Verfahren zur Herstellung kaltverformter Bewelirungseisen. Als Bewehrungseisen für bewehrte Beton konstruktionen wird gewöhnlich ein kohlen stoffarmer, heissgewalzter Stahl (St. 37) mit einer Fliessgrenze von etwa 2400 kg/cm' und einer Bruchdehnung von etwa 20% und dar über zur Anwendung gebracht, und der Koh lenstoffgehalt des Stahls beträgt gewöhnlich 0,10%.
Es ist bekannt, Stahl zur Verwendung in bewehrten Betonkonstruktionen entweder durch Verwindung, Walzen oder Ziehen einer Kaltbearbeitung zu unterwerfen, wodurch die Festigkeit des Stahls verbessert wird, so dass man infolgedessen aus einer grösseren zulässigen Beanspruchung heraus bemessen kann, aber gleichzeitig hat die Kaltbearbei tung die nachteilige Folge, dass die Bruch dehnung verringert wird, wodurch dem Um4 fang der Kaltbearbeitung und dadurch der erreichbaren Festigkeitserhöhung eine Grenze gesetzt ist.
Während der Verwindung setzt man häu fig das Eisen einer Zugspannung aus, um zu verhüten, dass es sich krümmt. Dadurch er reicht man, dass die Stangen ein nettes Aus sehen bekommen, und dass die Versuchsergeb nisse an geraden Stangen natürlich gleich artiger werden als an krummen Stangen. Bei Verwindung wird das Eisen sich in der Regel um etwa 0,3 ,wo strecken, welche Streckung infolge der Zugbeanspruchung während der Verwindung etwas erhöht werden kann.
Bei Zusammenverwindung von zwei oder mehre ren Stangen, wo der Abstand zwischen den Endpunkten der Eisen während der Verwina dung konstant gehalten wird, werden die äussersten Fasern gleichzeitig mit der -Ver windung eine Streckung erfahren.
Es hat sich indessen nun erwiesen, dass es möglich ist, die Fliessgrenze des Stahls durch eine besondere Kaltbearbeitung we sentlich mehr als bei den bisher bekannten Deformationsverfahren zu heben, ohne dass die Bruchdehnung dadurch im selben Masse abnimmt, wie dies bei der üblichen Kaltver formung der Fall ist. Dies wird erfindungs- gemäss dadurch erreicht, dass man den Be- wehrungsstab zwei verschiedenen Kaltverfor mungen unterwirft, von denen die erste eine Kaltstreckung, die zweite aber solcher Arü ist, dass die Verformung eine Bewegungs komponente in der Querrichtung der Stab achse hat.
Die zweite Kaltverformung kann eine Kaltverwindunoder ein Kaltwalzen sein.
Die günstigste Festigkeitserhöhung er reicht man nach diesem Verfahren, wenn man bei der ersten Kaltverformung den Stab gerade so viel streckt, dass die dadurch er zeugte Verlängerung derjenigen des Stahls während des Fliessens, d. h. dem ganzen zak- kigen Stück des Zugdiagrammes des Stahls entspricht, welche Dehnung bei weichem Stahl 4-7ö betragen kann.
Beim Strecken weichen Stahls erfolgt die Verformung so, dass im Material die bekann ten Gleitflächen entstehen, die gewöhnlich einen Winkel von etwa 45' mit der Be wegungsrichtung bilden. Während des Glei- tgins wird diese Gleitfläche verfestigt und ]ei stet darauf grösseren 'Viderstand gegen wei teres Gleiten. In dieser Weise lässt sich die bei der Verformung eintretende Festigkeits erhöhung erklären.
Die ersten Gleitungen in einer Stahlstange finden in einem sehr engen Gebiet der Stange statt, so dass die Stange dadurch an der Stelle, wo die Gleitung statt gefunden hat, dünner und stärker ist, wäh rend der restliche Teil der Stange noch nicht verformt ist und daher auch keine Festig keitserhöhung erfahren hat. Beim weiteren Strecken erfolgt die Verformung (Gleitung) daher an einer neuen Stelle der Stange, bis alle Teile der Stange verformt sind und daher eine Festigkeitserhöhung erfahren haben.
Jedesmal wenn eine Gleitung in noch nicht verformtem Material einsetzt, wird die Stange so plötzlich gedehnt, dass die Zug kraft ein wenig verringert wird. Man erhält daher zu Beginn des Zugdiagrammes ein zak# kiel--es Gebiet (die Fliessgrenze oder die Streckgrenze).
Um sämtliche Teile der Stange zu verformen, ist. eine Gesamtdehnung von etwa 4-7,1für weichen Stahl erfor- derlicli. Wird die Stange über die Fliess grenze hinaus gestreckt, finden Gleitungen an bereits blockierten Gleitflächen statt, wo durch zweifache oder vielfache Verfesti gungen entstehen, die zur Folge haben, dass die Festigkeit der Stange noch weiter erhöht wird.
