AT160669B

AT160669B - Verfahren zur Herstellung von Flugzeugverspannungsdrähten.

Info

Publication number: AT160669B
Authority: AT
Original assignee: Krupp Ag
Publication date: 1941-10-10

Description

Verfahren zur Herstellung von Flugzeugverspannungsdrähten.

Flugzeugverspannungsdrähte werden bisher in der Weise hergestellt, dass man zunächst Drähte von bestimmtem Durchmesser und bestimmter Festigkeit zieht und diesen Drähten anschliessend durch eine weitere Kaltverformung eine erhöhte Festigkeit erteilt. Mit dieser zusätzlichen festigkeitssteigernden Kaltverformung, z. B. einem Kaltwalzen oder Ziehen, ist meist auch ein Profilieren des mittleren Teiles der Drähte verbunden worden, wodurch diesem Teil der Drähte ein den geringsten Luftwiderstand bietender linsen-oder tropfenformiger Querschnitt erteilt wird. Bei stärkeren Drähten hat man die zusätzliche Kaltverformung auch durch Kalthämmern vorgenommen. Diese Kaltverformungen werden nun um so weiter getrieben, je grösser die verlangte Festigkeit der Drähte ist.

Die auf diese bisher übliche Weise hergestellten Flugzeugverspannungsdrähte besitzen jedoch zahlreiche Mängel. Da nur die mittleren Teile der gezogenen Drähte einer zusätzlichen festigkeitssteigernden Kaltverformung unterworfen werden, besitzen diese Teile eine erheblich höhere Festigkeit als die runden Endstücke der Drähte, die durch Spannschlösser mit der Flugzeugzelle verbunden werden. Um diese Unterschiede in der Festigkeit auszugleichen, müssen die runden Endstücke der Drähte einen stärkeren Querschnitt erhalten als die mittleren Teile. Ferner ist es auf bisher übliche Weise durch Kaltwalzen oder Ziehen nur unter Schwierigkeiten möglich, Festigkeiten zu erreichen, die 120 7cg/mm2 wesentlich übersteigen. Durch die in diesen Fällen erforderliche weitgehende Kaltverformung wird nämlich das Profil oft ungleichmässig.

Ferner treten dabei grosse innere Spannungen auf, die unter Umständen zu Innen-und Kantenrissen führen können. Als weiterer schwerwiegender Nachteil ist zu erwähnen, dass Verspannungdrähte, die durch Kaltverformung eine Festigkeit von etwa 120 7cg/mm2 erhalten haben, oft nur noch eine geringe Dehnung von z. B. ungefähr 3-5% bei l = 5 d besitzen.

Der Flugzeugbau stellt neuerdings die Forderung nach Flugzeugverspannungsdrähten von sehr hoher Festigkeit und zugleich hoher Dehnung, um insbesondere bei den dickeren Verspannungs- drähten an Gewicht zu sparen und die Sicherheit gegen plötzlichen Bruch zu erhöhen. Durch eingehende Versuche wurde gefunden, dass sich Flugzeugverspannungsdrähte von beträchtlich höherer Festigkeit und Dehnung, als sie bisher erzielbar waren, herstellen lassen, wenn man zur Herstellung der Drähte Baustähle verwendet, denen infolge ihrer legierungstechnischen Zusammensetzung durch
Härten oder Härten und Anlassen eine höhere Festigkeit verliehen werden kann, und die Drähte nach ihrer Kaltformgebung, insbesondere dem Profilieren, auf Härtetemperatur erhitzt und durch Ablöschen härtet.

Auf diese Weise hergestellte Verspannungsdrähte besitzen eine Festigkeit von über 120 bis
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teilhafterweise werden diese Drähte nach dem Härten noch angelassen, wodurch grössere Spannungsfreiheit und höhere Dehnung erzielt sowie Ungleichmässigkeiten in den Festigkeitseigenschaften ausgeglichen werden. Um im fertigen Draht die erstrebte hohe Festigkeit zu ergeben, müssen die verwen- deten Baustähle härtbar sein und im ungehärteten Zustande eine Festigkeit besitzen, die in der Regel über 60 kg/m liegt.

Besonders geeignet sind Baustähle, die durch Abkühlung in Öl oder Luft härtbar sind, weil Drähte aus diesen Stählen infolge deren niedriger kritischer Abkühlungsgeschwindigkeit trotz ungleicher Querschnitte in allen Teilen verhältnismässig gleichmässiges Gefüge und gleiche Werkstoffeigenschaften aufweisen. Verspannungsdrähte gemäss der Erfindung besitzen ausser hoher Festigkeit und Dehnung noch eine hohe Streckgrenze und insbesondere auch eine bedeutend höhere Dauerschwingungsfestigkeit (Dauerbiege-und Dauertorsionsfestigkeit) als die bisher lediglich durch Kaltverformung bearbeiteten Drähte, was bei der hohen Schwingungsbeanspruchung, der der gespannte Draht bei den hohen Fluggeschwindigkeiten ausgesetzt ist, von ausserordentlicher Bedeutung ist.

Bei
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als"Schwirren"der Drähte äussern und diese einer Dauerbiege-und Dauertorsionsbeanspruchung unterziehen. Diese Schwingungen steigern sich mit zunehmender Fluggeschwindigkeit und führen schliesslich den Bruch des Drahtes herbei. Infolge des geringeren Gewichts und der ein stärkeres Anspannen ermöglichenden höheren Festigkeit der beschriebenen Drähte gegenüber den bisher verwendeten lediglich kaltverformten Drähten geraten Verspannungsdrähte gemäss der Erfindung erst bei wesentlich höheren Fluggeschwindigkeiten in Schwingungen, die Ausschläge (Amplituden) der Schwingungen sind kleiner und damit auch die Beanspruchungen geringer.

