DE974830C - Verfahren zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften eines stabfoermigen Bewehrungseisens - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften eines stabfoermigen Bewehrungseisens

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DE974830C
DE974830C DEF1978D DEF0001978D DE974830C DE 974830 C DE974830 C DE 974830C DE F1978 D DEF1978 D DE F1978D DE F0001978 D DEF0001978 D DE F0001978D DE 974830 C DE974830 C DE 974830C
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DE
Germany
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rod
stretching
iron
twisting
deformation
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Expired
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DEF1978D
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English (en)
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Axel Frokjaer-Jensen
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TENTOR STEEL CO Ltd
Original Assignee
TENTOR STEEL CO Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars
    • C21D7/105Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars of concrete reinforcing bars

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

  • Verfahren zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften eines stabförmiqen Bewehrunqseisens Als Bewehrungseisen bei Eisenbetonkonstruktionen wird allgemein ein kohlenstoffarmes, heiß gewalztes Eisen (Stahl 37) mit einer Fließgrenze von etwa 2d.oo kg/cm2 und einer Bruchdehnung von etwa 2o% und darüber verwendet, wobei der Kohlenstoffgehalt des Eisens gewöhnlich um o,r % beträgt. Es ist bekannt, Eisen zur Verwendung bei Eisenbetonkonstruktionen entweder durch Verwinden, Walzen oder Ziehen kalt zu verarbeiten, wodurch die Festigkeit des Eisens erhöht wird, so daß man es infolgedessen einer größeren zulässigen Beanspruchung unterziehen kann. Gleichzeitig hat aber die Kaltverarbeitung, wobei man die Verarbeitung des Eisens bei einer Temperatur unter 700° C versteht, als Folgeerscheinung den Nachteil, daß die Bruchdehnung herabgesetzt wird, wodurch dem Umfang der Kaltverarbeitung und, dadurch der Erzielung einer erhöhten Festigkeit eine Grenze gesetzt ist. Es ist bekannt, bei der Kaltverarbeitung durch Verwinden gleichzeitig das Eisen einer Zugspannung, die unter der Fließgrenze liegt, auszusetzen. Dies hatte den Zweck, einem Verbiegen der Stangen vorzubeugen. Beim Verwinden dehnt sich nämlich das Eisen in der Regel bleibend um etwa o,30/0. Wird diese Dehnung durch eine zusätzliche Zugbeanspruchung während des Verwindens etwas erhöht, so werden gerade Stangen erhalten, die nicht nur schöner aussehen und für die praktische Verwendung geeigneter sind, sondern auch gleichmäßigere Versuchsergebnisse zeigen als gebogene Stangen. Eine Dehnung über die Fließgrenze hinaus wurde aber dabei als schädlich angesehen.
  • Es ist ferner bekannt, bei der Herstellung von Armierungseisen für Eisenbetonkonstruktionen mehrere Stäbe unter Beibehaltung der ursprünglichen Länge als Ganzes miteinander zu verdrillen. Dabei sollte bei der Streckung des einzelnen Stabes die natürliche Streckgrenze überschritten werden. Wird bei einem solchen Verdrillen von zwei oder mehreren Stäben der Abstand zwischen den Endpunkten der Eisen konstant gehalten, so werden die äußersten, d. h. die von der Verdrehungsachse am weitesten entfernt liegenden Werkstoffkörner beim Verdrillen der stärksten Dehnung unterworfen. Die Kaltverformung und damit die Festigkeitserhöhung ist bei diesem Verfahren daher über den Querschnitt der einzelnen Stäbe ungleichmäßig verteilt.
