CH640272A5

CH640272A5 - Verfahren und vorrichtung zum waermebehandeln von zu ringen gehaspeltem draht oder band.

Info

Publication number: CH640272A5
Application number: CH598479A
Authority: CH
Inventors: Jakob Kubini; Sorayapur Dr Soraya; Hans-Eberhard Dr Moebius
Original assignee: Roechling Burbach Gmbh Stahl
Priority date: 1978-07-08
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1983-12-30
Also published as: DE2830153A1; ATA438779A; AT388391B; IT1202951B; DE2830153C2; IT7924120A0; GB2024871A; BE877252A; FR2430454A1; FR2430454B1; GB2024871B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln von zu Ringen gehaspeltem Draht oder Band, wobei die Ringe austenitisiert, unter Erregung zu Eigenschwingungen gehärtet und anschliessend angelassen werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Solche Vorrichtungen, bei denen das zu behandelnde Gut zu Eigenschwingungen angeregt wird, sind aus der DE-PS 21 58 459 und der DE-OS 23 27 603 bekannt. Mit diesen Vorrichtungen werden gute Ergebnisse erzielt, es hat sich jedoch gezeigt, dass wesentliche Verbesserungen möglich sind, insbesondere, wenn grössere Mengen pro Zeiteinheit durchgesetzt werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders hohe Gleichmässigkeit der mechanischen Eigenschaften des wärmebehandelten Drahtes oder Bandes zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,

dass die Erregung zu Eigenschwingungen während oder unmittelbar nach dem Austenitisieren einsetzt und unter Durchflutung des Ringes mit Härtemittel während des Abschreckvorganges so lange fortgesetzt wird, bis alle Volumenteile des Ringes martensitisch umgewandelt sind.

Vorzugsweise wird der Ring aus Draht oder Band ab der Aufnahme während oder unmittelbar nach dem Austenitisieren bis zum Wärmebehandeln in seiner Höhe auf das 1, 2- bis Dreifache vergrössert.

Mit der Erfindung kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die mechanischen Eigenschaften des wärmebehandelten und danach angelassenen Drahtes oder Bandes über den gesamten Ring in hohem Masse übereinstimmen. Ausserdem sind die erfindungsgemäss vorgesehenen Massnahmen für Anlagen geeignet, die für eine hohe Produktion ausgelegt werden müssen.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens und dafür einzusetzende Vorrichtungen werden im folgenden näher beschrieben:

Das Ziel des Verfahrens, die hohe Gleichmässigkeit der mechanischen Eigenschaften des gehärteten und angelassenen Ringes in allen Elementen, wird erreicht, indem der z.B. von einem schwingungssteifen Träger aufzunehmende, vorher auf Austenitisierungstemperatur gebrachte Ring von Beginn der Aufnahme des Ringes an zu Resonanzschwingungen angeregt und diese Anregung fortgesetzt und insbesondere in der Phase des Eintauchens in das Härtemittel sowie bei völlig eingetauchtem Ring beibehalten wird, bis alle Volumenelemente des Drahtes bzw. Bandes martensitisch umgewandelt sind.

Als Folge dieser Massnahme kann unter anderem eine nur kurzfristige, nicht permanente Berührung zwischen kaltem Träger und heissem Ring und damit ein besserer Ausgleich des Temperaturverlustes im Bereich der kurzfristigen Kontaktstellen erreicht werden. Hinzu kommt, dass durch tangentiale Bewegung des Ringes immer wieder neue Kontaktstellen als Auflagepunkt hinzukommen können, also keine Stellen des Ringes benachteiligt sind.

Die Erregung des Ringes zu Eigenschwingungen während des Eintauchens in das Härtemittel ist ebenso zwingend, weil damit erreicht werden kann, dass jedes Element des Ringes unter nahezu gleichen Bedingungen abgeschreckt wird. Würde erst nach vollzogenem Eintauchen mit der Vibration begonnen, so wäre die vorausgehende Abkühlung ohne Vibration von den zuerst eingetauchten Elementen des

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Ringes eine andere als die der zuletzt eingetauchten. Zudem wäre die Phase der ersten Abkühlung — und diese ist entscheidend für den gesamten Abkühlungsverlauf — so un-gleichmässig wie jede bisherige konventionelle Abkühlung von Ringen.

Die tragende Fläche des schwingungssteifen Trägers kann zweckmässig die 1, 2- bis 3fache Länge der Ringhöhe haben, vorzugsweise die 2- bis 3fache. Der am Austenitisierungsofen aufgenommene, in Resonanz schwingende Ring kann sich dann über diese Tragfläche während des Transportes zum Härtebad gleichmässig ausbreiten. Diese Massnahme der im Vergleich zur Ringhöhe grösseren Länge des Trägers wirkt einer unzulässigen Überhitzung des Härtemittels im Bereich der Drahtwindungen entgegen. Werden mehrere Ringe auf einmal gehärtet, so sind diese in diesem Zusammenhang als ein Ring anzusehen.

Diese vergrösserte Länge eines Ringes auf beispielsweise einem Haken schliesst zudem den Vorteil ein, dass die strömungstechnischen Bedingungen für jede einzelne Windung des Ringes idealen Härtebedingungen noch näher kommen können.

Das Schwingen von Teilen des Ringes im Härtemittel kann nicht nur — wie beim Beizen — den Vorteil des Auflösens permanenter Kontaktstellen zwischen den Windungen und damit des Auflösens von quasi geschlossenen Hohlräumen, die von drei dicht beieinander liegenden Windungen gebildet werden, zur Folge haben, sondern auch eine Erhöhung der Wärmeübergangszahl aufgrund der in der Richtung ständig wechselnden Relativbewegung zwischen Drahtelement und Härtemittel. Die in Grenzen gegebene Temperaturabhängigkeit des E-Moduls und damit die Verschiebung der Resonanzfrequenzen mit fallender Temperatur, muss bei der Wahl der Erregerfrequenz berücksichtigt werden.

Zu der Massnahme, ab der Übernahme des Ringes bis zum Abschluss der Martensitbildung den Ring zu Eigenschwingungen anzuregen, kann vorzugsweise ein radiales Durchströmen des Ringes mit dem Härtemittel vorgesehen werden. Dabei kann zweckmässig eine Geschwindigkeit beim Anströmen von 0,1 bis 5 m/s. vorzugsweise 0,5 bis 1,5 m/s, aufrecht erhalten werden. Diese Geschwindigkeit ist die zu wählende absolute Geschwindigkeit des Härtemittels beim Eintritt oder Austritt aus dem Ring. Die relative Geschwindigkeit zwischen Härtemittel und Draht bzw. Band ist dann höher, und zwar einerseits wegen der Schwingungen der Elemente von Draht bzw. Band und andererseits wegen der Raumerfüllung durch die Drahtwindungen.

Es ist bekannt, den Ring von einer Stirnseite anzuströmen (DE-PS 21 58 459). Die zweite Stirnseite wird dabei mit einer Platte verschlossen, so dass das Härtemittel gezwungen ist, radial durch den Ring zu treten.

Diese bekannte Massnehme hat jedoch Nachteile. Der Ring muss verhältnismässig genau positioniert werden, und durch das Anschlagen des schwingenden Ringes an die abschliessende Platte wird der Lärmpegel unnötig erhöht. Dagegen strömt nun hier das Härtemedium vorzugsweise von beiden Seiten des Ringes so zu, dass die axiale Geschwindigkeit des Mediums in der Mittel der einen Stirnseite des Ringes oder aber in der Mitte der Höhe des Ringes Null ist.

In den Zeichnungen sind Einrichtungen zum Durchführen von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Ver-fahres dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines Härtebades,

Fig. 2 den Auslauf eines Rollenherdofens,

Fig. 3 eine Abdampfkammer zum Entfernen von Härtemittelresten nach dem Härten,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Anlassofen und

Fig. 5 einen Längsschnitt zu Fig. 4.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Härtebad wird ein schwingender C-Haken 1, der einen Ring 2 trägt, in ein Härtemittel 3 getaucht. Die zwei Stirnseiten 4 des Ringes 2 werden mit Härtemittel angeströmt. Das Härtemittel gelangt im 5 wesentlichen axial von beiden Seiten in den Innenraum des Ringes 2 und tritt radial durch den Ring 2 aus. Die Pumpen 5 sind so gewählt, dass die gewünschte radiale Strömungsgeschwindigkeit resultiert.

Die Lage der Ebene mit der axialen Strömungsgeschwin-lo digkeit Null kann während des Härtevorganges zwischen Stirnseite und Mitte oder zwischen der einen und der anderen Stirnseite wandern, indem die Leistungen der Pumpen 5 entsprechend variiert werden.

