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Verfahren und Vorrichtung zum Härten und Vergüten von Metallbändern
und -blechen Es ist bekannt, Bleche oder Bänder aus Metall, in Sonderheit aus Stahl,
vorwiegend solche mit höherem Kohlenstoffgehalt, im Durchziehverfahren in
01, oder Wasser zu härten und darauf anzulassen, wobei Härteöfen, Öl- oder
Wasserbecken und AnlaBstrecke hintereinander angeordnet sind.
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Da nun der durch Werkstoffersparnis. bedingte Austausch von: GuB-
und Schmiedestücken durch Bleche und Bänder zur Herstellung von Geräten, Maschinen
und ihren Teilen besonders. hohe Anforderungen an die Güte undOberflächenbeschaffenheit
des Werkstoffes stellt, genügen diese bekannten C51- und Wasserhärteeinrichtungen
keineswegs mehr, denn neben erhöhten, nur durch Vergütung oder Sonderwärmebehandlung
zu erzielenden Festigkeiten wird beste PreB-, Zieh- bis Tiefziehfähigkeit verlangt.
Außerdem werden völlige Planheit, enge Toleranz sowie eine vollkommen; blanke Oberfläche
gefordert. Diese bekannten Eigenschaften müssen, besonders aus Gründen eines guten,
sauberen und genauen Verschwei.Bens vorliegen.
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Auch durch das bekannte Anlassen in Blei lassen sich die geforderten
blanken Bänder nicht herstellen, es sei denn., daB die Bänder oder Bleche hinterher
zusätzlich noch geschliffen, und poliert werden, was jedoch zeitraubend und umständlich
ist und den Werkstoff obendrein verteuert.
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Die größten Schwierigkeiten ergeben. sich, wenn es sich zudem noch
um breite Bänder über aoo mm oder gar um Bleche in Tafelform von, 5oo bis
z.otoo
mm Breite -und darüber handelt, da bei diesen Bändern oder Blechen infolge der Verschiedenartigkeit
der Spannungen ein Welligwerden mit den bekannten Härteeinrichtungen. nicht zu vermeiden
ist. -Erfindungsgemäß wird nun ein Verfahren zum Abschrecken, und Vergüten, solcher
Bänder und Bleche unter Verwendung von Abschreckmitteln oder A:bschreck- und Anlaßmi.tteln
vorgeschlagen, bei ,dem die Abschreckmittelströme oder aber die Abschreckmittel-
undAnlaßmittelströme in einzelne Ströme unterteilt werden, die über die Breite des
Bandes oder Bleches verschiedene Temperaturen haben. Dabei ist es vorteilhaft, die
zu härtenden und zu vergütenden Bänder und Bleche im Durchziehverfahren an denKühlr
undAnlaßmittelströmen vorbeizuführen.
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Um eine gleichmäßige und abgegrenzte Unterteilung der einzelnen Temperaturgebiete
zu erzielen, ist es zweckmäßig, ein sogenanntes trockenes Abschrecken zu verwenden.
Zu diesem Zweck können entweder Abschreckplatten oder -kästen, einzeln oder -in
Reihen neben- oder neben- und hintereinander angeordnet werden, wobei die Kühl-
oder Anlaßmittelströme in verschiedenen Temperaturen unterteilt .durch die einzelneu
Kästen geleitet werden, oder aber die Platten oder Kästen sind bezüglich ihrer Wanddicke
so ausgebildet, daß an Stellen der größten Wärmestauung beim zu behandeln"den Gut
die Wanddicken der Platten entsprechend dünner gehalten werden als an: den übrigen
Stellen. In diesem Fall kann mit einem Kühl- oder Anl.aßmi.ttel von gleichmäßigen
Temperaturen gearbeitet werden. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, die Platten mit
Kühlrippen an den Stellendes - größten: Wärmeabzuges zu versehen.
