DE3910959C2

DE3910959C2 - Verfahren zum Herstellen von Wälzlagerelementen aus durchhärtendem Wälzlagerstahl

Info

Publication number: DE3910959C2
Application number: DE19893910959
Authority: DE
Inventors: Frank Dr Hengerer
Original assignee: SKF GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1989-04-05
Filing date: 1989-04-05
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: GB2232684A; GB9007163D0; FR2645544A1; FR2645544B1; GB2232684B; DE3910959A1; JPH02285024A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Wälzlagerelementen aus durchhärtendem Wälzlagerstahl.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Kugellagerteilen aus Stahl bekannt, das folgende Verfahrensschritte aufweist:

- der Rohling wird vollständig austenitisiert;
- bei dieser Temperatur wird der Rohling zur gewünschten Form geschmiedet;
- das Teil wird dann so rasch mit Luft abgekühlt, daß unter Verhinderung der Bildung von massiven Karbiden eine sehr feine perlitische Struktur erzielt wird;
- das Teil wird auf 647°C bis 815°C erwärmt und so lange auf diesem Temperaturniveau gehalten, bis ein gleichmäßig verteiltes, vorherrschend aus kugeligem Primärkarbid in der Größenordnung von 1 bis 5 µm Durchmesser bestehendes Gefüge entstanden ist, wobei diese Erwärmung eine Ruheperiode bei einer Temperatur enthält, die knapp oberhalb der Ac₁-Umwandlungstemperatur liegt und wobei die Zeitspanne für die Einhaltung dieser Temperatur so bemessen ist, daß sich genügend Kohlenstoff im Austenit lösen kann, um bei Wiederabkühlung eine Abscheidung von Kohlenstoff an den Karbiden zu einem Wachstum dieser Karbide auf eine Größe von 2 bis 5 µm Durchmesser zu fuhren;
- das Teil wird einer rohen maschinellen Bearbeitung unterzogen;
- das Teil wird erneut austenitisiert bei einer Temperatur und während einer Zeitspanne, die es verhindert, daß Karbide entstehen, jedoch ausreichend ist, ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen Austenit und ungelösten Karbiden zu schaffen und anschließend gehärtet;
- das Teil wird sodann in einem Medium, das etwa die Abkühlgeschwindigkeit von Öl besitzt, abgeschreckt und anschließend auf eine Rockwellhärte R_c 60 bis 64 angelassen (DE-AS 20 23 101).

Bei diesem bekannten Verfahren wird der Rohling nach seinem Abkühlen aus der Schmiedehitze bei 647 bis 815°C weichgeglüht und kann anschließend, d. h. in einem ferritischen Gefüge mit eingeformten Karbiden, einer rohen maschinellen Bearbeitung unterzogen werden. Der Verfahrensschritt des Weichglühens ist jedoch zeit- und energieaufwendig. Hinzu kommt, daß bei diesem Weichglühen ein großes Zementitkorn im Gefüge entsteht, so daß nach dem Austenitisieren, Abschrecken und Anlassen noch grobe Karbidausscheidungen im Härtegefüge vorhanden sind. Zum Erzielen einer optimalen Ermüdungsfestigkeit des Wälzlagerelementes mit entsprechend langer Lebensdauer sollen aber die Karbidausscheidungen des Härtegefüges im Wälzlagerelement möglichst feinkörnig sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das mit geringem Zeit- und Energieaufwand durchgeführt werden kann und dabei ein Härtegefüge liefert, das dem Wälzlagerelement eine außergewöhnlich lange Lebensdauer verleiht.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Wälzlagerelementes entfällt das Weichglühen.

Die Wärmebehandlung des Rohlings kann deshalb in einer kurzen Zeit mit geringem Heizenergieaufwand wirtschaftlich durchgeführt werden.

Unmittelbar nach dem Abkühlen des Rohlings in Gas, z. B. Luft oder Stickstoff, auf Umgebungstemperatur, kann der relativ harte lamellarperlitische Rohling auf einer Drehbank mit besonders standfesten Drehmeißelschneiden aus keramischem Werkstoff oder Hartmetall grob bearbeitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat auch den großen Vorteil, daß dieses ein homogenes Härtegefüge mit sehr feinen Karbidausscheidungen im Wälzlagerelement schafft. Das nach diesem Verfahren hergestellte Wälzlagerelement hat eine überraschend lange Verschleiß- und Ermüdungslebensdauer in seiner Wälzbahn, und zwar auch dann, wenn dieses mit einem Schmiermittel geschmiert wird, welches im Betrieb kleine Abriebpartikel oder Schmutzpartikel aufnimmt.

Vorteilhafte Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit der Maßnahme nach Anspruch 2 wird erreicht, daß der beim Warmwalzen, Schmieden und/oder Warmpressen entstehende Zunder von den Oberflächen des Rohlings entfernt wird.

Die Maßnahme nach Anspruch 3 bewirkt, daß durch das Abkühlen des Rohlings in Gas ein besonders homogenes Lamellarperlit im Rohling entsteht.

Bei Anwendung der Maßnahme nach Anspruch 4 wird die Grobbearbeitung mit äußerst standfesten Werkzeugschneiden, die aus harten keramischen Oxyden, Karbiden und/oder Nitriden bestehen können, durchgeführt.

Die Ansprüche 5 bis 8 weisen auf weitere vorteilhafte Maßnahmen hin.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Wälzlagerelementen aus durchhärtendem Wälzlagerstahl erfolgt mit einem Rohling,

- der auf eine erste Austenitisierungstemperatur von 1150°C erwärmt wird, so daß alle Karbide im Gefüge aufgelöst werden, und dann bei dieser Temperatur, z. B. durch Schmieden, umgeformt wird,
- der anschließend in Gas, z. B. in bewegter Luft oder in bewegtem Stickstoff, auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird, so daß ein feines lamellares Perlitgefüge entsteht: Dieses Abkühlen erfolgt am besten im Bereich von 900 bis 650°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 40°C/min.,
- der in diesem perlitischen Gefügezustand, z. B. mit einem keramikbeschichteten Drehmeißel, grob bearbeitet wird,
- der dann auf eine unterhalb der ersten Austenitisierungstemperatur liegende zweite Austenitisierungstemperatur, die etwa 840°C betragen kann, erwärmt und bei dieser Temperatur bis zur Entstehung eines homogenen Austenits mit gleichmäßig verteilten Sekundärkarbiden genügend lange, z. B. 20 Minuten, gehalten wird,
- der dann zum Erzielen einer Härte von mindestens 64 HRC in Öl, Salz oder Wasser abgeschreckt wird und
- der schließlich durch Schleifen und/oder Honen zu einem Wälzlagerelement fertig bearbeitet wird.

Nach dem Abschrecken und vor dem Fertigbearbeiten des Rohlings kann noch ein Anlassen des Rohlings zwischengeschaltet werden. Dieses Anlassen erfolgt am besten im Bereich 160 bis 240°C mit einer Haltezeit von 1 bis 2 Stunden, damit eine Härte im Bereich von 58 bis 64 HRC erzielt wird (siehe Zeichnung).

Außerdem kann zwischen dem Abkühlen des Rohlings in Gas und seiner spanabhebenden Grobbearbeitung noch ein Strahlen mit Sand oder dgl. erfolgen, damit evtl. entstandener Zunder von den Oberflächen des Rohlings vor seiner Bearbeitung entfernt wird.

Für die Anwendung des Verfahrens eignet sich ein Wälzlagerstahl, der folgende Analysenwerte (%) besitzt:

C: 0,90-1,10
Si: 0,15-0,35
Mn: 0,25-0,40
Cr: 1,30-1,65
S: höchstens 0,025
P: höchstens 0,030

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Das aus dieser Stahlsorte mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wälzlagerelement hat eine besonders lange Ermüdungslebensdauer in seiner Wälzbahn. Diese lange Ermüdungslebensdauer ist auch dann gegeben, wenn im Schmieröl kleine Fremdkörperpartikel, z. B. Abrieb, vorhanden sein sollten.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Wälzlagerelementen aus durchhärtendem Wälzlagerstahl, bei dem ein Rohling

- auf eine erste Austenitisierungstemperatur von etwa 1150°C erwärmt und bei dieser Temperatur umgeformt wird,
- anschließend in Gas auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird, so daß ein lamellares Perlitgefüge entsteht,
- unmittelbar im lamellarperlitischen Zustand spanabhebend grobbearbeitet wird,
- unmittelbar danach auf eine unterhalb der ersten Austenitisierungstemperatur liegende zweite Austenitisierungstemperatur erwärmt und bei dieser Temperatur zur Bildung eines homogenen Austenits mit feindispers verteilten Karbiden gehalten wird,
- in Öl, Salz oder Wasser abgeschreckt wird, so daß eine Härte von mindestens 64 HRC entsteht, und
- zu einem Wälzlagerelement fertigbearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling nach seiner Abkühlung in Gas mit Sand oder dgl. gestrahlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen des Rohlings in Gas im Bereich 900 bis 650°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 40°C/min erfolgt.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spanabhebende Bearbeitung des Rohlings mit einem Werkzeug mit einer Schneidkante aus einem keramischen Werkstoff vorgenommen wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung auf zweite Austenitisierungstemperatur in Höhe von etwa 840°C mit einer Haltezeit von etwa 20 min. erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling nach dem Abschrecken bei 160 bis 240°C mit einer Haltezeit von 1 bis 2 h angelassen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigbearbeiten des Rohlings durch Schleifen und/oder Honen erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwenden eines Stahls mit den Analysenwerten (%) C: 0,90-1,10
Si: 0,15-0,35
Mn: 0,25-0,40
Cr: 1,30-1,65
S: höchstens 0,025
P: höchstens 0,030Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.