WO2008071157A2 - Verfahren zur wärmebehandlung von wälzlagerbauteilen aus durchgehärtetem, bainitischem wälzlagerstahl - Google Patents

Verfahren zur wärmebehandlung von wälzlagerbauteilen aus durchgehärtetem, bainitischem wälzlagerstahl Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for the heat treatment of rolling bearing components made of through hardened, bainitic bearing steel with residual compressive stresses in the edge region and a Martensitanteil of at most 10% by volume and a Restaustenitanteil of at most 3% by volume.
  • suitable bearing steels are, for example, steels according to DIN / EN / ISO 683 / VXII such. 100Cr6, 100CrMn6, 100CrMo7, 100CrMo73, SAE52100, SUJ2, SUJ3 and others.
  • DE 10 2004 038 159 B3 various methods for heat treating steel workpieces, which serve in particular to increase the hardness of the workpieces.
  • the type and parameters of the applied heat treatment have great influence on the properties of the workpiece, because this determines the structure or the respective microstructural components.
  • a common method, also mentioned in DE 10 2004 038 159 B3, is bainitizing, for which purpose the austenite is converted into bainite. Usually, this is done by heating the workpiece to austenitizing temperature, maintaining it at that temperature for a while and then quenching it to a temperature just above the martensite start temperature. Thereafter, the temperature can be kept constant until the end of the conversion.
  • the quenching medium is also important here.
  • air, water, oil or salt are available here. Based on the principle of not cooling down faster than necessary, this selection is made.
  • quenching is usually carried out in a salt bath at a temperature above the martensite starting point, so that the formation of martensite is prevented. The temperature of the bath is therefore about 220-240 0 C.
  • the object of the invention is therefore to provide a method with which the achievable by the heat treatment hardness in the edge regions of the treated workpiece is higher and is at least 60 HRC.
  • the heat treatment is carried out in two stages, starting from the austenitizing temperature, first in a salt bath having a minimum content of 0.5 to a maximum of 2% by volume of water and a temperature slightly below the martensite. Quenched start temperature and is held until a temperature compensation has occurred and then reacted in a second bath, whose temperature is slightly above the martensite start temperature and held there.
  • the temperature of the salt bath of the first stage should be at about 180-210 0 C, and the temperature of the bath of the second stage should be at about 220 - 240 0 C lie.
  • the remaining conversion can also be accelerated by raising the temperature slightly or by cooling and tempering the workpiece. These measures are preferably taken after a holding time of the workpiece of about one hour in the second bath.

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Wälzlagerbauteilen aus durchgehärtetem, bainitischem Wälzlagerstahl mit Druckeigenspannungen im Randbereich und einem Martensitanteil von höchstens 5% sowie einem Restaustenitanteil von höchstens 3% so zu gestalten, dass die durch die Wärmebehandlung erzielbare Härte in den Randbereichen des behandelten Werkstückes wenigstens 60 HRC beträgt. Dazu wird die Wärmebehandlung zweistufig durchgeführt, wobei das Werkstück von der Austenitisierungstemperatur ausgehend zunächst in einem Salzbad, dem mindestens 0,5 % Wasser zugesetzt wurden, und das eine Temperatur leicht unterhalb der Martensit-Starttemperatur aufweist, abgeschreckt und solange gehalten wird, bis ein Temperaturausgleich eingetreten ist und wobei das Werkstück anschließend in ein zweites Bad, dessen Temperatur geringfügig über der Martensit-Starttemperatur liegt, umgesetzt und über der Martensit-Starttemperatur gehalten wird.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Verfahren zur Wärmebehandlung von Wälzlagerbauteilen aus durchgehärtetem, bainitischem Wälzlagerstahl
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Wälzlager- bauteilen aus durchgehärtetem, bainitischem Wälzlagerstahl mit Druckeigenspannungen im Randbereich und einem Martensitanteil von höchstens 10 Volumen-% sowie einem Restaustenitanteil von höchstens 3 Volumen-%.
Dazu geeignete Wälzlagerstähle sind beispielsweise Stähle nach DIN/EN/ISO 683/VXII wie z.B. 100Cr6, 100CrMn6, 100CrMo7, 100CrMo73, SAE52100, SUJ2, SUJ3 u.a.
Es sind aus der DE 10 2004 038 159 B3 verschiedene Verfahren zum Wärmebehandeln von Werkstücken aus Stahl bekannt, die insbesondere zur Erhöhung der Härte der Werkstücke dienen. Die Art und die Parameter der zur Anwendung kommenden Wärmebehandlung haben großen Einfluss auf die Eigenschaften des Werkstückes, weil hierdurch das Gefüge oder die jeweiligen Gefügeanteile bestimmt werden. Ein gängiges, ebenfalls in der DE 10 2004 038 159 B3 erwähntes Verfahren ist das Bainitisieren, wobei hierzu der Austenit in Bainit umgewandelt wird. Üblicherweise wird hierzu das Werkstück auf Austenitisierungstemperatur erwärmt, eine Zeit lang auf dieser Temperatur gehalten und dann auf eine Temperatur knapp oberhalb der Martensit-Starttemperatur abgeschreckt. Danach kann die Temperatur bis zum Ende der Umwandlung konstant gehalten werden.
Dabei ist auch das Abschreckmedium von Bedeutung. Grundsätzlich stehen hier Luft, Wasser, Öl oder Salz zur Verfügung. Ausgehend von dem Grundsatz, die Abkühlung nicht rascher als nötig zu gestalten, wird diese Auswahl getroffen. Beim Bainitisieren erfolgt das Abschrecken meistens in einem Salzbad mit einer Temperatur oberhalb des Martensit-Startpunktes, so dass die Entstehung von Martensit unterbunden wird. Die Temperatur des Bades liegt daher etwa bei 220-2400C.
Die DE 10 2004038 159 B3 erwähnt auch, die Werkstücke vor dem Ende der Umwandlung des Austenits in Bainit rasch auf Raumtemperatur abzukühlen und nach einer kurzen Haltedauer auf Raumtemperatur anschließend kurzzeitig anzulassen.
Mit diesen Verfahren wird zwar eine Eigenspannung im Druckbereich und ein niedriger Restaustenitgehalt erreicht, jedoch sinkt die erreichbare Härte auf etwa 58 bis 59 HRC und damit auf Werte, die geringer sind als die ge- maß dem gelösten Kohlenstoff theoretisch erzielbaren Werte, ab. Diese Härte ist nicht für alle Anwendungszwecke ausreichend; z.B. bei Radlagern, bei denen sehr hohe Flächenpressungen auftreten, reicht die erzielbare Härte und die damit verfügbare Festigkeit des so behandelten Stahls nicht zufrieden stellend aus. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem die durch die Wärmebehandlung erzielbare Härte in den Randbereichen des behandelten Werkstückes höher ist und wenigstens 60 HRC beträgt.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Wärmebehandlung zweistufig durchgeführt wird, wobei das Werkstück von der Auste- nitisierungstemperatur ausgehend zunächst in einem Salzbad mit einem Mindestgehalt von 0,5 bis maximal 2 Volumen-% Wasser und mit einer Temperatur leicht unterhalb der Martensit-Starttemperatur abgeschreckt und solange gehalten wird, bis ein Temperaturausgleich eingetreten ist und anschließend in ein zweites Bad umgesetzt wird, dessen Temperatur geringfügig über der Martensit-Starttemperatur liegt und dort gehalten wird.
Bei der Abschreckung in der ersten Stufe wird die Abschrecktemperatur ent- sprechend der Formel von Koistinen-Marburger (Vol% Martensit = 1 - exp(- 1 ,10x0,001 (Ms - T)) eingestellt. Hierbei bezeichnet Ms die Martensit - Starttemperatur und T die Abschrecktemperatur.
Die Temperatur des Salzbades der ersten Stufe sollte bei etwa 180-2100C und die Temperatur des Bades der zweiten Stufe sollte bei etwa 220 - 2400C liegen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die restliche Umwandlung auch dadurch beschleunigt werden, dass die Temperatur etwas gesteigert wird oder das Werkstück wird abgekühlt und angelassen. Diese Maßnahmen werden bevorzugt ergriffen, nach einer Haltedauer des Werkstücks von ca. einer Stunde in dem zweiten Bad.
Es hat sich gezeigt, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Wärmebehand- lungsverfahren Werkstückeigenschaften erzielen lassen, die Druckeigenspannungen im Randbereich von -50MPa bis -300MPa und Härten von wenigstens 60,5 HRC erbringen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Wälzlagerbauteilen aus durchgehärtetem, bainitischem Wälzlagerstahl mit Druckeigenspannungen im Randbereich und einem Martensitanteil von höchstens 10% sowie einem Restaustenitanteil von höchstens 3%, bei dem
die Wärmebehandlung zweistufig durchgeführt wird,
- wobei das Werkstück von der Austenitisierungstemperatur ausgehend zunächst in einem Salzbad, dem mindestens 0,5 % und maximal 2 % Wasser zugesetzt wurden, und das eine Temperatur leicht unterhalb der Martensit-Starttemperatur aufweist, abgeschreckt und solange gehalten wird, bis ein Temperaturausgleich eingetreten ist und
wobei das Werkstück anschließend in ein zweites Bad, dessen Temperatur geringfügig über der Martensit-Starttemperatur liegt, umgesetzt und über der Martensit-Starttemperatur gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Temperatur des Salzbades in der ersten Stufe bei 180-2100C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur des Bades in der zweiten Stufe bei 220 - 2400C liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine restliche Umwandlung in der zweiten Stufe durch eine Temperatursteigerung des Bades beschleunigt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine restliche Umwandlung nach der zweiten Stufe durch Abkühlen des Werkstückes und Anlassen erfolgt.
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