DE1433810A1

DE1433810A1 - Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Eisenmaterial

Info

Publication number: DE1433810A1
Application number: DE19621433810
Authority: DE
Inventors: Tufts Marshall W
Original assignee: Screw & Bolt Corp
Current assignee: Screw & Bolt Corp
Priority date: 1961-08-15
Filing date: 1962-07-19
Publication date: 1968-12-19
Also published as: SE323401B; DE1433810B2; US3230118A; GB1021883A

Description

Pat f η 1.1 η wait

MU _^*^ \ Υγ.· ^*⁰^ München-Pullach, den 19. Juli 1962

yckoff Steel Company,

Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Eisenmaterial

Die vorliegende Erfindung hat die Herstellung von Eisenmaterial mit verbesserten physikalischen Eigenschaften zum Zweck und bezieht sich auf ein Verfahren hierzu. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Eisenmaterial, welches durch Recken (strain hardening) oder durch Seigerung (precipitation-hardening) irgendwelcher Art bearbeitbar ist und dabei im wesentlichen eine gleichbleibende Härte behalte

Es ist bekannt, daß die physikalischen Eigenschaften vieler Arten von Eisenmaterial, wie Z₀B₀ kohlstoffhaltigen Stählen, durch Wärmebehandlung verbessert werden können. Es ist jedoch ebenfalls bekannt, daß durch eine Verbesserung der physikalischen Eigenschaften auf Grund von Wärmebehandlung eine Erhöhung der Härte eintritt. Bei der Verwendung von derartigen Werkstoffen für Zwek-

Här.te

ke, bei denen eine bestimmte/festgelegt ist, wie dies hinsichtlich der Bearbeitbarkeit eine große Rolle spielt, erbringen die bekannten Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften nur geringe Vorteile»

Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren vor, welches im

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wesentlichen darin besteht, daß das Eisenmaterial, welches durch Recken oder durch Seigerung bearheitbar ist, mindestens ein Mal soweit gereckt wird, daß es bei Aufhebung der hierbei angewendeten Spannung eine bleibende oder plastische Verformung beibehält. Der Reckvorgang kann wahlweise in Verbindung mit einem Kaltbearbeitungsvorgang, im allgemeinen einem, bei dem der Querschnitt des Materials verändert wird, z.B. einem Kaltζiehvorgang, durchgeführt werden. ΨβΏϋ ein Kaltbearbeitungsvorgang stattfindet, kann er entweder vor oder nach dem Reckvorgang erfolgen.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, das Eisenmaterial in Verbindung mit der in das Material aufgebrachten Spannung oder in Verbindung mit den Reck- und Kaltbearbeitungsvorgängen von der ihm innewohnenden Spannung freizumachen (stress relieved). Das Entspannen wird hierbei vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Eisenmaterials in ungerecktem Zustand durchgeführt. Das Aufbringen von Spannung und das Entspannen braucht nicht in irgend einer bestimmten Reihenfolge ' durchgeführt zu werden, wobei selbstverständlich die Vorteile der Erfindung dann nicht erzielt werden, wenn das Eisenmaterial zuerst von der ihr innewohnenden Spannung entlastet und dann unter Spannung gebracht wird. Es ist daher in den meisten Fällen zweckdienlicher, das Material erst unter Spannung zu bringen und dann zu entspannen. Die Erfindung erstreckt sich jedoch auch darauf, gleichzeitig in einem Vorgang Spannung im Material zu erzeugen und das Material davon wieder zu entlasten«

Es kämen darüberhinaus auch mehrere im Material Spannung erzeugende Vorgänge durchgeführt werden. Wenn mehrere Entspannungvorgänge angewandt werden, können sie jeweils nach einem vorhergehenden Spannung erzeugenden und/oder Kaltbeo-beitungsvorgang oder nach ' bestimmten vorhergehenden Bearbeitungsvorgängen durchgeführt wer_ den. ■

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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in Diagrammen dargestellt sind.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung des Bereiches plastischer Verformung bei kennzeichnenden Zugbelastungskurven, Fig. 2 eine Zugfestigkeitskurve von Stahl 0-1018 und Figo 3 die Zugfestigkeitskurve von Stahl 414-0.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Bearbeitung von Stabmaterial beschrieben. Selbstverständlich ist hierdurch die Erfindung nicht auf Steinmaterial beschränkt« Die physikalischen Eigenschaften von Eisenmaterial jeglicher Art und Querschnittsform, unabhängig davon, ob diese regelmässig oder unregelmässig ist, können verbessert werden, wenn das betreffende Material wenigstens im gewissen Umfang Zugbeanspruchungen unterworfen werden kann«,

Unter plastischer Verformung wird in der Patentbeschreibung ein Zustand des Materials verstanden, der dann eintritt, wenn das Material soweit gereckt worden ist, daß es nach Aufhebung der Zugspannung eine bleibende Verformung behält. Die plastische Verformung braucht hierbei nicht der bei Anwendung der Zugspannung auftretenden Verformung gleich zu sein_o Das Material gilt als bleibend verformt, wenn es nach Aufhebung der Zugspannung nicht wieder in seine ursprüngliche !Form zurück-geht.

Bei Werkstoffen, bei denen die Fließgrenze nicht ohne weiteres bestimmbar ist, kann das untere Ende des Bereiches der plastischen Verformung etwa hiermit gleichgesetzt werden. Es ist bekannt, daß die Fließgrenze bei vieLen Arten herkömmlicher Werkstoffe, beispielsweise bei kaltgezogenem Stangenmaterial, nicht ohne weiteres bestimmbar ist.

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Die obere Grenze des plastisch verformbaren Bereiches wird durch den Punkt auf der Zugfestigkeitskurve bestimmt _f oberhalb dessen die Festigkeit "bei Anwendung weiterer Zugspannung sohneil nachlässt. Bezogen auf Stangenmaterial bestimmt sich die obere Grenze des Bereiches der plastischen "Verformung durch die Stelle, an der sich das Material einzuschnüren beginnt_β

Figur 1 ist eine achaubildliche Darstellung des Bereiches der plastischen Verformung von zwei kennzeichnenden Stahlsorten»

A ist die Zugspannung-Festigkeitskurve von warm gewalztem, kohlenstoffhaltigem Stahl Ö-1144» der annähernd folgende Zusammensetzung hats

0 —	0,40
Mn -	0,86
P —	0,015
S	0,025
Si -	0,25
Gr -	0,93
!ίο -	0,20

B ist die gleiche Kurve für einen warmgewalzten, kaltgezogenen und von der ihm innewohnenden Spannung entlasteten Stahl vor der Bearbeitung nach dem erfindungsgemässen Verfahren·

Bei der Kurve A liegt die untere Grenze der plastischen Verform-

Punkt
barkeit etwa bei/G, d«r ungefähr die Fließgrense dee Stahle angibto Die obere Grenze des Bereiches plastischer Verformbarkeit ist bei D angegeben und entspricht der Bruchgrenze des betreffenden Stahls. Der Bereich der plastischen Verformung reicht somit von 0 bis D. '

Die Fließgrenz© des Stahls nach der Kurve B läßt sich nicht ein- -

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deutig festlegen. Wenn dieser Stahl in dem durch die Punkte E und D bezeichneten Bereich auf Zug beansprucht würde, würde er nach Aufhebung der Zugspannung mindestens teilweise wieder in seinen anfänglichen Zustand zurückgehen. Da die Fließgrenze nicht eindeutig festgelegt werden kann, kann auch die untere Grenze des Bereiches der plastischen Verformung nicht auf der Kurve eingezeichnet werden, jedoch kann sie als die Stelle gelten, oberhalb der der Stahl nicht wieder in seinen vorherigen Zustand zurückgeht. Das obere Ende des genannten Bereiches ist mit F bezeichnet, während der Teil der Kurve zwischen F und G- der Zugspannung entspricht, bei der der Stahl sich einschnürt, um dann bei G zu brechen.

Die Erfindung wird mit Hilfe von Versuchsergebnissen erläutert, die mit herkömmlichen Stahlstäben angestellt worden sind«

Tabelle I zeigt, in welchem Umfang die physikalischen Eigenschaften von Stangenmaterial aus Stahl 4140 bei gleichbleibender Temperatur während des Entspannungsvorganges verbessert werden. Der Stahl, mit dem die Versuche durchgeführt wurden, hatte etwa die folgende Zusammensetzung:

C - 0,40

Mn - 0,86

P - 0,015

S - 0,025

Si - 0,25

Or - 0,93

Mo - 0,20

Es wurden Jeweils Stahletäbe von etwa 3 Fußlange und 5/8 Zoll Durchmesser bis zur plastischen Verformung gereckt und daiach entspannt. Nach diesen beiden Vorgängen wurden die angegebenen Versuche zur feststellung der verbesserten physikalischen Eigenschaften durchgeführt.

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TABSIIE I

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Entspan- Zugfestig-Biege- EI.2" R.AoBrinell-normalerweise

