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Werkstoff Stahl für Wälzlager

| Autor / Redakteur: Wolfgang Bauer / Simone Käfer

Edelstahl ist nicht gleich Edelstahl. Bereits die Auswahl des Stahls und seine thermische Behandlung beeinflussen Wälzlager.

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Die Qualität eines Wälzlagers beginnt mit der richtigen Stahlauswahl.
Die Qualität eines Wälzlagers beginnt mit der richtigen Stahlauswahl.
(Bild: ©Gerd Gropp - stock.adobe.com)

Der typische Werkstoff für Wälzlager sind Chromstähle, also legierte, durchhärtende Edelstähle mit etwa 1% Kohlenstoff und 1,5 % Chrom. Vermehrt werden aber auch Einsatzstähle, Stähle für das Randschichthärten (Einsatzhärten), Vergütungsstahl, nicht rostende Stähle und warmfester Stahl verwendet. Genormt sind die Wälzlagerstähle in der DIN EN ISO 683-17, der ehemaligen DIN 17230. Die Reinheit der Stähle wird in der Norm ISO 4967 „Reinheitsgrad eines metallischen Werkstoffs” beschrieben und klassifiziert. Der herkömmlich bekannte Wälzlagerstahl nennt sich 100Cr6, der in den Modifikationen 100Cr2 für dünnere oder 100Cr­Mn­Mo7-3 für dickere Querschnitte eingesetzt wird. Je nach Anforderung sind zusätzliche Modifizierungen sinnvoll.

Durchhärtende Stähle

  • 100Cr6 (SAE52100): Der martensitisch gehärtete und niedrig angelassene Wälzlagerstahl hat eine durchgehende Härte von 64 HRC sowie eine hohe Verschleißfestigkeit mit gutem Überrollverhalten. Er wird verwendet bei Gebrauchstemperaturen bis 120 °C.
  • 100Cr6-SO (SAE52100): Die Wärmestabilisierung dieses martensitisch gehärteten und höher angelassenen Wälzlagerstahls liegt bei S0, seine durchgehende Härte bei 62 HRC. Er hat eine hohe Verschleißfestigkeit mit gutem Überrollverhalten. Eingesetzt wird er bei Temperaturen bis 150 °C.
  • 100Cr6-S1 (SAE52100): Martensitisch gehärter und höher angelassener Wälzlagerstahl mit einer Wärmestabilisierung von S1. Er besitzt eine durchgehende Härte von 62 HRC sowie eine hohe Verschleißfestigkeit mit gutem Überrollverhalten. Er kann bei Gebrauchstemperaturen über 200 °C verwendet werden.
  • 100Cr6-S1B (SAE52100) ist ein bainitisch gehärteter Wälzlagerstahl mit Wärmestabilisierung S1. Er hat eine durchgehende Härte von 62 HRC sowie eine hohe Verschleißfestigkeit mit gutem Überrollverhalten. Gebrauchstemperaturen über 200 °C hält er aus und neigt wenig zur Rissbildung.
Charakteristiken Anlassen Wärmestabilisierung Härte in HRC Verschleißfestigkeit Überrollverhalten Gebrauchstemperatur in °C
100Cr6 martensitisch niedrig / 64 hoch gut 120
100Cr6-SO martensitisch hoch S0 62 hoch gut 150
100Cr6-S1 martensitisch hoch S1 62 hoch gut 200
100Cr6-S1B bainitisch / S1 62 hoch gut 200

Für dickere Querschnitte

  • 100CrMnSi6-4: Der Stahl auf Basis von 100Cr6 hat einen modifizierten Mangan- und Siliciumanteil und wurde wärmebehandelt, karbonitriert, martensitisch gehärtet, niedrig angelassen oder maßstabilisiert. Eine Härte > 62 HRC ist möglich, die Oberfläche besitzt erhöhten Restaustenit. Ein hoher Verschleißwiderstand zeichnet den Werkstoff aus, die Gebrauchs­temperatur liegt bei 200 °C.
  • 30CrMoN15-1: Dieser stickstofflegierte Chromstahl (Cronidur 30) ist martensitisch gehärtet und niedrig angelassen. Seine Härte liegt durchgehend bei 62 HRC, er hat einen hohen Korrosionswiderstand und ist für Betriebstemperaturen über 150 °C geeignet. Es handelt sich um einen Werkstoff für hochbelastbare Wälzlager mit hoher Ermüdungslebensdauer bei turbulentem Einsatz.

Einsatzgehärtete Stähle

  • St4, St12: Dieser Einsatzstahl ist nach einem kaltgewalzten unlegierten Kaltband nach EN 10139/10140 in Wälzlagerqualität erhältlich. Sein Umformverhalten wird als gut beschrieben, außerdem ist er martensitisch gehärtet und angelassen, doch im Kern relativ weich. Seine Oberflächenhärte beträgt 62 HRC. Geeignet ist er für Gebrauchstemperaturen über 120 °C und Anwendungen in der spanlosen Umformung.
  • Einsatzstähle nach DIN EN 10084 wie 18MnCrMo5, 20MnCrMo4-2, 17CrNiMo7-6 sind durch Aufkohlung und martensitische Härtung einsatzgehärtet. Zudem wurden diese Hochleistungsstähle mit Mancrodur hochlegiert. Ihre Härte reicht bis 62 HRC, zu ihrem zähharten Kern haben sie eine harte Oberfläche und Randschicht. Die Tiefe des Einsatzhärtens liegt bei 0,6 bis 1 mm. Die hohe Kerbschlagzähigkeit dieser Stähle geht mit einer gesteigerten Bruchsicherheit einher und ihr Einsatz wird für Anwendungen mit Betriebstemperaturen über 120 °C empfohlen.

* Dipl.-Ing. Wolfgang Bauer ist Gründer und Mehrheitsgesellschafter von KBT Knapp Wälzlagertechnik in 71332 Waiblingen, Tel. (0 71 51) 1 65 06-00, info@knapp-waelzlagertechnik.de

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