DE3335224A1 - Stahl fuer hoher flaechenpressung ausgesetzte gegenstaende, wie waelzlager - Google Patents

Stahl fuer hoher flaechenpressung ausgesetzte gegenstaende, wie waelzlager

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DE3335224A1
DE3335224A1 DE19833335224 DE3335224A DE3335224A1 DE 3335224 A1 DE3335224 A1 DE 3335224A1 DE 19833335224 DE19833335224 DE 19833335224 DE 3335224 A DE3335224 A DE 3335224A DE 3335224 A1 DE3335224 A1 DE 3335224A1
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Ferdinand Berentzen
Helmut Dr.-Ing. Brandis
Serosh Dr.-Ing. 4150 Krefeld Engineer
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Thyssen Stahl AG
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Thyssen Edelstahlwerke AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium

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Description

Stahl für hoher Flächenpressung ausgesetzte Gegenstände, wie Wälzlager.
Stähle, die wie Wälzlagerstähle einer hohen Flächenpressung ausgesetzt sind, müssen eine hohe Härte haben und beständig sein gegen Verschleiß. In Tafel 1 sind die Analysen von Wälzlagerstählen aus DIN 17 230 wiedergegeben. Neben den klassischen durchhärtenden Wälzlagerstählen, die in der Regel 0, 9 bis 1, 05 % C besitzen, werden auch Einsatz-, Vergütungs-, nichtrostende und warmharte Stähle in der Wälzlager Industrie verwendet. Hier geht es um die Entwicklung von neuen durchhärtenden Stählen, die eine andere chemische Zusammensetzung aufweisen als die in DIN 17 230.
Die herkömmlichen durchhärtenden Stähle haben einen hohen Kohlenstoffgehalt von 0,9 bis 1,05 $. Der Chromgehalt der meisten durchhärtenden Wälzlagerstähle liegt zwischen 1,35 und 2,1 #. Lediglich der Stahl 100 Cr 2 weist einen Chromgehalt von 0,4 bis 0,6 ^ auf. Der Siliziuragehalt dieser Stähle beläuft sich auf Werte zwischen 0,1 bis 0,60 /£, der Mangängehalt je nach Stahlzusammensetzung zwischen 0,25 und 1,1 '/>. Ein weiterer legierungsarmer Wälzlagerstahl ist der Stahl 85 Cr 2, der folgende Analyse hat: 0,84 - 0,95 Ά C, 0,2 0,35 Io Si, 0,5 - 0,8 '/> Mn, 0,25 - 0,40 % Cr und 0,05 - 0,10 % Mo.
in der Auslegeschrift DE 1961651 wird ein Wälzlagerstahl mit hoher Zähigkeit beansprucht, der nachstehende Analyse aufweist: 0,6 0,9 λ> C, 1,5 - 2,5 i» Hn, 1,5 - 2,5 1P Si, 0,7 - 1,2 'ß Or, 0 - 0,8 $ Mo, 0 - 1 γί W, 0 - 0,8 i, V, 0 - 0,5 # Hb und 0, - 0,5 '/> Ti.
Die Erfindung betrifft die Entwicklung von Wälzlagerstählen, die bei niedrigem Chrom- und Kohlenstoffgehalt ähnliche Eigenschaften aufweisen wie der klassische Wälzlagerstahl 100 Cr 6. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch die Veränderung des Silizium- und Mangangehaltes und durch die Zugabe von Vanadin gleiche Eigenschaften zu erzielen sind wie bei dem Stahl 100 Cr 6.
Der Stahl 100 Cr 6 hat den Nachteil, daß infolge des vergleichsweise höheren Kohlenstoff- und Chromgehaltes Kohlenstoffseigerungen auftreten können, die die Eigenschaften negativ beeinflussen.
Ferner können verstärkt Ausscheidungen von Carbiden auf den Korngrenzen (Carbidnetz) vorliegen. Zudem sind auch geschlossene oder aufgelockerte Carbidzeilen im Gefüge möglich. Diese Nachteile können verringert v/erden durch eine Reduzierung der Kohlenstoff- und Chromgehalte. Weben diesen Gesichtspunkten sollten die neuen Stähle nach vergleichsweise kürzerer Glühdauer - zur Einstellung eines Gefüges mit eingeformten Carbiden (GKZ-Glühung).- ähnliche Bearbeitungseigenschaften aufweisen wie der Stahl 1Oü Cr 6. Eine weitere wichtige Eigenschaft für Wälzlagerstähle ist die Lebensdauer im Überrollversuch bei hohen Flächenpressungen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wurden Stähle mit folgender Analyse entwickelt:
0, 7 bis 0, 85 % Kohlenstoff 0, 55 bis 1, 0 % Silizium 0, 55 bis 0, 9 % Mangan 0,2 bis 0, 55 % Chrom 0, 04 bis 0,1 5 % Vanadium
Rest Eisen einschließlich der üblichen Begleitelemente.
Bevorzugte Stähle sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Diese Stahlzusammensetzurig unterscheidet sich deutlich von den durchhärtenden Stählen in DIN 17230. Die Analyse des in der Deutschen Auslegeschrift 1961651 angegebenen Stahles weicht in seinen Silizium-, Mangan- und Chromgehalten von der des erfindungsgemäßen Stahles ab. Der Stahl 85 Cr 2 besitzt einen niedrigeren Siliziumgehalt und enthält zusätzlich Molybdän. Er ist nicht mit Vanadin legiert.
