WO2006103022A1 - Verfahren zur herstellung geschweisster wälzlagerringe aus wälzlagerstahl - Google Patents

Verfahren zur herstellung geschweisster wälzlagerringe aus wälzlagerstahl Download PDF

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WO2006103022A1
WO2006103022A1 PCT/EP2006/002698 EP2006002698W WO2006103022A1 WO 2006103022 A1 WO2006103022 A1 WO 2006103022A1 EP 2006002698 W EP2006002698 W EP 2006002698W WO 2006103022 A1 WO2006103022 A1 WO 2006103022A1
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WO
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cold
tube
ring
welding
temperature
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PCT/EP2006/002698
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Karl-Ludwig Grell
Wolfgang Häring
Horst Arnet
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Schaeffler Kg
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    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/64—Special methods of manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D8/0226—Hot rolling
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • F16C2240/12—Force, load, stress, pressure
    • F16C2240/18—Stress

Definitions

  • the invention relates to a method for producing welded roller bearing rings made of bearing steel.
  • radial rolling bearing rings ie of inner and outer rings of ball bearings, needle bearings or roller bearings
  • machining the bearing steel in annealed condition followed by a hardening and tempering step and finishing by grinding or honing.
  • rolling bearing rings by joining technique of a wire or strip material, including offer resistance or Abbremsstumpfsch bulkclar.
  • a resilient roller bearing ring and a corresponding method for the production of DES same is known from "unpublished German patent application 10 2005 014 967.7 of the applicant.
  • Such a rolling bearing ring is distinguished by a joining position corresponding to the hardness profile forth at least the hardness of the remaining cross-section, in which As a result of this hardness homogeneity and the fact that the weld is no longer the weak point of the ring, such rolling bearing rings are also suitable for higher load applications.
  • the invention is based on the problem of specifying a method which allows the production of rolling bearing rings in a simple and efficient manner.
  • the method according to the invention proposes a two-stage production process, that is, the cold forming and welding of a tube for the ring blanks takes place separately before the actual production of the individual rolling bearing rings.
  • the first step is to achieve and maintain a weld seam factor of approximately 1, which can be achieved primarily with the choice of the appropriate material in conjunction with the appropriate joining technique and heat treatment.
  • a tube according to the invention is first produced in a welding step, significantly better homogeneous weld seam properties can be inevitably achieved than would be the case with individual, welding of the individual rings.
  • metals and alloys with a defined melting temperature are considered weldable, which is why even steels with higher carbon and alloy contents are basically weldable.
  • the choice of the material used in connection with the welding process ie z.
  • As the resistance butt welding method allows the use of a Stahlwerk- material with a carbon content of z. B. 0.35 - 0.55% and other elements that are listed by way of example below.
  • An aluminum content of 0.015-0.060% is recommended for the fine-grain stabilization, alternatively also niobium in the range of 20-80 ppm, alternatively also boron as an element for fine grain formation, but also for increasing the hardenability and toughness.
  • a usable steel alloy includes the following elements: carbon: 0.35 - 0.55%
  • a cold or hot strip is first welded to form a tube.
  • a strip with a thickness tolerance of ⁇ 2%, in particular ⁇ 1%, is used, which is particularly advantageous with regard to the ultimately resulting wall thickness tolerance of the rolling bearing rings produced which, depending on the strip used, have just a corresponding thickness tolerance.
  • the width of the strip used is calculated analogously to the later diameter, taking into account the welding allowance.
  • This band is now cold-formed continuously to the tube and longitudinally welded by means of resistance or induction heating and corresponding compression pressure.
  • the welding temperature is in the range between the solidus and the liquidus line of the steel used. The joining pressure ensures a defect-free joint, excess material is pressed out of the joint in the doughy state.
  • the resulting beads, inside and outside, are processed continuously by suitable cutting tools.
  • the cold strip is preferably converted in a continuous process into an endless tube, which is welded in a continuous welding process, wherein after completion of the continuous tube individual tubes with a length of 1 - 10 m, in particular 3 - 8 m are cut to length.
