DE1558685B2 - USE OF HIGH-STRENGTH STEELS AS A MATERIAL FOR ROLLER BEARINGS - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft die Verwendung hochfester die Herstellung von Zahnrädern, Stähle für Sicher-Stähle als Werkstoff mit verbesserter Bearbeitbarkeit heitsteile von Automobilen und Flugzeugen oder ganz für Kugellager, Nadellager und Walzenlager. allgemein Stähle, die einer Oberflächen- oder Gesamt-The invention relates to the use of high-strength gear wheels, steels for safety steels as a material with improved machinability integral parts of automobiles and airplanes or entirely for ball bearings, needle bearings and roller bearings. general steels that have a surface or overall

AIs Werkstoffe für Lager mit geringer Bean- behandlung bei Härten über 50 RC unterworfen spruchung wurden zum Teil schon Einsatzstähle mit 5 werden sollen und während ihres Einsatzes Wechseleinem Schwefelgehalt von weniger als 0,04% ver- beanspruchungen unterliegen, den in zahlreichen wendet (»Technische Baustähle« von Klinischer- Ländern geltenden Normen entsprechen müssen, die Kilger-Biegler, 1958, S. 339). Die USA.- die Zahl und Abmessung der darin enthaltenen nichtPatentschrift 2 079 907 beschreibt Stähle mit Schwefel- metallischen Einschlüsse begrenzen. So legen sie neben gehalten zwischen 0,025 und 0,5 %, die durch Schmie- io anderen Arten von Einschlüssen, die in Stählen, die den zu Nadeln verarbeitet werden können. nach üblichen oder speziellen Frischverfahren ge-As materials for bearings with low stress treatment at hardnesses over 50 RC , some case-hardening steels with 5 were already supposed to be and during their use are subject to a sulfur content of less than 0.04%, which is used in numerous (»Technical Structural steels «of clinical countries have to comply with applicable standards, the Kilger-Biegler, 1958, p. 339). The USA.- The number and dimensions of the non-patent specification 2 079 907 contained therein describes steels with sulfur-metallic inclusions. So they put in addition held between 0.025 and 0.5% that by Schmieio other types of inclusions, which in steels, which can be processed into needles. according to customary or special fresh processes

Für andere Stähle, nämlich Flußstahl oder halbharte wonnen wurden, enthalten sind, den Schwefelgehalt Stähle, die bei ihrer Verwendung geringe oder mittlere auf weniger als 0,05 %>. meist sogar weniger als 0,03 % Härten von beispielsweise weniger als 50 RC haben, international fest.For other steels, namely mild steel or semi-hard wrought, the sulfur content steels are included, which are low or medium to less than 0.05%> when used. mostly even have less than 0.03% hardnesses of, for example, less than 50 RC , internationally established.

