Stahl für hoher Flächenpressung ausgesetzte Gegenstände wie Wälzlager

Abstract

 Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Stahls mit

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 0,15% Vanadium

Rest Eisen,

einschließlich der üblichen durch die metallurgischen Herstellungsverfahren bedingten Begleitelemente als Werkstoff für Gegenstände, wie Wälzlager, die einer hohen Flächenpressung ausgesetzt sind.

Beschreibung

[0001] Stähle, die wie Wälzlagerstähle einer hohen Flächenpressung ausgesetzt sind, müssen eine hohe Härte haben und beständig sein gegen Verschleiß. In Tafel 1 ist die Analyse des handelsüblichen Wälzlagerstahls 100 Cr 6 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 Wälzlagerindustrie verwendet. Hier geht es um die Entwicklung von neuen durchhärtenden Stählen, die eine andere chemische Zusammensetzung aufweisen als die in DIN 17 230.

[0002] 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 Siliziumgehalt dieser Stähle beläuft sich auf Werte zwischen 0,15 bis 0,60 %, der Mangangehalt 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% C, 0,2 - 0,35% Si, 0,5 - 0,8% Mn, 0,25 - 0,40 % Cr und 0,05 - 0,10 % Mo.

[0003] In der Auslegeschrift DE 1961651 wird ein Wälzlagerstahl mit hoher Zähigkeit beansprucht, der nachstehende Analyse aufweist: 0,6 - 0,9% C, 1,5 - 2,5 % Mn, 1,5 - 2,5% Si, 0,7 - 1,2 % Cr, 0 - 0,8 % Mo, 0 - 1 % W, 0 - 0,8% V, 0 - 0,5 % Nb und 0, - 0,5 % Ti.

[0004] 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.

[0005] 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 werden durch eine Reduzierung der Kohlenstoff-und Chromgehalte. Neben 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 100 Cr 6. Eine weitere wichtige Eigenschaft für Wälzlagerstähle ist die Lebensdauer im Überrollversuch bei hohen Flächenpressungen.

[0006] 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 0,15 % Vanadium

Rest Eisen einschließlich der üblichen Begleitelemente.

Bevorzugte Stähle sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0007] Diese Stahlzusammensetzung 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 Chromgehälten 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.

[0008] Die Abstimmung der Silizium-, Mangan- und Vanadingehalte des Stahles soll eine schnellere Einformung der Carbide bewirken.

[0009] Anhand von nachstehenden Beispielen wird gezeigt, daß der erfindungsgemäße Stahl ähnliche Eigenschaften aufweist wie der Stahl 100 Cr 6:

1. Härtbarkeit, ermittelt im Stirnabschreckversuch nach DIN 50191 (Austenitisierung: 850°C)

2. Härte nach dem Härten und Entspannen (840°C/Öl + 200 °C/Luft) (Abmessung: 50 mmØ)

3. Gefügeäusbildung nach der GKZ⁺)-Glühung zeigt Fig. 1 für den erfindungsgemäßen Stahl (Glühdauer: 13 h) und Fig. 2 für den bekannten Stahl 100 Cr 6 (Glühdauer: 19 h).

+) GKZ-Glühen auf kugeligem Zementit

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.

4. Ergebnisse des Einstechverschleißversuches In Fig. 3 wird gezeigt, daß die Verschleißkennwerte für den erfindungsgemäßen Stahl und den Stahl 100 Cr 6 etwa gleich liegen.

5. Ergebnisse der Temperaturstandzeit-Versuche Hier sind ebenfalls keine Unterschiede zwischen den Ergebnissen für den Stahl 100 Cr 6 und den erfindungsgemäßen Stahl festzustellen, wie Fig. 4 zeigt.

[0010] Nach kürzerer Glühdauer des erfindungsgemäßen Stahles können also ähnliche Zerspanungseigenschaften erzielt werden wir für den Stahl 100 Cr 6.

Ansprüche

Verwendung eines Stahls mit

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, 15 % Vanadium Rest Eisen,

einschließlich der üblichen durch die metallurgischen Herstellungsverfahren bedingten Begleitelemente, der einer Glühbehandlung (GKZ-Glühung) zur Einformung der Karbide in der ferritischen Matrix unterworden wird, als Werkstoff für Gegenstände, die wie Wälzlager einer hohen Flächenpressung ausgesetzt sind.

Zeichnung