  • Es hat sich indessen jetzt herausgestellt, daß es möglich ist, durch eine besondere Kaltverarbeitung die Fließgrenze des Eisens wesentlich mehr als bei dem vorstehend erwähnten bekannten Verfahren zu erhöhen, ohne daß die Bruchdehnung dabei in dem gleichen Umfang herabgesetzt wird, wie dies bei den bekannten Verfahren der Fall ist. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird eine plastische Kaltverformung mittels Anlegen zweier in bezug auf die Stabachse verschieden, im wesentlichen senkrecht zueinander gerichteter Verformungskräfte an den Stab bewirkt, wobei mindestens durch eine axial angelegte Kraft eine Streckung des Stabes in Längsrichtung erfolgt. Erfindungsgemäß werden dabei die verschieden gerichteten Verforrnungen nacheinander vorgenommen, mit der Maßgabe, daß zuerst die in Stablängsachse angelegte Streckkraft zur Einwirkung gebracht und das durch diese hervorgerufene Strecken bis zur unteren Streckgrenze durchgeführt wird, derart, daß das Ende des gezackten Teiles im Kraftverlängerungs-Diagramm erreicht wird. Die zweite Verformung ist dann eine derartige, daß durch sie für einen Teil der Eisenpartikeln eine Bewegung in eine andere Richtung bewirkt wird als die von der ersten Verformung bewirkte. Diese zweite Kaltverformung kann insbesondere aus einem Kaltverwinden bestehen. Hierdurch wird eine Dehnung des Eisens erzielt, die bei weichem Eisen von q. bis 7% ausmachen kann.
  • Beim Strecken von weichem Eisen vollzieht sich die Verformung in der Weise, daß der Werkstoff zunächst an der gewöhnlichen Gleitfläche entlanggleitet, die in der Regel mit der Kraftrichtung einen Winkel von etwa q.5° bildet. Während des Gleitens wird diese Gleitfläche blockiert und bietet dann einem weiteren Gleiten größeren Widerstand. Auf diese Weise erklärt sich die Festigkeitserhöhung' bei der Verformung. Das erste Gleiten in einer eisernen Stange findet in einem sehr kleinen Teil der Stange statt. Die Stange wird dadurch an der Stelle, wo das Gleiten stattgefunden hat, dünner und fester als an den Stellen, die noch imverformt sind und daher auch keine Festigkeitserhöhung erfahren haben. Bei weiterem Strecken findet die Verformung (das Gleiten) daher an einer anderen Stelle der Stange statt, bis alle Teile der Stange verformt worden sind und dadurch eine Erhöhung der Festigkeit erfahren haben. Jedesmal, wenn ein Gleiten in noch unverformtem Werkstoff stattfindet, wird die Stange so plötzlich verlängert, daß die Zugkraft etwas abnimmt. Daher entsteht zu Beginn des Fließens in dem Kraft-Verlängerungs-Diagramm ein zackiger Teil. Damit alle Teile der Stange verformt werden, ist bei weichem Eisen eine Totalverlängerung von etwa 4. bis 7'/o erforderlich. Wird die Stange über diesen Fließbereich hinaus gestreckt, findet das Gleiten an schon blockierten Gleitflächen entlang statt, wodurch doppelte oder vielfältige Blockierungen entstehen, welche bewirken, daß die Festigkeit der Stange weiter erhöht wird. Hieraus folgt, daß der Werkstoff beim Strecken über den ganzen Querschnitt gleichmäßig verformt wird, da die Gleitvorgänge und die Festigkeitserhöhung sowohl im Kern der Stange als auch in den äußeren Schichten gleiche Werte haben. Beim Verwinden dagegen gleiten die äußeren Schichten bedeutend mehr im Verhältnis zueinander als die inneren, ganz im Kerninneren ist die Verformung sehr gering. Das Verwinden erzeugt daher eine große Festigkeitserhöhung in den äußeren Schichten und fast keine in der Mitte, also im Querschnitt eine ungleichmäßige Festigkeit. Daraus ergibt sich, daß man bei einer Strekkung durch eine Kraft- und Dehnungsmessung genau kontrollieren kann, wann man die Fließgrenze überschreitet, bei einem Verwinden ist das indessen nicht möglich.
  • Wird nun nach einem Strecken der Stange ein folgendes Verwinden vorgenommen, läßt sich hierzu ein Werkstoff verwenden, der vorher entweder a) durch eine geringe Streckung, d. h. eine kürzere Streckung als bis zur unteren Streckgrenze, oder b) durch eine Streckung bis zur unteren Streckgrenze oder schließlich c) durch eine Streckung über die untere Streckgrenze hinaus gedehnt wurde.