nungstem-keit
peratur

Abgeschreckt 1180 F
gehärtet

¹¹ " 2$Reck-600^c

600
600¹

600⁽

festigkeit

Pfund pro Quadratzoll

143,800 146,200 149,400 152,900 168,500-

Härte

136,800 133,800 149,400 163,600 174,100

19,4
20,0
17,7
16,6
16,6

ζ.Erzielung d„ gleionen phys. S igens chaften erforderliche Härte

57,5 279 56,5 271 57,5 271 54,3 286 47,9 286

294 301 327 353

Der Stahl hat nac.h dem Abschrecken und Härten eine Biegefestigkeit von 136,800 Pfund pro Quadratzoll, die sich auf 174,100 pro Quadratzoll, d.h. um etwa 26$, bezogen auf die anfängliche Biegefestigkeit, erhöht, nachdem der Stahl um &fo gereckt und dann ■ bei einer Temperatur von 60O⁰F spannungsfrei gemacht worden ist«, In der vorstehenden Tabelle wie auch in der gesamten Beschreibung ist die Größe der ausgeübten Zugspannung als längenzunahme des betreffenden Werkstücks gegenüber seiner ursprünglichen länge ausgedrückt· Wenn dies nicht ausdrücklich erwähnt ist, haben alle· Werkstoffe, die der Untersuchung zu Grunde lagen, eine klar bestimmbare Fließgrenze, über die hinaus sie auf Zug beansprucht worden sind· Die Zeitdauer, während der das Prüfstück warm behandelt wird, um es spannungsfrei zu machen, entspricht der üblichen Praxisο Qsröhnlich wurden die Stangen etwa eine Stunde je Zoll Durchmesser zur Freimachung von Spannung warm behandelt, wobei ein Sicherheitsfaktor von etwa 50$ berücksichtigt wurde.

Die beiden letzten Spalten der vorstehenden Tabelle sollten besonders mit den die Festigkeit angebenden Spalten verglichen werden. Die Brinell-Härte eines nichtbehandelten Werkstückes wurde

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nach dem Abschrecken und Härten mit 279 ermittelt*. Bei den übrigen Werkstücken blieb die Härte innerhalb versuchsbedingter Fehlergrenzen konstant. Diese Erscheinung trat ein, obwohl sich die physikalischen Eigenschaften ζ,Β. in einer Zunahme der Biegefestigkeit fühlbar änderten. Die letzte Spalte der Tabelle gibt an, welche Härte Üblicherweise zur Erzielung der physikalischen Eigenschaften erforderlich ist, die erfindungsgemäss durch die Durchführung von Beck- und Entspannungsvorgängen, wie in SpLte 1 angegeben, ersielt werden.

In Tabelle II ist dargestellt, daß die physikalischen Eigenschaften bei einem Stab aus Stahl 4140 dadurch verbessert werden können, daß die Temperatur, bei der der Stab spannungsfrei gemacht wird, nach und nach erhöht wird, während die Seckung im wesentlichen die gleiche bleibt.

TABELLE II

Entspan- Zugfestig-Biege- EL.2^M RcA.Brinell-normalerweise

nungstem-keit
peratur

Abgeschreckt 1180° P.

gehärtet Rek-

* " 6#kung 200°
» 400°
* 600°
¹¹ 800°

festigkeit

Pfund pro Quadratzoll

143,800 155,200 157,000 152,900 152,200

Härte z.Erzielung d. gleichen phys. Eigenschaften erforderliche

Härte

136,800 19,4 57*5 279

155,200 16,5 52,8 286

166,100 16,0 54,9 286

163,600 16,6 54,3 286

149,400 19,7 54,9 294

Aue den Diagrammen ergibt sich, daß die Anwendung eines Reckvorganges mit einem nachfolgenden Vorgang, durch den die dem Werkstück innewohnende Spannung aufgehoben wird, die Festigkeit des Stahle über den durch Abschrecken und Härten erzielbaren Wert erhöht. Es wurden Temperaturen von 200⁰P bis 800⁰P angewendet,wo-

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bei die weitgehende Verbesserung der Werkstoffeigenschaften bei etwa 400⁰F festgestellt wurde. Eine Gegenüberstellung der Angaben in den letzten beiden Tabellenspalten zeigt, daß die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften ohne wesentliche Zunahme an Härte erzielt wurde.

Aus Tabelle III geht hervor, daß sich die physikalischen Eigenschaften verbessern, wenn das erfindungsgemässe Verfahren zusammen mit einem Kaltziehvorgang durchgeführt wird.

TABELLE III

Zugfestig-Biege- EL*2^fl R.AoBrinell-normalerweise zur keit festig- Härte Erzielung der gleikeit chen phyg» Eigen-

Pfund pro schäften erforder-

Quadrat-· · liehe Härte

zogen 600°

190,0Oo 176,200 7,5 44,8 381

H.H.Heckung 6$ -

400° - l/l6kaB- 230,300 212,300 7,0 37,3 264 451 gezogen

Hash der obigen Tabelle wurde das erste 3 PuS lange Probestück aus einer Stange von Stahl 4140 von 11/16 ZdIl Durchmesser durch Kaltziehen in seinem Durchmesser um 1/16 Zoll verringert und dann bei 600⁰I? Ton der ihm innewohnenden Spannung freigemacht« Das zweite Probestück, das mit dem ersten hinsichtlich seiner Zusammen«, setzung übereinstimmte, wurde zuerst um 6$ durch Ziehen in seinem Querschnitt verringert und Sann bei einer Temperatur von 400^ von der ihm innewohnenden Spannung freigemacht, bevor der Kaltziehvorgang und das abschließende Freimachen von Spannung erfolgte. Die zusätzlichen Be&rbeitungevorgänge ergaben eine um mehr als 2i$ erhöhte Zugfestigkeit und eine um ebenfalle etwa 21$ höhere Biegefestigkeit. Gleichzeitig nahm die Härte des Probestücks fühl-