Infolgedessen wird das Material während eines Streckens über den ganzen Querschnitt gleichartig verformt;, da die Gleitung und did Festigkeitserhöhungen sowohl im Kern den Stange als auch in den äussern Schichten von derselben Grüsse sind. Während einer Ver windung dagegen gleiten die äussern Schich ten wesentlich mehr gegeneinander als die innern, und im Kern selbst ist die Verfor mung sehr gering. Die Verwindung bewirkt daher eine grosse Festigkeitserhöhung in den äussern Schichten und fast keine in der Mitte. also eine ungleichartige Festigkeit. über den Querschnitt.
Dies hat. zur Folge, dass man bei einer Streckung durch Kraftre und Deh nungsmessung genau kontrollieren kann, wann man die Fliessgrenze überschreitet; bei einer Verwindung ist dies aber nicht möglich.
Unternimmt man nun nach einer Strek- kung der Stange eine nachfolgende Verwin dung, kann man hierfür ein 'Material verwen den, das entweder a) bei kleinen Streckgra den, d. h. kleineren Streckgraden als die Ver längerung der Fliessgrenze, oder b) bei Streck graden, die gerade der Verlängerung der Fliessgrenze entsprechen, oder aber c) bei hohen Streckgraden vorgestreckt gewesen ist, die wesentlich über der Verlängerung der Fliessgrenze liegen. Die Wirkung dieser ver schiedenen Arten der Kaltverformung geht aus dem Nachstehenden hervor.
a) Material, das unter die Verlängerung der Fliessgrenze gestreckt ist, wird an ein zelnen Stellen, nämlich dort, wo Gleitflächen vorhanden sind, Verwindung gegenüber hart und widerstandsfähig und an andern Stellen nicht. verformt und daher Verwindung gegen über weich und empfindlich sein. Wird eine solche Stange verwunden, werden daher die weichen Teile, die nicht gestreckt wurden und daher der Verwindung gegenüber beson- ders empfindlich sind, zuerst verwunden wer den, wonach die gestreckten Teile verwunden werden. Das Material wird infolgedessen un gleichartig und nicht wesentlich stärker wer den als eine Stange, die nur einer normalen Verwindung ausgesetzt gewesen ist, da einige Scheiben oder Teile der Stange verwunden sind, ohne erst gestreckt zu sein.
b) Setzt man dagegen eine gerade bei einem der Verlängerung der Fliessgrenze ent sprechenden Streckgrad gestreckte Stahl stange einer Verwindung aus, werden sämt liche Teile der Stange gleichartig verformt sein, so dass. die nachfolgende Verwindung gleichmässig über die ganze Stange verteilt wird, was wiederum heisst, dass die Festig keitserhöhung auch gleichmässig verteilt wird.
Bei dieser Behandlung hat der ganze Querschnitt der Stange eine gewisse Festig keitserhöhung erfahren, bevor die Verwin dung beginnt, so dass auch die neutrale Zone in der Mitte der Stange stärker geworden ist, als es bei einer Verwindung allein der Fall ist, und gleichzeitig setzt die grössere Festigkeitserhöhung, die gewöhnlich erst nach Verlängerung der Fliessgrenze einsetzt, nun sofort bei beginnender Verwindung ein. Hier durch wird schon bei niedrigerem Verwin- dungsgrad eine wesentlich grössere Festig keitserhöhung erreicht, als die bei Verwin dung allein erreichbare.
Ferner vermeidet man auch die gefährlichen Torsionsrisse, die bei zu übertriebener Verwindung entstehen.
c) Wird schliesslich ein weicher Stahl, der vorher wesentlich über die Verlängerung der Fliessgrenze hinaus gestreckt gewesen ist, verwunden, hat man schon im voraus beim Anfang der Verwindung eine entsprechende Festigkeitserhöhung des Materials, und die Verwindung kann daher nicht lange fortge setzt werden, bevor eine Verformungssprö- digkeit sich geltend macht. Derart behandelte Stangen werden daher nicht so gute Festig keitseigenschaften erreichen können wie ein Material, das wie unter b) beschrieben be handelt ist.
Wird ein Material gleichzeitig gedehnt und verwunden, wird jede Verwindung, die einsetzt, bevor die ganze Verlängerung der Fliessgrenze durchlaufen ist, Vorgänge zur Folge haben, die mit den unter a) beschriebe nen analog sind. Man wird daher keine Festigkeitserhöhungen erreichen können, die nennenswert höher sind als die durch Ver windung allein. erreichten.
Die nach dem beschriebenen Verfahren er-, reichbare Verfestigung ist bei geeignet legier tem Stahl grösser. Ferner kann man den Stahl einer Wärmebehandlung unterwerfen, um ihm ein besonders feinkörniges Gefüge bei zubringen.
Die Verwindung kann entweder als eine einzelne Verwindung in ein und dieselbe Richtung ausgeführt werden, sie kann aber auch in immer hin und her gehende Richtung oder so ausgeführt werden, dass man erst einigemal hin und her verwindet, bevor die endgültige Verwindung in ein und dieselbd Richtung einsetzt.
Es hat sich erwiesen, dass die Verwin dung auch nach einer Verstreckung am beste bei einer gewissen Zugspannung ausgeführt wird, um eine Krümmung der Stange zu ver meiden.
Statt durch die beschriebene, aus einer Kaltstreckung und einer Verwindung be stehenden kombinierten Kaltbearbeitung, kann die beabsichtigte Verbesserung der Festig keitseigenschaften des Materials auch da durch erreicht werden, dass man jede andere Kaltverformung, die eine Bewegungskompo nente in der Querrichtung des Stahls hat, der Kaltstreckung folgen lässt. Als Ausgangs material kann sowohl weicher Stahl als ge gebenenfalls legierter Stahl zur Anwendung gelangen.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass das beste Ergebnis durch eine Kaltbearbei tung erreicht wird, die aus einer Streckung mit einer Dehnung besteht, die wesentlich der Verlängerung der Fliessgrenze entspricht und von einer Verwindung gefolgt wird, der ge gebenenfalls .durch andere Verformungsver- fa,hren mit Bewegungskomponenten in der Querrichtung, wie zum Beispiel Walzen oder der--leicllen, ersetzt. oder damit kombiniert. werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass es durch Anwen dung des Verfahrens nach der Erfindung möglich ist, die Fliessgrenze und die Bruch- dehnunb 10- 0ö über die Werte hinaus zu erhöhen, die durch eine gewöhnliche Verwin dung mit weichem Stahl erreicht werden kön nen. Wenn dagegen Ausgangsmaterialien einer besonders giinstigen Legierung zur An wendung gelangen, kann man durch das Ver fahren nach der Erfindtmg Erhöhun;-en von etwa <B>25,ö</B> und darüber erreichen.
Die Vor- streekung des Stahls kann in der Verwin- dungsmasehine als eine einleitende Operation bequem vorgenommen werden, wenn das Eisen in derselben eingespannt ist.
Process for the production of cold-worked airing irons. A low-carbon, hot-rolled steel (St. 37) with a yield point of about 2400 kg / cm 'and an elongation at break of about 20% and above is usually used as reinforcement iron for reinforced concrete structures, and the carbon content of the steel is usually 0.10%.
It is known to subject steel for use in reinforced concrete structures either by twisting, rolling or drawing to cold working, whereby the strength of the steel is improved, so that as a result one can measure from a greater allowable stress out, but at the same time the cold working has the disadvantageous consequence that the elongation at break is reduced, whereby a limit is placed on the scope of the cold working and thereby the achievable increase in strength.
During the twisting process, the iron is often subjected to tensile stress to prevent it from bending. This ensures that the rods look nice and that the test results on straight rods are of course more similar than on curved rods. When twisted, the iron will usually stretch by about 0.3, where, which stretch can be slightly increased as a result of the tensile stress during the twist.
When two or more rods are twisted together, where the distance between the end points of the irons is kept constant during twisting, the outermost fibers are stretched at the same time as the twisting.
However, it has now been shown that it is possible to raise the yield point of the steel by a special cold working process much more than with the previously known deformation processes, without the elongation at break thereby decreasing to the same extent as with the usual cold deformation Case is. According to the invention, this is achieved by subjecting the reinforcing bar to two different cold deformations, the first of which is cold stretching, but the second is such that the deformation has a movement component in the transverse direction of the bar axis.
The second cold working can be cold twisting or cold rolling.
The most favorable increase in strength he achieves after this process, if you stretch the rod just enough during the first cold deformation that the resulting extension of that of the steel during the flow, ie. H. corresponds to the whole jagged piece of the tensile diagram of the steel, which expansion in soft steel can be 4-7ö.
When stretching soft steel, the deformation takes place in such a way that the known sliding surfaces are created in the material, which usually form an angle of about 45 'with the direction of movement. During the gliding, this gliding surface is solidified and thereupon there is always greater resistance to further sliding. In this way, the increase in strength that occurs during deformation can be explained.
The first slides in a steel rod take place in a very narrow area of the rod, so that the rod is thinner and stronger at the point where the slide took place, while the rest of the rod is not yet deformed and therefore also has not experienced any increase in strength. During further stretching, the deformation (sliding) therefore takes place at a new point on the rod until all parts of the rod are deformed and have therefore experienced an increase in strength.
