DE1135586B - Verfahren und Vorrichtung zum Gluehen von Stahlband, das mit einem Material, insbesondere einer Metallegierung plattiert ist - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Glühen von Stahlband, das mit einem Material, insbesondere einer Metallegierung plattiert ist Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glühen von Stahlband und Bimetallbändern, die aus Stahlband mit einer Plattierung aus einem anderen Metall oder einer Metallegierung bestehen.
• Zum Beispiel werden bei der Herstellung von Gleitlagern Bimetallbänder verwendet, die aus Stahlband bestehen, an das Bleibronze-Legierungen angegossen sind. Diese Bänder sollen für die anschließende spanlose Verformung außerordentlich genaue Dicke haben. Sie werden daher nach einer spanabhebenden Vorbearbeitung zur genauen Kalibrierung noch zusätzlich kalt gewalzt. Nach dem Verlassen der Walzen sollen die Bänder sowohl genaues Maß als auch eine definierte Härte haben. Letztere muß in dem Stahlrücken des Bandes so groß sein, daß die fertigen Lager genügend Elastizität besitzen, um nach dem Einbau im Gehäuse dauernd unter einer genügenden Vorspannung zu stehen, andererseits darf sie nicht so hoch sein, daß die spanlose Verformung des Bandes zu Gleitlagern dadurch erschwert oder unmöglich gemacht würde. Durch den Grad der Reduktion beim Walzen läßt sich die gewünschte Härte ohne weiteres bestimmen, wenn das Ausgangsmaterial eine gleichmäßige Härte besitzt, die niedriger als die gewünschte endgültige Härte ist.
• Da jedoch die Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Angießen durch die gewünschte Gefügeausbildung der an den Stahl angegossenen Metallegierung, z. B. Bleibronze, bestimmt wird, verläßt der Stahlrücken die Angießanlage im allgemeinen mit einer zu hohen und unter Umständen auch ungleichmäßigen Härte. Es muß daher vor dem Walzen eine Rekristallisationsglühung durchgeführt werden. Die Durchführung einer solchen Glühung war jedoch bislang unmöglich, weil das Schmelzintervall von Bleibronze bei einer unteren Grenze von 327° C beginnt. Wenn das Bimetallband nach einer der üblichen Methoden durch Strahlung und Konvektion erhitzt wird, so tritt bei Temperaturen von über 600° C, wie sie zur Rekristallisation von Stahl erforderlich sind, ein Ausschwitzen von Blei auf, das von der Zeit abhängig ist, während der das Band Temperaturen von über 327° C ausgesetzt ist.
• Versuche haben gezeigt, daß Temperaturen von über 600° C von der Bleibronze nur über Zeiträume von etwa 5 Minuten ohne Schädigung ertragen werden können. Da Verfahren zur raschen Abkühlung der Bimetallbänder, z. B. durch Öl oder auch durch Anblasen mit Luft usw., bekannt sind, besteht die Schwierigkeit beim Glühen vor allem in der raschen Erwärmung des Glühgutes. Wenn das Bimetallband in Form von Bunden oder Ringen in Hauben- oder Trommelöfen geglüht wird, so tritt infolge der langen Dauer der Wärmebehandlung auf jeden Fall eine Schädigung der Bleibronze ein, die das Bimetallband unverwendbar macht.