Die Abstimmung der Silizium-, Mangan- und Vanadingehalte des Stahles soll eine schnellere Einformung der Carbide bewirken.
Anhand von nachstehenden Beispielen wird gezeigt, daß der erfindungsgemäße Stahl ähnliche Eigenschaften aufweist wie der Stah. 1üü Cr 6:
•1. Härtbarkeit, ermittelt im Stirnabschreckversuch nach DIN 50191 (Austenitiaierung: 850 *C):
Stalil Abstand von der abgeschreckten Stirnfläche in ram
1,5 5 9 12,5 15 20
erfindungsgemäßer Stahl 65 HRC 67 HRC 66 HRC 62,5 HRC 56 HRC 45 HRC (0,8 f> C, 0,85 Si, -
0,80 * Mn 0,5 # Cr, 0,09 % V)
100 Cr 6 67 HRC 67,5 HRC 67 HRC 62 HRC 56 HRC 44,5
2. Härte nach dem Härten und Entspannen (840 "C/Öl + 200 "C/Luft) (Abmessung: 50 mm V>)
Stahl Härte HRC
erfindungsgeraäßer Stahl 60
(0,80 ^ C, 0,85 % Si, 0,8 $ Mn
0,5 # Cr, 0,09 % V)
100 Cr 6 60,5
3. Gefügeausbildung nach der GKZ-Glühung:
erfindungsgemäßer Stahl r - ■>_ o -u i~·-,* λ \
C siehe Schaubxld 1 )
Glühdauer: 13 h
100 Cr 6 Glühdauer: 19 h Csiehe Scbaubild 2 )
Für den erfindungsgemäßen Stahl wird nach kürzerer Glühdauer ein ähnliches Glühgefüge erzielt wie für den Stahl 100 Cr 6.
Nachfolgende Zerspanungsversuche sind in diesem Glühgefügezustand durchgeführt worden.
Ergebnisse de3 Einstechverschleißversuches (Bild t) In diesem Bild wird gezeigt, daß die Verschleißkennwerte für den erfindungsgeraäßen Stahl un'd den Stahl 100 Cr 6 etwa gleich
liegen.
Ergebnisse der Temperaturstandzeit-Versuche (Bild 2) Hier sind ebenfalls keine Unterschiede zwischen den Ergebnissen für den Stahl 100 Cr16 und den erfindungsgemäßen Stahl
festzustellen.
lach kürzerer Glühdauer des erfindungsgemäßen Stahles können also ähnliche Zerspanungseigenschaften erzielt werden wie für den Stahl 100 Cr 6.
Chemische Zusammensetzung der Wälzlagerstähle (nach der Schmelzenanalyse)')
Stahlsorte ■ Werk 0,90 c ! 1.054M) Si Ό I
0.57 ί		 20 bis 0,40") j WnJ) I
0,35 j		 Chemische j P3) S3) Zusammensetzung 0,025 0,035 0,40 0.035 0,40 0.030 12,5 f
0,015")		 3.75 Cr 0.60 I 0,15 η Gew-<fc 0,25 Ni - 0.07 -· 0,90 V W I - 1 - - Cu
j stoff 0,90 1.05')0 0,48 j 40 bis 0,60 . 0,40 ' j ni.ii max 0,025') 0.035 1,35 0.035 0.90 0,030 16,0 0,030 3.80 1.65 0,20 0.35 - — 1,70 - ! — _ _ I — I — bis 0,12! Π-irift
Kurzname I nummer 0,90 1.05 :0 0,46 . 0.40 j
ι		 0.025 0.035 1,40 0.035 0.90 0.030 17,0 0.030
i 		3.80 1,6b 0,50 Mo 0,60 1,00 - ' -
j 0,90 bis 15bisO,356 0,52 ' max 0,40 ' 0.25 bis 0.45 0,025 0,035 1,65 0,035 Nichtrostende Stähle Warmharte Stähle bis 1,95 - I bis 1.10 ; 030
1 1.3501 0,90 bis 15 bis 0.35") max 0.'40 I 0.25 bis 0.45 Durchhärtende Stähle 0,025 1,65 0,040 0,015") bis 1,95 max 1,00 - ; bis 2,00 6.00 bis 6.70 0 30
100 Cr 2 ι 1.3505 0,90 bis 50 bis 0,70 0,50 j max 0.40 j 1,00 bis 1 20 !
0,030		 0,025 1,80 0,040 0,030 bis 205 _ max 0,30 max 0.50 bis 1.20 17.5 bis 18.5 0 30
100 Cr 6 ί 1.3520 bis 1,05 JO.20 bis 0,40") 1.10 max 0,40 . 0,25 bis 0.45 0.030 Einsatzstähle 0,045 0,030 bis 0.25 - 0,35 max 0,30 0.3U
100 CrMn β I 1.3537 0.14 bis 1,05 |0 0,95 ' 0,60 bis 0.80 0.030 0,035 0.80 bis 1,10 0.15 - 0,25 max 0,30 - 0 30
100 CrMo 7 ί 1.3536 0,17 bis 1,05 max 0,40 ! 0,80 bis 1.10 0,030 0,035 1,00 bis 1.30 bis max 0.30 0 30
100 CrMo 7 3 1.3539 0,15 max 0,40 0,030 0,035 1.50 1.80 bis
100CrMnMoS 0,15 bis 0,19 0.85 max 0,40 1,00 bis 1,30 0.030 0,035 1.30 bis 1.60 bis 0 30
j 1.3521 bis 0,22 max 0,40 1,10 bis 1,40 Vergütungsstähle bis 0,15 0,30 0.30
17 MnCr 5 I
I 		1.3523 0,50 bis 0.20 0.86 0,40 bis 0,60 0,025 bis 0.15 _ 0,30 0,30
19 MnCr 5 1.3531 0,42 bis 0.20 0.78 max 1.00 0,40 bis 0.70 0,025 bis 0.60 - max 0.30 : 0 30
16 CrNiMo 6 j
r 		1.3533 0.40 max 1.00 0,025 1,20 bis max 0,30 !
17 NiCrMo 14 0,46 bis max 1,00 0,40 bis 0,70 0,025 _ 1,20 0.35 bis 0,75 0,30
j 1.1219 bis 0,50 bis 0,80 bis 0,90 1,30 - 0.30
Cf 54 4 1.3561 042 bis max 0,25 0,60 bis 0,90 bis 14.5 _ 0 30
44 Cr 2 1.3563 0,95 bis max 0.40 0.50 bis 0,80 bis 18.0 4,00 - 4,50 1,40 bis 1,70 0.30
43 CrMo 4 1.3565 0,85 max 0,45 19,0 4.70 bis 5.20 3,25 bis 3,75 '
48 CrMo 4 bis I
max 1,00 j		 bis bis max 0,60 t 0.30
1.3541 0,77 bis max. 1,00 j bis 4,25 0 30
X45 Cr 13 1.3543 0,78 bis max 1,00 1 bis 4,50 0.30
X 102CrMo 17 1.3549 0,70 4.50 bis CO
co
X 89 CrMoV 18 1 bis ma» bis bis cn
1.3551 bis ma> bis ■TO
80 MoCrV 42 16 1.3553 bis max bis bis
X β2 WMoCrV 6 5 4 1.3558 bis
X 75 WCrV 18 4 1
) bis ") siehe Seite

