DE977022C

DE977022C - Verfahren zum Plattieren eines harten Stahlbandes mit einem weichen Aluminiumband

Info

Publication number: DE977022C
Application number: DEG7426A
Authority: DE
Inventors: Peter Muskovic; Harold W Schultz
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1950-11-14
Filing date: 1951-11-14
Publication date: 1964-11-19

Description

Verfahren zum Plattieren eines harten Stahlbandes mit einem weichen Aluminiumband Die Erfindung betrifft ein Verfahren. zum Plattieren eines harten Stahlbandes mit einem weichen Aluminiumband!, insbesondere als Werkstoff für Lager, bei dem die vor ihrer Vereinigung im kalten Zustand befindlichen Bänder an den Oberflächen gereinigt und aufgerauht und darauf unter Anwendung von Druck miteinander verbunden werden, durch den an den Verbundflächen eine Erwärmung und eine Relativbewegung der Bandwerkstoffe zueinander hervorgerufen wird.
Beim Zusammenwalzen verschieden harter Werkstoffe tritt eine Relativbewegung zwischen den einzelnen Schichten auf, da sich der weichere Werkstoff stärker dehnt und längt als der harte Werkstoff. Diese Relativbewegung wurde bisher beim Plattieren als unerwünscht angesehen, und es sind bereits verschiedene Wege vorgeschlagen worden, um diese Relativbewegvng zu vermindern bzw. gänzlich zu vermeiden.
Es ist bereits bekannt, Stahl- und Aluminiumbänder, die an den Berührungsflächen vorher gereinigt und aufgerauht worden sind, kalt zusammenzuwalzen, und zwar in vielfachen Walzgängen. Dabei müssen zwangläufig die Drücke so eingestellt werden, daß keine gegenseitige Verschiebung der mechanisch aneinanderhaftenden Bänder auftritt.
Es ist weiter ein. Kaltwalzverfahren zum Plattieren von Stahlbändern mit Aluminium bekannt, bei dem die Drücke so gewählt werden sollen, daß die Temperatur des Bandes auf etwa 15o bis 2oo° C ansteigt. Dabei wird die Dicke des Aluminiumbleches auf go@"/o seiner ursprünglichen Stärke verringert; und auch das Stahlband wird erheblich verformt. An diese Plattierung schließt sich dabei eine Glühung bei Temperaturen zwischen 5oo und 55o° C an.
Es sind Verfahren bekannt, Stahl- und Aluminiumbänder, die an den Berührungsflächen z. B. durch Sandstrahlen aufgerauht worden sind, durch bloßen Walzdruck, ohne Anwendung von Wärme miteinander zu verbinden, wobei die durch das Aufrauhen entstandenen Vertiefungen und Erhöhungen ineinander eintreten und sich gegenseitig verankern. Eine nennenswerte Verminderung der Stärke, insbesondere des Aluminiumbandes., findet bei diesem Verfahren nicht statt. Die Festigkeit dieses Verbundes ist für Lager nicht ausreichend.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, bei dem in einem Arbeitsgang ein wesentlich haltbarerer Verbund als bei den bekannten Kaltwalzverfahren erzielt wird. Der Verbund soll dabei frei von FeAl. sein, das als spröde Zwischenschicht insbesondere beim Plattieren unter Erhitzung auftritt und die weitere Verarbeitung zu Lagern unmöglich macht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die an ihrem Anfang miteinander fest verbundenen Bänder auf eine Temperatur von 430 bis 55o° C aufgeheizten Walzen zugeführt und dabei einem so hohen Druck ausgesetzt werden, daß die Stärke des Aluminiumbandes nach dem Walzvorgang 65 bis 8o"/o der ursprünglichen Stärke beträgt.
Gemäß der Erfindung wird die früher als, nachteilig angesehene gegenseitige Verschiebung zur Erzielung des Verbundes nutzbar gemacht.
Die Walzen drehen sich vorzugsweise so schnell, daß die Bänder mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3 bis 9 m/min durch die Walzen hindurchlaufen.
