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Verfahren zur Herstellung von Schrauben mit hoher Zugfestigkeit durch
Kaltverformung eines kohlenstoffarmen Flußstahls nach Din 1661 . Bei der Herstellung
von Schrauben auf kaltem Wege benutzt man in der Hauptsache zwei Herstellungsverfahren,
von denen das -eine auf der Sparabnahme beruht, das andere in mehr oder weniger
großem Umfang sparlos arbeitet. Im ersten Falle werden durch Phosphor und Schwefel
verunreinigte, kalt gezogene Werkstoffe bevorzugt, welche sich besonders leicht
zerspanen lassen, aber infolge ihrer Verunreinigungen eine geringe Kerbzähigkeit
aufweisen.
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Im zweiten Falle bedient man sich urlegierter kohlenstoffarmer Flußstähle
mit einer Ausgangsfestigkeit von rund 35 kg/mm2, die eine- große Kaltverformbarkeit
aufweisen. Es ist hierbei üblich, die Spannungen, die sich durch die Kaltbearbeitung
bilden, wie sie beim Anstauchen der Schxaubenköpfe verfolgt, nachträglich dadurch
zu beseitigen, daß man das Werkstück ausglüht. Als Ausglühtemperatur hat man hierbei
bis jetzt Temperaturen oberhalb des Umwandlungspunktes A 3 angewendet, da unterhalb
dieser Temperaturen unter Umständen Rekristallisation nicht zu vermeiden ist, namentlich
wenn man kohlenstoffarmen legierten Werkstoff besonderer Reinheit verwendet, und
da bei Temperaturen bis zu q.00° C bekanntlich -ungünstige Alterungserscheinungen
(Blaubruch) veranlaßt werden. Gemäß der Erfindung sollen Schrauben aus über dem
kritischen Reckgrad kalt verformtem legiertem oder urlegiertem und niedrig gekohltem
Flußstahl hergestellt werden, denen Festigkeit in jedem Fall über der bisher bevorzugten
Festigkeit von etwa 35 kg/nim2 (im ausgeglühten Zustand) liegt. Ermöglicht wird
dies dadurch, daß man sich eines bisher nur für Stahldrähte mit höherem Kohlenstoffgehalt
bekannten Verfahrens bedient, bei welchem durch Anlassen bei Temperaturen zwischen
35o° C und dem Acl-Punkt die durch die Kaltverformung, nämlich das Kaltziehen, :erzielte
höhere Zugfestigkeit im wesentlichen erhalten wird, während die durch die Kaltbearbeitung
verringerte Dehnung erheblich zunimmt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß kalt verformte
kohlenstoffarme Flußstähle von geringer Zugfestigkeit etwa 35 kg/mm2 und großer
Reinheit nach Din 1661 durch ein. Anlassen zwischen 400 und 5oo° C in allen ihren
für die Verwendung zur Schraubenfabrikation maßgebenden Eigenschaften, nämlich der
Streckgrenze, der Dehnung und der Kerbzähigkeit, erheblich vergütet werden, derart,
daß trotzdem die durch die Kaltverformung erzeugte höhere Festigkeit von beispielsweise
5o bis 6o kg/mm2 gewahrt bleibt, die Sprödigkeit des Werkstoffes aber verschwindet.
Diesen Temperaturbereich
hat man bis jetzt beim Anlassen peinlichst
vermieden, weil die Befürchtung bestand, daß Blaubrüchigkeit oder Rekristallisatiön
veranlaßt wird, die beim Glühen bei den bisher üblichen hohen Temperaturen von goo°
und darüber erfahrungsgemäß in jedem Falle vermieden werden.
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Will man im Sinne des neuen Verfahrens eine Schraube von hoher Zugfestigkeit
auf kaltem Wege, .also unter kalter Anstauchung des -Kopfes, kalter Reduzierung
des Schaftes auf ungefähr den Flankendurchmesser des Gewindes und kaltem Einwalzen
oder Pressen der Gewindegänge herstellen, so verwendet man erfindungsgemäß, wie
an sich bekannt, einen nichtlegierten niedrig gekohlten Ausgangswerkstoff-von besonders
großem Reinheitsgrad (Din 1661), dessen Festigkeit durch die Kaltverformung, z.
B. den Ziehvorgang, von 35 kg/mm2 auf die den Schrauben zuerteilende hohe Zugfestigkeit,
beispielsweise 5o bis 6okg/mm2, gesteigert wird, dessen Streckgrenze praktisch mit
der Festigkeit zusammenfällt und der gerade noch so viel Dehnung besitzt, daß man
den Schraubenkopf anstauchen ioder das GewindQ kalt einwalzen kann, ohne daß das
Material bricht oder rissig wird. Die so hergestellte Schraube, deren Bearbeitung
im Bedarfsfall teilweise durch spanabnehmende Werkzeuge erfolgen kann, wird bei
40o bis 5oo° C angelassen, worauf sie ohne weiteres gebrauchsfähig ist.
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Gegenüber der bisherigen Gepflogenheit vereinfacht und verbilligt
die verhältnismäßig niedrige Temperatur und der niedrige Preis des Werkstoffes das
gesamte Arbeitsverfahren, da für die Herstellung hochfester Schrauben bisher entweder
ein teuere Legierungsbestandteile enthaltender Ausgangswerkstoff oder ein aus Abschrecken
und Anlassen bestehendes Vergütungsverfahren für erforderlich erachtet wurden.
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Durch das Anlassen innerhalb des Temperaturbereiches von 40o bis Soo°
C werden die durch die Kaltverformung des infolge überkritischen Reckens in seiner
Festigkeit gesteigerten Schraubenwerkstoffes entstandenen inneren Werkstoffspannungen
beseitigt. Dabei zeigt sich, daß die durch die Kaltverformung zunächst entstandene
Festigkeitssteigerung von 35 kg/mm2 auf beispielsweise 5o bis 6o kg/mm2 bestehen
bleibt und gleichzeitig eine Streckgrenze von etwa go v. H. der höheren Zerreißfestigkeit
bei höherer Dehnung und Kerbzähigkeit erreicht wird. Beim Anlassen bei einer Temperatur
von 4oo bis 500° C ist @es außerdem leicht möglich, den Werkstoff blank zu halten
und das Ansetzen von Zunder, z. B. in den Gewindegängen, zu vermeiden, was bei dem
bisherigen Ausglühen bei höheren Temperaturen nicht ohne weiteres der Fall ist.
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Mittels des neuen Verfahrens kann man auch aus dem niedrig gekohlten
Flußstahl von eifier Ausgangsfestigkeit von 35 kg/mm2 S@lirauben besonders großer
Zugfestigkeit auf kaltem Wege herstellen, ohne, wie bisher allgemein üblich, hierzu
einen .naturhochfesten Werkstoff verwenden zu müssen. Zu diesem Zweck steigert man
die Zugfestigkcit des Werkstoffes im Wege der Kaltverformung auf etwa 6o
bis 7o kg/mm2, wodurch allerdings gleichzeitig auch die Sprödigkeit gesteigert
und die Kaltverformbarkeit erschwert wird. Der Werkstoff wird dann bei dieser Ausführungsform
des neuen Verfahrens ein erstes Mal vor und ein zweites Mal nach seiner Kaltbearbeitung
angelassen, und zwar beide Male in dem gleichen Temperaturbereich von 40o bis 500''C.
Das erste Anlassen beseitigt die durch die vorbereitende Kaltverformung erzeugten
inneren Spannungen und ermöglicht die Kaltbearbeitung zur Schraube, das zweite hiernach
erfolgende Anlassen beseitigt jede Möglichkeit des Alterns und der Blaubrüchigkeit
und hebt die durch die plastischen Bearbeitungsvorgänge neu entstandenen inneren
Spannungen in genügender Weise wieder auf, ohne daß Rekristallisation entsteht.
Auch in diesem Falle enthält der Werkstoff wieder eine Streckgrenze, die etwa go
v. H. der Ausgangsfestigkeit von 6o bis 7o kg/mm2 beträgt. Da das bei dieser Ausführungsform
der Erfindung erfolgende zweimalige Anlassen bei gleicher Temperatur vorgenommen
wird, ergibt sich der weitere Vorteil, daß man nur einen Anlaßofen aufzustellen
und in Betrieb zu halten hat und dieser Anlaßofen nach Belieben mit Halb-oder Fertigerzeugnissen
beschickt werden kann:.
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Die Anlaßzeit beträgt gewöhnlich i o bis 15 Minuten und spielt für
den Erfolg des Verfahrens keine wesentliche Rolle, da bei den niedrigen Anlaßtemperaturen
auch bei verhältnismäßig langer Anlaßzeit eine Zunderbildung nicht auftritt. Wird
auf besonders blanke Erzeugnisse Wert gelegt, so kann man auf irgendeine bekannte
oder geeignete Weise den Zutritt des Luftsauerstoffes zum Anlaßgut verhindern. Dürfen
weniger blanke Erzeugnisse hergestellt werden, so kann man mit Vorteil stetig arbeitende
Durchlauföfen verwenden, die sich gut in einen automatisch arbeitenden Massenbetrieb
einfügen lassen.