  • Die Wirkung dieser verschiedenen Formen der Kaltverformung ergibt sich aus dem Folgenden: a) Werkstoff, der bis gegen die Streckgrenze gestreckt worden ist, ist an gewissen Stellen, nämlich dort, wo sich gewöhnliche Gleitflächen befinden, hart und widerstandsfähig gegen das Verwinden und an anderen Stellen nur elastisch verformt und daher weich und dem Verwinden leicht zugänglich. Wird eine solche Stange verwunden, so werden die weichen Partien, welche nur elastisch verformt und deshalb dem Verwinden besonders zugänglich sind, zuerst und dann erst werden die plastisch verformten Teile verwunden werden. Der Werkstoff wird somit ungleichmäßig und nicht fester als die Stange, die nur einer normalen Verwindung ausgesetzt war, da einige Schichten oder Teile der Stange verwunden sind, ohne vorher plastisch verformt gewesen zu sein.
  • b) Wird dagegen eine eiserne Stange, die bis zur unteren Streckgrenze gestreckt ist, einer Verwindungsbehandlung ausgesetzt, werden sämtliche Teile der Stange gleichmäßig verformt, so daß die darauffolgende Verwindung die ganze Stange entlang gleichmäßig verteilt wird, was wieder dazu führt, daß auch die Festigkeitserhöhung gleichmäßig verteilt wird. Durch die erste Behandlung hat die Stange in dem ganzen Querschnitt eine gewisse Festigkeitserhöhung erfahren, ehe das Verwinden beginnt, so daß auch die neutrale Zone in der Mitte der Stange fester geworden ist, als es beim Verwinden allein der Fall wäre. Gleichzeitig tritt die größere Festigkeitserhöhung, die normal erst am Ende eintritt, jetzt gleich beim beginnenden Verwinden ein, da man sich sofort im steigenden Teil des Kraft-Verlängerungs-Diagramms befindet. Hierdurch erzielt man schon bei einem geringeren Dehnungsgrad eine wesentlich größere Festigkeitserhöhung als die, welche durch Verwinden allein erreicht werden kann.
  • c) Wird schließlich ein weiches Eisen verwunden, das vorher wesentlich über die untere Streckgrenze hinaus gestreckt wurde, hat man schon im voraus eine entsprechende Festigkeitserhöhung des Werkstoffes bei Beginn des Verwindens erhalten, und dieses läßt sich daher nicht sehr lange fortsetzen, ehe sich eine Verformungssprödigkeit geltend macht. Derart behandelte Stangen können deshalb nicht so gute Festigkeitseigenschaften erreichen wie Werkstoff, der auf die unter b) beschriebene Weise behandelt worden ist. Wird dagegen ein Werkstoff gleichzeitig gestreckt und verwunden, dann wird jede Verwindung, die vor Erreichung der unteren Streckgrenze zustande kommt, einen dem unter a) beschriebenen Verlauf ähnlichen veranlassen. Man wird daher in solchen Fällen keine Festigkeitserhöhungen erzielen können, die den durch Verwindung allein erzielten überlegen sind. Die infolge der Erfindung erzielten Eigenschaften des Eisens können auch durch geeignete Legierung verbessert werden.
  • Die Verwindung kann als eine einfache Drehung in ein und dieselbe Richtung ausgeführt werden, sie kann aber auch in ständig hin- und hergehender Richtung ausgeführt werden oder so, daß man zuerst einige Male hin und her dreht, ehe das endgültige Verwinden in ein und dieselbe Richtung einsetzt. Es hat sich herausgestellt, daß das Verwinden auch nach einer vorhergehenden Streckung am besten unter einer gewissen Zugspannung ausgeführt wird, um zu verhindern, daß sich die Stangen biegen.
  • Die angegebenen Resultate wurden durch eine Kaltbearbeitung erzielt, die aus einer Kaltstreckung und einer darauffolgenden Verwindung bestand. Entsprechende Verbesserungen der Festigkeitseigenschaften lassen sich indessen auch dadurch erzielen, daß man eine andere Kaltverformung, die für einen Teil der Werkstoffkörner des Eisens eine Bewegung in eine andere Richtung verursacht als die durch die Kaltstreckung bewirkte, auf diese folgen läßt.
  • Als Ausgangsmaterial läßt sich sowohl weiches Eisen als auch legiertes Eisen verwenden. Aus obigem geht hervor, daß das beste Ergebnis erzielt wird durch eine Kaltbearbeitung, die aus einem Strecken mit Verlängerung bis zur unteren Streckgrenze, von einem Verwinden gefolgt, besteht, welches eventuell durch andere Verformungsmethoden ersetzt oder kombiniert werden kann, die für einen Teil der Eisenpartikeln eine Bewegung in eine andere als die durch die Kaltstreckung bewirkte Richtung veranlassen.
  • Durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung hat es sich bei einer Reihe von Eisensorten als möglich erwiesen, die, Fließgrenze, die Bruchdehnung und zugleich die Ermüdungsfestigkeit um io bis 2o% über die Werte zu steigern, die sich durch Drehen allein unter gleichzeitigem Strecken bis zur Streckgrenze bei weichem Eisen erzielen lassen. Wenn man dagegen Ausgangsmaterial von einer besonders günstigen Legierung verwendet, kann man durch das Verfahren gemäß der Erfindung um etwa 250/0 und mehr erhöhte Werte erzielen. Das Vorstrecken des Eisens läßt sich leicht als einleitende Operation in der Verwindmaschine durchführen, wenn die Stange in dieselbe eingespannt ist.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften eines stabförmigen Bewehrungseisens, besonders zur Verwendung in Eisenbetonkonstruktionen, durch plastisches Kaltverformen mittels Anlegen zweier in Bezug auf die Stabachse verschieden, im wesentlichen senkrecht zueinander gerichteter Verformungskräfte an den Stab, wobei mindestens durch eine axial angelegte Kraft eine Streckung des Stabes in Längsrichtung herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die verschieden gerichteten Verformungen nacheinander vorgenommen werden, mit der Maßgabe, daß zuerst die in Stablängsachse angelegte Streckkraft zur Einwirkung gebracht und das durch diese hervorgerufene Strecken bis zur unteren Streckgrenze durchgeführt wird, derart, daß das Ende des gezackten Teils im Kraft-Verlängerungs-Diagramm erreicht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verformung ein Kaltverwinden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften @Nr. 478 o55, 690 484; französische Patentschrift Nr. 756 145; österreichische Patentschriften Nr. 150 520, 154017-
DEF1978D 1943-02-24 1943-02-24 Verfahren zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften eines stabfoermigen Bewehrungseisens Expired DE974830C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1433813B1 (de) * 1963-09-05 1971-04-08 Screw And Bolt Corp Verfahren zur verbesserung der zerspanbarkeit unter konstant haltung der haerte von stahlspangen mit einem kohlenstoff gehalt von 0 05 bis 0 65% durch kaltverformung

Citations (5)

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DE478055C (de) * 1927-04-12 1929-06-18 Ernst Hoffmann Verfahren zur Herstellung von Armierungseisen
FR756145A (fr) * 1932-05-31 1933-12-05 Isteg Steel Corp Luxembourg Machine pour la confection de fers d'armature
AT150520B (de) * 1936-04-20 1937-09-10 August Ing Umlauf Bewehrungseinlage für Eisenbetonkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung.
AT154017B (de) * 1936-02-27 1938-08-10 Franz Ing Koehler Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von geraden, in sich kalt verwundenen Stäben, Stangen od. dgl.
DE690484C (de) * 1935-10-26 1941-05-22 Franz Koehler Ing Verfahren, auf hohe Festigkeit, z. B. Dauerfestigkeit, beanspruchte Werkstuecke aus Metall oder Metallegierungen durch Kaltverwindung von Staeben, Draehten o. dgl. in sich herzustellen

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