DE60003553T2 - Wälzlagerstahl mit einem unterbainitischen oberflächengefüge - Google Patents
Wälzlagerstahl mit einem unterbainitischen oberflächengefüge Download PDFInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerstahl aus dem Typ der 1C–1,5Cr Serie. Ein solcher Stahl umfasst die folgende Zusammensetzung:
Kohlenstoff: 0,85–1,10 Gewichtsprozent Silizium: 0,005–0,6 Gewichtsprozent Mangan: 0,005–0,80 Gewichtsprozent Chrom: 1,25–2,05 Gewichtsprozent Nickel: maximal 0,35 Gewichtsprozent Molybdän: maximal 0,36 Gewichtsprozent Ausgleich: Eisen und gewöhnliche Verunreinigungen - Stähle innerhalb dieser Zusammensetzung werden weit verwendet bei der Produktion von Wälzlagerkomponenten. Angefangen von einer ferritischen Struktur wird der Stahl einer Austenisizierungswärmebehandlung unterzogen, nach welcher eine Quenchbehandlung in einer martensitischen Oberflächenstruktur der fertigen Komponente resultiert. Diese matensitische Struktur ist relativ hart und weist gute Basiseigenschaften auf. Für Anwendungen, wobei die Rollkontaktermüdungslebensdauer und Härte von Interesse sind, werden karbonisierte Stähle verwendet. Die karbonisierten Stähle und Wärmebehandlungen sind teuerer, und die damit verbundenen Wärmebehandlungen sind im Allgemeinen viel komplizierter.
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EP 0896068 A1 offenbart ein Verfahren einer Bainithärtung eines Lagerstahls. Zu diesem Zweck ist das Ausgangsmaterial in ferritischem Zustand, wird austenitisiert, gefolgt durch Quenchen, so dass eine bainitische Endstruktur resultiert. - R. T. Van Bergen et al.: "Effect of lower bainite on rolling contact fatigue of hearing steels" 1982, Metals Society, London, UK, XP002118510 offenbart ein Verfahren für die Herstellung von Wälzlagern, die eine Bainithärtung umfassen. GB-A-2019436 schlägt einen Stahl für einen Stahlgegenstand, wie beispielsweise einen Befestiger vor. Die Erfindung zielt daraufhin, einen Stahl mit verbesserten Eigenschaften zu erhalten und noch genauer verbesserte Rollkontaktermüdung und gute Härteeigenschaften aufzuweisen.
- Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert.
- Gemäß der Erfindung wird diese dadurch realisiert, dass der Stahl im ferritischem Zustand einer Deformation unterzogen wird. Diese Deformation kann entweder warm oder kalt sein. Falls Warmdeformation verwendet wird, findet eine Deformation in der ferritischen Phase statt, d. h. bei einer Temperatur unterhalb 700°C. Während einer Warmformung erholen sich die Versatzzellen, die während einer Deformation erhalten werden, um feine Unterkörner während des Erhitzens auf die Härtungstemperatur zu bilden, und daher wird eine feinere Struktur als Ergebnis des angewandten unteren bainitischen Härtungsprozesses erhalten.
- Noch genauer wird der Stahl einer Formung durch Rollen unterzogen. Vorzugsweise, falls ein Ring produziert werden soll als Wälzlagerkomponente, angefangen von einer Röhre, wird Kaltdeformation, während welcher auch der Ring selbst hergestellt wird, aus der Röhre bewirkt mit wenig Metallschneideoperation. Das bedeutet, dass weniger Materialverlust auftritt. Es ist herausgefunden worden, dass, falls Kaltrollen verwendet wird, die Austenitanfangs- und Austenitend-Temperatur abnehmen wird, d. h. die Transformation von Ferrit zu Austenit wird bei einem niedrigeren Temperaturniveau sein und wird vollständiger bei dem gleichen Temperaturniveau sein. Die bainitische Transformationszeit ist vorzugsweise zumindest 180 Minuten. Außer des Herabsetzens der Austenitisierungstemperatur durch Rollen und noch genauer Kaltrollen, wird auch die martensitische Anfangstemperatur um ungefähr 30°C und auf gut unterhalb 250°C herabgesetzt.
- Im Allgemeinen zeigt die Mirkostruktur ein stark verfeinertes Korn. Vorzugsweise umfasst der Bainit Unterbainit, was in einer zusätzlichen Verlängerung der Lebensdauer der Wälzlagerkomponenten resultiert, die aus solch einem Stahl hergestellt sind.
- Es ist natürlich auch möglich, von einem anderen Gegenstand als eine Röhre bei der Deformation auszugehen. Zum Beispiel werden Teile oder Ringe als möglich erwähnt, gefolgt durch einen Vorformungsprozess (Drehen, Malen). Kaltformen kann Rollen, Formen usw. umfassen.
