DE2408388A1 - WIRE DRAWN UNDER TWIST, AND THE METHOD AND DEVICE FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents
WIRE DRAWN UNDER TWIST, AND THE METHOD AND DEVICE FOR THE PRODUCTION THEREOFInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verbesserung der Torsionseigenschaften von Metallen sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfestigung von Metallen, wobei sich die Erfindung insbesondere auf Metalldrähte bezieht, die überlegene Torsionsfestigkeiten oder Torsionsfließgrenzen besitzen, und ferner auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steigerung der Torsionsfestigkeit bzw. der Torsionsfließgrenze von Metallen.The invention relates generally to improving the torsional properties of metals and to a method and a device for solidifying metals, the invention particularly relating to metal wires, which have superior torsional strengths or torsional yield strength, and further to a method and an apparatus to increase the torsional strength or the torsional yield point of metals.
Das Verdrehen von Drähten zur Ausbildung eines Seiles ist eine in der Draht- bzw. Seilherstellung gebräuchliche Arbeitsweise, wobei es auch bekannt ist. eine Vielzahl von "verdrehten Drähten durch ein Ziehwerkzeug zu ziehen. In der US-Patentschrift 2 250 610 ist bereits vorgeschlagen vjorden, einen einzelnen Draht durch ein Ziehwerkzeug oder eine Vielzahl von Ziehwerkzeugen hindurchzuziehen und dabeiThe twisting of wires to form a rope is a common way of working in wire or rope production. where it is also known. to pull a variety of "twisted wires" through a drawing tool. In U.S. Patent 2,250,610 has been suggested vjorden, a single wire through a drawing tool or pulling a variety of pulling tools through it and doing so
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den Draht unter Aufbringung einer Gegenspannung zu verdrehen. Außerdem wird eine Verbesserung" der Korrosionsbeständigkeit von Federwerkstoffen aus rostfreiem Stahl in der QiB-PS 722 427 beschrieben. Die Ausscheidung von Karbiden in rostfreiem Stahl ist der US-PS 2 549 468 zu entnehmen, während ein Verfahren zur Steigerung der Zugfestigkeit bei einer Sonderausführung eines rostfreien 18-8-Stahles der US-PS 2 795 519 zu entnehmen ist. Dem Problem hochfester rostfreier Draht- und Banderzeugnisse aus Legierungen auf Eisen-, Chrom-, Nickelbasis ist ein Aufsatz von M.N. Reavskaya gewidmet, der in der Zeitschrift "Steel in the U.S.S.H." erschienen ist. Ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines modifizierten Werkzeugstahls mit 5% Chrom ist auf den Seiten 420 bis 428 in der Zeitschrift 11TEANSACiPIONS OF THE ASM" (1962) erörtert. Spezielle Ziehwerkzeuge, Walzen und Vorrichtungen zur Veränderung der Festigkeitseigenschaften von Metallen sind den US-Patentschriften 300 741 j 1 525 730; 1 749 671; 1 967 487; 367 733; 3 038 592 und 3 158 258 zu entnehmen. Somit sind in der Tat unter Einschluß der obengenannten eine Vielzahl verschiedener Vorschläge unterbreitet worden, um Bandmaterialien oder Drähte aus Metall mechanisch mit der Zielsetzung zu bearbeiten, die Zugfestigkeitseigenschaften dieser Erzeugnisse zu verbessern. Die Fähigkeit von Metalldraht, Drehmomente zu übertragen (Torsionsfestigkeit), wie diese bei Federn erforderlich ist, ist jedoch von großer Bedeutung. Obgleich ein lebhaftes Interesse daran besteht, die Torsionsfestigkeit von für solche Erzeugnisse verwendeten Drähten zu steigern, ist dieses Problem im Stand der Technik noch nicht gelöst worden.to twist the wire while applying a counter-tension. In addition, an improvement "in the corrosion resistance of spring materials made of stainless steel is described in QiB-PS 722 427. The precipitation of carbides in stainless steel can be found in US-PS 2,549,468, while a method for increasing the tensile strength in a special version of a 18-8 stainless steel can be found in US Pat. No. 2,795,519. An article by MN Reavskaya published in the journal "Steel in the USSH ". A method of heat treating a modified tool steel with 5% chromium is discussed on pages 420-428 in the journal 11 TEANSACiPIONS OF THE ASM" (1962). Special drawing tools, rollers and devices for changing the strength properties of metals are disclosed in US Pat. Nos. 300,741 and 1,525,730; 1,749,671; 1,967,487; 367,733; 3 038 592 and 3 158 258. Thus, in fact, including the above, a variety of proposals have been made for mechanically working metal strip materials or wires with the aim of improving the tensile properties of these products. However, the ability of metal wire to transmit torque (torsional strength), as required by springs, is of great importance. Although there has been a keen interest in increasing the torsional strength of wires used in such products, this problem has not yet been solved in the prior art.
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Verbesserung der Torsionsfestigkeit von Metallen und ferner mit einer neuartigen und vorteilhaften Verwendung eines zweiphasig aufgebauten Metalls mit verbesserten Torsionseigenschaften, dieThe invention is concerned with improving the torsional strength of metals and also with a novel one and advantageous use of a two-phase metal with improved torsional properties, the
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mit Hilfe eines an einer neuartigen Vorrichtung entwickelten Verfahrens erzielt werden. Die Erfindung beschäftigt sich nicht lediglich mit dem Problem gesteigerter Torsionsfestigkeiten sondern löst dieses Problem, so daß Metalldrähte mit . verbesserter Torsionsfestigkeit erzielbar sind, die zur Herstellung von Federn, Drehmomentübertragungseinrichtungen usw. mit überlegenen Gebrauchseigenschaften verwendet werden können.with the help of a developed on a novel device Procedure can be achieved. The invention is not only concerned with the problem of increased torsional strengths but solves this problem by using metal wires. improved torsional strength can be achieved, the production of springs, torque transmission devices, etc. can be used with superior performance properties.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff sowie ein aus diesem Werkstoff hergestelltes Erzeugnis zu schaffen, welches eine gesteigerte Torsionsfestigkeit oder Torsionsfließgrenze besitzt, ohne daß dabei die Zugfestigkeit spürbar beeinflußt wird. Dabei besteht ein Teil der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe die Torsionsfestigkeit oder Torsiossfließgrense von Metallen und insbesondere von Drähten verbesserbar ist.The invention is therefore based on the object of creating a material and a product made from this material, which has an increased torsional strength or torsional yield point without noticeably affecting the tensile strength. In this case, there is a part of those on which the invention is based Object is to create a method and a device with the help of which the torsional strength or Torsional flow of metals and in particular of wires can be improved.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf einen anisotropisch aufgebauten zweiphasigen Metallwerkstoff mit einem kaltverformten metallographischen Feingefüge mit einer gleichmäßigen Faserstruktur in schraubenförmiger Anordnung gegenüber der Längsachse des Werkstoffes und einem Anteil an einer der beiden Hiasen. von wenigstens 15% erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer gegebenen Querschnittsverminderung die Torsionsfestigkeit oder Torsionsfließgrenze des einer Einschnürung und einer Torsionsbeanspruchung unterworfenen Werkstoffe^ größer ist als die Torsionsfestigkeit oder Torsionsfließgrensse des lediglich einer Einschnürung unterworfenen Werkstoffes und daß die Zugfestigkeit oder Streckgrenze des lediglich siner Einschnürung unterworfenen Werkstoffes gleich oder größer ist als die,Zugfestigkeit oder Streckgrenze des einer Einschnürung und einer Torsionsbeanspruchung unterworfenen Werkstoffes.This task is built in terms of an anisotropically two-phase metal material with a cold-formed metallographic fine structure with a uniform fiber structure in a helical arrangement with respect to the longitudinal axis of the material and a proportion of one of the two Hiases. at least 15% solved according to the invention by that for a given reduction in cross-section the torsional strength or torsional yield point of the material subjected to constriction and torsional stress ^ is greater than the torsional strength or torsional flow rate of the material that is merely subjected to a constriction and that the tensile strength or yield point of the material subjected only to its constriction is equal to or is greater than the, tensile strength or yield strength of the a constriction and a torsional stress subject material.
