DE2336715A1

DE2336715A1 - Verfahren zur waermebehandlung eines stahlwerkstoffs und danach herstellbarer kaltverformbarer werkstoff

Info

Publication number: DE2336715A1
Application number: DE19732336715
Authority: DE
Inventors: Lars Altner
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1972-08-01
Filing date: 1973-07-19
Publication date: 1974-02-14
Also published as: FR2194911A1; ES417411A1; JPS4953554A

Description

SKb¹ KUGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, 17. Juli

TP/PaL/Ho

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Stahlwerkstoffs und danach herstellbarer kaltverformbarer Werkstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Stahlwerkstoffs und einen danach herstellbaren kaltverformbaren Werkstoff, der beispielsweise für das Sehlagen von Kugellagerkugeln bei Temperaturen unterhalb 500° C geeignet ist.

Normalerweise wird Stahl, der für eine plastische Verformung unterhalb 500° C geeignet ist, die auch als Kaltverformung bezeichnet wird, dadurch hergestellt, daß das Material warmbearbeitet, gebeizt, weichgeglüht, wiederum gebeizt und phosphatiert wird. Gelegentlich kann eine kalibrierende Kaltverformung vor der abschließenden Kaltverformung vorgesehen werden; dann ist der Verfahrensablauf: Warmverformung - Beizen - Glühen - Beizen - Phosphatieren - Kaltverformung. Die letzten zwei Verfahrensschritte können alternativ ausgetauscht werden.

Das erste Beizen wird ausgeführt, um Zunder von dem Material zu entfernen, der sich während des Abkühlens nach der letzten Warmverformung gebildet hat. Wird das Beizen weggelassen, dann wird die reduzierende Atmosphäre des Glühofens, in dem das folgende Glühen ausgeführt wird, dadurch beeinträchtigt, daß der Zunder zu Ferrit reduziert wird. Dies bedeutet, daß die Entkohlungstiefe des Materials auf unzulässige Werte anwächst und der reduzierte Zunder leicht abfällt.

Das zweite Beizen wird ausgeführt, um den Zunder zu entfernen, der sich gelegentlich während des Glühvorgangs bildet und um zu verhindern, daß der Zunder in die Werkzeuge gelangt, die für die Kaltverformung gebraucht werden.

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ORIGINAL INSPECTED

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Die Phosphatierung wird durchgeführt, um eine Oberflächenschicht zu erhalten, die für die Aufnahme von Schmiermittel geeignet ist. Der Zweck einer nachfolgenden Kaltkalibrierung ist die Verbesserung der Abmessungen und Form des warmbearbeiteten Materials vor der abschließenden Kaltverformung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Stahlwerkstoffes, der für die Kaltverformung bei Temperaturen unterhalb 500° C geeignet ist, zu schaffen, bei dem das zweimalige Beizen und das Phosphatieren vermieden werden können und gleichwohl ein Werkstoff erhalten wird, der eine Oberflächenschicht aufweist, die zur Aufnahme von Schmiermittel geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäB dadurch gelöst, daß der Stahlwerkstoff sofort nach der letzten Warmverformung in eiier kurzen und kontrollierten Zeit auf eine Temperatur unterhalb 85O⁰ C abgekühlt wird und danach in einer reduzierenden Atmosphäre geglüht wird, wobei auf der Oberfläche des Stahlwerkstoffs befindlicher Zunder zu Ferrit reduziert wird. Das Ergebnis ist ein Stahlwerkstoff mit einer tolerierbaren Entkohlungstiefe und einer Zunderschicht, die besser zur Schmiermittelaufnahme geeignet ist als eine Phosphatierungssehieht. Hierdurch wird der Verschleiß der Werkzeuge, die für die abschließende Kaltbearbeitung benötigt werden, vermindert.

Die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung eines solchen Werkstoffes sind: Warmverformung - kontrollierte und gesteuerte Abkühlung - Glühen. Es ist möglich, eine Kaltkalibrierung nach dem Glühen und vor der abschließenden Kaltverformung durchzuführen. Die Warmverformung wird in bekannter Weise, beispielsweise durch Warmwalzen, ausgeführt.

Die kontrollierte Abkühlung kann mit verschiedenen Kühlmitteln in der Weise ausgeführt werden, daß die Oberflächentemperatur des Materials sofort nach Beendigung der Warmverformung so schnell wie möglich so verringert wird, daß die Bildung von Zunder geringer ist als bei der Warraverformungstemperatur.

