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Was sind die grundlegenden Anforderungen an Lagerwerkstoffe?

 

Das gebräuchlichste Material fürLagerist Wälzlagerstahl. Die innere Struktur, die Gleichmäßigkeit der chemischen Zusammensetzung, nichtmetallische Einschlüsse, die Karbidpartikelgröße und -verteilung sowie der Entkohlungsgrad vonLagerEs gelten sehr strenge Anforderungen. Andernfalls verkürzen diese Mängel die Lebensdauer des Lagers und die Verwendbarkeit des Materials erheblich.

 

1. Reinheit vonLagerStahl: Ermüdungsabplatzungen an Lagerteilen stehen im Zusammenhang mit nichtmetallischen Einschlüssen im Stahl, insbesondere Oxiden. Dies liegt daran, dass die Kontaktflächen der Lagerteile beim Drehen eines Wälzlagers pulsierenden Belastungen ausgesetzt sind. Nichtmetallische Einschlüsse verursachen lokale Unterbrechungen der Stahlmatrixstruktur, was zu Spannungskonzentrationen, plastischer Verformung um die Einschlüsse herum und zur Bildung von Mikrorissen führt.

 

Darüber hinaus ist der Gehalt an Gasen (Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff) im Wälzlagerstahl ein wichtiger Indikator für dessen Reinheit. Im Stahl gelöster Sauerstoff fällt bei sinkender Temperatur aus und bildet Oxideinschlüsse mit Elementen wie Aluminium, Calcium, Silicium und Mangan. Stickstoff bildet im Stahl fein verteilte Aluminiumnitrid-Einschlüsse sowie relativ grobe Titannitrid- und Titancarbonitrid-Einschlüsse. Wenn sich aggregierte Wasserstoffatome zu Wasserstoffmolekülen verbinden, erzeugen sie einen enormen Druck. Sobald dieser Druck die Festigkeitsgrenze des Stahls überschreitet, entstehen innere Risse, die weiße Flecken bilden. Die Reduzierung des Gasgehalts ist ein entscheidender Schritt zur Verbesserung der Reinheit von Wälzlagerstahl.

 

In den letzten Jahren haben viele große Wälzlagerstahlhersteller in meinem Land nacheinander Ultrahochleistungs-Elektrolichtbogenöfen errichtet und in Betrieb genommen, die mit fortschrittlicher Exzenterherdabstichtechnologie zur Sekundärraffination arbeiten. Dadurch wird der Sauerstoffgehalt im Stahl auf etwa 10 × 10⁻⁶ reduziert, in einigen Fällen sogar auf (4–3) × 10⁻⁶. Der Sekundärraffinationsgrad erreicht dabei 100 %. Somit ist die Anzahl der Einschlüsse im Stahl gut kontrolliert.

 

2. Gleichmäßigkeit vonLagerStahl

 

Die Gleichmäßigkeit von Wälzlagerstahl bezieht sich auf die Gleichmäßigkeit seiner chemischen Zusammensetzung und seines Karbidgehalts. Struktur, Gewicht, Gießtemperatur und Gießverfahren der Stahlblöcke beeinflussen die Verteilung der chemischen Zusammensetzung im Stahl. Der Erwärmungsprozess der Stahlblöcke und -knüppel vor der Warmumformung, die Endtemperatur der Warmumformung und die nachfolgenden Abkühlverfahren sowie Kugelglühprozesse beeinflussen die Gleichmäßigkeit der Karbide. Basierend auf Form, Verteilung und Entstehungsursachen der Karbidinhomogenität im Mikrogefüge von Wälzlagerstahl lassen sich Karbide in flüssige, gebänderte und netzartige Karbide einteilen. Die Schädlichkeit flüssiger Karbide entspricht der von Einschlüssen im Stahl. Gebänderte Karbide der Güteklasse 3–4 können die Dauerfestigkeit des Stahls um 30 % reduzieren. Eine Erhöhung des Anteils netzartiger Karbide um eine Güteklasse kann die Lagerlebensdauer um ein Drittel verringern. Die Größe der Karbidpartikel beeinflusst die Lagerlebensdauer direkt oder indirekt. Die Bewertung von flüssigen Hartmetallen, gebänderten Hartmetallen und Netzwerkhartmetallen ist ein Indikator für die Gleichmäßigkeit des Hartmetalls.

 

3. Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität von Stahl

 

Die Verbesserung der Maßgenauigkeit von Stahl erhöht nicht nur die Ausnutzung des Lagermaterials, sondern reduziert auch unnötige Nachbearbeitungen. Einige Stahlwerke setzen hochsteife Walzwerke mit kurzen Spannungslinien ein, wodurch die Maßabweichung der Stahlquerschnitte deutlich verringert wird. Bei Rundstahl mit einem Durchmesser von weniger als 30 mm kann die Durchmesserabweichung bis auf 0,3 mm sinken.

 

Die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Lagern hängen von Faktoren wie der Lagerkonstruktion, den verwendeten Werkstoffen, Warm- und Kaltumformverfahren sowie den Installations- und Betriebsbedingungen ab. Werkstoffe und Wärmebehandlung zählen zu den Hauptfaktoren, die die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Lagern beeinflussen. Aufgrund des Einflusses von Werkstoffen und Wärmebehandlungsverfahren können Faktoren wie geringe Festigkeit, unzureichende Reinheit, ungünstige Faserorientierung in Metallwerkstoffen, geringe Härte, ungeeignete Schmiedeverhältnisse und hohe Eigenspannungen leicht zu Lagerschäden führen. Im Ausland lag der Einfluss der Stahlqualität auf die Lagerlebensdauer in den 1950er- und 1960er-Jahren bei etwa 50 % und sank in den 1980er-Jahren auf ein Drittel. In meinem Land trägt die Qualität des Wälzlagerstahls aufgrund der Prozesse und Anlagen derzeit zu etwa 60 % zur Lagerlebensdauer bei. Daher ist die Auswahl qualifizierter und hochwertiger Werkstoffe für Lagerhersteller ein Schlüsselfaktor zur Verlängerung der Lagerlebensdauer.