Folgen Sie mir auf: 
Grundlegende Leistungsanforderungen an Wälzlagerstahl
Zu den Lagermaterialien gehören Innenringe, Außenringe, Wälzkörper und Käfige, Nieten und andere Hilfsmaterialien. Die überwiegende Mehrheit der Lager und ihrer Teile besteht aus Wälzlagerstahl. Mit der Entwicklung moderner Wissenschaft und Technik und dem zunehmenden Einsatz von Wälzlagern werden die Anforderungen an Lager immer höher, wie z. B. hohe Präzision, lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit. Für einige Speziallager müssen die Lagermaterialien außerdem Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Nichtmagnetik, Ultratieftemperatur- und Strahlungsbeständigkeit aufweisen. Darüber hinaus zählen zu den Lagerwerkstoffen auch Legierungswerkstoffe, Nichteisenmetalle und nichtmetallische Werkstoffe. Darüber hinaus sind Lager aus Keramik Materialien werden heute in Lokomotiven, Automobilen, U-Bahnen, der Luft- und Raumfahrt, der chemischen Industrie und anderen Bereichen eingesetzt.
Wälzlagerstahl wird auch Chromstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt genannt, mit einem Kohlenstoffgehalt Wc von etwa 1 % und einem Chromgehalt Wcr von 0.5 %–1.65 %. Wälzlagerstahl ist in sechs Kategorien unterteilt: Wälzlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, chromfreier Wälzlagerstahl, aufgekohlter Wälzlagerstahl, rostfreier Wälzlagerstahl, mittel- und hochtemperaturbeständiger Wälzlagerstahl und antimagnetischer Wälzlagerstahl.
Der kohlenstoffreiche Chrom-Lagerstahl GCr15 ist der am häufigsten produzierte Lagerstahl der Welt. Der Kohlenstoffgehalt Wc beträgt etwa 1 % und der Chromgehalt Wcr beträgt etwa 1.5 %. In den letzten 100 Jahren seit seiner Geburt im Jahr 1901 haben sich die Hauptbestandteile im Wesentlichen nicht verändert. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie wird die Forschungsarbeit fortgesetzt und die Produktqualität verbessert sich weiter, was über 80 % der gesamten Wälzlagerstahlproduktion der Welt ausmacht. Wenn es also keine speziellen Hinweise für Wälzlagerstahl gibt, wird auf GCr15 verwiesen (AISI 52100).
Grundlegende Eigenschaften von Wälzlagerstahl
Der grundlegende Materialbedarf von Lagern hängt in hohem Maße von der Arbeitsleistung der Lager ab. Ob das zur Herstellung von Wälzlagern verwendete Material geeignet ist, hat großen Einfluss auf deren Leistung und Lebensdauer. Im Allgemeinen sind die Hauptschadensformen von Wälzlagern Ermüdungsabplatzungen unter Belastung und Schäden an der Lagergenauigkeit aufgrund von Reibung und Verschleiß. Darüber hinaus gibt es Risse, Einkerbungen, Rost und andere Gründe, die zu ungewöhnlichen Schäden an den Lagern führen. Daher sollten Wälzlager eine hohe Beständigkeit gegen plastische Verformung, geringe Reibung und Verschleiß, eine gute Rotationsgenauigkeit, gute Maßhaltigkeit und Stabilität sowie eine lange Kontaktermüdungslebensdauer aufweisen. Und viele dieser Eigenschaften werden durch das Material und den Wärmebehandlungsprozess bestimmt. Da die Grundanforderungen an Werkstoffe für Wälzlager durch die Schadensart des Lagers bestimmt werden, müssen die Werkstoffe zur Herstellung von Wälzlagern nach einer bestimmten Wärmebehandlung im Nachbearbeitungsprozess folgende Eigenschaften aufweisen:
Hohe Kontaktermüdungsfestigkeit
Kontaktermüdungsschäden sind die Hauptform normaler Lagerschäden. Beim Betrieb eines Wälzlagers rollen die Wälzkörper zwischen den Laufbahnen des Innen- und Außenrings des Lagers. Die Kontaktteile sind periodischen Wechselbelastungen ausgesetzt, die Hunderttausende Male pro Minute erreichen können. Unter wiederholter Einwirkung periodischer Wechselbeanspruchung kommt es an der Kontaktfläche zu einem Ermüdungsabschälen. Sobald sich das Wälzlager abzulösen beginnt, kommt es zu Vibrationen des Lagers, erhöhtem Lärm und einem starken Anstieg der Betriebstemperatur, wodurch das Lager schließlich beschädigt wird. Diese Schadensform wird als Kontaktermüdungsschaden bezeichnet. Daher muss der Stahl für Wälzlager eine hohe Kontaktermüdungsfestigkeit aufweisen.
