Waarom lagerstaal smeden en voorbereidende warmtebehandeling nodig heeft
Lagerstaal met hoog-chroomkoolstofgehalte, zoals GCr15, dat valt onder GB/T 18254 in China en internationaal onder het kogel- en rollagerstaalgedeelte van EN ISO 683-17, is hooggelegeerd en hardt uit tot een zeer hoge hardheid. Die combinatie maakt de gegoten structuur ook grof en chemisch gescheiden, waarbij carbiden geconcentreerd zijn in banden en aan korrelgrenzen.
Door smeden wordt de gegoten structuur verbroken en de interne porositeit gesloten, en de voorbereidende warmtebehandeling die volgt brengt het staal in een zachte, bewerkbare en structureel uniforme toestand voordat de ringen worden gedraaid en uiteindelijk gehard. Het overslaan of inkorten van deze stappen komt later tot uiting in vervorming, barsten of een korte levensduur van de lagers.
Van ingot tot knuppel: bijsnijden en diffusiegloeien
De route begint met het gieten van blokken. De bovenkant van de staaf, die de krimpbuis en de zwaarste ontmenging bevat, wordt afgesneden zodat het defecte materiaal niet in het product terechtkomt. Deze stap van het bijsnijden is beslissend voor de draagkwaliteit, omdat insluitsels en porositeit geconcentreerd in de weggegooide dop door geen enkel later proces kunnen worden verwijderd.
De uitgesneden staaf krijgt vervolgens een diffusie-gloeiing, een langdurige onderdompeling bij hoge- temperatuur waardoor legeringselementen en koolstof zich door de sectie kunnen herverdelen. Diffusiegloeien vermindert de macrosegregatie die het gevolg is van het gieten en verzacht de staaf voldoende voor de eerste smeedbewerking. Het is een langzame, energie-intensieve behandeling, maar het levert een veel uniformere uitgangsstructuur op dan hetzelfde staal dat wordt geleverd als continu gegoten bloei.
Smedenpraktijk en carbide-segregatie
Het smeden wordt in fasen uitgevoerd. De staaf wordt eerst opgeschud en tot een veelvlak bewerkt, zodat de vervorming in verschillende richtingen werkt, waardoor het dendritische netwerk wordt verbroken en de gestreepte carbiden worden verspreid. Vervolgens wordt de plano met een gecontroleerde smeedverhouding tot de gewenste staaf- of ringsectie gesmeed, zodat de vervorming het midden van de sectie bereikt.
Temperatuurbeheersing is van cruciaal belang. De initiële smeedtemperatuur mag niet te hoog zijn, omdat oververhitting de austenietkorrel grof maakt en verbranding aan de korrelgrenzen kan veroorzaken; deze mag ook niet zo laag zijn dat het staal in een bros gebied wordt bewerkt. Na de laatste smeedgang wordt het plano op een gecontroleerde manier gekoeld, met behulp van gedispergeerde luchtkoeling of sproeikoeling, zodat carbidenetwerken niet neerslaan langs de eerdere austenietkorrelgrenzen.
Lagerdelen worden gewoonlijk geproduceerd via de smeedroute in plaats van door eenvoudig continugieten, omdat het gesmede onbewerkte stuk materiaal een gezondere originele structuur en een meer uniforme carbideverdeling heeft, wat essentieel is voor de weerstand tegen rolcontactvermoeidheid.
Spheroidize-gloeien en netwerkcarbidecontrole
Na het smeden en stansen wordt het materiaal sferoïdaal gegloeid. De behandeling houdt het staal gedurende een lange periode net onder de lagere kritische temperatuur en koelt het vervolgens langzaam af, waarbij het lamellaire carbide wordt omgezet in kleine bolletjes verspreid in een ferritische matrix. Het resultaat is een zachte, bewerkbare structuur met een gelijkmatige verdeling van het carbide en een hardheid die laag genoeg is om te draaien. Bovendien wordt de structuur zo voorbereid dat de uiteindelijke verhardingsbehandeling een fijn, uniform martensiet oplevert.
Spheroidize-gloeien wordt in verschillende vormen toegepast op staven, platen of blokken, draad en pijp, en op gewalste ringen, omdat de doorsnede en de beoogde vormbewerking verschillen. Waar smeden of afkoelen een netwerk van carbiden langs de korrelgrenzen heeft achtergelaten, wordt een normaliserende behandeling gebruikt om het netwerk te breken vóór het sferoïdiserende gloeien, aangezien een ononderbroken netwerk achteraf moeilijk te verwijderen is en als een scheurpad fungeert.
Inspectie- en kwaliteitspunten
Controleer de teeltpositie en verwijder het gewicht, zodat de krimpbuis volledig verwijderd is.
Noteer de diffusie-uitgloeicyclus, omdat onder-weken segregatie achterblijft die de smederij niet kan verwijderen.
Controleer de start- en eindtemperaturen van het smeden, zonder opwarming waardoor het graan grover wordt.
Controleer de afkoelsnelheid na- het smeden om carbidenetwerken aan de korrelgrenzen te vermijden.
Controleer het sferoïdale gloeien op basis van de hardheid en door metallografische beoordeling van de vorm en verdeling van het carbide.
Beoordeel de hardmetalen bandvorming, de ontkolingsdiepte en de interne stevigheid voordat het plano wordt vrijgegeven voor bewerking.
Veelgestelde vragen
Vraag: Waarom is de bovenkant van de staaf afgesneden?
Hierin bevinden zich de krimpbuis en de ergste segregatie, die later in het proces niet meer gerepareerd kunnen worden.
Vraag: Wat wordt bereikt met diffusiegloeien?
Het vermindert macrosegregatie en verzacht de staaf, waardoor een uniformere structuur ontstaat vóór het smeden.
Vraag: Waarom wordt de staaf eerst verstoord tot een veelvlak?
Door het staal in verschillende richtingen te bewerken, wordt het dendritische netwerk verbroken en worden gestreepte carbiden verspreid.
Vraag: Wat is het doel van sferoïdaal gloeien?
Het produceert bolvormige carbiden in een ferritische matrix, waardoor de hardheid voor bewerking wordt verlaagd en de structuur wordt voorbereid op verharding.
Vraag: Hoe worden netwerkcarbiden verwijderd?
Er wordt een normaliserende behandeling toegepast om het netwerk te verbreken vóór het uitgloeien van de sferoïden.
Vraag: Kost de smeedroute meer?
Ja, de volgorde van het gieten, diffusiegloeien en smeden kost meer dan continu gieten, maar het levert een betere originele structuur en een hogere betrouwbaarheid op.
