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Verfahren zur Herstellung von Federdrähten aus warmfesten legierten Stählen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von kaltgezogenen Federdrähten aus legierten, warmfesten Stählen. Diese können zur Fertigung von Schraubenfedern, d. h. von Druck-, Zug-und Schenkelfedern sowie von Federringen und Drahtfedern, Verwendung finden.
Es sind eine Reihe genormter Verfahren zur Herstellung von Federn dieser Art bekannt, von denen die folgenden im Zusammenhang mit dem Problem, das der Erfindung zugrunde liegt, von Bedeutung sind und die von unlegiertem Stahl mit untereutektoidem oder eutektoidem Kohlenstoffgehalt ausgehen.
Bei den sogenannten patentierten und federhart gezogenen Drähten wird Walzdraht oder vorgezogener Walzdraht in einem Durchziehofen auf Austenitisierungstemperatur gebracht und anschliessend in einem Bleibad von einer Temperatur von 450 bis 5000C abgeschreckt und isotherm umgewandelt, was bei diesen Stählen in einer Zeit zwischen 10 und 50 sec erfolgt. Das Gefüge der Walzdrähte, das vorwiegend groblamellarer Perlit ist, wird beim Patentieren in Sorbit, also in Perlit mit indifferenzierbar feinem Lamellenabstand umgewandelt und ist für die anschliessende Kaltverformung sehr gut geeignet. Durch die Patentierung wird die Zugfestigkeit des Drahtes erhöht.
Als Beispiel sei ein Walzdraht von 8 mm Durchmesser aus einem Stahl mit einem
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der Patentierbehandlung ansteigt.
Der patentierte Draht wird kalt in mehreren Zügen auf die gewünschte Stärke von z. B. 4 mm Durchmesser gezogen. Er erfährt hiebei eine weitere Steigerung der Festigkeit, die bei dem genannten Beispiel nach der Kaltverformung 170 kg/mm2 beträgt.
Ein anderes, ebenfalls bekanntes Verfahren führt zu sogenanntem ölschussgehärtetem Federstahldraht. Hiebei wird der Draht ebenfalls einer Wärmebehandlung unterworfen, jedoch dient als Ausgangsmaterial ein Draht, der seinen Enddurchmesser bereits erhalten hat. Der Draht wird ebenfalls auf Austenitisierungstemperatur gebracht und dann in öl von einer Temperatur von etwa 500C gehärtet. Hiebei entsteht ein martensitisches Gefüge, das man durch Anlassen in Troostit überführt ; als Beispiel sei von einem Walzdraht aus Kohlenstoffstahl mit, wie bei dem erstgenannten Beispiel, 0, 65% Kohlenstoff ausgegangen, der einen Durchmesser von 5 mm hat und zur Erzielung einer sauberen, glatten Oberfläche kalt auf 4 mm Durchmesser gezogen wird.
Nach der beschriebenen Wärmebehandlung, einschliesslich des nicht zu umgehenden Anlassens, beträgt die Festigkeit etwa 150 kg/mm2.
Die beiden Verfahren unterscheiden sich, abgesehen von den Bedingungen, unter denen die Wärmebehandlung durchgeführt wird, grundlegend dadurch voneinander, dass im erstgenannten Fall die Wärmebehandlung vor der Kaltverformung erfolgt, während bei dem andern Verfahren die Wärmebehandlung am Ende des Herstellungsprozesses stattfindet. Bei den patentierten und federhart gezogenen Drähten kann die Festigkeit für einen Draht von 4 mm Durchmesser auf etwa 210 kg/mm2 gebracht werden, wenn man den Kohlenstoffgehalt erhöht. Eine Steigerung der Festigkeit der ölschlussgehärteten Drähte auf über 150 kg/mm2 ist praktisch nicht möglich.
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Bei Beurteilung der Frage, welches der beiden Verfahren man zur Herstellung eines Federdrahtes auswählt, muss der folgende Vergleich berücksichtigt werden : Patentierte und federhart gezogene Drähte können mit erheblich höheren Festigkeiten von z. B. 210 gegenüber 150 kg/mm2 hergestellt werden, die maximalen Anlasstemperaturen liegen jedoch nur bei 250 bis 2800C gegenüber 4000C bei ölschlussgehärteten Drähten. Die Anlasstemperatur ist insofern von Bedeutung, als das Anlassen am fertigen Bauteil erfolgt und dazu dient, die Biegeeigenspannungen der Federn, die während des
Herstellungsprozesses, d. h. bei der endgültigen Formgebung, eingebracht werden, zu beseitigen.
Der restliche Abbau dieser Spannungen erfolgt erfahrungsgemäss erst bei zirka 500 C, so dass Federn aus patentiert kaltgezogenem Material wegen der nur geringen Anlasstemperatur zwar eine höhere Festigkeit, jedoch nur schlechtere Dauerfestigkeit und Dauersetzeigenschaften als Federn aus ölschussgehärtetem
Werkstoff haben, wobei die letztgenannten Federn höhere Anlasstemperaturen zulassen.
Die federverarbeitende Industrie fordert in diesen Fällen Federn mit einer Festigkeit, die etwa der der patentiert gezogenen Drähte entspricht und deren Biegespannungen restlos beseitigt sind, d. h. es werden Federn aus einem Material verlangt, das Anlasstemperaturen von zirka 5000C zulässt und auch bis zu diesen Temperaturen eingesetzt werden kann, ohne dass die Festigkeit absinkt. Zur Herstellung von Federn, die Temperaturen von 300 bis 5000C aushalten, hat man schon warmfeste Stähle, u. zw. legierte härtbare oder auch austenitische kaltverfestigte Stähle, benutzt. Nach einem ebenfalls genormten Verfahren erfolgt die Fertigung der Federn aus diesem Material durch ölschlusshärtung. Die
Festigkeit der Federdrähte liegt allerdings bei nur 150, höchstens 170 kg/mm2.
Versuche, warmfeste
Stähle nach einem eingangs beschriebenen Verfahren zur Herstellung von patentiert-federhart gezogenen Drähten zu verarbeiten, schlugen fehl. Es zeigte sich nämlich, dass das Gefüge des
Ausgangswerkstoffes (Walzdraht), unter üblichen Bedingungen patentiert, ein Zwischenstufengefüge annahm, das zu spröde war, um eine nachfolgende Ziehbehandlung zuzulassen.
Nachdem sich die Fachwelt darüber im klaren war, dass die Herstellung von Federdrähten mit erhöhter Festigkeit aus warmfesten Stählen durch eine Patentierbehandlung offenbar nicht möglich war, ging die Entwicklung in eine andere Richtung, d. h. es wurden hochwertige, legierte Stähle benutzt, um die gewünschten Eigenschaften zu erlangen, ohne jedoch restlos befriedigende Ergebnisse zu erzielen.
Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, dass es möglich ist, aus denjenigen warmfesten Stählen, für die bisher nur die ölschlusshärtung in Betracht kam, Federdrähte zu erhalten, die eine Festigkeit aufweisen, die der der patentiert-federhart gezogenen Drähte entspricht und die Anlasstemperaturen bis zu 5000C zulassen und bis zu einer Temperatur von 3000C eingesetzt werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von kaltgezogenen Federdrähten aus legierten, warmfesten Stählen der Sorte 67 SiCr 5, deren Kohlenstoffgehalt gegebenenfalls auf 0, 90% erhöht ist bzw. der Sorte 50 CrV 4, deren Kohlenstoffgehalt gegebenenfalls auf 0, 90% erhöht ist, ist nun dadurch gekennzeichnet, dass der gegebenenfalls vorgezogene Walzdraht von Austenitisierungstemperatur in einem Bleibad abgeschreckt wird, dessen Temperatur im Wendepunkt der Nase des entsprechenden ZTU-Schaubildes (Perlitbereich), d. h. je nach z.
B. durch Vorbehandlung oder Zusammensetzung bedingter Schwankung der Lage des Wendepunktes bei der Stahlsorte 67 SiCr 5 bei 580 bis 640oC, im allgemeinen aber bei 600 bis 620oC, und bei der Stahlsorte 50CrV 4 bei 600 bis 650 C, im allgemeinen aber bei 600 bis 6200C liegt, wobei der Draht bis zur vollständigen isothermen Umwandlung auf dieser Temperatur gehalten wird, worauf der abgeschreckte Draht auf die gewünschte Fertigabmessung kalt gezogen wird.
Die Temperatur des Bleibades richtet sich nach der Zusammensetzung des verwendeten Stahls uns ist jeweils an Hand des betreffenden Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubildes (ZTU-Schaubildes) zu ermitteln. Unter Wendepunkt der Nase bzw. Höhe der Nase ist hiebei der enge Bereich um den Wendepunkt der entsprechenden Kurve im ZTU-Schaubild, bei welchem Wendepunkt die Umwandlungszeit ein Minimum beträgt, zu verstehen. Bei der Herstellung von Federdrähten aus 67 SiCr 5-Stahl und 50 CrV 4-Stahl, die gegebenenfalls einen Kohlenstoffgehalt bis zu 0, 9Wo haben können, ist ein rein sorbitisches Gefüge neben geringen Anteilen von voreutektoidem Ferrit dann zu erzielen.
Der so behandelte Drahtwerkstoff wird hierauf kalt auf die gewünschte Fertigabmessung gezogen.
Beispielsweise kann ein auf 4, 0 mm Durchmesser fertiggezogener Draht (hergestellt aus Walzdraht von 8, 0 mm Durchmesser) bei entsprechendem Kohlenstoffgehalt auf eine Festigkeit von 210 kg/mm2 gebracht werden. Die aus einem auf diese Weise angefertigten Draht hergestellten Bauteile können bis zu einer Temperatur von 5000C angelassen werden, ohne dass die Festigkeit absinkt, so dass die Biegespannungen der Fertigfabrikate restlos beseitigt werden und dadurch erhöhte Dauersetzeigenschaften aufweisen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert. Hiebei sind die Fig. 1 und 2 ZTU-Schaubilder erfindungsgemäss verwendeter, legierter, warmfester Stähle. Die Zeit ist in Sekunden jeweils auf der Abszisse und die Temperatur in Oc auf der Ordinate dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein ZTU-Schaubild für den Stahl 67 SiCr 5, Fig. 2 ein solches für den Stahl 50 CrV 4.
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vollkommenen Umwandlung des Gefüges in Sorbit belassen.
Die Umwandlungszeit beträgt für beide Stähle ein Minimum, wenn die Isotherme der Abschrecktemperatur, wie oben ausgeführt, in Höhe der Nase des entsprechenden ZTU-Schaubildes liegt.