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Wärmebehandlungstechnologie und Anwendung von Automobillagermaterialien

Einleitung: Die Automobilindustrie ist in meinem Land ein wichtiges Standbein und nimmt in der gesamten verarbeitenden und verarbeitenden Industrie einen nicht zu vernachlässigenden Platz ein. Aus mehreren Teilen der Karosserie sind Lager zu sehen, die die besondere Aufgabe haben, Lager Last, reduziert Reibung und führt bewegliche Teile. 

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der wirtschaftlichen Entwicklung und der Industrietechnologie meines Landes hat sich China zu einem bedeutenden Wälzlagerproduzenten entwickelt, darunter auch Wälzlagerstahl für die Automobilindustrie. Allerdings gibt es noch einen großen Abstand zu erstklassigen Herstellern wie Schaeffler aus Deutschland, SKF aus Schweden, TIMKEN aus den USA und KOYO aus Japan. Die Richtung der zukünftigen Bemühungen als Quelle besteht weiterhin darin, die metallurgische Qualität, das Niveau der nichtmetallischen Einschlüsse, die Größe und Verteilung von Karbiden streng zu kontrollieren und das Niveau der Wärmebehandlungstechnologie zu verbessern.

Wärmebehandlungstechnologie und Anwendung von Automobillagermaterialien

Die Wärmebehandlung ist ein Schlüsselprozess im Herstellungsprozess von Automobillagern, und die Qualität der Verarbeitung und der Rohstoffe sind zwei wichtige Faktoren, die die Lebensdauer des Lagers beeinflussen. Die Wärmebehandlung hat einen wichtigen Einfluss auf das Gefüge, die mechanischen Eigenschaften, die Oberflächenqualität, die Maßhaltigkeit und die Stabilität von Lagern und anderen Teilen unter den Einsatzbedingungen. Daher wird der Wärmebehandlungsprozess optimiert, die geeigneten Wärmebehandlungsparameter ausgewählt und der Gebrauchszustand des Werkstücks ermittelt. Die beste Gesamtleistung, die mit dem Fehlermodus kompatibel ist, ist ein wichtiges Thema der Wärmebehandlungstechnologie.

1. Anwendung von Lagermaterialien in Automobilen

Wie wir alle wissen, besteht das Lager aus vier Teilen: Außenring, Innenring, Wälzkörper (Kugel, Zylinder, Kegel oder Nadel usw.) und Käfig. Einige sind mit Dichtring ausgestattet. Bis auf den Dichtring und einen Teil des Käfigs der Rest Das Fertigungsmaterial ist hauptsächlich Lagerstahl.

Bei der Auswahl des Typs und Modells von Automobillagern werden hauptsächlich Art, Richtung, Größe, Arbeitsumgebung des tatsächlichen Teils der Last sowie die Anforderungen an Steifigkeit, Grenzdrehzahl, Lebensdauer, Genauigkeit und andere Aspekte der Lager, das in der Regel vom Konstrukteur fertiggestellt wird. Lager sind in kompletten Fahrzeugen weit verbreitet und variieren je nach Fahrzeugtyp, Einbauort und Hersteller, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Der Autor hat einige wichtige inländische Automobillagerlieferanten besucht, wie Shanghai Renben, Zhejiang Wanxiang Precision, Hubei New Torch, Changzhou Guangyang, Luoyang Dongsheng, Chongqing Jangtse usw. Im Folgenden wird nur das Automobilantriebssystem (die Lichtmaschine im Motor) kombiniert ) , Klimaanlage, elektromagnetische Kupplung, Spannrolle und Spannrollenlager), Antriebssystem (Welle Zähne, Differential, Kupplung und andere Lager im GangBox), Nabenlager und andere verwandte Produkte werden kurz vorgestellt.

(1) Antriebssystemlager

Der Motor ist das Herzstück des Autos und versorgt andere Komponenten kontinuierlich mit Strom. Innenlager wurden früher von Gleitlagern dominiert. Derzeit verwenden die meisten von ihnen abgedichtete Kugellager unter der Prämisse, die Lagerleistung zu verbessern. Bild 2 zeigt einige typische Lager in Motoren.

