Warum Lagerstahl geschmiedet und vorbereitend wärmebehandelt werden muss
Chromhaltiger Wälzlagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt wie GCr15, der in China durch GB/T 18254 und international durch den Kugel- und Rollenlagerstahlabschnitt der EN ISO 683-17 abgedeckt wird, ist hochlegiert und härtet zu einer sehr hohen Härte aus. Diese Kombination macht die Gussstruktur außerdem grob und chemisch getrennt, wobei die Karbide in Bändern und an Korngrenzen konzentriert sind.
Durch das Schmieden wird die Gussstruktur aufgebrochen und die innere Porosität geschlossen. Die anschließende vorbereitende Wärmebehandlung bringt den Stahl in einen weichen, bearbeitbaren und strukturell gleichmäßigen Zustand, bevor die Ringe gedreht und schließlich gehärtet werden. Das Überspringen oder Verkürzen dieser Schritte macht sich später als Verformung, Rissbildung oder kurze Lagerlebensdauer bemerkbar.
Vom Barren zum Knüppel: Beschneiden und Diffusionsglühen
Der Weg beginnt mit dem Barrengießen. Die Oberseite des Barrens, die das Schrumpfrohr und die stärkste Entmischung enthält, wird abgeschnitten, damit das fehlerhafte Material nicht in das Produkt gelangt. Dieser Schneideschritt ist entscheidend für die Lagerqualität, da in der entsorgten Kappe konzentrierte Einschlüsse und Porosität durch keinen späteren Prozess entfernt werden können.
Der geschnittene Barren wird dann einem Diffusionsglühen unterzogen, einem langen Einweichen bei hohen Temperaturen, bei dem sich Legierungselemente und Kohlenstoff im Abschnitt neu verteilen. Das Diffusionsglühen reduziert die beim Gießen entstandene Makroseigerung und macht den Barren ausreichend weich für den ersten Schmiedevorgang. Es handelt sich um eine langsame, energieintensive Behandlung, die jedoch eine weitaus gleichmäßigere Ausgangsstruktur erzeugt als derselbe Stahl, der als Stranggussblock geliefert wird.
Schmiedepraxis und Hartmetallsegregation
Das Schmieden erfolgt stufenweise. Der Barren wird zunächst gestaucht und zu einem Polyeder geformt, sodass die Verformung in mehrere Richtungen wirkt, wodurch das dendritische Netzwerk aufgebrochen und die gebänderten Karbide verteilt werden. Der Rohling wird dann mit einem kontrollierten Schmiedeverhältnis zum erforderlichen Stangen- oder Ringabschnitt geschmiedet, sodass die Verformung die Mitte des Abschnitts erreicht.
Die Temperaturkontrolle ist entscheidend. Die anfängliche Schmiedetemperatur darf nicht zu hoch sein, da eine Überhitzung das Austenitkorn vergröbert und zu Verbrennungen an den Korngrenzen führen kann; sie darf auch nicht so niedrig sein, dass der Stahl im spröden Bereich bearbeitet wird. Nach dem letzten Schmiededurchgang wird der Rohling mithilfe von verteilter Luftkühlung oder Sprühkühlung kontrolliert abgekühlt, sodass sich keine Karbidnetzwerke entlang der vorherigen Austenitkorngrenzen ausscheiden.
Lagerteile werden üblicherweise durch Schmieden statt durch einfaches Stranggießen hergestellt, da der geschmiedete Rohling eine solidere Originalstruktur und eine gleichmäßigere Karbidverteilung aufweist, was für die Ermüdungsbeständigkeit bei Rollkontakt von wesentlicher Bedeutung ist.
Sphäroidisierendes Glühen und Netzwerkkarbidkontrolle
Nach dem Schmieden und Stanzen wird das Material sphäroidisiert geglüht. Die Behandlung hält den Stahl über einen langen Zeitraum knapp unter der unteren kritischen Temperatur und kühlt ihn dann langsam ab, wodurch das lamellare Karbid in kleine Kügelchen umgewandelt wird, die in einer ferritischen Matrix verteilt sind. Das Ergebnis ist ein weiches, bearbeitbares Gefüge mit einer gleichmäßigen Karbidverteilung und einer Härte, die zum Drehen niedrig genug ist. Außerdem wird das Gefüge so vorbereitet, dass die abschließende Härtungsbehandlung einen feinen, gleichmäßigen Martensit ergibt.
Das Kugelglühen wird in verschiedenen Formen bei Stäben, Platten oder Blöcken, Drähten und Rohren sowie bei gewalzten Ringen angewendet, da sich der Querschnitt und der vorgesehene Umformvorgang unterscheiden. Wenn beim Schmieden oder Abkühlen entlang der Korngrenzen ein Netzwerk aus Karbiden zurückgeblieben ist, wird eine Normalisierungsbehandlung verwendet, um das Netzwerk vor dem Sphäroidglühen aufzubrechen, da ein ungebrochenes Netzwerk danach nur schwer zu entfernen ist und als Risspfad fungiert.
Inspektions- und Qualitätspunkte
Überprüfen Sie die Schnittposition und entsorgen Sie das Gewicht, damit das Schrumpfrohr vollständig entfernt wird.
Zeichnen Sie den Diffusionsglühzyklus auf, da das Einweichen zu einer Entmischung führt, die durch das Schmieden nicht entfernt werden kann.
Kontrollieren Sie die Start- und Endtemperaturen des Schmiedens, ohne erneutes Erhitzen, das die Körnung vergröbert.
Kontrollieren Sie die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Schmieden, um Karbidnetzwerke an den Korngrenzen zu vermeiden.
Überprüfen Sie das Kugelglühen anhand der Härte und durch metallografische Beurteilung der Karbidform und -verteilung.
Bewerten Sie die Karbidstreifenbildung, die Entkohlungstiefe und die innere Festigkeit, bevor der Rohling zur Bearbeitung freigegeben wird.
FAQ
F: Warum ist die Oberseite des Barrens abgeschnitten?
Es enthält das Schrumpfrohr und die schlimmsten Entmischungen, die später im Prozess nicht mehr repariert werden können.
F: Was wird durch Diffusionsglühen erreicht?
Es reduziert die Makroseigerung und macht den Barren weicher, wodurch vor dem Schmieden eine gleichmäßigere Struktur entsteht.
F: Warum wird der Barren zuerst zu einem Polyeder gestaucht?
Durch die Bearbeitung des Stahls in mehrere Richtungen wird das dendritische Netzwerk aufgebrochen und gebänderte Karbide verteilt.
F: Was ist der Zweck des Sphäroidglühens?
Es erzeugt kugelförmige Karbide in einer ferritischen Matrix, wodurch die Härte für die Bearbeitung verringert und die Struktur für die Härtung vorbereitet wird.
F: Wie werden Netzwerkkarbide entfernt?
Vor dem Sphäroidglühen wird eine Normalisierungsbehandlung angewendet, um das Netzwerk aufzubrechen.
F: Kostet die Schmiederoute mehr?
Ja, die Abfolge von Barren, Diffusionsglühen und Schmieden kostet mehr als Stranggießen, liefert aber eine bessere Originalstruktur und eine höhere Zuverlässigkeit.
