Gefüge und mechanische Eigenschaften von Wälzlagerstählen nach verkürzten Wärmebehandlungen in der unteren Bainitstufe∗

J. Dong; H. Vetters; F. Hoffmann; H. Bomas; T. Hirsch; R. Kohlmann; H.-W. Zoch

doi:10.3139/105.100378

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Gefüge und mechanische Eigenschaften von Wälzlagerstählen nach verkürzten Wärmebehandlungen in der unteren Bainitstufe∗

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Published/Copyright: May 11, 2013

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From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 61 Issue 3

Kurzfassung

Wälzlagerstähle können durch isothermische Wärmebehandlung in der unteren Bainitstufe gehärtet werden. Durch das Abschrecken im Salz-Warmbad oberhalb der Martensitstarttemperatur und die isothermische Umwandlung werden Wärme- und Umwandlungsspannungen voneinander getrennt und minimiert. Im Gegensatz zur martensitischen Durchhärtung entstehen Rand-Druckeigenspannungen sowie ein geringerer Verzug, was für die Bauteile vorteilhaft ist. Nachteilig ist, dass die konventionelle bainitische Behandlung mehrere Stunden dauert. Es wäre wünschenswert, die Behandlungsdauer zu verkürzen, ohne dabei die mechanischen Eigenschaften der Stähle zu beeinträchtigen.

Einige mögliche Verfahren zur Verkürzung der Wärmebehandlung in der unteren Bainitstufe wurden durch vorherige Untersuchungen zur Kinetik der bainitischen Umwandlung von Wälzlagerstählen gefunden. In der vorliegenden Arbeit wurden verkürzte Verfahren an den Stählen 100Cr6 und 100CrMo7 eingesetzt und ihre Gefüge und mechanischen Eigenschaften hinsichtlich der Härte, der Stauchgrenze, der Kerbschlagzähigkeit und der Umlaufbiegefestigkeit untersucht. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass die verkürzten Behandlungen zu einer geringfügigen Erhöhung der Härte der Stähle gegenüber jenen Niveaus, die durch konventionelle Bainitisierung erzielt wurden, führen. Die Anwesenheit von Restaustenit im Gefüge war für die Zähigkeit günstig, beeinträchtigte jedoch die Druckfestigkeit geringfügig. Die Umlaufbiegefestigkeit wurde durch die verkürzten Behandlungen, insbesondere durch die zweistufige Bainitisierung wesentlich erhöht. Bei ausgewählten Verfahren konnte die Behandlungsdauer auf etwa 25% der Dauer einer konventionellen Bainitisieruntg verkürzt werden.

Abstract

Rolling bearing steels can be hardened by means of an isothermal heat treatment in the lower bainitic range. By quenching into warm salt bath above the martensite start temperature and by the isothermal transformation thermal and transformation caused stresses are separated and minimized. In contrast to martensitic through-hardening the resulting compressive residual stresses in the surface and a lower distortion of machine components are favourable. However the conventional full bainitic treatment takes several hours. Therefore it is desirable to shorten the duration of the treatment without thereby to impair the mechanical properties of the steels.

A few possible processes for shortening the duration of the heat treatment in the lower bainitic range were found by previous investigations about the kinetics of bainitic transformation of the rolling bearing steels. In the present work the shortened processes were used on the steels 100Cr6 and 100CrMo7, and their microstructure and mechanical properties concerning the hardness, the compressive yield strength, the impact toughness as well as the fatigue limit were examined. The results pointed out, that the shortened processes led to a slight increase of the hardness of the steels compared to the conventional bainitic treatment. The presence of retained austenite in the microstructure was beneficial for the toughness, but reduced the compressive strength slightly. The fatigue resistance was enhanced significantly through the shortened treatments particularly by the use of the two-step bainitic treatment. With selected processes the duration of the treatment could be shortened to about 25% of the duration of the conventional bainitic treatment.

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Vorgetragen von J. Dong auf dem 61. Kolloquium für Wärmebehandlung, Werkstofftechnik, Fertigungs- und Verfahrenstechnik, 5.-7. Oktober 2005 in Wiesbaden.

Dr.-Ing. Juan Dong, geb. 1960, studierte an der TU Shandong (VR China) und war dort in der Zeit von 1984 bis 1994 als Wissenschaftliche Mitarbeiterin tätig. Seit 1994 ist sie Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik, Bremen.

Dr. phil. Hermann Vetters, geb. 1941, studierte Metallphysik an der Universität Wien. Er war bis September 2005 als Leiter der Abteilung Metallographische Analytik an der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig. Seit 1994 ist er als Professor an der Universität Nancy 1, Fakultät für Naturwissenschaften, assoziiert und lehrt dort Metallphysik. Seit 1996 ist er externes Mitglied des CNRS-Forschungsinstitutes für Materialwissenschaften an der Ecole de Mines in Nancy.

apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Franz Hoffmann, geb.1950, studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe. Er ist seit 1975 am Institut für Werkstofftechnik tätig und leitet dort die Abteilung Wärmebehandlung.

Dr. rer. nat. Hubert Bomas, geb. 1947, studierte Physik an der Universität Münster. Seit 1974 ist er an der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig und leitet dort die Abteilung Strukturmechanik.