Schwingungen von solcher Stärke, dass sie die Sicherheit der Drähte zu gefährden vermögen, treten daher erst bei bedeutend höheren Fluggeschwindigkeiten auf.

Als geeignete Baustähle für die geschilderten Flugzeugverspannungsdrähte seien beispielsweise genannt härtbare Stähle, die neben Eisen im wesentlichen Nickel bis zu etwa 20% und darüber oder Chrom im Betrage bis zu 30%, vorzugsweise jedoch bis zu etwa 20%, oder Nickel und Chrom gemeinsam enthalten, also auch Stähle, die ihrer Zusammensetzung nach nichtrostend oder rostträge sind. Vorzugsweise erhalten diese Stähle noch weitere, eine Verbesserung der Werkstoffeigenschaften oder der

Vergütung bewirkende Legierungselemente einzeln oder gemischt in geringerer Menge, so z. B. Molybdän, im allgemeinen in Gemeinschaft mit Chrom, bis 3%, ferner Vanadium, Titan, Wolfram oder Kobalt bis zu etwa 1'5%.

Nachstehend seien einige Versuchsergebnisse mit solchen Stählen aufgezählt :
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Streckgrenze : 1441cg/mm2, Dehnung (l = Jd) : etwa 11%, Einschnürung : etwa 45%.

2. Stahl mit 0-30% C, 4-5% Ni, 1-2% Cr und 0-90% W. Die Härtungs-und Anlassbedingungen sind die gleichen wie die für den unter l. genannten Stahl. Zugfestigkeit : etwa 170 lj'/mm2, Streck-
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3. Stahl mit 0-35% C, 0-40% Ni und 13-5% Cr. Härtetemperatur : etwa 930 C, Ablöschen in Luft, Anlassen eine Stunde lang bei etwa 2750 in Öl, abgekühlt in Luft. Zugfestigkeit : etwa 178 /MMK.

Streckgrenze : etwa 144leg/mm2, Dehnung (l = 5 d) : etwa 10%, Einschnürung : etwa 49%.

Die gemessenen Werte lassen erkennen, dass sich insbesondere bei Stählen, deren Lufthärtbarkeit durch einen Nickelgehalt hervorgerufen ist, neben hoher Festigkeit und Streckgrenze Dehnungen und Einschnürungen erzielen lassen, die unter den gegebenen Verhältnissen als ausserordentlich gut bezeichnet werden müssen.

Die angestellten Versuche haben auch bei Flugzeugverspannungsdrähten aus niedrig legierten und aus sogenannten sparstoffarmen Stählen, insbesondere nickelarmen, gute Ergebnisse gezeitigt.

Bewährt haben sich insbesondere Baustähle, die neben Eisen und Kohlenstoff als wesentliche Bestandteile etwa 0-6-3% Mangan, gegebenenfalls noch bis zu 3% Silizium und weitere Elemente, wie Chrom bis zu etwa 3% und Molybdän, Vanadium, Kobalt u. a. bis zu etwa 1-5%, enthalten, sowie Stahllegierungen, die im wesentlichen Chrom bis zu etwa 3% und eines oder mehrere der letztgenannten Elemente enthalten. Diese Baustähle werden normalerweise in Öl abgeschreckt.

1. Stahl mit etwa 0-30% C und 1-5% Mn. Härtetemperatur etwa 840 C, Abschrecken in Öl, Anlassen eine Stunde lang bei etwa 290-300 . Zugfestigkeit : 170-186 kg/mm2, Dehnung : 7-4 bis 7'8%, Einschnürung : etwa 25%.
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über 200 kg/mm2, Streckgrenze : über 145leg/mm2, Dehnung : etwa 8-5%, Einschnürung : 36%.

Den vorstehenden Versuchsergebnissen ist zu entnehmen, dass Flugzeugverspannungsdrähte aus nickelfreien Baustählen zwar eine geringere Dehnung aufweisen als nickelhaltige legierte Stähle, jedoch ebenfalls eine überraschend hohe Festigkeit besitzen. Auch diese Drähte sind den bisher ge- bräuchliehen, lediglich kalt verformten Drähten überlegen. Nickelfreie Baustähle eignen sich insbesondere für die Herstellung von Verspannungsdrähten von nicht allzu grosser Dicke.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Flugzeugverspannungsdrähten hoher Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugzeugverspannungsdrähte aus Baustählen, die beim Härten eine hohe Festigkeit annehmen, hergestellt und zur Erzielung einer Festigkeit von 120 bis etwa 200 7g/mm2
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gehärtet und vorzugsweise angelassen werden.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von härtbaren Stählen mit niedriger kritischer Abkühlungsgeschwindigkeit (lufthärtenden bzw. selbsthärtenden oder ölhärtenden Stählen).

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stählen, deren Lufthärtbarkeit durch einen Nickelgehalt erzielt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stahllegierungen, die als wesentliches Legierungselement Chrom im Betrage bis zu 30%, vorzugsweise jedoch bis zu etwa 20%, sowie vorzugsweise noch weitere Legierungselemente, wie Molybdän, Wolfram, Vanadium oder Kobalt bis zu etwa 3%, enthalten.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stahllegierungen, die als wesentliche Legierungselemente 0-6-3% Mangan und bis zu 3% Silizium sowie gegebenenfalls noch weitere Elemente, wie Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Kobalt u. a., in geringeren Mengen enthalten.