Hohe Verschleißfestigkeit
Beim normalen Betrieb von Wälzlagern kommt es neben der Rollreibung auch zu Gleitreibung. Die Hauptteile, an denen Gleitreibung auftritt, sind: die Kontaktfläche zwischen dem Wälzkörper und der Laufbahn, die Kontaktfläche zwischen dem Wälzkörper und der Käfigtasche, der Käfig und die Ferrulenführungsrippe sowie die Rollenendfläche und die Ferrulenführung. Warten Sie zwischen den Seiten. Die Gleitreibung in Wälzlagern führt zwangsläufig zum Verschleiß der Lagerteile. Wenn die Verschleißfestigkeit des Wälzlagerstahls schlecht ist, verliert das Wälzlager durch Verschleiß vorzeitig an Präzision oder die Rundlaufgenauigkeit nimmt ab, was zu erhöhten Vibrationen und einer verringerten Lebensdauer des Lagers führt. Daher muss Wälzlagerstahl eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen.
Hohe Elastizitätsgrenze
Wenn das Wälzlager in Betrieb ist, ist der Kontaktdruck auf die Kontaktfläche sehr groß, da die Kontaktfläche zwischen dem Wälzkörper und der Ringlaufbahn sehr klein ist. Um zu verhindern, dass bei hoher Kontaktspannung eine übermäßige plastische Verformung auftritt, die zu einem Verlust der Lagergenauigkeit oder dem Auftreten von Oberflächenrissen führt, muss der Lagerstahl eine hohe Elastizitätsgrenze aufweisen.
Vier entsprechende Härte
Geeignete Härte
Die Härte ist einer der wichtigen Indikatoren für Wälzlager. Sie hängt eng mit der Ermüdungsfestigkeit des Materialkontakts, der Verschleißfestigkeit und der Elastizitätsgrenze zusammen und wirkt sich direkt auf die Lebensdauer des Wälzlagers aus. Die Härte des Lagers wird normalerweise anhand der Art und Größe der Belastung, der das Lager ausgesetzt ist, der Gesamtgröße des Lagers und der Wandstärke bestimmt. Die Härte des für Wälzlager verwendeten Stahls muss angemessen sein. Wenn es zu groß oder zu klein ist, beeinträchtigt es die Lebensdauer des Lagers. Wie wir alle wissen, sind Kontaktermüdungsschäden und Verlust der Lagergenauigkeit aufgrund mangelnder Verschleißfestigkeit oder Dimensionsinstabilität die häufigsten Ausfallformen von Wälzlagern. Fehlt den Lagerteilen eine gewisse Zähigkeit, kommt es bei großer Stoßbelastung zu Sprödbruch. Lagerschaden. Daher muss die Härte des Lagers auf der Grundlage der spezifischen Bedingungen des Lagers und der Art der Beschädigung bestimmt werden. Bei Verlust der Lagergenauigkeit aufgrund von Ermüdungsabplatzungen oder schlechter Verschleißfestigkeit sollten Lagerteile mit höherer Härte ausgewählt werden; Bei Lagern, die größeren Stoßbelastungen standhalten (z. B. Walzwerkslager, Eisenbahnlager und einige Automobillager usw.), sollte die Härte entsprechend reduziert werden. Härte ist notwendig, um die Zähigkeit des Lagers zu verbessern.
Gute Schlagzähigkeit
Da viele Wälzlager im Einsatz bestimmten Stoßbelastungen ausgesetzt sind, muss der Lagerstahl eine gewisse Zähigkeit aufweisen, um sicherzustellen, dass die Lager durch Stöße nicht beschädigt werden. Für Lager, die großen Stoßbelastungen standhalten, wie etwa Walzwerkslager und Eisenbahnlager, müssen die Werkstoffe eine relativ hohe Schlagzähigkeit und Bruchzähigkeit aufweisen. Einige dieser Lager verwenden ein Bainit-Abschreck-Wärmebehandlungsverfahren, andere verwenden aufkohlende Stahlmaterialien, nur um sicherzustellen, dass diese Lager eine gute Schlagfestigkeit und Zähigkeit aufweisen.
