DE19982613B3 - High-temperature bearings part - Google Patents
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Abstract
Wälzlagerteil für eine hohe Temperatur mit einem inneren Ring, einem äußeren Ring und einem Wälzelement, bestehend aus einem Stahlerzeugnis, welches enthält: mindestens 0,6% und nicht mehr als 1,3% C, mindestens 0,5% und nicht mehr als 3,0% Si, mindestens 0,2% und nicht mehr als 1,5% Mn, nicht mehr als 0,03% P, nicht mehr als 0,03% S, mindestens 0,3% und nicht mehr als 5,0% Cr, mindestens 0,1% und nicht mehr als 3,0% Ni, nicht mehr als 0,050% Al, nicht mehr als 0,003% Ti, nicht mehr als 0,0015% O, nicht mehr als 0,015% N, und mindestens 0,05% und höchstens 0,25% Mo, wobei die Anteile der Legierungselemente in Masse-% angegeben sind und der Restanteil aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht und eine Struktur aufweist, die nach einem Abschreckhärten einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, wobei die Härte nach der Wärmebehandlung mindestens HRC 58 und die maximale Karbidgröße nicht mehr als 8 μm beträgt.A high temperature rolling bearing member having an inner ring, an outer ring and a rolling member made of a steel product containing: at least 0.6% and not more than 1.3% C, at least 0.5% and not more than 3 , 0% Si, at least 0.2% and not more than 1.5% Mn, not more than 0.03% P, not more than 0.03% S, at least 0.3% and not more than 5.0 % Cr, at least 0.1% and not more than 3.0% Ni, not more than 0.050% Al, not more than 0.003% Ti, not more than 0.0015% O, not more than 0.015% N, and at least 0.05% and at most 0.25% Mo, wherein the proportions of the alloying elements are given in mass% and the balance of Fe and unavoidable impurities and having a structure which is subjected to a heat treatment after quench hardening, the hardness after the heat treatment is at least HRC 58 and the maximum carbide size is not more than 8 μm.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlagerteil, welches in einer Kraftübertragungsvorrichtung oder im Motorbereich eines Kraftfahrzeuges, eines Flugzeuges, eines Schiffes oder in einer in der Industrie eingesetzten Maschine verwendet wird, und insbesondere ein billiges Hochtemperatur-Wälzlagerteil, welches eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit auch unter Umgebungsbedingungen besitzt, die mit Fremdstoff, z. B. mit Staub oder Abfall kontaminiert ist, und unter solchen Umgebungsbedingungen, in denen die Temperatur der Atmosphäre zwischen Raumtemperatur und 300°C liegt.The present invention relates to a rolling bearing member which is used in a power transmission device or in the engine compartment of a motor vehicle, an airplane, a ship or in an industry-used machine, and in particular a cheap high-temperature rolling bearing part which has excellent rolling contact fatigue strength even under ambient conditions has, with foreign matter, z. B. contaminated with dust or waste, and under such environmental conditions, in which the temperature of the atmosphere between room temperature and 300 ° C.
Stand der TechnikState of the art
Ein Wälzlager, welches in einem Bereich einer Kraftübertragungsvorrichtung oder im Motorbereich eines Kraftfahrzeuges, eines Flugzeuges, eines Schiffes oder einer in der Industrie eingesetzten Maschine verwendet wird, und unter schwierigen Umgebungsbedingungen zum Einsatz gelangt, muß eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit und Zuverlässigkeit auch unter diesen Umgebungsbedingungen bewahren. Besonders wenn das Wälzlager, das für die vorstehenden Aufgaben eingesetzt ist, mit Fremdstoff, wie z. B. Staub, Abfall oder Eisenpulver verunreinigt ist, fällt bekanntermaßen die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit im Vergleich zum Einsatz in einer sauberen Umgebung deutlich ab. Als Gegenmaßnahme wurde deshalb vor einiger Zeit ein Arbeitsverfahren zur Karbonitrierung von hoch kohlenstoffhaltigem Chrom-Wälzlagerstahl, z. B. von SUJ2, oder von Einsatzstahl, z. B. von SCM420, SNCM420 oder SNCM815, und zur Erzeugung eines geeigneten Gehaltes an Abschreckaustenit unmittelbar unterhalb der Wälzfläche eingeführt und versucht, eine Erhöhung der Lebensdauer bei Kontaminierung mit Fremdstoff zu erreichen.A rolling bearing used in an area of a power transmission device or in the engine compartment of a motor vehicle, aircraft, ship or industrial machine and used under severe environmental conditions must have excellent rolling contact endurance and reliability even under these environmental conditions preserve. Especially when the rolling bearing, which is used for the above tasks, with foreign matter such. As dust, waste or iron powder is contaminated, it is known that the rolling contact fatigue strength falls significantly compared to the use in a clean environment. As a countermeasure, therefore, some time ago a working method for carbonitriding of high-carbon chromium bearing steel, z. B. of SUJ2, or by case steel, z. SCM420, SNCM420 or SNCM815, and to produce a suitable level of retained austenite immediately below the rolling surface, and seeks to increase the lifetime of contaminant contamination.
Die übliche Karbonitrierung ist jedoch im Vergleich zur Abschreck- und Wärmebehandlung, die bei SUJ2-Stahl oder dergleichen angewendet wird, eine längerfristige Behandlung. Bei solchen karbonitrierten Wälzlagern besteht deshalb das Problem, daß die Herstellungskosten im Vergleich zu Wälzlagern, die durch eine übliche Abschreck- und Wärmebehandlung hergestellt werden, beträchtlich ansteigen. Weiterhin wird das Wälzlager, welches bei einem Kraftfahrzeug oder einem Flugzeug zum Einsatz gelangt, in einer Umgebung mit hoher Temperatur verwendet, und deshalb ist es erforderlich, daß es eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit unter extrem schwierigen Umgebungsbedingungen besitzt, d. h. in einer Umgebung, die mit Fremdstoff kontaminiert ist und eine hohe Temperatur aufweist. Im allgemeinen wird die Wärmebehandlung bei einem Wälzlager, welches bei einer hohen Temperatur zum Einsatz gelangt, mit einer hohen Temperatur von mindestens 300°C durchgeführt, um eine Maßstabilität nach der Durchführung der Abschreckhärtung bei einem hochkohlenstoffhaltigem Chromlager nach SUJ2 oder dergleichen oder nach Durchführung der Aufkohlungs-/Abschreckungs-Härtung von einsatzgehärtetem Stahl, z. B. von SCM420 oder SNCM815 zu erreichen.However, the conventional carbonitriding is a longer-term treatment compared with the quenching and heat treatment applied to SUJ2 steel or the like. Therefore, in such carbonitrided rolling bearings, there is a problem that manufacturing costs considerably increase as compared with rolling bearings made by a usual quenching and heat treatment. Further, the rolling bearing used in a motor vehicle or an airplane is used in a high-temperature environment, and therefore it is required to have an excellent rolling contact fatigue strength under extremely difficult environmental conditions, that is, a high rolling contact fatigue strength. H. in an environment contaminated with foreign matter and having a high temperature. In general, the heat treatment in a rolling bearing used at a high temperature is carried out at a high temperature of at least 300 ° C. to provide dimensional stability after quench hardening is carried out on a high carbon chromium bearing according to SUJ2 or the like or after carburizing / Quench hardening of case hardened steel, e.g. From SCM420 or SNCM815.