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Erfindungsgemäß kann dieser Werkstoff definiert sein durch die Beziehungen: T-^T und S^ > S . , in welchen Tct Ckg/mm ) für die Torsionsfestigkeit oder Torsionsfließgrenze des in der Kälte auf eine x-prozentige Querschnittsverminderung durch Einschnürung und Torsionsbeanspruchung verformten Werkstoffes steht und dieser Werkstoff mit et bezeichnet ist: und T (kg/mm ) für die Torsionsfestigkeit oder Torsionsfließgrenze des gleichen Materials steht, das in der Kälte auf eine x-prozentige Querschnittsverminderung allein durch Einschnürung verformt ist und dieser Werkstoff mit c bezeichnet ist; und in welcher S^ (kg/mm ) für die Zugfestigkeit oder Streckgrenze des Werkstoffes etAccording to the invention, this material can be defined by the relationships: T- ^ T and S ^> S. , in which T ct Ckg / mm) stands for the torsional strength or torsional yield point of the material deformed in the cold to an x percent cross-section reduction through constriction and torsional stress and this material is designated with et: and T (kg / mm) for the torsional strength or Torsional yield point is the same material that is deformed in the cold to an x percent cross-section reduction solely by constriction and this material is designated with c; and in which S ^ (kg / mm) for the tensile strength or yield point of the material et
und S_ (kg/mm ) für die Zugfestigkeit oder Streckgrenze des Werkstoffes c steht, wobei in dem Werkstoff ein Anteil von wenigstens 15% an der härteren der beiden Phasen vorliegt. and S_ (kg / mm) for the tensile strength or yield point of material c, with a proportion of at least 15% of the harder of the two phases being present in the material.
Im Hinblick auf die angestrebte Schaffung eines Verfahrens zur Steigerung der Torsionsfestigkeit von Metalldraht wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der Draht in der Kälte bis zu einer wenigstens 75%iC©n Querschnittsverminderung gezogen wird und daß der Draht im wesentlichen innerhalb des reduzierenden Bereiches des Ziehwerkzeuges verdreht wird, während er sich im plastisch deformierbaren Zustand befindet.With a view to creating a method for increasing the torsional strength of metal wire the object underlying the invention is achieved in that the wire in the cold up to an at least 75% iC © n Reduction in area is drawn and that the wire is substantially within the reducing area of the Drawing tool is twisted while it is in the plastically deformable state.
Im Hinblick auf eine Schraubenfeder aus Metalldraht, bei welcher wenigstens ein Teil des Feingefüges schraubenförmig gegenüber der Drahtachse ausgerichtete längliche oder gestreckte lasern besitzt und die schraubenförmige Ausrichtung den gleichen Richtungssinn aufweist wie die schraubenförmige Federwindung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die von der Feder bei Belastung in Richtung ihre:? maximalen Widerstandskraft gespeicherte mechanische Energie wenigstensWith regard to a coil spring made of metal wire, at which at least part of the fine structure is elongated or helically aligned with respect to the wire axis has stretched lasers and the helical alignment has the same sense of direction as the helical spring coil, the object underlying the invention is achieved in that the of the Spring when loaded in the direction of your :? maximum resistance force stored mechanical energy at least
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um 2y/o größer ist als bei einer Feder aus einem vergleichbaren, jedoch keine länglichen oder gestreckten schraubenförmigen fasern aufweisenden Metall.is 2y / o larger than a spring made of a comparable metal that does not have any elongated or stretched helical fibers.
Zur Herstellung eines länglichen Metallstabes mit verbesserten Torsionsfestigkeitseigenschaften in einer vorbestimmten Richtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Stab so weit in der Kälte reduziert wird, daß ein Teil des Feingefüges längliche oder gestreckte Fasern aufweist und daß die gestreckten Fasern plastisch im reduzierende! Bereich des Ziehwerkzeuges durch gleichzeitiges Verdrehen und Reduzieren des Stabes derart verformt werden, daß die gestreckten Fasern gedehnt und die gedehnten Fasern schraubenförmig im Hinblick auf die Längsachse des Stabes ausgerichtet werden.For producing an elongated metal rod with improved torsional strength properties in a predetermined Direction is provided according to the invention that the rod is reduced so far in the cold that part of the fine structure has elongated or stretched fibers and that the stretched fibers are plastic in the reducing! Area of Drawing tool are deformed by simultaneous twisting and reducing the rod in such a way that the stretched Fibers are stretched and the stretched fibers are helically aligned with respect to the longitudinal axis of the rod.
Im Hinblick auf die angestrebte Vorrichtung zum Steigern der Torsionsfestigkeit oder Torsionsfließgrenze von Metalldraht wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch ein um eine Längsachse drehbares Joch, eine im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse des Joches drehbare, in dem Joch gehaltene Haspel, von welcher ein aufgewickelter Draht abspulbar ist, ein Ziehwerkzeug, dessen reduzierender Bereich parallel mit der Drehachse ausgerichtet ist, Einrichtungen, mit deren Hilfe das Joch drehbar ist, während von der Haspel abgespulter Draht durch das Ziehwerkzeug läuft und durch eine Einrichtung, mit deren Hilfe ein plastisches Verdrehen des Drahtes nach dem Austritt aus dem Ziehwerkzeug verhinderbar ist.With regard to the intended device for increasing the torsional strength or torsional yield strength of metal wire the object underlying the invention is achieved by a yoke rotatable about a longitudinal axis, a substantially Reel rotatable perpendicular to the axis of rotation of the yoke and held in the yoke, from which a wound wire can be unwound, a drawing tool, the reducing area of which is aligned parallel to the axis of rotation, facilities, with the help of which the yoke can be rotated while wire unwound from the reel runs through the drawing tool and by a device with the aid of which a plastic twisting of the wire after exiting the drawing tool is preventable.
Gegenstand der Erfindung ist somit die durch Tordierung hervorgerufene Verfestigung eines zweiphasigen Metallwerkstoffes. Ein Anwendungsgebiet für das durch Tordierung verfestigte Material liegt auf dem Gebiet der Federherstellung, da die erfindungsgemäß hergestsllten Federn eine gesteigerte Fähig-The subject of the invention is thus that caused by twisting Solidification of a two-phase metal material. A field of application for the hardened by twisting Material is in the field of spring production, since the springs produced according to the invention have an increased ability
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keit zur Speicherung mechanischer Arbeit besitzen. Die Erfindung schlägt Verfahren und Arbeitsweisen zur Steigerung der Torsionsfestigkeit von zweiphasigen Metallwerkstoffen vor. Außerdem offenbart sie eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die Steigerung der Torsionsfestigkeit mittels einer neuartigen Anordnung von Maschinenteilen erzielbar ist.have the ability to store mechanical work. the Invention proposes methods and working methods for increasing the torsional strength of two-phase metal materials before. It also discloses a device with the help of which the torsional strength is increased by means of a novel arrangement of machine parts can be achieved.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß mit ihrer Hilfe die Dauerfestigkeit von extrem hochfesten rostfreien Stählen, wie diese der US-PS 3 698 963 zu entnehmen sind, verbesserbar ist.A particular advantage of the invention is that it enables the fatigue strength of extremely high-strength stainless steels such as those of US Pat. No. 3,698,963 can be seen, can be improved.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. In dieser zeigen:Further features, advantages and details of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment based on the drawing. In this show:
Fig. Ί eine Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung undFig. Ί an illustration of an embodiment of the invention and
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Draht und die bei der in Pig. 1 gezeigten Ausfuhrungsform verwendete Zieheinrichtung. Fig. 2 shows a cross section through the wire and the in in Pig. 1 shown embodiment used pulling device.
Die Erfindung betrifft in bevorzugter V/eise einen zweiphasigen Metalldraht, der entweder kaltverformt, geglüht und kaltverformt oder geglüht worden ist, um wenigstens eine der beiden Phasen in länglicher, fasernartiger Gestalt zu erhalten. Der Draht wird rodann zusätzlich gezogen und gleichzeitig in dem Reduzierabschnitt eines Ziehwerkzeuges verdreht, wodurch der Draht im Vergleich mit einem Draht gleichartiger Zusammensetzung und Verformung, der nicht im Ziehwerkzeug gedreht wurde, eine gesteigerte Verdrehfestigkeit aufweist.The invention preferably relates to a two-phase one Metal wire that is either cold worked, annealed, and cold worked or has been calcined in order to obtain at least one of the two phases in an elongated, fiber-like shape. The wire is then additionally drawn and at the same time twisted in the reducing section of a drawing tool, as a result of which the wire compared with a wire of the same composition and deformation that is not in the drawing tool has been rotated, has an increased torsional strength.
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Zusätzlich ist gefunden worden, daß die Zugfestigkeit eines derartigen, im Ziehwerkzeug verdrehten Materiales im wesentlichen die gleiche oder eine geringfügig niedrigere ist, wenn zum Vergleich ein ähnlicher, aber nicht im Ziehwerkzeug verdrehter Draht herangezogen wird.In addition, it has been found that the tensile strength of such a material twisted in the drawing tool is essentially the same or a slightly lower one, if for comparison a similar one, but not in the drawing tool twisted wire is used.
Vor dem Verdrehen kann dem Metalldraht durch Ziehen, Ausschmieden im Gesenk, Walzen, Glühen, Gießen uaw.eine faserartige Struktur erteilt werden, in welcher das kristalline Feingefüge eine längliche faserartige Ausrichtung erhält, die der Richtung der Drahtachse parallel ist. Diese primäre Faserbildung kann entweder in einer oder in beiden Phasen eines zweiphasigen Materials auftreten. Während des Verdrehvorganges im Ziehwerkzeug wird der Draht durch einen Ziehstein gezogen, welcher den Durchmesser des Drahtes lediglich im Be&uzierhereieh des Ziehsteines verringert oder durch plastische Verformung einschnürt. Zur gleichen Zeit wird der Draht vor seinem Eintritt in das Ziehwerkzeug derart verdreht, daß lediglich demjenigen Drahtabschnitt, der in dem Reduzierbereich, des Ziehwerkzeuges plastisch verformt wird, beim Verlassen des Ziehwerkzeuges eine bleibende Verdrehung erteilt wird. Mit anderen Worten hat sich überraschender Weise herausgestellt, daß die Gesamtverdrehung des Drahtes im wesentlichen in dem plastischen Bereich innerhalb des Reduzierbereiches des Ziehwerkzeuges erfolgen muß, da andernfalls der Draht über seine Länge unstabile, zu viel und zu wenig verdrehte Abschnitte aufweist. Es wird angenommen, daß der durch Verdrehung im Ziehwerkzeug auftretende Effekt eine Folge davon ist, daß sich der Drahtwerkstoff in dieser definierten Fläche im Zustand plastischer Verformung oder Einschnürung befindet.Before twisting, the metal wire can be made a fibrous wire by drawing, forging in the die, rolling, annealing, casting, etc. Structure in which the crystalline fine structure is given an elongated fiber-like orientation, which is parallel to the direction of the wire axis. This primary fiber formation can be either in one or in both phases of a two-phase material occur. During the twisting process in the drawing tool, the wire is drawn through a drawing die drawn, which only reduces or cuts the diameter of the wire in the area of the drawing die constricts plastic deformation. At the same time, the wire becomes like this before it enters the drawing tool twisted so that only that wire section that is plastically deformed in the reducing area of the drawing tool a permanent twist is given when leaving the drawing tool. In other words it has become more surprising Manner found that the total twist of the wire is essentially in the plastic range within the reduction range of the drawing tool must be done, otherwise the wire is unstable over its length, too much and too has little twisted sections. It is believed that the effect caused by twisting in the drawing tool a consequence of this is that the wire material is in the state of plastic deformation or in this defined area Constriction is located.
Außerdem beschäftigt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Verbesserung der Verdrehfestigkeit und insbesondere derThe invention is also concerned with a method to improve the torsional strength and in particular the
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der Torsions-Bruchfestigkeit eines zweiphasigen Metalldrahtes. Nachdem einem Metalldraht eine faserartige Struktur erteilt worden ist, wird der Draht auf einer Spule angeordnet, die innerhalb eines sich drehenden Joches angeordnet ist, welches dem Draht eine Verdrehung erteilt, während dieser abgespult oder abgehaspelt wird. In dem Maße, wie der Draht abgehaspelt wird, läuft er durch ein Ziehwerkzeug, welches den Querschnitt des Drahtes vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 his 25% reduziert, wobei ein bevorzugter Reduzierungsbereich zwischen 10 und 20% liegt. Der Querschnitt des Drahtes wird in dem reduzierenden Bereich des Ziehwerkzeuges reduziert, wobei der Draht gleichzeitig verdreht wird. Der schraubenförmige Verdrehungsoder Steigungswinkel liegt zwischen etwa 5 und 60° und liegt vorzugsweise zwischen etwa 40 und 50°. Die Verdrehung wird in dem Draht gleichfalls in dem reduzierenden Bereich des Ziehwerkzeuges hervorgerufen, während der Drahtwerkstoff plastisch fließt. Wenn der Draht aus dem Ziehwerkzeug austritt, so verhindern eigens dafür vorgesehene Feststellwalzen eine zu große oder zu kleine Verdrehung, so daß der Draht gleichförmig verdreht ist und über seine Länge keine instabilen Abschnitte ausgebildet sind, wurden instabile Bereiche auftreten, so wäre örtlicher Bruch die Folge. Der Vorgang des Ausbildens der Faserstruktur hängt von der Art des verwendeten Materials ab und kann bei Metallen auftreten, welche eine diffusionslose Umwandlung erfahren. Diese kann durch Kaltverformung oder durch Umwandlung bei kontrollierter Diffusion erfolgen, die durch eine Wärmebehandlung hervorgerufen wird. Als Beispiele für Werkstoffe mit zwei Phasen, wobei die eine Phase härter ist als die andere und diese durch eine diffusionslose Umwandlung hervorgerufen worden ist, seien die folgenden genannt» the torsional breaking strength of a two-phase metal wire. Having a metal wire has a fibrous structure has been issued, the wire is placed on a spool that is placed within a rotating yoke is that gives the wire a twist while it is being unwound or unwound. By doing As the wire is unwound, it runs through a drawing tool, which preferably has the cross-section of the wire reduced in a range from 0.5 to 25%, whereby a preferred reduction range is between 10 and 20%. The cross section of the wire is in the reducing Reduced area of the drawing tool, with the wire being twisted at the same time. The helical angle of twist or pitch is between about 5 and 60 ° is preferably between about 40 and 50 °. The twist is also in the wire in the reducing area caused by the drawing tool while the wire material flows plastically. When the wire comes out of the drawing tool, so prevent specially provided locking rollers too large or too small a twist, so that the If wire is twisted uniformly and no unstable sections are formed along its length, it has become unstable Areas occur, local breakage would result. The process of forming the fiber structure depends on the type of material used and can occur with metals that undergo a diffusion-free transformation. This can be done by cold deformation or by transformation with controlled diffusion, which is achieved by a heat treatment is caused. As examples of materials with two phases, whereby one phase is harder than the other and this was caused by a diffusion-free transformation, the following are mentioned »
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—Q——Q—
1· ß-Titan mit einer weichen ß-Phase und einer härteren ω-Phase;1 · ß-titanium with a soft ß-phase and a harder one ω phase;
2. ß-Zirkon mit einer weichen ß-Phase und einer härteren «-Phase;2. ß-zircon with a soft ß phase and a harder phase;
3. rostfreie 18-8-Stähle mit einer weichen Austenit-Phase und einer härteren Hartensit-Phase; und3. 18-8 stainless steels with a soft austenite phase and a harder Hartensite phase; and
4·) ^Uran mit einer weichen ^"-Phase und einer harten ^Strich-Phase.4 ·) ^ Uranium with a soft ^ "phase and a hard one ^ Stroke phase.
Als Beispiele von Diffusionsumwandlungen, wobei zwei Phasen existieren, seien die folgenden genannti 1. mittlere und 2. hochgekohlte Stähle mit einer weichen Ferrit-Phase und einer härteren Perlit-Phase;3· Silber-Kupferlegierungen mit einer weichen Silber-Phase und einer härteren Kupfer-Phase; 4. Silber-Nickel-Legierungen mit einer weichen Silber-Phase und einer härteren Nickelphasej und 5· Aluminium-Beryllium-Legierungen mit einer weichen Aluminium-Phase und einer härteren Beryllium-Phase.As examples of diffusion transformations in which two phases exist, the following are mentioned 1. medium and 2. high carbon steels with a soft ferrite phase and a harder pearlite phase; 3 · silver-copper alloys with a soft silver phase and a harder copper phase; 4. Silver-nickel alloys with a soft silver phase and a harder nickel phase j and 5 · aluminum-beryllium alloys with a soft Aluminum phase and a harder beryllium phase.
