DE4137118A1 - Kaltband zur herstellung praezisions-tiefgezogener, einsatzgehaerteter bauteile, insbesondere waelzlager- und motorenteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kaltband zur Herstellung präzisions-tiefge­ zogener, einsatzgehärteter Bauteile, insbesondere Wälzlager- und Motorenbauteile, bei denen ein Kernmaterial wenigstens einseitig mit einem Auflagematerial walzplattiert ist.

An den Werkstoff für gezogene, insbesondere präzisions-tiefgezogene Bauteile werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Tiefziehfähigkeit und der Härtbarkeit gestellt. So soll das Kaltband eine niedrige Zugfestigkeit und Streckgrenze, eine hohe Bruchdehnung und einen günstigen Kaltumformungskoeffizienten aufweisen und möglichst nicht zur Zipfelbildung neigen. Gleichzeitig muß der Werkstoff eine hinrei­ chende Härtbarkeit besitzen, so daß beim Einsatzhärten des Bauteiles die geforderte Härte und ein günstiges Maßverhalten erreicht wird. Das Einhalten einer konstanten gleichmäßigen Maßänderung während des Einsatzhärtens ist ein weiteres Kriterium für den Werkstoff.

Gute Tiefziehfähigkeit und gute Härtbarkeit sind jedoch in der Regel einander entgegenstehende Anforderungen an handelsübliche Stahlwerk­ stoffe bzw. Kaltbänder. Üblicherweise werden deshalb tiefziehfähige Stähle verwendet, die zum Härten aufwendigen Prozessen untworfen werden müssen (Einsatzhärtung). Diese Härteprozesse haben insbesondere den Nachteil sehr langer Verweildauer im Einsatzhärteofen und es sind in der Regel Finishbehandlungen notwendig.

Wird zusätzlich eine rostgeschützte äußere Oberfläche benötigt, dann ist eine weitere Oberflächenbehandlung, beispielsweise das Abscheiden einer galvanischen Schicht erforderlich.

Es ist bereits bekannt, Kaltband ein- oder beidseitig mit einem Aufla­ gematerial zu plattieren. Diese Plattierung, in der Regel Tombak, dient jedoch dazu, die Gleiteigenschaften des Kaltbandes in der Tief­ ziehmatrize zu verbessern, vor Rost zu schützen oder zum Herstellen von Münzen.

In anderen Anwendungen werden Kaltbänder einseitig z. B. mit Aluminium plattiert, um die Korrosionsbeständigkeit des fertigen Bauteiles zu verbessern. In keinem Fall ändern diese Plattierungen des Kaltbandes die Werkstoffeigenschaften hinsichtlich Härtbarkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein plattiertes Kaltband zur Herstellung tiefgezogener Bauteile zu schaffen, welches hinsicht­ lich der Tiefziehfähigkeit und der Härtbarkeit an der Oberfläche sowie der Dauerbiegewechselfestigkeit und der Verschleißfestigkeit optimiert ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Kernmaterial aus einem kohlenstoffarmen Band und das Auflagematerial aus einem kohlen­ stofferhöhtem Kalt- oder Warmband besteht, so daß Kern- und Auflagema­ terial unterschiedliche, einander ergänzende physikalische und chemi­ sche Eigenschaften aufweisen, insbesondere hinsichtlich der Tiefzieh­ fähigkeit, der Härtbarkeit und somit der Dauerbiegewechselfestigkeit und der Verschleißfestigkeit.