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Als Kühlmittel kommt entweder Wasser in Frage oder aber auch andere
Kühlmittel, wie Dampf oder Gase. Je nach Art des zu behandelnden Werkstoffes können
die Kühlmittel noch zusätzlich unterkühlt, @d. h. auf Temperaturen unter o° C gebracht
werden. Hierbei. kann bei, Verwendung von Wasser beispielsweise eine Salzlösung
genommen werden.
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Die Temperaturabstufungen .der Kühlmittel sind so -zu wählen, da.ß
nach .dem Abschrecken. das Band oder Blech in allen Zonen gleiche Festigkeiten besitzt.
Gleichfalls sind die Querschnittsabmessungen der Kühlplatten auf ein spannungsloses
Abschrecken .der Platten oder Bänder abzustimmen.. Um eine inrnige Berührung des
zu behandelnden Werkstoffes zu gewährleisten, ist es von Vorteil, die Kühlmittel-oder
Vergütungsmittelträger einseitig oder doppelseitig senkrecht zum Bandlauf unter
Druck, insonderheit unter elastischem Druck zu halten.
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An Stelle der Kühlplatten können ohne weiteres Kühlzylinder oder Kühlwalzen,
Anlaßzyli.nder oder Anlaßwalzen verwendet werden, die in ähnlicher Weise mit Kühlströmen
'oder Anlaßströmen beschickt sind oder .deren Mäntel bezüglich ihrer Ausbildung
und ihrer Wanddicke den Kühlplatten gleichen. Die Verwendung von, Walzen oder Zylindern,
die gleichfalls zweckmäßig unter Druck stehen, hat .den Vorteil, .daß Bänder oder
Bleche mit empfindlichen Oberflächen beim Durchziehverfahren nicht beschädigt bzw.
verkratzt werden können.
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Damit ein Überspringen der Anlaßwärme zwischen der Abschreckzone und
der Anlaßzone vermieden wird., ist hier eine Wärmesperre zwischengeschaltet, die
entweder nach Art der Kühlkästen oder Kühlplatten oder nach Art der Kühlzylinder
ausgebildet ist. Während der ganzen Behandlung, d. h. vom Glühofen, bis hinter den
Anlaßofen, der zweckmäßigerweise als Haubenofen ausgebildet ist, ist .das zu behandelnde
Gut unter Schutzgas zu halten.
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Durch .den Gegenstand der Erfindung wird vor allen Dingen ein Wellig
,werden der Bänder oder Bleche vollkommen vermieden, .da durch die- Unterteilung
der Kühlmittelströme Spannungen vollkommen ausgeschaltet werden. Außerdem bleiben
die Bänder vollkommen blank und sind frei von Oxyd-schichten.
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In :der Zeichnung sind einige Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
dargestellt. In der Abb. z wird schematisch eine solche unter Verwendung von Kühlkästen
und Abschreckplatten gezeigt, und in Abb. 2 sind diese Kühlkästen und A:bschreckplatten
.durch Walzen oder Zylinder ersetzt worden. Die Abb. 3 bis 7 zeigen einige Beispiele
von Kühlkästen, Abschreckplatten und Anordnungen .derselben.
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Gemäß. Abb. r wird das aufgehaspelte Band :2 von dem Haspel t vermittels
eines Schleppwalzenpaares 3 in Pfeilrichtung durch :den Glühofen 4 geleitet. Darauf
wandert das auf Abschrecktemperatur gebrachte Band 2 zwischen unter Druck stehenden,
Kühlkästen 5 und wird hier abgeschreckt. Die Kühlkästen 5 werden. mit einer Kühlflüssigkeit
oder mit einem Kühlgas durchspült. Es hat sich gezeigt, daß, das Kühlkasten- oder
auch Abschreckplattensystem nicht einheitlich aus einer zusammenhängenden Kühlfläche,
sondern aus einer Reihe in Durchzugrichtung des Bandes hintereinanderliegender,
beweglich angeordneter Kühltaschen bestehen muß, :die je nach Art der zu vergütenden
Abmessung veränderlich und unterteilt kühlbar sein müssen.