Priv. Doz. Dr.-Ing. Thomas Hirsch, geb. 1951, studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe und ist seit 1984 an der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen beschäftigt. Er leitet dort die Abteilung Physikalische Analytik.

Dipl.-Ing. Rainer Kohlmann, geb. 1942, Studium der Allg. Hüttenkunde an der FH Dortmund und der Eisenhüttenkunde an der TU Berlin. Er war bis April 2005 Betriebsleiter für Stabstahl / Qualitätslenkung im Zentralbereich Forschung und Entwicklung Langprodukte der Edelstahlwerke Südwestfalen GmbH in Siegen.

Prof. Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch, geb. 1953, studierte Allg. Maschinenbau an der Technischen Hochschule Darmstadt und promovierte im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen. Von 1980 bis 2000 war er bei der FAG Kugelfischer Georg Schäfer AG, Schweinfurt, tätig, von 2001–2003 als Geschäftsführer der Neue Materialien Bayreuth GmbH. Seit 2004 ist er Professor für Werkstofftechnik / Metalle im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen und Geschäftsführender Direktor der Stiftung Institut für Werkstofftechnik.

Literatur

1. Zoch, H.-W.: Wärmebehandlungsverfahren in der Wälzlagerferti-gung. Härterei-Techn. Mitt.47 (1992) 4, S. 223–230Search in Google Scholar

2. Trojahn, W.: Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Wälzlagern aus 100Cr6. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung57 (2002), 3, S. 164–167Search in Google Scholar

3. Dong, J.; Kohlmann, R.; Hirsch, T.; Vetters, H.; Zoch, H.-W.: Härten von Wälzlagerstählen durch verkürzte Wärmebehandlung in der unte-ren Bainitstufe. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung60 (2005), 2, S. 77–85Search in Google Scholar

4. Lund, T.; Larsson, S.; Ölund, P.: Zwischenstufenhärtung. Europäi-sches Patent EP 0896068 AI, Ovako Steel AB, 1998Search in Google Scholar

5. Maruki, M.; Ohbayashi, K.; Suzuki, T.: Verfahren zum Durchführen einer Bainittransformation mit Temperaturanstieg. Europäisches Patent EP 0794262 Bl, AISIN AW Co., Ltd, 1997Search in Google Scholar

6. Foerster, L.; Michalski, M.; Becht, A.; Englert, K. O.; Czeringer, M.: Verfahren zum Bainitisieren von Stahlteilen. Europäisches Patent EP 1248862 AI, Robert Bosch GmbH, 2000Search in Google Scholar

7. Volkmuth, J.: Verfahren zur Wärmebehandlung von Bauteilen aus Stahl oder Gusseisen. Deutsches Patent DE 19849681 Cl, SKF GmbH, 1998Search in Google Scholar

8. Hirsch, T.; Barrère, V.: Überrollungsbedingte Werkstoffstrukturän-derungen bei der Hochtemperaturbeanspruchung von Wälzlagern. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung58 (2003), 6, S. 295–303Search in Google Scholar

9. Linkewitz, T.: Berechnung der Wechselfestigkeit von gekerbten und mehrachsig beanspruchten Proben des Stahls 100Cr6 im bainiti-schen Zustand. Fortschritt-Berichte VDI, Reihe18, Nr. 233, Düssel-dorf, 1998Search in Google Scholar

10. Weibull, W.: Zur Abhängigkeit der Festigkeit von der Probengröße. Ingenieur-Archiv28 (1959), S. 360–362Search in Google Scholar

11. Vetters, H.: Transformation of austenite into bainitic ferrite and mar-tensite. Steel research (57(1996) S. 408–411Search in Google Scholar

12. LiebmannG.: Restaustenit als Bestandteil des Härtegefüges von Werkzeugstählen, Teil 1 und Teil 2. In: Tagungsband VII. Bezirks-fachtagung „Härterei-Technik“, Kammer der Technik (Hrsg.), Suhl, 1963, S. 85–108Search in Google Scholar

13. Razim, C: Einfluss des Randgefüges einsatzgehärteter Zahnräder auf die Neigung zur Grübchenbildung. Härterei-Techn. Mitt.22 (1967) 4, S. 317–329Search in Google Scholar

14. Razim, C: Über den Einfluss von Restaustenit auf das Festigkeits-verhalten einsatzgehärteter Probekörper bei schwingender Bean-spruchung. Härterei-Techn. Mitt.23 (1968), 1, S. 1–9Search in Google Scholar

15. MoritzH.: Experimentelle Untersuchung der Eigenspannungen un-terschiedlich wärmebehandelter Ringe aus 100 Cr 6. Diplomarbeit, FAG/TU München, 1981Search in Google Scholar

16. Schlicht, H.: Wälzermüdung, Teil 1: Plastische Verformungen. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung57 (2002), 3, S. 174–189Search in Google Scholar

17. Günther, D.; Hoffmann, F.; Mayr, P.: Steigerung der Gebrauchs-dauer von wälzbeanspruchten Bauteilen unter verschmutztem Schmierstoff. HTM Z. Werkst. Waermebeh. Fertigung59 (2004), 2, S. 98–111Search in Google Scholar

Online erschienen: 2013-05-11

Erschienen im Druck: 2006-06-01

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