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bar ab J) as ist bemerkenswert, weil das durch, das erfindungsgemässe Verfahren erhaltene Material für Zwecke eingesetzt werden kann, für die seine usprüngliche Härte zu groß und für die seine ursprüngliche Festigkeit zu gering ist·

In Tabelle IV ist die Wirkung dargestellt, die dann eintritt, wenn sowohl der Betrag der Eeckung als die beim Freimachen von Spannung angewendete Temperatur verändert werden· Der untersuchte Stahl 0 1144 hatte die folgende Zusammensetzung: C 0,42, Mn 1,57, P 0,016 und S 0,290.

TABELLE IV

Zugfestig- Biegekeit festigkeit

Pfund pro Quadratzoll HR O56 Reckung 105,400 6#Reekung 400°0.D,136,200

6#Reckung 400⁰O ,D. 146,100 600°

HR83teeokung 60O⁰P.120,300 115,600 16,0 42,8 183 231

ELo	2» H.A.	Brinell-normalerweis e ζ.	40	Erzielung	: d.glei-
		Härte	36	chen phys	.Eigen-
			32	schäften	erfor-
			derliche	Härte
			,9 20ü	—
70	,600	1ί	,4 200	279
127	,800	5,	,7 204	294
134	,200	7,




,5
»0

Das zweite Prüfstüok wurde zunächst um 6#gareokt und dann bei 400⁰P spannungsfrei gemacht und schließlich kalt gezogen. Zu Vergleichszweckexi wurde ein drittes Prüfstück den gleichen Vorgängen unterworfen, wobei abschließend das Stück bei 600°? spannungsfrei gemacht wurde. Ber zusätzliche Vorgang zum Freimachen von Spannung brachte ein· fühlbare Verbesserung der Zug- und Biegefestigkeit. Die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften beim Prüfstück Hr. 3 traten im wesentlichen ohne eine Vergrößerung der * Härte gegenüber dem Vergleiohstück und dem entsp*annten und kaltgezogenen Stüok ein.

Sie tabellarisch aufgeetellten Ergebnisse können zu den

-+■-λο

Dehnungskurven nacii Figur 2 und 3 zusammengefasst werden.

Die Kurve nach Figur 2 bezieht sich auf einen Stahl C 1018 mit annähernd der folgenden Zusammensetzung«

0 - 0,18

. Wa - 0,74

F - 0,012

S - 0,030

Die Kurve H bezieht sich auf warm gewalztes, kaltgezogenes Prüfstücke Die Kurve J betrifft ein warm gewalztes, um 6$ gerecktes Prüfstück, das bei 400⁰F spannungsfrei gemacht wurde, kaltgezogen und erneut bei 600⁰F spannungsfrei gemseht ist» Das Prüfstück K wurde nach dem Warmwalzen zunächst um 6$ gereckt, dann bei 400⁰F spannungsfrei gemacht und kaltgezogen. Das Hecken und Freimachen von Spannung vor der Durchführung des Kaltziehens füisrte bei den Prüfstücken J und K zu einer wesentlichen Verbesserung ihrer Festigkeit. Dagegen blieb die Härte der untersuchten Stücke innerhalb enger, durch Versuchsfehler bedingter Grenzen konstant.

In Figur 3 ißt ein Stahl 4140 mit etwa folgernder Zusammensetzung

dargestelltt	O »	0,40
	Mn -	0,84
	P	0,015
	S	0,025
	Si -	0,25
	Or -	0,93
	Uq -	0,20

In diesem Schaubild sind, ebenso wie die in Figur 2, die verbesserten physikalischen Eigenschaften, die sich bei der Durchführung des erfindungsgemäsaen Verfahrens ergeben, denjenigen ge-

to / η ο ts η

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genübergeeteilt, die ein Prüfstüok aufweist, das nur warm gewalzb, kalt gezogen und "bei 60O⁰J¹ spannungsfrei gemacht ist. Das Warmwalzen, Kaltziehen und Spannungsfreimachen wird in üblicher Weise durchgeführt. Bas warmgewalzte, kaltgezogene und spannungsfrei gemachte Prüfstück ist 'durch die Kurve L wiedergegeben.Das warmgewalzte Prüfstück, dem die Kurve M entspricht, wurde zuerst um 6# gereckt und dann bei 400⁰P spannungsfrei gemacht. Aus den Kurven ergibt sich, daß das Prüfstück M höhere !Festigkeiten aufweist, während seine Härte in wesentlichen derjenigen de* Prüfstücks nach der Kurve L gleichgeblieben ist.