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Bei Verwendung nur einer zusammenhängenden Kühlfläche ist ein Werfen
und Verziehen derselben sowie des zu vergütenden Bandes auf große Längen unvermeidlich.
Hand in, Hand damit geht, daß dann vor allem :dünne Bänder nicht mehr satt an die
Kühlflächen zum Anliegen kommen und die dazwischenliegende Luftschicht den Härtevorgang
stark stört, so daß sich in den so behandelten Bandzonen verschiedene Härten bilden
und die dünnen Bänder wellig werden. Durch die Anordnung von schmalen durch Gewicht
oder Federkraft belasteten Kühltaschen werden. diese Übelstände vermieden:.
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Nach Verlassen .der Abschreckzone wind das Band 2 zwischen einer Wärmesperre
6 hindurchgeführt, die beim nachträglichen Vergüten eine Rückwarnderung der Anlaßwärme
durch Wärmeleitung verhindert. Diese Wärmesperre besteht gleichfalls aus einer Reihe
von I"'-#i@ihlkästen. oder Kühlplatten. Das Band 2 durchwandert hierauf
einen
Anlaßofen 7, der vorteilhaft als Haubenofen, d. h. geschlossen ausgebildet ist.
In diesem Anlaßofen wird das Band auf die nötige Anlaßtemperatur gebracht, wobei
entweder eine Bolzenbelastung vorgesehen ist, oder aber es können ähnliche Kästen
8 oder Platten wie in der Abschreckzone verwendet werden, die anstatt der Kühlung
eine Aufheizung erfahren, und zwar derart, daß durch Ausbildung der Wanddicken oder
durch Temperaturunterteil-ung des Anlaßmittelstromes an Stellen der größten Wärmestauung
weniger Wärme zugeführt wird als an den anderen Stellen. Hierauf wird das angelassene
Band 2 vermittels eines Haspels g und io aufgewickelt.
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An Stelle von Kästen und Platten können, wie in Abb. 2 gezeigt wird,
Kühlzylinder i z oder Kühlzylinderpaare 11, 12 in der Abschreckzone, Kühlzylinder
13 in der Wärmesperre und Anlaßzylinderpaare 14, 15 in der Anlaßzone Verwendung
finden. Die Glühzone, die Abschreckzone, die Wärmesperre und die Anlaßzone sind
je nach Art des Bandgutes von der Außenluft abzuschließen und unter Schutzgas zu
halten, damit blanke und zunderfreie, abgeschreckte und vergütete Bänder erzeugt
werden können.
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In den Abb. 3, 4 und 5 sind einige Beispiele von Kühlkästen dargestellt.
Über,die Breite des Bandes 2 sind gleichmäßig die Kühlkästen 5 verteilt. Diese Kühlkästen
5 sind mit zwei Stutzen versehen, durch die das Kühlmittel ein- und austritt. Die
Temperaturen der einzelnen Kühlströme sind so bemessen, daß in der Mitte des Bandes,
d. h. an der Stelle der größten Wärmestauung, beispielsweise Kühlströme von -I-
3° C durchgeleitet werden. Anden benachbarten Stellen dagegen werden beispielsweise
Kühlströme von -I- io° C und an den Enden Kühlströme von -L 20° C eingeführt. Es
kann selbstverständlich je nach Art des Werkstoffes eine beliebige andere Temperaturunterteilung
stattfinden. In Abb. 4 sind über der Breite des zu behandelnden Bandes drei Kästen
verteilt angeordnet, und zwar ein langer Kasten in der Mitte, .durch den ein Kühlmittel
von +8' C eingeleitet wird, und an den Enden zwei schmalere Kühlkästen mit
einem Kühlmittelstrom von -h 15° C. Das Kühlsystem gemäß Abb. 5 besteht aus einzelnen
Kästen, die über die ganze Breite des Bandes gehen. Hier wird in der Mitte des Kühlkastens
beispielsweise ein: KühlmittelstrOm von -h 3° C eingeleitet, der zu den beiden Seiten
der Kästen hinströmt und durch seitlich angebrachte Stutzen den Kasten wieder verläßt.
