert, daß Karbide entstehen, die jedoch andererseits ausreichend ist, ein
thcrmodynamisches 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 Rockwellhärte Rc 60-64 angelassen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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
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.
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