Vor dem Wärmebehandeln muss der Draht oder das 15 Band auf die vorgesehene Temperatur, in der Regel (bei Stahl) die Austenitisierungstemperatur gebracht werden. Dazu bedient man sich in vielen Fällen eines Rollenherdofens. Fig. 2 zeigt den Auslauf eines solchen Rollenherdofens 6, der mit einer Tür 7 abgeschlossen ist. In ein Rol-20 lenbett 8 greift ein Schenkel 9 eines Kippstuhles ein, der mit einem Lager 10 ausserhalb des Ofens 6 befestigt ist. Sobald der Haken 1 in der Ausgangsposition ist und der Ring 2 oberhalb des Schenkels 9 auf dem Rollenherd zur Verfügung steht, wird die Tür 7 geöffnet und Kippstuhl wie 25 C-Haken aufeinander zu bewegt. Während sich der Kippstuhl dreht, wird der C-Haken abgestimmt auf diese Drehung horizontal und vertikal so bewegt, dass der Ring 2 auf den C-Haken 1 zu liegen kommt. Eine Palette 11 wird mechanisch auf dem Kippstuhl festgehalten und erst nach 30 Übergabe des Ringes 2 vom Kippstuhl genommen und zum Ofeneingang zurückgeführt.

Es kann zweckmässig sein, die tragende Fläche des Hakens 1 mit einer wärmeisolierenden Schicht zu versehen. Auch ist es denkbar, den Haken 1 zeitweise oder ständig zu 35 beheizen, insbesondere wenn mehrere Haken 1 in Wartestellung vor dem Ofen 6 verharren.

Wichtig ist auch eine äusserst rasche Übergabe auf den Träger und ein nachfolgendes rasches Eintauchen. Dieser Bewegungsablauf wird in weniger als 30 s, vorzugsweise in 40 weniger als 10 s, durchgeführt. Diese Zeitspanne zählt vom Angenblick des Öffnens des Ofens 6 bis zum Augenblick des völligen Eintauchens des Ringes 2. Eine zusätzliche Massnahme, die besonders bei kleinen Drahtdurchmessern von z.B. 5,5 mm hilfreich ist, ist ein während des Transportes 45 vom Ofen 6 zum Härtebad den Ring umfassender Strahlenschutz geringer Wärmekapazität, der vorzugsweise aus mehreren Lagen dünner Metallfolien besteht.

Diese schnelle Übergabe vom Austenitisierungsofen zum Härtebad ist für eine hohe Gleichmässigkeit der mechani-50 sehen Eigenschaften von gehärtetem und angelassenem Ring wichtig; denn bei langsamerer Übergabe kühlen aussenlie-gende Elemente des Drahtes oder Bandes mehr ab als innenliegende, und die Folge ist eine unterschiedliche Temperatur des Ringes im Augenblick des Härtens. Unterschied-55 liehe Härtegefüge und damit unterschiedliche Eigenschaften beispielsweise von Drahtelement zu Drahtelement, wären die Folge.

Das hier beschriebene Verfahren zum Wärmebehandeln besteht aus den Schritten Austenitisieren, Härten (Abschrek-60 ken) und Anlassen. Alle Massnahmen dieser drei Verfahrensstufen müssen aufeinander abgestimmt sein, um ein optimales Arbeiten zu gewährleisten. Dasselbe gilt für zwischen den einzelnen Schritten liegende Abläufe, die oft einen erheblichen Einfluss auf die davor und/oder danach liegen-65 den Massnahmen haben.

So ist es zweckmässig, nach dem Härten des Ringes in gleicher Weise, bei härterissempfindlichen Qualitäten schwächer, zu Eigenschwingungen anzuregen, um das im Ring

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haftende Härtemittel über einer Auffangwanne auszuschütteln. Die Reste des Härtemittels werden z.B. in einer Abdampfkammer bei anhaltender Erregung zu Eigenschwingungen entfernt, wobei ein heisses Gas oder heisse Luft radial durch den Ring strömt. In manchen Fällen genügt es, ohne Erregung zu Eigenschwingungen z.B. heisse Luft durch den Ring zu drücken.