Das erfindungegemässe Verfahren wird in nachstehender Weise durchgeführt:

Stahl in Stangenform in ezfcreder warmgewalztem, weich gegltfetem, abgeschrecktem und gehärtetem oder in angelassenem Zustand wird als Ausgangematerial verwendet. Das erfindungsgemässe Verfahren ist auf Stangenmaterial in jeglichem Zustand anwendbar·

Das Stangenmaterial wird in dem Zustand, in dem es vom Stahlwerk giiefert wird, zunächst einer Zugspannung unterworfen, die so gewählt ist, daß sich das Material plastisch verformt·

Entweder gleichzeitig hiermit oder nach dem Reck-Vorgang wird der Stahl spannungsfrei gemacht« Di· hierzu angewandte !Temperatur sowie die hierzu erforderliche Zeit, während der der Stahl der Temperatur ausgesetzt ist, hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, zu denen unter anderem die Größe des Werkstückes, die Zusammensetzung des Stahls, die Semstruktür und die Größe der im Stahl nach der Bearbeitung no oh erwünschten Spannung gehören »Bsi 11/16 Zoll, warm gewalztem rundem Stangenmaterial aus Stahl 0 1018 wurden 3 Fuß lange Prüfstücke etwa 1 Stunde lang Temperaturen von etwa 200°? bis 800°? ausgesetzt.

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Die Art der zur Einwirkung gebrachten Wärme hat keinen wesentlichen Einflußο Wenn die Stange gleichzeitig mit dem Recken spannungsfrei gemacht wird, kann durch Strom erzeugte Wärme verwendet werden* Es ist jedoch auch ebenso gut möglich, hierzu Gasbeheizung zu wählen.

Nach dem Hecken und nach dem Spannungsfreimachen kann das Stangenmaterial einem weiteren Formgebungsvorgang unterzogen werden. Das erfindüngsgemässe Verfahren ist insbesondere im Zusammenhang mit Kaltziehen angewendet worden« Die in den Abbildung«! und Tabellen angegebenen Kaltziehvorgänge wurden so geführt, daß sich die betreffenden Stäbe im Durchmesser um etwa 1/16 Zoll verringerten. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß das Kaltziehen auch lediglich ale Pormgebungsvorgang durchgeführt werden kann.

Das Kaltziehen wird am festen bei umgebungstemperatur ausgeführt und die in d®r leschreübing und den Ansprüchen enthaltene Bezeichnung Kaltziehen ist in diesem Sinne aufzufassen. Die Ziehmatrizen können sich selbstverständlich während des Ziehvorgangs erwärmen, jedoch ist zusätzliche Wärmezufuhr bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nicht erforderliche, sondern es ist im Gegenteil vorzuziehen, die Matrizen nicht zu beheizen.

Das Stangenmaterial kann? nachdem es spannungsfrei gemacht und kaltgezogen ist, in diesem Zustand verwendet werden. Im Material sind jedoch noch Spannungen, insbesondere Oberflächenspannungen, vorhanden» die vom Ziehvorgang herrühren· Um diese Spannungen zu verringern und möglicherweise gans zu beseitigen, kamt wahlweise ein zweiter Vorgang zum Freimachen von Spannung duahrt werden· Dieser zweite Vorgang kann in gleicher Wei·« wie dar erste erfolgan. Vorteilhaft hat sich die Anwendung von Temperaturen von etwa 20O⁰F bis 1000⁰F erwiesen«,

Es ist auch möglich, die physikalischen Eigenschaften durch Anwen-·

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diing von Ultraschall zusammen mit dem Heckvorgang zu verbessern· Hierzu wird das betreffende Werkstück während es gereckt wird Ultraschallwellen ausgesetzte Is hat sich jedoch gezeigt, dass die Art, in der der Ultraschall zur Anwendung gebracht wird, keine ausschlaggebende Rolle spielt. So ist sowohl das Verfahren zur Übertragung von Ultraschallwellen angewendet worden, bei dem an beiden Enden des Werkstückes je ein Kristall angebracht wird und die Schallwellen durch das Werkstück hindurchgeschickt werden, wie auch das sogenannte Reflektionsverfahren, bei dem ein!~ Kristall in der Nähe des Werkstücks angeordnet wird und die Schall· wellen auf den Kristall auftreffen und sum Oszillator zurückgehen. Die Ergebnisse, die bei der Anwendung beider Verfahren mit Ultraschall in Verbindung mit dem Recken erzielt wurden, sind in Tabelle V wiedergegeben«. Alle Prüfstücke waren warm gewalate 11/16 Zoll runde Stangen aus Stahl 4140.