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Vorzugsweise wird Wasser als Kühlmittel verwendet und der Stahlwerkstoff wird auf 700 bis B00° C herabgekühlt. Dieses kontrollierte Kühlen ermöglicht außer der verminderten Schichtdicke des Zunders auch daß der Anteil von PeO im Zunder im Verhältnis zum Anteil von Pe-,0^ zunimmt. Dies ist wichtig, da PeO einen besser haftenderen Zunder als Fe-iO^ bildet. Darüber hinaus verursacht ein größerer Anteil von FeO im Verhältnis zum Anteil von Fe-jDjj. eine verminderte Entkohlungstiefe beim Glühen. Das Glühen kann als normales Weichglühen in reduzierender Atmosphäre ausgeführt werden. Es kann auch in zwei Schritten durchgeführt werden. Hierbei findet der erste Schritt bei einer Temperatur statt, bei der der Zunder zu Ferrit reduziert wird, aber die Diffusion von C in Fe gering ist. Der zweite Schritt beginnt, wenn die Reduktion des Zunierr beendet ist. Die Temperatur beim ersten Schritt hängt von der Qualität des Werkstoffs ab, sollte aber immer unter 750° C liegen. Der Zunder« der in der reduzierenden Atmosphäre beim Glühen reduziert wird besteht aus Ferrit und ist folglich weicher als das darunter befindliche Werkstoffmaterial. Darüber hinaus ist er sehr porös und ein guter Schmiermittelträger. Der Zunder hat eine silbrige Farbe.

Dadurch, daß der Zunder vor dem Glühen wegen des kontrollierten AbkUhlens in hohem Maße aus FeO besteht, wird die Menge des benötigten reduzierenden Sauerstoffs gegenüoer der benötigten Menge bei einem Zunder normaler Zusammensetzung vermindert. Der reduzierte Zunder gemäß der Erfindung haftet besser an dem darunxer befindlichen Stahlwerkstoff. Um die Entkohlungstiefe in einem annehmbaren Bereich zu halten, ist es wichtig, daß der Stahlwerkstoff frei von Feuchtigkeit und Rost ist, wenn er in den Glühofen eingegeben wird. Beim Zweistufen-Glühverfahren wird die Entkohlungstiefe nur unwesentlich größer als beim normalerweise verwendeten Beizverfahren.

Die Kaltkalibrierung, die möglicnerweise vor der letzten Kaltverformung stattfindet, hat den Zweck, die Abmessungen und Form des Werkstoffs besser maßhaltig zu gestalten. Sie kann ohne Beeinträchtigung der porösen Schicht des reduzierten Zunders ausgeführt werden, wenn die Verformungsgeschwindigkeit gering ist.

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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben:

Beispiel 1

Ein Draht der Spezifikation SIS 2258 (= SAE 52100) mit ti mm Durchmesser für die Herstellung von Kugeln wurde auf drei Arten behandelt:

Behandlung 1: Warmwalzen - sofortiges kontrolliertes Abkühlen auf 790° C - Weichglühen bekannter Art.

Behandlung 2: Warmwalzen - Beizen - Glühen - Beizen - Phosphatieren.

Behandlung J>: Warmwalzen auf 8,5 mm Durchmesser - Beizen - Glühen Beizen - Ziehen auf b mm Durchmesser - Phosphatieren.

Versuchsergebnisse:

Dicke des Zunders nach Warmwalzen

Behandlung 1: 6 - 10 χ 10"^ mm
Behandlung 2 und 3: 15 - 25 χ 10"^ mm

Entkohlungstiefe nach Glühen

Behandlung 1: Gesamt 0,04 - 0,13 mm» ferritisch 0,02 - 0,09 mm Behandlung 2 und 3: Gesamt 0,02 - 0,10 mm, ferritisch 0,00 - 0,010b mm

Der behandelte Draht wurde zum Schlagen von Kugeln mit 11,113 mm (7/l6") Durchmesser in einer Maschine mit geschlossenen Werkzeugen bei 355 Schlägen/ Minute eingesetzt.