An Stelle der größten Wärmestauung wird hier die Bodenplatte des Kastens zunächst
frisch gekühlt, darauf streichen die Kühlmittelströme von der Mitte zu den Seiten
durch den. Kasten, wobei sie sich erwärmen und beispielsweise an den Stutzen mit
Temperaturen von -f- 8 bis -h 18° C austreten. Durch diese Anordnung wird mit einem
einzigen Kühlstrom gleichfalls ein gleichmäßiges Abschrecken. erzielt.
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Da bei besonders großen Breitender Spannungsausgleich über die ganze
Breite des Bandes oder Bleches für ein völlig planes, wellenfreies Härten von größter
Bedeutung ist und dies durch die Art der Abkühlung beeinfluß t werden kann, sind
die einzelnen Kühlkästen oder Kühltaschen auch in ihrer Länge in bewegliche Kühlfelder
unterteilt, um je nach Notwendigkeit bestimmte Teile der Bänder rascher :oder langsamer
zur spannungsfreien Abkühlung zu bringen. und damit gleiche Festigkeiten über die
ganze Breite zu erzielen. Wie schon gesagt ist, kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit
zu diesem Zweck verändert werden, und zwar zwischen 20°C am Rand und 3'C in der
Mitte, um bei großen Breiten. infolge der Wärmestauung in .der Mitte der Bänder
eine zu geringe Härte zu vermeiden. Für ganz besondere Härtewirkungen können, wie
schon gesagt, Kühlmittel mit Temperaturen unter o° C verwendet werden.
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In den Abb. 6 und 7 sind Kühleinrichtungen gezeigt, bei denen Kühlkästen
und Kühlplatten verwendet werden. Die Kühlkästen 5 legen sich mit elastischem Druck
auf das Band 2, welches über die Kühlplatten 18 gleitet. Diese Kühlplatten 18 sind
in ein mit Wasser gefülltes Becken 16 eingesetzt, in welches, zwei. Einspritzrohre
17 eingeführt werden. Diese Einspritzrohre 17 führen den Kühlwasserstrom ein, der
zunächst auf die Mitte der Kühlplattenunterseite übertritt und zu beiden Seiten
an dieser vorbeigleitet. Bei schmalen Breiten der Bänder wird es genügen, eine dünne
Kühlplatte von gleichmäßiger Dicke zu benutzen, -wobei diese Kühlplatte in .der
Mitte unterspritzt wird. Bei breiten Bändern wird die Kühlplatte im Querschnitt
von .der Mitte zu den Bändern hin. verstärkt oder aber mit Kühlrippen versehen,
die in Abb. 7 gezeigt ist. Gleichfalls sind gemäß Abb. 7 mehrere Einspritzrohre
über .der Breite angeordnet.
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Bei. Verwendung der Kühlrippen kann zum Teil auf einen, zusätzlichen
Kühlwasserstrom verzichtet werden, da hierbei Kühlrippen die Wärme in der Mitte,
d. h. an der Stelle der größtenWärmestauung schneller ableiten als am Band. Durch
die Wahl der Unterlagsplatte und die Lage der Einströmdüsen für das Kühlmittel und
durch die Durchströmgeschwindigkeit kann der Wärmeabfluß weitgehendst geregelt werden.
Eine Unterteilung der Platte läßt gleichfalls eine weitgehende Beeinflussung des
Härtevorganges auch bei größten Breiten zu. Der Wasserbehälter 16 kann bei größeren
Breiten der Bänder oder Bleche mit mehreren durch Schotten abgegrenzten Zuläufen
verseben werden, wodurch sich -die Temperaturverteilung in der Un.terlagsplatte
weitgehend beeinflussen läßt.