Die Härte nimmt jedoch beträchtlich ab, wenn diese Materialien bei einer hohen Temperatur wärmebehandelt werden, und dadurch kann die vorgeschriebene Härte, die für ein Wälzlager erforderlich ist, nicht erreicht werden, und die Wälzlagerkontakt-Dauerfestigkeit sowie die Verschleißfestigkeit verringern sich. Deshalb wird ein Ausscheidungshärtungsstahl, z. B. M50, als Lagerstahl im Hochtemperaturbereich verwendet, wobei es bisher unmöglich war, daß ein solche Stahlsorte die zuvor erwähnten Erfordernisse erfüllen konnte, weil die Herstellungskosten und die Materialkosten hoch sind und der Arbeitstemperaturbereich begrenzt ist.However, the hardness considerably decreases when these materials are heat-treated at a high temperature, and thereby the prescribed hardness required for a rolling bearing can not be achieved, and the bearing contact fatigue life and wear resistance are lowered. Therefore, a precipitation hardening steel, e.g. As M50, used as a bearing steel in the high temperature range, it has been impossible that such a steel grade could meet the aforementioned requirements, because the manufacturing cost and material costs are high and the working temperature range is limited.
Bei einem Wälzlager, welches einer Karbonitrierung ausgesetzt ist, wird Abschreckaustenit bei der Wärmebehandlung unmittelbar unterhalb der Wälzfläche erzeugt, wobei Stickstoff in den Stahl eindringt. Eine Spannungskonzentration, die aus der Kontamination mit Fremdstoff herrührt, löst sich infolge der Wirkung des Abschreckaustenits auf, während die Widerstandsfähigkeit gegen ein Erweichen durch Wärme infolge der Wirkung des Stickstoffes, der in den Stahl eindringt, erhöht wird, und eine Veränderung der Struktur, die durch den Prozeß der Alterung des Wälzkontaktes verursacht wird, unterdrückt wird, wodurch eine Verbesserung der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit erreicht wird.In a rolling bearing subjected to carbonitriding, quenching austenite is generated in the heat treatment immediately below the rolling surface, with nitrogen permeating into the steel. A stress concentration resulting from contaminant contamination dissolves due to the effect of retained austenite, while resistance to softening by heat due to the action of the nitrogen entering the steel is increased, and a change in structure is caused by the process of aging of the rolling contact is suppressed, whereby an improvement of the rolling contact fatigue strength is achieved.
Bei der Anwendung eines Wälzlagers bei einer hohen Temperatur muß jedoch eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung durchgeführt werden, um die Maßstabilität, wie oben beschrieben, zu gewährleisten. Wenn diese Hochtemperatur-Wärmebehandlung durchgeführt wird, kann die Wirkung nicht vorausgesagt werden, weil sich das Abschreckaustenit zersetzt und dessen Menge abnimmt, während eine Verhinderung der Erweichung durch Wärme infolge des Stickstoffes ebenfalls begrenzt ist, und dadurch kann eine geeignete Anwendung in einer Umgebung mit hoher Temperatur, die mit Fremdstoff kontaminiert ist, nicht gewährleistet werden.However, when using a rolling bearing at a high temperature, a high-temperature heat treatment must be performed to ensure the dimensional stability as described above. When this high-temperature heat treatment is performed, the effect can not be predicted because the retained austenite decomposes and its amount decreases, while prevention of heat softening due to nitrogen is also limited, and thereby a suitable application in a high-environment environment Temperature contaminated with foreign matter, can not be guaranteed.
Obwohl in letzter Zeit eine hohe Miniaturisierung am Ausgang eines Motors bei einem Kraftfahrzeug oder dergleichen rasch fortschreitet, vergrößert sich andererseits das Motorgehäuse, welches unter den schwierigeren Bedingungen eingesetzt wird, infolge der Umgebungsbedingungen für das Wälzlager. Es wird erwartet, daß der Arbeitstemperaturbereich, welcher bei Raumtemperatur etwa 130°C beträgt, bei einem Wälzlager, das in einem Motorbereich eingesetzt ist, plötzlich bis auf 160°C ansteigen kann. Es ist heute vorhersehbar, daß der Arbeitstemperaturbereich eines Wälzlagers bei Raumtemperatur auf etwa 160°C ansteigt und weiterhin bei einer Vergrößerung der Ausgangsleistung des Motors plötzlich 200°C überschreiten kann. Deshalb wird erwartet, daß, wenn die Ausgangsleistung erhöht wird oder eine weitere Gewichtsverminderung des Motors eintritt, eine Verbesserung der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit bei Umgebungsbedingungen, die mit Fremdstoff kontaminiert sind, sowie bei Umgebungsbedingungen mit einer hohen Temperatur erforderlich ist. On the other hand, although high miniaturization at the output of an engine in a motor vehicle or the like is advancing rapidly, on the other hand, the motor housing which is used under the more severe conditions increases due to the environmental conditions for the rolling bearing. It is expected that the working temperature range, which is about 130 ° C at room temperature, may suddenly rise up to 160 ° C in a rolling bearing used in an engine compartment. It is foreseen today that the working temperature range of a rolling bearing at room temperature rises to about 160 ° C, and further, when the output of the motor increases, it may suddenly exceed 200 ° C. Therefore, it is expected that, if the output power is increased or further weight reduction of the engine occurs, an improvement of the rolling contact fatigue strength at ambient conditions contaminated with foreign matter, as well as at high temperature environment is required.
Der gegenwärtig verfügbare Chrom-Wälzlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt oder ein Wälzlager, welches einer Härtung oder Karbonitrierung unterzogen wurde, haben jedoch keine ausreichende Warmfestigkeit und können unter den erwarteten Umgebungsbedingungen, die mit Fremdstoff kontaminiert sind, und unter Umgebungsbedingungen mit einer hohen Temperatur eine ordnungsgemäße Wälzkontakt-Dauerfestigkeit nicht gewährleisten. Bei dem durch Ausscheidungshärtung erzeugten Lagerstahl, z. B. M 50, ergibt sich andererseits das Problem, daß die Kosten hoch sind, und in dieser Situation kann ein billiges Wälzlager, welches eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit aufweist, nicht erzeugt werden.However, the presently available high carbon chromium bearing steel or rolling bearing subjected to hardening or carbonitriding does not have sufficient hot strength and can provide proper rolling contact under the expected environmental conditions contaminated with foreign matter and under high temperature environmental conditions. Not guarantee fatigue strength. In the bearing steel produced by precipitation hardening, z. M 50, on the other hand, the problem arises that the cost is high, and in this situation, a cheap rolling bearing having excellent rolling contact fatigue strength can not be produced.
