DE1032929B

DE1032929B - Verfahren zur Herstellung feinkoernig bleibender Tiefziehbleche

Info

Publication number: DE1032929B
Application number: DED12105A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Schwaiger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1952-04-24
Filing date: 1952-04-24
Publication date: 1958-06-26

Description

DEUTSCHES

Bekanntlich verursachen die Walztexturen von Blechen beim Tiefziehen oft hohe Ausschußquoten, weil durch das örtlich begrenzte Fließen des Blechmaterials sogenannte Strecknarben entstehen. Diese Oberflächenfehler sind derart tiefgreifend, daß die Fertigstücke durch nachträgliche Schleif behandlung nicht mehr zu retten sind. Man ist daher gezwungen, die Bleche vor dem Ziehprozeß durch Glühen und Walken in eigens für diesen Zweck geschaffenen Spezialmaschinen vorzubehandeln. Man unterzieht dabei das Material mehrmals hintereinander leichteren Streck- und Walzbeanspruchungen. Dadurch wird eine so weitgehende Unterteilung der kristallinen Fließbezirke erreicht, daß sie infolge ihrer nunmehr geringen räumlichen Ausdehnung ihre störende optische Wirkung eingebüßt haben. Vollständig lassen sich diese Fließerscheinungen natürlich nicht unterdrücken, denn auf dem Auseinandergleiten der Kristallite beruht ja der Mechanismus des ganzen Zieh Vorganges. Es kann also lediglich eine begrenzte Verminderung der Korngröße und nur unvollkommene Vergleichmäßigung des Gefüges erzielt werden.

Diese an sich nützliche Art der Blechaufbereitung birgt aber den Nachteil in sich, daß die beschriebene Zerkleinerung der Kristallite nur eine gewisse Zeit vorhält, weil mit dem Verfahren eine unvermeidbare Erzeugung von interkristallinen Spannungen verknüpft ist, die zu einem zeitgebundenen Ausgleich drängen. Die Korngröße der Textur wäschst also wieder stetig an bis zum früheren Kristallitumfang.

Die Erfindung bezweckt vor allem, diesen Rekristallisationsprozeß zu verhindern oder wenigstens so wirksam zu verzögern, daß die Bleche mit sichtbarem Erfolg in vorgewalktem Zustand vom Lieferwerk bezogen und gegebenenfalls exakte Normvorschriften für den Anlieferungszustand von Tiefziehblechen aufgestellt werden können, was bisher nicht möglich war, weil noch kein wirksames Mittel zur Stabilisierung des Walkeinflusses bekannt war.

Da die schädliche langsame Rückbildung zur kristallinen Grobstruktur mit der zwingenden Notwendigkeit eines Naturgesetzes durch Atomverlagerungen infolge der beim Reckbiegen entstandenen anomalen Kristallitverspannungen erfolgt, muß man dafür sorgen, daß diese Überspannungen, die stets entlang der Kristallitgrenze laufen, abgebaut werden. Außerdem müssen aber Spannungen in den inneren Bereich dieser Kristallite eindringen, um so die räumliche Erstreckung eines Gefügekorns möglichst zu verringern, was einer stabilen Feinkörnigkeit des Materials gleichkommt und damit Strecknarbenbildung verhindert.

Nachdem alle Körper, die Eigenspannungen besitzen, in Schwingungen versetzt werden können, wird man die Kristallite während des Reckbiegens zu Schwingungen bestimmter Frequenz anregen müssen, um sie zu dezi-Verfahren zur Herstellung
feinkörnig bleibender Tiefziehbleche

Anmelder:

Daimler-Benz Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136

Dr.-Ing. Karl Schwaiger, Gernsbach (Bad.)
ist als Erfinder genannt worden

mieren. Diese bestimmte Frequenz ist identisch mit der Eigenschwingungszahl der gewünschten Kristallitgröße, denn Spannung und Körpermaße stehen in einem Abhängigkeitsverhältnis zueinander, und zwar ist die Frequenz

,_-LlOT(J-

2 π |/ Q · cm² \ Sek.,

wobei E der Elastizitätsmodul und ρ die Dichte des Materials ist. Will man also z. B. die Strecknarben linear nicht über eine Größe von ¹Z₁₀ mm anwachsen lassen, dann muß man für den Zerkleinerungsprozeß eine Frequenz einleiten von

1 1 / 2 . 10¹² „ = L· /—— ₌ _8 ■ 10" (Hz).

2 π |/ 7,8- ΙΟ"*

An Stelle der schwingenden Masse ist hierbei die Dichte von Eisen mit ρ = 7,8 \~~Λ eingesetzt und für die Rückstellkraft der Elastizitätsmodul E = 2 · 10¹²

Betrag, der sich aus der Streckgrenze von .vSt 23« ergibt. Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß das Material, insbesondere Blech, während des Reckbiegens Ultraschallschwingungen ausgesetzt wird. Zweckmäßig läßt man hierzu das Blech über eine Walze laufen, deren Radius so gewählt ist, daß die äußeren Blechfasern bis zur Elastizitätsgrenze beansprucht werden. In diesen Spannungszustand strahlt man dann mit dem Ultraschallgerät die der gewünschten Korngröße entsprechende Resonanzfrequenz ein; z. B. ist das für 0,1 mm Korngröße nach obiger Formel eine Frequenz von ~8 · 10⁶ (Hz). Es ist

809 558/378

wichtig, daß gerade die Resonanzfrequenz auf die Blechoberfläche aufgestrahlt wird, weil nur dadurch ein Amplitudenbetrag für die Kristallite entsteht, der groß genug ist, um sie zu zerkleinern.

