DE2031519C2 - Wälzlager - Google Patents

Description

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine Stahiwahl mit auf die Abmessungen der Ringwanddicke abgestimmten Eigenschaften ein Wälzlager anzugeben, das höhere konstruktive Festigkeit, Betriebssicherheit und Lebensdauer aufweist

Dies wird bei einem Wälzlager der eingangs erwähnten Art durch die Kombination folgender Merkmale erreicht:

1. Der oberflächengehärtete Rollkörper weist ebenfalls über den Querschnitt gleichmäßige chemische Zusammensetzung mit 0,8 bis 1,2% Kohlenstoff auf;

2. Der Stahl ist hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung so ausgewählt, daß seine Härtbarkeit dkp auf die Ringwanddicke S so abgestimmt ist, daß die Bedingung erfüllt ist:

d_kp=(0,7 bis 1,4) χ 5,

wobei dkp der an einer zylindrischen Probe im Endhärtetest ermittelte kritische Durchmesser ist, bei dem im Kern eine Härte von 55 HRc auftritt;

3. Die Härte der Lauffläche beträgt 58 bis 65 HRc;

4. Die Dicke der Härteschicht beträgt (0,1 bis 0,2) · S;

5. Die Kernhärte beträgt 30 bis 45 HRc.

Auf diese Weise wird ein Gefüge erreicht, bei dem geringe Spannungen in der Oberfläche vorhanden sind, 'wodurch Oberflächenbeschädigungen nicht so schnell Zerstörungen der Oberfläche hervorrufen können. Dies ist mittels Dauerschwingversuchen an Proben mit Kerben nachweisbar. Wesentlich ist dabei, daß eine in Abhängigkeit von der Ringwanddicke begrenzte Härtetiefe vorgesehen ist, während bei Verwendung eines Stahls mit einer Härtetiefe von 6 mm auf einer Probe mit einem Querschnitt von 30 χ 30 mm eine durchgehende Härte und nicht eine Oberflächenhärtung erfolgt, beispielsweise bei Lagerringen mit einer Wanddicke von 14 mm. Die mit der Erfindung vorgegebene Höhe der Härtbarkeit des Stahls (dk_P=0,7 bis 1,4) χ S gewährleistet vielmehr eine optimale Tiefe der zu härtenden Schicht entsprechend der hohen statischen Festigkeit und der Dauerfestigkeit der Teile.

Daher besitzen erfindungsgemäße Wälzlager hohe Lebensdauer und Betriebssicherheit auch bei großen Belastungen.

Im folgenden wird die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein erfindungsgemäß ausgeführtes Wälzlager für Eisenbahnwagen, auf dem das Makrogefüge der Lagerringe und Rollkörper im Querschnitt schematisch dargestellt ist;

F i g. 2 einen Schnitt nach H-II in Fig. 1.

Das Wälzlager für Eisenbahnwagen weist einen Außenring 1 (Fig. 1, 2), einen Innenring 2, zwischen diesen angeordnete Rollkörper 3 und einen Käfig 4 auf. Der Außenring 1 ist in einer Tasche (nicht angedeutet) starr angeordnet, der- Innenring ist auf die Achse eines nicht dargestellten Radsatzes aufgepreßt Die Innen- und Außenringe und Rollkörper nehmen während des Betriebs hohe Kontaktbelastungen auf. Außerdem wirken auf das Lager Stoßbelastungen u.a. ein, die beispielsweise bei einem Schlag des Rades auf die Schienenstöße entstehen. Deswegen müssen die Ringe und Rollkörper neben einer hohen Lebensdauer bei Kontaktbelastung auch Stoßbelastungen widerstehen und eine hohe Dauerfestigkeit aufweisen.

Solchen Bedingungen wird ein Lager gerecht, dessen Ringe und Rollkörper aus einem in seiner oberen und unteren Grenze der Härtbarkeit geregelten Stahl mit 1,0% Kohlenstoff, 0,4% Chrom, 0,22% Silizium, 0,22% Mangan bestehen. Die Randschicht besitzt in einer Tiefe von 2,5 bis 3,5 mm eine Härte von etwa 62-64 HRc. Je nach dem Vorrücken von der Rtadschicht zum Kern nimmt die Härte stetig bis auf 35 - 45 H Rc ab.

Das Verfahren der Wärmebehandlung der aus dem vorerwähnten Stahl hergestellten Ringe und Rollkörper, bei dem sich eine ungleichmäßige Querschnittshärte ergibt, besteht darin, daß sie nach Induktionsdurchwärmen auf Temperaturen von 830 bis 850⁰C bei allseitiger starker Abkühlung durch Wasserbrause bzw. Wasserstrom gehärtet und darauf auf Temperaturen zwischen 150 und 180° C angelassen werden.