Claims (1)

  1. . Patentansprüche
    einschließlich der üblichen durch die metallurgischen Herstellungsverfahren bedingten Begleitelemente als Werkstoff für Gegenstände, wie Wälzlager, die einer- hohen Flächenpressung ausgesetzt sind.
    2r Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1, jedoch mit
    0, 8 bis 0, 85 % Kohlenstoff 0, 8 bis 0, 9 % Silizium 0, 8 bis 0, 9 % Mangan 0, 45 bis 0, 5 % Chrom 0, 08 bis 0,13 % Vanadium,
    Rest Eisen,
    einschließlich der üblichen Begleitelemente, die durch das jeweilige Stahlherstellungsverfahren bedingt sind, mit einer Härte von 1^. 58 HRC im Stirnabschreckversuch bei einem Abstand von 12, 5 mm von der abgeschreckten Stirnfläche, für den Zweck nach Anspruch 1.
    3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1, jedoch mit
    0, 8 bis 0, 85 % Kohlenstoff 0, 55 bis 0, 65 % Silizium 3Q 0, 55 bis 0, 65 % Mangan
    0, 3 bis 0, 4 % Chrom 0, 08 bis 0,13 % Vanadium Rest Eisen,
    einschließlich der üblichen Begleitelemente, der im Stirnabschreckversuch bei einem Abstand von 12, 5 mm von der Stirnfläche eine Härte von > 48 HRC besitzt, für den Zweck nach Anspruch 1.
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