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Verfahren zur Wärmebehandlung von Metalltuch oder Metallgewebeband
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metalltuch oder Metallgewebeband,
die aus Sätzen von Ketten- und Schußdrähten miteinander verwoben sind und der Verwendung
in Papiermaschinen dienen; insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von
Metalltüchern und Metallgewebebändern für Papiermaschinensiebe.
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Üblicherweise werden Metalltücher für Langsieb-(Fourdrinier-) Papiermaschinen
aus weichgeglühten Ketten- und Schußdrähten gewoben. Die Kettendrähte bestehen dabei
aus Phosphorbronze des Typs »C«, die ungefähr 80/, Zinn, 0,20/, Phosphor,
Rest Kupfer enthält. Die Schußdrähte bestehen üblicherweise aus Messing, das 15
bis 20 °/o Zink, Rest Kupfer enthält. Der Kettendraht muß die gesamten Zug-, Ermüdungs-
und Abnutzungsbeanspruchungen aushalten, die auf das Metalltuch während des Betriebes
einwirken.
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Es hat sich gezeigt, daß Metalltücher zur Verwendung in Langsieb-
(Fourdrinier-) Papiermaschinen Porosität und Gleichmäßigkeit und auch Widerstandsfähigkeit
gegen Schäden, Ermüdung, Reißen, Abnutzung und Korrosion aufweisen müssen. Bisher
neigten solche Metalltücher zur Beschädigung während des Betriebes, und derartige
Beschädigungen begrenzen die Lebensdauer eines Metalltuches. Zahlreiche Versuche
sind gemacht worden, um Metalltücher zu weben, die eine größere Widerstandsfähigkeit
gegen Beschädigung aufweisen, aber das Erreichen derartiger Eigenschaften wurde
durch den weichen Zustand der Ketten- und Schußdrähte beschränkt, aus denen die
Fourdrinier-Metalltücher gewoben werden mußten.
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Es wurden auch die Zusammensetzung der Schuß-und Kettenfadenlegierungen
verändert, um den Elastizitätsmodul zu erhöhen; verschiedene Webarten wurden ausprobiert,
und eine Vielzahl von- Abänderungen wurde in den Abmessungen der Ketten- und Schußdrahtdicken
durchgeführt, um die Widerstandsfähigkeit gegen Schäden zu verbessern. Beispielweise
wurden Drähte aus rostfreiem Stahl, die einen Elastizitätsmodul haben, der beinahe
zweimal so hoch ist wie der der üblicherweise verwendeten Phosphorbronze und des
Messings, zu Metalltüchern verwoben, aber sie zeigten keine verbesserte Widerstandsfähigkeit
gegen Beschädigung. In ähnlicher Weise sind auch andere Legierungen mit hohem E-Modul,
wie etwa Nickel und Monel, verwendet worden, jedoch waren sie ebenso unbefriedigend.
Die Versuche, die Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung zu verbessern, wurden
dann auf Veränderungen in der Legierungszusammensetzung beschränkt; in der Behandlung
der Legierung wurde nur die Weichglühpraxis angewendet: außerdem wurden auch in
der Art des Webens Änderungen vorgenommen.
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Während es klar ist, daß das Webverfahren grundlegende Veränderungen
im Gefüge des Kettendrahtes an den Biegungen (Kröpfungen) verursacht, unterliegt
derjenige Teil des Kettendrahtes, der nichts mit dem Kröpfradius zu tun hat, keinerlei
Veränderungen. Dieser Teil besteht aus dem gesamten unteren Kröpfungsbogen und der
schrägen Annäherung an den oberen Kröpfungsbogen. An diesen Stellen ergibt sich
Kalthärtung, aber zu Lasten eines Verlustes am Querschnitt. So ist die Härtewirkung
infolge des Webens nicht gleichmäßig und wird durch das Dehnen geringer, das beim
Bilden der Kröpfungen oder Bögen stattfindet.
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Zusätzlich ist der Kettendraht, der notwendigerweise ein Fülldraht
ist, trotzdem ein Bestandteil, aus dem das Metalltuch einen Teil seiner Widerstandsfähigkeit
und seines Widerstandes gegen Beschädigung ableiten muß. Er wird durch das Verweben
geschwächt, das seinen Durchmesser teilweise abschert und in eine Gestalt verformt,
die einer gerillten, verdrehten Säule ähnlich ist. Der Schußdraht kann daher
keinen
wesentlichen Beitrag zur Gesamtwiderstandsfähigkeit und zur Widerstandsfähigkeit
gegen Schäden an einem üblichen Metalltuch bieten.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß durch Weben eines Metalltuches aus
wärmebehandelbaren Drahtlegierungen im geglühten Zustand, Verarbeiten des so gewobenen
Metalltuches zu einem endlosen Band und einer Wärmebehandlung dieses Band einen
wesentlich verbesserten Widerstand gegen Beschädigung hat. Zusätzlich hat sich gezeigt,
daß andere Eigenschaften, wie etwa Ermüdung, Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung
und Korrosion, ebenfalls verbessert werden können, abhängig vom Grad der Wärmebehandlung
und der Wahl der Legierungszusammensetzung der Ketten- und Schußdrähte, die sich
für diese Wärmebehandlung eignet.
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Die Erfindung bezweckt die Herstellung eines Metalltuches oder Metallgewebebandes,
das erhöhten Widerstand gegen Beschädigung und erhöhte Festigkeit gegenüber Ermüdung,
Abnutzung und Korrosion hat. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine geeignete
Wärmebehandlung des Metalltuches bzw. des Metallgewebebandes.
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Ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metalltuch oder Metallgewebeband,
die aus Sätzen von Ketten- und Schußdrähten miteinander verwoben sind und für Papiermaschinen
dienen, insbesondere als Papiermaschinensiebe verwendet werden, kennzeichnet sich
gemäß der Erfindung dadurch, daß das Metalltuch oder das Metallgewebeband in gewobenem
Zustand durch Erwärmen auf etwa 245 bis 537°C, vorzugsweise auf etwa 245 bis 343'C,
während einer Viertelstunde bis 3 Stunden und durch Abkühlen auf Raumtemperatur
ausgehärtet wird.
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Zweckmäßigerweise wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens das gewobene Material vor dem Aushärten einem Homogenisierungsglühen
unterworfen, indem es durch eine 1/4stündige Wärmebehandlung auf ungefähr 800°C
und durch anschließendes Abschrecken lösungsgeglüht wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels.
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F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Metalltuches, das zu
einem endlosen Band mit Hilfe eines üblichen Saumes geformt ist und das sich zur
Verwendung in Papiermaschinen eignet; F i g. 2 ist eine schematische Ansicht des
erfindungsgemäßen Metalltuches, das auf Streckwalzen montiert ist und dazwischen
durch einen Wärmebehandlungsofen läuft.
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Die Herstellung des Ketten- und Schußdrahtes für ein erfindungsgemäß
hergestelltes Band erfolgt in üblicher Weise, so daß der Draht auf sein endgültiges
Maß gezogen wird, wonach der Draht eine Vergütung durch Lösungsglühen (Homogenisierungsglühen)
erfährt. Die Bedingungen des Lösungsglühens hängen von der Zusammensetzung ab, und
das Glühen wird normalerweise bei einer Temperatur und einer Geschwindigkeit ausgeführt,
die die gewünschte Bildsamkeit und Streckgrenze erzielen läßt, die sich zum Verweben
zu einem Metalltuch eignet.
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Im gewobenen Zustand wird das Drahtgewebe ausgehärtet. Das Metalltuch
wird zunächst zu einem endlosen Band gesäumt bzw. gelötet. Nachdem der Saum 1 angebracht
worden ist, kann das endlose Metalltuch dann zu einer Streckvorrichtung 2 gebracht
werden, wo Streckwalzen 3 und 4 das Metalltuch auf die gewünschte Papiermaschinenlänge
dehnen. In Fällen, bei denen leichte Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Metalltuches
auftreten, kann es wünschenswert sein, das Metalltuch in diesen Bereichen in der
üblichen Art und Weise zu glätten, und solche Glättarbeitsgänge können, falls notwendig,
auch nach der Wärmebehandlung angewendet werden. Um die Aushärtung zu beginnen,
kann das Metalltuch langsam über die Streckwalzen 3 und 4 durch einen geeigneten
Wärmebehandlungsofen 5 bewegt werden und mit einer Temperatur und einer Geschwindigkeit
erhitzt werden, die genügt, um das gewünschte Ausmaß des Härtens der Ketten- -und
Schußdrähte zu bewirken. Das Metalltuch kann danach auf Raumtemperatur abgekühlt
werden. Diese Erwärmung bewirkt Gefügeänderungen in dem Ketten- und Schußdraht,
die zu einem Aushärten des Drahtes führen, was sich in einer Erhöhung der Zugfestigkeit,
Lebensdauer, Verschleißfähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung ausdrückt.
