NL1011807C2 - Machinestaal en onderdeel van een wentellager. - Google Patents

Description

V

Machinestaal en onderdeel van een wentellager.

De uitvinding heeft betrekking op een constructiestaal omvattende een staal van het 1C-1,5 Cr kogellagerstaalsoort met: 5 - 0,9-1,0 gew.%C, - 0,15-0,40 gew.%Si, - 0,25-0,80 gew.%Mn, - 1,30-1,95 gew.%Cr, - 0,15 gew.%Ni max en 10 - 0,35 gew.%MO max.

Een dergelijk staal is bekend uit “Zwischenstufenumwandlung von Waizlagerstahlen van F. Hengerer et al. in Haerterei - Technische Mitteilungen”. Daarin wordt het ontstaan van een bainietstructuur beschreven.

In het algemeen worden staalsoorten met bovengenoemde samenstelling, 15 bijvoorbeeld gebruikt voor het vervaardigen van wentellageronderdelen. Opgemerkt moet worden dat de uitvinding niet tot de productie van een onderdeel van een wentellager beperkt is. Staal volgens de uitvinding kan evengoed voor andere toepassingen gebruikt worden zoals delen van een continu variabele transmissie waarbij rollen ten opzichte van schijven bewegen.

20 In het algemeen zal via een warmtebehandeling het oppervlak van een onderdeel vervaardigd uit het bovenstaande machinestaal martensitisch zijn. Dit is verhoudingsgewijs hard en heeft goede sterkte-eigenschappen. De taaiheid van het martensiet is echter verhoudingsgewijs gering. Om dit probleem te vermijden wordt in de stand der techniek voorgesteld uit te gaan van een staal met lage koolstofaandeel en 25 een carboneer/carbonitreerbehandeling te gebruiken om het oppervlak te verrijken om voldoend hard oppervlakmartensiet te verkrijgen. Vanwege het lagere koolstofaandeel van de kern, zal de kem van het betreffende onderdeel veel taaier zijn.

Deze werkwijze is verhoudingsgewijs kostbaar en tijdrovend vanwege de carboneer/carboniteerbehandeling.

30 Het is het doel van de uitvinding in een machinestaal te voorzien waaruit onderdelen van wentellagers vervaardigd kunnen worden met een veel taaiere structuur zonder dat de hardheid teveel vermindert.

1011807 2

Volgens de uitvinding wordt dit verwezenlijkt doordat ten minste 0,05 gew.% Mo aanwezig is, de structuur van het staal ultrafijn bainiet omvat alsmede de structuur volgens fig. 5. Gebleken is dat ultrafijn bainiet een aanzienlijk verbeterde taaiheid geèft terwijl de hardheid van het oppervlak voldoende is voor de meeste 5 wentellagertoepassingen. De lengte van het fijne plaatvormige carbide is bij voorkeur ongeveer 250 nm en breedte is ongeveer 80 nm. Bij voorkeur is dit georiënteerd met 50-65 graden en meer in het bijzonder 55-60 graden ten opzichte van het ferristische raster.

Het constructiestaal volgens de uitvinding kan met enigerlei in de techniek 10 bekende wijze vervaardigd worden. Bij voorkeur moet het uitgangsstaal verhoudingsgewijs zuiver zijn dat wil zeggen een aanzienlijke interne zuiverheid betracht worden. Een dergelijk staal dat zich in de ferritische matrixtoestand bevindt kan bijvoorbeeld maximaal 9 dpm zuurstof, 0,04 gew.% zwavel, 15 dpm titaan en 0,015 gew.% fosfor omvatten. Uitgaande van een dergelijk staalsoort is gebleken dat 15 via koude deformatie, dat wil zeggen tijdens de productie van ringen uit een buisvormling de austenietstart- en austenietfinjshtemperatuur verlaagd zullen worden. Dit heeft eveneens betrekking op de martensietstantemperatuur. Om het zeer fijne bainiet te verkrijgen wordt afschrikken bij een enigszins boven de martensieWttemperatuur verwezen. Bijvoorbeeld wordt tot 250°C afgeschrikte en het werkstuk op deze 20 temperatuur gehouden.

De onderbainitische omzetting in doorhardende staalsoorten met verhoudingsgewijs hoog koolstofaandeel is een diffusie gestuurde transformatie binnen het ferriet na transformatie van de austenietfase. Hoe lager de temperatuur van de omzetting hoe langer de tijd voor de omzetting en hoe fijner het product van de 25 omzetting en hoe hoger de oppervlaktehardheid. Door het gebruik van koude deformatie in de ferritische fase, kan de omzettemperatuur naar onderbainiet verlaagd worden. De typische temperatuur waarbij de omzetting begint is ongeveer 250°C en de typische tijdsduur is ongeveer 180 minuten. Dit wordt verder verduidelijking in fig. 1, waarin een typisch verband tussen tijd en temperatuur voor de omzetting naar 30 onderbainiet in een 1 C-l ,5 Cr type staal weergegeven wordt.

De omzetting naar onderbainiet vindt plaats in het ferriet, maar voordat dit plaats kan vinden, moet het ferriet uit austeniet ontstaan en dit is een met afschuiving opgewekte omzetting. Het afscheiden van Iegeringselementen, oorspronkelijk in vaste 1011807 t 3 \ oplossing in het austeniet, naar het overblijvende niet omgezette restausteniet zal een vergrote afschuifsterkte tot gevolg hebben. Deze toegenomen afschuifsterkte zal een aanzienlijkere mate van onderkoeling vereisen om de afschuifomzetting van austeniet naar ferriet te initiëren.

S Uit de literatuur is het bekend dat de stadia waarin de onderbainietomzetting verwezenlijkt kan worden als volgt onderscheiden kan worden (zie fig. 2a-d), met vier stappen: a. De vorming van een ferriet “geraamte” om de austenietkorrel waarbij de lengte daarom afhankelijk is van de korrelgrootte van het austeniet.

10 b. Secundaire kernvorming van ferrietplaatjes, in het algemeen georiënteerd aan een zijde van het “geraamte” met een hoek van 55-60 graden ten opzichte van het ferriet “geraamte” gevormd in stap a.

c. De precipitatie van carbiden bij het scheidingsvlak ferriet-austeniet waardoor spleten in de aangrenzende secundaire ferrietplaatjes ontstaan. Hoe hoger de 15 temperatuur hoe grover de carbiden.

d. Tijdens de transformatie worden de spleten gevuld door groei van ferriet en verdere carbideprecipitatie waardoor de onderbainitische microstructuur ontstaat. Fig. 3 vergelijkt de relatieve taaiheid ten opzichte van de slagproefsnelheid voor zowel martensiet (stippellijn) als bainiet (doorgetrokken lijn). Fig. 5 is een foto 20 van de uiteindelijke verkregen ultrafijne bainietstructuur. Deze foto toont ultrafijn bainiet in een 52100 staalsoort. Dit is een transmissie-elektronmicroscoopfoto die onder de volgende omstandigheden vervaardigd is: de microstructuur wordt beschreven door het elektrisch verdunnen van het warmte behandeld staal om een zogenaamde folie te maken dat transparant voor de elektronbundel is in de TEM.

25 Door het op passende wijze weergeven van het beeld kan de ultrafijne structuur van de onderbainitische structuur opgelost worden. Fig. 4 toont de relatieve slagtaaiheid voor martensiet (doorgetrokken lijn) bainiet alsmede bainiet volgens de uitvinding dat wil zeggen met molybdeen gelegeerd.

Zoals hierboven aangegeven is het staal volgens de uitvinding in het 30 bijzonder nuttig bij de productie van ringen van tonlagers maar heeft andere toepassingen. Afhankelijk van de toepassing van de samenstelling van het staal aangepast worden binnen het in de onafhankelijke conclusie gegeven bereik.

1011 807

Claims (7)

1. Machinestraal omvattende een staal van het 1 C-1,5 Cr type met: - 0,9-1,0 gew.% C, - 0,15-0,40 gew.% Si, - 0,25-0,80 gew.% Mn, 1,30-1,95 gew.% Cr, 10 - 0,25 gew.% Ni max. en - 0,35 gew.% Mo max. met het kenmerk, dat tenminste 0,05 gew.% Mo aanwezig is, waarbij de structuur van het staal ultrafijn bainiet en de structuur volgens fig. 5 omvat.

2. Machinestaal volgens conclusie 1, met een carbidelengte van ongeveer 250 nm.

3. Machinestaal volgens een van de voorgaande conclusies met een breedte van de carbide van maximaal ongeveer 80 nm. 20

4. Machinestaal volgens een van de voorgaande conclusies met carbiden ongeveer 50-65 graden gericht ten opzichte van de variërende hoofdafschuifvlakken.

5. Onderdeel van een wentellager omvattende het machinestaal volgens een van 25 de voorgaande conclusies, waarbij het oppervlak ultrafijn bainiet omvat.

6. Onderdeel van een wentellager volgens conclusie 5, omvattende een wentellagerring.

7. Onderdeel van een wentellager volgens conclusie 6, waarbij die ring deel uitmaakt van een tonnenlager. 1011807