• Es ist daher bekannt, die Glühung im Durchlaufverfahren durchzuführen, wobei sich außer größerer Wirtschaftlichkeit auch kürzere Anwärm- und Abkühlzeiten ergeben. Hierbei hängt die benötigte Wärmemenge außer von dem Querschnitt des Bandes auch von seiner Durchlaufgeschwindigkeit durch die Glüheinrichtung ab. Das Verfahren ist daher von einer genauen Regelung der zugeführten Wärme abhängig. Diese Regelung ist jedoch bislang nur sehr unbefriedigend möglich. Es wird nämlich der Glühkanal in einzelne Abschnitte aufgeteilt, in denen jeweils die Temperatur gemessen und getrennt geregelt wird. Hierbei ist schon die Temperaturmessung schwierig, weil man nur mit großem Aufwand die wirkliche Temperatur des durchlaufenden Bandes unbeeinflußt von der Temperatur des Glühkanals messen kann. Des weiteren ist die Temperaturregelung sehr träge, ob nun die Erhitzung des Bandes durch Strahlung, Konvektion oder Induktion geschieht. Im allgemeinen ist daher die Stelle des Bandes, die durch abweichende Temperatur einen Regelvorgang in einem Abschnitt des Glühkanals auslöste, bereits in einem anderen Abschnitt des Glühkanals angelangt, wenn die Regelung wirksam wird. Die Nachteile der bisherigen Glühverfahren liegen also in der langen zeitlichen Dauer der Wärmebehandlung, in der trägen Regelung und in der Notwendigkeit der genauen Einregelung der Wärmezufuhr entsprechend dem jeweiligen Bandquerschnitt und der jeweiligen Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes. Es besteht daher stets die Gefahr, daß das Band überhitzt wird, zu kalt bleibt oder zu lange hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
• Es sind Einrichtungen zur Durchlauferhitzung bekannt, die mit Gas beheizt werden. Infolge der großen erwärmten Massen dieser Einrichtungen ist bei diesen die Regelung der Wärmezufuhr besonders träge, so daß sie sich nur sehr schwer auf einen bestimmten Querschnitt des zu glühenden Bandes einregulieren lassen und Schwankungen der Durchlaufgeschwindigkeit überhaupt nicht ausgleichen können. Es wird daher auch induktive Erhitzung angewendet, wobei es sich als schwierig erwies, in Bändern geringer Dicke und verhältnismäßig großer Breite, wie z. B. 90 X 2 mm eine genügend hohe Leistung zu induzieren, um die Bänder auf ausreichend hohe. Temperaturen zu bringen. Als besonders hinderlich erwies es sich, daß der Strahl bei einer Temperatur von 7689 C, dem sogenannten Curiepunkt, seine Magnetisierbarkeit verliert. Um den Strahl über diese Temperatur hinaus zu erhitzen, wurden zum Teil sehr hohe Frequenzen unter Verwendung von Röhrensendern und aufwendigen Konstruktionen zur Bündelung des elektrischen Feldes angewendet, weil eine Erhitzung über 768' C nur durch die Wirkung des elektrischen Feldes erfolgen kann.
• Das erfindungsgemäße Verfahren benutzt nun diese Temperatur von 7689 C zur selbstregelnden Glühung von Stahlband, das mit einem Material, insbesondere einer Metallegierung, plattiert ist, dessen Schmelzbereich weit unterhalb der Glühtemperatur des Stahlbandes liegt.
• Hierzu wird nach der Erfindung das Stahlband unter Erhaltung der Plattierungsschicht durch bekannte, induktive Erhitzung schnell und kurzzeitig auf die sehr weit oberhalb des Schmelzbereiches des Plattierungsmaterials liegende Curietemperatur des Stahles erhitzt und unmittelbar anschließend wieder abgekühlt, wobei der bekannte, bei der Curietemperatur durch Permeabfitätsänderung des Materials eintretende Abfall der Leistungsabgabe an das zu erhitzende Stahlband zur Begrenzung der Glühtemperatur und die in der Induktionsspule bereitgestellte elektrische Leistung zur Regelung der Aufheizgeschwindigkeit herangezogen werden.
• Es wurde bisher nirgend erkannt, daß gerade die Curietemperatur mit großem Vorteil für diesen Zweck verwendbar ist. Sie liegt einerseits ausreichend hoch über der zur Rekristallisation des Stahls erforderlichen Temperatur von etwa 6009 C und wird andererseits von Bleibronze über einen Zeitraum von etwa 5 Minuten ertragen, ohne daß eine Schädigung durch übermäßiges Ausschwitzen von Blei erfolgt, wie ausgedehnte Versuche ergeben haben.
• Es ist ein bekannter Effekt, daß beim induktiven Erhitzen bei der Curietemperatur durch Permeabilitätsänderung des Materials ein sehr starker Abfall der Leistungsabgabe an das zu erhitzende Stahlband eintritt, der es praktisch unmöglich macht, die Curietemperatur durch induktive Erhitzung zu überschreiten. Hieraus ergibt sich der besondere Vorteil, daß das Glühverfahren nach der Erfindung absolut selbstregelnd ist. Bei Verwendung einer Frequenz von 10 000 Hz, wie sie ohne weiteres noch durch Generation erzeugt werden kann, in einer einfachen Spule von z: B. vierzehn Windungen und einer Länge von etwa 300 mm, wird die Curietemperatur selbst bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von etwa 5 m je Minute in einem Stahlband mit z. B. der obengenannten Abmessung von 90 X 2 mm oder größer mit Sicherheit erreicht, während sie bei dieser einfachen Einrichtung unter keinen Umständen überschritten werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei einer derart einfachen Spule und einer Frequenz in der genannten Größenordnung das elektrische Feld so schwach ist, daß es keine merkbare Wirkung auf den Stahl ausübt. Das Band hört daher an den Stellen, an denen es den Curiepunkt erreicht hat, im gleichen Augenblick auf. Energie aufzunehmen. Durch Höherregeln des Generators kann man lediglich bewirken, daß der Curiepunkt weiter vorn im Glühkanal erreicht wird. Da andererseits der Glühkanal selbst kühl bleibt, also keine Wärme durch Strahlung oder Konvektion auf das Band übertragen wird, ist das Verfahren dadurch selbstregelnd. Infolgedessen ist sowohl die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes wie auch die Kompensation der Induktionsspule durch Kondensatoren, d. h. die Abstimmung auf den jeweiligen Bandquerschnitt, ebenso unkritisch wie die bei dem Anlauf des kalten Bandes eingestellte Energieaufnahme. Bei der erwähnten 300 mm langen Induktionsspule kann man bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von etwa 5 m je Minute die Hochfrequenzenergie so einregeln, daß der Curiepunkt etwa 200 mm nach dem Eintritt des Bandes in die Spule erreicht wird. Die dann möglichen Verschiebungen dieses Punktes infolge der unvermeidlichen Schwankungen der Durchlaufgeschwindigkeit usw. entsprechen so kurzen Zeiträumen, daß sie ohne Einfluß auf den Glühvorgang sind.