wurde Schwefel in gewissen, die beim üblichen Frisch- 15 Es ist somit nicht überraschend, daß man bisher verfahren der Stahlgewinnung im Stahl verbleibenden davon Abstand genommen hat, bei der Herstellung Restgehalte übersteigenden und Werte von 0,1 % von hochfesten Stählen und bei Anwendungen, bei oder mehr erreichenden Mengen zugesetzt. Hierdurch denen Wechselbeanspruchungen auftreten, den Stählen werden Einschlüsse von Sulfiden des Eisens oder bewußt mehr oder weniger große Schwefelmengen seiner Begleit- oder Legierungselemente in den 20 zuzusetzen, um die vorstehend im Zusammenhang Stählen gebildet, die deren Bearbeitung erleichtern, mit Flußstahl und halbharten Stählen beschriebenen indem entweder die bei der Bearbeitung anfallenden Vorteile wahrzunehmen, die um so erwünschter sind, Späne brechen oder indem eine Schmierwirkung als diese hochfesten Stähle gerade wegen ihrer hohen durch das Schmelzen der Einschlüsse unter dem Ein- Härte schwierig spanabhebend zu verformen sind, fluß der an den Berührungsstellen zwischen Werkstück 25 Es wurde höchstens im Verlauf von Untersuchungen und Bearbeitungswerkzeug frei werdenden Wärme über den Einfluß verschiedener Arten von Einauftritt. Auf diese Weise kann die Bearbeitung mit Schlüssen auf die Wechselfestigkeit von Stählen festgeringerer Energie erfolgen, und es wird ein höheres, gestellt, daß die Sulfideinschlüsse harmlos und vom Werkzeug zwischen den aufeinanderfolgenden unschädlich in bezug auf die Wechselfestigkeit sind. Durchgängen abgehobenes Werkstoffgewicht erzielt. 30 Die Schwefelgehalte der untersuchten Stähle blieben Die mechanischen Eigenschaften der so behandelten hierbei jedoch in der Größenordnung der Werte, die Stähle reichen meist für die nicht sehr hohen An- bei den üblichen Frischverfahren erhalten werden, forderungen ihres Einsatzes aus. und wurden nicht bewußt über die international fest-was sulfur in certain, which in the usual fresh 15 It is therefore not surprising that one has hitherto The steelmaking process remaining in the steel has refrained from it in the manufacture Residual contents exceeding 0.1% of high-strength steels and in applications where or more amounts are added. As a result of which alternating loads occur, the steels become inclusions of sulphides of iron or deliberately more or less large amounts of sulfur of its accompanying or alloying elements in FIG. 20 to the above in connection Steels formed that facilitate their machining, described with mild steel and semi-hard steels by either taking advantage of the processing advantages, which are all the more desirable, Breaking chips or adding a lubricating effect than these high-strength steels precisely because of their high strength Due to the melting of the inclusions under the hardness, they are difficult to deform by cutting, flow of the at the points of contact between workpiece 25 It was at most in the course of investigations and machining tool heat released through the influence of various types of ingress. In this way, the machining can be done with conclusions on the fatigue strength of steels of fixed lower energy, and a higher one is made that the sulfide inclusions are harmless and of the tool between the successive ones are harmless in terms of fatigue strength. Passes lifted material weight achieved. 30 The sulfur content of the steels examined remained The mechanical properties of those treated in this way, however, are of the order of magnitude of the values that Steels are usually sufficient for the not very high quantities obtained in the usual fresh processes, demands of their commitment. and were not aware of the internationally

Aus dem »Handbuch der Sonderstahlkunde« von gelegte obere Grenze von 0,03 % erhöht. Houdremont, 1956, S. 1416, ist darüber hinaus 35 Der vorliegenden Erfindung lag nun die Aufgabe bekannt, weichen Chromstählen Schwefel in Mengen zugrunde, Stähle aufzufinden, die sich durch eine bis zu 0,35 % zuzusetzen, wobei allerdings die dadurch verbesserte Bearbeitbarkeit auszeichnen und bei ihrer gebildeten Einschlüsse für den Stahl bei starken Verwendung als Werkstoff für Kugellager, Nadelchemischen Angriffen korrosionstechnisch erhebliche lager und Walzenlager besondere Vorteile mit sich Nachteile mit sich bringen. 40 bringen. Es wurde festgestellt, daß diese AufgabeFrom the »Handbook of Special Steel Customers«, the upper limit set is increased by 0.03%. Houdremont, 1956, p. 1416, is also 35 The present invention was now the task known, soft chromium steels are based on sulfur in quantities, steels to be found that are through a to add up to 0.35%, although the resulting improved machinability and their Inclusions formed for the steel when heavily used as a material for ball bearings, needle chemical attacks, bearings and roller bearings that are significant in terms of corrosion and have particular advantages Bring disadvantages. 40 bring. It was found that this task

Darüber hinaus weiß man, daß die im Stahl ent- gelöst werden kann, wenn hochfeste Stähle verwendet haltenen nichtmetallischen Einschlüsse die mecha- werden, die aus 0,90 bis 1,15% Kohlenstoff, 0,50 nischen Eigenschaften, insbesondere die Wechsel- bis 2,00% Chrom, 0,05 bis 0,40% Schwefel, bis festigkeit beeinflussen. Diese Wirkung ist um so nach- 1,50% Mangan, bis 0,30 % Molybdän, bis 0,30 % teiliger, je höher die Härte dieser Stähle ist. Während 45 Vanadium, 0 bis 1,00 % Silicium, Rest Eisen und beispielsweise unterhalb einer Härte von etwa erschmelzungsbedingte Verunreinigungen bestehen, 100 kg/mm² die Ermüdungsgrenze der behandelten bevorzugt Stähle mit 0,05 bis 0,15% Schwefel. Baustähle in der Größenordnung von etwa 50% Dieser Schwefelgehalt in den erfindungsgemäß zuIn addition, it is known that the non-metallic inclusions retained in the steel can be detached when high-strength steels are used 2.00% chromium, 0.05 to 0.40% sulfur, will affect strength. This effect is more partial - 1.50% manganese, up to 0.30% molybdenum, up to 0.30%, the higher the hardness of these steels. While 45 vanadium, 0 to 1.00% silicon, the remainder iron and, for example, below a hardness of about melting-related impurities exist, 100 kg / mm ^{2 is} the fatigue limit of the treated steels with 0.05 to 0.15% sulfur. Structural steels in the order of about 50% This sulfur content in the according to the invention too