Lebensdauer der Werkzeuge

Behandlung 1: b6 000 Kugeln (bei vier gezählten Werkzeugen) Behandlung 2: 54 000 Kugeln (bei zwei gezählten Werkzeugen) Behandlung 3: 4-5 000 Kugeln (bei vier gezählten Werkzeugen)

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Die verbesserte Lebensdauer von Werkzeugen bei Verwendung erfindungsgemäßer Drähte beruht darauf, daß die poröse Oberflächenschicht ein guter Schmiermittelträger ist. Die Lebensdauer der Werkzeuge und die Änderung der Größen der Kugeln sind in Figur 1 gezeigt. Die Größen der einzelnen Kugeln bei Behandlung 1 sind untereinander wenig verschieden, während bei Behandlungen und 3> unterschiedliche Kugeln auftreten. Die Lebensdauer der Werkzeuge bei den Behandlungen 2, 3 ist durch Verschleiß und unumgängliche Vergrößerung des Kugeldurchmessers begrenzt, wogegen beim Herstellen von Kugeln gemäß Behandlung 1 die Lebensdauer durch Ermüdungserscheinungen Im Werkzeug begrenzt ist, welche durch das Absplittern kleiner Teile aus den Werkzeugen entsteht und zu schlechten Oberflächen der Kugeln führt.

Der Schmiermittelverbrauch war

bei Behandlung 1: 0,076 I/m² Oberfläche und bei Behandlung 2, J: O,O64 l/m² Oberfläche

Beispiel 2

Draht gemäß SAE 52100 mit 8,0 mm Durchmesser für die Herstellung von Kugeln wurde auf zwei Arten behandelt:

Behandlung 1: Warmwalzen - sofortige kontrollierte Abkühlung auf 790° C gewöhnliches Glühen

Behandlung 2r Warmwalzen auf 8,5 mm Durchmesser - Beizen - Glühen Beizen - ziehen auf 8,0 mm Durchmesser - Phosphatieren.

Beim Herstellen von Kugeln mit 11,113 mm (7/l6") Durchmesser in einer Maschine mit offenen Werkzeugen bei 102 Schlägen/Minute wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:

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Lebensdauer der Werkzeuge-

Behandlung 1: 325 000 Kugeln (ein gezähltes Werkzeug) Behandlung 2: 65 000 Kugeln (bestes von 3 Werkzeugen)

Die Lebensdauer der Werkzeuge und <iie Zunahme der Kugelgrößen ist in Figur gezeigt.

Beispiel 3

Draht gemäß SAE 52100 für das Herstellen von Kugeln mit einem Durchmesser von 9»1 im wurde auf zwei Arten behandelt:

Behandlung 1: Warmwalzen - sofortiges kontrolliertes Abkühlen auf 770° C gewöhnliches Glühen

Behandlung 2: Warmwalzen auf 9,6 mm Durchmesser - Beizen - Glühen Beizen - Phosphatieren - Ziehen auf 9»1 "in Durchmesser

Beim Herstellen von Kugeln mit 12,7 nur (l/2ⁿ) Durchmesser in einer Maschine mit geschlossenen Werkzeugen bei 3-5 Schlägen/Minute wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:

Lebensdauerdes Werkzeugs

Behandlung 1: 73 000 Kugeln (zwei gezählte Werkzeuge) Behandlung 2: 3^ 000 Kugein (zwei gezählte Werkzeuge)

Schraierraittelverbrauch

Behandlung 1: 0,084 l/m² Oberfläche

Behandlung 2: 0,059 V"» behandelter Oberfläche

Es wurde durch die Versuche erhärtet, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine Oberflächenschicht erhalten wird, die besser Schmiermittel aufnimmt als eine phosphatierte Schicht. Als Ergebnis hat der Werkstoff bessere Eigenschaften als ein bekannter Werkstoff und er ist auch leichter und kostengünstiger herzustellen.

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Claims

1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines zur Kaltverformung bei Temperaturen unterhalb 500° C geeigneten Stahlwerkstoffs, dadurch gekennzeichnet, daia der Stahlwerkstoff sofort nach der letzten Warmverformung in einer kurzen kontrollierten Zeit auf eine Temperatur unterhalb 850° C abgekühlt wird und danach in einer reduzierenden Atmosphäre geglüht wird, wobei auf der Oberfläche des Stahlwerkstoffs befindlicher Zunder zu Ferrit reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen in zwei Schritten stattfindet, wobei im ersten Schritt der Zunder zu Ferrit reduziert wird und im zweiten Schritt der Stahlwerkstoff weichgeglüht wird.

3· Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zunder während des Weichglühens reduziert wird.

4. Stahlwerkstoff, der zur Kaltverformung bei Temperaturen unterhalb 500° C geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Stahlwerkstoff eine reduzierte Zunderschicht befindet, die im wesentlichen aus Ferrit besteht und eine Schmiermittel tragende Schicht bildet.

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