Optimierung der chemischen Zusammensetzung und der Wärmebehandlung von höherfesten durchhärtenden Wälzlagerstählen

Zusammenfassung des Forschungsvorhabens AiF 15449

C. Stöberl, H. Bomas, H.-W. Zoch, IWT Bremen

Improvement of high strength martensitic bearing steels concerning chemical composition and heat treatment

The operation temperature of roller bearings is rising continually. Due to this, the annealing resistance of martensitic bearing steels like 100Cr6 and 100CrMn6 has to be improved by changing the chemical composition. In case of bearing steels the content of silicon is one of the most determining factors on the annealing resistance.

Die Anforderungen an Wälzlager hinsichtlich ihrer Einsatztemperatur steigen ständig. Selbst bei Einsatztemperaturen über 100°C muss die Maß- oder Formstabilität der Lager gewährleistet bleiben. Mögliche Formänderungen während des Einsatzes können durch Anlassvorgänge im Lagerwerkstoff hervorgerufen werden. Um Kugellager bei höheren Einsatztemperaturen zuverlässig betreiben zu können, ist es notwendig, die Anlassbeständigkeit der Lagerwerkstoffe zu erhöhen. Üblicherweise werden Kugellager aus den durchhärtenden Stählen 100Cr6 und 100CrMn6 gefertigt. Für die Verbesserung der Anlassbeständigkeit dieser beiden Stähle scheint die Zugabe von Silizium die erfolgversprechendste Legierungsvariation. Am Beispiel des Stahls 100Cr6 wurde diese Vermutung untersucht. Hierzu wurden auf der Basis des 100Cr6 drei Werkstoffvarianten mit unterschiedlichen Si-Gehalten hergestellt. Die Varianten hatten Siliziumnenngehalte von 0,25 % (Si-arm), 0,5 % (niedriger Si-Gehalt) und 1,5 % (erhöhter Si-Gehalt). Die Überrollungslebensdauer der drei Werkstoffe wurde an definiert vorgeschädigten Innenringen des Kugellagertyps 6202 untersucht. Die Prüftemperatur der Lager betrug 120 ± 7°C. Nachfolgende Abbildung zeigt die Versuchsergebnisse. Deutlich ist zu erkennen, dass die Zugabe von Si-Gehalten sich positiv auf die Lebensdauer der Kugellager auswirkt. In den vorliegenden Untersuchungen bei 120°C weisen die Lager mit dem erhöhten Siliziumgehalt die 3-fache Lebensdauer auf.

Lebensdauer von Innenringen eines Kugellagers vom Typ 6202 als Funktion des Siliziumgehaltes

Das Forschungsvorhaben (AiF15449) wurde aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) gefördert, wofür ausdrücklich gedankt wird.