DE1558776C - Verfahren und Vorrichtung zur Änderung physikalischer Eigenschaften insbesondere der Bearbeitbarkeit, eines metallischen Werkstucks - Google Patents

Description

Größe, die Polarität und die Anlagedauer der Spannung in bezug auf die Zusammensetzung des Werkstückes und die zu ändernde physikalische Eigenschaft gewählt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Temperatur kurz unter dem Schmelzpunkt des Metalls liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nebst Vorrichtung zur Änderung physikalischer Eigenschaften, insbesondere der Bearbeitbarkeit, eines metallischen Werkstückes, bei dem das Werkstück zunächst auf eine gegenüber Raumtemperatur erhöhte Temperatur

Glimmentladung zwischen dem Werkstück und 20 gebracht und dann gesteuert wieder abgekühlt wird, dem anderen Pol ausbildet, wobei die absolute Viele, insbesondere hochschmelzende Metalle, wie

z. B. Chrom, Niob, Tantal, Molybdän, Wolfram und Legierungen dieser und anderer Metalle lassen sich auf dem heute üblichen Wege nur schwierig insbesondere spanabhebend bearbeiten. Ebenso sind Superlegierungen und andere Metalle, wie z. B. Titan und Beryllium schwer zu bearbeiten. So läßt sich beispielsweise Titan im Vergleich zu normalem Kohlenstoffstahl nur mit sehr großem Auf wand spanabhebend

kennzeichnet, daß das Metallteil während des 30 verformen, es sei denn, dieses Metall ist besonders Abkühlvorganges einer von Luft abweichenden rein. Wenn heute Titan auf einer Dreh- oder Atmosphäre ausgesetzt wird. Fräsbank bearbeitet wird, müssen sehr harte

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- Schneidwerkzeuge verwendet werden, wie z. B. kennzeichnet, daß das Werkstück aus Titan be- diamant- oder hartmetallbestückte Werkzeuge, und steht und negativ aufgeladen wird und daß die 35 die Schnittgeschwindigkeit muß verhältnismäßig Atmosphäre Acetylen enthält. niedrig eingestellt werden. Es ist weiterhin notwendig,

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- daß die Spandicke klein bleibt. Aber selbst wenn kennzeichnet, daß der Kühlvorgang bei Unter- diese Bedingungen eingehalten werden, ist der Verdruck durchgeführt wird. schleiß des Schneidwerkzeuges sehr hoch. Aus diesen

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 40 Gründen ist die Bearbeitung von Titan und vielen kennzeichnet, daß das Aufheizen des Werkstückes anderen hochschmelzenden Metallen ein kostspieliges

und zeitaufwendiges Verfahren. Wenn die vorerwähnten Bedingungen dagegen nicht eingehalten werden, steigt der Werkzeugverschleiß enorm an, und 45 darüber hinaus wird die Oberflächengüte der bearbeiteten Metalle schlecht. In vielen Fällen, beispielsweise bei Titan, wird die Oberfläche sogar zerrissen bzw. angefressen; im Falle von Wolfram kommt es sogar vor, daß das Metall zersplittert bzw. kennzeichnet, daß der Lichtbogen durch eine das 50 bricht.

Werkstück zumindest teilweise umgebende Ko- Bislang läßt sich mit Sicherheit nur wenig darüber

ronaentladung hervorgerufen wird. sagen, warum sich ein Metall besser als ein anderes

9. Vorrichtung zur Durchführung des Ver- spanabhebend verarbeiten läßt. Einige Fachleute fahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn- vertreten beispielsweise die Auffassung, daß die Bezeichnet, daß zwei Elektroden (17, 18) in gegen- 55 arbeitbarkeit von Metallen von der Kristallstruktur seitigem Abstand angeordnet sind, von denen abhängt; mit dieser Theorie lassen sich jedoch einige eine mit einem das Werkstück (38) in Abstand bemerkenswerte Ausnahmen nicht erklären. Zur Zeit von der anderen Elektrode (18) haltenden Werk- wird daher der Bearbeitbarkeits-Index eines gestückhalter (37) versehen ist; daß ferner je eine gebenen Metalls durch ein empirisches Vergleichsverregelbare Heiz- und Kühlvorrichtung für das zu 60 fahren bestimmt. Zu diesem Zweck wird ein gebehandelnde Werkstück und eine Gleichspan- normtes Metallstück aus einem Bezugsmaterial unter nungsquelle (20) vorgesehen sind, die an die Bedingungen bearbeitet, bei denen Art, Form und Elektroden angeschlossen ist und deren Spannung Zustand eines Bezugswerkzeuges bekannt sind und nach Größe und Polarität veränderbar ist. bei denen die Schneidgeschwindigkeit und die Span-