• Im Anschluß an den Glühkanal kann das Band auf bekannte Art, z. B. durch Öl, abgekühlt werden, wobei die Aufheiz- und Abkühlzeiten dann so kurz sind, daß das Band etwa 2 Minuten auf der Curietemperatur gehalten werden kann, was einerseits zum Weichglühen des Stahls ausreicht, andererseits noch keine Schädigung der Bleibronze hervorruft.
• Das erfindungsgemäße Glühverfahren wurde vorstehend an dem Beispiel eines Bimetallbandes aus Stahlband mit einem Anguß von Bleibronze beschrieben. Es ist selbstverständlich jedoch nicht auf diesen Anwendungszweck beschränkt, sondern kann mit Nutzen überall dort verwendet werden, wo in ähnlicher Weise Rücksicht auf ein Plattierungsmaterial genommen werden muß oder wo aus verfahrenstechnischen, räumlichen oder wirtschaftlichen Gründen Stahlband im Durchlaufverfahren gleichmäßig und selbstregelnd auf eine Temperatur von 7689 C erhitzt werden soll.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Glühen von Stahlband, das mit einem Material, insbesondere einer Metalllegierung plattiert ist, dessen Schmelzbereich weit unterhalb der Glühtemperatur des Stahlbandes liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband unter Erhaltung der Plattierungsschicht durch bekannte induktive Erhitzung schnell und kurzzeitig auf die sehr weit oberhalb des Schmelzbereiches des Plattierungsmaterials liegende Curietemperatur des Stahles erhitzt und unmittelbar anschließend wieder abgekühlt wird, wobei der bekannte, bei der Curietemperatur durch Permeabilitätsänderung des Materials eintretende Abfall der Leistungsabgabe an das zu erhitzende Stahlband zur Begrenzung der Glühtemperatur und die in der Induktionsspule bereitgestellte elektrische Leistung zur Regelung der Aufheizgeschwindigkeit herangezogen werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und Größe der Induktionsspule und die Frequenz des elektrischen Stromes derart aufeinander und auf die Abmessungen des zu glühenden Stahlbandes abgestimmt werden, daß nur die magnetischen Komponente des Spulenfeldes zur Einwirkung auf das Stahlband kommt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anwendung eines elektrischen Stromes einer Frequenz von etwa 10000 Hz.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühgut während des Glühens in einer Schutzgasatmosphäre gehalten wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Glühen von Stahlband, dessen Curietemperatur bei 768° C liegt, während das Plattierungsmaterial Bleibronze ist, deren Schmelzintervall bei 327° C beginnt, dadurch gekennzeichnet, daß das plattierte Stahlband innerhalb weniger Sekunden aufgeheizt und etwa 2 Minuten auf der Curietemperatur gehalten wird.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das plattierte Stahlband mittels einer Transportvorrichtung fortlaufend mit einer Geschwindigkeit von 5 m/Min. durch eine einfache Induktionsspule aus, von Kühlmittel durchflossenen Kupferdraht von vierzehn Windungen auf eine Länge von 300 mm geführt und unmittelbar einer Kühlvorrichtung bekannter Art zugeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1044 303; USA.-Patentschrift Nr. 1646 498; Buch von Wologdin, 1939, Leningrad-Moskau, »Die Oberflächenhärtung nach dem Induktionsverfahren«, deutsche L7bersetzung, S. 20.