Auch diese Massnahme hat zum Ziel, die hohe Gleichmässigkeit der mechanischen Eigenschaften des gehärteten und angelassenen Drahtringes nicht zu gefährden. Würden Reste des Härtemediums, die z.B. zwischen drei eng beieinanderliegenden Windungen eingefangen sind, im Ring verbleiben, so würden diese Reste beim Anlassen erst allmählich verdampfen und die betroffenen Windungselemente im Gegensatz zu trockenen Elementen des Ringes aus Draht oder Band sehr viel länger verhältnismässig kalt bleiben und demzufolge weniger lang angelassen werden.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt einer Abdampf kammer 12, durch die die Ringe 2 zwischen dem Härten und dem Anlassen geschleust werden. In dieser Kammer 12 werden die Reste des Härtemittels aus dem Ring 2 dadurch entfernt,

dass ein Saugrohr 13 an die eine Stirnseite des Ringes 2 gelegt ist, während die andere Stirnseite mit einer Platte 14 verschlossen ist. Heisses Gas wird über einen Stutzen 15 in die Kammer 12 geleitet. Es tritt radial von aussen durch den Ring 2 und wird innen über das Rohr 13 abgesaugt. Getragen wird der Ring 2 durch den Haken 1. Dieser wiederum wird getragen von einem Tragholm 16, der in eine Transportkette 17 eingreift. Diese Kette wird durch Räder 18 in Schritten bewegt. Eine Abdichtung 19 schliesst aus, dass heisse Luft in eine über der Abdampfkammer 12 liegende zweite Kammer 20 eindringt. In dieser Kammer 20 wird vorteilhafterweise ein geringer Überdruck aufrechterhalten.

Für das über den Stutzen 15 zugeführte heisse Gas soll die Strömungsgeschwindigkeit bei 1 bis 10 m/s und die Temperatur bis maximal etwa 300°C liegen.

Das mit den Öldämpfen angereicherte heisse Gas bzw. die mit den Dämpfen angereicherte heisse Luft kann ausserhalb der Kammer 12 beispielsweise durch eine Brennkammer geführt werden. In ihr werden die Öldämpfe verbrannt. Die freiwerdende Wärme kann zum Vorwärmen des Ringes in der Abdampfkammer 12 genutzt werden.

Für das Ziel, eine über den ganzen Ring hohe Gleichmässigkeit der mechanischen Eigenschaften des Drahtes oder Bandes zu erreichen, sind auch die Vorgänge beim abschliessenden Anlassen von wesentlicher Bedeutung. Entsprechend der Arbeitsweise beim Härten (Fig. 1) ist deshalb vorgesehen, die vertikal gelagerten Ringe beidseitig radial mit einem Wärmeträger zu durchströmen, wie das in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist.

Diese Art des Anlassens von Ringen hat gegenüber dem üblichen Anlassen oder Glühen von Ringen, bei dem die stehenden Ringe auf Paletten durch einen Rollenherdofen geführt werden, den Vorzug, dass die hohe Durchlässigkeit des auf das 1, 2- bis 3fache verlängerten Ringes erhalten bleibt, die gezielte radiale Durchströmung eine um das 3fache höhere mittlere Wärmeübergangszahl zu erzielen erlaubt und die Gleichmässigkeit des Anlassens im Vergleich zur konventionellen Vorgehensweise entscheidend verbessert ist. Die im zweiten Verfahrensschritt, beim Härten, gemachten Anstrengungen, eine hohe Gleichmässigkeit über alle Elemente des Drahtringes zu erreichen, wird durch die beschriebene Art des Anlassens ergänzt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Quer- bzw. einen Längsschnitt eines neuartigen Anlassofens 24. Vorgesehen ist die beschriebene (Fig. 3) Art des Transportes der Ringe 2 mit Hilfe von Haken 1 und einer Transportkette 17. Die beiden Stirnseiten 4 der Ringe 2 werden mit heissem Gas angeströmt. Die Strömungsführung ist der Fig. 4 zu entnehmen. Das Gas wird aus dem Ofen 24 über einen Ventilator 21 abgesaugt und über strömungsführende Rohre 22 auf beide Stirnseiten 4 des Ringes 2 gerichtet. Die Beheizung des Gases erfolgt in diesem Beispiel durch senkrecht hängende Strahlheizrohre 23.

In dem Anlassofen 24 haben die Ringe 2 vorzugsweise die gleiche Lage wie in der Abdampfkammer 12 in Fig. 3; sie hängen auf einem Haken 1. Damit ist der Vorteil verbunden, dass sie aufgrund ihrer um das 1, 2- bis 3fache ver-grösserten Ringhöhe radial leicht vom Wärmeträger durchströmt werden können. Die beschriebene spezielle Ausführung des Anlassofens 24 sichert eine hohe Gleichmässigkeit beim Anlassen und damit gleichmässige mechanische Eigenschaften aller Elemente des Ringes.