Gute Dimensionsstabilität
Wälzlager sind mechanische Präzisionsteile und ihre Genauigkeit wird in Mikrometern gemessen. Bei längerer Lagerung und Nutzung führen Veränderungen in der inneren Struktur oder Belastung zu Veränderungen der Lagergröße, wodurch das Lager an Genauigkeit verliert. Um die Maßhaltigkeit des Lagers sicherzustellen, sollte der Lagerstahl daher eine gute Maßhaltigkeit aufweisen.
Gute Rostschutzleistung
Wälzlager haben viele Produktionsprozesse und einen langen Produktionszyklus. Manche Halbzeuge oder Fertigteile müssen vor der Montage längere Zeit gelagert werden. Daher sind Lagerteile während des Produktionsprozesses oder während der Lagerung von Fertigprodukten, insbesondere in feuchter Luft, einer gewissen Korrosion ausgesetzt. Daher muss Wälzlagerstahl gute Rostschutzeigenschaften aufweisen.
Gute Prozessleistung
Während des Produktionsprozesses von Wälzlagern durchlaufen deren Teile mehrere Kalt- und Warmbearbeitungsprozesse. Dies erfordert, dass Lagerstahl gute Prozesseigenschaften wie Kalt- und Warmumformeigenschaften, Schneid- und Schleifeigenschaften, Wärmebehandlungseigenschaften usw. aufweist, um den Anforderungen großvolumiger, hocheffizienter, kostengünstiger und hocheffizienter Produkte gerecht zu werden. Qualitätsproduktion von Wälzlagern.
Darüber hinaus müssen für Lager, die unter besonderen Arbeitsbedingungen eingesetzt werden, zusätzlich zu den oben genannten Grundanforderungen entsprechende besondere Leistungsanforderungen an den verwendeten Stahl gestellt werden, wie z. B. Hochtemperaturbeständigkeit, Hochgeschwindigkeitsleistung, Korrosionsbeständigkeit und antimagnetische Eigenschaften.
Wärmebehandlungsprozess für Wälzlagerstahl
Der Wärmebehandlungsprozess für Wälzlagerstahl besteht aus zwei Hauptgliedern: der Vorwärmebehandlung und der abschließenden Wärmebehandlung. GCr15-Stahl ist die am häufigsten verwendete Art von Wälzlagerstahl. Es handelt sich um einen Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, geringem Legierungsgehalt und guter Leistung. GCr15-Lagerstahl weist eine hohe und gleichmäßige Härte, eine gute Verschleißfestigkeit und eine hohe Kontaktermüdungsleistung nach der Wärmebehandlung auf.
Temperm
(1) Vollständiges Glühen und isothermes Glühen: Das vollständige Glühen wird auch Rekristallisationsglühen genannt, allgemein als Glühen bezeichnet. Dieses Glühen wird hauptsächlich für Gussteile, Schmiedeteile und warmgewalzte Profile aus verschiedenen Kohlenstoffstählen und legierten Stählen mit untereutektoider Zusammensetzung und manchmal auch für Schweißkonstruktionen verwendet. Es wird im Allgemeinen als abschließende Wärmebehandlung einiger unwichtiger Werkstücke oder als Vorwärmebehandlung einiger Werkstücke verwendet.
(2) Sphäroidisierendes Glühen: Sphäroidisierendes Glühen wird hauptsächlich für übereutektoiden Kohlenstoffstahl und legierten Werkzeugstahl (z. B. Stahltypen, die zur Herstellung von Schneidwerkzeugen, Messwerkzeugen und Formen verwendet werden) eingesetzt. Sein Hauptzweck besteht darin, die Härte zu verringern, die Bearbeitbarkeit zu verbessern und das anschließende Abschrecken vorzubereiten.
(3) Spannungsarmglühen: Spannungsarmglühen wird auch Niedertemperaturglühen (oder Hochtemperaturanlassen) genannt. Diese Art des Glühens wird hauptsächlich zur Beseitigung von Restspannungen in Gussteilen, Schmiedestücken, Schweißteilen, warmgewalzten Teilen, kaltgezogenen Teilen usw. verwendet. Wenn diese Spannungen nicht beseitigt werden, führt dies dazu, dass sich die Stahlteile nach einiger Zeit verformen oder reißen über einen bestimmten Zeitraum oder bei nachfolgenden Schneidvorgängen.
Abschrecken
Um die Härte zu verbessern, sind Erhitzen, Wärmekonservierung und schnelles Abkühlen die wichtigsten Methoden. Die am häufigsten verwendeten Kühlmedien sind Sole, Wasser und Öl. Das in Salzwasser abgeschreckte Werkstück erhält leicht eine hohe Härte und eine glatte Oberfläche und ist nicht anfällig für weiche Stellen, die nicht abgeschreckt werden, aber es kann leicht zu ernsthaften Verformungen des Werkstücks und sogar zu Rissen kommen. Die Verwendung von Öl als Abschreckmedium eignet sich nur zum Abschrecken einiger legierter Stähle oder kleiner Werkstücke aus Kohlenstoffstahl, bei denen die Stabilität von unterkühltem Austenit relativ groß ist.
Anlassen
(1) Reduzieren Sie die Sprödigkeit und beseitigen oder reduzieren Sie innere Spannungen. Nach dem Abschrecken weisen Stahlteile große innere Spannungen und Sprödigkeit auf. Wenn sie nicht rechtzeitig angelassen werden, kommt es häufig zu Verformungen oder sogar Rissen in den Stahlteilen.
(2) Erhalten Sie die für das Werkstück erforderlichen mechanischen Eigenschaften. Nach dem Abschrecken weist das Werkstück eine hohe Härte und hohe Sprödigkeit auf. Um den unterschiedlichen Leistungsanforderungen verschiedener Werkstücke gerecht zu werden, kann die Härte durch geeignetes Anlassen angepasst werden, um die Sprödigkeit zu reduzieren und die erforderliche Zähigkeit und Plastizität zu erhalten.
(3) Stabile Werkstückgröße
(4) Bei einigen legierten Stählen, die sich durch Glühen nur schwer erweichen lassen, wird nach dem Abschrecken (oder Normalisieren) häufig Hochtemperaturanlassen eingesetzt, um die Karbide im Stahl richtig anzusammeln und die Härte zu verringern, um das Schneiden zu erleichtern.
Grundlegende Qualitätsanforderungen an Wälzlagerstahl
Strenge Anforderungen an die chemische Zusammensetzung.
Bei allgemeinem Lagerstahl handelt es sich hauptsächlich um kohlenstoffreichen Chromlagerstahl, bei dem es sich um übereutektoiden Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 1 %, einem Zusatz von etwa 1.5 % Chrom und einer geringen Menge an Mangan- und Siliziumelementen handelt. Chrom kann die Wärmebehandlungsleistung, die Härtbarkeit, die Strukturgleichmäßigkeit und die Anlassstabilität verbessern sowie die Rostschutzleistung und Schleifleistung von Stahl verbessern.
Wenn der Chromgehalt jedoch 1.65 % übersteigt, nimmt der Restaustenit im Stahl nach dem Abschrecken zu, was die Härte und Dimensionsstabilität verringert, die Inhomogenität der Karbide erhöht und die Schlagzähigkeit und Ermüdungsfestigkeit des Stahls verringert. Aus diesem Grund wird der Chromgehalt in kohlenstoffreichem Chromlagerstahl im Allgemeinen auf unter 1.65 % kontrolliert. Nur durch eine strenge Kontrolle der chemischen Zusammensetzung des Lagerstahls können durch den Wärmebehandlungsprozess die Struktur und Härte erreicht werden, die der Lagerleistung entsprechen.
Höhere Anforderungen an die Maßhaltigkeit.
Für warmgewalzte, geglühte Stäbe, die auf Hochgeschwindigkeitsstauchmaschinen geschmiedet werden, sollten höhere Anforderungen an die Maßhaltigkeit gelten. Stahl für Wälzlager erfordert eine hohe Maßgenauigkeit, da die meisten Lagerteile druckgeformt werden müssen. Um Material zu sparen und die Arbeitsproduktivität zu verbessern, werden die meisten Lagerringe geschmiedet und geformt, Stahlkugeln werden durch Kaltstauchen oder Warmwalzen geformt und kleine Rollen werden ebenfalls durch Kaltstauchen geformt. Wenn die Maßgenauigkeit des Stahls nicht hoch ist, können Schnittgröße und -gewicht nicht genau berechnet werden, die Produktqualität der Lagerteile kann nicht garantiert werden und es kann leicht zu Schäden an Geräten und Formen kommen.
