WO2006013055A1 - Verfahren zur wärmebehandlung von werkstücken aus stahl - Google Patents

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WO2006013055A1
WO2006013055A1 PCT/EP2005/008170 EP2005008170W WO2006013055A1 WO 2006013055 A1 WO2006013055 A1 WO 2006013055A1 EP 2005008170 W EP2005008170 W EP 2005008170W WO 2006013055 A1 WO2006013055 A1 WO 2006013055A1
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WO
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workpieces
annealing
heat treatment
steel
thermochemical diffusion
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Wolfgang Nierlich
Johann Volkmuth
Ulf Sjöblom
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Ab Skf
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for heat treatment of steel workpieces.
  • Processes for heat treatment of steel workpieces are known in many designs.
  • the heat treatment serves in particular to increase the hardness of the workpieces.
  • the nature of the heat treatment has great influence on the properties of the workpieces, so that the choice of a suitable heat treatment process, in addition to the choice of a suitable composition of the steel, is essential for the service life of the workpieces. This is particularly true for workpieces that have to meet high quality requirements and are exposed to high stresses over a long service life. In such workpieces, the quality can be very sensitive to the details of the heat treatment.
  • Very high quality requirements are linked, for example, to rolling bearing parts. These quality requirements relate in particular to the strength, the service life and the structural stability against aging.
  • the heat treatment is aimed at the finest possible and uniform distribution of carbides, carbonitrides or nitrides in the surface layer. Such a carbide distribution can already be achieved to a good approximation with a method disclosed in EP 0 999 287 A1.
  • a heat treatment of steel workpieces by hardening is proposed, in which the workpieces are annealed before curing during an annealing period of up to 120 seconds and then cooled. The annealing is carried out at an annealing temperature of 1000 0 C to a maximum of just below the melting point of the steel.
  • the workpieces can be austenitized and then quenched, for example, in a salt bath, ie, a martensite hardening can be carried out.
  • the invention is based on the invention of designing a heat treatment of steel workpieces such that a thermodynamically stable structure is formed in the treated workpieces and the workpieces withstand high mechanical stresses over a long period of time.
  • the workpieces are subjected to a thermochemical diffusion process. Furthermore, the workpieces are exposed to at least one annealing treatment, which extends over a period of up to 120 seconds and is carried out at an annealing temperature which is at least 1000 0 C and reaches at most tightly below the melting point of the workpieces. In addition, the workpieces are hardened or bainitized.
  • the invention has the advantage that the accordingly treated workpieces have a very ' long life. In particular, they have a homogeneous microstructure that is thermodynamically more stable than without this treatment.
  • the surface layer of the workpieces contains very fine carbides in a uniform distribution, so that Voltage peaks can be reduced, which can occur on coarse, larger carbides. Due to the short annealing time, the heat treatment according to the invention is very economical.
  • thermochemical diffusion process and the annealing treatment before the actual curing and the thermochemical diffusion process are preferably carried out before the annealing.
  • the thermochemical diffusion method not only the carbides present in the starting material but also the carbides, carbonitrides or nitrides formed during the thermochemical diffusion process are uniformly distributed in the surface layer of the workpieces and their number significantly increased. This in turn leads to a reduction of local stress peaks and to a more homogeneous distribution of these structural constituents.
  • the thermochemical diffusion method is, for example, carburizing, carbonitriding, nitrocarburizing, nitriding or a combination of these methods. Other diffusion methods or diffusing elements are also possible.
  • the annealing treatment can be composed of a heating phase and a holding phase, wherein the workpieces are heated in the warming phase, so that they reach the annealing temperature at least in some areas and are annealed in the holding phase between 0.5 seconds and 100 seconds at the annealing temperature. This process can be repeated several times.
  • the workpieces are preferably heated by means of electromagnetic induction or with the aid of a laser. As a result, a great deal of heat energy can be transferred to the workpieces per unit time, so that very short heating phases can be realized. In particular, the workpieces are each only in their Edge zones annealed.
  • thermochemically treated parts or bainitization In the context of the heat treatment according to the invention, it is optionally possible to carry out curing of the thermochemically treated parts or bainitization. Hardening enables relatively short process times and low energy consumption. By bainitizing the workpieces can be given a particularly high toughness, so that they withstand large Wälzbelastept over a long period.
