DE1292696B - Verfahren zur Erhoehung der Lebensdauer von Waelzpaarungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Gut kurzzeitig einer zusätzlichen höheren Austeder Lebensdauer von Wälzpaarungen, deren Bestand- nitisierungstemperatur ausgesetzt, wodurch vom Rand teile aus übereutektoidem ferromagnetischem Stahl zum Kern hin abnehmend mehr Kohlenstoffatome im bestehen. Rollen derartige Teile aufeinander ab, so Grundgitter gelöst werden. Wegen der großen ist ihre Lebensdauer von den kritischen Spannungen 5 Wärmeleitfähigkeit des Stahls und des dadurch beabhängig, die sich als Folge der auf die Teile ein- dingten niedrigen Temperaturgradienten ließen sich wirkenden Belastungen ergeben. auf diese Weise jedoch nur geringe, von der Ober-

Es ist bekannt, die Ermüdungslebensdauer eines fläche zum Inneren gleichmäßig, d. h. ohne Einschluß

Werkstoffes dadurch zu erhöhen, daß man ihm einen eines Maximums unterhalb der Oberfläche, abfallende

Eigenspannungszustand einprägt, der den bei seinen io Eigenspannungen einprägen.

Belastungen auftretenden kritischen Spannungen ent- Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber ein

gegengesetzt ist. So wird beispielsweise die niedrige Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von Wälz-

Zugfestigkeit von Beton durch ein in Druckrichtung paarungen aus übereutektoidem ferromagnetischem

verlaufendes Vorspannen erhöht (Spannbeton). Stahl, bei welchen wenigstens in einem ihrer Bestand-

Um die Lebensdauer von Werkstücken aus Stahl 15 teile durch Erwärmung auf eine im austenitischen zu erhöhen, ist ihnen bekanntlich bereits durch me- Gebiet des Zustandsdiagramms liegende Temperatur chanische Einwirkungen, z. B. durch Hämmern, durch Abschrecken und durch Anlassen Druck-Walzen, Sandstrahlen oder Schleifen, ein Eigen- spannungen unter der Laufbahnoberfläche erzeugt spannungszustand im Bereich ihrer Oberfläche ver- werden, die den unter Belastung auftretenden Schubmittelt worden, der allerdings nur eine geringe Ein- 20 spannungen entgegenwirken, und das gekennzeichnet dringtiefe (einige Mikrometer) aufweist. Jeder dieser ist durch die Herbeiführung eines ein Maximum Bearbeitungsvorgänge macht außerdem nach der not- aufweisenden Eigenspannungsverlaufs in diesem wendig vorhergehenden Wärmebehandlung eine zu- Wälzpaarungs-Bestandteil, indem folgende an sich sätzliche Maßnahme aus, durch die das Erzeugnis bekannte Maßnahmen zur Anwendung gebracht nicht unwesentlich verteuert wird. 25 werden:

In richtiger Erkenntnis dieser Nachteile hat es nicht

an Versuchen gefehlt, den bei der Stahlhärtung zur a) eine höhere und gleichmäßigere Austenitisierung

Anwendung gebrachten Abschreckvorgang gleich in der Oberflächenzonen gegenüber den darunter-

einer Weise vor sich gehen zu lassen, die eine Ver- liegenden Schichten durch induktives Erhitzen

besserung der entstehenden Vorspannungen ergibt. 30 unter Ausnutzung des Skin-Effekts sowie an-

Zu diesem Zweck sind unterschiedliche Abschreck- schließendes Abschrecken,

mittel, wie öl, Wasser, Salzwasser oder auch ge- j,) _em induktives Anlassen wiederum unter Aus-

schmolzenes Salz, zum Einsatz gebracht worden. nutzung des Skin-Effekts.
Auch hat man das Härtegut vor dem Abschrecken

eine Zeitlang in Luft abgehängt oder sich eines 35 Durch diese beiden Verfahrensschritte wird der

Tauchabschreckens bedient. betreffende Wälzpaarungs-Bestandteil während der

Durch diese Maßnahmen hat sich jedoch die Austenit-Martensit-Umwandlung in der Randzone Lebensdauer von betriebsmäßigen Belastungen aus- mit dem darin stärker gelösten Kohlenstoff in höhegesetzten gehärteten Stahlwerkstücken, wie sie auch rem Maße aufgeweitet als in den darunterliegenden durch die Bestandteile von Wälzpaarungen verkörpert 40 Zonen. Diese Aufweitung erzeugt zunächst eine sind, ebenfalls noch nicht in zufriedenstellender Weise nahezu gleichmäßige Druckeigenspannung in der steigern lassen. Es ist deshalb bekanntlich der Ver- Randzone und beträchtlich geringere derartige Spansuch gemacht worden, den Eigenspannungszustand nungen in den darunterliegenden Zonen, so daß mit von Werkstücken aus härtbarem Stahl durch eine dem induktiven Anlassen des abgeschreckten Bedifferenzierte Austenitisierung von Rand und Kern 45 Standteils bei erneuter Ausnutzung des Skin-Effekts zu beeinflussen. Zu diesem Zweck werden über den in der Randzone die nahezu gleichmäßige Druck-Querschnitt des Stahls hinweg entweder bei unver- eigenspannung in unmittelbarer Umgebung der Laufänderter Zusammensetzung seines Gefüges unter- fläche verringert wird. Dem so behandelten Paarungsschiedliche thermische Behandlungen zwischen Rand Bestandteil wird auf diese Weise eine Druckeigen- und Kern vorgenommen oder bei unterschiedlicher 50 Spannung vermittelt, die von der Lauffläche ab zu-Stahlzusammensetzung über den Querschnitt hinweg nächst anwächst, mit zunehmendem Abstand von ihr eine gleiche thermische Behandlung zur Härtung ein Maximum erreicht und die danach wieder zum herangezogen. Beispiele hierfür sind einerseits die Kern hin abfällt. Die Tiefe des zu erzeugenden Druck-Oberflächenhärtungsverfahren, wie sie beim Flamm- Spannungsmaximums entspricht der Tiefe, in der die härten oder Induktionshärten gegeben sind. Anderer- 55 maximale Scherbeanspruchung auftritt, und ist im seits kommen das Aufkohlen (Einsatzhärten) bzw. die wesentlichen von der geometrischen Form der sich Karbonitrierung in Betracht, die einen vom Rand zum berührenden Paarungs-Bestandteile und von der BeKern hin abfallenden Kohlenstoff- bzw. Kohlen- und lastung abhängig. Da die spezifische Belastung der Stickstoffgehalt ergibt. Durch sämtliche derartigen Wälzpaarungs-Bestandteile üblicherweise zwischen Härtungsverfahren lassen sich vom Rand zum Kern 60 250 bis 350 kg/mm² beträgt, ergibt sich für die Tiefe eines Stahlwerkstückes hin abfallende Druckspan- des Spannungsmaximums bei handelsüblichen Wälznungen erzeugen. lagern ein Wert von etwa 5^fl/o des kleinsten Krüm-Auch für die Erhöhung der Lebensdauer von mungsradius, der bei den Bestandteilen einer Wälz-Wälzpaarungs-Bestandteilen (Wälzelemente) ist durch paarung vorhanden ist.

die USA.-Patentschrift 3117 041 schon bekannt- 65 In weiterer erfinderischer Ausgestaltung des vorgeworden, deren Eigenspannungszustand durch eine stehend charakterisierten Verfahrens kann beim Abdifferenzierte Austenitisierung von Rand und Kern schrecken ein Wälzpaarungs-Bestandteil in ein SaIzzu beeinflussen. Dabei hat man an sich durchhärten- bad von 160 bis 170° C getaucht werden. Mit oder

ohne Inanspruchnahme dieser Variante können schließlich erfindungsgemäß die geschilderten Verfahrensschritte auch bei Zahnrädern oder bei Walzen in Walzwerken für Bleche zur Anwendung kommen.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindungsgegenstände sind im einzelnen in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert. Darin stellt dar