  • a stress-relief annealing with subsequent targeted cooling in particular with a cooling rate of 30 0 C - 70 0 C per minute, preferably at 50 ° C per minute to perform.
  • This stress-relieving annealing is carried out, for example, at a distance of 1 to 2 m from the joining station, so that after cooling, further heating is achieved and slow cooling is achieved. This is preferably done in a ring-like inductor combined with a cooling fan.
  • the said rewarming or stress relief annealing can also take place on the individual tubes cut to length by the endless tube, if this is expedient.
  • an endless tube is preferably produced which is cut to a length of, for example, 3 to 8 m. 920 0 C.
  • this normalizing the weld microstructures in the normal state of the base structure is converted and reduced voltages - after cutting a normalizing closes preferentially to, in particular at a temperature between 880 0 C.
  • a prefabricated tube or a so-called tube blank is present which has a typical dimension of 50 mm outside diameter and 5 mm wall thickness. has.
  • the wall thickness tolerance of the pipe corresponds to that of the used cold or hot strip. In other words, the smaller the strip thickness tolerance, the lower, of course, is the thickness tolerance of the front pipe. So if the cold or hot strip has a thickness tolerance of + 1%, then the front pipe has a thickness tolerance of ⁇ 1%, in contrast to a seamless tube, which has a best possible wall thickness tolerance of ⁇ 5%.
  • the delivery tube is preferably cooled under inert gas, the surface cleaned and prepared for subsequent cold drawing, to which appropriate drawing agents, as are known in the art, are to be selected.
  • the subsequent cold drawing in the normalized state is possible after the front tube has a fine-grained pearlite structure.
  • the degree of cold forming should be between 5% and 15%, in particular about 10%.
  • the cold-drawn tube has an extraordinarily high dimensional and geometrical accuracy, and the required wall thickness can be ironed as required via the cold-drawing step.
  • a recrystallization annealing in particular at a temperature between 630 0 C - 75O 0 C, preferably 650 0 C - 720 0 C, in particular with a holding time between 0.5h - 5h, preferably from 1 h - 4h.
  • the pipe has a largely molded structure state, that is to say no grainy but granular cementite (so-called GKZ microstructure). This structural state is known to be ideally suited for further soft working in the form of cold forming.
  • the normalized microstructure with a hardness between 300 - 400 HB and the normalized and recrystallization annealed microstructure in the GKZ state and possibly a Kalibrierverformung with a Hardness between 160 - 220 HB, suitable for calendering there are two different starting structures of the tube, namely on the one hand, the normalized microstructure with a hardness between 300 - 400 HB and the normalized and recrystallization annealed microstructure in the GKZ state and possibly a Kalibrierverformung with a Hardness between 160 - 220 HB, suitable for calendering.
  • the tube produced in this way has particular advantages for the rolling bearing ring production that follows, and thus differs considerably from the previously known methods:
  • the weld is normalized, so homogenized.
  • the seam strength corresponds to approximately the factor 1 according to the usual
  • the surface of the tube is not decarburized or even carbon enriched to z.
  • the wall thickness homogeneity is also only about 1% due to the use of an output strip with a thickness tolerance of preferably ⁇ 1% and allows completely new production methods in further processing since standard seamless pipes have a wall thickness of ⁇ 5%.
  • ring production takes place in the second stage.
  • the ring blanks are cut to length and cold rolled. Since the tube has no decarburization and further surface defects are present only within the surface roughness of about 6 microns, a substantial minimization of machining allowances is possible.
  • the ring blanks shaped in this way can now be hardened martensite after cutting to length, optionally after cold rolling, and optionally tempered, which can be done in a neutral or slightly carburizing atmosphere.
  • the compressive stresses move at a height of about 200 MPa due to the slightly carburizing conditions.
  • the ring blanks are mechanically smoothed or honed.
  • the grinding allowances are minimized or are no longer necessary because the rings have excellent wall homogeneity. Consequently, it is sufficient only a honing of the raceways or a mechanical smoothing after curing, as quasi wall thickness equality exists.
  • another heating method such as. B. inductive heating for surface hardening, resulting in extremely high hardness values and high compressive residual stresses due to the additional carburizing and the nature of the quench.
