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Verfahren zur Herstellung von Bändern für Holz-Bandsägen aus unlegiertem Kohlenstoffstahl von hoher Härte bei guter Zähigkeit
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8peratur nicht gelöst ist) besteht. Hernach wird das Material auf eine Temperatur --3-- (und durch eine Zeitdauer) angelassen, die so gewählt wird, dass man die gewünschte Härte erhält. Dasselbe Ergebnis kann man durch Kühlung in einem Metallbad oder Salzbad von einer Temperatur erzielen, die direkt über dem Martensitpunkt-MS--liegt ; in diesem Fall darf man das Material nicht so lange im Metallbad lassen, dass eine Umwandlung in Bainit stattfindet. Nach der Abkühlung im Metallbad oder Salzbad
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Bei der sogenannten Zwischenstufenvergütung (gemäss Fig. 2) wird die Kühlung z. B. in einem Bad aus flüssigem Blei durchgeführt, dessen Temperatur auf eine gewisse Höhe--4-- eingestellt wird; das Material wird solange in diesem Bad gehalten, dass eine vollständige Umwandlung in Bainit oder Perlit stattfindet. Auf diese Weise erteilt man dem Material auf direkte Weise ohne Anlassen die gewünschte Härte und man muss es nach der Abkühlung auf Raumtemperatur nicht weiter anlassen.
Es ist auch bekannt, durch Zwischenstufenvergütung bei ein und derselben Härte höhere Zähigkeit als beim selben Material in gehärtetem und angelassenem Zustand zu erzielen. Bei Bandstahl z. B. kann man die Zähigkeit durch eine Biegeprobe feststellen, die an einem Dorn mit gewissem Radius durchgeführt wird. Je kleiner der Biegeradius ist, den man anwenden kann, als desto zäher wird das Material betrachtet.
Man kann daraus augenscheinlich schliessen, dass die Zwischenstufenvergütung bei Beibehaltung der Zusammensetzung des Sägenstahls mit zirka 0, 70/0 C zu einem Stahl für Bandsägen mit höherer Härte als bis jetzt für gehärtete und angelassene Bandsägen (Rockwell-C-Härte zirka 43) üblich und einer Zähigkeit führen würde, die gleich jener der zuletzt erwähnten Sägen ist. In der Praxis ergeben sich jedoch Schwierigkeiten zufolge des Umstandes, dass die Zwischenstufenvergütung (wie beim normalen Härten und Anlassen der Fall) kontinuierlich durchgeführt werden muss, d. h. das Band muss das Härtungs- und das Kühlbad in Form einer Durchlaufstrecke durchschreiten.
Diebesagten, in der Praxis auftretenden Schwierigkeiten werden im schematischen Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Schaubild (Fig. 3) veranschaulicht.
Beim kontinuierlichen Zwischenstufenvergüten ist darauf zu achten, dass die Abkühlung von der Austenitisierungstemperatur --Ta-- auf die Temperatur-Th-- des Kühlbades mit einer Geschwindig-
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Bainit vollständig ist.
Die Forderung nach einer genügenden Kühlgeschwindigkeit stellt für einen bestimmten Stahl eine Grenze für die für eine Wärmebehandlung geeignete Materialdicke dar, da unter gegebenen Verhältnissen dickes Material langsamer als dünnes Material abkühlt. Sie stellt auch eine untere Grenze der Geschwindigkeit dar, mit welcher das Bandmaterial einer kontinuierlichen Wärmebehandlung unterzogen werden kann, da eine langsamere Durchlaufgeschwindigkeit eine langsamere Abkühlgeschwindigkeit bedeutet.
Die Forderung hinsichtlich einer ausreichenden Verweilzeit im Kühlbad zur Erzielung vollständiger Umwandlung bestimmt die obere Grenze der Durchlaufgeschwindigkeit und setzt die erforderliche Länge des Kühlbades fest.
Um nicht sehr lange Kühlbäder vorsehen zu müssen, sollte die Verweilzeit des Bandes im Kühlbad nicht viel grösser als zirka 1 min sein. Beträgt die zur Verfügung stehende Zeit nur 1 min, so können nur solche Temperaturen --Th-- des Kühlbades angewendet werden, für welche die für vollständige Umwandlung erforderliche Zeit --t-- geringer oder gleich 1 min ist. Gemäss den Zeichnungen stellt dies für die Temperatur --Th-- eine untere Grenze dar und begrenzt auch die durch die Zwischenstufenvergütung erzielte Härte, da die Härte nach vollständiger Umwandlung mit abnehmender Kühltemperatur steigt.
Angesichts der erwähnten Gründe kann die in der Praxis durch Zwischenstufenvergütung eines Kohlenstoffstahls mitO,'7'%'C erzielte Rockwell-C-Härte nicht höher als zirka 41 sein, und diese Härte kann man durch kontinuierliche Zwischenstufenvergütung auch nur bei Banddicken bis zirka 0, 8 mm erreichen.
Die Erzeugung von Stahl für Bandsägen, bei welchem die Wärmebehandlung durch Zwischenstufenvergütung erfolgt, wird in industriellem Massstab in Europa höchstens in einem Stahlwerk durchgeführt.
Der vom besagten Werk gelieferte Bandsägenstahl ist ein unlegierter Stahl mit einem C-Gehalt von zirka zo der eine sehr gute Zähigkeit besitzt, jedoch eine Härte aufweist, die einen Rockwell-CWert von 41 selten und wenn, höchstens unwesentlich überschreitet.
Es war bisher nicht möglich, das Problem zu lösen, mittels Zwischenstufenvergütung einen Band-
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sägenstahl zu erzielen, dessen Härte gleich der bei gehärtetem und angelassenem Stahl für Holz-Band- sägen normalen Härte ist, d. h. einer Rockwell-C-Härte von zirka 43. Noch weniger ist es bis jetzt gelungen, die durch Zwischenstufenvergütung erzielte höhere Zähigkeit für die Erzeugung eines Bandsägenstahls auszunutzen, dessen Härte grösser als die bis jetzt bei gehärtetem und angelassenem Bandsägenstahl übliche Härte ist.
Die Erfindung bietet eine technische Lösung für beide erwähnten Probleme. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass unlegierte Kohlenstoffstähle (wie oben definiert) mit einem höheren als bisher bei Bandsägen für Holz angewendeten C-Gehalt einer Wärmebehandlung in Form von Zwischenstu- fenvergütungunterzogenwerden, und dass höhere Austenitisierungstemperaturen angewendet werden, als sie für das Härten und Anlassen der besagten Stähle üblich sind.
Die Temperatur, bei welcher durch normales Härten maximale Härte erzielt wird, beträgt zirka 800 C.
Die obere Grenze der normalen Härtungstemperatur kann als jene Temperatur definiert werden, welche bei den vorliegenden Härtungsverhältnissen (Einwirkungszeit der Härtungstemperatur, Ausgangsstruktur, Materialzusammensetzung usw.) durch direkte Abkühlung auf Raumtemperatur zu maximaler Härte führen.
Fig. 4 veranschaulicht die Bedeutung des Ausdruckes "normale Härtungstemperatur" und zeigt in Form eines Schaubildes die Härte --H-- in Abhängigkeit von der Härtungstemperatur --Ta-- (=Aus- tenitisierungstemperatur). Die normale Härtungstemperatur --Th-- liegt in einem Temperaturbereich, der zirka 500C unter der erfindungsgemäss angewendeten unteren Temperaturgrenze-Tu-- liegt. Diese untere Temperaturgrenze beträgt zirka 850 C.
Ein Überschreiten der oberen Grenze der normalen Härtungstemperatur führt zu einem grobkörnigen Austenit mit hohem C-Gehalt, welcher nach der Abkühlung einen grobkörnigen Martensit mit einer unzulässig hohen Menge von Rest-Austenit liefert. Infolge einer solchen grobkörnigen Struktur mit RestAustenit ist das Material weniger zäh als es bei Anwendung der normalen Härtungstemperatur geworden wäre. Kein Erzeuger von gehärtetem Bandstahl überschreitet freiwillig die obere Grenze der normalen Härtungstemperatur.
Es wurde gefunden, dass unlegierte Kohlenstoffstähle mit C-Gehalten von 1, solo und mehr (solche Stähle waren bisher durch ihre Sprödigkeit im gehärteten und angelassenen Zustand für Holz-Bandsägen nicht geeignet) durch Zwischenstufenvergütung bei verhältnismässig hohen Austenitisierungstemperaturen mechanische Eigenschaften erhalten, welche für Holz-Bandsägen als ausserordentlich günstig betrachtet werden müssen. Mit kontinuierlicher Zwischenstufenvergütung erzielte man bei wirtschaftlichen Durchlaufgeschwindigkeiten, z. B. Rockwell-C-Härten über 44 zusammen mit einer Zähigkeit, welche bei den besagten Härten gleich oder sogar besser als jene ist, die man bei normal gehärtetem und angelassenem Bandsägenstahl mit Rockwell-C-Härte 43 erhält.
Die in Fig. 5 dargestellten Verhältnisse zeigen die durch Zwischenstufenvergütung erzielte Rockwell-C-Härte in Abhängigkeit von der Kühlbadtemperatur --Th--. Die fünf höchsten Kurven zeigen die bei zwei unlegierten Kohlenstoffstählen --A und B-- der folgenden Zusammensetzung erzielte Härte :
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<tb>
<tb> 0/0 <SEP> C <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Cr <SEP>
<tb> A <SEP> 1, <SEP> 27 <SEP> 0, <SEP> 21 <SEP> 0, <SEP> 33 <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP>
<tb> B <SEP> 1, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> 0, <SEP> 56 <SEP> 0, <SEP> 00 <SEP>
<tb>
Diese Stähle wurden einer Wärmebehandlung in Form von Zwischenstufenvergütung bei Austenitisierungstemperaturenvon 850 und 9000C für --A und B-bzw. von 10000C für --A-- unterzogen, d. h. bei der Temperatur, welche die normale Austenitisierungstemperatur beim Härten und Anlassen um 50,100 bzw. 2000C übersteigt.