Alternativ wird auch davon ausgegangen, daß andere Wege zum Hervorrufen einer faserartigen Struktur in Drahtwerkstoffen herangezogen werden können, die nicht auf Kaltverformung und Wärmebehandlung beruhen. So kann auch mit einer richtungsmäßig gesteuerten Erstarrung gearbeitet werden. Diese Arbeitsweise kann benutzt werden, um eine schraubenförmige IP.aserstruktur zu erzeugen.Alternatively, it is also assumed that other ways of producing a fibrous structure in wire materials can be used that are not based on cold forming and heat treatment. So can also with a directional controlled solidification can be worked. This working method can be used to create a helical IP fiber structure to create.
Es ist gefunden worden, daß ein rostfreier 18-8-Stahl wie nach der US-PS 3 698 963» der nicht nur kaitverformt wurde, sondern während des letzten Stiches im Ziehwerkzeug unter Verdrehung gezogen worden ist oder unter Verdrehung gezogen und dann endgültig in einem Pertigstich reduziert worden ist, infolge der schraubenförmigen Ausbildung der faserartigen Martensit-Phase eine verbesserte Ziehbarkeit, eine verbesserte Dauerfestigkeit und eine verbesserte Bruchfestigkeit besaß,It has been found that an 18-8 stainless steel such as according to US-PS 3,698,963 »which was not only kaitverformt, but was pulled with twisting or pulled with twisting during the last stitch in the pulling tool and then finally has been reduced in one stitch, due to the helical formation of the fiber-like Martensite phase improved drawability, improved Possessed fatigue strength and improved breaking strength,
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Mit anderen Worten kann somit durch Kombination der erfindungsgemäßen Lehre mit der Lehre der US-PS 3 698 963 nicht nur die Zugfestigkeit des rostfreien 18-8-Stahls auf mehr In other words, by combining the teaching according to the invention with the teaching of US Pat. No. 3,698,963, not only can the tensile strength of 18-8 stainless steel be increased
als 281,2 kg/mm gesteigert werden, sondern es können sein Ziehvermögen* seine Dauerfestigkeit und seine Bruchfestigkeit beträchtlich erhöht werden, wodurch dieser hochfeste rostfreie Stahl einen verbesserten Feder-Werkstoff darstellt.than 281.2 kg / mm, but it can be Drawability * its fatigue strength and its breaking strength are considerably increased, making this high-strength stainless steel is an improved spring material.
Beim Arbeiten mit dem rostfreien 18-8-Stahl hat sich herausgestellt, daß bei Yolumenanteilen von Martensit von weniger als 50% die bleibenden Spannungen und die auf der Torsions-Vorspannung beruhende Verfestigung in erster Linie das Verfestigungsverhalten steuern, welches eine Folge der Verdrehung ist. Es hat sich auch herausgestellt, daß bei Volumenanteilen an Martensit von mehr als 50% die Orientierung der härteren Phase einen starken Einfluß auf das Veifestigungsverhalten ausübt, welches eine Folge der Verdrehung ist. Eine auf der Orientierung beruhende Verfestigung ist nicht nur am rostfreien 18-8-Stahl zu beobachten, sondern tritt bei allen zweiphasigen Metallen auf. Bei Metallen nach Art des rostfreien 18-8-Stahles und in der Tat bei allen zweiphasigen Metallen ist folgendes zu beobachten: Ist erst einmal eine geeignete Festigkeit oder ein Basisbereich an Festigkeit erzielt, was entweder durch thermo-mechanische Behandlung, Kaltverformung oder durch Wärmebehandlung erreicht sein kann, so führt das Verdrehen des Drahtes oder des Stabmaterials zu einer Steigerung der ursprünglichen Verdrehungsfestigkeiten. Dieses ist eine Folge davon, daß der faserartigen in et al Io graphischen Feinstruktur des Metalldrahtes eine schraubenförmige Ausrichtung im Hin- blick auf die Drahtachse erteilt wird. Es ist gefunden worden, daß wenigstens 15% der härteren der beiden Phasen notwendigerweise in dem Draht vorliegen müssen, da andernfallsWhen working with 18-8 stainless steel, it has been found that with a volume fraction of martensite of less than 50%, the residual stresses and the hardening based on the torsional prestressing primarily control the hardening behavior which is a result of the twisting. It has also been found that with volume fractions of martensite of more than 50%, the orientation of the harder phase has a strong influence on the hardening behavior, which is a result of the twisting. Solidification based on orientation is not only observed in 18-8 stainless steel, but occurs in all two-phase metals. With metals like 18-8 stainless steel and indeed with all two-phase metals, the following can be observed: Once a suitable strength or a basic range of strength has been achieved, which is achieved either through thermo-mechanical treatment, cold forming or through heat treatment can be, the twisting of the wire or rod material leads to an increase in the original torsional strength. This is a consequence of the fact that the fiber-like fine structure of the metal wire, which is graphical in et al. It has been found that at least 15% of the harder of the two phases must necessarily be present in the wire, otherwise
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nur eine geringe Verdrehungsverfestigung auftritt. Soll ein rostfreier 18-8-Stahl durch Torsion verfestigt werden, so hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß der Draht wenigstens 20% Martensit enthält. Palis strikt in der Kälte gezogen werden soll, so hat es sich bei den diffusionslos umwandelnden Materialien, wie einem rostfreien Stahl, als vorteilhaft herausgestellt, wenigstens eine 75%ige Kaltverjbrmung oder eine 75%ige Querschnittsreduktion durch Kaltverformung hervorzurufen, die dem Material vor der Ausführund des Verdrehungsvorganges zu erteilen ist· Der Vorgang des Verdrehens im Ziehwerkzeug kann einen einzelnen oder eine Vielzahl von Reduktionsstichen von 5 bis 30% umschließen, wobei die Reduktion vorzugsweise mit 10 bis 20% je Stich ausgeführt wird, während der Draht dabei gleichzeitig verdreht wird.only a slight twist hardening occurs. If an 18-8 stainless steel is to be strengthened by torsion, see this it has been found to be advantageous that the wire contains at least 20% martensite. Palis strictly in the cold is to be drawn, so it has been with the diffusionless converting materials, such as a stainless steel, as proved to be advantageous, at least a 75% cold hardening or a 75% reduction in cross-section through cold deformation which is to be given to the material before the execution and the twisting process · The process of twisting in the drawing tool can encompass a single or a large number of reduction stitches from 5 to 30%, the reduction preferably being 10 to 20% per stitch while the wire is twisted at the same time.
Pern er kann im Anschluß an die Verdrehung ein abschließender Pormgebungsstich vorgenommen werden, bei welchem der Querschnitt des Drahtes um etwa 10% oder weniger und vorzugsweise um 5% oder weniger reduziert'wird. Obgleich das Ziehen im Ziehwerkzeug das bevorzugte Kaltverformungsverfahren für den Draht darstellt, können andere Verfahren oder Kombinationen der vorstehend erwähnten Verfahren mit Nutzen angewendet werden.Pern he can do a final step after the twist Pormgebungsstich are made in which the cross-section of the wire is reduced by about 10% or less and preferably by 5% or less. Although the pulling represents the preferred cold forming process for the wire in the drawing tool, other processes or combinations can be used of the above-mentioned methods are used to advantage will.
Außer in Gestalt eines Drahtes kann das durch Torsion zu verfestigende Material auch in Gestalt eines Stabes , eines Bandes, eines dünnen Plachbandes, eines Halbflachbandes, eines Rohres oder in jeder regelmäßigen oder unregelmäßigen Gestalt vorliegen. Als Beispiele für regelmäßige Gestalten seien die quadratische, die kreisförmige, die hexagonale, die I-förmige und die H-förmige Gestalt genannt, während als Beispiele unregelmäßiger Gestaltungen die C-förmige, die winkelförmige und eine Gestalt genannt seien, in welcher eine Symmetrieachse vorliegt. Die obenangegebenen Bei-Except in the form of a wire, this can be strengthened by torsion Material also in the form of a rod, a band, a thin flat band, a semi-flat band, a tube or in any regular or irregular shape. As examples of regular shapes are called the square, the circular, the hexagonal, the I-shaped and the H-shaped shape while as examples of irregular designs the C-shaped, the angular and a shape may be mentioned in which there is an axis of symmetry. The above
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spiele beziehen sich auf die Gestalt des Querschnittes. Es können alle dem Fachmann bekannten Verfahren angewendet werden, bei denen im Verformungsbereich gleichzeitig eine Einschnürung und eine Verdrehung auftreten.games relate to the shape of the cross-section. All methods known to the person skilled in the art can be used in which a constriction and a twist occur at the same time in the deformation area.
In allen Fällen hat es. sich als erforderlich herausgestellt, daß ein längliches, faserartiges Feingefüge vorliegt, so daß die Fasern während des Verdrehungsvorganges in ihrer Länge durch den Ziehvorgang sowohl als durch den Verdrehvorgang vergrößert werden. Somit besitzt die faserartige Feinstruktur des im Ziehwerkzeug verdrehten Drahtes eine Ausrichtung, in welcher die Fasern schraubenartig im Hinblick auf die Drahtachse gewickelt sind und wobei die Fasern eine größere länge besitzen ' als vor der Verdrehung.In all cases it has. it turned out to be necessary that an elongated, fibrous fine structure is present, so that the fibers during the twisting process in their length by the drawing process as well as by the twisting process be enlarged. Thus, the fiber-like fine structure of the wire twisted in the drawing tool has a Orientation in which the fibers are helically wound with respect to the wire axis and where the fibers have a greater length than before the twist.
Es hat sich herausgestellt, daß es mit Hilfe einer Veränderung der Glühtemperaturen beim rostfreien 18-8-Stahl vor der Kaltverformung möglich ist, die Stabilität des rostfreien Stahls im Hinblick auf die Martensit-Austenit-Umwandlung zu steuern und die Verdrehungsfestigkeits-Eigenschaften zu beeinflussen, die mit Hilfe des Verdrehens im Ziehwerkzeug erzielt werden. Es ist möglich, die Härte der abschließend ausgebildeten Martensit-Phase des roßtfreien i8-8-Stahles zu beeinflussen, welche bei der Kaltverformung und der Verdrehung ausgebildet ist. Es ist auch gefunden worden, daß der Kohlenstoffgehalt einen Einfluß auf die Härte des Martensits ausübt, wenn das Material derart im Ziehwerkzeug verdreht wird, daß die Torsionsfestigkeit mit dem Kohlenstoffgehalt des rostfreien 18-8-Stahls zunimmt.It has been found that by changing the annealing temperatures of 18-8 stainless steel before the Cold working is possible to increase the stability of the stainless steel in terms of the martensite-austenite transformation control and influence the torsional strength properties, which are achieved with the help of twisting in the drawing tool. It is possible to conclude the harshness of the developed martensite phase of the stainless steel i8-8 to influence which is formed during the cold deformation and the twist. It has also been found that the carbon content exerts an influence on the hardness of the martensite when the material is in this way in the drawing tool is twisted so that the torsional strength increases with the carbon content of the 18-8 stainless steel.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Joch 52 mit einer hinteren Stabilisierungswelle .51 und einer vor-A preferred device for carrying out the method according to the invention is shown in FIG. A yoke 52 with a rear stabilizing shaft .51 and a front
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deren rohrförmigen Welle 55 ist mit Hilfe von Lagerungen 53 gehalten. Eine Antriebsmaschine ^O, bei welcher es sich um einen Motor mit veränderbarer Drehzahl handeln kann, ist mit der hinteren Welle 51 des Joches 52 mit Hilfe einer Welle 50a gekoppelt und erzeugt eine Drehbewegung des Joches 52. Das Joch 52 enthält eine Abwiekelspule oder Haspel 54-» die einen Kern 56 und Seitenflansche 58 besitzt. Die Haspel 54· ist schwenkbar in den Flanschplatten 59 "befestigt, welche einen Teil des Joches 52 bilden. Die Haspel 54- ist mit aufgewickeltem Metalldraht 40 umwickelt. An einem Ende der Haspel 54- ist eine einstellbare Rutschkupplung 62 vorgesehen, die für eine geeignete Gegenspannung im Draht 4-0 sorgt. Das vordere Jochteil 55 dient gleichfalls als Drahtführung. Die Haspel 54· ist angenähert senkrecht zur Drehachse des Joches 52 angeordnet, welche durch die Mittellinie der Wellen 51 und 55 definiert wird, so daß der Draht 40 von der Haspelspule 54- in axialer Ausrichtung mit der Achse des Ziehwerkzeuges 70 abwickelbar ist. Eine Verdrehungssperre 80 ist so dicht wie möglich am Ausgangsende 71 des Ziehwerkzeuges 70 angeordnet. Diese Verdrehungssperre dient dazu, jegliche Verdrehung in dem Draht zu unterbinden, nachdem der Draht durch das Ziehwerkzeug 70 hindurchgetreten ist. Die Sperre 80 enthält wenigstens ein Paar federbelasteter Räder 82, die den Draht während des Zieh- und Verdrehungsvorganges fest eingespannt halten.Viele Werkstoffe, wie Gummi, Kunststoff und Metall können mit Erfolg verwendet werden, wobei jedoch der Werkstoff für die Räder und die darauf einwirkende Federkraft von der Art des zu ziehenden Drahtes und seiner·Härte abhängig ist. Nachdem der Draht 40 durch die Verdrehungssperreinrichtung 80 hindurchgetreten ist, wird er auf herkömmliche Weise auf einer Aufwickelhaspel 84 aufge\vickelt. Die Rollen oder Walzen 82 der Verdrehungs-Gperreinrichtung 80 dienen dazu, den Draht 40 an einer weiteren Verdrehung nach dem Verlassen des Ziehwerkzeuges 70 zu hin-its tubular shaft 55 is held with the aid of bearings 53. A prime mover ^ O, wherein there may be a variable speed motor is coupled to the rear shaft 51 of the yoke 52 by means of a shaft 50a and generates a rotational movement of the yoke 52. The yoke 52 includes a Abwiekelspule or reel 54 - »which has a core 56 and side flanges 58. The reel 54 is pivotally mounted in the flange plates 59 "which form part of the yoke 52. The reel 54- is wrapped with coiled metal wire 40. At one end of the reel 54- an adjustable slip clutch 62 is provided which is suitable for a suitable The front yoke part 55 also serves as a wire guide. The reel 54 is arranged approximately perpendicular to the axis of rotation of the yoke 52, which is defined by the center line of the shafts 51 and 55, so that the wire 40 is supported by the Reel spool 54- can be unwound in axial alignment with the axis of the drawing tool 70. A rotation lock 80 is arranged as close as possible to the exit end 71 of the drawing tool 70. This rotation lock serves to prevent any twisting in the wire after the wire has passed through the drawing tool 70. The lock 80 includes at least a pair of spring loaded wheels 82 that drive the wire during pulling and twisting Many materials such as rubber, plastic and metal can be used with success, but the material for the wheels and the spring force acting on them depends on the type of wire to be drawn and its hardness. After the wire 40 has passed through the anti-twist device 80, it is wound onto a take-up reel 84 in a conventional manner. The rollers or cylinders 82 of the twisting locking device 80 serve to twist the wire 40 further after it has left the drawing tool 70.
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dem, wodurch die Verdrehung auf die Reduktionszone des Werkzeuges 70 "beschränkt wird und dienen gleichzeitig dazu, das Auftreten einer unstabilen Zone zwischen dem Ausgangsende 71 des Ziehwerkzeuges 70 und der Aufwickelhaspel 84 zu verhindern. Beim Drahtzug muß das Ziehwerkzeug geschmiert werden und demzufolge leistet es keinen hinreichenden Widerstand im Hinblick auf die Verhinderung von Verdrehungen in dem Bereich zwischen dem Ziehwerkzeug 70 und der Aufwickelhaspel 84·. Selbst wenn die Aufwickelhaspel dielt an das Austrittsende des Ziehwerkzeuges 70 gebracht wird, tritt das Problem des Verdrehens noch immer auf, da sich unstabile Bereiche teilweise rund um die Aufwickelhaspel 84- ausbilden können, in welchen dann ein weiteres Verdrehen stattfinden kann. Ohne die Rollen oder Walzen 82 der Verdrehungs-Sperreinriehtung tritt eine ungleichförmige Verdrehung im Draht auf, die zu einem unbefriedigenden Erzeugnis führt.dem, whereby the twist on the reduction zone of the Tool 70 "is limited and at the same time serve to the appearance of an unstable zone between the exit end 71 of the drawing tool 70 and the take-up reel 84 to prevent. When drawing a wire, the drawing tool must be lubricated and consequently it does not offer sufficient resistance in terms of preventing twisting in the area between the drawing tool 70 and the take-up reel 84 ·. Even if the take-up reel stopped at the exit end of the pulling tool 70 is brought, the problem of twisting still occurs because of unstable areas can partially form around the take-up reel 84- in which further twisting then takes place can. Without the twist lock device rollers 82, non-uniform twist occurs in the wire which leads to an unsatisfactory product.
In Fig. 2 ist ein Teilbereich des Drahtes 40 gezeigt, der gerade durch einen im Schnitt teilweise gezeigten Bereich des Ziehwerkzeuges 70 hindurchtritt. Das Ziehwerkzeug 70 enthält einen Einführungsabschnitt 74-, einen reduzierenden Bereich 72,in welchem der Draht in seinem Durchmesser verringert und gleichfalls verdreht wird, und einen Austrittsabschnitt 76. Am einlaufenden Drahtabschnitt 4-1 sind schematisch dargestellte Fasern 42 gezeigt, die parallel zur Achse des Drahtes 40 verlaufen. Wenn der reduzierte und verdrehte Abschnitt 43 aus dem Ziehwerkzeug 70 austritt, so erscheinen die verdrehten und gedehnten Fasern, die ursprünglich mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet waren, als Fasern 44, die schraubenförmig im Hinblick auf die Achse des Drahtes 40 ausgebildet sind. In dem reduzierenden Bereich 72 des Ziehwerkzeuges 70 sind diese gedehnten Fasern 42 verdreht worden, was durch die Faser-Zwischenform 45 zum Ausdruck gebracht wird. Somit ergibt sich, daß zur gleichen Zeit parallele FasernIn Fig. 2, a portion of the wire 40 is shown, the just passes through an area of the drawing tool 70 shown partially in section. The pulling tool 70 includes an insertion section 74-, a reducing one Area 72, in which the wire is reduced in its diameter and also twisted, and an exit section 76. At the incoming wire section 4-1 are schematic illustrated fibers 42 are shown, which run parallel to the axis of the wire 40. When the reduced and twisted Section 43 emerges from the drawing tool 70, so appear the twisted and stretched fibers originally designated by the reference numeral 42 as fibers 44, the are helical with respect to the axis of the wire 40. In the reducing area 72 of the drawing tool 70, these stretched fibers 42 have been twisted, which is expressed by the intermediate fiber form 45 will. Thus it follows that at the same time parallel fibers
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in schraubenförmig angeordnete Fasern umgewandelt werden, wenn der Draht 40 durch da3 Ziehwerkzeug gezogen wird, in welchem die plastische Verformung sowohl die Querschnitts« Verminderung und die Verdrehung oder Torsion gestattet. Obgleich die Verdrehung durch das senkrecht zur Spule 54 rotierende Joch 52 aufgebracht wird, ist zu beachten, daß die Faserlinien auf dem Draht nicht verdreht oder schraubenförmig gewickelt werden, bis der Draht in den reduzierenden Bereich 72 des Ziehwerkzeuges ^O eintritt und in demselben plastisch verformt wird. Somit treten die Verringerung des Durchmessers und die Verdrehung zur gleichen Zeit innerhalb des reduzierenden Bereiches des Ziehwerkzeuges auf.can be converted into helically arranged fibers when the wire 40 is drawn through the drawing tool, in which the plastic deformation permits both cross-sectional reduction and twisting or torsion. Although the rotation is applied by the vertically rotating the coil 54 yoke 52, it should be noted that the fiber lines are not rotated on the wire or be wound helically, until the wire in the reducing portion 72 enters the drawing die ^ O and deformed in the same plastically will. Thus, the reduction in diameter and the twist occur at the same time within the reducing area of the drawing tool.
Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Abwickelhaspel, die lineare Abzugsgeschwindigkeit des gezogenen Drahtes vom Ausgangsende des Ziehwerkzeuges und der äußere Verdrehungs- oder Steigungswinkel des Drahtes sind voneinander abhängige Größen des Zieh-Verdrehungsverfahrens. Zum Erzielen einer spezifischen Anzahl von Wicklungen je 25»4 mm (Wicklungen je Zoll) ist eine Vielzahl von Kombinationen von Umdrehungsgeschwindigkeiten der Abwickelspule sowie der Ziehgeschwindigkeit möglich.The speed of rotation of the decoiler, the linear speed of withdrawal of the drawn wire from the output end of the drawing tool and the external twisting or pitch angle of the wire are mutually dependent variables of the drawing-twisting process. To achieve a specific number of turns per 25 »4 mm (turns per inch) is a multitude combinations of rotational speeds of the supply reel and the pulling speed are possible.
Bei dem beschriebenen einstufigen Verfahren zur Verdrehung von Draht sind alle Verdrehungen des Drahtes dahingehend zu verstehen, daß eine einheitliche Verdrehung in dem Draht hervorgerufen wird, die im wesentlichen innerhalb des reduzierenden Bereiches des Ziehwerkzeuges erfolgt. Die Verdrehung wird in Wicklungen je Längeneinheit angegeben, wobei als Längeneinheit von 25,4 mm, d.h. von 1 Zoll, ausgegangen ist. Die Größe "Wicklungen je Zoll" wird im folgenden als WPZ bezeichnet und wird bestimmt, nachdem der gezogene und verdrehte Draht aus dem Ziehwerkzeug ausgetreten ist. Beim Ziehen von Draht besteht die zur Bestimmung der dem Draht erteilten Verdrehung gebräuchliche Arbeitsweise darin, daß die Drehzahl je Minute des die Spule verdrehenden Kopfes oder Joches 52 und die Drehzahl Je Minute der Aufwickelhaspel 84In the one-step process for twisting described by wire, all twists of the wire are to be understood to the effect that a uniform twist in the wire is caused, which takes place essentially within the reducing area of the drawing tool. The twist is specified in windings per unit of length, the unit of length being 25.4 mm, i.e. 1 inch. The size "windings per inch" is referred to below as WPZ and is determined after the drawn and twisted Wire has come out of the drawing tool. When drawing wire there is the determination of the wire granted rotation usual working method in that the speed per minute of the coil rotating head or Yoke 52 and the speed per minute of the take-up reel 84
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bestimmt v/erden. Der Durchmesser der Haspel 84 ist leicht zu ermitteln, so daß die lineare Geschwindigkeit des das Ziehwerkzeug verlassenden Drahtes leicht berechnet werden kann. Die aufgebrachte Verdrehung stellt den Quotienten aus der Drehzahl je Minute und der linearen Geschwindigkeit (Soll je Minute) des austretenden Drahtes dar. Dabei ist davon ausgegangen, daß die gesamte, dem Draht erteilte Verdrehung im wesentlichen innerhalb des Ziehwerkzeuges aufgebracht worden ist und daß kein Schlupf in dem Ziehwerkzeug auftritt.definitely ground. The diameter of the reel 84 is light so that the linear velocity of the wire leaving the drawing tool can be easily calculated can. The applied rotation represents the quotient of the speed per minute and the linear speed (Should be per minute) of the exiting wire assumed that all of the twist imparted to the wire is applied essentially within the drawing tool has been and that no slippage occurs in the pulling tool.
Bei Verdrehungsvorgängen, die in mehreren Schritten oder Stufen ablaufen, wird dem Draht zunächst mit Hilfe des Ziehwerkzeuges eine anfängliche Verdrehung erteilt, welcher dann ein oder mehrere Einzel-Verdrehungsschritte folgen, die nach Wunsch wiederholt werden können.In the case of twisting processes that take place in several steps or stages, the wire is first given an initial twist with the aid of the drawing tool, which then one or more individual twisting steps follow, which can be repeated as desired.
Das obenerwähnte mehrfache oder stufenweise Verdrehen gestattet ein Verdrehen im Ziehwerkzeug mit größeren Steigungswinkeln bei großen Drahtgeschwindigkeiten, da je Stich oder Schritt eine kleinere Rotation und eine kleinere Verdrehung möglich sind. Der während des Verdrehungsvorgängeß erzielte Verdrehungswinkel kann entweder durch WPZ (Wicklungen je Zoll) oder durch den Steigungswinkel^i angegeben werden. Diese beiden Parameter stehen untereinander in folgender Beziehung:The above-mentioned multiple or step-wise twisting allows twisting in the drawing tool with larger pitch angles at high wire speeds, since a smaller rotation and a smaller twist are possible per stitch or step. The angle of twist achieved during the twisting process can be specified either by WPZ (windings per inch) or by the pitch angle ^ i. These two parameters are related to each other as follows:
Tan (f- = 2 TTr χ (WPZ) . Tan (f- = 2 TTr χ (WPZ).
In dieser Formel bedeutet r den Drahtdurchmesser und O^ den Steigungswinkel an der Drahtoberfläche gegenüber der Drahtachse und WPZ die Anzahl von Wicklungen je Zoll (25,4 mm).In this formula, r means the wire diameter and O ^ den Angle of inclination on the wire surface in relation to the wire axis and WPZ is the number of wraps per inch (25.4 mm).
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Bei einem Steigungswinkel von 4-5° ist WPZ dem Draht-oder Stabdurchmesser d'umgekehrt proportional, d.h.At a helix angle of 4-5 °, WPZ is the wire or Bar diameter d 'inversely proportional, i.e.
WPZ = _2 WPZ = _2
-Tf d-Tf d
Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Erläuterung der Erfindung, die keinesfalls auf die gegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.The following exemplary embodiments serve only for explanation of the invention, which is by no means restricted to the exemplary embodiments given.
Ein rostfreier 18-8-Stahldraht mit einem Durchmesser von 6,5278 mm,bestehend aus 0,08% Kohlenstoff, 1,58% Mangan, 0,67 % Silicium, 8,9% Nickel, 18,02% Chrom, Rest Eisen wurde bei 1038 C mit einer Geschwindigkeit von 2 Sekunden je 25»4yU , d.h. je tausendstel Zoll geglüht. Der Draht wurde auf einen Durchmesser von 1,6256 mm in der Kälte verformt, was einer 93»8%igen Reduktion der Querschnittsfläche, bezogen auf den ursprünglichen Durchmesser von 6,5278 mm entsprach. Es wurden die folgenden physikalischen Eigenschaften gemessen:An 18-8 stainless steel wire with a diameter of 6.5278 mm, consisting of 0.08% carbon, 1.58% manganese, 0.67 % silicon, 8.9% nickel, 18.02% chromium, the remainder being iron was annealed at 1038 C at a rate of 2 seconds per 25 »4yU, ie per thousandths of an inch. The wire was deformed in the cold to a diameter of 1.6256 mm, which corresponded to a 93 »8% reduction in the cross-sectional area, based on the original diameter of 6.5278 mm. The following physical properties were measured:
WPZ Verdrehfestig- ZugfestigkeitWPZ torsional strength tensile strength
(Wicklungen keit P P(Windings speed P P
je Zoll) (kg/mm ) (kg/mm )per inch) (kg / mm) (kg / mm)
0 93,51(c)* 182,81 (c)*0 93.51 (c) * 182.81 (c) *
2,5 102,65(ct)** 177,16 (et)**2.5 102.65 (ct) ** 177.16 (et) **
5 I27,97(ct)** 176,07 (et)**5 I27.97 (ct) ** 176.07 (et) **
* (c) Werkstoffreduktion allein durch Einschnürung **(ct) Werkstoffreduktion durch Einschnürung und Verdrehung.* (c) Material reduction through constriction alone ** (ct) Material reduction through constriction and Twist.
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Ein. rostfreier 18-8-Stahldraht mit einem Durchmesser von 6,5278 mm und der chemischen Zusammensetzung nach Beispiel I wurde bei 9820C mit einer Geschwindigkeit von 2 Sekunden je 25,4-/U geglüht. Der Draht wurde in der Kälte verformt auf Durchmesser von 2,8956 mm, 2,3114· mm, 1,6256 mm und 1,5240 mm, was Querschnittsverminderungen gegenüber dem ursprünglichen Durchmesser von 6,5278 mm um 80%, 87,3%, 93,8% und 94,5% entsprach. Die folgenden physikalischen Eigenschaften wurden bei den jeweiligen Durchmessern ermittelt. A. 18-8 stainless steel wire mm with a diameter of 6.5278 and the chemical composition of Example I was calcined at 982 0 C at a rate of 2 seconds per 25,4- / U. The wire was deformed in the cold to diameters of 2.8956 mm, 2.3114 mm, 1.6256 mm and 1.5240 mm, which reduced the cross-section by 80%, 87.3% compared to the original diameter of 6.5278 mm. , 93.8% and 94.5%, respectively. The following physical properties were determined for the respective diameters.
Durch- WPZ Kaltver- Verdreh- Zugfestigmesser formung festigkeit keitDiameter WPZ cold twisting tensile strength gauge forming strength
(mm)(mm) WW. (kg/mm2) (kg/mm2)(kg / mm 2 ) (kg / mm 2 )
2,8956 O 80 85,07 Cc) 175,03 (c)2.8956 O 80 85.07 Cc) 175.03 (c)
2,8956 3 93,8 96,32 (et) 170,11 (et)2.8956 3 93.8 96.32 (et) 170.11 (et)
2,3114- O 87,3 78,04 (c) 204-,6O (c)2.3114- O 87.3 78.04 (c) 204-.6O (c)
2,3114 3,5 95,4 100,54 (et) 184,91 (et)2.3114 3.5 95.4 100.54 (et) 184.91 (et)
1,6256 O 93,8 97,73 (c) 218,63 (c)1.6256 O 93.8 97.73 (c) 218.63 (c)
1,6256 5 97,8 108,98 (et) 210,9 (et)1.6256 5 97.8 108.98 (et) 210.9 (et)
1,5240 0 94,5 104,76 (c) 208,12 (c)1.5240 0 94.5 104.76 (c) 208.12 (c)
1,5240 4,5 97,1 118,83 (et) 196,9 (et)1.5240 4.5 97.1 118.83 (et) 196.9 (et)
Ein rostfreier 18-8-Stahldraht mit einem Durchmesser von 6,5278 mm und einer chemischen Zusammensetzung nach Beispiel I wurde bei 1066°C mit einer Geschwindigkeit von 2 Sekunden je 25,4/u geglüht. Der Draht wurde in der Kälte auf 2,3114 mm und 1,6256 mm verformt, was Querschnittsverminderungen in Besug auf den ursprünglichen Durchmesser von 6,5278 mm vonAn 18-8 stainless steel wire with a diameter of 6.5278 mm and a chemical composition according to Example I was at 1066 ° C with a speed of 2 seconds each Annealed to 25.4 / u. The wire was cut to 2.3114 mm in the cold and 1.6256 mm deformed, resulting in cross-section reductions in relation to the original diameter of 6.5278 mm
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87,6% und 93,8% entsprach. Bei den einzelnen Durchmessern wurden die folgenden physikalischen Eigenschaften gemessen!87.6% and 93.8% corresponded. With the individual diameters the following physical properties were measured!
Ein hochgekohlter und warmebehandelter Stahldraht, enthaltend 0,88% Kohlenstoff, 0,57% Mangan, 0,008% Phosphor, 0,012% Schwefel, 0,210% Silicium, Rest Eisen wurde in der Kälte auf einen Durchmesser von 2,8956 inm verformt. Die folgenden physikalischen Eigenschaften wurden ermittelt:A high carbon and heat treated steel wire containing 0.88% carbon, 0.57% manganese, 0.008% phosphorus, 0.012% Sulfur, 0.210% silicon, the remainder iron, was deformed in the cold to a diameter of 2.8956 µm. The following physical properties were determined:
WPZ Steigungs- Verdrehfestig- ZugfestigkeitWPZ pitch, torsional strength, tensile strength
winkel keit P P angle PP
(Grad) (kg/mni ) (kg/nroi )(Degree) (kg / mni) (kg / nroi)
0 0 84,57 (c) 151,85 (c)0 0 84.57 (c) 151.85 (c)
2 56 87,89 (et) 145,52 (et)2 56 87.89 (et) 145.52 (et)
2,5 42 94,21 (et) 109,68 (et)2.5 42 94.21 (et) 109.68 (et)
Die in "den Beispielen I, Il und III wiedergegebenen physikalischen Eigenschaften des rostfreien 18-8-Stahles zeigen deutlich, daß die Verdrehfestigkeit erheblich gesteigert wird, wenn der lediglich eingeschnürte Draht der Verdrehung im Ziehwerkzeug unterworfen wirde, während die nichtverdrehtenThe physical reproduced in "Examples I, II and III Properties of the 18-8 stainless steel clearly show that the torsional strength is increased considerably when the merely constricted wire is subjected to the twist in the drawing tool, while the untwisted
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Proben eine beträchtlich niedrigere Verdrehfestigkeit erhielten. Die Zugfestigkeit der verdrehten Proben wurde im Vergleich mit den nichtverdrehten Proben herabgesetzt, was zu erwarten war. Diese Beispiele zeigen auch, daß das Ausmaß der Verdrehung nicht sehr groß sein muß, um eine beträchtliche Steigerung der Verdrehungsfestigkeit hervorzurufen. Somit ergibt sich, daß die Verdrehung des Drahtes im Ziehwerkzeug offensichtlich zu einer Verbesserung der physikalischen Eigenschaften dieser Drähte führt, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn diese Drähte später einer Torsionsueanspruchung ausgesetzt werden.Samples received a considerably lower torsional strength. The tensile strength of the twisted samples was im Compared to the untwisted samples decreased what was to be expected. These examples also show that the The amount of twist need not be very large to produce a significant increase in torsional strength. It thus follows that the twisting of the wire in the drawing tool obviously leads to an improvement the physical properties of these wires, which is especially important when using these wires later exposed to torsional stress.
Soweit in den vorstehenden Tafeln Angaben über die Kaltverformung (%) enthalten sind, schließen diese eine Kaltverformung der Oberfläche ein, die auf die Verdrehung im Ziehwerkzeug zurückgehen.As far as information on cold deformation is given in the above tables (%) are included, these include cold deformation of the surface, which is due to the twisting in the Go back pulling tool.
■Bei diesen Beispielen zeigte sich, daß die Verdrehfestigkeit der Drähte bis zu 50% größere Werte erbrachte als bei Versuchen, bei denen in einer Richtung geprüft wurde, die der Torsions-Vorspannung oder der Verdrehung entgegengerichtet war. Bei jedem Beispiel wurde bestimmt, daß der Volumenanteil an Martensit mehr als ^>0% ausmachte und daß das Material mehr als 0,06 Gew.-% an Kohlenstoff enthielt. Demzufolge besaß die Orientierung der härteren Phase, nämlich des Martensits, einen starken Einfluß auf das Verfestigungsverhalten des Materials. Dieses konnte erwartet werden,da es sich bei allen zweiphasigen Materialien als charakteristisch herausgestellt hatte, daß die härtere der beiden Phasen einen starken Einfluß auf das Verfeetigungsverhalten des Metalls ausübte, wenn diese in Volumenanteilen von 50$ oder mehr vorhanden war. Die wärmebehandelten und kaltgezogenen hochgekohlten Proben des Beispiels IV bestätigen, daß das Merkmal der Steigerung der Verdrehfestigkeit bei allen zweiphasigen Metallen vorliegt und daß der Mechanismus, Kaltver- In these examples it was shown that the torsional strength of the wires was up to 50% higher than in tests in which tests were carried out in a direction that was opposite to the torsional prestressing or the twisting. In each example it was determined that the volume fraction of martensite was greater than ^> 0% and that the material contained more than 0.06% by weight of carbon. As a result, the orientation of the harder phase, namely martensite, had a strong influence on the hardening behavior of the material. This could be expected because it had been found characteristic of all two-phase materials that the harder of the two phases exerted a strong influence on the solidification behavior of the metal when it was present in proportions of 50 $ or more by volume. The heat-treated and cold-drawn high-carbon samples of Example IV confirm that the feature of increasing the torsional strength is present in all two-phase metals and that the mechanism, cold-drawing
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formung und/oder Wärmebehandlung nur von der Art des su verwendenden Metalls abhängt.Forming and / or heat treatment only of the kind used Metal depends.
Wird ein Draht mit gesteigerter Verdrehfestigkeit zu Federn verarbeitet, so hat sich herausgestellt, daß die Feder eine gesteigerte Fähigkeit zur Energiespeicherung besitzt. Diese vergrößerte Fähigkeit zur Energiespeicherung in den Federn konnte erwartet werden und ergibt sich aus dem im folgenden beschriebenen Beispiel V.If a wire with increased torsional strength is processed into springs, it has been found that the spring is a possesses increased ability to store energy. This increased ability to store energy in the springs could be expected and results from example V described below.
Ein rostfreier 18-8-Stahldraht, enthaltend 0,077% Kohlenstoff, 0,82% Mangan, 0,023% Phosphor, 0,025% Schwefel, 0,54% Silicium, 18,32% Chrom, 9,34% Nickel, 0,23% Molybdän, 0,11% Kobalt, Rest Eisen, wurde zu einer Anzahl von Federn verarbeitet. Einige der gemessenen physikalischen und mechanischen Eigenschaften dieser Federn sind im folgenden zusammengestellt:An 18-8 stainless steel wire containing 0.077% carbon, 0.82% manganese, 0.023% phosphorus, 0.025% sulfur, 0.54% silicon, 18.32% chromium, 9.34% nickel, 0.23% molybdenum, 0.11% cobalt, the balance iron, became a number of feathers processed. Some of the measured physical and mechanical properties of these springs are as follows compiled:
Federbe- Draht- Kaltver- WPZ Federdurch- wirksame zeichnung größe formung messer Windungen (mm) (%) (mm)Spring loaded wire cold WPZ spring loaded drawing size shaping knife coils (mm) (%) (mm)
A 0,8229 85 0 10,92 6A 0.8229 85 0 10.92 6
B 0,8229 85 1 10,92 6B 0.8229 85 1 10.92 6
C 0,8229 85 4,5 10,92 6C 0.8229 85 4.5 10.92 6
D 0,8229 85 9 10,92 6D 0.8229 85 9 10.92 6
Die aufgespeicherte Energie oder der Arbeitsinhalt einer jedwn Feder wurde gemessen und der prozentuale Anstieg des Arbeitsinhaltes ergab sich wie folgt:The stored energy or the work content of each Spring was measured and the percentage increase in work content was as follows:
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a) Feder B zeigte einen 3Λ%±£βη Anstieg über Feder Aa) Spring B showed a 3Λ% ± £ βη increase over spring A.
b) Feder C zeigte einen 38%igen Anstieg über Feder Ab) Spring C showed a 38% increase over Spring A
c) Feder D zeigte einen 66%igen Anstieg über Feder A·c) Spring D showed a 66% increase over spring A
Aus Beispiel V ist deutlich zu erkennen, daß die Verdreheigenschaften unter Einschluß der Standfestigkeiten erheblich gesteigert werden können, wenn das Verdrehen im Ziehwerkzeug auf alle hier angesprochenen zweiphasigen Metalle angewandt wird, zu denen die extrem hochfesten rostfreien 18-8-Stähle zählen, die Festigkeiten von 281,2 kg/mm und mehr besitzen.From Example V it can be clearly seen that the twisting properties including the stability can be increased significantly if the twisting in the drawing tool is applied to all two-phase metals mentioned here, including the extremely high-strength stainless 18-8 steels count, the strengths of 281.2 kg / mm and own more.
Das hat zur Folge, daß die herkömmliche Federfertigungstechnologie auf die vorstehend genannten Federn nicht angewandt werden kann, da die Biegefestigkeit in einem großen Ausmaße die Festigkeitsverhältnisse' herkömmlichen Federmaterials übersteigt.As a result, the conventional spring manufacturing technology cannot be applied to the above springs because the flexural strength is great Exceeds the strength ratios of conventional spring material.
Wenngleich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung vorstehend beschrieben worden sind, sind dem Fachmann im Rahmen des Erfindungsgedankens mannigfaltige Abwandlungen und Veränderungen im Hinblick auf die Zusammensetzung der Metalle möglich. So kann das Verfahren des Verdrehens im Ziehwerkzeug dahingehend geändert werden, daß die Walz-, Schmiede- oder Gießvorgänge ersetzt werden und kann ferner die beschriebene Maschineneinrichtung im Rahmen des Erf-indungsgedankens abgewandelt werden.Although preferred embodiments of the invention have been described above, those skilled in the art are within the scope the inventive concept manifold modifications and changes with regard to the composition of the metals possible. So the process of twisting in the drawing tool can be changed so that the rolling, forging or casting processes can be replaced and the machine device described can also be used within the scope of the inventive concept be modified.
409836/0365409836/0365
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