  • the residual compressive stresses then reach values above 350 MPa after tempering.
  • the tube from the lamellar state leads to an excellent surface hardness and a fine-grained martensite with 5 - 8% retained austenite and with a carburization of 10 - 20%.
  • the rings have high cycle life fatigue strength, otherwise known only from seamless tubes and blanks.
  • the toughness of such rings is twice as high as, for example, rings of 100Cr6 H + A.
  • the weld factor of approximately or equal to 1 allows a homogeneous view of the strength properties in static and dynamic cycle fatigue life and over roll properties.
  • the rolling bearing rings have excellent hardness properties after
  • Edge zone of 60 - 64 HRC whereby these values are also set in the weld seam area. If a surface hardening is carried out, the
  • the use of such rings is possible in most cases, eg. B. in home appliances, hobby equipment or water pump outer rings.
  • the rings are pressed in an aluminum housing, so are not subject to any circumferential rolling stress.
  • the ring quality that can be achieved with the method according to the invention contributes to optimizing cost-performance ratios.
  • the invention further relates to a welded rolling bearing ring produced by the method described above.
  • Such a rolling bearing ring is characterized by a surface hardness of at least 700 HV, at a hardened from the normalization state with very finely divided carbon ring bearing ring after tempering of at least 740 HV.
  • the residual toughness of the Wälzlager- ring invention is at least 1, 5% elongation at break.
  • the edge hardening depth is at least 50% of the residual cross section. If a surface hardening is carried out, then high hardness values above 62 HRC can be achieved at the edge with a core hardness above 54 HRC in connection with the existing edge carburizing and the high Kem carbon content.
  • FIGURE shows a flowchart in which the essential steps of the method according to the invention are again shown clearly.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung geschweißter Wälzlagerringe aus Wälzlagerstahl, mit folgenden Schritten: Kaltformen eines Rohres aus einem Kalt- oder Warmband, Längsschweißen des Rohres in einem Stumpfschweißverfahren, Entfernen des Schweißaufwurfs, Ablängen von Ringrohlingen von dem Rohr, Kaltwalzen der Ringrohlinge, und thermische und/oder mechanische Nachbearbeitung der Ringrohlinge zur Fertigstellung der Wälzlagerringe.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Verfahren zur Herstellung geschweißter Wälzlagerringe aus Wälzlagerstahl
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geschweißter Wälzlagerringe aus Wälzlagerstahl.
Hintergrund der Erfindung
Die Herstellung radialer Wälzlagerringe, also von Innen- und Außenringen von Kugellagern, Nadellagern oder Rollenlagern, erfolgt üblicherweise durch spanende Bearbeitung des Wälzlagerstahls im weichgeglühten Zustand, an die sich ein Härte- und Anlassschritt sowie die Endbearbeitung durch Schleifen oder Honen anschließt. Alternativ hierzu ist es auch bekannt, Wälzlagerringe durch Fügetechnik aus einem Draht- oder Bandmaterial herzustellen, wozu sich Widerstands- oder Abbremsstumpfschweißverfahren anbieten. Ein belastbarer Wälzlagerring sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung des- selben ist aus der " unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2005 014 967.7 der Anmelderin bekannt. Ein solcher Wälzlagerring zeichnet sich durch eine Fügestelle auf, die vom Härteverlauf her mindestens der Härte des Restquerschnitts entspricht, in der Regel sogar noch etwas härter ist, was auf die extrem feine Karbidausbildung und hohe Karbidzahl im Schweißnahtbereich zurückzuführen ist. Infolge dieser Härtehomogenität und dem Umstand, dass die Schweißnaht nicht mehr die Schwachstelle des Rings darstellt, sind solche Wälzlagerringe auch für höhere Belastungsanwendungen geeignet.