  • the workpieces are preferably made of bearing steel, in particular according to DIN EN ISO 683-17.
  • the heat treatment according to the invention can be used, for example, for workpieces which are designed as rolling bearing components, in particular as rolling bearing rings.
  • Rolling elements z. B. are designed as rollers or balls, but can also be treated.
  • the figure shows a schematic temperature-time diagram for illustrating a first embodiment of the heat treatment according to the invention.
  • On the abscissa is the time, plotted on the ordinate the workpiece temperature.
  • the workpieces in which the heat treatment is carried out consist of a bearing steel according to the standard DIN EN ISO 683-17, in particular of a hardening, low-alloy bearing steel.
  • the temperature profile exemplified in the figure refers to the heat treatment of workpieces made of a steel with the designation lOOCr ⁇ .
  • This steel contains, by mass, 0.93 to 1.05% carbon, 1.35 to 1.60% chromium, 0.25 to 0.45% manganese, 0.15 to 0.35% silicon and bis to 0.1% molybdenum.
  • the maximum phosphorus content is 0.025%, the maximum sulfur content 0.015%.
  • due to the production still small amounts of other elements may be included.
  • the workpieces are subjected to a mechanical soft machining, by which the workpieces are brought into a desired shape. This form can still deviate from the final shape of the workpieces by additions for further mechanical processing after the heat treatment.
  • the heat treatment begins with the workpieces being heated to a temperature intended for carrying out a thermochemical diffusion process.
  • the height of the temperature depends on the type of thermochemical diffusion process.
  • a carburizing or carbonitriding which in the figure with C / CN at significantly higher temperatures than nitrocarburizing or nitriding, which is designated in the figure as NC / N.
  • NC / N nitrocarburizing or nitriding
  • the workpieces are usually kept constant for a given time at the respective intended temperature. During this time, for example, carbides, carbonitrides or nitrides are formed in the surface layer of the workpieces. After the specified time, the workpieces are cooled to room temperature.
  • the annealing temperature is at least about 1000 0 C. Preferably come annealing temperatures from 1000 to 1200 0 C for use. In the diagram shown, the annealing temperature is 1100 0 C.
  • the Anicaraiphase lasts a maximum of 20 seconds.
  • the annealing temperature is usually achieved only in the edge zones of the workpieces.
  • the heating can be carried out in particular by electromagnetic induction, for example at a frequency of about 0.1 to 0.3 MHz or by means of a laser.
  • the workpieces are held at the annealing temperature.
  • the holding phase lasts about 0.5 to 100 seconds. In order to keep unwanted effects such as grain growth, scaling and decarburization within a reasonable range, the holding phase should be as short as possible. It is also possible, this annealing under a protective gas atmosphere, for. B. under nitrogen, perform.
  • the annealing produces a very fine edge structure in the workpieces.
  • the workpieces are cooled in air or at least to T ⁇ 550 ° C. under nitrogen, for example to room temperature. Thereafter, the workpieces are brought to Austenitmaschinestemperatur, which is typically about 820 to 900 0 C and held during a austenitizing period at this temperature. The previous annealing allows a relatively short duration of austenitizing because the partial dissolution of the carbides present is faster due to their fineness. In the illustrated embodiment, the Austenitmaschinesdauer is about 20 minutes. Then the workpieces are quenched, for example in a salt bath, so that hardening takes place.
  • the workpieces are tempered with the workpieces heated to a tempering temperature and held for a predetermined time. Finally, the workpieces are cooled back to room temperature.
  • the tempering can also be done in the manner described in DE 407 487 C2.
  • bainitization may be performed instead of curing.
  • the workpieces are quenched to a temperature just above the martensite starting point and kept at this temperature for a period of time, typically a few hours, until a sufficient transformation of the austenite into bainite has taken place.
  • the bainitization is carried out at a temperature of about 220 to 250 0 C.
  • internal compressive stresses are generated in the workpieces and thereby improving the durability of the workpieces even under high loads.
  • the toughness of the workpieces is improved compared to hardening.
  • the mixture is cooled to room temperature.
  • a partial Bainitumwandlung, as described in DE 198 49 681 C 1, is also advantageously possible.
  • thermochemical diffusion method As an alternative to the sequence shown in the figure, it is also possible to carry out the annealing before the thermochemical diffusion method.
  • This is a second embodiment of the heat treatment according to the invention.
  • the treated workpieces agree with respect to the material and the previous processing with the first embodiment and also the individual treatment steps that make up the heat treatment are each carried out in an analogous manner. However, these treatment steps are performed in a changed order. This manifests itself already in the first treatment step, which consists in the second embodiment that the workpieces are annealed.
  • thermochemical diffusion process After annealing and subsequent cooling of the workpieces, the thermochemical diffusion process is carried out. Since the thermochemical diffusion process is performed only after annealing, only the carbides already present in the starting material are partially dissolved and finely divided during annealing. The resulting in the thermochemical diffusion process, for example, carbides, carbonitrides or nitrides are not distributed as finely as is the case in the first embodiment of the heat treatment according to the invention.
  • the workpieces After the thermochemical diffusion process, the workpieces are cooled again and it then follows Austenitizing followed by hardening, bainitizing or partial bainitic ZMartens Zealandmaschinetung. After hardening, the workpieces are tempered. Even after the partial bainitizing a tempering can be performed.
  • the workpieces treated in this way differ from workpieces which have been treated according to the first exemplary embodiment of the process according to the invention, in particular with regard to the size and distribution of the carbonitrides or nitrides and also of the carbides, provided they have been formed by the thermochemical diffusion process.
  • a finer and more homogeneous distribution is present in each case than in the second embodiment.
  • the workpieces which are subjected to the heat treatment according to the invention are, for example, rolling bearing components, in particular rolling bearing rings.
  • the heat treatment according to the invention can also be used in other workpieces.
  • other steels can be used instead of 100Cr6. Both higher alloyed through hardening steels and case hardening steels are suitable. It can also be used tempered steels.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl. Dabei werden die Werkstücke einem thermochemischen Diffusionsverfahren unterzogen. Weiterhin werden die Werkstücke wenigstens einer Glühbehandlung ausgesetzt, die sich über einen Zeitraum von bis zu 120 Sekunden erstreckt und bei einer Glühtemperatur durchgeführt wird, die wenigstens 1000 °C beträgt und bis maximal dicht unter den Schmelzpunkt der Werkstücke reicht. Außerdem werden die Werkstücke gehärtet oder bainitisiert.

Description

B e s c h r e i b u n g
Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl.
Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Die Wärmebehandlung dient insbesondere der Erhöhung der Härte der Werkstücke. Dabei hat die Art der Wärmebehandlung großen Einfluss auf die Eigenschaften der Werkstücke, so dass die Wahl eines geeigneten Wärmebehandlungsverfahrens, neben der Wahl einer geeigneten Zusammensetzung des Stahls, von wesentlicher Bedeutung für die Gebrauchsdauer der Werkstücke ist. Dies gilt im besonderen Maße für Werkstücke, die hohe Qualitätsanforderungen erfüllen müssen und über eine lange Einsatzzeit hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Bei derartigen Werkstücken kann die Qualität sehr empfindlich von den Details der Wärmebehandlung abhängen.
Sehr hohe Qualitätsanforderungen werden beispielsweise an Wälzlagerteile geknüpft. Diese Qualitätsanforderungen beziehen sich insbesondere auf die Festigkeit, die Gebrauchsdauer und die Gefügestabilität gegen Alterung. Um die Qualitätsanforderungen erfüllen zu können, wird durch die Wärmebehandlung eine möglichst feine und gleichmäßige Verteilung von Carbiden, Carbonitriden oder Nitriden in der Randschicht angestrebt. Eine derartige Carbid- Verteilung lässt sich mit einem in der EP O 999 287 Al offenbarten Verfahren bereits in guter Näherung erreichen. Dort wird eine Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl durch Härten vorgeschlagen, bei der die Werkstücke vor dem Härten während einer Glühdauer von bis zu 120 Sekunden geglüht und anschließend abgekühlt werden. Das Glühen erfolgt bei einer Glühtemperatur von 1000 0C bis maximal dicht unter dem Schmelzpunkt des Stahls. Zum Härten können die Werkstücke austenitisiert und anschließend beispielsweise in einem Salzbad abgeschreckt werden, d. h. es kann eine Martensit- Härtung durchgeführt werden.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl so zu gestalten, dass bei den behandelten Werkstücken ein thermodynamisch stabiles Gefüge ausgebildet wird und die Werkstücke über einen langen Zeitraum hohen mechanischen Belastungen Stand halten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfmdungsgemäßen Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl werden die Werkstücke einem thermochemischen Diffusionsverfahren unterzogen. Weiterhin werden die Werkstücke wenigstens einer Glühbehandlung ausgesetzt, die sich über einen Zeitraum von bis zu 120 Sekunden erstreckt und bei einer Glühtemperatur durchgeführt wird, die wenigstens 1000 0C beträgt und bis maximal dicht unter den Schmelzpunkt der Werkstücke reicht. Außerdem werden die Werkstücke gehärtet oder bainitisiert.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die demgemäss behandelten Werkstücke eine sehr'hohe Lebensdauer haben. Insbesondere weisen sie ein homogenes Gefüge auf, das thermodynamisch stabiler ist, als ohne diese Behandlung. Die Randschicht der Werkstücke enthält sehr feine Carbide in gleichmäßiger Verteilung, so dass Spannungsspitzen reduziert werden, die an groben, größeren Carbiden auftreten können. Durch die kurze Glühdauer ist die erfindungsgemäße Wärmebehandlung sehr wirtschaftlich.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden das thermochemische Diffusionsverfahren und die Glühbehandlung vor dem eigentlichen Härten und das thermochemische Diffusionsverfahren vorzugsweise vor dem Glühen durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass das Gefüge der Werkstücke vor dem Härten homogenisiert wird. Bei einem Glühen nach dem thermochemischen Diffusionsverfahren werden nicht nur die im Ausgangsmaterial vorhandenen Carbide, sondern auch die bei dem thermochemischen Diffusionsverfahren entstehenden Carbide, Carbonitride oder Nitride gleichmäßig in der Randschicht der Werkstücke verteilt und ihre Anzahl deutlich erhöht. Dies führt wiederum zu einem Abbau von lokalen Spannungsspitzen und zu einer homogeneren Verteilung dieser Gefügebestandteile. Welche der genannten Stoffe jeweils vorhanden sind, hängt von der Art des thermochemischen Diffusionsverfahrens ab. Bei dem thermochemischen Diffusionsverfahren handelt es sich beispielsweise um ein Aufkohlen, Carbonitrieren, Nitrocarburieren, Nitrieren oder eine Kombination dieser Verfahren. Andere Diffusionsverfahren bzw. eindiffundierende Elemente sind ebenfalls möglich.
Die Glühbehandlung kann sich aus einer Anwärmphase und einer Haltephase zusammensetzen, wobei die Werkstücke in der Anwärmphase erwärmt werden, so dass sie wenigstens bereichsweise die Glühtemperatur erreichen und in der Haltephase zwischen 0,5 Sekunden und 100 Sekunden bei der Glühtemperatur geglüht werden. Dieser Vorgang kann mehrfach wiederholt werden. Die Werkstücke werden vorzugsweise mittels elektromagnetischer Induktion oder mit Hilfe eines Lasers erwärmt. Dadurch lässt sich jeweils sehr viel Wärmeenergie pro Zeiteinheit auf die Werkstücke übertragen, so dass sehr kurze Anwärmphasen realisierbar sind. Insbesondere werden die Werkstücke jeweils lediglich in ihren Randzonen geglüht. Dies hat den Vorteil, dass ein Erwärmen der Randzonen sehr schnell und wirtschaftlich durchführbar ist und es bei vielen Anwendungsgebieten der Werkstücke ausreichend ist, diese mit einer widerstandfähigen Oberfläche auszustatten. Nach dem Glühen können die Werkstücke in Luft abgekühlt werden. Zur Vermeidung von Oxidation bzw. Entkohlung ist es auch möglich, die Werkstücke in einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere in Stickstoff, zu glühen und/oder wenigstens partiell abzukühlen.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung kann wahlweise eine Härten der thermochemisch behandelten Teile oder eine Bainitisierung durchgeführt werden. Das Härten ermöglicht relativ kurze Prozesszeiten und einen niedrigen Energieeinsatz. Durch das Bainitisieren kann den Werkstücken eine besonders hohe Zähigkeit verliehen werden, so dass diese über einen langen Zeitraum großen Wälzbelastungen Stand halten.
Die Werkstücke sind vorzugsweise aus Wälzlagerstahl, insbesondere nach DIN EN ISO 683-17, gefertigt. Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung kann beispielsweise bei Werkstücken eingesetzt werden, die als Wälzlagerbauteile, insbesondere als Wälzlagerringe, ausgeführt sind. Wälzkörper, die z. B. als Rollen oder Kugeln ausgebildet sind, können aber ebenso behandelt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Die Figur zeigt ein schematisiertes Temperatur-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung. Auf der Abszisse ist die Zeit, auf der Ordinate die Werkstücktemperatur aufgetragen. Aus Gründen der Anschaulichkeit ist der Kurvenverlauf in einer abstrahierten Form wiedergegeben und bereichsweise zeitlich gestreckt bzw. komprimiert dargestellt. Die Werkstücke, bei denen die Wärmebehandlung durchgeführt wird, bestehen aus einem Wälzlagerstahl gemäß der Norm DIN EN ISO 683-17, insbesondere aus einem durchhärtenden, niedrig legierten Wälzlagerstahl. Der in der Figur beispielhaft dargestellte Temperaturverlauf bezieht sich auf die Wärmebehandlung von Werkstücken aus einem Stahl mit der Bezeichnung lOOCrό. Dieser Stahl enthält, bezogen auf seine Masse, 0,93 bis 1,05 % Kohlenstoff, 1,35 bis 1,60 % Chrom, 0,25 bis 0,45 % Mangan, 0,15 bis 0,35 % Silizium und bis zu 0,1 % Molybdän. Der Phosphorgehalt beträgt maximal 0,025 %, der Schwefelgehalt maximal 0,015 %. Außerdem können herstellungsbedingt noch kleine Mengen an weiteren Elementen enthalten sein. Vor der Wärmebehandlung werden die Werkstücke einer mechanischen Weichbearbeitung unterzogen, durch welche die Werkstücke in eine gewünschte Form gebracht werden. Diese Form kann noch um Zugaben für eine weitere mechanische Bearbeitung nach der Wärmebehandlung von der endgültigen Form der Werkstücke abweichen.
Beim ersten Ausführungsbeispiel beginnt die Wärmebehandlung damit, dass die Werkstücke für die Durchführung eines thermochemischen Diffusionsverfahrens auf eine dafür vorgesehene Temperatur angewärmt werden. Die Höhe der Temperatur ist abhängig von der Art des thermochemischen Diffusionsverfahrens. So erfolgt beispielsweise ein Aufkohlen oder ein Carbonitrieren, das in der Figur mit C/CN bezeichnet ist, bei deutlich höheren Temperaturen als ein Nitrocarburieren oder ein Nitrieren, das in der Figur als NC/N bezeichnet ist. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, beim thermochemischen Diffüsionsverfahren mehrere dieser einzelnen Verfahren miteinander zu kombinieren. Beim thermochemischen Diffusionsverfahren werden die Werkstücke üblicherweise für eine jeweils vorgegebene Zeit konstant bei der jeweils vorgesehenen Temperatur gehalten. Während dieser Zeit werden in der Randschicht der Werkstücke beispielsweise Carbide, Carbonitride oder Nitride gebildet. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeit werden die Werkstücke auf Raumtemperatur abgekühlt.
Als nächstes folgt ein Glühen der Werkstücke, das sich aus einer Anwärmphase und einer Haltephase zusammensetzt. Während der Anwärmphase werden die Werkstücke sehr schnell von Raumtemperatur hochgeheizt, so dass die Werkstücktemperatur eine vorgegebene Glühtemperatur erreicht. Die Glühtemperatur beträgt wenigstens 1000 0C. Bevorzugt kommen Glühtemperaturen zwischen 1000 und 1200 0C zur Anwendung. Im dargestellten Diagramm beträgt die Glühtemperatur 1100 0C. Die Anwäraiphase dauert maximal 20 Sekunden. Die Glühtemperatur wird dabei in der Regel lediglich in den Randzonen der Werkstücke erreicht. Das Anwärmen kann insbesondere durch elektromagnetische Induktion, beispielsweise bei einer Frequenz von ca. 0,1 bis 0,3 MHz oder mittels eines Lasers erfolgen. Während der auf die Anwärmphase folgenden Haltephase werden die Werkstücke bei der Glühtemperatur gehalten. Die Haltephase dauert ca. 0,5 bis 100 Sekunden. Um unerwünschte Effekte wie Kornwachstum, Verzunderung und Entkohlung in einem vertretbaren Rahmen zu halten, sollte die Haltephase möglichst kurz sein. Es ist ebenso möglich, diese Glühbehandlung unter einer Schutzgasatmosphäre, z. B. unter Stickstoff, durchzuführen.
Durch das Glühen wird in den Werkstücken ein sehr feines Randgefüge erzeugt.
Insbesondere kommt es zu einer relativ homogenen und feinen Verteilung der Carbide, Carbonitride oder Nitride, die sich zuvor während des thermochemischen Diffüsionsverfahrens gebildet haben bzw. zum Teil auch bereits vor dem thermochemischen Diffusionsverfahren im Ausgangsmaterial vorhanden waren. Dadurch werden etwaige lokale Spannungsspitzen an groben, eckigen Carbiden, Carbonitriden oder Nitriden reduziert. Außerdem kann die Korrosionsbeständigkeit der Werkstücke durch das Glühen verbessert werden, da sich z. B. gelöste Elemente wie Stickstoff gleichmäßiger in der Gefügematrix verteilen.
Sobald die für die Haltephase vorgesehene Zeit verstrichen ist, werden die Werkstücke in Luft bzw. zumindest bis T < 550 0C unter Stickstoff abgekühlt, beispielsweise bis auf Raumtemperatur. Danach werden die Werkstücke auf Austenitisierungstemperatur gebracht, die typischerweise ca. 820 bis 900 0C beträgt und während einer Austenitisierungsdauer auf dieser Temperatur gehalten. Durch das vorausgegangene Glühen ist eine relativ kurze Austenitisierungsdauer möglich, da die teilweise Auflösung der vorhandenen Carbide aufgrund ihrer Feinheit schneller erfolgt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Austenitisierungsdauer ca. 20 Minuten. Dann werden die Werkstücke zum Beispiel im Salzbad abgeschreckt, so dass ein Härten erfolgt. Anschließend werden die Werkstücke angelassen, wobei die Werkstücke auf eine Anlasstemperatur erwärmt werden und für eine vorgegebene Zeit gehalten werden. Schließlich werden die Werkstücke wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Anlassen kann auch auf die in der DE 407 487 C2 beschriebene Weise erfolgen.
Wie durch einen gestrichelten Kurvenverlauf dargestellt, kann anstelle des Härtens eine Bainitisierung durchgeführt werden. Hierzu werden die Werkstücke nach dem Austenitisieren auf eine Temperatur knapp oberhalb des Martensit-Startpunktes abgeschreckt und eine Zeit lang, typischerweise einige Stunden, auf dieser Temperatur gehalten, bis eine ausreichende Umwandlung des Austenits in Bainit erfolgt ist. Bei dem in der Figur beispielhaft dargestellten Verlauf wird die Bainitisierung bei einer Temperatur von ca. 220 bis 250 0C durchgeführt. Bei der Bainitisierung werden in den Werkstücken Druckeigenspannungen erzeugt und dadurch die Haltbarkeit der Werkstücke auch unter hohen Belastungen verbessert. Weiterhin wird die Zähigkeit der Werkstücke im Vergleich zum Härten verbessert. Anschließend an die Bainitisierung erfolgt eine Abkühlung auf Raumtemperatur. Eine teilweise Bainitumwandlung, wie sie in der DE 198 49 681 C 1 beschrieben ist, ist ebenfalls vorteilhaft möglich.