Zum Vergleich enthält das besagte Schaubild auch die entsprechende Kurve für einen Stahl --C-von folgender Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> 0/0 <SEP> C <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Cr <SEP>
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 72 <SEP> 0, <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 53 <SEP> 0, <SEP> 00 <SEP>
<tb>
Dieser Stahl wurde bei der Austenitisierungstemperatur von 8000C durch Zwischenstufenvergütung wärmebehandelt. Bei diesem Stahl verursacht eine höhere Austenitisierungstemperatur keine wesent-
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liche Änderung der Härtekurve.
In Fig. 5 sind Linien eingezeichnet, welche die zur Erzielung vollständiger Umwandlung bei der entsprechenden Kühlbadtemperatur erforderliche Zeit markieren. Wird bei kontinuierlicher Zwischenstu- fenvergütung miteiner solchen Bandgeschwindigkeit und solcher Badlänge gearbeitet, dass die Verweil- zeitimKühlbad zirka 30 sec beträgt, so ist es durch geeignete Einstellung der Kühlbadtemperatur möglich, beieinerAustenitisierungstemperaturvonlOOO, 900 bzw. 8500C eine Rockwell-C-Härte von 47, 45, 5 bzw. 44, 0 zu erzielen. Beim Stahl-B-- kann man eine Rockwell-C-Härte von 44, 5 bzw. 43, 5 und beim Stahl-C-nur eine solche von zirka 40 erzielen.
BeiBiegeproben, welche in einem Schraubstock mit 100 mm-Proben von einer Dicke von 0, 70 mm und 1, 10 mm mit Feststellung des Backenabstandes --a-- im Augenblick des Bruches durchgeführt wurden, stellte es sich heraus, dass die Rockwell-C-Härte 46, 5 bei beiden Materialien --A und B--, die bei den oben erwähnten Austenitisierungstemperaturen austenitisiert wurden, denselben Abstand --a-- wie Bandsägenstahl derselben Dicke liefert, welcher in der normalen Weise gehärtet und angelassen wurde und die Rockwell-C-Härte 43 aufweist.
Zur Abgrenzung der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik, wie oben erwähnt, werden folgende Grenzen der Zusammensetzung des Stahls angegeben :
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<tb>
<tb> 0/0 <SEP> C <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> Mn <SEP> %P <SEP> %S <SEP> andere <SEP>
<tb> min. <SEP> 1,0 <SEP> max. <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> max. <SEP> 0,8 <SEP> gewöhnlich <SEP> insgesamt <SEP> max. <SEP> 0, <SEP> 50%
<tb>
DieAustenitisierungstemperatur wird nach unten auf einen Kleinstwert von 500C über der normalen Austenitisierungstemperatur für Härten und Anlassen begrenzt. Kleinstwert der Rockwell-C-Härte : 43.
Beispiel: Als Beispiel für die praktische Durchführung der erfindungsgemässen Wärmebehandlung wird auf Fig. 6 verwiesen.
Das wärme behandelte Band hat die Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> 0/0 <SEP> C <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Cr <SEP>
<tb> 1, <SEP> 26 <SEP> 0, <SEP> 23 <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP> 0,, <SEP> 15 <SEP>
<tb>
und die Abmessungen 25,4 x 0, 70 mm.
Das Band wird von der Haspel-7-- abgewickelt und mit einer Geschwindigkeit von 2, 4 m/sec durch den Austenitisierungsofen --8-- transportiert. Der Ofen --8-- besitzt eine Muffel--9-- aus hitzebeständigem Blech, in welche zur Verhinderung der Oxydation des Stahls Schutzgas eingeleitet wird.
Das Band wird im Ofen auf 9000C erhitzt und läuft danach über eine geheizte Verlängerungsmuf- fel--10--hinunter in ein Bleibad dessen Temperatur 4500C beträgt. Die Temperatur des Bleibades wird genau geregelt und eingestellt. Damit die Temperatur am Eingangsabschnitt des Bades nicht
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Das Bleibad hat eine Länge von 1, 2 m und die gesamte Verweilzeit im Bad bei der angewendeten Geschwindigkeit beträgt somit 30 sec.
Nach der Wärmebehandlung weist das Band eine Rollwell-C-Härte von 45, 5 auf.
Aus dem in der besagten Weise zwischenstufenvergüteten Bandsägenstahl wurden Bandsägen für Holz hergestellt. Mit diesen Sägen durchgeführte praktische Versuche bewiesen, dass diese Sägen bis zur Abnutzung mehr als doppelt so viele einwandfreie Sägestunden leisten können als Sägen, die in normaler Weise durch Härten und Anlassen auf eine Rockwell-C-Härte von zirka 43 hergestellt wurden.
Der hohe Abriebwiderstand ist sowohl auf die hohe Härte als auf den hohen C-Gehalt zurückzuführen. Letzterer bewirkt, dass sich bei der fraglichen Austenitisierungstemperatur nach der Zwischenstufenvergütung in der Struktur ungelöstes Karbid findet. Diese harten Karbidkörner verbessern sowohl die Schärfe der Kanten als auch den Abriebwiderstand.
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