Die beim Widerstands- oder Abbremsstumpfschweißverfahren gefertigten Nahtstellen sind mit einem Aufwurf versehen, der mittels Profilwerkzeugen abgeschabt oder abgefräst werden muss. Zweckmäßig ist es im Hinblick auf einen symmetrischen Spannungsverlauf, die Ringe aus zwei Segmenten mit um 180° versetzten Schweißstellen herzustellen. Generell ist die Herstellung einzelner Ringe im Hinblick auf die hohen Taktzeiten von 0,5 - 1 ,5s im Hinblick auf eine wirtschaftliche Fertigung schwierig zu beherrschen. Dies gilt insbesondere, wenn doppelte Schweißnähte anzubringen sind. Hinzu kommt die Gefüge- ausprägung in der Schweißzone mit Gefügeanteilen wie Ledeburit, also Stengelkristallen , Mikroseigerungen, hohen Spannungen und unterschiedlichen Gefϋgezuständen. Die üblicherweise für einen derartigen Gefügezustand erforderlichen Normalisierungsglühvorgänge können aufgrund der Herstellungsbedingungen nicht speziell durchgeführt werden. Man geht vielmehr davon aus, dass die Gefügehomogenität weitgehendst durch die Austenitisierung zum Abhärten bei Temperaturen zwischen 820 - 8800C erzielt wird. Im Übrigen ist der technologische und personelle Aufwand, der mit der Herstellung einzelner Ringe auf diese Weise verbunden ist, ist beachtlich.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass derart gefertigte Wälzlagerringe nicht die gleichen guten Überrolleigenschaften aufgrund der einen oder der beiden gegebenen Schweißnähte aufweisen können, sind solche Ringe grundsätzlich als niedriger belastbar einzustufen, als Ringe aus nahtlosem Vormaterial. Für viele Anwendungen ist dies jedoch ein völlig ausreichender Zustand.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das auf einfache und rationelle Weise die Herstellung von Wälzlagerringen ermöglicht.
Zur Lösung dieses Problems sind bei einem Verfahren zur Herstellung geschweißter Wälzlagerringe aus Wälzlagerstahl folgende Schritte vorgesehen:
- Kaltverformen eines Rohres aus einem Kalt- oder Warmband,
- Längsschweißen des Rohres in einem Stumpf schweißverfahren, - Entfernen des Schweißaufwurfs,
- Ablängen von Ringrohlingen von dem Rohr,
- Kaltwalzen der Ringrohlinge, und
- thermische und/oder mechanische Nachbearbeitung der Ringrohlinge zur Fertigstellung der Wälzlagerringe.
Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt einen zweistufigen Herstellungspro- zess vor, das heißt, die Kaltverformung und Schweißung eines Rohres für die Ringrohlinge erfolgt separat vor der eigentlichen Herstellung der einzelnen Wälzlagerringe. Damit ist eine prozesssichere, in der Praxis umsetzbare Fertigung mit geringem personellen und technologischen Aufwand möglich. Der erste Schritt besteht darin, einen Schweißnahtfaktor von annähernd 1 zu erreichen und zu gewährleisten, was primär mit der Wahl des geeigneten Werk- Stoffs in Verbindung mit der geeigneten Fügetechnik und Wärmebehandlung erreicht werden kann. Nachdem erfindungsgemäß zunächst ein Rohr in einem Schweißschritt hergestellt wird, können zwangsläufig wesentlich bessere homogenere Schweißnahteigenschaften erreicht werden, als dies bei Einzel-, schweißungen der einzelnen Ringe der Fall wäre. Als schweißbar gelten nach allgemein gültigen Regeln Metalle und Legierungen mit einer definierten Schmelztemperatur, weshalb auch Stähle mit höheren Kohlenstoff- und Legierungsanteilen grundsätzlich schweißbar sind. Die Wahl des verwendeten Werkstoffs in Verbindung mit dem Schweißverfahren, also z. B. dem Wider- standsstumpfschweißverfahren, ermöglicht die Verwendung eines Stahlwerk- Stoffs mit einem Kohlenstoffgehalt von z. B. 0,35 - 0,55% sowie weiteren Elementen, die exemplarisch nachfolgend aufgezählt werden. Zur Feinkomstabili- sierung wird ein Aluminiumgehalt von 0,015 - 0,060% vorgeschlagen, alternativ auch Niob im Bereich von 20 - 80 ppm, alternativ auch Bor als Element zur Feinkornbildung, aber auch zur Steigerung der Härtbarkeit und Zähigkeit.
