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100Cr6 / 1.3505: Hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit und höchste Reinheitsgradanforderungen

Der 100Cr6 / 1.3505 gehört zur Werkstoffgruppe der Wälzlagerstähle. Sie ist genormt in der DN EN ISO 683-17. Die dort aufgeführten Stahlsorten unterteilen sich in durchhärtende Wälzlagerstähle, Einsatzstähle, induktionshärtende Wälzlagerstähle, nichtrostende Wälzlagerstähle und warmharte Wälzlagerstähle. Die deutsche Vorgängernorm DIN 17230 wurde zurückgezogen. Vergleichbar zum 100Cr6 / 1.3505 ist der in der amerikanischen ASTM A295 genormte SAE 52100.

Haupteinsatzgebiet für Wälzlagerstähle ist die Herstellung von Wälzlagern. Wälzlager dienen im Maschinenbau zur Fixierung und Reduzierung des Rollwiderstandes von Achsen, (Pumpen-)Wellen und beweglichen Bauteilen. Je nach Bauart des Wälzlagers sollen die radialen oder axialen wirkenden Kräfte aufgefangen und an das Gehäuse/Gestell weitergeleitet werden. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass der eingesetzte Werkstoff eine hohe Härte und gute Verschleißfestigkeit aufweist.

Die Anforderungen an Härte und Verschleißfähigkeit erfüllt der durchhärtende Wälzlagerstahl 100Cr6 / 1.3505 durch seinen Kohlenstoffgehalt von 0,93 bis 1,05 % (Massenanteil). Darüber hinaus ist der hohe Chromgehalt von 1,35 bis 1,60 % charakteristisch für den 100Cr6 / 1.3505. Dieser Werkstoff erreicht Oberflächenhärten von maximal 58 bis 60 HRC.

Um die Lebensdauer von Wälzlagern zu verlängern und Laufgeräusche der Lager zu vermeiden, muss der 100Cr6 / 1.3505 höchste Reinheitsgradanforderungen erfüllen. Der Reinheitsgrad gibt Auskunft über Menge und Verteilung von nichtmetallischen Einschlüssen im Stahl. Die zurückgezogene, jedoch noch häufig anzutreffende DIN 50602 unterscheidet hier Sulfide und Oxide. Die aktuelle ISO 4967 gilt jedoch im internationalen Kontext als gängiger und wird häufiger angewendet. Sie differenziert zwischen Sulfiden, Aluminaten oder Aluminatzeilen, Silikaten, globularen Oxiden und einzelnen globularen Einschlüssen.

Die DIN EN ISO 683-17 trägt den hohen Reinheitsgradanforderungen Rechnung, indem sie den Schwefelgehalt des 100Cr6 / 1.3505 auf maximal 0,015 % begrenzt. Des Weiteren weist sie – sofern nicht bei Anfrage und Bestellung Kriterien und Grenzen für die Bestimmung nichtmetallischer Einschlüsse vereinbart wurden – für die Überprüfung makroskopischer Einschlüsse explizit auf ISO 4967 Verfahren A hin.

Der 100Cr6 / 1.3505 wird von HERSTA im Abmessungsbereich von Ø 20 bis 450 mm bevorratet, teils auch mit geschälter oder vorgedrehter Oberfläche.

100Cr6 / 1.3505: Standardwälzlagerstahl für vielfältige Einsatzbereiche

Der 100Cr6 / 1.3505 wird bei der Produktion im Stahlwerk bei 1.100 bis 850 °C warm umgeformt. Anschließend kann er wärmbehandelt werden, damit er mit maximal 300 HB sägbar wird. Die weitest verbreitete Wärmbehandlung des 100Cr6 / 3505 ist jedoch die AC-Glühung (+AC), früher jedoch GKZ-Glühung genannt. Die Abkürzung GKZ steht hierbei für „Geglüht auf kugeligen Zementit“, respektive annealed carbide (+AC). Durch eine AC-Glühung wird die mechanische Bearbeitung und Kaltumformbarkeit des 100Cr6 / 3505 ermöglicht. Die AC-Glühung ist eine Langzeitglühung, wobei sich die Karbide zu kleinen Kugeln formen. Zerspanbarkeit und Kaltumformbarkeit steigen hierdurch. Die Abkühlbedingungen nach der Warmumformung können diesen Prozess maßgeblich beeinflussen.

Die Härte des 100Cr6 / 1.3505 darf nach der AC-Glühung maximal 207 HB betragen. Eine klassische Weichglühung wie bei Einsatzstählen und Vergütungsstählen ist aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts nicht sinnvoll. Die Korngröße des 100Cr6 / 1.3505 sollte 5 und feiner betragen.

Die Randschicht des 100Cr6 / 1.3505 wird gehärtet, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern. Hierfür werden Härtetemperaturen von 800 bis 870 °C empfohlen. Durch eine Vorvergütung des Stahls kann man eine etwas höhere Oberfläche nach dem Härten erreichen. Das gängigste Abschreckmedium ist Wasser. Öl und Polymer können jedoch auch eine Alternative sein. Der Werkstoff wird bei 150 bis 180 °C entspannt.

Für eine optimale Maßstabilität der Bauteile (beispielsweise hochpräzise Lager und Messwerkzeuge) sind sie nach dem Härten und vor dem Entspannen tiefzukühlen. Restaustenit wird bei diesem Prozess zu Martensit umgewandelt. Die Umwandlung bei Raumtemperatur würde Jahrzehnte andauern, wobei sich die Abmessung auch geringfügig, aber permanent, verändert. Eine Tiefkühlung erfolgt bei Temperaturen von mindestens -60 °C mittels flüssigen Stickstoffs oder Trockeneis.

Der 100Cr6 / 1.3505 ist ein Standardwälzlagerstahl, der für die Herstellung verschiedenster Kugellager, Wellenlager und Nadellager eingesetzt wird. Darüber hinaus findet er Anwendung für Bauteile im allgemeinen Maschinenbau und Fahrzeugbau, die hohen Verschleißbeanspruchungen ausgesetzt sind. Zu nennen sind hier beispielsweise Rollen, Richtwalzen, Führungsschienen oder Pumpenwellen. Im Werkzeugbau werden Messwerkzeuge, Austreiber und Richtwalzen aus 100Cr6 / 1.3505 gefertigt.

Der 100Cr6 / 1.3505 ist durch seinen Kohlenstoffgehalt von 0,93 bis 1,05 % nicht schweißbar.

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