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Die Druckschrift
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Die vorliegende Erfindung unterbreitet Vorschläge, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen und setzt sich das Ziel, ein Wälzlagerteil für eine hohe Temperatur zu schaffen, welches auch unter Umgebungsbedingungen, die mit Fremdstoff kontaminiert sind und unter Umgebungsbedingungen mit hoher Temperatur eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit aufweist und im Vergleich zu den Erzeugnissen des Standes der Technik billig ist.The present invention proposes to solve the above-mentioned problems, and has as its object to provide a high-temperature rolling bearing part having excellent rolling contact fatigue strength even under environmental conditions contaminated with foreign matter and under high-temperature environmental conditions and cheap compared to the prior art products.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfinder haben tiefgründige Studien betrieben, um eine Kombination von Verbundelementen zu finden, mit denen ein billiges Wälzlagerteil für eine hohe Temperatur hergestellt werden kann, das eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit unter Umgebungsbedingungen, die mit Fremdstoff kontaminiert sind und unter Umgebungsbedingungen mit hoher Temperatur und bei jedem Anteil davon besitzt.The inventors have conducted in-depth studies to find a combination of composite elements capable of producing a low-cost high-temperature rolling bearing part having excellent rolling fatigue strength under ambient conditions contaminated with foreign matter and under high-temperature environmental conditions owns every share of it.
Ein erfindungsgemäßes Hochtemperatur-Wälzlagerteil ist somit ein Wälzlagerteil für eine hohe Temperatur mit einem inneren Ring, einem äußeren Ring und einem Wälzelement, bestehend aus einem Stahlerzeugnis, welches enthält: mindestens 0,6% und nicht mehr als 1,3% C (Kohlenstoff), mindestens 0,5% und nicht mehr als 3,0% Si (Silizium), mindestens 0,2% und nicht mehr als 1,5% Mn (Mangan), nicht mehr als 0,03% P (Phosphor), nicht mehr als 0,03% S (Schwefel), mindestens 0,3% und nicht mehr als 5,0% Cr (Chrom), mindestens 0,1% und nicht mehr als 3,0% Ni (Nickel), nicht mehr als 0,050% Al (Aluminium), nicht mehr als 0,003% Ti (Titan), nicht mehr als 0,0015% O (Sauerstoff) und nicht mehr als 0,015% N (Stickstoff), wobei die Anteile der Legierungselemente in Masse-% angegeben sind und der Restanteil aus Fe (Eisen) und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht und eine Struktur aufweist, die nach einem Abschreckhärten einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, wobei die Härte nach der Wärmebehandlung mindestens HRC 58 und die maximale Karbidgröße nicht mehr als 8 μm beträgt.A high-temperature rolling bearing part according to the invention is thus a high-temperature rolling bearing part having an inner ring, an outer ring and a rolling element consisting of a steel product containing: at least 0.6% and not more than 1.3% C (carbon) , at least 0.5% and not more than 3.0% Si (silicon), at least 0.2% and not more than 1.5% Mn (manganese), not more than 0.03% P (phosphorus), not more than 0.03% S (sulfur), at least 0.3% and not more than 5.0% Cr (chromium), at least 0.1% and not more than 3.0% Ni (nickel), not more than 0.050% Al (aluminum), not more than 0.003% Ti (titanium), not more than 0.0015% O (oxygen) and not more than 0.015% N (nitrogen), the proportions of the alloying elements being in mass% and the balance is Fe (iron) and unavoidable impurities, and has a structure which is subjected to heat treatment after quench hardening, the hardness after heat e treatment is at least HRC 58 and the maximum carbide size is not more than 8 μm.
In dem erfindungsgemäßen Wälzlager wird eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit unter Umgebungsbedingungen, die mit Fremdstoff kontaminiert sind, erreicht, wenn es einer Abschreckungs- und Wärmebehandlung unterzogen wird, und zwar auch dann, wenn es keiner Karbonitrierung ausgesetzt wird, weil dieses die vorerwähnte Struktur aufweist. Deshalb kann die Karbonitrierung weggelassen werden, und die Herstellungskosten können in dieser Weise vermindert werden.In the rolling bearing according to the invention is an excellent rolling contact fatigue strength under environmental conditions contaminated with foreign matter, when subjected to quenching and heat treatment, even if it is not subjected to carbonitriding, because it has the aforementioned structure. Therefore, the carbonitriding can be omitted, and the manufacturing cost can be reduced in this way.
Obwohl es bevorzugt ist, die Karbonitrierung im Hinblick auf die Verminderung der Herstellungskosten wegzulassen, wie dies vorstehend beschrieben wurde, kann eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit unter Umgebungsbedingungen, die mit Fremdstoff kontaminiert sind, auch erreicht werden, wenn eine Karbonitrierung anstelle des Abschreckhärtens durchgeführt wird.Although it is preferable to omit the carbonitriding from the viewpoint of reducing the manufacturing cost as described above, an excellent rolling contact fatigue strength under environmental conditions contaminated with foreign matter can also be achieved when carbonitriding is carried out in place of quench-hardening.
Weiterhin kann die zuvor erwähnte Zusammensetzung auch dann eine hohe Härte von mindestens HRC 58 aufweisen, wenn sie einer Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur (z. B. 350°C) ausgesetzt wird. Die Menge von Abschreckaustenit kann mit der Durchführung dieser Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur vermindert werden, wodurch eine Maßstabilität in einer Umgebung mit hoher Temperatur erreicht und gleichzeitig eine hohe Härte von mindestens HRC 58 aufrechterhalten werden kann. Deshalb kann die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit und die Verschleißfestigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur gegenüber der Stand der Technik verbessert werden.Furthermore, the aforementioned composition may have a high hardness of at least HRC 58 even when subjected to a heat treatment at a high temperature (eg, 350 ° C). The amount of retained austenite can be reduced by carrying out this heat treatment at a high temperature, thereby achieving dimensional stability in a high temperature environment while maintaining a high hardness of at least HRC 58. Therefore, the rolling contact fatigue strength and the wear resistance in a high-temperature environment can be improved over the prior art.
Weiterhin ist der Stahl der zuvor erwähnten Zusammensetzung billiger als ein Ausscheidungshärtungs-Lagerstahl, wie z. B. M50.Furthermore, the steel of the aforementioned composition is cheaper than a precipitation-hardening bearing steel, such as. Eg M50.
Somit ist es möglich, ein Wälzlagerteil für eine hohe Temperatur mit geringen Kosten zu erzeugen, welches eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit unter Umgebungsbedingungen besitzt, die mit Fremdstoff kontaminiert sind und eine hohe Temperatur aufweisen.Thus, it is possible to produce a high-temperature rolling bearing part at a low cost, which has excellent rolling contact fatigue strength under environmental conditions contaminated with foreign matter and having a high temperature.
Die Wärmebehandlungstemperatur liegt vorzugsweise bei mindestens 180°C und bei nicht mehr als 350°C. Das Wälzlager wird im allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 100°C verwendet, und deshalb muß die Wärmebehandlungstemperatur mindestens 180°C betragen.The heat treatment temperature is preferably at least 180 ° C and not more than 350 ° C. The rolling bearing is generally used at a temperature of about 100 ° C, and therefore, the heat treatment temperature must be at least 180 ° C.
Die Gründe für die Begrenzung der chemischen Bestandteile des erfindungsgemäßen Wälzlagerteiles für eine hohe Temperatur sollen nunmehr beschrieben werden.The reasons for the limitation of the chemical components of the rolling bearing part according to the invention for a high temperature will now be described.
(1) Zum C-Gehalt (mindestens 0,6% und nicht mehr als 1,3%)(1) The C content (at least 0.6% and not more than 1.3%)
C ist ein Element, welches für die Gewährleistung der Festigkeit des Wälzlagers von Bedeutung ist, und es muß mit mindestens 0,6% enthalten sein, um die vorgeschriebene Härte nach der Wärmebehandlung zu halten, und deshalb wurde die untere Grenze des C-Gehaltes mit 0,6% festgelegt. Obwohl ein Karbid eine wichtige Rolle bei der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit in der vorliegenden Erfindung spielt, wie dies im weiteren noch beschrieben werden soll, hat es sich gezeigt, daß ein großteiligeres Karbid eine Verminderung der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit bewirkt, wenn C mit einem Gehalt von über 1,3% vorhanden ist, und deshalb wird die Obergrenze des C-Gehaltes mit 1,3% festgelegt.C is an element important for ensuring the strength of the rolling bearing, and it must be contained at least 0.6% in order to maintain the prescribed hardness after the heat treatment, and therefore, the lower limit of the C content became 0.6% set. Although a carbide plays an important role in the rolling contact fatigue strength in the present invention, as will be described later, it has been found that a larger carbide causes a reduction in the rolling contact fatigue strength, when C with a content of over 1.3%, and therefore the upper limit of the C content is set at 1.3%.
(2) Zum Si-Gehalt (mindestens 0,5% und nicht mehr als 3,0%)(2) Si content (at least 0.5% and not more than 3.0%)
Si besitzt eine Funktion zur Unterdrückung der Erweichung im einem Hochtemperaturbereich und zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit des Wälzlagers, und es wird deshalb bevorzugt hinzugefügt. Diese Effekte können jedoch nicht erzielt werden, wenn der Si-Gehalt weniger als 0,5% beträgt, und deshalb wird die Untergrenze des Si-Gehaltes mit 0,5% festgelegt. Obwohl sich die Wärmefestigkeit sich mit zunehmendem Si-Gehalt erhöht, kommt der Effekt zum Stillstand, und es tritt eine Verschlechterung der Warmbearbeitungsfähigkeit und der Zerspanbarkeit ein, wenn Si mit einem großen Anteil, der 3,0% überschreitet, enthalten ist, und deshalb wird die Obergrenze des Si-Gehaltes mit 3,0% festgelegt.Si has a function of suppressing softening in a high temperature region and improving the heat resistance of the rolling bearing, and therefore, it is preferably added. However, these effects can not be obtained when the Si content is less than 0.5%, and therefore the lower limit of the Si content is set at 0.5%. Although the heat resistance increases with increasing Si content, the effect comes to a standstill, and deterioration of the hot workability and the machinability occurs when Si is contained with a large proportion exceeding 3.0%, and therefore becomes the upper limit of the Si content is set at 3.0%.
(3) Zum Mn-Gehalt (mindestens 0,2% und nicht mehr als 1,5%)(3) Mn content (at least 0.2% and not more than 1.5%)
Mn ist ein Element, das bei der Stahlherstellung zur Deoxidation verwendet wird, sowie eine Element, das die Abschreckungshärtfähigkeit erhöht, und es muß mit mindestens 0,2% enthalten sein, um diesen Effekt zu bewirken, und deshalb wird die Untergrenze des Mn-Gehaltes mit 0,2% festgelegt. Weil jedoch die Zerspanbarkeit merklich abnimmt, wenn Mn mit einem großen Anteil, der 1,5% überschreitet, enthalten ist, wird deshalb die Obergrenze des Mn-Gehaltes mit 1,5% festgelegt.Mn is an element used in steel making for deoxidation and an element which enhances quenching curability, and it must be contained at least 0.2% to effect this effect, and therefore the lower limit of Mn content becomes set at 0.2%. However, because the machinability noticeably decreases when Mn is contained in a large amount exceeding 1.5%, therefore, the upper limit of the Mn content is set at 1.5%.
(4) Zum P-Gehalt (nicht mehr als 0,03%)(4) P content (not more than 0.03%)
P scheidet sich an den Austenit-Korngrenzen des Stahles ab und verursacht eine Verminderung der Zähigkeit und der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit, und deshalb wurde der Gehalt auf höchstens 0,03% beschränkt.P precipitates on the austenite grain boundaries of the steel and causes a reduction in toughness and rolling contact fatigue strength, and therefore, the content was limited to at most 0.03%.
(5) Zum S-Gehalt (nicht mehr als 0,03%) (5) S content (not more than 0.03%)
S schädigt die Bearbeitbarkeit von Stahl, bildet im Stahl einen nichtmetallischen Einschluß und senkt die Zähigkeit und die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit, und deshalb wurden 0,03% als Obergrenze des S-Gehaltes festgelegt. S bewirkt, obwohl es die zuvor erwähnten schädlichen Auswirkungen besitzt, eine Verbesserung der Zerspanbarkeit, und deshalb wird ein Gehalt bis zu 0,005% zugelassen, obwohl ein Gehalt auf niedrigstem Niveau erwünscht ist.S damages the machinability of steel, forms a nonmetallic inclusion in the steel and lowers toughness and rolling contact fatigue strength, and therefore 0.03% was set as the upper limit of the S content. S, though having the aforementioned harmful effects, causes an improvement in machinability, and therefore a content of up to 0.005% is allowed, although a content of the lowest level is desired.
(6) Zum Cr-Gehalt (mindestens 0,3% und nicht mehr als 5,0%)(6) Cr content (at least 0.3% and not more than 5.0%)
Cr ist ein Element, welches eine wichtige Funktion bei der vorliegenden Erfindung erfüllt, und es wird zur Verbesserung der Abschreckungshärtfähigkeit, zur Sicherung der Härte durch ein Karbid und zur Erhöhung der Lebensdauer eingesetzt. Es ist ein Zusatz von mindestens 0,3% erforderlich, um das beschriebene Karbid zu erzeugen, und deshalb wird die Untergrenze des Cr-Gehaltes mit 0,3% festgelegt. Weil jedoch ein großteiliges Karbid zu einer Verminderung der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit führt, wenn Cr mit einem großen Anteil, der 5,0% überschreitet, vorhanden ist, wird deshalb die Obergrenze des Cr-Gehaltes mit 5,0% festgelegt.Cr is an element which fulfills an important function in the present invention, and is used for improving the quenching curability, for securing the hardness by a carbide, and for increasing the life. An addition of at least 0.3% is required to produce the described carbide, and therefore the lower limit of the Cr content is set at 0.3%. However, since a large-size carbide results in a reduction in rolling contact fatigue strength, when Cr is present in a large proportion exceeding 5.0%, the upper limit of the Cr content is set at 5.0%.
(7) Zum Al-Gehalt (nicht mehr als 0,050%)(7) Al content (not more than 0.050%)
Obwohl Al bei der Stahlerzeugung als Deoxidant verwendet wird, ist es erwünscht, den Anteil zu vermindern, weil Al einen harten Oxideinschluß bildet und die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit vermindert. Eine merkliche Verminderung der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit wurde festgestellt, wenn Al mit einem Anteil, der 0,050% überstieg, vorhanden war, und deshalb wird die Obergrenze des Al-Gehaltes mit 0,050% festgelegt.Although Al is used as a deoxidant in steelmaking, it is desirable to reduce the proportion because Al forms hard oxide inclusion and reduces rolling contact fatigue strength. A remarkable reduction in the rolling contact fatigue strength was found when Al was present in a proportion exceeding 0.050%, and therefore the upper limit of the Al content is set at 0.050%.
Die Herstellungskosten für den Stahl erhöhen sich, wenn der Al-Gehalt auf weniger als 0,005% vermindert werden soll, und deshalb ist es bevorzugt, die Untergrenze des Al-Gehaltes mit 0,005% festzulegen.The production cost of the steel increases if the Al content is to be reduced to less than 0.005%, and therefore it is preferable to set the lower limit of the Al content at 0.005%.
(8) Zum Gehalt an Ti (nicht mehr als 0,003%), an O (nicht mehr als 0,0015%) und an N (nicht mehr als 0,015%)(8) The content of Ti (not more than 0.003%), O (not more than 0.0015%) and N (not more than 0.015%)
Ti, O und N, die im Stahl Oxide und Nitride bilden, entwickeln sich als nichtmetallische Einschlüsse zu Ausgangspunkten von Dauerbruch und vermindern die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit, und deshalb werden Ti mit 0,003%, O mit 0,0015% und N mit 0,015% als Obergrenzen der jeweiligen Elemente festgelegt.Ti, O and N, which form oxides and nitrides in steel, develop as non-metallic inclusions to starting points of fatigue fracture and reduce the rolling contact fatigue strength, and therefore, Ti at 0.003%, O at 0.0015% and N at 0.015% Upper limits of the respective elements.
(9) Zum Ni-Gehalt (mindestens 0,1% und nicht mehr als 3,0%)(9) Ni content (at least 0.1% and not more than 3.0%)
Ni ist ein Element, das in der vorliegenden Erfindung eine wichtige Funktion übernimmt, es unterdrückt eine Veränderung der Struktur durch die Wälzkontakt-Dauerbeanspruchung, insbesondere in einer Umgebung mit hoher Temperatur, und es bewirkt eine Unterdrückung des Nachlassens der Härte in einem hohen Temperaturbereich sowie eine Verbesserung der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit. Zusätzlich erhöht Ni die Zähigkeit und damit die Lebensdauer in einer Umgebung mit Fremdstoff und es bewirkt auch eine Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion. Deshalb muß Ni mit mindestens 0,1% enthalten sein, und die Untergrenze des Ni-Gehaltes wurde deshalb mit 0,1% festgelegt. Wenn Ni mit einem großen Anteil enthalten ist, der 3,0% übersteigt, wird jedoch bei der Abschreckungshärtung eine große Menge von Abschreckaustenit gebildet, und die vorgeschriebene Härte kann nicht erreicht werden, während die Kosten des Stahlerzeugnisses steigen, und deshalb wird die Obergrenze des Ni-Gehaltes mit 3,0% festgelegt.Ni is an element that performs an important function in the present invention, it suppresses a change in the structure by the rolling contact endurance stress, particularly in a high-temperature environment, and suppresses the lowering of the hardness in a high temperature range as well as a Improvement of the rolling contact fatigue strength. In addition, Ni increases the toughness and hence the life in an environment of foreign matter and also causes an increase in the resistance to corrosion. Therefore, Ni must be contained at least 0.1%, and the lower limit of the Ni content has therefore been set at 0.1%. When Ni is contained in a large proportion exceeding 3.0%, however, in the quenching hardening, a large amount of retained austenite is formed, and the prescribed hardness can not be achieved while the cost of the steel product increases, and therefore the upper limit of the Ni content set at 3.0%.
Nunmehr sollen die Anlaßhärte des erfindungsgemäßen Wälzlagerteiles für eine hohe Temperatur sowie die Karbide beschrieben werden.Now, the tempering hardness of the rolling bearing part according to the invention for a high temperature and the carbides are to be described.
(10) Anlaßhärte(10) temper hardness
Es ist allgemein üblich, daß ein Lager, welches in einem hohen Temperaturbereich verwendet wird, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterzogen wird, die die Umgebungstemperatur übersteigt, um die Maßbeständigkeit in der funktionellen Umgebung zu stabilisieren. Die Erfinder haben detaillierte Untersuchungen bezüglich der Anlaßhärte und der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit bei einer Umgebungstemperatur von 200°C durchgeführt, um zu ergründen, ob eine Wechselbeziehung zwischen der Anlaßhärte und der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit besteht, und ob die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit eine längere Lebensdauer bewirkt, wenn die Anlaßhärte hoch ist. Es wurde gefunden, daß insbesondere bei identischer Anlaßhärte, ein Lager, bei welchem die Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur durchgeführt wurde, eine höhere Lebensdauer aufweist, und ein Lager, dessen Anlaßhärte hoch ist, ebenfalls eine längere Lebensdauer besitzt, wenn die Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur durchgeführt wurde. Weiterhin hat sich gezeigt, daß die Lebensdauer abrupt abnimmt und sich eine Streuung der Lebensdauer erhöht, wenn die Härte nach der Wärmebehandlung weniger als HRC 58 beträgt. Um die Lebensdauer bei einer hohen Temperatur zu erhöhen und die Streuung zu vermindern, ist es notwendig, eine Härte von mindestens HRC 58 zu erreichen, und die Wärmebehandlungstemperatur sollte gleichzeitig vorzugsweise so hoch wie möglich sein.It is common that a bearing used in a high temperature range is subjected to a heat treatment at a temperature exceeding the ambient temperature to stabilize the dimensional stability in the functional environment. The inventors have made detailed studies on the tempering hardness and the rolling contact fatigue strength at an ambient temperature of 200 ° C to find out whether there is a correlation between the tempering hardness and the rolling contact fatigue strength, and whether the rolling contact fatigue strength gives a longer life, when the tempering hardness is high. It has been found that, especially with identical tempering hardness, a bearing in which the heat treatment was carried out at a high temperature has a longer life and a bearing whose temper is high, also has a longer life when the heat treatment is performed at a high temperature. Furthermore, it has been found that the life decreases abruptly and a spread of the life increases when the hardness after heat treatment is less than HRC 58. In order to increase the life at a high temperature and to reduce the scattering, it is necessary to achieve a hardness of at least HRC 58, and the heat treatment temperature should preferably be as high as possible at the same time.
(11) Karbide(11) Carbides
Es hat sich gezeigt, daß die Karbide veranlassen, daß die Härte bei der Wärmebehandlung aufrechterhalten wird, während sie eine strukturelle Veränderung durch die Wälzkontakt-Dauerbelastung unterdrücken, und so eine Erhöhung der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit bewirken. Als Ergebnis der Untersuchung bezüglich der maximalen Größe der Karbide in einer Tiefe von 0,1 mm von der Oberfläche des Lagers und der gleichzeitigen Ermittlung der Wälzkontakt-Dauerfestigkeit hat sich gezeigt, daß sich die Lebensdauer verringert, wenn ein großteiliges Karbid vorhanden ist, und es wurde klar, daß eine schlagartige Abnahme der Lebensdauer eintritt, wenn ein großes Karbid, dessen maximale Größe 8 μm überschreitet, vorhanden ist, und deshalb wird die maximale Größe der Karbide auf 8 μm festgelegt.It has been found that the carbides cause the hardness to be maintained in the heat treatment while suppressing a structural change by the rolling contact permanent load, thus causing an increase in the rolling contact fatigue strength. As a result of the investigation of the maximum size of the carbides at a depth of 0.1 mm from the surface of the bearing and the simultaneous determination of the rolling contact fatigue strength, it has been found that the lifetime is reduced when a large-sized carbide is present and It has become apparent that a sudden decrease in life occurs when a large carbide whose maximum size exceeds 8 μm exists, and therefore, the maximum size of the carbides is set to 8 μm.
Der Stahl in dem zuvor beschriebenen Wälzlagerteil enthält vorzugsweise mindestens eines der Elemente in Masse-%: mindestens 0,05% und weniger als 0,25% Mo und mindestens 0,05 und nicht mehr als 1,0% V.The steel in the rolling bearing part described above preferably contains at least one of the elements in mass%: at least 0.05% and less than 0.25% Mo and at least 0.05 and not more than 1.0% V.
Dadurch kann die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit unter einer Umgebungsbedingung, die mit Fremdstoff kontaminiert ist, und bei einer Umgebungsbedingung unter einer hohen Temperatur weiter verbessert werden, und die Härte nach der Wärmebehandlung kann erhöht werden.Thereby, the rolling contact fatigue strength can be further improved under an environmental condition contaminated with impurity and under a high temperature environmental condition, and the hardness after the heat treatment can be increased.
Die Gründe für die Begrenzung der oben erwähnten chemischen Bestandteile soll nunmehr beschrieben werden.The reasons for the limitation of the above-mentioned chemical components will now be described.
(12) Zum Mo-Gehalt (mindestens 0,05% und weniger als 0,25%)(12) Mo content (at least 0.05% and less than 0.25%)
Mo erhöht die Abschreckungshärtfähigkeit des Stahles und es bewirkt eine Verhinderung der Erweichung bei der Wärmebehandlung, weil es in den Karbiden fest gelöst ist. Insbesondere wird Mo hinzugefügt, weil sich gezeigt hat, daß es die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit in einem hohen Temperaturbereich verbessert. Die Kosten des Stahlproduktes erhöhen sich jedoch, während sich die Härte nicht verringert, aber die Zerspanbarkeit verschlechtert sich merklich beim Erweichen zur Vereinfachung des Schneidens, wenn Mo mit einem großen Anteil von mehr als 0,25% enthalten ist, und deshalb wird der Mo-Anteil mit weniger als 0,25% festgelegt. Bezüglich der Karbidbildung zeigt sich keine Wirkung, wenn der Gehalt an Mo geringer als 0,05% ist, und deshalb wird die untere Grenze des Mo-Gehaltes auf 0,05% festgelegt.Mo enhances the quench hardenability of the steel, and it prevents the softening in the heat treatment because it is firmly dissolved in the carbides. In particular, Mo is added because it has been shown to improve the rolling contact fatigue strength in a high temperature range. However, the cost of the steel product increases while the hardness does not decrease, but the machinability noticeably deteriorates in softening for ease of cutting when Mo is contained in a large proportion of more than 0.25%, and therefore, the modulus Share fixed at less than 0.25%. With respect to carbide formation, no effect is exhibited when the content of Mo is less than 0.05%, and therefore, the lower limit of the Mo content is set to 0.05%.
(13) Zum V-Gehalt (mindestens 0,05% und nicht mehr als 1,0%)(13) V content (at least 0.05% and not more than 1.0%)
V hat die Wirkung, sich mit dem Kohlenstoff zu verbinden und ein feines Karbid zu bilden, was zu einer Verfeinerung der Kristallkörnung führt und die Festigkeit und Zähigkeit erhöht, wobei sich eine Wirkung zur Erhöhung der Warmfestigkeit des Stahlproduktes durch den Gehalt an V zeigt, indem eine Erweichung nach einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung unterdrückt wird, wodurch die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit erhöht und eine Streuung der Lebensdauer vermindert wird. Der Gehalt an V, bei welchem diese Wirkung erzielt wird, liegt bei mindestens 0,05%, und deshalb wird die Untergrenze des V-Gehaltes auf 0,05% festgelegt. Die Zerspanbarkeit und Warmbearbeitbarkeit verringert sich jedoch, wenn V mit einem großen Anteil, der 1,0% übersteigt, enthalten ist, und deshalb wird die Obergrenze des V-Gehaltes auf 1,0% festgelegt.V has the effect of combining with the carbon and forming a fine carbide, which leads to a refinement of the crystal grain and increases the strength and toughness, with an effect to increase the heat resistance of the steel product by the content of V by Softening is suppressed after a high-temperature heat treatment, whereby the rolling contact fatigue strength increases and a spread of the life is reduced. The content of V at which this effect is obtained is at least 0.05%, and therefore the lower limit of the V content is set to 0.05%. However, the machinability and hot workability decrease when V is contained in a large proportion exceeding 1.0%, and therefore the upper limit of the V content is set at 1.0%.
Beste Art und Weise zur Umsetzung der ErfindungBest way to implement the invention
Nunmehr sollen Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.Now, examples of the present invention will be described.
Die Stähle, welche die in Tabelle 1 angegebenen chemischen Zusammensetzungen aufwiesen, wurden in einem Vakuum-Induktionsofen geschmolzen, in Stahlblöcke von 150 kg gegossen und danach erwärmt und bei einer Temperatur von 1200°C für drei Stunden gehalten, um ein Heißschmieden zur Herstellung runder Stangen von 50 mm Durchmesser durchzuführen. Das Rundstangenmaterial wurde einer Behandlung unterzogen, indem es bei 850°C für eine Stunde zum Normalglühen gehalten wurde, und danach wurde es an der Luft abgekühlt und zum Erweichen weiterbehandelt, indem es bei 790°C für sechs Stunden gehalten wurde, und danach wurde es mit einer Geschwindigkeit von 10°C/Stunde auf 650°C abgekühlt und weiter durch Luftkühlung auf Raumtemperatur gebracht, um es zur Vereinfachung des Schneidens zu erweichen und Materialien für die verschiedenen Untersuchungen herzustellen.The steels having the chemical compositions shown in Table 1 were melted in a vacuum induction furnace, cast into steel blocks of 150 kg, and then heated and kept at a temperature of 1200 ° C for three hours to hot forging to produce round bars of 50 mm diameter. The round rod material was subjected to a treatment by normalizing at 850 ° C for one hour, and then it was subjected to normalizing Air cooled and further softened by keeping it at 790 ° C for six hours, and then it was cooled to 650 ° C at a rate of 10 ° C / hour and further brought to room temperature by air cooling to make it easier to clean To soften cutting and produce materials for the various investigations.
Härteuntersuchung hardness investigation
Um die Härte nach der Wärmebehandlung durch Abschreckhärtung und nach der Karbonitrierung zu messen, wurden Prüflinge von 20 mm Durchmesser und 100 mm Länge aus dem Material von 50 mm Durchmesser durch Zerspanung hergestellt.In order to measure the hardness after heat treatment by quench hardening and after carbonitriding, specimens of 20 mm in diameter and 100 mm in length were made of the material of 50 mm in diameter by machining.
Die Abschreckhärtung wurde durch Erhitzen in einem Salzschmelzofen, durch Glühen bei 850°C für 30 Minuten und nachfolgendes Abschreckhärten des Prüflings in Öl auf 80°C durchgeführt. Danach erfolgte die Wärmebehandlung durch erneutes Erhitzen in einem Salzofen, Halten des Prüflings bei 350°C für zwei Stunden und nachfolgendes Abkühlen desselben an der Luft.The quench hardening was carried out by heating in a molten salt furnace, by annealing at 850 ° C for 30 minutes, and then quench-hardening the specimen in oil at 80 ° C. Thereafter, the heat treatment was carried out by reheating in a salt oven, holding the sample at 350 ° C for two hours, and then cooling it in air.
Für die Karbonitrierung wurde ein Gasatmosphären-Ofen, wie er in der Produktion verwendet wird, eingesetzt, um den Kohlenstoffgehalt auf 1,0 bis 1,2% und einen zusätzlichen Gehalt von NH3 von 5 bis 10% in einer RX-Gasatmosphäre einzubringen, in welcher die Prüflinge bei 850°C für 60 Minuten gehalten wurden, und danach wurden die Prüfling in Öl abgeschreckt. Dann erfolgte eine Wärmebehandlung bei 350°C für 120 Minuten.For carbonitriding, a gas atmosphere furnace as used in production was used to introduce the carbon content to 1.0 to 1.2% and an additional content of NH 3 of 5 to 10% in an RX gas atmosphere. in which the specimens were kept at 850 ° C for 60 minutes, and then the specimens were quenched in oil. Then, a heat treatment was carried out at 350 ° C for 120 minutes.
Es wurden scheibenförmige Prüflinge von 10 mm Dicke aus den mittleren Bereichen der Prüflinge, die diesen Abschreck- und Wärmebehandlungen ausgesetzt waren, oder der Prüflinge, die der Wärmebehandlung nach der Karbonitrierung ausgesetzt waren, herausgeschnitten, und beide Oberflächen wurden durch Naßbehandlung poliert, um Prüflinge für die Härtemessung zu erhalten.Disk-shaped specimens of 10 mm thickness were cut out from the central portions of the specimens subjected to these quenching and heat treatments or the specimens subjected to the heat treatment after carbonitriding, and both surfaces were wet-polished to prepare specimens for to get the hardness measurement.
Zur Ermittlung der Härte wurde ein Rockwell-Härtemesser verwendet, um eine Härtemessung an Stellen in 2 mm Tiefe von den Oberflächen in Abschnitten des Prüflings vorzunehmen, und es wurden Mittelwerte von sieben Punkten als Anlaßhärte ermittelt.To determine the hardness, a Rockwell hardness meter was used to make a hardness measurement at locations 2 mm deep from the surfaces in sections of the test piece, and averages of seven points were determined as the tempering hardness.
Wälzkontakt-DauerfestigkeitsprüfungRolling contact fatigue life test
Um die Eignung als Wälzlagerteil zu bestätigen, wurde ein Ermüdungsversuch mit. einem Schub-Wälzkontakt-Dauerfestigkeitsprüfgerät durchgeführt und die Lebenserwartung der jeweiligen Materialien bestimmt.To confirm the suitability as rolling bearing part, a fatigue test was carried out with. performed a shear-rolling contact fatigue tester and determines the life expectancy of the respective materials.
Die Prüflinge zur Bestimmung der Lebenserwartung waren ringförmige Schub-Wälzkontakt-Dauerfestigkeits-Prüflinge von 47 mm Außendurchmesser, 29 mm Innendurchmesser und 7 mm Dicke, die aus den runden Stangenmaterialien von 50 mm Durchmesser durch Drehen grob bearbeitet waren.Life expectancy specimens were 47 mm outside diameter, 29 mm inside diameter, and 7 mm thickness annular shear contact fatigue strength specimens roughly machined from 50 mm diameter round bar materials by turning.
Nach der Grobbearbeitung wurden die Prüflinge einer Abschreck- und Anlaßbehandlung bzw. einer Karbonitrierung unterzogen. Es wurde ein Experimentalofen, welcher für allgemeine Produktionsaufgaben zur Anwendung kommt, verwendet.After the rough machining, the samples were subjected to quenching and tempering treatment and carbonitriding, respectively. An experimental furnace used for general production tasks was used.
Zur Abschreck- und Wärmebehandlung wurde ein Gasatmosphären-Ofen verwendet, um die Prüflinge bei 850°C für 30 Minuten zu halten, wobei das Kohlenstoffpotential in einer RX-Gasatmosphäre gesteuert wurde, so daß keine Entkohlung oder Aufkohlung entsprechend dem Kohlenstoffgehalt jedes Stahles eintrat, und die Prüflinge wurden danach in Öl abgeschreckt. Die nachfolgende Wärmebehandlung von 120 Minuten wurde bei 350°C durchgeführt.For quenching and heat treatment, a gas atmosphere furnace was used to hold the samples at 850 ° C for 30 minutes, controlling the carbon potential in an RX gas atmosphere so that no decarburization or carburization corresponding to the carbon content of each steel occurred, and the specimens were then quenched in oil. The subsequent heat treatment of 120 minutes was carried out at 350 ° C.
Die Karbonitrierung und die Wärmebehandlung wurden unter denselben Bedingungen wie bei den zuvor erwähnten Prüflingen für die Härteprüfung behandelt.The carbonitriding and the heat treatment were treated under the same conditions as in the aforementioned hardness test specimens.
Nach Abschluß der Wärmebehandlung wurden beide Flächen der Prüflinge poliert und auf Spiegelglanz gebracht. Bei den Prüflingen, die der Karbonitrierung unterzogen wurden, waren Bearbeitungsgrenzen für das Polieren mit 0,1 mm auf beiden Flächen festgelegt.After completion of the heat treatment, both surfaces of the samples were polished and mirror-finished. For the samples subjected to carbonitriding, processing limits for polishing at 0.1 mm were set on both surfaces.
Der Wälzkontakt-Dauerfestigkeitsversuch wurde mit einem Wälzkontakt-Dauerfestigkeitsprüfgerät durchgeführt. Tabelle 2 zeigt die Bedingungen des Versuches. Der Versuch wurde in einer Raumtemperaturumgebung und einer Umgebung von 200°C durchgeführt, und der Versuch wurde weiterhin in einer Umgebung, die eine mit Fremdstoffkontaminierte Umgebung nachstellte, durchgeführt. Tabelle 2 Versuchsbedingungen des Wälzkontakt-Dauerfestigkeitsversuches
Für den Ermüdungsversuch wurden 15 wiederholte Versuche unter denselben Bedingungen zur Bestimmung einer solchen Lebensdauer durchgeführt, daß eine kumulative Ausfallwahrscheinlichkeit in einer Weibull-Wahrscheinlichkeit 10% als Lebensdauer von jedem Material erreicht. Das Vergleichsbeispiel Nr. 13 in Tabelle 2 ist ein Material für allgemeine Anwendungen SUJ2, und die Lebensdauer von jedem Material wurde mit einer Wahrscheinlichkeit unter der Annahme beschrieben, daß die Lebensdauer dieses abschreckgehärteten und wärmebehandelten Materials 1,0 beträgt.For the fatigue test, 15 repeated tests were conducted under the same conditions for determining such a life that a cumulative probability of failure in a Weibull probability reaches 10% as the life of each material. Comparative Example No. 13 in Table 2 is a general-purpose material SUJ2, and the life of each material has been described with a probability assuming that the life of this quench-hardened and heat-treated material is 1.0.
Karbidecarbides
Die Prüflinge für die Schub-Wälzkontakt-Dauerfestigkeitsprüfung wurden zur Bestimmung der in dem Stahl vorhandenen Karbide benutzt. In die Prüflinge, die durch verschiedene Arten der Wärmebehandlung in Schub-Wälzkontakt-Dauerfestigkeits-Prüflinge verarbeitet wurden, wurden ringförmige Querschnitte zur Herstellung von Mikroprüflingen zur Ermittlung der Struktur eingeschnitten. Die Prüflinge wurden mit Spiegelpolitur versehen und weiterhin mit einer Pikral-Korrosionslösung korrodiert, um die Karbide erkennen zu können. Bei den Mikroprüflingen wurde die Erkennung der Karbide in 0,1 mm Tiefe von der Oberflächenschicht der Wälzfläche mit einem optischen Mikroskop vorgenommen und die größten Karbide auf einer erkennbaren Fläche von 50 mm2 gemessen.The shear-to-rolling fatigue strength test specimens were used to determine the carbides present in the steel. Into the samples processed by various types of heat treatment in shear-rolling-contact fatigue strength test pieces, annular cross-sections were cut to prepare microstructures for detecting the structure. The specimens were mirror polished and further corroded with a Pikral corrosion solution to detect the carbides. In the case of the micro-test pieces, the carbides were detected at 0.1 mm depth from the surface layer of the rolling surface with an optical microscope, and the largest carbides were measured on a detectable area of 50 mm 2 .
Die Ergebnisse der vorgenannten Anlaßhärte bei 350°C, die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit bei Raumtemperatur und bei 200°C, die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit in einer Umgebung mit Fremdstoff und die maximalen Karbidgrößen sind in Tabelle 3 für die erfindungsgemäßen Muster und in Tabelle 4 für die Vergleichsmuster dargestellt.The results of the aforementioned temper hardness at 350 ° C, the rolling fatigue strength at room temperature and 200 ° C, the rolling contact fatigue strength in an environment of impurity and the maximum carbide sizes are shown in Table 3 for the samples of the present invention and in Table 4 for the comparative samples shown.
Aus den Tabellen 3 und 4 dargestellten Ergebnissen ergibt sich, daß die Härte in den erfindungsgemäßen Beispielen, die die erfindungsgemäße Zusammensetzung aufweisen, mindestens die Härte HRC 58 erreichen, auch wenn eine Wärmebehandlung bei 350°C durchgeführt wird. Aus den erfindungsgemäßen Beispielen ergibt sich weiterhin, daß sich die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit bei Raumtemperatur und bei 200°C und die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit unter den Bedingungen mit Fremdstoff im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen verbessert, auch wenn lediglich eine Abschreckung und Wärmebehandlung (HT) erfolgte. Auch hat sich gezeigt, daß sich eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit bei Durchführung einer Karbonitrierung anstelle der Abschreckhärtung ergibt Bei den erfindungsgemäßen Beispielen zeigt sich ferner, daß die maximale Größe der Karbide in 0,1 mm Tiefe von der Oberflächenschicht der Wälzflächen nicht mehr als 8,0 μm beträgt.From the results shown in Tables 3 and 4, it can be seen that the hardness in the examples of the present invention having the composition of the present invention reaches at least the hardness HRC 58, even if heat treatment is carried out at 350 ° C. Further, from the examples of the present invention, the rolling contact fatigue strength at room temperature and at 200 ° C. and the rolling contact fatigue strength improved under the foreign substance conditions in comparison with the comparative examples, even if only quenching and heat treatment (HT) were carried out. It has also been found that an excellent rolling contact fatigue strength results when carbonitriding is carried out in place of quench hardening. In the examples according to the invention, it is further shown that the maximum size of the carbides at a depth of 0.1 mm from the surface layer of the rolling surfaces is not more than 8, 0 μm.
Die dargestellten Beispiele dienen nur der Illustration und dürfen in keiner Weise als Einschränkung aufgefaßt werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die vorstehende Beschreibung sondern durch den Schutzumfang der Patentansprüche bestimmt, und alle Modifikationen bezüglich der Bedeutung sowie im äquivalenten Bereich des Schutzumfanges der Patentansprüche sind mit umfaßt.The examples presented are for illustration only and must not be construed as limiting. The scope of the present invention is determined not by the foregoing description but by the scope of the claims, and all modifications with respect to the meaning and the scope equivalent to the scope of the claims are included.
Wie vorstehend beschrieben wurde, haben die Erfinder die optimale Zusammensetzung der Elemente und deren Gehalt herausgefunden, wodurch eine ausgezeichnete Wälzkontakt-Dauerfestigkeit unter Umgebungsbedingungen mit Kontamination durch Fremdstoff ohne Durchführung der Karbonitrierung erreicht werden kann, wodurch es möglich ist, ein billiges Wälzlagerteil für eine hohe Temperatur herzustellen, das eine hohe Härte erreicht, auch wenn die Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur (z. B. 350°C) erfolgt.As described above, the inventors have found out the optimum composition of the elements and their content, whereby an excellent rolling fatigue strength under environmental conditions can be achieved with contaminant contamination without performing carbonitriding, thereby making it possible to obtain a low-cost high temperature rolling bearing part which achieves high hardness even if the heat treatment is performed at a high temperature (eg, 350 ° C).
Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability
Die vorliegende Erfindung ist mit Vorteil bei einem Wälzlagerteil, das bei einer hohen Temperatur unter einer Umgebungsbedingung, die mit Fremdstoff kontaminiert ist und eine hohe Temperatur aufweist, vorteilhaft einsetzbar.The present invention is advantageously applicable to a rolling bearing member which can be advantageously used at a high temperature under an environmental condition contaminated with foreign matter and having a high temperature.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| 8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: ITOU, KATSUNORI, KUWANA, MIE, JP MAEDA, KIKUO, KUWANA, MIE, JP KINAMI, TOSHIYA, NAGOYA, AICHI, JP NAKAMURA, SADAYUKI, NAGOYA, AICHI, JP |
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