F i g. 1 ein Diagramm, das die bei Belastung einer Wälzpaarung auftretenden Beanspruchungen eines ihrer Bestandteile sowie die sie entlastende Eigenspannung des Teils erkennen läßt (nachgebrachtes Erläuterungsbeispiel),

F i g. 2 ein Diagramm, das die beim Abschrecken eines Wälzpaarungs-Bestandteils auftretenden Maßänderungen in Abhängigkeit von der Temperatur zeigt (nachgebrachtes Erläuterungsbeispiel),

F i g. 3 eine Kurvenschar, die die induktive Erwärmung eines Wälzpaarungs-Bestandteils für verschiedene Werte des Zeit-Parameters wiedergibt,

F i g. 4 einen Kurvenzug, der den Einfluß des induktiven Anlassens auf einen erfindungsgemäß gehärteten Wälzpaarungs-Bestandteil veranschaulicht.

Nach F i g. 1 rollt auf der Laufbahnoberfläche 1 eines Wälzpaarungs-Bestandteils, z. B. des Laufrings eines Wälzlagers, ein anderer derartiger Paarungs-Bestandteil, z. B. eine zylindrische Rolle mit der Oberfläche 2, ab. Infolge der Belastung, unter der sich der rollende Bestandteil auf seiner Laufbahn abwälzt, ergibt sich nach einer Theorie von Heinrich Hertz aus dem Jahre 1895 ein Druckverlauf 3, der im Berührungsbereich beider Bestandteile die aus der Zeichnung ersichtliche Abplattung des rollenden Körpers mit der Oberfläche 2 auf seiner Laufbahn zur Folge hat.

Durch den Druckverlauf 3 entstehen im Werkstoff des die Laufbahnoberfläche 1 aufweisenden Wälzelementes unterhalb seiner Oberfläche Normalspannungen, deren Verlauf nach orthogonalen Koordinatenrichtungen durch den Kurvenzug 4 in der Belastungsrichtung 5 und durch den Kurvenzug 6 senkrecht zur Belastungsrichtung 5 wiedergegeben wird. Die Differenz der Werte dieser Spannungen liefert für jeden Elementarkubus im Inneren des Laufbahnelements Schubspannungen, deren Größe — abgesehen von einem ganzzahligen Faktor — vom Punkt 7 der Hauptbelastung unterhalb des Scheitels 8 des Druckverlaufs 3 in der Belastungsrichtung 5 so verläuft, wie es der Kurvenzug 9 veranschaulicht. Danach wird die Ermüdung des Werkstoffes, die durch Schubspannungen in seinem Inneren hervorgerufen wird, unter der Laufbahnoberfläche 1 zunächst größer, dann überschreitet sie ein Maximum und fällt schließlich nach dem Inneren des Werkstückes hin ab. Dieser theoretisch ermittelte Verlauf ist später durch die sogenannte Pittingbildung bestätigt worden, die auf einer Ermüdung des Werkstoffes bei Abwälzvorgängen gerade immer unter seiner Oberfläche, und zwar in der Zone der hauptsächlichen Schubspannungsbeanspruchung, auftritt.

Dem bereits dargelegten Zweck der vorliegenden Erfindung entsprechend ist mit dem sie ausmachenden Verfahren in das von der Laufbahnoberfläche 1 begrenzte Wälzelement ein solcher Vorspannungsverlauf einzuprägen, wie ihn der Kurvenzug 10 wiedergibt. Er ist zu demjenigen Kurvenverlauf 9 spiegelsymmetrisch, der sich durch die Spannungsverhältnisse ergibt, die beim Abwälzen des Rollkörpers mit der Oberfläche 2 auf der Laufbahnoberfläche 1 auftreten. Insbesondere weisen die beiden Kurvenzüge 9 und 10 maximale Ordinatenwerte 11 bzw. 12 an einer Stelle im Inneren des von der Laufbahnoberfläche 1 begrenzten Wälzelements auf, die in einem durch die angeführten mechanischen Spannungsverhältnisse bedingten Abstand von der Laufbahn 1 zustande kommen. Unter üblicherweise auftretenden Betriebsbedingungen beträgt dieser Abstand, wie oben bereits erwähnt, etwa 5% des kleinsten, bei einer handelsüblichen Wälzpaarung vorhandenen Krümmungsradius. Liegt dieser Radius also zwischen 20 und 25 mm, so ergibt sich für den Ordinatenwert des Maximums 12 ein Betrag zwischen 1,0 und 1,25 mm. Die Lage der Maxima Il und 12 ist demnach schon bei der hier zugrunde gelegten Abmessung für den Krümmungsradius ein beträchtliches Stück von der Laufbahnoberfläche 1 entfernt.

Um in einem Wälzelement einen dem Kurvenzug 10 in Fig. 1 entsprechenden Druckeigenspannungsverlauf zu erzeugen, der den beim Abrollen einer Wälzpaarung unter Belastung sich ergebenden Spannungsverhältnissen entlang des Kurvenzuges 9 weitgehend (spiegelbildlich) gleich ist, wird — wie es oben bereits angedeutet worden ist — durch induktive Wärmebehandlung vor dem Abschrecken eine sich an die Laufbahnoberfläche 1 eines Wälzelements anschließende Randzone höher und gleichmäßiger als die darunterliegenden Zonen austenitisiert. Es bildet sich dadurch am Übergang von der Randzone zu dem darunterliegenden Bereich eine Schwelle unterschiedlichen Austenitisierungszustandes aus. Durch Abschrecken des Wälzelementes wird eine Umwandlung des Austenits in Martensit und dabei eine Volumenvergrößerung bewirkt. Sie ist um so größer, je höher austenitisiert wurde. Die höher und gleichmäßiger austenitisierte Randzone wächst demnach stärker als der darunterliegende Bereich. Diese unterschiedlichen Volumenzunahmen lassen einen Druckspannungszustand entstehen, bei welchem der Druck mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des betreffenden Wälzelements zunächst bis zur Tiefe der bei dem angeführten Austenitisieren sich ergebenden Schwelle annähernd gleich groß bleibt und danach abfällt. Die Lage der Schwelle entspricht etwa dem Abstand des durch die weitere, noch zu schildernde Werkstücksbehandlung sich ergebenden Druckspannungsmaximums (12 in Fig. 1) von der Werkstücksoberfläche.

Den sich in einem Wälzelement zunächst bis zu dessen Abschrecken abspielenden metallurgischen Vorgängen liegt die Tatsache zugrunde, daß geglühter härtbarer — insbesondere übereutektoider — Stahl aus Eisen und Kohlenstoff besteht, wobei Eisen in Form von Ferrit in kubisch raumzentrierter Kristallstruktur und der Kohlenstoff mit Eisen in Form von Karbid gebunden vorliegen. Die Löslichkeit von Kohlenstoff im Ferrit ist gering. Bringt man den Stahl auf Härtetemperatur (etwa 850° C), so wandelt sich das kubisch-raumzentrierte Ferritgitter in das kubisch-flächenzentrierte Austenitgitter um. Gleichzeitig beginnt sich das Karbid unter Abgabe von Kohlenstoff aufzulösen, wobei der Kohlenstoff mit dem Eisen eine feste Lösung (Mischkristall) bildet.

Die geschilderten Prozesse sind temperatur- und

zeitabhängig. Je höher nämlich die Temperatur und einer Oberflächenschicht geringer Tiefe (Skin-Effekt), je langer die Zeitdauer sind, um so mehr löst sich erzeugt wird. Diese Eindringtiefe der die Erwärmung das Karbid auf und desto mehr Kohlenstoff wird verursachenden elektrischen Wirbelströme ist beim Austenitlager eingelagert. Beim langsamen Ab- kanntlich vom spezifischen Widerstand des Werkkühlen von Härtetemperatur laufen diese Prozesse 5 stoffes, seiner magnetischen Permeabilität und von in umgekehrter Richtung ab. Durch Diffusion schei- der Frequenz des elektrischen Stromes in der Indet sich dann der Kohlenstoff auf dem Grundgitter duktionsspule abhängig und somit namentlich durch wieder aus, und es wird von neuem Karbid gebildet. geeignete Wahl der zuletzt angeführten unabhängigen Wird jedoch der Stahl von Härtetemperatur schnell Variablen steuerbar. Hierdurch ist es möglich, den abgeschreckt, so bleibt der Kohlenstoff im Grund- to Verlauf des Kurvenzugs 10 in Fig. 1 und damit die gitter gelöst. Der Austenit klappt dann beim Unter- dem· Wälzelement eingeprägte Druckvorspannung schreiten der sogenannten Ms-Temperatur in den jeweils dem Linienzug9, d.h. den durch die Be-Martensit um, wodurch ein hartes und sprödes Ge- lastung hervorgerufenen Scherkräften entsprechend füge entsteht. Mit der Umwandlung von Austenit zu einzustellen und so diese schädlichen Scherkräfte zu Martensit ist die bereits erwähnte Volumenzunahme 15 neutralisieren.

verbunden. Sie ist um so größer, je mehr Kohlen- Bei der induktiven Aufheizung eines aus über-

stoff im Austenit gelöst ist, nämlich bis zu 4% bei eutektoidischem ferromagnetischem Stahl bestehenübereutektoidischen Stählen, d. h. bei solchen mit den Wälzlagerelements wird nicht nur dessen dem mehr als 0,79% Kohlenstoffgehalt. Skin-Effekt unterliegende Randzone erwärmt. In-

Während des Austenitisierens lösen sich die Kar- ao folge der Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes dringt bide auf, und der Kohlenstoff geht um so mehr in die Wärme auch über die Schwelle Sch im Diagramm Lösung, je höher die Austenitisierungstemperatur ist der Fig. 3 hinweg in Richtung zum KernK hin ein. und bzw. oder je längere Austenitisierungszeit auf- Den Verlauf des Eindringens der Temperatur T läßt gewendet wird. Bei der Umwandlung von Austenit z. B. schon der dem Zeitparameter t_x entsprechende in Martensit ist die eintretende Dilatation um so 25 Kurvenzug erkennen. Die Temperatur fällt danach größer, je mehr Kohlenstoff im Austenit gelöst bis zur Eindringtiefe Sch der elektrischen Wirbelwurde, ströme nur langsam, danach sehr steil zum

Die Umwandlung aus dem austenitischen — vor Kern K ab.

dem Abschrecken vorhandenen — Gefüge in die — Die im Rahmen der Erfindung zur Anwendung