Eine verwendbare Stahllegierung beinhaltet beispielsweise folgende Elemente: Kohlenstoff: 0,35 - 0,55%
Silizium max. : 0,25% Mangan: 0,50 - 0,90% Phosphor max.: 0,020% Schwefel max: 0,005% Aluminium: 0,015 - 0,050%
Chrom max.: 0,15% Nickel max.: 0,25%
Kupfer max.: 0,25%
Rest Eisen.
Weitere Elemente wie Zinn, Antimon und Selen sind wie stahlüblich nach oben begrenzt.
Das aus dieser Werkstoffzusammensetzung resultierende Umwandlungsverhalten im ZTU-Schaubild und die errechnete Härtbarkeit ermöglicht den Ver- gleich zu bisher bekannten Werkstoffeigenschaften bekannter Materialien.
Im ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird nun zunächst ein Kaltoder Warmband zu einem Rohr verschweißt. Verwendet wird ein Band mit einer Dickentoleranz < 2%, insbesondere < 1%, was besonders vorteilhaft im Hinblick auf die letztlich resultierende Wanddickentoleranz der hergestellten Wälzlagerringe ist, die je nach verwendetem Band eben eine entsprechende Dickentoleranz aufweisen. Die Breite des verwendeten Bandes wird analog dem späteren Durchmesser folgend errechnet unter Berücksichtigung der Schweißzugabe. Dieses Band wird nun kontinuierlich zum Rohr kaltverformt und mittels Widerstands- oder Induktionserwärmung und entsprechendem Stauchdruck längsgeschweißt. Die Schweißtemperatur liegt im Bereich zwischen der Solidus- und der Liquiduslinie des verwendeten Stahls. Der Fügedruck sorgt für eine fehlstellenfreie Fügung, überschüssiger Werkstoff wird im teigigen Zustand aus der Nahtstelle herausgepresst. Die dabei entstehen- den Wulste, innen und außen, werden durch geeignete spanende Werkzeuge kontinuierlich abgearbeitet. Das Kaltband wird bevorzugt in einem Endlosverfahren zu einem Endlosrohr umgeformt, das in einem Endlosschweißverfahren geschweißt wird, wobei nach Fertigstellung des Endlosrohres einzelne Rohre mit einer Länge von 1 - 10 m, insbesondere von 3 - 8 m abgelängt werden.
Während des Fügeprozesses kommt es zu erheblichen Spannungen, bedingt durch den Temperaturverlauf und die Umformung. Beim Abkühlen aus dieser Schweißhitze bedarf es nun besonderer Maßnahmen, um die Martensitbildung zu unterdrücken und die Schweißspannungen und die Schrumpfspannungen niedrig zu halten. Dies erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, dass bevorzugt unmittelbar nach der Fügestelle eine Wiedererwärmung mittels Induktion auf eine Temperatur unterhalb der AC1 -Temperatur und oberhalb der Marten- sitstarttemperatur des Wälzlagerstahls erfolgt. Bevorzugt wird hier ein Temperaturintervall zwischen 3200C - 4400C, vorzugsweise 3400C - 42O0C. Hierdurch ist es möglich, noch unterhalb der Zundergrenze die Oxidation der Oberfläche gering zu halten bzw. zu vermeiden.
Bei dieser sogenannten "Endlosfertigung" entsteht auch in der Produktlänge erhebliche Spannung, die sich aufgrund der Länge deutlich aufbauen kann und zu Querrissen führen kann. Um diese zu eliminieren wird weiterhin vorgeschlagen, nach dem Schweißen, insbesondere nach der Wiedererwärmung, eine Spannungsarmglühung mit nachfolgender gezielter Abkühlung, insbesondere mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 300C - 700C pro Minute, vorzugsweise mit 50°C pro Minute, durchzuführen. Diese Spannungsarmglühe erfolgt beispielsweise in einem Abstand von 1 - 2 m von der Fügestation entfernt, so dass nach der Abkühlung eine weitere Erwärmung erreicht wird und eine langsame Abkühlung erzielbar ist. Dies erfolgt bevorzugt in einem ringartigen Induktor kom- biniert mit einem Kühlgebläse.
