Was einen Stahl zum Lagerstahl macht
Die Laufbahnen von Wälzlagern tragen sehr hohe Kontaktspannungen auf sehr kleiner Fläche, millionenfach wiederholt. Gewöhnlicher Baustahl kann das nicht; er verformt sich oder bekommt früh Pittings. Lagerstahl ist für diese Aufgabe gebaut: hoher Kohlenstoffgehalt für die Härte, Chrom für die Härtbarkeit und ein kontrolliertes, sauberes Gefüge, damit es im Metall nur wenige Schwachstellen gibt.
Das Arbeitspferd ist der kohlenstoffreiche Chromstahl. In chinesischen Normen heißt er GCr15; die nächsten weit verbreiteten Äquivalente sind AISI 52100 in den USA und 100Cr6 in Europa. Die chemischen Bereiche unterscheiden sich zwischen den Normen geringfügig, die korrekte Aussage lautet daher vergleichbar statt identisch, und die genaue Norm wird in der Bestellung genannt. Er wird für die große Mehrheit der Ringe, Kugeln und Rollen in Maschinen, Motoren und Fahrzeugen verwendet.
Stahlfamilien und ihre Verwendung
| Familie | Beispiele | Wo sie passt |
|---|---|---|
| Kohlenstoffreicher Chromstahl, durchgehärtet | GCr15, 52100, 100Cr6 | Standardringe, -kugeln und -rollen für allgemeinen Einsatz |
| Chromstahl für größere Querschnitte | Güten mit zusätzlichem Mangan oder Silizium für die Härtbarkeit | Dicke Ringe und Großlager |
| Einsatzstahl (einsatzgehärtet) | Niedriggekohlte legierte Stähle, nach der Bearbeitung aufgekohlt | Stoßlasten, Kegelrollenlager, verschleißfeste Reihen |
| Martensitischer Edelstahl | 440C | Korrosionsbelastung, Lebensmittel- und Meereseinsatz |
Einsatzstähle beginnen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und zähem Kern. Nach der Bearbeitung wird Kohlenstoff in die Oberfläche eindiffundiert und das Teil gehärtet, was eine harte Randschicht über einem zäheren Kern ergibt. Das hilft bei Stoß und hoher Last und ist bei Kegelrollenlagern üblich. Der rostfreie Lagerstahl 440C tauscht etwas Ermüdungslebensdauer gegen Korrosionsbeständigkeit; siehe Edelstahllager und verschleißfeste Lager.
Reinheitsgrad und Einschlüsse
Jeder Stahl enthält winzige nichtmetallische Partikel, sogenannte Einschlüsse - Oxide, Sulfide, Silikate -, die von der Stahlerzeugung zurückbleiben. Unter zyklischer Kontaktspannung kann ein harter Einschluss nahe der Laufbahn einen Ermüdungsriss auslösen. Lagerstahl wird deshalb raffiniert, vakuumentgast und sorgfältig vergossen, damit Einschlüsse klein, selten und gut verteilt bleiben. Das meinen Käufer mit Reinheitsgrad oder Stahlqualität.
Der Reinheitsgrad wird im Stahlwerk durch metallografische Bewertungsverfahren und Sauerstoffgehaltsmessungen geprüft. Prüfverfahren und Annahmegrenze werden zwischen Käufer und Lieferant vereinbart, und der Beschaffungsdienst nennt ohne Werksbericht keine Zahl. In der Praxis können zwei Lager mit derselben Bezeichnung und derselben Nennhärte sehr unterschiedlich lange laufen, und der Stahlreinheitsgrad ist eines der Ersten, was man dann untersucht.
Wärmebehandlung und Härte
Die Härte entsteht durch die Wärmebehandlung, nicht durch den Stahl allein. Ein durchgehärtetes Chromstahlteil wird erwärmt, abgeschreckt und dann angelassen. Die Härte durchgehärteter Chromstahlringe und -kugeln liegt typischerweise bei etwa 58-65 HRC; der genaue Zielwert und -bereich hängen von Teil, Größe und Lagertyp ab und werden durch Zeichnung und Norm des Werks festgelegt. Das Anlassen stabilisiert außerdem die Maße, sodass sich das Lager im Betrieb bei normalen Temperaturen nicht verändert.
- Abschrecken und Anlassen stellen Härte und Zähigkeit ein; Abweichungen zeigen sich als weiche Stellen oder spröde Teile.
- Maßstabilisierung ist wichtig für warm laufende Lager und für Präzisionsklassen.
- Gefügeprüfungen an einer geschnittenen Probe bestätigen gleichmäßige Härtung und Karbidverteilung.
Die Härte wird an Fertigteilen stichprobenartig geprüft, als Teil des Plans auf der Seite Prüfung und Inspektion.
Werkstoffzeugnisse und Rückverfolgbarkeit
Ein Werkszeugnis nennt Güte, chemische Zusammensetzung und Schmelzennummer des Stahlloses, oft mit Hinweisen zum Reinheitsgrad. Eine Schmelzennummer erlaubt es, ein fertiges Los aus Ringen oder Kugeln auf den Stahl zurückzuverfolgen, aus dem es gefertigt wurde. Typische Unterlagen, die der Beschaffungsdienst je Bestellung anfordern kann:
- Werkszeugnis für den Stahl mit Güte und Analyse gegenüber der genannten Norm.
- Wärmebehandlungsprotokoll für das fertige Los.
- Härte- und Maßprüfbericht des Werks.
- Werkstofferklärungen wie RoHS oder REACH, wo das Projekt sie verlangt.
Unterlagen werden vor der Bestellung vereinbart und schriftlich bestätigt; sie sollten dem gelieferten Los zugeordnet sein und nicht als allgemeine Aussage akzeptiert werden.
Hinweise zur Beschaffung
Stahl wird in der für das Teil benötigten Form gekauft: Stangen und Rohre für Ringe, Walzdraht für Kugeln und Rollen. Werke in den großen Lagerclustern kaufen bei Stahlwerken in ihrer Nähe; der Beschaffungsdienst ordnet Stahlquelle und Werk dem Teil und dem geforderten Qualitätsniveau zu, nicht allein dem Preis. Typische Richtwerte für Bauteilmengen und Lieferzeiten stehen auf der Seite MOQ und Lieferzeit. Wie aus Stahl ein Ring wird, lesen Sie unter Lagerringe, oder kehren Sie zum Bauteil-Hub zurück.