durch das Abschrecken zustande kommende — mar- 30 kommende induktive Erwärmung von Wälzpaarungstensitische Struktur vollzieht sich in der Weise, wie Bestandteilen wird in einer durch die jeweilige Größe es das Diagramm in Fig. 2 beim Durchlaufen des der Frequenz des Wechselstromes den Erfordernissen Kurvenzugs 13 in Richtung des Pfeils 13' wiedergibt, angepaßten Weise bis über den Curie-Punkt hinaus in welchem die beim Abschrecken auftretenden vorgenommen. Beim Überschreiten dieses Temspezifischen Maßänderungen dl in Abhängigkeit von 35 peraturwertes ändert sich die Permeabilität des der Temperatur T aufgetragen sind. Die mit dem zur Werkstoffes sprunghaft in der Größenordnung von Anwendung kommenden Abschreckmittel (z. B. Öl) zwei Zehnerpotenzen, und damit ändert sich auch am nachhaltigsten in Berührung kommende Schale die elektrische Eindringtiefe. Die Temperatur fällt des Werkstückes erfährt zunächst eine Abkühlung damit von der Laufbahnoberfläche (F i g. 1) bis zu bis auf die Temperatur Ms. Die hier vor sich 40 der auf Curie-Temperatur gebrachten Fläche im gehende Gefügeumwandlung aus der austenitischen Inneren des Werkstoffes nur langsam, danach aber in die martensitische Struktur und damit aus dem sehr steil zum Kern K hin ab.

kubisch-flächenzentrierten in das kubisch-raum- Diesen Zusammenhang läßt das Diagramm der

zentrierte Gefüge bringt eine Volumendilatation mit F i g. 3 ebenfalls erkennen, in welchem der Verlauf sich, die auf der dl-Achse des Diagramms vom Wert 45 der Temperatur T nach dem Inneren K des Werk- dl_x bis zum Wert dl₂ vor sich geht. Der Kern macht stoffes hin für verschiedene Zeitparameter (bis i₆) zwar zeitlich verschoben, jedoch bei derselben Tem- eingetragen ist. Die bis zum Schwellenwert Sch peratur die gleichen Maßänderungen durch. reichende Randzone hat danach einen Temperatur-

Anders verhält es sich beispielsweise bei der Ein- verlauf, der hier eine höhere und gleichmäßigere satzhärtung. Die Umwandlung des wesentlich weni- 50 Austenitisierung gewährleistet, ger Kohlenstoff enthaltenden Kernes aus der auste- Die Ausnutzung dieser Schwelle ist für die Er-

nitischen in die martensitische Struktur setzt bei der findung von hervorragender Bedeutung. Eine höhere höheren TemperaturMs' ein und geht gegenüber ,Austenitisierung entspricht nämlich einer größeren dem Rand unter einer wesentlich geringeren Vo- ' Zahl an Kohlenstoffatomen, die im Austenit gelöst lumendilatation vor sich, wie sie durch den Abstand 55 ist. Die Zahl dieser Atome jedoch bestimmt die der Werte dl₃ und dl_t in Fig. 2 angedeutet ist. Volumenzunahme, die demnach durch eine entWegen der unterschiedlichen Schalen- und Kern- sprechende Wahl von Spannung und Frequenz des ausdehnung kommt somit im Werkstück eine Druck- Induktionsstromes sowie seiner Einwirkungszeit Eigenspannung zustande, die sich stetig abfallend nicht nur in ihrer Größe, sondern auch in ihrer Lage von seiner Oberfläche, z.B. der Laufbahnoberfläche 1 60 im Wälzelement verändert und seinen kritischen Beder F i g. 1, in seine Inneres hinein erstreckt. lastungen so angepaßt werden kann, daß dadurch

Die nach der Erfindung ausschließliche An- hervorgerufene Spannungen — wie aus dem Verlauf Wendung induktiver Wärmebehandlungen, und zwar der Kurvenzüge9 und 10 in Fig. 1 erkennbar — sowohl vor als auch nach dem Abschrecken eines vollständig kompensiert werden. Wälzlagerelements bringt gegenüber mittelbar ein- 65 Auch die Wärmebehandlung nach erfolgtem Abwirkenden Erwärmungsmethoden wie Konvektion schrecken ist den die Erfindung kennzeichnenden und Strahlung den Vorteil mit sich, daß die Wärme Maßnahmen entsprechend für den angestrebten Ervon Anfang an im Werkstück selbst, und zwar in folg, nämlich einer Erhöhung der Ermüdungslebens-