Bei dieser Behandlung bildet sich auf der ganzen Oberfläche der Lagerringe und Rollkörper eine 2,5 bis 3,5 mm starke Martensitschicht mit einer Härte von 62-64HRc, hinter welcher Troostit und ferner Troostit-Sorbit folgen, wobei die Härte der Martensitschicht in Richtung Kern allmählich bis auf 35 bis 45 HRc fällt Eine hohe Oberflächenhärte ergibt bei 1% Kohlenstoffgehalt eine bedeutende Lebensdauer bei Kontaktbelastung und die Vereinigung einer harten Randschicht mit einem zähen Kern ergibt bei an der Oberfläche vorhandenen bleibenden Druckeigenspannungen von 60 bis 80 kg/mm² hohe Dauerfestigkeit und geringe Empfindlichkeit gegen Kerbwirkungen.

Versuche haben ergeben (siehe Tabelle), daß erfindungsgemäße Wälzlagerringe im Vergleich zu aus teurerem legierten Elektroschlacke-Schmelzstahl mit 0,95% Kohlenstoff, 1,44% Chrom, 0,57% Silizium und 1,04% Mangan hergestellte Ringe, die eine Härte von 60 bis 62 HRc über den ganzen Querschnitt aufweisenden, 13- bis 2fach vergrößerte Widerstandswerte bezüglich

der Lebensdauer bei Kontaktbelastung, 2fache Dauerfestigkeit und um '/3 höhere Festigkeitswerte bei ständiger Belastung besitzen. Außerdem verringerte sich die Dauerfestigkeit erfindungsgemäßer Wälzlagerringe bei künstlichem Aufbringen einer Kerbe in Form einer Punktverbindung nur um 15% und blieb um 70% höher als bei durchgehärteten Ringen chne Kerbeinwirkung, deren Dauerfestigkeit sich bei Aufbringen derselben Kerbe um 43% verringerte.

Tabelle

Festigkeitswerte des Innenrings eines Wälzlagers für Eisenbahnwagen

Wälzlagerart

Art der Wärmebehandlung

Zeitstandfestigkeit bei statischer Belastung Lebensdauer unter Kontaktbelastung (Zahl der Arbeitsstunden auf dem Prüfstand bei vierfacher Überlastung bis Kontaktbruch), Stunden

Dauerfestigkeit

Maximalbruchlast bei zyklischer Biegebelastung (Versuchsbasis: 2 Millionen Zyklen)

ohne Kerbwirkung

[ti

mit künstlich aufgebrachter Kerbe in Form einer Punktverbrennung

Erfindungsgemäßes Wälzlager aus Stahl mit 1,0% C,
0,42% Cr, 0,22% Si,
0,20% Mn

Durchgehärtetes Wälzlager aus Stahl entsprechend dem Stand der
Technik mit: 0,95% C,
1,44% Cr, 0,57% Si,
1,04% Mn

Oberflächenhärten nach 40

laduktionsdurchwärrnen mit intensiver Wasseriiromkühlung. Anlassen auf 150°C. Oberflächenhärte von 62-64 HRc, Martensitschichtstärke von 3 mm, Kernhärte von 38HRc

Härten nach Ofendurch- 27 wärmen mit Ölkühlung. Anlassen auf 180°C,Querschnittshärte von 60 bis 62 HRc

1300

[4

12

800

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentanspruch: Wälzlager, bei dem der oberflächengehärtete Ring eine über den Querschnitt gleichmäßige chemische Zusammensetzung aufweist und aus einem Stahl definierter Härtbarkeit mit 0,8 bis 1,2% Kohlenstoff besteht, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: 10

1. Der oberflächengehärtete Rollkörper weist ebenfalls über den Querschnitt gleichmäßige chemische Zusammensetzung mit 0,8 bis 1,2% Kohlenstoff auf;

2. Der Stahl ist hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung so ausgewählt, daß seine Härtbarkeit dkp auf die Ringwanddicke S so abgestimmt ist, daß die Bedingung erfüllt ist:

£/ip=iO,7bisl,4)x5,

20

wobei dtp der an einer zylindrischen Probe im Endhärtetest ermittelte kritische Durchmesser ist, bei dem im Kern eine Härte von 55 HRc auftritt;

3. Die Härte der Lauffläche beträgt 58 bis 65 H Rc;

4. Die Dicke der Härteschicht beträgt (0,1 bis 03) · S;

5. Die Kernhärte beträgt 30 bis 45 HRa