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Da das Härten der Legierung, aus der die Drähte bestehen, von der
Temperatur und auch von der Zeit abhängt, können verschiedene Behandlungen angewendet
werden. Zusätzlich hängen optimale Härtemerkmale von der Zusammensetzung der Legierung
ab und in einem gewissen Ausmaß von ihrem Gefügezustand, d. h. vom Ausmaß der vorangegangenen
mechanischen Bearbeitung des Metalls.
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Demgemäß können bei einer Ausführungsform der Erfindung die Ketten-
und Schußdrähte, die aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung (»Beryleo 25«) bestehen,
aus einer Zwischengröße bis zu einer fertigen Drahtgröße kalt gezogen werden, die
von 0,076 bis zu 0,33 mm schwankt, wonach ein Lösungsglühen (Homogenisierungsglühen)
erfolgt, um die erwünschte Duktilität und Zugfestigkeit sicherzustellen, die für
das Weben notwendig ist. In dieser Form würde die Streckgrenze des Kupfer-Beryllium-Kettendrahtes
ungefähr bei 31,6 kg/mm2 liegen bei einer Zugfestigkeit von ungefähr 121,5 kg/mm2
mit einer Dehnung von ungefähr 50°/0. Der Kupfer-Beryllium-Schußdraht würde eine
Streckgrenze von ungefähr 24;6 kg/mm2 und eine Zugfestigkeit von ungefähr 84,0 kg/mm2
mit einer Dehnung von ungefähr 36 °/o haben.
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Die Ketten- und Schußdrähte können dann zu einem Drahtgewebe von 56
bis 36 Maschen in normaler Art und Weise verwoben werden. Nach dem Weben belief
sich die Zugfestigkeit in Kettendrahtrichtung auf ungefähr 43,5 kg pro Zentimeter
Breite mit einer Biegungs-Ermüdungswiderstandsfähigkeit in Kettendrahtrichtung von
ungefähr 12 000 Zyklen bis zum Brechen. Im gewobenen Zustand kann das Metalltuch
dann durch Erhitzen auf eine Temperatur von 245 bis 343'C ausgehärtet werden, während
eines Zeitraumes von einer Viertelstunde bis 3 Stunden, um die notwendige Erhöhung
der Zugfestigkeit zu erreichen. Das Metalltuch kann durch Luftkühlung auf Raumtemperatur
gebracht werden. Nach einer derartigen Wärmebehandlung lag die Zugfestigkeit in
Kettendrahtrichtung bei 61 kg pro Zentimeter Breite mit einer Biegungs-Ermüdungswiderstandsfähigkeit
von ungefähr 16 000 Zyklen bis zum Brechen in Kettendrahtrichtung.
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Zusätzliche Erhöhungen in der Ermüdungslebensdauer und auch eine bessere
Gleichmäßigkeit der Eigenschaften können durch ein Lösungsglühen zwischen dem Weben
und der Aushärtung erzielt
werden. Bei dieser Form kann nach dem
Weben des Drahtes das Metalltuch aufgerollt und auf ungefähr 801'C erhitzt
werden und ungefähr 15 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten werden. Das Drahttuch
kann dann mit Wasser so schnell wie möglich abgeschreckt werden, um die feste Lösung
von Beryllium im Kupfer aufrechtzuerhalten. Ein weiterer Verfahrensschritt ist die
Erhitzung des Metalltuches auf ungefähr 800°C in einem Glühofen und danach ein Wasserabschreckvorgang,
während es kontinuierlich aus dem Ofen herauskommt. Das Wiederumrollen des Metalltuches
kann durchgeführt werden, um es zu einem endlosen Band zu verarbeiten, wonach die
Aushärtung durchgeführt werden kann, um die gewünschte Verbesserung der Eigenschaften
zu erreichen.
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Durch das Lösungsglühen, das durch den Wasserabschreckvorgang stabilisiert
wird, wird die Wirkung der unterschiedlichen Beanspruchung des Gefüges während des
Webens ausgeschaltet, wodurch die Ermüdungslebensdauer des Metalltuches auf über
16 000 Zyklen bis zum Brechen angehoben wird.