dauer von Wälzpaarungen, von großer Bedeutung. Normalerweise wird gehärteter Stahl zur Beeinflussung seiner technologischen Eigenschaften angelassen, d. h. längere Zeit einer erhöhten Temperatur ausgesetzt. Eine solche Behandlung ruft wiederum Gefügeumwandlungen hervor, die mit Maßänderungen verbunden sind. So findet beispielsweise während des Anlassens des weiter unten näher erörterten Stahls mit der deutschen Normbezeichnung 100 Cr 6 bei Temperaturen bis 180° C infolge einer tetragonal-kubischen Umwandlung des Martensits eine Kontraktion, während des Anlassens bei Temperaturen bis 240° C infolge der Restaustenitumwandlung eine Dilatation und schließlich während des Anlassens bei Temperaturen über 240° C infolge des weiteren Martensitzerfalls wieder eine Kontraktion statt.

Solche Maßänderungen, die sich bei normalem Anlassen eines gehärteten Wälzlagerstahls ergeben, verursachen in ihm keine irgendwie beachtlichen Spannungsänderungen, denn die Maßänderungen laufen im äußeren und im inneren Werkstückbereich gleichzeitig ab. Liegt beim Anlassen jedoch ein Temperaturgradient vor, so sind entsprechende Maßänderungen die Folge.

Bei dem nach der Erfindung zur Anwendung kommenden induktiven Anlassen, bei der die Erwärmung des Werkstückes wiederum über dessen Haut erfolgt, tritt ein Temperaturgradient auf. Er läßt sich durch entsprechende Bemessung der Spannung und der Frequenz des Induktionsstromes sowie durch dessen Einwirkungszeit steuern. Auf diese Weise können äußere Werkstückszonen bei Anlaßtemperaturen über 240° C und darunterliegende Schichten bei niedrigerer Temperatur angelassen werden. Es ist auch möglich, allein die äußere Zone bei niedriger Temperatur anzulassen. In beiden Fällen wird eine Volumenkontraktion der äußeren Zone gegenüber den darunterliegenden Schichten herbeigeführt.

Vor dem Anlassen liegt ein Druckspannungszustand vor, wie er in Fig.4 unterhalb der Laufbahnoberfläche 1 durch den gestrichelt eingetragenen Linienzug 14 veranschaulicht ist, der im weiteren Verlauf in das Kurvenstück 10' (vgl. Fig. 1) übergeht. Demnach herrscht vom Rand bis zur Übergangsstelle 15 des Linienzugs 14 in das Kurvenstück 10', d. h. bis zu einer gewissen Tiefe unter der Laufbahnoberfläche 1 annähernd gleicher Druck, der dann erst im Verlauf des Kurvenzugs 10' zum Kern hin abfällt. Beim Anlassen wird dieser Druck in der äußersten Randzone bis auf die sich aus dem Linienstück 10" ergebenden Werte abgebaut. Das Linienstück 10" beginnt nicht im Nullpunkt N des Koordinatensystems, sondern bereits mit einem gewissen Vorspannungswert W auf der Abscissenachse. Abgesehen von dieser für die Anwendung der Erfindung allerdings nicht unwichtigen Einzelheit ist der Gesamtverlauf der sich aus den Abschnitten 10' und 10" ergebenden Kurve derart, daß er dem Linienzug 10 der F i g. 1 und somit den Werten der zweckentsprechend einzuprägenden Eigenspannung weitgehend angepaßt ist. Insbesondere weist er in erheblichem Abstand von der Laufbahnoberfläche 1 das Maximum 12' auf, von welchem ab er unter Überschneidung der Ordinatenachse K an der Stelle 16 zu ihr hin abfällt.