Whenever a slide starts in material that has not yet been deformed, the rod is stretched so suddenly that the pulling force is reduced a little. Therefore, at the beginning of the tension diagram, you get a zak # kiel - es area (the flow limit or the yield point).
To deform all parts of the rod is. a total elongation of about 4-7.1 is required for mild steel. If the rod is stretched beyond the flow limit, slides take place on already blocked sliding surfaces, where double or multiple solidifications occur, which have the consequence that the strength of the rod is increased even further.
As a result, the material is deformed in the same way over the entire cross-section during stretching, since the slide and the strength increases in the core of the rod as well as in the outer layers are of the same size. During a twist, on the other hand, the outer layers slide against each other much more than the inner ones, and the deformation in the core itself is very small. The twist therefore causes a great increase in strength in the outer layers and almost none in the middle. thus an unequal strength. across the cross section.
This has. As a result, you can precisely control when you exceed the flow limit during a stretching by force and strain measurement; however, this is not possible with a twist.
If a subsequent twist is undertaken after the rod has been stretched, a material can be used for this which either a) with small degrees of stretching, i.e. H. Yield degrees smaller than the elongation of the flow limit, or b) for degrees of elongation that correspond to the elongation of the flow limit, or c) with high degrees of elongation that are significantly above the extension of the flow limit. The effect of these various types of cold deformation is shown below.
a) Material that has been stretched below the extension of the flow limit becomes hard and resistant to torsion in individual places, namely where there are sliding surfaces, and not in other places. deformed and therefore soft and sensitive to torsion. If such a rod is twisted, the soft parts that have not been stretched and are therefore particularly sensitive to twisting will therefore be twisted first, after which the stretched parts will be twisted. As a result, the material is unlike and not much stronger than a rod that has only been exposed to normal torsion, since some discs or parts of the rod are twisted without being stretched first.
b) If, on the other hand, a steel rod that is stretched at a degree of elongation corresponding to the elongation of the yield point is subjected to torsion, all parts of the rod will be deformed in the same way, so that the subsequent torsion is evenly distributed over the entire rod, which in turn means that the increase in strength is also evenly distributed.
With this treatment, the entire cross-section of the rod has experienced a certain increase in strength before the twisting begins, so that the neutral zone in the middle of the rod has also become stronger than is the case with a twist alone, and at the same time the greater increase in strength, which usually only sets in after the yield point has been lengthened, now immediately when twisting begins. Even with a lower degree of twisting, a significantly greater increase in strength is achieved than that which can be achieved with twisting alone.
Furthermore, one also avoids the dangerous torsional cracks that occur with excessive twisting.
c) If, finally, a soft steel, which has previously been stretched significantly beyond the extension of the yield point, is twisted, a corresponding increase in the strength of the material is already available in advance at the beginning of the twisting, and the twisting cannot therefore be continued long before a deformation brittleness asserts itself. Poles treated in this way will therefore not be able to achieve as good strength properties as a material that is treated as described under b).
If a material is stretched and twisted at the same time, any twisting that occurs before the entire elongation of the flow limit has been passed will result in processes that are analogous to those described under a). You will therefore not be able to achieve increases in strength that are appreciably higher than those caused by twisting alone. achieved.
The hardening that can be achieved by the method described is greater with suitably alloyed steel. Furthermore, the steel can be subjected to a heat treatment in order to give it a particularly fine-grain structure.
The twist can either be carried out as a single twist in one and the same direction, but it can also be carried out in a direction that goes back and forth or in such a way that one twists back and forth a few times before the final twist in one and the same direction begins.
It has been shown that the twisting is best carried out with a certain tensile stress even after stretching, in order to avoid a curvature of the rod.
Instead of the described combined cold working consisting of cold stretching and twisting, the intended improvement in the strength properties of the material can also be achieved by cold stretching any other cold deformation that has a component of movement in the transverse direction of the steel lets follow. Both soft steel and optionally alloyed steel can be used as the starting material.
From the above it can be seen that the best result is achieved by cold machining, which consists of an elongation with an elongation that essentially corresponds to the extension of the yield point and is followed by a twist, which may be caused by other deformation methods. Replaced with movement components in the transverse direction, such as rollers or the like. or combined with it. can be.
It has been shown that by using the method according to the invention it is possible to increase the yield point and the elongation at break 10-10 beyond the values that can be achieved by ordinary twisting with soft steel. If, on the other hand, starting materials of a particularly favorable alloy are used, the method according to the invention can be used to achieve increases of about 25 and more.
The pre-stretching of the steel can conveniently be carried out in the twisting machine as a preliminary operation when the iron is clamped in it.