AT365027B - Verfahren zur thermischen oberflaechenbehandlung von insbesondere draht- oder bandfoermigen traegern aus ferromagnetischem material - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Oberflächenbehandlung von insbesondere draht- oder bandförmigen Trägern aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise Stahl oder Stahl- legierungen, mit wenigstens einer Überzugsschicht aus unterschiedlichem metallischem oder nicht- metallischem Material, wobei die Oberflächenbehandlung durch induktive Erwärmung bzw. Er- hitzung mittels Hochfrequenz durchgeführt wird. 



   Derartige thermische Oberflächenbehandlungen können die Aufbringung einer weiteren Über- zugsschicht, die Herstellung einer Verbindung zwischen dem Träger und der Überzugsschicht, oder bloss eine Gefügeumwandlung der Oberfläche des Trägers und/oder der Überzugsschicht bezwecken. 



   Derartige thermische Oberflächenbehandlungen werden bislang vielfach durch Erwärmung mit flüssigen und/oder gasförmigen Medien, oder auf galvanischem Wege durchgeführt, wobei jeweils entsprechende Bäder bzw. Kammern vorgesehen werden müssen, deren Anschaffung und Betrieb auf- wendig ist. Weiters sind auch Verfahren bekannt, bei denen die thermische Oberflächenbehandlung mittels elektrischer Widerstandsheizung durchgeführt wird. Bei diesem letztgenannten Verfahren erfolgt die Erwärmung des Trägers mit seiner Überzugsschicht von innen nach aussen, so dass dieses
Verfahren mit Rücksicht auf die dadurch möglichen Gefügeumwandlungen im Kern des Trägers nur begrenzt anwendbar ist. 



   Aus der DE-OS 2160805 ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer Oberflächenschicht eines
Metallbandes bekannt, bei dem ein Energiestrahl auf einen Teil der Oberfläche aufgebracht wird und eine Relativbewegung zwischen dem Stahl und dem Band erzeugt wird, so dass die gesamte Flächenausdehnung der Oberfläche, die wärmebehandelt werden soll, dem Strahl ausgesetzt wird, wobei die Intensität des Strahles und seine Verweilzeit für jeden gegebenen Abschnitt der Oberfläche derart gewählt wird, dass die Wärmebehandlung auf die Oberflächenschicht begrenzt ist. Die Wärmebehandlung erstreckt sich jedoch nicht bis in das Substrat selbst, sondern bleibt auf die Oberflächenschicht beschränkt. Es erfolgt nur eine Wärmebehandlung einer Überzugsschicht und es ergibt sich keine beim Diffundieren nötige Wechselwirkung zwischen Träger und Überzugsschicht.

   Die   Oberflächenschicht   soll erwärmt werden, um die metallische Struktur dieser Schicht zu verändern. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile bekannter Verfahren zu vermeiden, und ein Verfahren zur thermischen Oberflächenbehandlung von Trägern aus ferromagnetischem Material mit wenigstens einer Überzugsschicht zu schaffen, das äusserst einfach durchzuführen ist, so dass der apparative Aufwand gering gehalten werden kann, und bei dem Gefügeumwandlungen im Kern des Trägers ausgeschieden sind. 



   Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Wärmezufuhr so lange aufrechterhalten wird, bis die überzugsschicht in den darunter befindlichen Träger und/oder in eine weitere, darunter befindliche Überzugsschicht unter Ausbildung einer neuen Verbindung bzw. Legierung an der Oberfläche des Trägers bzw. der darunter befindlichen Überzugsschicht diffundiert ist. 



   Bei diesem Verfahren ist gewährleistet, dass die Erwärmung des Trägers mit seiner Überzugsschicht von aussen nach innen erfolgt,   d. h.   also auf einfache Weise auf die Oberfläche des Trägers beschränkt werden kann, und dass mit einem geringen apparativen Aufwand das Auslangen gefunden werden kann. 



   Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht auch darin, dass es kontinuierlich durchgeführt werden kann und keinen grossen apparativen Aufwand erfordert. 



   Die Verwendung der Hochfrequenz-Induktionsheizung zum Anlassen, Härten oder Glühen von Stahl, und zum Hart- oder Weichlöten bzw. zum Schmelzen von Nichteisenmetallen ist natürlich allgemein bekannt. Vor allem beim Einsatzhärten von Stahl ist die induktive Erwärmung üblich (Induktionshärtung). In allen diesen Fällen handelt es sich jedoch um Werkstoffe ohne irgendeine Überzugsschicht. 



   Insoweit bei dem erfindungsgemässen Verfahren zwei oder mehrere Überzugsschichten vorhanden sind, werden diese vorzugsweise getrennt aufgebracht. 



   Die induktive Erwärmung bzw. die Erhitzung mittels Hochfrequenz bewirkt, dass die Überzugsschicht in den darunter befindlichen Träger und/oder in eine weitere, darunter befindliche Oberzugsschicht eindringt bzw. diffundiert, so dass an der Oberfläche des Trägers bzw. der darunter befindlichen Überzugsschicht eine neue Verbindung bzw. Legierung entsteht. 

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   Eine Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung zur Erwärmung kann wenigstens eine nach oben hin offene Windung aufweisen. Bei dieser Ausbildung kann der insbesondere draht- oder bandförmige Träger bei Betriebsstörungen,   z. B.   bei einem Riss oder Bruch dieses draht- oder bandförmigen Trägers, leicht ausgebaut bzw. wieder in die Vorrichtung eingeführt werden. Als praktische Ausführung kann die Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung aus stromdurchflossenen, hohl en, insbesondere aus Kupfer oder Kupferlegierungen bestehenden Windungen gebildet sein, die von einem Kühlmittel, insbesondere Wasser, durchströmt sind. 



   Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt ist, näher beschrieben. 



   Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bei einem draht- oder bandförmigen Träger, und Fig. 2 den wesentlichen Teil der Vorrichtung gemäss Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung im vergrösserten Massstab. 



   Die in Fig. 1 dargestellte Anlage dient zur Oberflächenbehandlung von   Stahldraht --1--,   der von einem Ablaufwerk --2-- abgezogen, durch die Anlage hindurchgeführt, und auf einer Wickeleinrichtung --3-- aufgewickelt wird. Die Anlage umfasst in der Reihenfolge des Durchlaufens des   Stahl drahtes-l-einen Patentierofen-4-,   zwei galvanische   Bäder --5, 6-- zum   Aufbringen von metallischen Überzügen auf den   Stahl draht-l-und   eine Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung 
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   Der   Patentierofen --4-- umfasst   einen Heizteil --8--, der gleichfalls aus einer Hochfrequenz-
Induktionsheizvorrichtung bestehen kann und zum Erwärmen des Stahl drahtes-l-auf Temperatu- ren zwischen 850 und   1100 C,   insbesondere   980 C,   dient, und einen   Kühlteil --9--,   wo der Stahl- draht durch Eintauchen in ein Blei-oder Salzbad oder durch Anblasen mit gasförmigem Medium rasch auf 400 bis   650 C,   vorzugsweise   560 C,   abgekühlt wird. Der Werkstoff erhält damit ein für ein nachfolgendes Ziehen oder Kaltwalzen günstiges Sorbit-Gefüge. Der Heizteil --8-- des Patentier- ofens --4-- ist dabei wie die im einzelnen später erläuterte Vorrichtung -7-- ausgebildet, könnte aber auch in üblicher Weise gasbeheizt sein. 



   Auf dem   Stahldraht --1--,   der den   Patentierofen --4-- verlässt,   wird sodann im Anlagen-   teil --5- in   an sich bekannter Weise eine erste Überzugsschicht aus Kupfer aufgebracht. Anschlie- ssend wird im Anlageteil-6-, eine zweite Überzugsschicht aus Zink aufgebracht. Beim anschlie- ssenden Durchlaufen des   Stahl drahtes-l-durch   die Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung --7-- wird die Oberfläche des   Stahldrahtes --1-- durch   den Stromdurchgang so stark erhitzt, dass eine beschleunigte Diffusion zwischen den beiden Überzugsschichten eintritt,   d. h.   dass diese gegenseitig ineinander eindringen, wodurch eine Messing-Überzugsschicht auf dem Stahldraht gebildet wird. 



   Die Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung --7-- ist in Fig. 2 im vergrösserten Massstab dargestellt und umfasst einen Hochfrequenz-Generator --10-- mit den erforderlichen Anzeige- und Schaltelementen, und eine Mehrzahl von Doppelwindungen --11--, von denen der Einfachheit halber nur eine dargestellt ist. Die nebeneinander in Stromschienen-12, 13-des Hochfrequenz-Generators -   angeordneten Windungen --11-- ermöglichen   die gleichzeitige thermische Oberflächenbehandlung von mehreren parallel laufenden Drähten oder Bändern. Die Windungen --11-- sind derart ausgebildet, dass die einzelnen Windungen oben offen sind. Die stromdurchflossenen Windungen - sind hohl ausgebildet und werden von einem Kühlmittel, z. B. Wasser, durchströmt. Als Werkstoff   für die Windungen --11-- kommt   insbesondere Kupfer oder Kupferlegierungen in Betracht. 



   Der   Stahl draht-l-läuft   über einen drehbar gelagerten und gewichtsbelasteten Hebel der bei einem   allfälligen   Bruch des Stahldrahtes das lose Ende desselben nach aussen und oben ablenkt. Infolge der oben offenen Windungen --11-- kann der Stahldraht auf sehr einfache Weise wieder in die Hochfrequenz-Induktionsheizeinrichtung eingeführt werden. 



   Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist vornehmlich zur Oberflächenbehandlung von Stahldraht mit etwa 0, 67% Kohlenstoff vorgesehen ; es versteht sich jedoch, dass das erfindungsgemässe Verfahren auch für andere Stähle bzw. Stahllegierungen anwendbar ist. Als Überzugsschichten kommen insbesondere Kupfer, Zink, Bronze, Cadmium und andere Metalle mit niedrigerem Schmelzpunkt als Stahl, aber auch nichtmetallische Werkstoffe, wie z. B. Kunststoff, in Betracht. Der Trägerwerkstoff kann auch andere Form als diejenige eines Drahtes oder Bandes haben   ; z. B.   kann der Trägerwerkstoff blech- oder plattenförmig ausgebildet sein oder als Formkörper,   z. B.   als Rohr, vorliegen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Verfahren zur thermischen Oberflächenbehandlung von insbesondere draht- oder bandförmigen Trägern aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise Stahl oder Stahllegierungen, mit wenigstens einer Überzugsschicht aus unterschiedlichem metallischem oder nichtmetallischem Material, wobei die Oberflächenbehandlung durch induktive Erwärmung bzw. Erhitzung mittels Hochfrequenz durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhr so lange aufrechterhalten wird, bis die Überzugsschicht in den darunter befindlichen Träger und/oder in eine weitere, darunter befindliche Überzugsschicht unter Ausbildung einer neuen Verbindung bzw. Legierung an der Oberfläche des Trägers bzw. der darunter befindlichen Überzugsschicht diffundiert ist.