Das Verfahren nach der Erfindung ist auf alle übereutektoidischen ferromagnetischen Stähle anwendbar. Dafür sind die nachstehenden Legierungen vorteilhaft:

Si

Mn

Cr

100 Cr 6

IO	0,95 bis 1,05
15	0,95 bis 1,05
ao	0,95 bis 1,05

0,15	0,25	1,40	maximal
bis	bis	bis
0,35	0,40	1,65	0,025

100 CrMn 6

0,50	1,0	1,40	maximal
bis	bis	bis
0,70	1,2	1,65	0,025

100 CrMo 6

0,20	0,60	1,60	maximal
bis	bis	bis
0,40	0,80	1,80	0,025

maximal 0,025

maximal 0,025

maximal 0,025

Soll eine Rolle aus 100 Cr 6 der vorstehenden Zusammensetzung und von den Abmessungen 30 0 X 48 durchgehärtet werden, so wird sie in einer

as Spule von 40 0 X 75 induktiv erwärmt, indem man sie 116 Sekunden lang bei einer Feldstärke von 360 AW/cm einem Wechselfeld von 10 kHz aussetzt. Das Abschrecken erfolgt im Salzbald bei 160 bis 170⁰C mit anschließendem Abkühlen an Luft.

Durch die Wahl von Abschreckmitteln verschiedener Abschreckintensität besteht die Möglichkeit, von der gleichen Austenitisierungsschwelle ausgehend verschiedene Spannungszustände einzufrieren.
Durch induktives Anlassen bei einer Feldstärke von 60 AW/cm und unter Anwendung einer Frequenz von 10 kHz wird nach 116 Sekunden der nach dem Abschrecken vorliegende Spannungsverlauf, wie er in Fig. 4 durch den Linienzug 14, 10' gekennzeichnet ist, zu dem endgültigen Kurvenverlauf 10", 10' abgeändert.

Bei dem im vorstehenden geschilderten Verfahren ändert sich das Austenitisieren, Abschrecken und Anlassen je nach dem Kohlenstoffgehalt des übereutektoiden Stahls, in welchem ein gewünschter Spannungsverlauf erzielt werden soll. Da die Änderungen des spezifischen Volumens beim Härten und beim Anlassen abhängig sind vom Kohlenstoff, der im Grundgitter gelöst ist, muß darauf geachtet werden, daß beispielsweise bei einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,5% während des Austenitisierens mehr Carbide unaufgelöst zurückbleiben, d. h. ebenso viele Kohlenstoffatome im Grundgitter gelöst werden, wie vergleichsweise in einem Stahl mit 1,0 oder 0,8% Kohlenstoff. Außerdem ist zu bedenken, daß sowohl die Kontraktion in der ersten Anlaßstufe als auch die Dilatation in der zweiten Anlaßstufe mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Grundgitter wegen der damit verbundenen größeren tetragonalen Verspannung und des höheren Rest-Austenitgehaltes größer werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von Wälzpaarungen aus übereutektoidem ferromagnetischem Stahl, bei welchem wenigstens in einem ihrer Bestandteile durch Erwärmung auf eine im austenitischen Gebiet des Zustands-

909516/805

diagramms liegende Temperatur durch Abschrecken und durch Anlassen Druckspannungen unter der Laufbahnoberfläche erzeugt werden, die den unter Belastung auftretenden Schubspannungen entgegenwirken, gekennzeichnet durch die Herbeiführung eines ein Maximum aufweisenden Eigenspannungsverlaufs in diesem Wälzpaarungs-Bestandteil, indem folgende an sich bekannte Maßnahmen zur Anwendung gebracht werden:

a) eine höhere und gleichmäßigere Austenitisierung der Oberflächenzonen gegenüber den darunterliegenden Schichten durch in-

10

duktives Erhitzen unter Ausnutzung des Skin-Effekts sowie anschließendes Abschrecken,

b) induktives Anlassen wiederum unter Ausnutzung des Skin-Effekts.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschrecken der Wälzpaarungs-Bestandteil in ein Salzbad von 160 bis 170° C getaucht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Anwendung bei Zahnrädern oder bei Walzen in Walzwerken für Bleche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen