Walzlagerstähle

Im Maschinenbau dienen Wälzlager dazu, die Reibung zwischen beweglichen Bauteilen zu reduzieren und entstehende Kräfte aufzufangen und an das Gestell/Gehäuse des Lagers weiterzuleiten. Unterschieden wird zwischen Axiallagern und Radiallagern: Axiallager bestehen aus zwei Scheiben, Radiallager aus einem Innenring und einem Außenring. Dazwischen befinden sich jeweils die Wälzkörper. Wälzkörper können verschiedene Formen haben. Zu nennen sind beispielsweise Kugeln, Nadeln, Zylinder, und Kegel.

Wofür werden Wälzlagerstähle eingesetzt?

Wälzlagerstähle haben eine hohe Härte und eine gute Verschleißfestigkeit. Aufgrund der hohen Zug-Druck-Wechselbelastung der Wälzkörper beim Abwälzen werden sie insbesondere für die Herstellung von Kugellagern, Nadellagern, Zylinderlagern und Kegelrollenlagern eingesetzt. Des Weiteren werden Schnecken, Linearführungen, Kugelspindeln, Wellen für Wasserpumpen und Teile am ABS im Fahrzeugbau aus Wälzlagerstählen gefertigt.

Was besagt der Reinheitsgrad von Stahl?

Der Reinheitsgrad gibt Auskunft über Menge und Verteilung von nichtmetallischen Einschlüssen im Stahl. Beim makroskopischen Reinheitsgrad werden Einschlüsse größerer Dimension mit Verfahren wie dem Blaubruchversuch, der Ultraschallprüfung oder der Fluxprüfung ermittelt. Beim mikroskopischen Reinheitsgrad werden metallographische Schliffe unter dem Mikroskop untersucht. Je nach verwendetem Verfahren werden die gefundenen Anzahlen je Klasse dann rechnerisch weiterverarbeitet, sodass eine oder mehrere Kennziffern ermittelt werden, die den Reinheitsgrad des Werkstoffes charakterisieren. Eine kleine Kennzahl steht dabei für einen geringen Anteil an Einschlüssen und damit höherer Beanspruchbarkeit des daraus gefertigten Bauteils. Die Auswertung erfolgt – je nach Bestellung – nach der SEP 1571 oder der zwar offiziell zurückgezogenen, aber noch häufig anzutreffenden DIN 50602. In beiden Normen wird zwischen Oxiden und Sulfiden unterschieden. Auf internationaler Ebene erfolgt die Auswertung oftmals nach der ISO 4967. Sie differenziert neben Sulfiden und Oxiden auch noch weitere Arten von nichtmetallischen Einschlüssen. Grundsätzlich ist Auswertung der Sulfide nur bei S-Gehalten von kleiner 0,010 % sinnvoll.

Welche Besonderheiten haben durchhärtende Wälzlagerstähle?

Durchhärtende Wälzlagerstähle haben einen Kohlenstoffgehalt um 1 %. Im Anschluss an die mechanische Bearbeitung können so durch eine entsprechende Wärmebehandlung Oberflächenhärten bis zu 60 HRC erreicht werden. Um die Lebensdauer von Wälzlagern zu verlängern und Laufgeräusche der Lager zu vermeiden, müssen Wälzlagerstähle höchste Reinheitsgradanforderungen erfüllen. Ist dies nicht der Fall, können beispielsweise Schlackenteilchen oder andere nichtmetallischen Einschlüsse in der Oberfläche als Risskeime wirken, die bei der hohen Beanspruchung der Walzkörper beim Abwälzen zu Ausbrüchen an der Wälzoberfläche führen.

Wo sind Wälzlagerstähle genormt?

Wälzlagerstähle sind genormt in der DIN EN ISO 683-17. Die dort aufgeführten Stahlsorten unterteilen sich in durchhärtende Wälzlagerstähle, Einsatzstähle, induktionshärtende Wälzlagerstähle, nichtrostende Wälzlagerstähle und warmharte Wälzlagerstähle. Die deutsche Vorgängernorm DIN 17230 wurde zurückgezogen. In der DIN EN ISO 683-17 wird die Wichtigkeit der Beurteilung nichtmetallischer Einschlüsse genannt (siehe insbesondere Punkt 7.6.1). Des Weiteren weist sie – sofern nicht bei Anfrage und Bestellung Kriterien und Grenzen für die Bestimmung nichtmetallischer Einschlüsse vereinbart wurden – für die Überprüfung mikroskopischer Einschlüsse explizit auf ISO 4967 Verfahren A hin (siehe Anhang A Punkt A.6).

Was ist GKZ-Glühen bzw. AC-Glühen?

Die Abkürzung GKZ steht für „Geglüht auf kugeligen Zementit“ bzw. für „annealed carbide“ (+AC). Hierbei handelt es sich um eine Langzeitglühung bei ca. 700 °C mit Haltezeiten bis zu 100 Stunden, bei der sich die Karbide zu kleinen Kugeln formen. Zerspanbarkeit und Kaltumformbarkeit steigen hierdurch, was insbesondere bei durchhärtenden Wälzlagerstählen aufgrund ihres hohen Kohlenstoffgehalts von um die 1 % von großer Bedeutung ist. Die Abkühlbedingungen nach der Warmumformung können diesen Prozess maßgeblich beeinflussen.