- Die ferritischen Unterkorngrenzen sind wahrscheinlich austenitische Wachstumsplätze an den Grenzen mittels sphäroiden Karbiden, was in einer Verfeinerung der austenitischen Korngröße resultiert, verglichen mit undeformierten 1C–1,5Cr, austenitisiert unter dem gleichen Bedingungen.
- Der verwendete Stahl ist vorzugsweise relativ rein, d. h. er umfasst 9 ppm Sauerstoff maximal, 0,004 Gewichtsprozent Schwefel maximal, 15 ppm Titan maximal und 0,015 Gewichtsprozent Phosphor maximal.
- Um den vorteilhaften Effekt des Kaltrollens relativ zum Heißrollen zu zeigen, wenn ein Rolllagerring hergestellt wird, sind Vergleichsversuche gefahren worden. Abgesehen von beidem, dem Heißrollen und dem Kaltrollen, war die Wärmebehandlung bei beiden Proben genau die gleiche. Es ist gezeigt worden, dass bei einem sphärischen Rolllager die relative L10-Lebensdauer der heiß-gerollten Variante 106 mit 95 oberen und unteren Vertrauensintervall von 52 bis 157 Millionen Umdrehungen ist.
- Unter den gleichen Versuchsbedingungen hatte ein kaltgerollter Ring eine L10 Lebensdauer von mehr als 294 Millionen Umdrehungen. Obwohl nicht wesentlichen für den Umfang des Schutzes der Erfindung, ist hiermit gemeint, dass auf Grund des Kaltrollens der ferritischen Matrix, sich Fehlplatzierungen zu Zellen erholen, was in einer Unterkornbildung resultiert. Diese Unterkornbildung wird zu feinerem Austenit führen. Quenchen wird bei der Temperatur oberhalb matensitischen Beginns angefangen.
- Die Behandlung, die oben beschrieben wurde, ist eine Alternative für einen Wälzlagerstahl, der einen im Allgemeinen niedrigeren Kohlenstoffgehalt aufweist, um die Rollkontaktermüdungslebensdauer zu erhöhen. Solch ein Stahl wird im Allgemeinen karbonisiert oder karbonitriert, um die Oberflächenhärte auf ein ausreichendes Niveau zu erhöhen. Die Prozentdeformation wird einen Effekt auf die Größe der austenitischen Körner haben, die während der Austenitisierungsbehandlung erhalten wurden. Eine relativ niedrige Deformation wird in einem groben Material resultieren, welches eine Korngröße von mehreren um aufweist. Jedoch, falls eine beträchtliche Deformation verwendet wird, z. B. mehr als 30%, und noch genauer mehr als 60%, wird die Korngröße deutlich auf unterhalb 2 um verringert.
- Es sei angemerkt, dass der Umfang des Schutzes nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist, die in der Beschreibung angegeben sind, sondern durch die angehängten Ansprüche bestimmt wird.
Claims (9)
- Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerstahles, welches das Vorsehen eines Stahls des Typs 1C–1,5Cr umfasst, welcher in Gewichtsprozent umfasst: 0,85–1,10 Kohlenstoff, 0,005–0,6 Silizium, 0,005–0,80 Mangan, 1,25–2,05 Chrom, max. 0,35 Nickel, max. 0,36 Molybdän, Ausgleich-Fe und gewöhnliche Verunreinigungen in ferritischem Zustand, Austenitisieren des Stahls gefolgt durch dessen Abschrecken, so dass eine bainitische Endstruktur resultiert, wobei der Stahl zu zumindest 30% unterhalb 700°C in ferritischem Zustand vor dessen Austenitisieren deformiert wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Deformation eine Kaltdeformation umfasst.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Austenitisierungstemperatur zwischen 800 und 900°C liegt.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschrecktemperatur unterhalb 250°C liegt.
- Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschreckbehandlung derartig ist, dass Unterbainit resultiert.
- Verfahren zum Herstellen eines 1C–1,5Cr Stahlwälzlagerrings, umfassend in Gewichtsprozent: 0,85–1,10 Kohlenstoff, 0,005–0,6 Silizium, 0,005–0,80 Mangan, 1,25–2,05 Chrom, max. 0,35 Nickel, max. 0,36 Molybdän, Ausgleich-Fe und gewöhnliche Verunreinigungen, wobei ein Röhren-Rohling, der eine ferritische Matrixstruktur aufweist, kaltgewalzt wird mit einer Deformation von zumindest 30% bei einer Temperatur unterhalb 700°C, Trennen der Röhre in Ringe, Austenitisieren des Stahls, gefolgt durch Abschrecken, so dass eine bainitische Struktur resultiert.
- Wälzlagerstahl, hergestellt mit dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die Oberfläche eine bainitische Struktur umfasst und keinen Martensit umfasst.
- Wälzlagerkomponente, hergestellt als Wälzlagerstahl gemäß Anspruch 7.
- Wälzlagerkomponente gemäß Anspruch 8, welche eine sphärische Wälzlagerkomponente umfasst.
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