Was ist hochtemperaturbeständiger Lagerstahl?

Hochtemperatur-Wälzlagerstahl ist eine spezielle Art von Lagerstahl für Wälzlager, die bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden. Wenn die Betriebstemperatur eines Lagers 250°C überschreitet, kann gewöhnlicher Lagerstahl an Härte, Maßstabilität und Ermüdungsfestigkeit verlieren. In Anwendungen wie Flugtriebwerken, Gasturbinen, Kernreaktorsystemen und Wolframscheiben in Röntgenröhren können Lagertemperaturen von 300°C bis 600°C erreicht werden. Unter diesen Bedingungen ist Hochtemperatur-Wälzlagerstahl erforderlich. Neben den grundlegenden Eigenschaften, die für konventionellen Lagerstahl erforderlich sind, muss Hochtemperatur-Wälzlagerstahl auch unter Wärmeeinwirkung eine zuverlässige Leistung beibehalten. Typische Anforderungen sind Hochtemperaturhärte, Verschleißfestigkeit, Kontaktermüdungsfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Schlagzähigkeit und Maßstabilität. Wichtige Leistungsanforderungen an Hochtemperatur-Wälzlagerstahl

Hochtemperaturhärte: Der Stahl sollte bei erhöhten Temperaturen eine Härte von etwa über 50 HRC beibehalten.

Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit: Das Material muss Verschleiß bei kontinuierlichem Wälzkontakt und Hochgeschwindigkeitsbetrieb widerstehen.

Hochtemperatur-Kontaktermüdungsfestigkeit: Der Stahl muss wiederholter Kontaktbeanspruchung standhalten, ohne vorzeitig durch Ermüdung zu versagen.

Oxidationsbeständigkeit: Die Lageroberfläche sollte in oxidierenden Hochtemperaturatmosphären oder korrosiven Umgebungen stabil bleiben.

Hochtemperatur-Schlagzähigkeit: Der Stahl sollte Rissbildung oder Schäden durch Stoßbelastungen bei erhöhten Temperaturen widerstehen.

Maßstabilität: Das Lager muss bei Temperaturänderungen Passung, Lagerluft und Geometrie beibehalten.

Gängige Arten von Hochtemperatur-Wälzlagerstahl Cr4Mo4V-Schnellarbeitsstahl Cr4Mo4V ist ein molybdänhaltiger Schnellarbeitsstahl. Er bietet gute Maßstabilität, Warmhärte und Hochtemperatur-Kontaktermüdungsfestigkeit. Seine Schmiedbarkeit und Zerspanbarkeit sind jedoch vergleichsweise gering, außerdem reagiert er bei der Wärmebehandlung empfindlich auf Entkohlung. Cr4Mo4V wird häufig zur Herstellung von Lagerringen und Rollen für Wälzlager eingesetzt, die bei hohen Temperaturen betrieben werden. Cr14Mo4-Hochtemperatur-Edelstahllagerstahl

Cr14Mo4 ist ein hochtemperaturbeständiger rostfreier Wälzlagerstahl mit hoher Warmhärte und guter Korrosionsbeständigkeit. Seine Kontakt-Ermüdungsfestigkeit bei hohen Temperaturen ist etwas geringer als die von Cr4Mo4V, dafür ist seine Zerspanbarkeit besser. Er eignet sich für Bauteile, die bei Temperaturen unter 300°C unter mittleren oder niedrigen Lasten betrieben werden. W18Cr4V Wolfram-Schnellarbeitsstahl W18Cr4V ist ein wolframbasierter Schnellarbeitsstahl mit hoher Warmhärte und ausgezeichneter Rothärte. Er wird häufig für Schneidwerkzeuge eingesetzt und kann auch für Hochtemperatur-Wälzlagerkomponenten verwendet werden, die unter etwa 540°C betrieben werden. W9Cr4V2Mo Schnellarbeitsstahl W9Cr4V2Mo weist ähnliche Leistungsmerkmale wie Cr4Mo4V auf. Seine Warmumformbarkeit und Schleifbarkeit sind jedoch vergleichsweise gering. Er eignet sich für die Herstellung von Hochtemperatur-Wälzlagern, die dauerhaft unter 400°C betrieben werden. W6Mo5Cr4V2 Wolfram-Molybdän-Schnellarbeitsstahl

W6Mo5Cr4V2 ist ein Wolfram-Molybdän-Schnellarbeitsstahl. Im Vergleich zu W18Cr4V bietet er eine bessere Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Warmumformbarkeit, bei gleichzeitig ähnlicher Härte, Warmhärte und Hochtemperaturhärte. Außerdem verfügt dieser Stahl über gute Eigenschaften bei der Warmbearbeitung und Zerspanung. Er eignet sich für Schneidwerkzeuge, verschleißfeste Kaltfließpresswerkzeuge, Hochtemperaturfedern und Hochtemperaturlager.

Warum diese Stähle bei hohen Temperaturen eingesetzt werden können

Hochtemperatur-Wälzlagerstähle enthalten in der Regel Legierungselemente wie Wolfram (W), Molybdän (Mo), Chrom (Cr) und Vanadium (V). Diese Elemente bilden Karbide, die sich bei hohen Temperaturen nur schwer auflösen. Beim Anlassen scheiden sich fein verteilte Karbide in der Stahlmatrix aus und erzeugen einen Sekundärhärtungseffekt.

Durch diesen Verfestigungsmechanismus können Hochtemperatur-Wälzlagerstähle innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs eine höhere Härte, bessere Verschleißfestigkeit, stärkere Oxidationsbeständigkeit, verbesserte Ermüdungsfestigkeit und höhere Maßstabilität beibehalten.

Betriebstemperatur gängiger Hochtemperatur-Wälzlagerstähle

Cr15Mo4 / Cr14Mo4 315°C / 425°C* 20°C

63 HRC 1200 h <0.005% Ausgezeichnet

320°C

57 HRC

420°C

54 HRC

*Hinweis: Die in Klammern angegebene Temperatur bezieht sich auf die maximal zulässige Temperatur unter bestimmten Bedingungen.

Werkstoffauswahl oberhalb von 500°C

Wenn die Betriebstemperatur des Lagers 500°C überschreitet, erreicht Hochtemperatur-Wälzlagerstahl möglicherweise nicht mehr das erforderliche Leistungsniveau. Unter solchen extremen Bedingungen werden in der Regel Werkstoffe wie kobaltbasierte Legierungen, nickelbasierte Legierungen oder keramische Werkstoffe empfohlen, um eine bessere Hochtemperaturfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Lebensdauer zu erzielen.

Zusammenfassung

Hochtemperatur-Wälzlagerstahl wird eingesetzt, wenn herkömmlicher Wälzlagerstahl der erforderlichen Betriebstemperatur nicht standhält. Sorten wie Cr4Mo4V, Cr14Mo4, W18Cr4V, W9Cr4V2Mo und W6Mo5Cr4V2 werden je nach Anforderungen an Temperatur, Belastung, Korrosionsbeständigkeit, Zerspanbarkeit und Maßstabilität ausgewählt. Für Anwendungen oberhalb von 500°C sollten kobaltbasierte Legierungen, nickelbasierte Legierungen oder keramische Lagerwerkstoffe in Betracht gezogen werden.