Das Generatorlager ist ein einreihiges abgedichtetes Kugellager, das hauptsächlich der Zentripetalkraft ausgesetzt ist. Er muss bei einer Geschwindigkeit von mehr als 2000 U/min und einer Temperatur von mehr als 180 °C zuverlässig arbeiten. Die Ringe und Wälzkörper bestehen aus hochreinem GCr15 und die Härte nach der Wärmebehandlung beträgt 58. ~64HRC, der Käfig verwendet im Allgemeinen Nylon PA46 und der Dichtring verwendet im Allgemeinen Acrylatkautschuk ACM. Der Referenzstandard ist JB/T8167—2006.

Das elektromagnetische Kupplungslager des Klimaanlagenkompressors ist ein zweireihiges Schrägkugellager, der Außenring dreht sich, die Geschwindigkeit der Klimaanlagenriemenscheibe kann 7000 bis 13000 U / min erreichen, die maximale Temperatur beträgt 160 ° C, das Material ist das wie oben, und der Käfig wird teilweise von einer gemeinsamen einzigen kugelförmigen Tasche geändert. Zylindrische Oberfläche, der Referenzstandard ist JB/T10531-2005.

Spanner- und Spannrollenlager sind abgedichtete Hochleistungskugellager. Ersteres wirkt auf die lose Kante des Synchronantriebsriemens und letzteres wirkt auf die straffe Kante des Synchronförderriemens. Das Material ist im Grunde das gleiche wie oben. Der Käfig kann aus technischem Kunststoff oder Stahl 08 oder Stahl 10 hergestellt werden. Der Dichtungsring besteht aus ACM oder FPM (Fluorkautschuk) und der Referenzstandard ist JB/T10859-2008.

Wasserpumpenwellenlager sind im Allgemeinen zweireihige Kugellager, und die radiale Abmessung ist kleiner als bei gewöhnlichen Lagern. Es handelt sich im Wesentlichen um ein doppelgestütztes Lagersystem mit vereinfachtem Aufbau. Die beiden gelagerten Lager haben keine Innenringe. Die Laufbahnen der Wälzkörper werden direkt auf der Welle hergestellt. Die Außenringe der beiden gelagerten Lager sind zu einem Ganzen verbunden. Die beiden Seiten sind mit Siegeln abgedichtet. Seine Rollen bestehen in der Regel aus hochchromhaltigem Lagerstahl, das Material von Welle und Außenring aus aufgekohltem Stahl oder hochchromhaltigem Lagerstahl. Der Referenzstandard ist JB/T8563-2010.

(2) Lager des Antriebssystems

Der typische Vertreter des Getriebesystems ist das Getriebe, das sich in Handschaltgetriebe (MT), Automatikgetriebe (AT), stufenloses Getriebe (CVT), Doppelkupplungsgetriebe (DCT) unterteilen lässt, und es ist auch der Teil, in dem sich die meisten Lager befinden Gebraucht. Im Getriebe befinden sich oft mehrere Lager, die zu verschiedenen Getrieben passen, die Haupttypen sind Kugellager, Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Nadellager usw. Das Getriebe kann als Getriebe angesehen werden, das oft Verunreinigungen (Eisenspäne) enthält , Grate, Sand usw.) im Schmierfett und Rostschutzöl. Das Lager dreht sich im Betrieb mit hoher Drehzahl, was zu einer stark verkürzten Lebensdauer führt.

Außerdem befinden sich im Differenzial zwei Kegelrollenlager 38D63E17, die sich jeweils auf der linken und rechten Seite des Differenzialgehäuses befinden. Sie werden an der Lagerbohrung des Reduziergehäuses montiert. Sie tragen und übertragen die Antriebskraft des Differentials und des Untersetzungsgetriebes. , Reduzieren Sie den Reibungswiderstand des Getriebes, verbessern Sie die Effizienz und Zuverlässigkeit des Getriebes.

Die Wälzkörper und Innen- und Außenringmaterialien der oben genannten Lager basieren hauptsächlich auf GCr15, 100Cr6, SUJ2 und SKF3, unter Verwendung von integralem Abschrecken + Niedrigtemperatur-Anlassen, Wärmebehandlungshärte 60 ~ 63 HRC (Rollelementanforderungen 60 ~ 64 HRC), Nylon Käfigmaterial ist PA46 +30%GF, der Kontaktdichtring ist ACM+SPCC und das Schmierfett ist Chevron SRI-2 (Fetteinspritzvolumen 2.0~2.8g).

Das Kupplungsausrücklager, allgemein als Kupplungsnadelrad bekannt, befindet sich wie in Abbildung 4 gezeigt. Beim Treten des Kupplungspedals kann sich die Druckplatte oder Mitnehmerscheibe, die die Federkraft trägt, in Richtung Kupplungsdeckel, d Hebel wird gekippt, um den Federdruck der Druckplatte zu überwinden. Um die Kupplungstrennarbeiten abzuschließen, ist man derzeit hauptsächlich auf Importe angewiesen. Die Wälzkörper sind 100Cr6, der Innen- und Außenringwerkstoff ist C67S (die Mindestoberflächenhärte beträgt 680HV), der Käfig ist PA66+25%FV und die Dichtung besteht aus hydriertem Nitrilkautschuk HNBR. Siehe Norm.

(3) Pkw-Radlager

Mit der Verbesserung der Gesamtleistung von Automobilen werden die Anforderungen an Lebensdauer, Festigkeit, Steifigkeit und Wartungsfreiheit von Radlagern immer strenger und die Bedeutung von Leichtbau, Zuverlässigkeit, Multifunktionalität und Modularität wird den Menschen immer bewusster. Hin zu einer hochintegrierten Richtung. Die Pkw-Radlagereinheit hat sich von der ersten Einheit mit Ringverriegelung und Käfigverriegelung (erste Generation) zur zweiten Generation mit Flansch am Außenring und dann zum Innenring mit großem Füllwinkel zum Einpressen entwickelt. In der dritten Generation des Flansches kann der Sensor mit ABS in den Flansch integriert werden, wie in Bild 5 dargestellt. Es handelt sich allesamt um zweireihige Kugellager, die dazu dienen, höhere Belastungen inklusive des gesamten Gehäuses aufzunehmen. Die meisten bestehenden Modelle unseres Unternehmens verwenden die erste Generation von Vorderradnabenlagern und die dritte Generation von Hinterrädern. Zum Beispiel ist das Innen- und Außenringmaterial eines Radnabenlagers eines bestimmten Modells SKF3, das Stahlkugelmaterial ist SUJ2, das Flanschmaterial ist S55C, das Schraubenmaterial ist SCM435, der Käfig ist Nylon PA66+25%GF, und der kombinierte Dichtring ist NBR+SPCC/NBR+SUS430.

2. Automobillagermaterial und Leistungsanforderungen

Gegenwärtig entwickeln sich Automobile in Richtung Leichtigkeit, Komfort, Solidität, hohe Leistung, kompakte Bauweise, Haltbarkeit, gute Beschleunigungsleistung und hohe Zuverlässigkeit. Darüber hinaus entwickeln sich Automobile aufgrund der Weiterentwicklung der elektronischen Steuerungstechnologie auch in Richtung praktischer Leistung wie geringer Energieverbrauch, Einfachheit und Komfort sowie starke Bedienbarkeit. Daher müssen sich Wälzlager als wichtige Komponente für die Automobilunterstützung diesem Trend anpassen.

Im Service von Automobillagern muss die Flächeneinheit von Wälzkörpern und Ringflächen viel Druck aushalten, der bis 5000 N/mm2 berechnet werden kann. Neben dem Rollen und Gleiten bei laufendem Lager ist es Hochfrequenz- und Wechselstrom ausgesetzt. Neben der Kontaktspannung wird sie auch durch die Zentrifugalkraft beeinflusst, wie in Abbildung 6 dargestellt. Laut Literaturangaben sind die Hauptversagensarten von Automobillagern Abschälen, Lochfraß, Adhäsion, Dehnung, Bruch, Präzisionsverlust, übermäßige Vibrationen und Lärm usw. Daher stellt die Leistung von Lagerstahl die folgenden Anforderungen: 

① Hohe Reinheit. 

② Niedriger Sauerstoffgehalt. 

③Hohe Härte und Verschleißfestigkeit. 

④Gute Dimensionsstabilität. 

⑤ Ausreichende Druckfestigkeit und Verformungsbeständigkeit. 

⑥Gute Prozessleistung.

Wälzlagerstahl gehört zu den wichtigen Sonderstahlsorten und spiegelt in seiner Qualität und Leistungsfähigkeit weitgehend das metallurgische Niveau eines Landes wider. Automobil-Lagerstahl macht etwa 40% der jährlichen Produktion von Lagerstahl aus, und sein Verbrauch ist groß. Die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Automobillagern hängt sicherlich von der anfänglichen Konstruktion, Herstellung, Schmierung, Installation und Wartung ab, aber die Rohstoffe sind der Schlüssel.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass unter den mehreren Hauptkomponenten der Automobillagerbaugruppe, außer dass der Käfig gegenüber dem Original geändert wurde, Stempeln Stahl zum beliebten Nylonmaterial (wie spritzgegossenes PA66+30% GF) und die Dichtungen sind häufiger Gummimaterialien (wie ACM+SPCC, NBR+SUS430), die Wälzkörper und Innen- und Außenringe von Automobillagern in mein Land sind weit verbreitet in dieser Art von kohlenstoffreichem chromhaltigem Lagerstahl mit wC = 0.95% ~ 1.05%, wCr = 1.40% ~ 1.65%. Um die Härtbarkeit zu verbessern, um den Erfordernissen der Wanddickenänderungen der Teile gerecht zu werden, kann eine Reihe von hochhärtbaren hochgekohlten Chrom-Lagerstählen durch Erhöhung des Mo-Gehalts entwickelt werden: zum Beispiel 100Cr6 und 100CrMo in Deutschland, SKF2 und SKF3 in Schweden, 52100.3 und 52100.4 in den Vereinigten Staaten, japanische SUJ2, SUJ3, SUJ4, SUJ5 usw. Zwischen ihnen bestehen geringfügige Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung, wie in Tabelle 1 dargestellt. Vergleich der beiden Tatsächlich können diese Stahlsorten als Varianten von GCr15 angesehen werden.

Obwohl die Sorte relativ einzigartig ist, ist sie auch die Sorte mit den höchsten Qualitätsanforderungen unter den Baustählen (Getriebestahl, Wälzlagerstahl, Federstahl, unvergüteter Stahl und Kaltstauchstahl). Entscheidend ist die Notwendigkeit, die Reinheit des Stahls zu verbessern und den Gehalt an Spurenelementen wie O, S, Ca, N und Ti strikt zu reduzieren. Es ist auch notwendig, die Fehler zu kontrollieren, die im metallurgischen Prozess verursacht werden können, einschließlich Schmelzen, Gießen, Walzen, Schmieden, etc., wie häufig Schmelzverfahren wie Vakuumentgasung, Elektroschlacke-Umschmelzen und Außerofen-Raffinieren verwendet werden. Es ist in der Industrie unbestritten, dass eine Reduzierung des Sauerstoffgehalts die Ermüdungslebensdauer des Lagers erheblich verlängern kann. Abbildung 7 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Sauerstoffgehalt und der relativen Lebensdauer des Lagers. In der nationalen Norm GB/T 18254-2002 ist der O-Gehalt von kohlenstoffreichem Chromlagerstahl eindeutig festgelegt: Druckgussstahl ≤15ppm, Stranggussstahl ≤12ppm. In der tatsächlichen Produktion, bei der Entwicklung von metallurgischen Geräten und Verfahren, ist die Kontrolle strenger. , Die niedrigste Stufe kann 5 ppm erreichen. Darüber hinaus haben Normen oder technische Vereinbarungen relevante Einschränkungen bezüglich Schmelzverfahren, nichtmetallischer Einschlüsse, Seigerung, Entkohlung, Makrostruktur, Mikrostruktur, Karbidinhomogenität, Oberflächengüte und zulässigen Maßtoleranzen. Stahlwerke und Lagerproduktionsunternehmen müssen den Stahl beim Betreten der Fabrik streng kontrollieren und verwalten und dürfen nicht nachlässig sein.

Es sollte hinzugefügt werden, dass neben den meisten Automobillagern Wälzlager sind, nur Kurbelwellenbuchsen, Pleuelbuchsen, Kolben Buchses, Stoßdämpferführungssitze, Getriebe-Rückwärtsgang Buchses usw. sind Gleitlager. Sie beinhalten keine Wärmebehandlung beruht hauptsächlich auf Pulvermetallurgie Sintern + Walzen. Das Material besteht im Allgemeinen aus Stahl mit wC≤0.15% auf der Rückseite (wie 08Al) und das Hauptlager ist eine Legierungsschicht (wie Al-Sn20Cu oder üblich auf Zinnbasis, Bleibasis, Kupferbasis oder Lagerlegierungen auf Aluminiumbasis). Die später diskutierte Wärmebehandlung richtet sich auch an Automobilwälzlager.

3. Wärmebehandlungstechnologie von Automobillagern

Die Hauptaufgabe des Hauptlegierungselements Chrom in Automobillagerstahl besteht darin, die Härtbarkeit des Stahls zu verbessern, so dass die Teile nach dem Abschrecken und Anlassen eine gleichmäßigere Struktur auf dem gesamten Abschnitt erhalten. Chrom kann Legierungszementit (Fe, Cr) 3C bilden, die Austenitkörner verfeinern, die Überhitzungsempfindlichkeit des Stahls beim Erhitzen verringern, die Verschleißfestigkeit verbessern und dem Stahl beim Abschrecken feine nadelförmige oder verborgene Formen verleihen. Der kristalline Martensit erhöht die Zähigkeit des Stahls auf Basis hoher Festigkeit. Grundsätzlich ist eine kryogene Behandlung von Kfz-Lagern nicht erforderlich, es sei denn, es werden besondere Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Teile und den Restaustenitgehalt gestellt.

(1) Produktionsweg von Automobillagerteilen

Der allgemeine Produktionsweg von Wälzkörpern aus Stahlkugeln ist: Stangenmaterial → Kugelrohling Heißpfeilerformung → glatte Kugel (Feilen) → Weichschleifen → Wärmebehandlung → Hartschleifen → Feinschleifen → Endbearbeitung (Polieren).

Der allgemeine Herstellungsweg von Innen- und Außenring ist: Rohrmaterial (Kaltschleifen) → Glühen → Drehen → Weichschleifen → Wärmebehandlung → Schleifen → Endbearbeitung.

Der generelle Herstellungsweg des Käfigs ist: Vollkäfig (Nylon): blank → drehen → ziehen und bohren Fenster → Oberflächenbehandlung.

Stanzkäfig (Metall): Band oder Blech → Umformen → Unteres Schneiden → Stanzfenster → Druckschräge → Expansion → Oberflächenbehandlung.

Die Wälzkörper, Außenringe, Innenringe von Automobillagern und die Flansche der zweiten und dritten Generation von Radnabenlagern müssen richtig wärmebehandelt werden, um das Potenzial des Materials selbst voll auszuschöpfen, die erwartete Leistung der Teile zu erzielen und zu erhöhen die Lebensdauer der Baugruppe. Sphäroidisierendes Glühen, Gesamtabschrecken + Niedrigtemperatur-Anlassen, chemische Wärmebehandlung, Induktionswärmebehandlung und andere Methoden.

(2) Allgemeine Situation der Wärmebehandlung von Kfz-Schlüssellagerteilen

Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in Wärmebehandlungsanlagen, Prozessbeispiele, technische Anforderungen und Entwicklungsprognosen.

Die kugelförmige Glühausrüstung verwendet normalerweise einen Schutzatmosphärenofen, so dass die Oberfläche der geglühten Teile ohne Oxidation geringer ist und die Materialausnutzungsrate der Lagerteile verbessert werden kann. Die Erwärmungstemperatur des Lagermaterials beträgt 835~850℃ und die Sphäroidisierungstemperatur 750~760℃, wie in Abbildung 8 gezeigt.

Verwenden Sie nach dem Schmieden der Kugelrollelemente den Achelin-Rollenboden-Durchlauf-Glühofen auf Stickstoffbasis mit Schutzatmosphäre, wie in Abbildung 9a gezeigt. Die kugelförmige Glühtemperatur beträgt 760 , das Sauerstoffpotential ≥ 900, der Taupunkt ≤ 20 , die Propanflussrate beträgt 0.18 ± 0.02 m3/h, der Ofendruck beträgt 150 ~ 300 MPa, die Härte beträgt ≤ 210 HBW, die Entkohlungsschicht ist kleiner oder gleich 0.25 mm, mesh Carbide≤CN4.2, die Härte der Stahlkugel nach dem Abschrecken und Anlassen sollte über 60HRC liegen.

(A) Schutzgas-Glühofen auf Stickstoffbasis

(B) Schematische Darstellung des Durchlaufofens mit Schutzatmosphäre

(C) Vollautomatische Zwischenfrequenz-Vergütelinie

Die Abschreck- und Anlassausrüstung verwendet normalerweise auch einen Ofen mit Schutzatmosphäre, wie einen Gusskettenofen, einen Gitterbandofen oder einen Stoßstangenofen.
Der Innen- und Außenring werden in einem Durchlaufofen mit Schutzatmosphäre abgeschreckt. Um die Verformung zu reduzieren, verwenden Sie das spezielle Lagerabschrecköl KR468G und passen Sie die Erwärmungstemperatur und -zeit, die Fördergeschwindigkeit und andere Parameter oder das Salzbad für das Abschrecken nach Martensit an. Die Prozesskurve ist in Abbildung 10 dargestellt. Sie zeigt, dass die Härte nach dem Abschrecken 63~64.5HRC erreicht und die Härte nach dem Anlassen bei 180±10℃ 61~63HRC beträgt. Die Verjüngung der Ferrule beträgt etwa 0.05 mm und die Zylindrizität beträgt weniger als 0.15 mm.

Die zweite und dritte Generation von Automobilradlagern sind mit Flanschen ausgestattet, das Material ist S55C und die Oberflächenhärte des abgeschreckten Bereichs muss über 60HRC liegen. Es sollte eine automatische Produktionslinie zum Induktionshärten verwendet werden, wie in Abbildung 9c gezeigt. Das Kühlmedium ist eine wasserbasierte Abschreckflüssigkeit mit einstellbarer Konzentration. Der Abschreckflüssigkeitsdruck beträgt 0.2 bis 0.6 MPa, die Härte nach dem Abschrecken beträgt 62 bis 65 HRC, die Härteschichttiefe beträgt 2.2 bis 3.4 mm und die Rundheit beträgt ≤ 0.1. mm, nach dem Anlassen bei (160 ± 10) × (120 ± 5) min beträgt die Härte 60 ~ 63 HRC und die Mikrostruktur beträgt 3 ~ 6 Grad.

Mit der kontinuierlichen Verbesserung der häuslichen Wärmebehandlungsanlagen und der Produktionstechnologie ist die Anwendung in der Herstellung und Verarbeitung von Kfz-Lagerteilen grundsätzlich ausgereift. Die originalen Kastenöfen, Grubenöfen, Salzbadöfen, Trommelöfen, gewöhnlichen Lufterwärmungsöfen und sonstige Einrichtungen wurden grundsätzlich eliminiert. Heutzutage wird eine Vielzahl von Schutzatmosphärenanlagen, ergänzt durch Druckwechseladsorptions- und Membran-Stickstoff-Produktionstechnologien, zur Unterstützung der integrierten Abschreck- und Anlasslinie und der automatischen Induktions-Abschreck- und Anlasslinie, in der der Rollengitter-Bandofen die Hauptrolle spielt, eingesetzt Mainstream. Darüber hinaus werden sich der Übergang von der Schutzatmosphäre zur regelbaren Atmosphäre und die Ofensteuerung von der Single-Line-Computer-Steuerung zur Cluster-Computer-Steuerung sukzessive zu zwei großen Trends entwickeln.

4. Abschluss

Als wichtiger Lagerzweig haben Automobillager die Eigenschaften, in der Automobilindustrie und in der Montageumgebung eingesetzt zu werden. Neben einem verbesserten strukturellen Design und einer guten Abdichtung und Schmierung kann die Verwendung von hochreinen Materialien und angemessenen Wärmebehandlungsgeräten und -prozessen die Zuverlässigkeit von Automobillagern verbessern und eine lange Lebensdauer erreichen.

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