TABELI.E V

Ent- Zugfeetig-Biege- EIi2" R,A· Brinell- normalerweise zur

»pan- keit festig- Härte Erzielung d. glei-

nunge- keit ehen phy·. Eigen-

tempe- Pfund pro schäften trforder-

ratur Quadrat- lieh« Hart·

waragewalit 6* 154,100 152,000 10* 47,3* 30/32 33 " » 6* 400° 168,000 161,800 79* 41,2*31/32 36 " " 6* 400° 174,200 168,100 7* 41,2*34/35 37,5 " "6* O.D_A

650° 176,100 172,500 8,5* 43,8* ~ 38

* ⁿ 6* 163,500 163,000 5,5* 41,2* 29/30 34,5 " " 6* 400°I176,100 171,100 5,5*42,8*34/35 38

Ha· eret· Verfahren der Anwendung von Ultra·ohall wuri· %«i &·& !•rketüek·!! 2 tei· 4, während da· Reütoktioneverfahr·» feel dem ¥·»*- •tüoken 5 umd 6 angewandt wurd·, Bei btidtn Verfahren wur*· mit

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einer Frequenz von 2 i/2 Megahertz gearbeitet und die Beschallung wurde solange durchgeführt_f als das Werkstück gereckt wurde. Bei den Werkstücken 3 und 6 nahm, die Hart© gegenüber derjenigen des Werkstücks 1 etwas zu· Die Zunahme an Härte war jedoch wesentlich geringer, als sie erforderlich gewesen wäre ,um die resultierenden physikalischen Eigenschaften zu erzielen·

Durch Versuche hat sieh ebenfalls herausgestellt, daß die Länge der Zeit, während der die auf das Werkstück auegeübte Zugspannung aufrechterhalten wird, keine besonder® Wichtigkeit hat. Die naehsteaende Tabelle zeigt die physikalischen Biganaehaften bei ¥©rkßtüeken voa chemisch gleicher - Zusammen*etzung, die - Zugspannungen von verschiedener Zeitdauer unterzogen wurden. Jedes Werkstück war «in 5 S¹US langer H'un&stab τοη 11/16 Soll Durchmesser aus Stahl 4140» Jeda® Probestück wurda gunäehst um 6$ gereckt und dann die Zugspannung wSsreJsi der ±κ der* f afe»lle wied#rgegebenen Zeit aufrecht erhalten.

	TABELLE	TI	0	Έ.Α·	Härte
Zeitdauer	Zug-	IX,·	0
der Zug-	feetig-		0
•pannung/eec	>. keit			—= .	30
O	154-» 100	*·-»**	50»0	28/29
30	144₉200	10,	50,0	28/30
60	144,200	10_f	53,0	28/29,5
120	142,800	1Q?

Wie sich hierauf ergibt, liegen die festgestellten physikalischen Eigenschaften der Probe«tüoke innerhalb der Tersucit»feiiXergrens#» Die· ist hinsiöhtlich der Wirteohaftliehkeit des erfin£«ji«9fenIS@ii Verfahrene Besondere wichtig , weil sd^haus den Vereuahte ergist»

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daß keinerlei Verweilfceiten bei der Ausübung der Zugspannung berücksichtigt zu werden brauchen.

Eb ist ebenfalls beobachtet worden, daß die erzielten physikalischen Eigenschaften sich nioht fühlbar ändern, wenn die Geschwindigkeit , mit der die Zugspannung aufgebracht wird, sich verändert· Auch dieee Erscheinung ist für die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemässen Verfahrens von Bedeutung, weil bei der Bearbeitung von großen MateriaJUiengen keine Rücksicht darauf genommen zu werden braucht, daß die Zugspannung nicht etwa zu schnell auf die Werkstücke zur Einwirkung gelangt·

Ein großer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, daß der bisher bei der Herstellung von Stangenmaterial erforderliche Verfahrenschritt, den G-lühspann oder Hammerschlag· zu entfernen, nicht mehr ,durchgeführt zu wtrden braucht, Warm gewalltes oder angelassenes Stangenmaterial, wie es vom Stahlwerk kommt,ist beim letzten Walzenstich mit etwa 1600⁰F durch die Walzen gegangen und danach an der Luft a-bgekühlt worden. Bei der Abkühlung an der Luft bildet sich auf der Oberfläche des Materials Hammerschlag. Dieser muß,zumeist durch Beizen in Säure oder durch Kugelstrahlen, entfernt werden, bevor das Material gezogen wird, weil sonst die Oberfläche des Materials verformt oder die Ziehmatrizen vorzeitig verschli-ssen werden* Beim erfindungsgemässen Verfahren dagegen springt der Hammerschlag beim Recken von selbst ab· Am Ende des Reokvorgangs ist das Material daher so sauber, als wäre die Kruste von Hammerschlag nach ein em der herkömmliohen Verfahren entfernt worden·

Die Verbesserung der Festigkeitseigenschaften beim Eisenmäterial ändert sich in weitem Umfang in Abhängigkeit von d»r jeweiligen Art des Materials und insbesondere von dem Kohlenstoffgehalt.Bei einigen Stahlsorten kann die erzielbare Verbesserung wesentlich

