DE102006059050A1

DE102006059050A1 - Verfahren zur Wärmebehandlung von Wälzlagerbauteilen aus durchgehärtetem, bainitischem Wälzlagerstahl

Info

Publication number: DE102006059050A1
Application number: DE200610059050
Authority: DE
Inventors: Christian SCHULTE-NÖLLE; Werner Dr. Trojahn
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-06-19
Also published as: WO2008071157A2; WO2008071157A3

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 Werkstücks 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 so lange 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 und über der Martensit-Starttemperatur gehalten wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Wälzlagerbauteilen 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 220-240°C.
Die DE 10 2004 038 159 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 gemäß 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 Austenitisierungstemperatur 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 entsprechend der Formel von Koistinen-Marburger (Vol% Martensit = 1 – exp(–1,10 × 0,001(Ms – T)) eingestellt. Hierbei bezeichnet Ms die Martensit-Starttemperatur und T die Abschrecktemperatur.
Die Temperatur des Salzbades der ersten Stufe sollte bei etwa 180-210°C und die Temperatur des Bades der zweiten Stufe sollte bei etwa 220-240°C 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 Wärmebehandlungsverfahren Werkstückeigenschaften erzielen lassen, die Druckeigenspannungen im Randbereich von –50MPa bis –300MPa und Härten von wenigstens 60,5 HRC erbringen.

Claims

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.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des Salzbades in der ersten Stufe bei 180-210°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur des Bades in der zweiten Stufe bei 220-240°C liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine restliche Umwandlung in der zweiten Stufe durch eine Temperatursteigerung des Bades beschleunigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine restliche Umwandlung nach der zweiten Stufe durch Abkühlen des Werkstückes und Anlassen erfolgt.