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Bei dieser Ausführungsform kann die Zusammensetzung dieser Kupfer-Beryllium-Legierung
(»Berylco 25«), wie folgt sein:
| Beryllium ................ 1,80 bis 2,200/0 |
| Kobalt .................. 0,18 bis 0,300/0 |
| Kupfer .................. Rest |
Ähnlich kann bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung der Kettendraht und
der Schußdraht, die beide aus einer Kobalt-Chrom-Eisen-Nickel-Molybdän-Legierung
(»Elgiloy«) bestehen und auf ihr Endmaß von ungefähr 0,076 bis zu 0,33 mm kalt gezogen
werden. Auch hier kann der Draht wieder einem Lösungsglühen unterzogen werden, um
die gewünschte Duktilität und Zugfestigkeit sicherzustellen, die für das Weben erforderlich
ist. Die Ketten- und Schußdrähte können dann zu einem 56-36-Maschengewebe verarbeitet
werden, wie das normalerweise üblich ist. Die Streckgrenze des »Elgiloy«-Kettendrahtes
würde ungefähr 42,1 kg/rnm2 bei einer Zugfestigkeit von ungefähr 196,0 kg/mm2 mit
einer Dehnung von ungefähr
5001, betragen. Der »Elgiloy«-Schußdraht würde
eine Streckgrenze von ungefähr 35,1 kg/mm2 bei einer Zugfestigkeit von ungefähr
180,0 kg/mm- mit einer Dehnung von ungefähr 60 % haben.
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Die Ketten- und Schußfäden können dann zu einem 56-36-Maschenmetalltuch
in normaler Art und Weise verwoben werden, wobei die Zugfestigkeit des Metalltuches
in Kettendrahtrichtung 45 kg pro Zentimeter Breite ist mit einer Biegungs-Ermüdungswiderstandsfähigkeit
in Kettendrahtrichtung von ungefähr 9600 Zyklen bis zum Brechen. Nachdem die gewünschte
Besäumungs- und Dehnarbeitsgänge durchgeführt sind, kann das Metalltuch einer Aushärtung
bei einer Temperatur von 315 bis 537°C unterworfen werden und während eines Zeitraumes
von ungefähr 3 bis 5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten werden, um die gewünschte
Verbesserung der Eigenschaften zu erreichen. Das Metalltuch kann dann auf Raumtemperatur
luftgekühlt werden. In dem fertigen und wärmebehandelten Zustand ist die Zugfestigkeit
in Kettendrahtrichtung des Metalltuches 89 kg pro Zentimeter Breite mit einem Biegungs-Ermüdungswiderstand
in Kettendrahtrichtung von ungefähr 31000 Zyklen bis zum Brechen. Die Zusammensetzung
einer solchen Kobalt-Chrom-Eisen-Nickel-Molybdän-Legierung (»Elgiloy«) kann wie
folgt sein: Es hat sich gezeigt, daß die Legierungen »Berylco 25« und »Elgiloy«
sehr zufriedenstellende Ergebnisse bringen. Es ist jedoch klar, daß auch andere
aushärtbare Legierungszusammensetzungen ähnlich günstige Ergebnisse bringen können.
Beispielsweise hat es sich gezeigt, daß rostfreier Stahl mit 16,0 bis 18,0 % Chrom,
6,5 bis 7,5% Nickel, 0,09% Kohlenstoff, 0,75 bis 1,50% Aluminium, Rest Eisen gleichwertige
Ergebnisse beim Erzeugen eines gewobenen Metalltuches bringt.
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Die Ketten- und Schußdrähte können in jedem Falle von der gleichen
Legierungszusammensetzung aus verschiedenen, aber miteinander verträglichen Legierungen
bestehen, wobei sie in ihrer Streckgrenze und Zugfestigkeit nur leicht voneinander
abweichen, um sich richtig verweben zu lassen.
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Ein Metalltuch nach der Erfindung weist nicht nur eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegen Beschädigung, sondern auch gegen Abnutzung, Ermüdung und Korrosion auf. Die
Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung ist äußerst wichtig bei Papierherstellungsarbeitsgängen,
bei denen die Geschwindigkeiten in vielen Fällen über 600 m je Minute hinausgehen.
Demgemäß muß, wenn sich die Maschinengeschwindigkeiten erhöhen, das Metalltuch eine
genügende Biegungswiderstandsfähigkeit haben, wenn es nicht durch Ermüdungsbrechen
lange vor seiner tatsächlichen Abnutzung ausfallen soll. Zusätzlich schafft die
erhöhte Lebensdauer des Metalltuches nach der Erfindung eine wesentliche Ersparnis
nicht nur vom Standpunkt des Materials bezüglich der Metalltücher selbst, sondern
auch vom Standpunkt des Betriebes infolge der verhältnismäßig niedrigen Ersatzkosten
für derartige verbesserte Metalltücher.
| Kobalt ........................ 400/0 |
| Chrom ........................ 20% |
| Nickel......................... 150/0 |
| Molybdän ..................... 7% |
| Mangan ....................... 2% |
| Kohlenstoff .................... 0,15010 |
| Beryllium ...................... 0,040/0 |
| Eisen .......................... Rest |