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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter April 12, 2022

Material Stress and Heat Treatment of Rolling Bearing Steels

Beanspruchung und Wärmebehandlung von Wälzlagerstählen
O. Beer

Abstract

A stress analysis for a Hertzian contact of ball on groove is presented. The subsurface stresses, the equivalent stresses and the effect of residual stresses are shown by diagrams. Based on this analysis the requirements for materials applied in rolling element bearings are derived. The basic properties of the bearing steels, the predominantly used materials for rolling element bearing components are described. The influence of the austenitizing temperature, method of quenching and tempering temperature on the material properties is shown on the example of the bearing steel 100CrMnSi6-4. It is demonstrated how the requirements derived by these results can be fulfilled by modern equipment for industrial heat treating. It is also shown, to which extent residual stresses can be induced by different quenching procedures and that bainitic hardening can result in advantages especially for bearing applications.

Kurzfassung

Die im Bereich der Kontaktstellen zwischen Wälzkörper und Laufbahn im Material wirkenden Spannungen sowie die für die Materialbeanspruchung wesentliche Vergleichsspannung werden mittels Diagrammen veranschaulicht. Es erfolgt eine Analyse der Wirkung von Eigenspannungen auf die resultierende Vergleichsspannung und eine Ableitung der für Wälzlagerwerkstoffe erforderlichen Eigenschaften. Nach einer kurzen Darstellung der wesentlichen Eigenschaften der für Wälzlagerkomponenten überwiegend eingesetzten Wälzlagerstähle wird detailliert auf die Wärmebehandlung dieser Stähle eingegangen. Hauptsächlich am Beispiel des Lagerstahles 100CrMnSi6-4 wird gezeigt, wie durch Härtetemperatur, Abschreckverfahren und Anlasstemperatur Materialeigenschaften gezielt eingestellt werden können und welche Anforderungen Anlagen zur Wärmebehandlung für die industrielle Produktion erfüllen müssen. Im Zusammenhang mit dem Abschreckverfahren wird dargestellt, wie die Ausbildung von Eigenspannungen beeinflusst werden kann und welche für Wälzlageranwendungen vorteilhafte Eigenschaften bainitisches Härten ermöglicht.

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Published Online: 2022-04-12

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