Das Verfahren kann sowohl absatzweise als auch fortlaufend durchgeführt werden. Seine besonderen Vorteile bestehen darin, daß im Kaltwalzverfahren ein metallischer Verbund erzielt wird, der sich gleich tief in beide Materialien erstreckt, ohne daß eine feststellbare spröde Aluminium-Eisen-Schicht entsteht, welche eine nachfolgende Verformung des Verbundmetalls, beispielsweise zu Lagerschalen, ausschließen würde.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch veranschaulicht und nachstehend im einzelnen unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
Gemäß der Zeichnung sind auf zwei parallelen Achsen je eine Rolle 2o Aluminiumband und eine Rolle 22 Stahlband aufgesteckt. Der Stahl soll so hart sein, daß er bei dem Walzen keine wesentliche Deformation erfährt. Diese Bänder werden abgezogen und dabei mit den Kratzbürsten 24 auf den sich gegenüberliegenden Oberflächen bearbeitet, wodurch diese aufgerauht werden, In anderen Worten: Die Bürsten sollen in die Oberflächen eindringen und sie aufrauhen und dabei gleichzeitig alle Oxyde und allen Schmutz von der Oberfläche entfernen. Fett oder andere Verunreinigungen sollten schon vor der Behandlung durch die Kratzbürsten entfernt werden.
Anschließend werden die Bänder so schnell wie möglich aneinandergelegt und gewalzt, um eine erneute Oxydation auf ein Mindestmaß zu beschränken und andere Einflüsse, die der Verbundoperation schädlich sein könnten, möglichst weitgehend auszuschalten. Wenn jedoch die gereinigten Oberflächen unberührt und sauber gehalten werden, kann auch. ein beträchtlicher Zeitraum zwischen dem Bürsten und dem Verbundvorgang liegen.
Die Kopfenden der beiden Bänder werden miteinander z. B. durch Niete fest verbunden, so daß sie sich nicht gegeneinander bewegen können. Dies geschieht unabhängig davon, ob das Verfahren, absatzweise oder fortlaufend durchgeführt wird.
Die an den Kopfenden miteinander fest verbundenen und aneinanderliegenden Bänder 26 und 28 werden, zwischen den Druckwalzen 30 und 32 hindurchgeführt, die durch Zahnräder miteinander verbunden sind. Ihre Drehzahl wird so gewählt, daß die Bänder mit einer Geschwindigkeit von 3 bis g. m/min hindurchlaufen. Verwendet man z. B. Walzen von etwa 2o cm Durchmesser, so müssen diese ungefähr 7 Umdr./min machen, um eine Vorschubgeschwindigkeit für die Bänder von 4.3 m/min zu erhalten.
Zu Beginn des Arbeitsprozesses müssen die Walzen auf die Arbeitstemperatur erwärmt werden, damit sie der Verbundstelle keine Wärme entziehen. Diese Anfangsheizung der Walzen muß im umgekehrten Verhältnis zu der Stärkenverminderung des Aluminiums und der Geschwindigkeit der Walzoperation stehen und kann bei Stärkenverminderungen auf Dicken zwischen 65 und 8o "/o der ursprünglichen Stärke und bei den oben angegebenen Walzgeschwindigkeiten zwischen 550 und 430° C schwanken.
Im weiteren Verlauf des Verfahrens ist die Walzentemperatur nur insofern für den Erfolg des Verfahrens nach der Erfindung von Bedeutung, als die Walzen der Verbundstelle weder Wärme zuführen noch entziehen dürfen. Walzentemperatur, Durchlaufgeschwindigkeit und Druck sind daher so zu wählen, daß diese Betriebsbedingungen geschaffen werden. Vorzugsweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß die Walzen im Betrieb weder gekühlt noch erwärmt zu werden brauchen.
Das Aluminium wird bei der Annäherung und beim Durchgang durch die Walzen gestreckt, wodurch sich seine Verbundfläche relativ zur Oberfläche des Stahlbandes verschiebt und einem starken Abrieb- oder Abschürfvorgang unterworfen wird, der eine Säuberung bewirkt und das Aluminium, in die aufgerauhte Oberfläche des Stahles hineinquetscht. Gleichzeitig erzeugen das Pressen des Aluminiums und das Abschürfen an dem Stahl genügend Hitze, so daß ein metallurgischer Verbund im Walzbereich entsteht.