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge- 63 dicke ebenfalls bekannt sind. Dieselben Bedingungen kennzeichnet, daß die Heizvorrichtung von den werden dann so exakt wie möglich beim Bearbeiten Elektroden (17, 18) und der Gleichspannungs- eines zweiten genormten Stückes eines anderen Maquelle (20) gebildet ist, die zum Erzeugen und terials reproduziert. Anschließend werden viele

mit einer zur Bildung eines Lichtbogens zwischen dem Metallteil und der auf Abstand stehenden anderen Elektrode ausreichenden Gleichspannung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen bei Unterdruck erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge-

Faktoren, zu denen der endgültige Zustand des Werk- stoff nach einer Behandlung mit dem erfindungsge-

zeuges, die sichtbare Erscheinung der bearbeiteten mäßen Verfahren ohne die sonst auftretende Rißbil-

Metalloberflache und die Art der während der Be- dung spanlos verformen läßt.

arbeitung erzeugten Späne gehören, mit Bezug auf Durch wieder andere Versuche ist nachweisbar,

das Material ^ausgewertet. Diese Faktoren werden 5 daß sich Rohrverschraubungen, die . bisher aus

dann, mit entsprechenden Gewichten versehen, in rostfreiem Stahl gefertigt wurden, durch Anwendung

eine empirische Formel eingesetzt und führen da- des erfindungsgemäßen Verfahrens-mit dem Ziel

durch zu einer zusammengesetzten Zahl, die einen einer Gewichtsverringerung aus Titan herstellen

Anhalt für die spanabhebende Verarbeitbarkeit des lassen, und zwar zu Kosten, die unter denjenigen für

zweiten Metalls mit Bezug auf das Bezugsmaterial io Rohrverschraubungen aus rostfreiem Stahl liegen,

darstellt. Dieser Bearbeitbarkeits-Index eines be- Nach andere Versuche am Beispiel einer; Kupfer-

stimmten Metalls bzw. einer Legierung läßt sich Blei-Zinn-Legierung zeigen, daß mit dem erfindungs-

selbst bei nur geringen Anforderungen an Genauig- gemäßen Verfahren eine Steigerung der Härte auf

keit nicht vorhersagen. ; Werte erreichbar ist, die bei Kupferlegierungen mit

Zur Änderung der physikalischen Eigenschaften 15 herkömmlichen Verfahren bislang nicht erreichbar metallischer Werkstücke sind insbesondere aus der waren. Rockwell-Härten von C 45 bis C 65 waren Härtereitechnik die verschiedensten Verfahren be- : nicht ungewöhnlich. ; ; ■ ;ir^>· ; . kannt. Weiterhin ist es bekannt, die Festigkeit metal- Einige bevorzugte Ausführungsformen des erfinlischer Werkstücke dadurch zu verbessern, daß diese ' dungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß die ' mittels Durchleiten von Gleichstrom während einer ao erhöhte Temperatur kurz unter dem Schmelzpunkt Abkühlungsperiode polarisiert werden. Der Kernge- des Metalls liegt oder daß das Metallteil während des danke dieses bekannten Verfahrens besteht darin, die Abkühlvorganges einer von Luft abweichenden Molekühle und Atome im Werkstück auszurichten, Atmosphäre ausgesetzt wird; insbesondere bei der so daß sie eine der Maserung von Holz analoge Behandlung von Titan ist vorgesehen, daß das Werk-Struktur erhalten. Die mit diesem Stand der Technik as stück negativ aufgeladen wird und daß die Atmoerreichbaren Eigenschaftsänderungen reichen in Sphäre Acetylen enthält. : ; vielen Fällen heute nicht mehr aus, um die überall Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vornotwendigen Produktivitätssteigerungen und Kosten- richtung, bei der zwei Elektroden in gegenseitigem Senkungen zu erzielen, oder auch, um die mehr und Abstand angeordnet sind, von denen eine mit einem mehr verwendeten selteneren Metalle mit vertret- 30 das Werkstück in Abstand von der anderen Elekbaren Kosten bearbeiten zu können. trode haltenden Werkstückhalter versehen ist, und

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der ferner je eine regelbare Heiz- und Kühlvor-

ein Verfahren zu schaffen, mit dem die physikalischen richtung für das zu behandelnde Werkstück und eine

Eigenschaften metallischer Werkstücke mit besserem Gleichspannungsquelle vorgesehen sind, die an die

Erfolg als bisher verändert, insbesondere die Bear- 35 Elektroden angeschlossen ist und deren Spannung

beitbarkeit der Werkstücke verbessert werden kann; nach Größe und Polarität veränderbar ist. Die Heiz-

Das diese Aufgabe lösende Verfahren zur Ände- vorrichtung wird hierbei vorzugsweise von den Elek-

rung physikalischer Eigenschaften, insbesondere der troden und der Gleichspannungsquelle gebildet, die

Bearbeitbarkeit eines metallischen Werkstückes, bei zum Erzeugen und Aufrechterhalten eines Licht-

dem das Werkstück zunächst auf eine gegenüber 40 bogens zum Aufheizen des Werkstückes ausgelegt

Raumtemperatur erhöhte Temperatur gebracht und sind. ·

dann gesteuert wieder abgekühlt wird, zeichnet sich Die Erfindung ist nachstehend an Hand der in der erfindungsgemäß dadurch aus, daß das Werkstück Zeichnung gezeigten bevorzugten Ausführungsform zumindest zu Beginn des Abkühlvorganges an den einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Vereinen Pol einer Hochspannungsquelle konstanter 45 fahrens vorgesehenen Vorrichtung näher erläutert. Polarität angeschlossen wird und daß der Abstand - Der in der folgenden Erläuterung mehrfach bezwischen Werkstück und dem anderen Pol sowie die . nutzte Ausdruck »Glühpotential« bezieht sich auf Art des Dielektrikums zwischen Werkstück und dem diejenige Gleichspannung, bei der ein Werkstück anderen Pol in Abhängigkeit von der in der Größen-' während des Abkühlens von einer erhöhten Tempeordnung von Kilovolt liegenden Gleichspannung so 50 ratur auf eine niedrigere Temperatur ausgesetzt ist. aufeinander abgestimmt werden, daß sich kein Licht- Diese Gleichspannung erzeugt als solche aber keine bogen bzw. keine Glimmentladung zwischen dem bemerkenswerte Temperaturerhöhung im Werkstück. Werkstück und dem anderen Pol ausbildet, wobei die Das Wort »glühen« in dem Ausdruck »Glühpotenabsolute Größe, die Polarität und die Anlagedauer tial« hat also keinerlei Beziehung zum Glühen von der Spannung in bezug auf die Zusammensetzung des 53 Werkstücken im Sinne der bekannten Wärmebe- « Werkstückes und die zu ändernde physikalische handlungsverfahren, die nahezu völlig auf thermody-Eigenschaft gewählt werden. namischen Veränderungen im Metall beruhen. ;

Es hat sich gezeigt; daß das gesteckte Ziel mit Sofern nicht ausdrücklich etwas anderes gesagt ist', dieser Lehre erreicht wird. Versuchsergebnisse bedeutet der nachstehend benutzte Ausdruck »Entmachen deutlich, daß auch besonders schwer be- 60 ladung« eine elektrische Entladung durch bzw. in arbeitbare Werkstücke, beispielsweise Wolfram- einem gasförmigen Medium, die eine sichtbare Aus-Carbid, trotz herkömmlicher Werkzeuge bessere wirkung hat und sowohl eine Glimmentladung als Oberflächen erhalten, daß sich die Zugfestigkeiten auch die hell leuchtenden, bei Gewittern oder beim um 2OVo oder mehr verbessern lassen und daß der Betrieb von Lichtbogenlampen auftretenden Lichter-Werkzeugverschleie sinkt. Die Standzeit der Werk- 85 scheinungen umfaßt.

zeuge konnte bei der Bearbeitung einiger Werkstücke Die Behandlungsvorrichtung 10 weist einen Be-

um 150 bis 175^e/· vergrößert werden. Andere Ver- handlungsraum 11 auf, der im Inneren einer, auf

suche mit Titan haben gezeigt, daß sich dieser Werk- einer Stützfläche 13 angeordneten Glocke 12 liegt.

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Vom Behandlungsraum 11 führt eine Vakuumleitung Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß dieses Ab-14 durch die Stützfläche 13 hindurch sowie über ein brennen der Elektrode eine Verringerung des Wir-SteuerventiI16 zu einer in ihrer Bauart bekannten kungsgrades des Verfahrens bedeutet. Wenn die beVakuumpumpe 15. Innerhalb des Behandlungsraums schriebene Vorrichtung beispielsweise zum Glühen 11 sind zwei mit Abstand zueinander stehende Elek- 5 einer größeren Anzahl von Werkstücken verwendet troden 17, 18 angeordnet, die zwischen sich einen wurde, so hat es sich gezeigt, daß jedes Werkstück Luftspalt G bilden. Die Elektroden sind über gas- jeweils etwas weniger geglüht wurde als das vorherundurchlässige Dichtungen 19 derart an der Stütz- gehende Werkstück, obwohl die Temperaturen, fläche 13 befestigt, daß sie sowohl axial verschoben Spannungen und Zeiten während der Behandlung als auch verdreht werden können. io identisch blieben. .'·, ...;.·■-■:.. ..·.

Zu der Behandlungsvorrichtung 10 gehört eine Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen VerEinrichtung zur Erzeugung einer hohen Gleichspan- fahrens läßt sich jedoch auf einem konstanten Wert nung veränderbarer Polarität zwischen den Elek- halten, wenn die Elektrode 18 periodisch erneuert bzw. troden. Zu diesem Zweck ist eine regelbare Gleich- ersetzt wird, oder wenn der Elektrodenverbrauch spannungsquelle 20 vorgesehen, zu der ein regelbarer 15 während der Heizung und Entladung ausgeglichen Transformator 21 gehört, der über zwei Anschlüsse wird. Im letzteren Fall kann die Elektrode 18 bei-

22 an einem Wechselstromnetz liegt. Der Ausgang spielsweise von einer Graphit-oder Kupferstange gedieses Transformators 21 führt zur Primärwicklung bildet und in einem Halter angeordnet sein, in dem

23 eines Stufentransformators 24, dessen Sekundär- sie langsam vorgeschoben wird, um den Luftspalt G wicklung 25 eine größere Anzahl von Abgriffen hat. so konstant zu halten. In der dargestellten bevorzugten Zu diesen Abgriffen der Sekundärwicklung gehört Ausführungsform der Erfindung besteht die Elekein an Masse liegender Mittelabgriff 26 sowie zwei trode 18 daher beispielsweise aus einer Kupferstange, Gruppen von Ausgangsabgriffen 27. Von jeder die von einer Spule 40 abgezogen wird. Die Stange Gruppe von Ausgangsabgriffen 27 führt eine Verbin- gelangt von der Spule durch eine Elektrodenvordung zu einem Spannungswahlschalter 28, dessen 25 schubeinrichtung 41 zu einer Elektrodenführung 42. Ausgang wiederum am Eingang eines von zwei ge- Diese Führung dirigiert die Elektrodenstange in einen kuppelten einpoligen Umschaltern liegt. Diese Um- rohrförmigen Elektrodenhalter 43, der in einer der schalter bilden zusammen einen Polaritätsum- Dichtungen 19 gehalten ist und an seinem unteren schalter 29. An , die beiden Ausgänge eines jeden Ende das Zahnrad 34 trägt. Der Halter 43 hat an dieser Schalter sind zwei gegensinnig gepolte Gleich- 30 seinem oberen Ende einen quer abgebogenen Berichter angeschlossen. Von diesen Gleichrichtern ge- reich 44, der innerhalb des Behandlungsraumes liegt langt der Strom über einen Schalter 32 zu der Elek- Elektrode 18 ermöglicht. Die Vorschubvorrichtung trode 18. Der Schalter 32 hat den Zweck, die Elek- und die horizontale Ausrichtung des freien Endes der trode 18 einerseits direkt und andererseits über eine 41 hält während des Bestehens der Entladung zwieinstellbare Überstromsicherung 60 mit der Gleich- 35 sehen dem Werkstück und der Elektrode 18 die spannungsquelle 20 zu verbinden. Die andere Elek- Größe des Luftspaltes G konstant, indem sie die trode 17 liegt an Masse. Kupferstange 18 langsam in den Elektrodenhalter 43

Mit der. ,insoweit beschriebenen Einrichtung läßt nachführt. Der Verbrauch der Elektrode 18 ist damit

sich die Gleichspannung nach Vollweg-Gleichrich- ausgleichbar, so daß der Wirkungsgrad des Verfah-

tung in einer Reihe von Stufen mit Hilfe des Span- 40 rens konstant gehalten werden kann,

nungswahlschalters 28 an die Elektroden legen; Es sei noch erwähnt, daß das Voltmeter 31 an die

weiterhin läßt sich die Gleichspannung innerhalb der Elektrode 18 über den Elektrodenhalter 43 ange-

Stufen mit Hilfe des Transformators 21 verändern, schlossen ist und daß die Verbindung zwischen dem

und zur Umkehrung der Polarität zwischen den Elek- Zahnrad 34 und dem Elektrodenhalter 43 nichtlei-

troden 17 und 18 braucht lediglich der Schalter 29 45 tend ausgebildet ist. ·-.·.■-■.'

betätigt zu werden. Zwischen den.Elektroden liegt im Die vorstehend erläuterte Behandlungsvorrichtung

übrigen noch ein Voltmeter 31. .-... stellt nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer

Die Behandlungsvorrichtung 10 enthält weiterhin erfindungsgemäßen Vorrichtung dar, und es liegt für

eine Einrichtung zum Bewegen der Elektroden relativ den Fachmann auf der Hand, daß er auch abwei-

zueinander, um die Größe des Luftspaltes G zu ver- 59 chende Gleichspannungsquellen verwenden kann und

ändern. Zu diesem Zweck weist die Elektrode 18 daß auch eine andere Ausbildung der Einrichtung

einen horizontal abgebogenen Bereich 33 auf und ist zum Bewegen der Elektroden relativ zueinander mög-

an ihrem unteren Ende unterhalb der Stützfläche 13 lieh ist. Hinzu kommt, daß auch ein Vakuumraum

mit einem Zahnrad 34 versehen, mit dem ein weite- nicht in allen Fällen notwendig ist: Um festzustellen,

res Zahnrad 35 kämmt, das seinerseits mit Hilfe einer 55 wann die Behandlung im Vakuum erfolgen sollte,

Kurbel 36 verdreht werden kann, um die Elektrode sind weiter unten noch entsprechende Einzelheiten

18 zu verdrehen. Das Zahnrad 34 hat eine größere angegeben. ·

axiale Länge als das Zahnrad 35, so daß die Elek- Um das erfindungsgemäße. Verfahren mit mögtrode 18 auch nach einer Axialverschiebung weiter- liehst gutem Wirkungsgrad und damit erhöhter Wirthin verdreht werden kann. 60 schaftlichkeit ausführen zu können, enthält die Be-

Am oberen Ende der Elektrode 17 ist ein Werk- handlungsvorrichtung 10 weiterhin eine Heizvorrich-

stückhalter 37 befestigt, der vorzugsweise aus Gra- tung für das auf dem Werkstückhalter 37 liegende

phit hergestellt ist und das zu behandelnde Werkstück Werkstück 38, so daß dieses auf jede gewünschte

38 trägt. Die Einrichtung ist so getroffen, daß das erhöhte Temperatur gebracht werden kann. Diese

Mctnlltcil leitend mit der Elektrode 17 verbunden ist. 65 Heizeinrichtung besteht in vorteilhafter Weise aus

Es hat sich herausgestellt, daß die dem Werkstück einer Reihe von Gasdüsen 46, die oberhalb des

gegenüberliegende Elektrode (Elektrode 18) während Werkstückhalters 37 angeordnet sind und Flammen

der Behandlung »abbrennt«, d. h. also sich verkürzt. auf das darunterliegende Werkstück richten können.

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! Die Gasdüsen 46 sind über eine Leitung 48 und ein .rend des Kühlens (d. h. also, daß das Teil mit Bezug

außerhalb der Glocke 12 liegendes Ventil 49 an einen auf die angrenzende Elektrode einen Mangel an

Brennstoffvorrat 47 angeschlossen. Die insoweit be- Elektronen hat), eine Verringerung der Verformungs-

j schriebene einfache und damit vorteilhafte Gashei- fähigkeit und Dehnbarkeit sowie der spanabheben-

j zungseinrichtung kann ohne Abweichung vom Erfin- 5 den Bearbeitbarkeit eintritt. Diese Änderungen der

] dungsgedanken durch jede andere Heizeinrichtung, Eigenschaften des Werkstückes finden statt, ohne daß

beispielsweise eine elektrische Induktionsheizung er- die Zugfestigkeit des Metalls in bemerkenswerter

setzt werden. Außerhalb des Behandlungsraumes 11 Weise verringert würde, sie wird in einigen Fällen

j ist weiterhin ein Sauerstoff vorrat 50 vorgesehen, der sogar erhöht. . -

über ein Ventil 52 und eine Leitung 51 mit dem Be- io Wenn beispielsweise zur Erhöhung der spanabhehandlungsraum in Verbindung steht. benden Bearbeitbarkeit eine bestimmte Menge von ! In einigen Fällen kann es bei der Ausführung des Titan behandelt werden soll, dann wird das Teil zuerfindungsgemäßen Verfahrens außerdem von Vor- nächst im Behandlungsraum 11 auf eine erhöhte teil sein, daß das Werkstück in einer ganz bestimmten Temperatur gebracht, die unterhalb, jedoch in der Umgebungsatmosphäre behandelt wird. Demzufolge 15 Nähe des Schmelzpunktes des Metalls liegt. Sobald ist weiterhin ein Gasvorrat 53 außerhalb des Be- das Werkstück die gewünschte Temperatur erreicht handlungsraumes 11 vorgesehen, der über eine Lei- hat, wird die Gleichspannungsquelle 20 eingeschaltet tung 54 und ein Ventil mit dem Innenraum in Ver- und damit die hohe Gleichspannung ah die Elekbindung steht. Weiterhin ist ein Manometer 56 vor- troden 17 und 18 gelegt. Dieses Potential wird unter gesehen, mit dem der Druck innerhalb des Behänd- ao Bedingungen aufrechterhalten, die während des Ablungsraumes zu jeder Zeit überwacht werden kann. kühlens des Werkstückes nicht zur Bildung eines Innerhalb des Behandlungsraumes 11 ist weiterhin Lichtbogens bzw. einer Glimmentladung zwischen eine Kühleinrichtung vorgesehen, die im dargestell- den Elektroden führen, so daß auch kein wesentlicher ten Ausführungsbeispiel die Form einer Kühlschlange Strom durch das behandelte Werkstück fließt. Die 57 hat, welche mit einem außerhalb des Raumes 11 as Polarität der Spannung ist so gewählt, daß das Titanvorgesehenen Kühler in Verbindung steht. teil negativ mit Bezug auf die Elektrode 18 ist. Die Es ist erfindungsgemäß notwendig, daß der durch Spannung zwischen den Elektroden hat vorzugsweise das zu behandelnde Werkstück fließende Strom bei eine Größe von mindestens etwa 2500 Volt; mit zuder Abkühlung so gering ist, daß sich keine Glimm- nehmender Spannung vergrößert sich der gewünschte entladung ausbildet, während dieses unter derEinwir- 30 Effekt, und es ist außerdem ein schnelleres Abkühkung des Glühpotentials steht. Zu diesem Zweck len des Titanteiles von seiner anfangs erhöhten Temkann eine einstellbare Überstromsicherung 60 mit peratur möglich.

Hilfe des Schalters 32 in die Stromzuführung geschal- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des tet werden. Diese Überstromsicherung schaltet das Verfahrens wird ein Werkstück, beispielsweise ein Glühpotential ab, wenn der Strom eine voreinge- 35 Titanteil an dem Werkstückhalter 37 derart befestigt, stellte Größe in der Überstromsicherung überschrei- daß zwischen demjenigen Teil des' Werkstückes 38, tet. Auf diese Weise läßt sich der richtige Ablauf des welches dem abgebogenen Ende der Elektrode 18 beerfindungsgemäßen Verfahrens sicherstellen. nachbart ist, und der Elektrode 18 der Luftspalt G Es sei vorausgeschickt, daß das erfindungsgemäße in der gewünschten Größe gebildet ist. Anschließend Verfahren zum Behandeln von metallischem Werk- 40 wird die Glocke 12 über die Elektroden gestülpt und stück grundsätzlich ein Aufheizen des Werkstückes die Vakuumpumpe 15 eingeschaltet, so daß der Beauf eine erhöhte Temperatur und ein anschließendes handlungsraum 11 im gewünschten Umfange evaku-Abkühlen des erhitzten Teiles auf eine niedrigere iert wird. Sobald der gewünschte Unterdruck erreicht Temperatur, vorzugsweise im Bereich der Raumtem- ist, wird die Gleichspannungsquelle 20 eingeschaltet peratur umfaßt und daß das Werkstück während des 45 und dabei die Polarität so gewählt, daß das Werk-Kühlschrittes einer hohen Gleichspannung von ein- stück 38 negativ mit Bezug auf die Elektrode 18 ist. stellbarer Größe und Polarität ausgesetzt wird. Das - Die Spannung zwischen den Elektroden 17, 18 wird Ausmaß des ersten Heizschrittes, der Umfang der so eingestellt, daß sie zur Erzeugung einer Entladung Abkühlung sowie die Größe der Gleichspannung sind zwischen den Elektroden ausreicht. Die Entladung Parameter, die einen wesentlichen Einfluß auf die Art 50 bzw. der Lichtbogen wird verwendet, um das Werkder Änderungen bestimmter physikalischer Eigen- stück so weit aufzuheizen, daß seine Temperatur schäften des behandelten Werkstückes haben. Zu- unter, jedoch nahe dem Schmelzpunkt des Werkstofsätzliche Faktoren von Einfluß auf das Verfahren fes des Werkstückes liegt. Während der Entladung, sind die Art der verwendeten Heizeinrichtung, der bzw. so lange der Lichtbogen aufrechterhalten wird, Umgebungsgasdruck während der Behandlung des 55 arbeitet die Vorschubvorrichtung für die Elektrode 18, Werkstückes und die Art der Umgebungsatmosphäre. so daß der Verbrauch der Elektrode nicht zu einer Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Faktor mit der Vergrößerung der Abmessungen des Luftspaltes größten Auswirkung auf die Ergebnisse der Behänd- führt. Der Lichtbogen bzw. die Entladung im Luftlung die Polarität der Gleichspannung ist. spalt wird so lange aufrechterhalten, bis das Werk-Umfangreiche Versuche haben ergeben, daß als 60 stück auf die vorgewählte Temperatur aufgeheizt ist. Grundregel ein Anlegen des zu behandelnden Werk- Wenn dieser Vorgang bei einem Druck ausgeführt Stückes an den Minuspol der Gleichspannungsquelle wird, der unter dem Atmosphärendruck liegt, dann zu einer Behandlung führt, die dem Glühen ent- erscheint der Lichtbogen als Glimmentladung und spricht, weil die Verformungsfähigkeit und die Dehn- um das zu behandelnde Teil. Bei Erreichen der gebarkeit, insbesondere aber die spanabhebende Bear- 65 wünschten Temperatur wird der Lichtbogen bzw. die beitbarkeit des Metallteiles verbessert werden. Um- Entladung entweder durch Verdrehung der Elektrode gekehrt und wiederum als generelle Regel hat es sich 18 und damit durch eine Vergrößerung des Luftspulgezeigt, daß bei positiv aufgeladenem Werkstück wäh- tes so weit, daß sich der Lichtbogen nicht mehr hal-

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ten kann, oder aber durch Verminderung der Span- In den Fällen, in denen das Werkstück nicht au*

nung an den Elektroden oder schließlich durch Er- einem hochschmelzendem Metall besteht, könnte die

höhung des Luftdruckes im Behandlungsraum 11 Verwendung eines Lichtbogens zu einer Beschädi-

oder aber schließlich durch eine Kombination dieser gung des Werkstückes führen. In diesem Fall wird

, Möglichkeiten ausgelöscht. Der Polaritätsumschalter 5 die Verwendung der bereits erläuterten Gasdüsen 46

29 braucht in diesem Falle nicht betätigt zu werden. bevorzugt.

Dagegen werden der Schalter 28 und der Transforma- Es hat sich herausgestellt, daß das Vorhandensein tor 21 nun so eingestellt, daß das gewünschte Glüh- bestimmter Gase in der Umgebungsatmosphäre des potential zwischen den Elektroden aufrechterhalten Werkstückes während des Ablaufes des Verfahrens werden kann; außerdem wird der Schalter 32 betä- ίο eine Reihe von Vorteilen haben kann. Wenn beitigt, um die Überströmsicherung 60 in die Zuleitung spielsweise bei der oben erläuterten Behandlung von zu schalten. Die Größe des Luftspaltes G wird so ein- Titan zur Erhöhung von dessen Bearbeitbarkeit eine gestellt, daß zwischen der Elektrode 18 und dem zu mit Acetylen angereicherte Atmosphäre im Behandbehandelnden Werkstück kein Lichtbogen auftritt. lungsraum 11 vorhanden ist, dann ist die Verform-Wegen des Fehlens eines Lichtbogens fließt nahezu 15 barkeit und die Bearbeitbarkeit des behandelten kein Strom durch das Werkstück, das nunmehr bis Werkstückes besser als wenn dieses ohne eine solche etwa zur Umgebungstemperatur bei gleichzeitiger Gasatmosphäre behandelt worden wäre. Das VorEinwirkung des hohen negativen Glühpotentials ab- handensein einer mit Sauerstoff angereicherten Atgekühlt wird. Die auf das Werkstück während des mosphäre führt zu entgegengesetzten Ergebnissen. Abkühlens einwirkende Spannung kann geringer sein ao Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die Welligkeit als die" zu seinem Aufheizen des Teiles benutzte Span- der Gleichspannung an den Elektroden während des nung; vorzugsweise wird das Glühpotential aus den Abkühlschrittes bestimmte Auswirkungen hat, so daß obenerwähnten Gründen jedoch höher eingestellt eine Vollweggleichrichtung einer Halbweggleichrichals die Spannung zum Aufheizen. Das auf diese Weise tung bevorzugt wird.

behandelte Titanteil hat eine bemerkenswert erhöhte 35 Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß sich die

spanabhebende Verformbarkeit im Vergleich zu Auswirkungen der Metallbehandlung nach dem er-

einem identischen Teil, das nicht in der beschriebe- findungsgemäßen Verfahren umkehren lassen. Das

nen Weise behandelt wurde. bedeutet, daß man ein Werkstück vor seiner Weiter-

Um das eingeleitete Verfahren fortführen und verarbeitung in der beschriebenen Weise zur Erhöbeenden zu können, genügt es, während des Vorhan- 30 hung der spanabhebenden Verformbarkeit behandeln denseins des Lichtbogens die Größe des Luftspal- und nach dem Überdrehen, Überfräsen od. dgl. der tesG und gleichzeitig am Voltmeter 31 die Größe der umgekehrten Behandlung unterziehen kann, um die Spannung zu beobachten. Nach dem Aufheizen auf anfängliche Härte des Werkstückes zurückzudie gewünschte Temperatur wird der Lichtbogen gewinnen.

dann in der beschriebenen Weise durch Verdrehen 35 Verschiedene hochschmelzende Metalle können der Elektrode 18 ausgelöscht. Anschließend wird die nur mit Hilfe der Pulvermetallurgie in die Form von Gleichstromquelle 20 so eingestellt, daß zwischen den Stangen, Plattinen od. dgl. gebracht werden; ein sol-Elektroden eine Spannung steht, von der man weiß, ches hochschmelzendes Metall ist beispielsweise daß sie nicht ausreicht, einen Lichtbogen zu erzeugen, Wolfram. Es ist zur Genüge bekannt, daß sich Werkwenn die Elektrode 18 in ihre frühere Stellung zu- 4° stücke aus Wolfram nur sehr schwierig maschinell rückgedreht wird. Die Behandlung wird dann ledig- bearbeiten lassen, weil die Teile in den meisten Fällen lieh dadurch wieder aufgenommen, daß die Elek- während des Bearbeitens brechen. Die vorliegende trode 18 zurück in ihre Ausgangsstellung verdreht Erfindung ist daher mit besonderem Vorteil für die wird. Dieses Verfahren wird in vorteilhafter Weise Verbesserung der Bearbeitungseigenschaften von dann angewendet, wenn das Glühpotential etwa die 45 Wolfram geeignet. So wurde beispielsweise ein auf gleiche Größe hat oder geringer ist als die Spannung dem Wege der Pulvermetallurgie hergestellter Wolfwährend des Heizschrittes. Wenn das Glühpotential ramstab von 40 mm Länge und 6 mm Durchmesser im . dagegen höher sein soll als die Heizspannung (Licht- Sinne der vorstehenden Beschreibung der Erfindung bogen), dann braucht nur die Größe· des Luftspaltes behandelt. Der Stab wurde von einer Temperatur von erhöht, der Druck; im Behandlungsraum 11 vergrö- 50 etwa 1100 bis 1350° C abgekühlt, während auf ihn ßert oder aber beide Möglichkeiten kombiniert zu ein Glühpotential von 2000 bis 2500 Volt einwirkten, werden. · . . so daß das Werkstück negativ geladen war. Das

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- Glühpotential wurde für etwa 5 Minuten aufrechtdung wird ein Lichtbogen zum Aufheizen des zu be- erhalten. Das Werkstück war anfänglich mit einem handelnden Werkstückes als besonders wirksam be- 55 Lichtbogen aufgeheizt worden, und die Lichtbogenvorzugt. In den Fällen, in denen das Werkstück jedoch spannung betrug 2500 Volt, und das Wolframteil war über seine gesamte Oberfläche oder aber mit Bezug dabei positiv geladen. Nach Beendigung der thermoauf sein gesamtes oder aber einen wesentlichen Teil elektrostatischen Behandlung wurde ein 6 mm langer seines gesamten Volumens behandelt werden soll, Abschnitt der behandelten Stange auf eine Temperawird das Werkstück bei einem gewissen Unterdruck 60 tür von etwa 550° C aufgeheizt und in eine Presse erhitzt, bei dem der Lichtbogen die Form einer zum Prüfen der Deformierbarkeit eingesetzt. Es Glimmentladung annimmt und damit das Werkstück zeigte sich, daß der 6 mm-Abschnitt der Stange bis umhüllt. Je geringer der Druck im Behandlungsraum · zu 65 % deformiert werden konnte, ohne daß sich 11, desto vollständiger hüllt die Glimmentladung das dabei Risse oder andere nachteilige Auswirkungen Werkstück ein. Die Folgerung ist die, daß eine Rege- 65 zeigten. Ohne das erfindungsgemäße Verfahren lung des Unterdruckes im Behandlungsraum 11 zu konnte ein 6 mm-Abschnitt einer Stange von 6 mm einer Regelung des Aufheizens des Werkstückes wäh- Durchmesser nur bis zu etwa 40 %> bei 1650° C derend der Lichtbogen-Heizperiode führt. formiert werden, bevor es brach. Der verbliebene Teil

Claims (1)

1. Patentansprüche: .

   1. Verfahren zur Änderung physikalischer Eigenschaften, insbesondere der Bearbeitbarkeit, eines metallischen Werkstückes, bei dem das Werkstück zunächst auf eine gegenüber Raumtemperatur erhöhte Temperatur gebracht und dann gesteuert wieder abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zumindest zu Beginn des Abkühlvorganges an den einen Pol einer Hochspannungsquelle konstanter Polarität angeschlossen wird und daß der Abstand zwischen Werkstück und dem anderen Pol sowie die Art des Dielektrikums zwischen Werkstück und dem anderen Pol in Abhängigkeit von der in der Größenordnung von Kilovolt liegenden Gleichspannung so aufeinander abgestimmt werden, daß sich kein Lichtbogen bzw. keine

   Aufrechterhalten eines Lichtbogens zum Aufheizen des Werkstücks ausgelegt sind.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (17, 18) in einer abgedichteten und evakuierbaren Kammer (11) angeordnet sind.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (11) über ein Ventil (52; 55) an einen Gasvorrat (50; 53) anschließbar ist.