ihrer üblichen Bruchlast bleibt, nimmt dieses Ver- verwendenden Stählen, die eine in der Masse oder hältnis von Ermüdungsgrenze/Bruchlast bei höheren 50 örtlich durch thermische und/oder chemische Behänd-Härtewerten schnell ab. Oberhalb eines bestimmten lung erzielte Härte über 50 RC aufweisen, wird durch Wertes kann sogar ein Absinken der Ermüdungs- Zugabe von Schwefel zum Stahl nach dem Frischen grenze bei steigenden Härten festgestellt werden. und nach der Desoxydation erzielt. Diese Erscheinung wird im allgemeinen mit im Stahl Durch den Schwefelzusatz in den genannten MengenTheir usual breaking load remains, these steels that use one in the mass or ratio of fatigue limit / breaking load at higher 50 locally quickly decrease due to thermal and / or chemical handling hardness values. If the hardness achieved above a certain value is above 50 RC , a value can even be used to determine a decrease in the fatigue-adding sulfur to the steel after the refining limit with increasing hardness. and obtained after deoxidation. This phenomenon is generally associated in steel with the addition of sulfur in the amounts mentioned

vorhandenen nichtmetallischen Einschlüssen erklärt, 55 wird in den erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen die insbesondere dann, wenn ihre Haftung an dem sie nun nicht nur die Bearbeitbarkeit verbessert, sondern umgebenden Metall gering oder gleich Null ist, auch die Dauerfestigkeit und Wechselfestigkeit, d. h., Ausgangspunkte für Brüche und Risse darstellen. diese Stähle sind besonders ermüdungsfest. Es ist Die Ansicht findet ihre Stütze darin, daß diese Er- überraschend, daß diese Ermüdungsgrenze deutlich scheinungen sehr stark nachlassen, wenn die Stähle 60 steigt, wenn der Schwefelgehalt 0,05% übersteigt, im Vakuum unter Bedingungen verhüttet werden, die Diese Verbesserung bleibt bis zu Schwefelgehalten zu einer erheblichen Verringerung der Anzahl nicht- in der Größenordnung von 0,40 % erhalten, metallischer Einschlüsse führen. Zum Vergleich der Eigenschaften eines üblichenExisting non-metallic inclusions are explained, 55 is in the steels to be used according to the invention especially when their adhesion to which they now not only improves the workability, but surrounding metal is low or equal to zero, also the fatigue strength and fatigue strength, i.e. H., Present starting points for breaks and cracks. these steels are particularly fatigue-resistant. It is The view finds its support in the fact that this surprising, that this fatigue limit is clear phenomena decrease very sharply when the steels 60 increases, when the sulfur content exceeds 0.05%, be smelted in a vacuum under conditions that this improvement remains up to sulfur contents to a significant reduction in the number not received - of the order of 0.40%, lead to metallic inclusions. To compare the properties of a common

Dies hat dazu geführt, daß allgemein Baustähle, Kugellagerstahls (A) und eines erfindungsgemäß zu die bei hoher Härte bearbeitet werden sollen, und 65 verwendenden verbesserten Kugellagerstahls (B) sogenannte, hochfeste Stähle als Werkstoff beispiels- wurden zwei Blöcke von 2 t unter den gleichen Beweise zum Herstellen von Kugellagern, Nadellagern dingungen hergestellt. Diese Blöcke hatten folgende und Walzenlagern sowie einsatzgehärtete Stähle für Analysenwerte:This has resulted in structural steels, ball bearing steel (A) and one according to the invention in general which are to be machined at high hardness, and 65 using improved ball bearing steel (B) So-called, high-strength steels as a material, for example, were two blocks of 2 t under the same evidence conditions for the manufacture of ball bearings, needle roller bearings. These blocks had the following and roller bearings as well as case-hardened steels for analysis values:

A. C 1%A. C 1%

Cr 1,5%Cr 1.5%

Fe und Verunreinigungen RestFe and impurities rest

Die quantitative Bestimmung des vorhandenen S ergab 0,008%.The quantitative determination of the S present showed 0.008%.