Alternativ zu dem in der Figur dargestellten Ablauf ist es auch möglich, das Glühen vor dem thermochemischen Diffusionsverfahren durchzuführen. Dies ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung. Die behandelten Werkstücke stimmen hinsichtlich des Materials und der vorausgegangenen Bearbeitung mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein und auch die einzelnen Behandlungsschritte, aus denen sich die Wärmebehandlung zusammensetzt, werden jeweils in analoger Weise durchgeführt. Allerdings werden diese Behandlungsschritte in einer geänderten Reihenfolge durchgeführt. Dies äußert sich bereits beim ersten Behandlungsschritt, der beim zweiten Ausführungsbeispiel darin besteht, dass die Werkstücke geglüht werden.
Nach dem Glühen und einem sich daran anschließenden Abkühlen der Werkstücke wird das thermochemische Diffusionsverfahren durchgeführt. Da das thermochemische Diffusionsverfahren erst nach dem Glühen durchgeführt wird, werden beim Glühen lediglich die bereits im Ausgangsmaterial vorhandenen Carbide teilweise aufgelöst und fein verteilt. Die beim thermochemischen Diffusionsverfahren beispielsweise entstehenden Carbide, Carbonitride oder Nitride werden nicht so fein verteilt, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung der Fall ist. Nach dem thermochemischen Diffusionsverfahren werden die Werkstücke wiederum abgekühlt und es folgt dann das Austenitisieren mit einem anschließenden Härten, Bainitisieren oder teilweiser Bainit-ZMartensithärtung. Nach dem Härten werden die Werkstücke angelassen. Auch im Anschluss an das teilweise Bainitisieren kann ein Anlassen durchgeführt werden.
Die so behandelten Werkstücke unterscheiden sich von Werkstücken, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt wurden insbesondere hinsichtlich der Größe und der Verteilung der Carbonitride bzw. Nitride und auch der Carbide, soweit diese durch das thermochemische Diffusionsverfahren entstanden sind. Beim ersten Ausführungsbeispiel liegt jeweils eine feinere und homogenere Verteilung als beim zweiten Ausführungsbeispiel vor.
Bei den Werkstücken, die der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung unterzogen werden, handelt es sich beispielsweise um Wälzlagerbauteile, insbesondere um Wälzlagerringe. Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung kann aber auch bei anderen Werkstücken eingesetzt werden. Außerdem können anstelle von 100Cr6 auch andere Stähle verwendet werden. Dabei eignen sich sowohl höher legierte durchhärtende Stähle als auch Einsatzstähle. Es können auch Vergütungsstähle verwendet werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h eVerfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl, wobei die Werkstücke
- einem thermochemischen Diffusionsverfahren unterzogen werden,
- wenigstens einer Glühbehandlung ausgesetzt werden, die sich über einen Zeitraum von bis zu 120 Sekunden erstreckt und bei einer Glühtemperatur durchgeführt wird, die wenigstens 1000 0C beträgt und bis maximal dicht unter den Schmelzpunkt der Werkstücke reicht und
- gehärtet oder bainitisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch I5 dadurch gekennzeichnet, dass das thermochemische Diffusionsverfahren und die Glühbehandlung vor dem Härten durchgeführt werden und das thermochemische Diffusionsverfahren vorzugsweise vor dem Glühen durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem thermochemischen Diffusionsverfahren um ein Aufkohlen, Carbonitrieren, Nitrocarburieren, Nitrieren oder eine Kombination dieser Verfahren handelt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Glühbehandlung aus einer Anwärmphase und einer Haltephase zusammensetzt, wobei die Werkstücke in der Anwärmphase erwärmt werden, so dass sie wenigstens bereichsweise die Glühtemperatur erreichen und in der Haltephase zwischen 0,5 Sekunden und 100 Sekunden bei Glühtemperatur geglüht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke mittels elektromagnetischer Induktion oder mit Hilfe eines Lasers erwärmt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke jeweils lediglich in ihren Randzonen geglüht werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke nach dem Glühen in Luft abgekühlt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, daher gekennzeichnet, dass die Werkstücke in einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere in Stickstoff, geglüht und/oder wenigstens partiell abgekühlt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke aus Wälzlagerstahl, insbesondere nach DIN EN ISO 683-17, gefertigt sind.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke als Wälzlagerteile, insbesondere als Wälzlagerringe, ausgeführt sind.
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