An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass die genannte Wiedererwärmung bzw. die Spannungsarmglühung auch an den vom Endlosrohr abgelängten Einzelrohren erfolgen kann, sofern dies zweckmäßig ist.
Wie beschrieben wird bevorzugt ein Endlosrohr erzeugt, das auf eine Länge von beispielsweise 3 - 8 m abgelängt wird. Nach dem Ablängen schließt sich bevorzugt eine Normalisierungsglühung an, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 8800C - 9200C. Während dieser Normalisierungsglühung werden die Schweißnaht-Gefügestrukturen in den normalen Zustand des Grundgefüges umgewandelt und Spannungen abgebaut. Nach der Normalisierungsglühung liegt ein vorgefertigtes Rohr oder eine sogenannte Rohrluppe vor, die eine typische Abmessung von 50 mm Außendurchmesser und 5 mm Wanddicke auf- weist. Die Wanddickentoleranz des Rohres entspricht der des verwendeten Kalt- oder Warmbands. Das heißt, je geringer die Banddickentoleranz ist, desto geringer ist natürlich auch die Dickentoleranz des Vorrohres. Hat also das Kaltoder Warmband eine Dickentoleranz von + 1%, so weist auch das Vorrohr eine Dickentoleranz von ± 1% auf, im Gegensatz zu einem nahtlosen Rohr, welches eine bestmögliche Wanddickentoleranz von ± 5% aufweist.
Nach dem Normalisieren wird das Vorrohr bevorzugt unter Schutzgas abgekühlt, die Oberfläche gereinigt und zum nachfolgenden Kaltziehen vorbereitet, wozu entsprechende Ziehmittel, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, zu wählen sind. Das anschließende Kaltziehen im normalisierten Zustand ist möglich, nachdem das Vorrohr ein feinstreifiges Perlitgefüge aufweist. Der Kaltum- formungsgrad sollte zwischen 5% - 15%, insbesondere bei ca. 10%, liegen. Das kaltgezogene Rohr besitzt eine außerordentlich hohe Maß- und Formge- nauigkeit, über den Kaltziehschritt kann die erforderliche Wanddicke nach Bedarf abgestreckt werden.
Zur Verfeinerung der Weiterverarbeitung ist es möglich, nach dem Kaltziehen eine Rekristallisationsglühung, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 6300C - 75O0C, vorzugsweise von 6500C - 7200C, insbesondere bei einer Haltezeit zwischen 0,5h - 5h, vorzugsweise von 1 h - 4h, durchzuführen. Nach dieser Behandlung besitzt das Rohr einen weitgehend eingeformten Gefügezu- stand, das heißt keinen streifigen, sondern körnigen Zementit (sogenanntes GKZ-Gefüge). Dieser Gefügezustand ist bekanntlich bestens geeignet für die weitere Weichbearbeitung in Form von Kaltumformung.
Je nachdem, ob die Rekristallisationsglühung durchgeführt wurde oder nicht, liegen zwei verschiedene Ausgangsgefüge des Rohres vor, nämlich zum einen das nur normalisierte Gefüge mit einer Härte zwischen 300 - 400 HB und das normalisierte und rekristallisationsgeglühte Gefüge im GKZ-Zustand und möglicherweise einer Kalibrierverformung mit einer Härte zwischen 160 - 220 HB, geeignet zum Kaltrollieren. Das so gefertigte Rohr hat für die nunmehr folgende Wälzlagerringherstellung besondere Vorteile und grenzt sich dadurch erheblich von den bisher bekannten Verfahren ab:
1. Die Schweißnaht ist normalisiert, also homogenisiert. 2. Die Nahtfestigkeit entspricht annähernd dem Faktor 1 nach den üblichen
Regeln der Schweißtechnik.