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geringer als "bei den erläuterten Ausführungsbeispielen sein« Es kann jedoch auch ausserordentlieh erwünscht sein, das erfindungsgemässe Verfahren auch "bei solchen Stählen anzuwenden, damit ihre Bearbeitbarkeit verbessert wird« Beispielsweise "bestimmt die Bearbeitbarkeit die Verwendungsmöglichkeit eines Stahle für die Herstellung von Verbindungen an Pumpengestängen· Ein Verbinder an einem Pumpengestänge ist im wesentlichen eine Muffe, mit deren Hilfe zwei aneinandergrenzende Rohre aneinander angeschlossen werden," di« in Erdölbohrungen Verwendung finden. Die Verbindungsmuffe wird im allgemeinen in warm 'behandeltem Zustand bearbeitet, weil sich bei nachträglicher W&rmbea:ö»ittfng die G-ewinde verliehen.würden. Um "jedoch Bearbeitbarkeit zu sein, soll ein Stahl eine Härte von etwa 32 Hockwell 0 aicht übersehreiten. Durch die Begrenzung auf diese Härte ist jedoch au@h di« dem ' Stahl innewohnend« !Festigkeit begrenzt. Bei Verwendung des -er-* findungfigemäasen Verfahrens ist es jedoch möglich, eine verbesserte Bearbeitbarkeit bei Stählen su erzielen, .deren festigkeit höher liegt, als sie durch eine Hart© von 32 Roelaell G sich ergeben würde«

Das erfindimgsgemässe Verfahren ist aueh bei der Behandlung von Baustählen vorteilhaft. Aus bekannten Gründen ist ee wünschenswert, di« physikalischen Eigenschaften von Baustählen zu erhöhen, um dadurch die erforderlichen Stahlmengen zu verringern· Es ist gegenwärtig im allgemeinen nicht möglich, die physikalischen Eigenschaften von Baustählen durch Warmbehandlung zu verbessern, weil die meisten Warmbehandlungßöfen Werkstücke von der Größe von Baustahl nicht aufzunehmen vermögen· Selbst wenn sie dies könnten, würde bsim Erwärmen und Abschrecken, das hierbei erforderlich ist, sich der Stahl verziehen und zu groBen Schwierigkeiten führen, weil es nahezu unmöglioh ist, die durch Verziehen eingetretenen Formänderungen bei Stähle für Konstruktionssweoke wieder auszugleichen. Da bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahren* nur gerin-

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gee oder gar kein Verziehen auftritt, ist es somit möglich, die Vorzüge der Warmbehandlung zu erzielen, ohne die Nachteile derselben in Kauf nehmen zu müssen.

Ks muß auch darauf hingewiesen werden, daß sich bei Anwendung
des erfindungsgemässen Verfahrens in bestimmten Fällen die Härte des Stahls gegenüber seiner anfänglichen Härte verringert, während eich seine physikalischen Eigenschaften verbessern.

Wie festgestellt wurde, ist die Art von Spannung, der das Eisennaterial unterworfen wird, nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Es wird aber als vorteilhaft angesehen, mit Zugspannung anstatt mit Druckspannung zu arbeiten.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen AuBführungsbeispiele begrenzt, sondern kann im Rahmen des ihr zu Grunde liegenden Gedankens auf die verschiedenste Weise abgewandelt, ergänzt und verbessert werden.

Alle beschriebenen und abgebildeten Einzelheiten sind erfindungswesentlioh.

Claims

Al

PAIIBIAUSPRtiCHE

1o Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von lisenmaterialj, das durch Recken oder Seigerung härtbar ist, dadurch gekennzeichnet _t daß das Material bis zur bleibenden Verformung gereekt wird und dann τοη der ihm innewohnenden Spannung bei einer unter seiner Rekristallisationstemperatur in ungedecktem Zustand liegenden Temperatur freigemacht wird.

2o Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften wan Eiaenmaterial, das durch Recken ader Seigerusg härtbar ist, dsdmreh gekennzeichnet, daS d&e Material bis zur bleibenden Ver- ^; formung gpreckt wird und dann von dor ihm innewohnenden Spannung bei einer unter geiner Rekristallisationstsmperatur in ungerecktem Zustand liegenden. !Psmperatur freigemacht wird, daß das Material . danach bis aus? Änderung saines Querschnitte kalt bearbeitet und sohliellich wieder von d»r ihm innewohnenden Spannung entlastet wird«,

3β Verfahren sur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Eisenmaterial, das durch Hecken oder durch Seigerung härtbar ist, da&aroh gekennaeichnet, &&S das Material bis snr bleibenden Verformung gereckt wird₈ dann durch Kaltbearbeitung in seiner Querschnittsform plastisch verändert, danach von der ihm inn#wohnend«n Spannung bei einer unter seiner normalen Rekristallisationatemperatur liegenden Temperatur freigemacht und schließ_ lieh zu seiner endgültigen Gestalt fertig bearbeitet wird.

4· Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Sieemsaterial, dar« dureh Recken oder durch Seigsrung härtbar ist, dadur©ii gekennseichnet, daS das Material bis s^r bell·» banden Verformung gereckt wird uni dann von der ihm innewohneaden Spanauiig bei einer unter »einer Rekristallisationstemperatur liegenden temperatur freigemacht wird, dass daran das Material un-

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ter Änderung seiner Querschnittefora kalt bearbeitet und schließlich wiederum von der ihm innewohnenden Spannung entlastet wird«

5. Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften Ton Eisenmaterialι das durch lecken oder Seigerüng härtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material bis zur bleibenden Ver-r formung gereckt wird und dann wnn lh« liinowahngnaew Sjwmimmo bei einer Temperatur zwischen etwa 200⁰F und 1000⁰F für eine solche Zeitspanne von Ihm innewohnenden Spannung freigemacht wird, daß sich die im Material vorhandene Spannung mindestens zum wesentlichen Teil verringert oder daß eine Seigerungshärtung erfolgt, daß dann das Material bis zur Änderung seiner Querschnittsform kalt bearbeitet und naoh der Kaltfertigisarbeitung durch Anwendung einer Temperatur von etwa 200⁰F bis etwa 100OjI? während einer zur wesentlichen Verminderung der ihm Innewohnenden Spannung oder zur Erzielung einer Seigerungshärtung ausreichenden Zeitdauer entspannt wird·

6« Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Entspannungsvorgang bei einer Temperatur von etwa 400⁰F bis 600⁰F und der zweite Entspannungevorgang bei einer Temperatur von etwa 600"⁰F bis etwa 800⁰F durchgeführt wird,

7· Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von bearbeitbarem Stahl in Stangenform, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff bis zur bleibenden Verformung gereckt, dann unter plastischer Veränderung seines Querschnitts kalt bearbeitet und schließlich bei einer Temperatur von etwa 200⁰F bis faOO°F entspannt wird«

8. Verfahren zur Verbesserung der pfcysikalisehen Eigenschaften von bearbeitbarem Stan), in Stangenform, dadurch gekennzeichnet« daß der Werkstoff einer Temperatur von etwa 200⁰F bis 1000⁰F wäh-

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rend einer ausreichend langen Zeit ausgesetzt wird, um mindestens die bei der vorhergehenden Verfahrenstufe im Werkstoff erzeugte Spannung wesentlich zu verringern, daß dann der Werkstoff danach durch Kaltbearbeitung plastisch verformt und schließlich erneut einer Temperatur von etwa 200⁰P bis etwa 1000⁰F während einer ausreichend langen Zeit ausgesetzt wird, um mindestens die bei der vorhergehenden Verfahrensstufe im Werkstoff erzeugte Spannung wesentlich zu verringern

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl zunächst auf eine oberhalb seines kritischen Punktes lie-" gende Eemperatur erwärmt und dann luftgekühlt wird.

10· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch, gekennzeichnet, daß der Stahl zunächst angelassen wird«,

11* Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl zuerst auf eine iDe-mperatur oberhalb seines kritischen Punktes gebracht und dann schnell in einem geeigneten Medium zur Erzielung der gewünschten Härte oder Struktur vor den Reck- und Entspennungsvorgängen abgeschreckt wird.

12, Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Eisenmaterial, das durch Hecken oder durch Seigerung härtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material bis zur bleibenden Verformung gereckt und danach bis zur Veränderung seiner Querschnittsform kalt bearbeitet wird«

13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltbearbeitung anschließend an den Reckvorgang durchgeführt wird und aus einem Kaltziehvorgang besteht·

14-e Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Eisenmaterial, das durch Recken oder durch Seigerung härtbar

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ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material bis zur bleibenden Verformung gereckt wird und dann von der ihm innewohnenden Spannung bei einer unter seiner Rekristallisationstemperatür in ungerecktem Zustand liegenden Temperatur freigemacht und schließlich unter Veränderung seiner Querschnittsform kalt bearbeitet wird·

15o Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Eisenmaterial, das durch Recken oder durch Seigerung härtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material unter Veränderung seiner Querschnittsform kalt bearbeitet und danach bis zur bleibenden Verformung gereckt wird.

16· Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Eisenmaterial, das durch Recken oder durch Seigerung härtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material unter Veränderung seiner Querschnittsform kalt bearbeitet und danach von der ihm innewohnenden Spannung bei einer unter seiner Rekristallisationstemperatur liegenden Temperatur entspannt wird·

17. Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Eisenmaterial, das durch Recken oder durch Seigerung härtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material unter Veränderung seiner Querschnittsforft kalt bearbeitet und danach von der ihm innewohnenden Spannung bei einer unter seiner normalen Rekristallisationstemperatur in ungereoktem Zustand liegenden Temperatur entspannt, danach erneut bis zur bleibenden Verformung gereckt und schließlich abermals bei einer unter seiner Reckkristallisationstemperatur in ungerecktem Zustand liegenden Temperatur entspannt wird.