Durch die Plattierung eines Stahlbandes mit einem Band, welches zum Kernmaterial unterschiedliche Eigenschaften aufweist, entsteht nicht, wie zu vermuten, ein Band, dessen spezifische Eigenschaften wie Tief­ ziehfähigkeit oder dergleichen durch die Summierung der einzelnen Materialschichten bestimmt ist, sondern durch einen Synergieeffekt beeinflussen sich die Werkstoffe gegenseitig, so daß insbesondere die Umformeigenschaften des plattierten Kaltbandes für die erforderlichen Hertstellbedingungen vorteilhaft sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kaltbandes, das insbesondere zur Herstellung hochbeanspruchter Wälzlager- und Moto­ renteile eingesetzt werden kann, besteht darin, daß das Kernmaterial aus einem gut tiefziehfähigen Stahl besteht, während das Auflagemate­ rial eine hohe Härtbarkeit aufweist. Nach dem Tiefziehen des Kaltban­ des zum endgültigen Bauteil kann dieses einer Wärmebehandlung bzw. einer Härtung unterworfen werden. Die Einhärtetiefe ist dabei durch die Schichtdicke des Auflagematerials vorbestimmt. In vorteilhafter Weise erfolgt eine sehr rasche Kohlenstoffdiffusion von C-reichen in den C-armen Werkstoffbereich, so daß eine weiche Übergangshärtezone (Kohlenstoffübergangszone) ähnlich wie beim Einsatzhärten erreicht wird. Gleichzeitig wird ein insgesamt günstiger Eigenspannungsverlauf erreicht. Aus derartigem Kaltband hergestellte Bauteile erfüllen demnach die höchsten Anforderungen an eine definierte Einhärtetiefe bei gleichzeitiger Zähigkeit im Kern, mit extrem kurzer Wärmebehand­ lungszeit z. B. in Sekunden wenn geeignete Verfahren wie Induktiver­ wärmung oder Laserhärtetechnik angewandt werden.

Vorzugsweise beträgt bei diesem erfindungsgemäßen Kaltband die Schichtdicke des Auflagematerials 3 bis 20% der Gesamtdicke des fertigen Kaltbandes. In besonderer Weise sind für ein derartiges Kaltband als Kernmaterial Stähle mit einem C-Gehalt von 0,02 bis 0,25% C geeignet. Als Auflagematerial werden Stähle mit einem C-Gehalt von 0,45 bis 1,51% bevorzugt eingesetzt, wobei der Gesamtlegierungsanteil wie Mn, Cr, Ni, Mo bis zu 10% liegen kann.

Weitere Ausführungen sehen vor, daß das Auflagematerial besondere Eigenschaften hinsichtlich der Verbindung des Bauteils mit anderen Bauteilen oder der Beanspruchung durch Umgebungseinflüsse erfüllt. Eine dieser Bedingungen ist eine gute Schweißbarkeit des Auflagemate­ rials bzw. der Komponente, das heißt erst durch die Plattierung mit einem schweißbaren Material erhalten derartige Bauteile dann gute Schweißeigenschaften, die prozeßsicher beherrscht werden.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, daß das Kaltband zusätzlich mit einer die Gleiteigenschaften während des Tiefziehens und/oder die Korrosionsbeständigkeit erhöhenden weiteren Auflage­ schicht versehen wird. Hierzu ist insbesondere Tombak geeignet. In einer letzten Kalibrierstufe des Tiefziehvorganges kann diese Schutz­ schicht partiell vom Tiefziehteil entfernt werden, so daß nur an vorgesehenen Stellen eine derartige Schicht am fertigen Bauteil erhal­ ten bleibt. Das in der Tombak enthaltene Kupfer bleibt aufgrund seiner Temperaturbeständigkeit auch nach der Wärmebehandlung erhalten.

Da diese Tombak- oder Kupferschicht außen die Aufkohlung verhindert, ist es möglich, ohne kostenaufwendige partiell induktive Erwärmung beispielsweise einen gezogenen Bord zu bördeln, was einen besonders wirtschaftlichen Vorteil bietet. Auch der sonst nötige Rostschutz mittels galvanisch aufgebrachter Schichten wird durch diese Michtei­ senmetallschicht ersetzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 zeigt einen Wälzlagerring aus erfindungsgemäßem Kalt­ band;

Fig. 2 zeigt im Querschnitt eine vergrößerte Darstellung des Materials mit dem vorliegenden Eigenspannungs- und Härteverlauf entsprechend dem eingekreisten Bereich in Fig. 1 und

Fig. 3 zeigt eine Wälzlagerbüchse aus beidseitig plattiertem Kaltband.