3. Die Oberfläche des Rohres ist nicht entkohlt oder sogar kohlenstoffangereichert auf z. B. 0,6% Rand-Kohlenstoffgehalt mit einer Tiefe bis zu 20% des Rohrquerschnitts. 4. Die Wanddickenhomogenität beträgt durch die Verwendung eines Ausgangsbandes mit einer Dickentoleranz von bevorzugt ± 1% ebenfalls nur ca. 1% und erlaubt völlig neue Fertigungsmethoden in der Weiterverarbeitung, da übliche nahtlose Rohre einen Wanddickenschlag von ± 5% aufweisen.
Nach der Herstellung des gefüge- und härtemäßig optimierten Rohres erfolgt in der zweiten Stufe die Ringherstellung. Die Ringrohlinge werden abgelängt und kaltgewalzt. Da das Rohr keinerlei Entkohlung aufweist und weitere Oberflächenfehler nur innerhalb der Rautiefe von rund 6 μm vorhanden sind, ist eine weitgehende Minimierung der Bearbeitungszugaben möglich.
Die so geformten Ringrohlinge können nun nach dem Ablängen, gegebenenfalls nach dem Kaltwalzen, martensitisch gehärtet und gegebenenfalls angelassen werden, was in einer neutralen oder leicht aufkohlenden Atmosphäre erfolgen kann. Die Druckspannungen bewegen sich in einer Höhe von ca. 200 MPa aufgrund der leicht aufkohlenden Bedingungen.
Nach dem Härten, gegebenenfalls nach dem Anlassen, werden die Ringrohlinge mechanisch geglättet oder gehont. Die Schleifzugaben sind minimiert bzw. sind nicht mehr erforderlich, da die Ringe eine hervorragende Wandhomogenität aufweisen. Es genügt folglich lediglich ein Honen der Laufbahnen oder eine mechanische Glättung nach dem Härten, da quasi Wanddickengleichheit besteht. Wenn eine andere Erwärmungsmethode gewählt wird, wie z. B. induktives Erwärmen zum Randschichthärten, ergeben sich außerordentlich hohe Härtewerte und hohe Druckeigenspannungen durch die zusätzliche Aufkohlung und die Art der Abschreckung. Die Druckeigenspannungen erreichen dann Werte über 350 MPa nach dem Anlassen. Insbesondere das Rohr aus dem lamellaren Zustand heraus führt zu einer hervorragenden Oberflächenhärte und einem feinkörnigen Martensitgefüge mit 5 - 8% Restaustenit und mit einer Aufkohlung von 10 - 20%.
Die Ringe weisen eine hohe Umlaufbiegewechselfestigkeit auf, wie sie sonst nur von nahtlosen Rohren und Rohlingen bekannt sind. Die Zähigkeit derartiger Ringe liegt doppelt so hoch wie beispielsweise bei Ringen aus 100Cr6 H+A.
Der Schweißfaktor von annähernd oder gleich 1 erlaubt eine homogene Betrachtungsweise der Festigkeitseigenschaften in der statischen und dynamischen Umlaufbiegewechselfestigkeit und der Überrolleigenschaften.
Die Wälzlagerringe weisen hervorragende Härteeigenschaften nach der
Durchhärtung auf. Im Kernbereich werden Werte von 54 - 59 HRC und in der
Randzone von 60 - 64 HRC erreicht, wobei diese Werte sich auch im Schweiß- nahtbereich einstellen. Wird eine Randschichthärtung durchgeführt, beträgt die
Härte im Kernbereich 160 - 400 HB, je nach Wahl des Gefügezustands, und in der Randzone mehr als 62 HRC, ferner sind hohe Druckeigenspannungen über 350 MPa und Restaustenit bis 20% vorhanden.
Die Verwendung derartiger Ringe ist in den meisten Einbaufällen möglich, z. B. bei Hausgeräten, Hobbygeräten oder Wasserpumpen-Außenringe. Speziell in diesem letztgenannten Anwendungsfall werden die Ringe in einem Aluminiumgehäuse eingepresst, unterliegen also keiner umlaufenden Wälzbeanspruchung. Für stehende Außenringe und/oder mittlere Belastungen ist die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Ringqualität ein Beitrag zur Optimie- rung der Kosten-Leistungsverhältnisse.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner einen geschweißten Wälzlagerring, hergestellt nach dem oben beschriebenen Verfahren.