Besonders strenge Reinheitsanforderungen.
Die Reinheit von Stahl bezieht sich auf die Anzahl der im Stahl enthaltenen nichtmetallischen Einschlüsse. Je höher die Reinheit, desto weniger nichtmetallische Einschlüsse im Stahl. Schädliche Einschlüsse wie Oxide und Silikate im Lagerstahl sind die Hauptursache für frühzeitige Ermüdungsabplatzungen von Lagern und eine deutliche Verkürzung der Lagerlebensdauer. Insbesondere spröde Einschlüsse sind am schädlichsten, da sie sich während der Bearbeitung leicht von der Metallmatrix lösen und die Oberflächenqualität der Lagerteile nach der Endbearbeitung stark beeinträchtigen. Um die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Lagern zu verbessern, muss daher der Gehalt an Einschlüssen im Lagerstahl reduziert werden.
Strenge Anforderungen an Gewebe mit geringer Vergrößerung und mikroskopisches Gewebe (starke Vergrößerung).
Die Struktur von Wälzlagerstahl mit geringer Vergrößerung bezieht sich auf allgemeine Porosität, zentrale Porosität und Segregation. Die mikroskopische (stark vergrößerte) Struktur umfasst die geglühte Struktur von Stahl, das Karbidnetzwerk, Streifenbildung und Flüssigkeitsentmischung usw. Karbidflüssigkeit ist hart und spröde und ihre Gefahren sind die gleichen wie bei spröden Einschlüssen. Retikuläre Karbide verringern die Schlagzähigkeit von Stahl und machen ihn ungleichmäßig in der Struktur, sodass er sich beim Abschrecken leicht verformen und reißen kann. Gebänderte Karbide beeinflussen die Glüh- und Vergütungsstrukturen sowie die Kontaktermüdungsfestigkeit. Die Qualität von Strukturen mit geringer und hoher Vergrößerung hat großen Einfluss auf die Leistung und Lebensdauer von Wälzlagern. Daher gibt es in Lagermaterialnormen strenge Anforderungen an Strukturen mit geringer und hoher Vergrößerung.
Oberflächenfehler und innere Mängel sind verboten
Zu den Oberflächenfehlern bei Lagerstahl gehören Risse, Schlackeneinschlüsse, Grate, Krusten, Oxidablagerungen usw. und zu den inneren Fehlern gehören Lunker, Blasen, weiße Flecken, starke Porosität und Entmischung usw. Diese Fehler haben große Auswirkungen auf die Lagerverarbeitung , Lagerleistung und Lebensdauer. In den Lagerwerkstoffnormen ist klar festgelegt, dass diese Mängel nicht zulässig sind.
Verbot ungleichmäßiger Karbide
Wenn in Wälzlagerstahl eine starke ungleichmäßige Verteilung der Karbide vorliegt, führt dies während der Wärmebehandlung leicht zu einer ungleichmäßigen Struktur und Härte. Die unebene Struktur von Stahl hat einen größeren Einfluss auf die Kontaktermüdungsfestigkeit. Darüber hinaus können starke Karbidunebenheiten beim Abschrecken und Abkühlen leicht zu Rissen in Lagerteilen führen, und Karbidunebenheiten können auch die Lebensdauer des Lagers verkürzen. Daher gibt es in den Lagerwerkstoffnormen klare Regelungen für unterschiedliche Spezifikationen von Stahl. besondere Anforderung.
Strenge Anforderungen an die Tiefe der Oberflächenentkohlungsschicht.
In den Lagerwerkstoffnormen gibt es strenge Vorschriften zur Oberflächenentkohlungsschicht von Stahl. Wenn die Oberflächenentkohlungsschicht den Geltungsbereich der Norm überschreitet und während der Verarbeitung vor der Wärmebehandlung nicht vollständig entfernt wird, wird sie während des Wärmebehandlungs- und Abschreckprozesses entfernt. Es kommt leicht zu Abschreckrissen, die zum Ausschuss von Teilen führen.
Andere Vorraussetzungen.
In den Wälzlagerstahl-Materialnormen gibt es außerdem strenge Anforderungen an das Schmelzverfahren, den Sauerstoffgehalt, die Glühhärte, die Bruchfläche, die Restelemente, die Funkenprüfung, den Lieferstatus, die Kennzeichnung usw. des Wälzlagerstahls.