Die Fig. 1 zeigt einen Wälzlagerlaufring 1, an den erhöhte Anforde­ rungen hinsichtlich der Randhärte Bauteilzähigkeit gestellt sind. In dem vergrößerten Ausschnitt nach Fig. 2 ist der Schichtenaufbau des Bauteiles erkennbar, das Kernmaterial 2 besteht aus Ck 15, das auf beiden Seiten des Kernmaterials aufplattierte Auflagematerial 3 aus 16 MnCr 5. Nach dem Einsatzhärten 4 ergibt sich der schematisch darge­ stellte Härte- und Eigenspannungsverlauf 5 und 6. Durch die Plattie­ rung des Kernmaterials 2 ist ein abgestufter, günstiger Härteverlauf mit ebenso charakterisiertem Eigenspannungsverlauf entstanden, so daß gleichzeitig dieses Werkstoffverbundsystem eine gesteigerte Zähigkeit für das Bauteil darstellt.

Fig. 3 zeigt eine Wälzlagerbüchse, die aus beidseitig plattiertem Kaltband hergestellt wurde. Als Kernmaterial 2 wurde St4 eingesetzt. Die die Laufbahn tragende Seite wurde als Härteschicht mit CK 67 3.1 plattiert und die der Laufbahn gegenüberliegende Seite mit Tombak 3.2. Wahlweise kann statt dem aufplattiertem CK 67 auch das Kernmaterial ohne Plattierung zum Einsatzhärten verwendet werden. Dann wird durch die aufplattierte Tombakschicht 3.2 die Aufkohlung der der Laufbahn gegenüberliegenden Seite verhindert. So ist es möglich, ohne induktive Erwärmung den gezogenen Bord kostengünstig kalt zu bördeln. Auch der sonst notwendige Rostschutz mittels galvanisch abgeschiedener Zink­ schichten und gelbchromatierter Überzüge ist durch die genannte Kup­ ferlegierung nicht mehr erforderlich, d. h. es wird durch die vor­ geschlagene Lösung ein Beitrag zur Minimierung der Umweltbelastung geleistet.

Bezugszahlenliste

1 Wälzlagerlaufring
2 Kernmaterial
3, 3.1, 3.2 Auflagematerial
4 Einhärtetiefe (Eht)
5 Härteverlauf
6 Eigenspannungsverlauf

Claims (8)

1. Kaltband zur Herstellung präzisions-tiefgezogener, einsatzgehärte­ ter Bauteile, insbesondere Wälzlager- und Motorenteile, bei denen ein Kernmaterial (2) wenigstens einseitig mit einem Auflagematerial (3) walzplattiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial (2) durch ein Warm- oder Kaltband gebildet ist, und das Auflagematerial (3) aus einem Kalt- oder Warmband besteht, wobei Kern- und Auflagema­ terial (2, 3) unterschiedliche, einander unterstützende physikalische und chemische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Tiefziehfä­ higkeit, der Härtbarkeit, der Dauerbiegewechselfestigkeit und der Verschleißfestigkeit aufweisen.

2. Kaltband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmate­ rial (2) eine hohe Tiefziehfähigkeit und das Auflagematerial (3) eine gute Härtbarkeit, hohe Verschleißfestigkeit aufweist.

3. Kaltband nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmate­ rial (2) aus einem Stahl mit 0,05 bis 0,25% Kohlenstoff und das Auflagematerial (3) aus einem Stahl mit 0,15 bis 1,10% Kohlenstoff besteht.

4. Kaltband nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Auflagematerials (3) 3 bis 20% der Gesamtdicke des Kaltbandes beträgt.

5. Kaltband nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband zur Herstellung von Wälzlagerringen (1) verwendet wird.

6. Kaltband nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Auflagematerial (3) auf der einen Seite des Kernma­ terials (2) aus härtbarem Stahl und auf der anderen Seite des Kernma­ terials (2) aus einer kupferhaltigen, rostschützenden Legierung be­ steht.

7. Kaltband nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als kupfer­ haltige Legierung Tombak eingesetzt wird.

8. Kaltband nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmate­ rial (2) einseitig mit einem Auflagematerial in Form einer 0,05 bis 0,20 mm starken Kupferlegierung versehen ist.