Ein solcher Wälzlagerring zeichnet sich durch eine Oberflächenhärte von mindestens 700 HV, bei einem aus dem Normalisierungszustand mit feinst verteiltem Kohlenstoffgehalt gehärteten Wälzlagerring nach dem Anlassen von mindestens 740 HV aus. Die Restzähigkeit des erfindungsgemäßen Wälzlager- rings beträgt mindestens 1 ,5% Bruchdehnung. Die Randhärtetiefe beträgt mindestens 50% des Restquerschnitts. Wird eine Randschichthärtung durchgeführt, so können hohe Härtewerte über 62 HRC am Rand bei einer Kernhärte über 54 HRC in Verbindung mit der vorhandenen Randaufkohlung und dem hohen Kem-Kohlenstoffgehalt erreicht werden.
Beschreibung der Zeichnung
Die einzige Figur zeigt ein Flussdiagramm, in dem die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals übersichtlich dargestellt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung geschweißter Wälzlagerringe aus Wälzlagerstahl, mit folgenden Schritten: - Kaltformen eines Rohres aus einem Kalt- oder Warmband,
- Längsschweißen des Rohres in einem Stumpfschweißverfahren,
- Entfernen des Schweißaufwurfs,
- Ablängen von Ringrohlingen von dem Rohr,
- Kaltwalzen der Ringrohlinge, und - thermische und/oder mechanische Nachbearbeitung der Ringrohlinge zur Fertigstellung der Wälzlagerringe.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Kaltband mit einer Dickentoleranz < 2%, insbesondere < 1% verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltband in einem Endlosverfahren zu einem Endlosrohr umgeformt wird, das in einem Endlosschweißverfahren geschweißt wird, von welchem Endlosrohr einzelne Rohre mit einer Länge von 1 - 10 m, insbe- sondere von 3 - 8 m abgelängt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ablängen eine Normalisierungsglühung, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 88O0C - 920°C, erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schweißen, und gegebenenfalls vor dem Ablängen vom Endlosrohr, eine Wiedererwärmung auf eine Temperatur unterhalb der AC1 -Temperatur und oberhalb der Martensitstarttempera- tur des Wälzlagerstahls, insbesondere auf eine Temperatur zwischen
320°C - 44O0C, vorzugsweise 3400C - 42O0C, erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schweißen, und gegebenenfalls vor dem Anlangen vom Endlosrohr, insbesondere nach der Wiedererwärmung eine Spannungsarmglühung mit nachfolgender gezielter Abkühlung, insbe- sondere mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 300C - 7O0C pro Minute, vorzugsweise mit 500C pro Minute erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr vor dem Ablängen der Ringrohlinge kaltgezo- gen wird, wobei der Kaltumformungsgrad zwischen 5% - 15%, insbesondere 10% beträgt.
8. . Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem
Kaltziehen eine Rekristallisationsglühung, insbesondere bei einer Tem- peratur zwischen 6300C - 7500C, vorzugsweise 65O0C - 7200C, insbesondere bei einer Haltezeit zwischen 0,5h - 5h, vorzugsweise 1h - 4h erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Ringrohlinge nach dem Ablängen kaltgewalzt werden.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die. Ringrohlinge nach dem Ablängen, gegebenenfalls nach dem Kaltwalzen martensitisch gehärtet und gegebenenfalls angel- assen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlassen in neutraler oder aufkohlender Atmosphäre erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ringrohlinge nach dem Härten, gegebenenfalls nach dem Anlassen mechanisch geglättet oder gehont werden.
13. Geschweißter Wälzlagerring, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Wälzlagerring nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenhärte mindestens 700 HV, bei einem aus dem Normalisierungszustand mit feinst verteiltem Kohlenstoff gehärteten Wälzlagerring nach dem Anlassen mindestens 740 HV beträgt.
15. Wäizlagerring nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Restzähigkeit von mindestens 1 ,5% Bruchdehnung aufweist.
16. Wälzlagering nach einem der Ansprüche . 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Randhärtetiefe mindestens 50% des Restquerschnitts beträgt.
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