Das Stahlband soll bei dem Verfahren nicht wesentlich verformt werden, und es ist deshalb Stahl mit entsprechender Härte zu verwenden. Kaltgewalzter Bandstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa o, i o/o ergibt ebenso wie Stahlband mit einer Rockwellhärte B von etwa 9o zufriedenstellende Resultate. Stähle mit einem anderen Kohlenstoffgehalt können auch verwendet werden, solange die richtige Härte eingehalten wird.
Um die Abschürfung bzw. den Abrieb oder die gegenseitige Ahschleifwirkung und die Relativbewegung zwischen den. beiden Bändern zu verstärken, nimmt man vorzugsweise geglühtes Aluminiumband, um den Härteunterschied zwischen den beiden Materialien zu vergrößern. Wenn jedoch der Stahl hart genug ist, braucht das Aluminium nicht unbedingt geglüht zu sein, wenn auch geglühtes Aluminium vorzuziehen ist.
Es ist anzunehmen, daß die folgenden Faktoren hauptsächlich den Erfolg der Verbundoperation beeinflussen i. Der Unterschied in der Härte der beiden Werkstoffe, so daß nur das Aluminiumband wesentlich verformt wird; 2. die Relativbewegung zwischen den beiden Bändern während der eigentlichen Verbundoperation, hervorgerufen durch die starke Verformung des weicheren Aluminiums, durch die genügend Wärme erzeugt wird, um das Plattieren zu bewirken; 3. die Kontrolle der Temperatur der Walzen, die eine Wärmeableitung oder -zufuhr durch die Walzen an die Verbundstelle verhindert; 4. das Aufrauhen der Oberflächen beider Bänder, wodurch Oxyde und Verunreinigungen entfernt und raube Verbundflächen geschaffen werden; 5. der abschleifende Abrieb- oder Abschürfeffekt des Aluminiums auf dem Stahl durch das Walzen; dadurch wird eine weitere Reinigung der Oberfläche des Stahles erzielt und laufend jeder neue Oxydfim, der sich auf dem Aluminium bilden könnte, zerstört, so daß sich die Oberfläche der Verbundstelle förmlich immer wieder neu in statu nascendi darbietet.
Ein nach diesem Verfahren hergestellter Verbund ist vollständig und fest und zeigt auch bei mikroskopischer Untersuchung noch keine spröde Eisen-Aluminium-Zwischenschicht. Das Verfahren läßt sich leicht ausführen, da hierzu keine Spezialöfen und keine Schutzgasatmosphäre erforderlich sind, die die Oberflächen der Bänder schützen. Die für den Verbund notwendige Temperatur wird lediglich. durch die Verformung des Aluminiums erzielt. Dadurch ist die Durchführung des Verfahrens nicht mit großen Kosten verbunden.
Das für dieses Verfahren geeignete Material kann von jedem Fachmann bestimmt werden.. Es kommt nur darauf an, daß ein verhältnismäßig harter Stahl mit einem verhältnismäßig weichen Aluminium oder Legierungen dieser Metalle verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Plattieren eines harten Stahlbandes mit einem weichen Aluminiumband, insbesondere als Werkstoff für Lager, bei dem die vor ihrer Vereinigung im kalten Zustand befindlichen Bänder an den Oberflächen gereinigt und aufgerauht und darauf unter Anwendung von Druck miteinander verbunden werden, durch den an den Verbundflächen eine Erwärmung und eine Relativbewegung der Bandwerkstoffe zueinander hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die an ihrem Anfang miteinander fest verbundenen Bänder auf eine Temperatur von 430 bis 55o° C aufgeheizten Walzen zugeführt und dabei einem so hohen Druck ausgesetzt werden, daß die Stärke des Aluminiumbandes nach dem Walzvorgang 65 bis 8o%, der ursprünglichen Stärke beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch, gekennzeichnet, daß die Bänder mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3 bis 9 m/min durch die Walzen hindurchlaufen. In Betracht gezogene Druckschriften.: Deutsche Patentschriften Nr. 317588, 4:20848, 442 131 741942; schweizerische Patentschrift Nr. 9o962; USA.-Patentschriften Nr. 1667787, 2171040-; Willi M a eh. u, »Metallische Überzüge«, 3. Auflage, 1948, S. 54, § 31, Abs. i und 2. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 751 16q..