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Simulation of quenching treatments on bearing components∗

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Published/Copyright: May 11, 2013
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HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 61 Issue 3

Abstract

Current trends towards ‘downsizing’ of rolling bearings result in higher demands on the product properties with respect to higher load carrying capacity and resistance to rolling contact fatigue. The objective to further improve the product performance is a challenge, especially considering the high quality standard of modern bearing steels. Heat treatment and specifically quenching are important for producing the desired product properties and therefore further development of these processes is considered relevant for future generation products. To minimize the amount of testing, computer simulations of the effects from heat treatment processes on the resulting product properties are increasingly used as a development tool. This presentation describes work performed to simulate two different quenching cycles, quenching in oil and quenching in salt, applied during through hardening treatments of SAE 52100 bearing steel, in order to understand and predict the hardening process with respect to phase transformations and residual stress generation.

Kurzfassung

Derzeitige Trends zur Verringerung der Bauteilabmessungen von Wälzlagern resultieren in hohen Ansprüchen an die Eigenschaften des Lagers, wie z.B. der Trageigenschaften oder der Werkstoffermüdung im Wälzkontakt. Zur Erfüllung dieser Anforderungen ist es wichtig, gezielt bestimmte mechanische Eigenschaften und somit auch definierte Gefügezusammensetzungen der Bauteile einstellen zu können. Dies stellt hohe Anforderungen an den gesamten Fertigungsprozess, insbesondere an die Wärmebehandlung der Bauteile, denn sowohl die Intensität als auch die Homogenität der Erwärmung als auch der Abschreckung haben einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften des fertigen Bauteils. Zur Verringerung des Untersuchungsaufwandes findet die Wärmebehandlungssimulation mehr und mehr Eingang in die Entwicklung, um z.B. die Phasenentwicklung sowie die Spannungsausbildung während des Abschreckens besser verstehen bzw. vorhersagen zu können. Im vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen an zwei unterschiedlichen Abschreckprozessen – Abschrecken im Härteöl sowie Abschrecken im Salzbad mit anschließender isothermischer Umwandlung in der Bainitstufe – während der Durchhärtung des Wälzlagerstahls 100Cr6 vorgestellt.

∗

The lecture was held by M. Burtchen at the 3rd Int. Conf. on Thermal Process Modelling and Simulation, organised for IFHTSE by the Hungarian Scientific Society of Mechanical Engineering (GTE) and the Materials Science and Technology Committee of Hungarian Academy of Sciences, 26–28 April 2006 in Budapest/Hungary

Dipl.-Ing. Marco Burtchen, born in 1978, studied Production Engineering at the University Bremen. Since 2004 he is employed at SKF GmbH in Schweinfurt, Germany.

Dr.-Ing. Martin Hunkel, born in 1966, studied Physics at the University Karlsruhe. Since 1998 he works at the Heat Treatment Department of the Foundation Institute for Materials Science in Bremen.

Dr.-Ing. Thomas Lübben, born in 1959, studied Physics at the University of Bremen. Since 1986 he operates at the Foundation Institute for Materials Science in Bremen and since 2001 he is the Manager of the Collaborative Center (SFB 570) “Distortion Engineering”.

Apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Franz Hoffmann, born in 1950, studied Mechanical Engineering at the University in Karlsruhe. Since 1975 he operates at the Foundation Institute for Material Science in Bremen and there he is the Head of the Heat Treatment Department.

Prof. Dr. Ing. Hans-Werner Zoch, born in 1953, studied Mechanical and Process Engineering at the Technical University in Darmstadt and received his ph. d. at the faculty of Production Engineering at the University Bremen. From 1980 till 2003 he worked for FAG Kugelfischer Georg Schäfer AG in Schweinfurt and later as Managing Director at Neue Materialien Bayreuth GmbH. Since 2004 he is Professor for Materials Science / Metals at the faculty of Production Engineering at the University Bremen, the Managing Director of the Foundation Institute for Materials Science and Coordinator of the Collaborative Research Center (SFB 570) “Distortion Engineering”.

References

1. Hunkel, M.; Lübben, Th.; Hoffmann, F.; Mayr, P.; Zoch, H.-W.: Simulation der Eigenspannungen von Bauteilen aus 100Cr6 bei der Wärme-behandlung. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung59 (2004) 4, pp. 252–261Search in Google Scholar

2. Lübben, Th., Lohrmann, M., Segerberg, S., Sommer, P.: Erarbeitung einer Richtlinie zur Wärmeübergangsbestimmung beim Gasab-schrecken. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung57 (2002) 2, pp. 123–131Search in Google Scholar

3. Besserdich, G.: Untersuchungen zur Eigenspannungs- und Ver-zugsausbildung beim Abschrecken von Zylindern aus den Stählen 42CrMo4 und Ck45 unter Berücksichtigung der Umwandlungsplastizität. Dissertation, Universität Karlsruhe, 1993Search in Google Scholar

4. Hunkel, M.; Lübben, Th.; Hoffmann, F.; Mayr, P.: Modellierung der bainitischen und perlitischen Umwandlung bei Stählen. Haerterei-Techn. Mitt.54 (1999) 6, pp. 365–372Search in Google Scholar

Published Online: 2013-05-11
Published in Print: 2006-06-01

© 2006, Carl Hanser Verlag, München

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  1. Inhalt/Contents
  2. Inhalt
  3. Kurzfassungen/Summaries
  4. Kurzfassungen/Summaries
  5. Fachbeiträge/Technical Contributions
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https://doi.org/10.3139/105.100377

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