Das beschriebene Verfahren und die Enrichtungen zum Durchführen desselben sind speziell zum Vergüten von Stählen entwickelt worden, die je nach Wahl des Härtemittels und seiner Temperatur vorzugsweise in Martensit und ggf. auch in Bainit umwandeln, und die nach dem Härten je nach gewünschter Festigkeit mehr oder weniger hoch angelassen werden. Das Verfahren und die Einrichtungen, insbesondere nach den Ansprüchen 1 bis 8, sind jedoch auch für nicht umwandlungsfähige Stähle geeignet, z.B. austeni-tische, nichtrostende Stähle, die von hoher Temperatur abgeschreckt werden müssen, um eine Chromkarbidbildung und damit einen Verlust an Korrosionswiderstand auszu-schliessen. Auch Nichteisenmetalle, die von Lösungstemperatur abgeschreckt werden, um sie gut verformen zu können, können nach dem beschriebenen Verfahren behandelt werden.

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1. Verfahren zum Wärmebehandeln von zu Ringen gehaspeltem Draht oder Band, wobei die Ringe austenitisiert, unter Erregung zu Eigenschwingungen gehärtet und anschliessend angelassen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregung zu Eigenschwingungen während oder unmittelbar nach dem Austenitisieren einsetzt und unter Durchflutung des Ringes mit Härtemittel während des Abschreckvorganges so lange fortgesetzt wird, bis alle Volumenteile des Ringes martensitisch umgewandelt sind.

2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring ab der Aufnahme während oder unmittelbar nach dem Austenitisieren bis zum Härten in seiner Höhe auf das 1, 2- bis Dreifache vergrössert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerfrequenz innerhalb des Eigenfrequenzbereiches der einzelnen. Windungen oder Teile von Windungen des Ringes liegt und sie so gewählt wird, dass sie während des Härtens im Resonanzfrequenzbereich des Ringes bleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe stirnseitig von beiden Seiten mit Härtemittel angeströmt werden und die beiden Strömungsgeschwindigkeiten so aufeinander abgestimmt werden, dass in der Mitte der einen Stirnseite die axiale Geschwindigkeit Null herrscht oder beide Stirnseiten mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit angeströmt werden und die Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0,1 und 5 m/s, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,5 m/s, gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport des Ringes vom Austenitisierungsofen bis zum völligen Eintauchen des Ringes in das Härtemittel in weniger als 30, vorzugsweise weniger als 10 Sekunden, durchgeführt wird und bei schnell umwandelnden Qualitäten sowie kleinen Abmessungen des wärmezubehandelnden Gutes dieses während des Transportes von einem Strahlenschutz umfangen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Austenitisierungsofen (6), einem Härtebad (3) und einem Träger (1) zum Übernehmen jeweils eines oder einzelner der Ringe (2) aus dem Austenitisierungsofen (6) und Eintauchen des bzw. der Ringe (2) in das Härtebad (3), gekennzeichnet durch Mittel zum dauernden Vibrieren des Trägers (1) zwecks Erregung des bzw. der Ringe (2) zu Eigenschwingungen mindestens auf dem Weg vom Austenitisierungsofen (6) zum Härtebad (3) und während des Eintauchens in dasselbe.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1), der den heissen Draht- bzw. Bandring (2) zu übernehmen hat, eine wärmeisolierende Tragflächenschicht aufweist und/oder die Tragfläche zeitweise oder ständig beheizt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Austenitisierungsofens (6) ein Kippstuhl (9) so angeordnet ist, dass der heisse Ring (2) mit Palette (11) vom Ofenherd (8) anhebbar, ankippbar und nach Öffnen des Austenitisierungsofens (6) weiter um 90° kippbar ist und dass der Träger (1) als Haken zur Übernahme des Ringes (2) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit einem dem Härtebad (3) nachgeschalteten Anlassofen (24), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Härtebad (3) und Anlassofen (24) eine Kammer (12) und Mittel (13, 14, 15) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die auf Haken (1) vertikal gelagerten Ringe (2) mit oder ohne Erregung zu Eigenschwingungen radial von heissem Gas oder heisser Luft durchströmt sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, mit einem dem Härtebad (3) nachgeschalteten Anlassofen (24),

dadurch gekennzeichnet, dass der Anlassofen (24) Mittel (21, 22) aufweist, mit denen beide Stirnseiten (4) der auf Haken (1) vertikal gelagerten Ringe (2) mit heissem Gas anströmbar und die Ringe (2) radial durchflutbar sind.