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Vergleichende Untersuchung von Öl- und Polymerabschreckung hinsichtlich des Verzugs von dünnwandigen Wälzlagerringen*

  • T. Wolfrath , Th. Lübben and F. Frerichs
Published/Copyright: December 22, 2014
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HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 69 Issue 4

Kurzfassung

In der Industrie werden für das Härten von metallischen Bauteilen häufig verdampfende Medien verwendet. Ein Hauptgrund sind die, im Vergleich zur Gas- und Salzbadabschreckung, deutlich höheren erzielbaren Abkühlraten. Als problematisch erweisen sich beim Einsatz verdampfender Medien aber oftmals die mit dem Leidenfrost-Phänomen verbundenen drei Abschreckphasen, die zu einem zeitlich wie örtlich stark variierenden Wärmeübergangskoeffizienten und daraus resultierend zu erhöhten Formabweichungen führen können. Hierbei ist insbesondere der Übergang von der Film- zur Kochphase, die sogenannte Wiederbenetzung, als kritisch anzusehen, da er nicht gleichzeitig auf der gesamten Bauteiloberfläche stattfindet. Durch den Einsatz von Hochleistungshärteölen, die eine verkürzte Filmphase aufweisen, kann das Auftreten von Formänderungen zwar reduziert, aber nicht ausgeschlossen werden. Eine Reduzierung der Formänderungen könnte auch dadurch erzielt werden, dass die Wiederbenetzung gleichzeitig auf der gesamten Bauteiloberfläche stattfindet. Wässrige Polymerlösungen könnten hier ein Schritt in die richtige Richtung sein, da die Wiederbenetzung im Vergleich zu reinem Wasser oder Abschreckölen sehr schnell, sozusagen explosionsartig, über die gesamte Bauteiloberfläche erfolgen kann. Zur Überprüfung dieser Ansätze wurden das Verzugsverhalten von dünnwandigen Wälzlagerringen aus 100Cr6 untersucht, die in Polyvinylpyrrolidon (PVP) basierten wässrigen Polymerlösungen, in einem Hochleistungshärteöl und in einem Gasdüsenfeld mit Stickstoff abgeschreckt wurden. Neben dieser Variation der Abschreckmedien wurden auch die Einflüsse durch die Chargierung der Bauteile und die Temperatur des Polymerabschreckmittels analysiert. Anhand der verzugsempfindlichen Wälzlageringe wird gezeigt, dass durch Verwendung bestimmter Parameter die Abschreckung im eingesetzten PVP basierten Polymerabschreckmittel zu vergleichbaren bis besseren Werten hinsichtlich der Formänderungen führen als bei Verwendung von Hochleistungsabschrecköl.

Abstract

Immersion quenching is a widely used technique in heat treatment workshops, because these techniques provide higher heat transfer coefficients than gas and liquid salt quenching techniques. The disadvantage of immersion quenching in evaporating fluids can be the complex heat transfer mechanism which consists of the three stages of quenching film boiling, nucleate boiling, and convection. Especially the transition from film to nucleate boiling – the rewetting of the sample surface – is a complex process which leads to a strong position dependence of the heat transfer coefficient of the cooled work pieces. In order to minimize the risk of distortion mostly high performance quenching oils can be used, because these kinds of oils offer a shortened film boiling phase. However, by application of those oils the effect of deformation can be reduced but not completely eliminated. Maybe an improvement of the distortion behavior can be achieved by using water-polymer-solution, because the rewetting occurs in such media very fast, almost explosively over the entire work piece surface. To verify this assumption in a more detailed manner, the distortion behavior of SAE52100 thin walled bearing rings was investigated by quenching the rings in polymer-water-solution, in high performance quenching oil, and with nitrogen in a gas nozzle field. Further the influences of different batch structures and bath temperature of the polymer solution were investigated. On the basis of quenching experiments with distortion sensitive bearing rings it could be shown that using polyvinyl pyrrolidone (PVP) based polymer-water-solution result in some cases to comparable, if not even better results than those obtained by using high performance quenching oil.

Schlüsselwörter: Wälzlagerringe; 100Cr6; Abschrecken und Verzug; Wiederbenetzung
Keywords: Bearing races; SAE52100; quenching and distortion; rewetting
3 (Kontakt/Corresponding person)
*

Vorgetragen von Timo Wolfrath auf dem HK 2013, dem 69. HärtereiKongress vom 9.–11. Okt. 2013 in Wiesbaden.

Literatur

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Online erschienen: 2014-12-22
Erschienen im Druck: 2014-08-28

© 2014, Carl Hanser Verlag, München

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Keywords for this article
Bearing races; SAE52100; quenching and distortion; rewetting

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