B. C 1%B. C 1%

Cr 1,5%Cr 1.5%

S 0,102% (bewußterS 0.102% (more conscious

Zusatz von Eisensulfid nach dem
Frischen und nach
der Desoxydation)Addition of iron sulfide after
Fresh and after
deoxidation)

Fe und Verunreinigungen RestFe and impurities rest

Dauerschwingversuche wurden mit Moore-Prüfkörpern aus diesen beiden Stahlqualitäten durchgeführt. Diese Prüfkörper hatten die übliche Hantelfonn. Der Moortest ist ein Dauerdrehbiegetest. Die Prüfkörper werden durch ein Gewicht P mit Hilfe eines ao Motors, der 10 000 UpM macht, gebogen. Jede äußere Faser der Probe wird dabei abwechselnd zusammengedrückt (wenn sie oben ist) und gespannt (wenn sie unten ist), wobei sie somit 10 OOOmal pro Minute einem Ermüdungszyklus unterworfen wird. Für jeden P-Wert werden zehn Proben geprüft. Der P-Wert wird allmählich verringert, bis die Hälfte der geprüften Proben 100 Millionen Zyklen vor dem Bruch erreicht.Fatigue tests were carried out with Moore test specimens made from these two steel grades. These test specimens had the usual dumbbell shape. The peat test is a permanent torsional bending test. The test pieces are bent by a weight P with the aid of an ao motor making 10,000 rpm. Each outer fiber of the sample is alternately compressed (when it is up) and tensioned (when it is down), thus being subjected to a fatigue cycle of 10,000 times per minute. Ten samples are tested for each P value. The P- value is gradually decreased until half of the samples tested reach 100 million cycles before breakage.

Die Prüfkörper wurden vor diesen Versuchen einer Ölhärtung unterworfen, nachdem sie 20 Minuten in einem Salzbad bei 850° C gehalten und dann innerhalb einer Stunde wieder auf 170° C gebracht worden waren. Durch diese Behandlung wurde ihnen eine Härte von etwa 62 RC verliehen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind durch die Wöhlerkurven entsprechend A und B in der Abbildung dargestellt. Man sieht, daß die Steigerung der Ermüdungsgrenze bei einer Wechselzahl von 10⁸ beim Stahl (B) im Vergleich zum Stahl (A) mehr als 6 kg/mm² beträgt. Diese Verbesserung gilt sowohl in Querrichtung als auch in Längsrichtung der Prüfkörper.Before these tests, the test specimens were subjected to oil hardening after they had been kept in a salt bath at 850 ° C. for 20 minutes and then brought back to 170 ° C. within one hour. This treatment gave them a hardness of about 62 RC . The results of these tests are shown by the Wöhler curves corresponding to A and B in the figure. It can be seen that the increase in the fatigue limit with an alternation number of 10 ⁸ for steel (B) compared to steel (A) is more than 6 kg / mm ² . This improvement applies both in the transverse direction and in the longitudinal direction of the test specimens.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verwendung hochfester Stähle, bestehend aus 0,90 bis 1,15 % Kohlenstoff, 0,50 bis 2,00 % Chrom, 0,05 bis 0,40% Schwefel, bis 1,50% Mangan,bis 0,30% Molybdän, bis 0,30% Vanadium, 0 bis 1,00 % Silizium, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen als Werkstoff mit verbesserter Bearbeitbarkeit für Kugellager, Nadellager und Walzenlager.1. Use of high-strength steels, consisting of 0.90 to 1.15% carbon, 0.50 to 2.00% chromium, 0.05 to 0.40% sulfur, up to 1.50% manganese, up to 0.30% molybdenum, up to 0.30% vanadium, 0 to 1.00% silicon, the remainder iron and impurities from the melting process as a material with improved Machinability for ball bearings, needle roller bearings and roller bearings. 2. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 mit 0,05 bis 0,15% Schwefel für den Zweck nach Anspruch 1.2. Use of a steel according to claim 1 with 0.05 to 0.15% sulfur for the purpose according to Claim 1. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings