DE69009328T2

DE69009328T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung mindestens eines Metalldrahtes mittels Wärmeaustauschplatten.

Info

Publication number: DE69009328T2
Application number: DE69009328T
Authority: DE
Inventors: Christian Chanet; Andre Reiniche
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 1989-07-26
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2010-07-20
Also published as: EP0410300A1; CN1027456C; EP0410300B1; JPH0361332A; US5423924A; US5433420A; AU5977790A; ATE106457T1; FR2650296A1; BR9003639A; IE71219B1; DE69009328D1; ES2054172T3; CN1049868A; ZA905557B; AU636631B2; CA2022046A1; FR2650296B1; KR910003125A; OA09219A

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Wärmebehandlung von Metalldrähten, insbesondere von Drähten aus Kohlenstoffstahl. Eine solche Behandlung besteht z.B. aus der Herstellung einer feinen perlitischen Struktur. Diese Drähte werden insbesondere benutzt, um Artikel aus Gummi und/oder Kunststoffen, z.B. Reifenmäntel, zu verstärken.
Die französische Patentanmeldung 88/00904 (FR-A-2 626 270) beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Perlitisierungsbehandlung, bei der der Draht durch ein oder mehrere Rohre geführt wird, die ein von Zwangsventilation praktisch freies Gas enthalten. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung weisen die folgenden Vorteile auf:
- Einfachheit, niedrige Investitions- und Betriebskosten;
- das Abkühlverhalten kann genau eingestellt und die Rekaleszenz vermieden werden;
mit der gleichen Anlage kann eine Perlitisierungsbehandlung an Drähten durchgeführt werden, deren Durchmesser in weiten Grenzen schwankt;
- es treten keine Sauberkeitsprobleme auf und eine Reinigung des Drahts ist nicht nötig, da die Verwendung von geschmolzenen Salzen oder Metallen vermieden wird.
Die Erfahrung zeigt jedoch, daß bei Stählen mit geringfügig unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung (insbesondere bei Kohlenstoffprozentsätzen geringfügig unterhalb oder oberhalb des Eutektoids) die Zeit-Temperatur-Gefügekurven sehr unterschiedlich sein können. Dasselbe Phänomen wird bei Stählen von gleicher chemischer Zusammensetzung beobachtet, die aus unterschiedlichen Stahlwerken kommen.
So ist es beispielsweise bei Stählen mit 0,8 % Kohlenstoff normal, Inkubationszeiten zu haben, die im Verhältnis von 1 bis 1,7 variieren, wobei die Inkubationszeit die Zeit zwischen dem Beginn der Abkühlung und dem Beginn der Austenit- Perlit-Umwandlung ist, was dazu zwingt, Anlagen mit unterschiedlichen Konstruktionsparametern zu verwenden, um Drähte mit gleichem Durchmesser und identischen oder ähnlichen Zusammensetzungen zu behandeln, um in allen Fällen eine optimierte Stahlstruktur zu erhalten.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Metalldrahts mit guter Flexibilität anzugeben, wobei die Flexibilität definiert werden kann als die Eignung zur Herstellung von identischen Zeit-Temperaturkurven für Drähte mit gleichem Durchmesser und unterschiedlichen Zeit-Temperatur-Gefügekurven.
Bei der zitierten Patentanmeldung 88/00904 wird der mit dem Draht ausgetauschte Wärmefluß im wesentlichen durch die Wärmeleitfähigkeit und die Ausmaße des Gasrings gesteuert, der den zu behandelnden Draht umgibt. Die vorliegende Erfindung macht es möglich, Anpassungsfähigkeit zu erhalten, indem die Ausmaße dieses Gasrings verändert und/oder geregelt werden.
Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmebehandlung wenigstens eines Metalldrahts gekennzeichnet durch folgende Punkte:
a) Der Draht wird in wenigstens ein Paar von Wärmeaustauschplatten zwischen zwei an den zwei Platten eines jeden Paares gebildeten Rillen geführt, wobei der Draht direkt in Kontakt zwischen den Rillen angeordnetem, praktisch zwangsventilationsfreien Gas ist;
b) der Abstand zwischen den Platten wird geregelt, um das Verhältnis K in Abhängigkeit von der durchzuführenden Wärmebehandlung zu bestimmken, wobei dieses Verhältnis K in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Rillen, des Drahts und des Gases definiert ist durch die Beziehung
wobei
Di = [4S/π] (2)
wobei Log der natürliche Logarithmus ist, S die Gesamtoberfläche der zwei sich gegenüberliegenden Rillen ist, wobei diese Oberfläche, ausgedrückt in mm², dem Querschnitt der Rillen in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Drahts entspricht, wobei Df der Durchmesser des Drahts ist, ausgedrückt in mm, und λ die Wärmeleitfähigkeit des Gases, gemessen bei 600 ºC und ausgedrückt bei Watt.m&supmin;¹.K&supmin;¹ ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung wenigstens eines metallischen Drahts, die gekennzeichnet ist durch folgende Punkte:
a) Sie umfaßt ein Paar von Wärmeaustauschplatten sowie Einrichtungen zum Führen eines Drahts in dem Paar; wobei jede Platte eine Rille aufweist, um zwei sich gegenüberliegende Rillen zu bilden, zwischen denen der Draht durchläuft; wobei der Draht in direktem Kontakt mit einem in den Rillen angeordneten, praktisch zwangsventilationsfreien Gas ist;
b) sie umfaßt Einrichtungen zur Regelung des Abstands zwischen den Platten, um das Verhältnis K in Abhängigkeit von der durchzuführenden Wärmebehandlung zu bestimmen, wobei dieses Verhältnis K definiert ist durch die Beziehung:
wobei
Di = [4S/π] (2)
wobei Log der natürliche Logarithmus ist, S die Gesamtoberfläche der beiden sich gegenüberliegenden Rillen ist, wobei diese Oberfläche, ausgedrückt in mm², dem Querschnitt der Rillen in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Drahts entspricht, wobei Df der Durchmesser des Drahts ist, ausgedrückt in mm, und λ die Wärmeleitfähigkeit des Gases, gemessen bei 600 ºC und ausgedrückt in Watt.m&supmin;¹.K&supmin;¹ ist.
Der Ausdruck "praktisch zwangsventilationsfrei" bedeutet, daß das Gas zwischen den Rillen entweder unbeweglich ist oder einer geringen Ventilation unterliegt, die praktisch nicht die Wärmeaustäusche zwischen dem Draht und dem Gas verändert, wobei diese geringe Ventilation z.B. allein durch die Verschiebung des Drahts selber verursacht ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls vollständige Anlagen und Verfahren zur Behandlung von Drähten unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens bzw. der oben beschriebenen Vorrichtung.
Die Erfindung ist leicht zu verstehen anhand der nachfolgenden, nicht einschränkenden Beispiele und der auf diese Beispiele bezogenen völlig schematischen Figuren.
In der Zeichnung stellen dar:
- Fig. 1 eine Anlage zur Wärmebehandlung mehrerer Metalldrähte, in der mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen verwendet werden;
- Fig. 2 einen Teil der in der Fig. 1 dargestellten Anlage verwendeten Vorrichtungen, wobei Fig. 2 ein Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Drähte ist;
- Fig. 3 und 4 jeweils Rillen der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung, wobei die Fig. 3 und 4 in der gleichen Weise wie in Fig. 2 durchgeführte Schnitte sind;
- Fig. 5 die Zirkulation eines in der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung verwendeten Wärmeträgerfluids darstellt;
- Fig. 6 die Variation der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit für einen in der Fig. 1 dargestellten Anlage behandelten Draht;
- Fig. 7 eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt entlang einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des in dieser Vorrichtung behandelten Drahts;
- Fig. 8 einen Schnitt durch einen Bereich der feinen perlitischen Struktur eines in der in Fig. 1 dargestellten Anlage behandelten Drahts.
Fig. 1 stellt eine vollständige Anlage zur Wärmebehandlung von Kohlenstoffstahldrähten dar, zur Herstellung einer feinen perlitischen Struktur. Die Anlage 1000, die z.B. die gleichzeitige Behandlung von 8 Drähten 1 ermöglicht, umfaßt vier mit Z&sub1;, Z&sub2;, Z&sub3;, Z&sub4; bezeichnete Abschnitte, die die Drähte 1 nacheinander in dieser Reihenfolge durchlaufen.
Der Abschnitt Z&sub1; entspricht einer Austenitisierungsbehandlung. In diesem Abschnitt werden die Drähte 1 auf eine Temperatur oberhalb der Transformationstemperatur AC3 erhitzt, um einen homogenen Austenit zu erhalten.
Der Abschnitt Z&sub2; entspricht einer schnellen Abkühlung, mit der die Drähte 1 auf eine Temperatur unterhalb der Transformationstemperatur AC1 gebracht werden können, um so einen metastabilen Austenit zu erhalten.
Der Abschnitt Z&sub3; entspricht der Perlitisierungsbehandlung, bei der der metastabile Austenit in Perlit transformiert wird.
Der Abschnitt Z&sub4; entspricht einer Bekühlung der Drähte, um sie auf Umgebungstemperatur oder eine Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur zu bringen.
Die Austenitisierungsbehandlung im Abschnitt Z&sub1; wird in bekannter Weise durchgeführt, z.B. mit einem Muffel- oder Gasofen, oder gemäß der französischen Patentanmeldung 88/08425 (FR-A-2632973), welches Verfahren darin besteht, die Drähte zu erhitzen, indem sie durch Rohre geführt werden, die ein praktisch zwangsventilationsfreies Gas enthalten.
Die Abschnitte Z&sub2;, Z&sub3; und Z&sub4; umfassen jede wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Eine solche Vorrichtung ist teilweise in Fig. 2 dargestellt. Diese Vorrichtung 100 umfaßt ein Paar von Wärmeaustauschplatten 2, in dem die Drähte 1 verlaufen. Die wärmeleitenden Platten 2 bestehen z.B. aus Bronze, Stahl oder Gußeisen.
Fig. 2 ist ein Schnitt entlang einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Drähte 1, die alle zueinander parallel sind.
Die zwei Platten 2 sind zueinander parallel und eine ist über der anderen angeordnet, wobei die obere Platte mit 2a und die untere Platte mit 2b bezeichnet ist. Diese Platten 2a, 2b sind durch den Abstand E voneinander getrennt, der mit Hilfe von wenigstens drei Schrauben 3, z.B. vier, veränderlich ist, wobei zur Vereinfachung der Zeichnung nur eine der Schrauben in Fig. 2 dargestellt ist. Die Drehbewegung einer jeden Schraube 3 kann mit Hilfe des Zahnrads 4, das die Schraube 3 verlängert, und der Kette 5 synchronisiert werden. Die Schraube 3 befindet sich im Eingriff mit einem an der oberen Wärmeaustauschplatte 2a angebrachten Gewinde 6 und stützt sich auf ein in der unteren Wärmeaustauschplatte 2b angebrachtes Kugellager oder Bronzelager 7. Die anderen Schrauben haben identische Anordnungen, und die Kette 5 verbindet alle Räder 4, um die Synchronisation der Verschiebungen und damit die Parallelität der Platten, d.h. den gleichen Wert des Abstands E entlang der Platten 2 sicherzustellen.
Jede Platte 2a, 2b umfaßt Rillen 8, eine für jeden Draht. Jede Rille 8a der Platte 2a liegt einer Rille 8b der Platte 2b gegenüber. Die Form der Rillen ist z.B. bei den Platten 2a, 2b gleich. Als Beispiel haben die Rillen 8 jede die Form eines Rotationshalbzylinders, dessen Achse parallel zur Längsrichtung der Drähte 1 ist, so daß die Rillen 8 die Form eines Halbkreises in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Drähte, d.h. im Schnitt der Fig. 2 haben.
In diesem Querschnitt bildet die Anordnung der beiden sich gegenüberliegenden Rillen 8a, 8b einen Kreis, der dem Fall entspricht, in dem sich die beiden Rillen berühren, wenn E = 0 ist. Die Oberfläche dieser Querschnittsanordnung ist mit S bezeichnet und Di ist gegeben durch die Beziehung:
Di = 4S/π (2),
wobei Di im beschriebenen Spezialfall der Durchmesser des Halbkreises ist, der dem Querschnitt jeder einzelnen Rille 8 in Fig. 2 entspricht.
Jeder Draht 1 verläuft zwischen zwei sich gegenüberliegenden Rillen 8a, 8b. Diese Rillen sind so vorgesehen, daß der Draht 1 zwischen diesen Rillen durchlaufen kann, wenn sie miteinander in Kontakt sind, d.h., es ist Di > Df, wobei Df der Durchmesser des Drahts 1 ist.
Die Einrichtungen zum Fortbewegen jedes Drahts 1 zwischen den Platten 2 umfassen z.B. die am Ausgang des Abschnitts Z&sub4; angeordnete Spule 9, auf der die Drähte 1 nach der Behandlung aufgewickelt werden, wobei diese Spule 9 durch den Motor 10 betätigt wird (Fig. 1).
Die Drähte 1 sind in direktem Kontakt mit einem Gas 11, das die Rillen 8 füllt und praktisch frei von Zwangsventilation ist, wobei dieses Gas 11 in Kontakt mit dem Volumen 12 außerhalb der Platten 2 ist, und wobei dieses Volumen 12 durch die Umhüllung 13 begrenzt ist.
Di, λ, Df und S ermöglichen die Bestimmung des Koeffizienten K:
wobei Log der natürliche Logarithmus und λ die Wärmeleitfähigkeit des Gases 11 ist, gemessen bei 600 ºC und ausgedrückt in Watt.m&supmin;¹.K&supmin;¹.
Das Gas 11 ist z.B. Wasserstoff, Stickstoff, Helium, ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff, aus Wasserstoff und Methan, aus Stickstoff und Methan, aus Helium und Methan, aus Wasserstoff, Stickstoff und Methan.
Die Veränderung des Abstands E verändert die Form der Hülle 14 aus Gas 11 um jeden Draht 1, was es ermöglicht, die Wärmeaustäusche zwischen den Drähten 1 und den Platten 2 über das Gas 11 zu steuern, wobei die maximalen Wärmeaustäusche E = 0 entsprechen.
Die Erfindung ist nicht auf den Fall beschränkt, daß die Rillen 8 im Querschnitt die Form eines Hauptkreises haben. So stellt z.B. die Fig. 3 zwei sich gegenüberliegende Rillen 8a, 8b dar, die jeweils die Form eines Kreisbogens von weniger als einem Halbkreis haben, und Fig. 4 zeigt zwei sich gegenüberliegende Rillen 8a, 8b, die jeweils die Form eines halben Quadrats haben. Diese Figuren zeigen analog zu Fig. 2 durchgeführte Schritte, d.h. senkrecht zur Achse des Drahts 1, den sie umgeben, sind die Rillen in dem Fall dargestellt, in dem die Platten 2a, 2b in Kontakt miteinander sind und folglich E = 0 ist.
Unabhängig von der Form der Rillen gilt immer die Beziehung (2), d.h., daß z.B. im Fall der Fig. 4 gilt: Di = 2d 1/π, wobei d die Kantenlänge des Quadrats ist.
An der den Drähten 1 gegenüberliegenden Seite ist jede Platte 2 in Kontakt mit einem Raum 15, in dem ein Wärmeträgerfluid 16, z.B. Wasser, zirkuliert. Die Platten 2 sind in den Räumen 15 durch Flügel 17 verlängert, die die Wärmeaustäusche zwischen den Platten 2 und dem Fluid 16 erleichtern.
Vorzugsweise wird für jede Platte 2 eine Anzahl von Flügeln 17 gleich der Anzahl der behandelten Drähte 1 verwendet, und die Flügel 17 werden entlang der Achse der Drähte 1 angeordnet (Fig. 2), wobei ein Flügel 17a der Platte 2a praktisch in derselben Ebene liegt wie ein Flügel 17b der Platte 2b, und die Achse eines Drahts 1 in dieser Ebene angeordnet ist. Der Raum 15 ist begrenzt durch den Deckel 18, wobei die Dichtigkeit durch die Dichtung 23 sichergestellt ist.
Fig 5 zeigt einen Raum 15, wobei der Deckel 18 als abgenommen angenommen wird. Das Fluid 16 kommt durch die Rohrleitung 19 an und zirkuliert anschließend entlang der Flügel 17. Ablenkwände 20 bewirken Richtungsänderungen bei dieser Zirkulation, die durch Pfeile F&sub1;&sub6; in Fig. 5 dargestellt sind. Das Fluid 16 verläßt anschließend die Vorrichtung 100 durch die Rohrleitung 21. Die Vorrichtung 100 umfaßt in den Platten 2 angeordnete elektrische Widerstände, mit denen bei Bedarf die Platten 2 erhitzt werden können. In diesem Fall läßt man vorzugsweise das Fluid 16 nicht zirkulieren, da dieses zur Abführung der von den Drähten abgegebenen Wärme dient.
Es kann eine Zirkulation des Fluids 16 für nur eine der Platten 2 vorgesehen werden.
Fig. 6 stellt das -Diagramm der Behandlung eines Drahts 1 bei seinem Durchgang durch die Abschnitte Z&sub2; bis Z&sub4; der Anlage 1000 dar, wobei die Abszisse die Zeit "t" und die Ordinate die Temperatur T des Drahts 1 darstellt.
Der Ursprung der Zeit entspricht dem Punkt A, der dem Ausgang des Abschnitts Z&sub1; entspricht, bei dem der Draht 1 mit der Temperatur TA eine homogene Austenitstruktur hat. Der Abschnitt AB des Diagramms entspricht der schnellen Abkühlung im Abschnitt Z&sub2; zur Erzeugung eines metastabilen Austenits, wobei der Draht am Ende dieser Abkühlung die Temperatur TB hat.
Der Abschnitt BC des Diagramms entspricht dem Abschnitt Z&sub3;, in dem die Perlitisierung des Drahts 1 durchgeführt wird. Vorzugsweise bleibt in diesem Abschnitt Z&sub3; die Temperatur des Drahts 1 so nah wie möglich bei TB, wobei die Temperatur um höchstens 10 ºC von dieser Temperatur TB nach oben oder unten abweicht und vorzugsweise höchstens 5 ºC nach oben oder unten von TB abweicht, und zwar um Rekaleszenzerscheinungen zu vermeiden oder zu begrenzen. Zur Vereinfachung ist der Abschnitt BC in Form eines Geradenstücks dargestellt, das der Temperatur TB entspricht. Der Abschnitt CD des Diagramms entspricht der Abkühlung des Drahts auf Umgebungstemperatur oder eine Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur nach der Perlitisierung, wobei diese Temperatur mit TD bezeichnet ist.
Für die im Abschnitt Z&sub2; verwendete Vorrichtung oder Vorrichtungen 100 gilt die Beziehung:
5 ≤ K ≤ 8 (3),
wobei λ bei 600 ºC gemessen ist,
und das gleiche gilt vorzugsweise für die Vorrichtung oder Vorrichtungen 100 des Abschnitts Z&sub4;.
Die für den Abschnitt Z&sub3; verwendeten Vorrichtungen 100 erfüllen die Beziehung:
3 ≤ K ≤ 6 (4).
Um eine isotherme oder praktisch isotherme Transformation in Abschnitt Z&sub3; zu erhalten, werden mehrere Vorrichtungen 100, z.B. 6, verwendet, um modulierte Wärmeaustäusche zu erhalten. Die Transformation des Drahts in diesem Abschnitt BC ist komplex und läuft nach dem folgenden Schema ab, von Punkt B zu Punkt C:
In der Umgebung von B setzt sich die Bildung von Keimen an den Korngrenzen des metastabilen Austenits fort. Anschließend beginnt die Transformation des Austenits in Perlit, mit einer zunächst geringen Geschwindigkeit abzulaufen, diese Geschwindigkeit ein Maximum erreicht, anschließend abfällt und zu Null wird. In der Umgebung von C ist die Transformation in Perlit abgeschlossen, doch wird die Temperatur bis zu C praktisch konstant gehalten, um einen Rest an metastabilem Austenit zu vermeiden.
Die Transformation des Austenits in Perlit ist stark exotherm, und der Bereich, in dem die Perlitisierungsgeschwindigkeit maximal ist, entspricht einem Bereich, in dem die Wärmeabfuhr maximal sein muß. In den anderen Bereichen muß die Wärmeabfuhr geringer sein; es kann sogar nötig sein, zu heizen. Um diese Modulation durchzuführen, kann man auf drei Faktoren einwirken:
- im Abschnitt, in dem die Perlitisierungsgeschwindigkeit maximal ist, können die Platten gegeneinander gedrückt werden (E = 0);
- in den anderen Bereichen können die Platten voneinander beabstandet sein (E ≠ 0) und evtl. beheizt werden.
Bei einer Anzahl N von im Abschnitt Z&sub3; verwendeten Vorrichtungen 100 gibt es N-2 mögliche ideale Konfigurationen, bei denen die maximale Transformationsgeschwindigkeit von Austenit in Perlit in der Mitte einer dieser Vorrichtungen liegt.
Z.B. gibt es bei sechs in dem Abschnitt Z&sub3; verwendeten Vorrichtungen 100 vier in der nachfolgenden Tabelle 1 schematisierte ideale Positionen, wobei die Vorrichtungen 100-1 bis 100-6 in dieser Reihenfolge bei den entsprechenden Zeitintervallen des geraden Stücks BC in Fig. 6 angegeben sind. Tabelle 1 Nummer der Vorrichtung Ideale Konfiguration Heizung
Die Regelung der Vorrichtungen 100 des Abschnitts Z&sub3; wird z.B. mit Hilfe eines Computers in folgender Weise vorgenommen:
Die Temperatur der Drähte 1 wird zum Ausgang der Platten 2 mit Hilfe eines Pyrometers bestimmt, der diese Angaben an den Computer weitergibt. Dieser schickt daraufhin Signale an Ventile, die die Zirkulation des Fluids 16 steuern, an Ventile, mit denen (im Falle des Heizens) das Fluid, z.B. mit Preßluft, ausgetrieben werden kann, an auf die Räder 4 wirkende Motoren und an auf die elektrischen Widerstände 22 wirkende Temperaturregler.
Die Erfindung wird verdeutlicht durch die nachfolgenden, sämtlich erfindungsgemäßen Beispiele. Bei diesen Beispielen beträgt die Durchlaufgeschwindigkeit des Drahts 1 m/s, die Zahl der gleichzeitig behandelten Drähte ist 8. Die im Abschnitt Z&sub1; durchgeführte Austenitisierung wird in herkömmlicher Weise, z.B. mit einem Gas- oder Muffelofen, vorgenommen, um eine Austenitisierungstemperatur TA von 980 ºC zu erhalten.
Der Durchmesser des Drahts beträgt 1,3 mm, das Gas 11 ist gecracktes Ammoniak mit 75 Vol.-% H&sub2; und 25 Vol.-% N&sub2;, dessen Wärmeleitfähigkeit λ bei 600 ºC 0,28 Watt.m&supmin;¹.K&supmin;¹ beträgt.

Beispiel 1

Die Abschnitte Z&sub2; bis Z&sub4; der Anlage 1000 umfassen insgesamt 8 Vorrichtungen 100. Die Rillen 8 haben im Schnitt die Form von Halbkreisen, wie oben beschrieben.
- Der Abschnitt Z&sub2; umfaßt eine Vorrichtung 100 mit einer Länge von 2,7 m. Durchmesser der Rillen 8: 3,7 mm.
- Der Abschnitt Z&sub4; umfaßt eine Vorrichtung 100 mit einer Länge von 2,5 m. Durchmesser der Rillen 8: 3,7 mm.
- Der Abschnitt Z&sub3; umfaßt sechs Vorrichtungen 100. Jedes dieser Elemente hat eine Länge von 1 m und ist mit elektrischen Widerständen versehen, deren Gesamtleistung 1,5 kW beträgt. Es gibt somit vier ideale Konfigurationen, wie oben angegeben.
Die Gesamtlänge des Abschnitts Z&sub3; beträgt somit 6 m und die Durchgangszeit des Drahts beträgt 6 s. Der Durchmesser der Rillen 8 beträgt 3,2 mm.
Es werden Drähte 1 aus Stahl mit 0,815 % C, 0,527 % Mn, 0,219 % Si, 0,006 % S, 0,012 % P, 0,082 % Al, 0,045 % Ca, 0,020 Cr, 0,008 % Ni verwendet.
Die dem Durchgang durch den Abschnitt Z&sub2; entsprechende Zeit (schnelle Abkühlung) beträgt 2,7 s. Die Temperatur der Drähte 1 im Abschnitt Z&sub3; beträgt 580 ± 10 ºC. Es wird eine Konfiguration vom Typ 1 bestimmt (Tabelle 1). Der Wert des Koeffizienten K ist wie folgt: im Abschnitt Z&sub2;: 6,31, im Abschnitt Z&sub3;: 5,44, im Abschnitt Z&sub4;: 6,31.
Nach Behandlung in der Anlage 1000 haben die Drähte 1 eine Bruchfestigkeit bei Zugbelastung von 1350 MPa. Diese Drähte werden vermessingt und in bekannter Weise gezogen, um einen Enddurchmesser von 0,2 mm zu erhalten. Die Bruchfestigkeit dieser gezogenen Drähte bei Zugbelastung beträgt 3480 MPa.
Das Querschnittsverhältnis ist definiert als:
R = Querschnitt des Drahts während Ziehen/Querschnitt des Drahts nach dem Ziehen.
Die Verformungszahl ist definiert als:
&epsi; = Log R, wobei Log der natürliche Logarithmus ist.
Somit gilt für die Drähte 1: R = 42,25; &epsi; = 3,74.

Beispiel 2

Die Abschnitte Z&sub2; bis Z&sub4; der Anlage 1000 umfassen insgesamt zehn Vorrichtungen 100. Die Rillen 8 haben im Querschnitt die Form von Halbkreisen, wie oben beschrieben.
- Der Abschnitt Z&sub2; umfaßt eine Vorrichtung 100 mit einer Länge von 2,7 m. Durchmesser der Rillen 3,7 mm.
- Der Abschnitt Z&sub4; umfaßt eine Vorrichtung 100 mit einer Länge von 2,5 m. Durchmesser der Rillen 8: 3,7 mm.
- Der Abschnitt Z&sub3; umfaßt acht Vorrichtungen 100, was somit 6 möglichen idealen Konfigurationen entspricht. Jede Vorrichtung 100 hat eine Länge von 0,75 m. Länge und Verweildauer des Drahts 1 in diesem Abschnitt Z&sub3; sind daher dieselben wie im Beispiel 1. Durchmesser der Rillen: 3,2 mm.
Die anderen Merkmale der Vorrichtungen 100 gleichen denen des Beispiels 1, insbesondere die Art des Gases 11.
Die Drähte 1 sind aus demselben Stahl wie in Beispiel 1 hergestellt.
Die Temperatur der Drähte 1 im Abschnitt Z&sub3; beträgt 550 ± 5 ºC, d.h. daß die Isothermizität besser als in Beispiel 1 ist. Diese bessere Isothermizität hat es möglich gemacht, die Temperatur im Abschnitt Z&sub3; zu senken, ohne daß die Gefahr der Bildung eines Zwischenstufengefüges besteht, wodurch die mechanischen Eigenschaften und der Gebrauchswert der Drähte 1 verbessert werden können. Die Spitzenleistung der Transformation des Austenits in Perlit wird im zweiten Element 100 dieses Abschnitts Z&sub3; erreicht. Der Koeffizient K hat in den Abständen Z&sub2; bis Z&sub4; dieselben Werte wie im Beispiel 1.
Nach Behandlung in der Anlage 1000 haben die Drähte 1 eine Bruchfestigkeit bei Zugbelastung von 1350 MPa. Diese Drähte werden anschließend vermessingt und dann in bekannter Weise gezogen, um einen Enddurchmesser von 0,2 mm zu erhalten. Die Bruchfestigkeit dieses gezogenen Drahtes bei Zugbelastung beträgt 3500 MPa. Es gilt. R = 42,25; &epsi; = 3,74.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen war der Abstand E in jeder Vorrichtung 100 konstant, doch wird die Erfindung auch angewandt, wenn in einer Vorrichtung der Abstand E sich innerhalb dieser Vorrichtung ändert.
Hier zeigt z.B. die Fig. 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 200 mit zwei Platten 2, die an einem ihrer Enden durch eine zum Draht 1 parallele Stange 30 verbunden sind, die zwischen den Rillen 8 angeordnet ist. Die Platten 2 drehen sich um die Stange 30 und somit ändert sich der Abstand E in der Richtung senkrecht zum Draht 1. Die Öffnung der Platten 2 wird z.B. mit Hilfe eines keilförmigen Teils 31 bewirkt, das die Platten voneinander entfernt, wenn es zwischen diesen eingeschoben wird.
Der erfindungsgemäß behandelte Draht 1 weist dieselbe Struktur auf, wie man sie durch das bekannte Verfahren des Bleipatentierens erhält, d.h. eine feine perlitische Struktur. Diese Struktur weist Zementitlamellen auf, die durch Ferritlamellen voneinander getrennt sind. Als Beispiel zeigt Fig. 8 im Schnitt einen Bereich 50 einer solchen feinen perlitischen Struktur. Dieser Bereich 50 weist zwei praktisch parallele Zementitlamellen 51 auf, die durch eine Ferritlamelle 52 getrennt sind. Die Dicke der Zementitlamellen 51 ist mit "i" bezeichnet, und die Dicke der Ferritlamellen 52 ist mit "e" bezeichnet. Die perlitische Struktur ist fein, d.h., daß der Mittelwert von i+e höchstens gleich 1000 Å ist, mit einer Abweichung in der Größenordnung von 250 Å.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

1. Verfahren zur Wärmebehandlung wenigstens eines Metalldrahts, gekennzeichnet durch folgende Punkte:

a) Führen des Drahts in wenigstens einem Paar von Wärme austauschplatten, zwischen zwei in den zwei Platten eines jeden Paares gebildeten Rillen, wobei der Draht direkt in Kontakt mit zwischen den Rillen angeordnetem, praktisch zwangsventilationsfreiem Gas ist;

b) Regeln des Abstands zwischen den Platten,um das Verhältnis K in Abhängigkeit von der durchzuführenden Wärmebehandlung zu bestimmen, wobei das Verhältnis K definiert ist durch:

wobei

Di = [4S/π] (2)

wobei Log der natürliche Logarithmus ist, S die Gesamtoberfläche der zwei gegenüberliegenden Rillen ist, wobei diese Oberfläche, ausgedrückt in mm², den Querschnitt der Rillen in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Drahtes entspricht, Df der Durchmesser des Drahts, ausgedrückt in mm, und λ die Wärmeleitfähigkeit des Gases, gemessen bei 600 ºC und ausgedrückt in Watt.m&supmin;¹.K&supmin;¹ ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Wärmebehandlung wenigstens eines Stahldrahts zur Erzeugung einer feinen perlitischen Struktur, wobei der Draht vor dieser Behandlung zur Erzeugung eines homogenen Austenits auf einer Temperatur oberhalb der Transformationstemperatur AC3 gehalten worden ist, gekennzeichnet durch folgende Punkte:

c) Abkühlen des Drahts von einer Temperatur oberhalb der Transformationstemperatur AC3 auf eine Temperatur unterhalb der Transformationstemperatur AC1;

d) anschließendes Durchführen der Perlitisierungsbehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Transformationstemperatur AC1;

e) anschließendes Abkühlen des Drahts auf Umgebungstemperatur oder eine Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur;

f) Durchführen des Abkühlungsschritts vor der Perlitisierung und des Perlitisierungsschritts durch Führen des Drahts in wenigstens einem Paar von Platten derart, daß 5 ≤ K ≤ 8 während der Abkühlung und 3 ≤ K ≤ 6 während der Perlitisierung gilt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abkühlungsschritt nach der Perlitisierung durchgeführt wird, indem der Draht in wenigstens einem Paar von Platten geführt wird, derart, daß 5 ≤ K ≤ 8.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Drahts während des Perlitisierungsschritts um nicht mehr als 10 ºC nach oben oder unten von einer gegebenen Temperatur abweicht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Perlitisierung wenigstens vier Plattenpaare verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Platten in Abhängigkeit von der Temperatur des Drahts am Ausgang dieser Platten geregelt wird.

7. Vorrichtung zur Wärmebehandlung wenigstens eines Metalldrahts, gekennzeichnet durch folgende Punkte:

a) ein Paar von Wärmeaustauschplatten sowie Einrichtungen zum Führen des Drahts in dem Paar; wobei jede Platte eine Rille aufweist, um zwei gegenüberliegende Rillen zu bilden, zwischen denen der Draht durchläuft; wobei der Draht direkt in Kontakt mit einem zwischen den Rillen angeordneten, praktisch zwangsventilationsfreien Gas in Kontakt steht;

b) Einrichtungen, die die Regelung des Abstandes zwischen den Platten ermöglichen, um das Verhältnis K in Abhängigkeit von der durchzuführenden Wärmebehandlung zu bestimmen, wobei das Verhältnis K definiert ist durch die Beziehung:

wobei

Di = [4S/π] (2)

wobei Log der natürliche Logarithmus ist, S die Gesamtoberfläche der zwei sich gegenüberliegenden Rillen ist, wobei diese Oberfläche, ausgedrückt in mm², dem Querschnitt der Rillen in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Drahtes entspricht, D der Durchmesser des Drahts, ausgedrückt in mm, und λ die Wärmeleitfähigkeit des Gases, gemessen bei 600 ºC und ausgedrückt in Watt.m&supmin;¹.K&supmin;¹ ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit denen ein Wärmeträgerfluid in Kontakt mit wenigstens einer Platte auf der dem Draht gegenüberliegenden Seite in Zirkulation gebracht werden kann.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch wenigstens einen elektrischen Widerstand in wenigstens einer Platte.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-9, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Ändern des Abstands der Platten in Abhängigkeit von der Temperatur des Drahts.

11. Anlage mit wenigstens einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-10.

12. Anlage nach Anspruch 11 zur Wärmebehandlung wenigstens eines Stahldrahts zur Herstellung einer feinen perlitischen Struktur, gekennzeichnet durch folgende Punkte:

c) Einrichtungen zum Bringen und Halten des Drahts auf einer Temperatur oberhalb der Transformationstemperatur AC3, um einen homogenen Austenit zu erhalten;

d) Einrichtungen zum anschließenden Abkühlen des Drahts von einer Temperatur oberhalb der Transformationstemperatur AC3 auf eine Temperatur unterhalb der Transformationstemperatur AC1;

e) Einrichtungen zum anschließenden Durchführen einer Perlitisierungsbehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Transformationstemperatur AC1;

f) Einrichtungen zum anschließenden Abkühlen des Drahts auf Umgebungstemperatur oder eine Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur;

g) wobei die Einrichtungen zur Abkühlung vor der Perlitisierung und die Einrichtungen zur Perlitisierung jeweils wenigstens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-10 aufweisen, bei der 5 ≤ K ≤ 8 bei der Abkühlung und 3 ≤ K ≤ 6 bei der Perlitisierung gilt.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Perlitisierungseinrichtungen wenigstens vier Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 7-10 umfassen, derart, daß die Temperatur des Drahts bei der Perlitisierung um nicht mehr als 10 ºC nach oben oder unten von einer gegebenen Temperatur abweicht.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Kühlung nach der Perlitisierung wenigstens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-10 aufweisen, und daß 5 ≤ K ≤ 8 bei dieser Abkühlung gilt.