Nachdem die Bruchstücke der Kristallite auf diese Weise eine kräftige und hochfrequente Hin- und Herbewegung durchgemacht haben, sind sie in ihre neue Lage richtig "eingeschwungen«, d. h., sie hängen nur mit ihren normalen Kohäsionskräften aneinander. Die schädlichen Verklemmungen (überlagerte Spannungszustände) treten im Gegensatz zum bisherigen Streck-Walk-Verfahren nicht mehr auf, und damit unterbleibt die Rekristallisation.

Es ist bekannt, Metalle und Metallegierungen dadurch zu behandeln, daß in ihnen bei bestimmten Temperaturen, die z. B. bei Kohlenstoffstählen unterhalb der Umwandlungspunkte und im allgemeinen bei etwa 500⁰C liegen, Ultraschallschwingungen erzeugt werden. Auch sollen diese Schwingungen zur beschleunigten Durchführung von Diffusions vorgängen, z. B. beim Aufkohlen oder Entkohlen von Stahl, verwendet werden.

Des weiteren ist es bekannt, daß der Ultraschall Einfluß auf die magnetischen Eigenschaften fester Metalle hat und daß z. B. eine Lockerung des Kristallgefüges eintritt, was zur Auslösung innerer Spannungen und somit zu einer Alterung des Materials führen kann.

Eine Ultraschalleinwirkung während des Walkvorgangs, d. h. während der mechanischen Reck-Biege-Verformung, ist jedoch bei den bekannten Verfahren nicht vorgesehen. Gerade hierdurch wird aber vermieden, daß das Metall eine Alterung erfährt, indem die die Alterung verursachenden Kristallitverspannungen bereits bei deren Entstehung aufgehoben werden und der Anlaß zu einer späteren Rekristallisation beseitigt wird.

In der Zeichnung sind in Fig. 1 und 2 zwei beispielsweise Vorrichtungen zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch je in einem Querschnitt dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit drei Walkwalzen. Die Durchmesser der Walzen W₁, W₂, und W₃ sind so klein gewählt, daß in der Oberfläche des Bleches B Spannungen entstehen, die bis hart an die Elastizitätsgrenze reichen. Die beiden Hochfrequenzerzeuger sind mit A₁ und A₂ bezeichnet. Durch die besondere Formgebung der schallabstrahlenden Platte nach Art von Hohlspiegeln können die Intensitäten auf einer Linie quer zur Blechbewegung konzentriert werden. Eine solche Fokussierung läßt sich auch, allerdings mit geringerem Wirkungsgrad, nach dem Prinzip der Ultraschalllinse erreichen. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei der Schallübertragung dient auch die in Fig.l und 2 angedeutete Ölfüllung O der Apparatur. Gleichzeitig werden dadurch die Bleche automatisch eingeölt, was für Ziehbleche unerläßlich ist, denn sie dürfen nicht korrodieren und müssen während des eigentlichen Ziehvorganges auf dem Werkzeug gut gleiten können.

In Fig. 2 ist eine einfachere Ausführungsform der Maschine gezeigt, weil es Werkstoffe gibt, bei denen eine einseitige »Beschallung« ausreichend ist (z. B. Leichtmetalle). In diesem Falle ist z. B. einer einzigen Walze W ein Ultraschallgeber A zugeordnet.

Je nach der Frequenzwahl kann jede beliebige Verfeinerung des Korns und seine gleichmäßige räumliche Verteilung erzielt werden. Strecknarben beim Tiefziehen können also praktisch ganz vermieden werden, wenn Resonanzfrequenzen von genügender Höhe zur Beschallung der Bleche Verwendung finden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung feinkörnig bleibender Tiefziehbleche, wobei die Bleche vor dem Tiefziehen einer Reck-Biege-Walzbehandlung unterworfen werden, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Ultraschallbehandlung beim Reckbiegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschwingungen mit einer auf die Korngröße abgestimmten Resonanzfrequenz aufgestrahlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallbestrahlung an einer Stelle erfolgt, an welcher das Material bis zur Elastizitätsgrenze beansprucht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallbestrahlung in zwei entgegengesetzt beanspruchenden Walkvorgängen erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Ultraschallbestrahlung ein Ölen des Materials bzw. die Ultraschallbestrahlung in einer Flüssigkeit, wie Öl od. dgl., stattfindet.

6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen oder mehrere in die Reck-Biege-Vorrichtung eingebaute Ultraschallgeber.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber auf der Außenseite des über die Walkwalze geführten Materials angeordnet ist, wobei der Radius der Walze vorzugsweise derart gewählt ist, daß die äußeren Fasern des Materials bis zur Elastizitätsgrenze beansprucht werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei entgegengesetzt liegenden Walkwalzen je ein Ultraschallgeber zugeordnet ist, derart, daß das Material abwechselnd auf entgegengesetzten Oberflächen beschallt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallgeber nach dem Prinzip des Hohlspiegels ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Walk- und Beschallungsvorrichtung in ein in Öl einsetzbares Gestell bzw. mit öl zu füllendes Gehäuse eingebaut ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 621 200;
Bergmann, Ultraschall, 1949, S. 621 und 624.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen