DE60012369T2

DE60012369T2 - Verformter metallverbunddraht

Info

Publication number: DE60012369T2
Application number: DE60012369T
Authority: DE
Inventors: Peter Boesman; Eric Bruneel; Jaak Lobbens; Frans Van Giel
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: EP1250198A1; AU2001223689A1; DE60012369D1; EP1118397A1; EP1250198B1; US20030131913A1; WO2001053014A1; ATE271428T1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen verformten Metallverbunddraht und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbunddrahts. Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendungen eines derartigen verformten Metallverbunddrahts.
Allgemeiner Stand der Technik
Gemäß allgemeinem Verständnis sind Metallverbunddrähte als Metalldrähte zu verstehen, die aus Elementen bestehen, die aus verschiedenen Metallen bestehen.
Derartige Metallverbunddrähte sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die Patentschrift GB 325 248 (Anmeldedatum: 1928) einen Verbunddraht, der als elektrischer Leiter verwendet werden soll. Dieser Leiterdraht besteht aus zumindest drei Filamenten. Zumindest ein Filament, z. B. ein Stahlfilament, fungiert als Zugelement und zumindest ein Filament, z. B. ein Kupferfilament, fungiert als leitendes Element.
Die Japanische Patentanmeldung JP-A-09-047810 offenbart einen Metallverbunddraht, der wie folgt gefertigt wird: einzelne Stahlfilamente werden zunächst mittels einer elektrolytischen Plattierungstechnik mit Aluminium beschichtet, die so beschichteten Filamente werden gebündelt und im Ganzen gezogen, so dass das Aluminiumbeschichtungsmaterial die Lücken zwischen den Stahlfilamenten füllt. Die Stahlfilamente werden nicht verformt.
Die JP-A-09-047810 offenbart die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 und 17.
Metallverbundstrukturen, bei denen Metallfilamente durch ein anderes Metall getrennt sind, wurden z. B. in der Patentschrift US-A-3.394.213 und in den Japanischen Dokumenten JP-A-51-017163, JP-A-62260018 als Fertigungsverfahren zur Herstellung von Metallfasern beschrieben. In all diesen Dokumenten bestand die einzige Aufgabe der Kombination verschiedener Metalle darin, die Herstellung sehr dünner Fasern zu ermöglichen. Die Funktion des Metalls um und zwischen den Filamenten bestand darin, die Filamente während der Verformung getrennt zu halten. Nach der Verformung wird dieses Metall entfernt, um Fasern zu erhalten. Dieses Metall ist damit nicht Teil des Endprodukts.
Das trennende Metall ist auch ein Metall, das bei den Temperaturen des Heißrollens oder der in diesem Prozess beschriebenen Behandlung nicht schmilzt (typischerweise Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt). Die Zahl der Filamente ist immer ziemlich hoch, da dies die einzige Weise ist, um mit diesem Prozess Fasern kleiner Größe zu erhalten (typischerweise mehr als 500).
Die US-A-3,907,550 offenbart Verbundknüppel, die als Ausgangsstoff für supraleitende Drähte fungieren. Stangen eines Metalls, das in der Lage ist, einen Supraleiter zu bilden, werden in ein geschmolzenes Bad aus normalem Material getaucht, d. h., das nicht in der Lage ist, einen Supraleiter zu bilden. Nach dem Erstarren ist ein grober Knüppel gebildet, der starken Verformungen unterworfen werden kann, die durch zwischenzeitliche Wärmebehandlungen möglich gemacht werden. Die Funktion des Festigens oder Verstärkens ist kein Thema.
Gemäß anderem Stand der Technik ist es auch allgemein bekannt, die Biegsamkeit eines langen Metallelements zu verbessern, indem man aus dünneren Elementen (Drähte, Filamente,...) eine Litze oder ein Seil fertigt. Den Verbesserungen der Biegsamkeit, die so erhalten werden, steht eine Verminderung der Festigkeit (verglichen mit einem ähnlich langen Element mit massivem Querschnitt; wegen eines geringen Füllgrades) und auch eine niedrigere Leistung bezüglich z. B. der Korrosionsfestigkeit und der Abriebfestigkeit entgegen. Eine weitere Verbesserung dieser Kabel beinhaltet die Kompaktifizierung dieser Litzen oder Seile (Kompaktifizieren, Gesenkbearbeitung, Ziehen): die Filamente werden so kompaktifiziert, dass der Füllgrad zunimmt, wodurch die Festigkeit je Einheitsquerschnitt verbessert wird und in geringerem Maße auch die Abriebfestigkeit und Korrosionsfestigkeit verbessert wird. (Siehe z. B. die Patentschriften US-A-3.131.469, US-A-3.364.289, US-A-3.130.536, US-A-3.083.817). Bei diesem Prozess können die Ausgangslitzen oder Seile nur in geringerem Maße (typischerweise 30–50% Längung) gezogen werden (gelängt mit einer Querschnittsverminderung).
Die Patentanmeldung WO-A-99/23673 beschreibt auch die Möglichkeit in der Mitte eines Filaments ein weicheres Material hinzuzufügen, das durch Kompaktifizierung die offenen Räume zwischen den Filamenten besser füllt. Aber auch hier ist der Verformungsgrad begrenzt.
Kurze Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen hochverformten Metallverbunddraht bereitzustellen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht auch darin, Drähte bereitzustellen, die entweder durch eine hohe Zugfestigkeit (d. h. wesentlich höher als 2000 MPa), eine hohe Korrosionsfestigkeit, eine hohe Biegsamkeit, eine hohe Leitfähigkeit,.. (oder eine beliebige Kombination) im Vergleich zu herkömmlichen Drähten gekennzeichnet sind.
Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Drähte mit einer hohen Korrosionsfestigkeit bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein verformter Metallverbunddraht bereitgestellt. Dieser Verbunddraht umfasst eine Matrix aus einem ersten Metall mit einem ersten Schmelzpunkt und zwei oder mehr Filamente aus einem zweiten oder dritten Metall, die in der Matrix eingebettet und von der Matrix umgeben sind. Entweder das zweite oder weitere Metall oder beide sind ein Kohlenstoffstahl oder ein rostfreier Stahl. Das zweite oder weitere Metall weist einen Schmelzpunkt auf, der höher oder gleich dem ersten Schmelzpunkt ist. Der Verbunddraht ist in einem deformierten Zustand, so dass zwei oder mehr Filamente einen nicht kreisförmigen Filamentquerschnitt aufweisen.
Die Funktion der Matrix aus dem ersten Metall kann mehrfach sein:

– Sie hält die Filamente während der Verformung zusammen;
– Sie fungiert als Gleitmittel während des Verformungsprozesses;
– Sie fügt eine zusätzliche Eigenschaft zu dem endgültigen verformten Metallverbunddraht hinzu, wie beispielsweise eine Antireibungseigenschaft, elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsfestigkeit,...
– Sie sorgt für eine höhere Verformung und Spannungshärtung der Filamente. Die Menge des Matrixmaterials und sein Volumenverhältnis in Bezug zum Volumen der Filamente haben Einfluss auf die Ziehfähigkeit. Ein Volumenverhältnis von 1 zu 1 erlaubt bereits einen hohen Verformungsgrad.

Die Filamente in dem verformten Verbunddraht erhalten typischerweise einen Querschnitt, der einem Polygon ähnlich ist. Aufgrund des Verformungsgrads, der sehr hoch sein kann, können einige "Seiten" des Polygons ein grobes Aussehen haben.
Der Verbunddraht weist vorzugsweise aufgrund seines Ziehens durch ein Zieheisen einen runden Querschnitt auf.
Für das erste, weichere Metall kann Zink, eine Zinklegierung, Aluminium, Messing, Zinn, eine Zinnlegierung, etc... verwendet werden.
Die Metallfilamente können in beliebiger Zahl, beginnend mit der Mindestzahl von zwei Filamenten, vorhanden sein. Typische Werte liegen zwischen drei und zwanzig. In den meisten Fällen ist die Zahl der Filamente kleiner als siebenundzwanzig.
Die Metallfilamente sind aus einem zweiten oder dritten Metall mit einem Schmelzpunkt gefertigt, der höher als oder gleich dem Schmelzpunkt des Matrixmaterials ist.
Wie bereits erwähnt wurde, besteht entweder das zweite Metallfilament oder das dritte Metallfilament oder beide Filamente aus Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl, um den erwünschten Festigungs- oder Verstärkungswirkung zu erhalten.
Die Metallfilamente können eine beliebige Größe aufweisen. Typische Werte für die Querschnittsfläche variieren zwischen 0,01 mm² und 10 mm².
Die Metallfilamente weisen die gleiche Längsorientierung des Drahtes auf; sie können entweder parallel oder verdrillt, gedreht, gebündelt oder verseilt... sein. Die einzelnen Metallfilamente können auch eine beliebige Metallbeschichtung einer beliebigen Dicke aufweisen (z. B. Zn-beschichteter Stahl,...) und diese Beschichtung kann durch ein beliebiges Verfahren aufgebracht werden (elektrolytisch, Heißtauchen, Verkleiden,..). Auch einzelne Metallfilamente ohne Beschichtung sind ebenso möglich.
Erfindungsgemäß ist eine Endverformungsreduzierung von zumindest 50%, z. B. mehr als 90% oder sogar mehr als 99% möglich. Der Begriff 'Endverformung' bezieht sich auf eine Verformung des Verbunddrahts ohne zwischenzeitliche Wärmebehandlungen. Der Begriff "Reduzierung" ist als Querschnittsreduzierung definiert und kann berechnet werden als: (Si–Sf)×100/Si
Wobei S_i der Wert der Ausgangsquerschnittsfläche des Verbunddrahts ist;
und wobei S_f der Wert der Endquerschnittsfläche des Verbunddrahts ist.
Der Draht kann Filamente in einer beliebigen Kombination der oben genannten Fälle halten (z. B. ein Kohlenstoffstahlfilament umgeben von sechs kleineren Kupfer- oder Aluminiumfilamenten oder Stahlfilament mit niedrigem Kohlenstoffgehalt oder ein Kupferfilament umgeben von sechs Stahlfilamenten mit hohem Kohlenstoffgehalt).
Die Filamente können irgendwo im Querschnitt des Drahtes platziert werden und können in Untergruppen gruppiert werden (z. B. 3 × 3 oder 7 × 3). Einige Filamente können in der Mitte eines Drahtquerschnitts platziert sein ("Kernfilamente") und von einem oder mehreren Schichten anderer Filamente umgeben sein ("Schichtfilamente"). Bei anderen Ausführungsformen sind keine Kernfilamente vorhanden und alle Filamente sind mehr oder weniger im gleichen Abstand vom Mittelpunkt eines Drahtquerschnitts positioniert.
Das Metall der Filamente kann eine beliebige metallurgische Struktur z. B. aufgrund von Wärmebehandlungen oder mechanischen Verformungen aufweisen.
Die Metallfilamente können Wellen, Torsionen, Wellenformen, etc. aufweisen oder auch nicht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbunddrahts vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst

(a) Bereitstellen von zwei oder mehr Filamenten aus einem zweiten oder dritten Metall,
(b) Bereitstellen einer Matrix aus einem ersten Metall mit einem ersten Schmelzpunkt um die zwei oder mehr Filamente, um eine Verbundstruktur zu erhalten, wobei die Filamente in der Matrix eingebettet und von der Matrix umgeben sind; das zweite oder dritte Metall besitzen einen Schmelzpunkt, der höher oder gleich dem ersten Schmelzpunkt ist;
(c) Verformen der Verbundstruktur zu einem Verbunddraht, so dass die Filamente einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Der Schritt des Bereitstellens einer Matrix um die Filamente kann mittels eines elektrolytischen Beschichtungsschritts oder eines Heißtauchvorgangs oder einer Kombination von beiden erfolgen, wobei der elektrolytische Beschichtungsschritt dem Heißtauchvorgang vorausgeht.
Der Verformungsvorgang erfolgt durch Kaltziehen, vorzugsweise ohne eine Zwischenwärmebehandlung.
Die zwei oder mehr Filamente können vor der Bereitstellung der Matrix um diese zwei oder mehr Filamente verdrillt werden oder auch nicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen beschrieben werden:
1(a), 1(b), 1(c), 1(d), 1(e) veranschaulichen in Querschnitten die aufeinanderfolgenden Schritte der Fertigung eines verformten Metallverbunddrahts;
2 zeigt einen Querschnitt eines verformten Metallverbunddrahts mit zwei unterschiedlichen Arten von Filamenten;
3 zeigt einen Querschnitt eines verformten Metallverbunddrahts, wobei die Filamente eine separate Metallbeschichtung aufweisen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
1(a) bis 1(e) veranschaulichen die aufeinanderfolgenden Schritte der Herstellung eines verformten Metallverbunddrahts gemäß der vorliegenden Erfindung.
1(a) zeigt einen Querschnitt des Ausgangsmaterials: drei separate, parallele Filamente 10 mit einem Ausgangsdurchmesser von 0,68 mm. Die Filamente bestehen aus einem 0,70% Kohlenstoffstahl. Die Verarbeitung von drei Filamenten hat sich als einfacher erwiesen als die Verarbeitung von vier oder fünf Filamenten. Für drei Filamente konnte ein höherer Verformungsgrad erhalten werden als für vier oder fünf Filamente. Dies beruht wahrscheinlich auf dem stabileren Aufbau einer 3×1 Konfiguration im Vergleich zu einer 4×1 oder 5×1 Konfiguration und aufgrund kleinerer "Mittellöcher" einer 3×1 Konfiguration im Vergleich zu einer 4×1 oder 5×1 Konfiguration.
1(b) veranschaulicht die drei Filamente 10 nach dem Verdrillungsvorgang, z. B. mittels einer herkömmlichen Doppeldrillmaschine (Bündler) oder mittels einer herkömmlichen rohrförmigen Rotationsmaschine. Die Filamente können zuvor verformt werden oder auch nicht, so dass ein mehr oder weniger offener Querschnitt erhalten wird.
1(c) zeigt den Querschnitt nachdem die verdrillte Struktur aus drei Filamenten 10 ein Heißtauchgalvanisierbad verlassen hat. Die verdrillte Struktur ist mit einer Zinkmatrix 12 bedeckt. Der Durchmesser der galvanisierten 1×3 Struktur ist etwa 1,5 mm.
Die mit Zink beschichtete, verdrillte Struktur wird dann durch eine Reihe von Zieheisen kaltgezogen. 1(d) zeigt einen Zwischenquerschnitt auf halber Strecke der Ziehschrittreihe. Der Zwischendurchmesser dieses Querschnitts beträgt 0,20 mm. Die Zwischenzugfestigkeit beträgt 2850 MPa.
1(e) zeigt den Endquerschnitt des verformten Metallverbunddrahts 14. Die einzelnen Filamente 10 zeigen innerhalb des Verbunddrahts 14 mehr oder weniger polygonale Querschnitte. Die Seiten 13 dieser Querschnitte, die Seiten anderer Filamente gegenüberliegen, zeigen aufgrund des hohen Verformungsgrads und aufgrund einer zwischen dem Zink und dem Stahl ausgebildeten Legierungsschicht ein grobes Muster. Vorzugsweise ist Zinkmatrixmaterial 12 um jedes verformte Filament herum vorhanden; dies bedeutet, dass das Zink seine Schmierfunktion bis zum allerletzten Ziehschritt erfüllt hat. Der Enddurchmesser beträgt 0,10 mm. Die Endzugfestigkeit beträgt für den Gesamtquerschnitt 3840 MPa.
Ein Enddurchmesser von 0,10 mm bedeutet, dass ein Reduktionsgrad von 99.55 % ohne eine Zwischenwärmebehandlung erreicht wurde.
Das Resultat des Heißtauchgalvanisierungsbades ist, dass eine kleine Eisen-Zink-Legierungsschicht an der Oberfläche der 3×1 Stahlfilamente 10 erzeugt wird. Dies hat den Vorteil, dass ein gutes Haften zwischen der Zinkmatrix 12 und den Stahlfilamenten 12 erzielt wird.
Diese Eisen-Zink-Legierungsschicht kann zu brüchig werden, z. B. wenn die Eintauchzeit in dem Zinkbad zu lang ist. Diese Brüchigkeit kann vermieden werden, indem die Eintauchzeit vermindert wird, indem die 3×1 Stahlfilamente 10 vor dem Heißtauchen elektroplatiert werden oder indem die 3×1 Stahlfilamente ohne den Heißtauchschritt auf ihre endgültige Dicke elektroplatiert werden.
Ein verformter Metallverbunddraht, wie er in Bezug auf die 1(a) bis 1(e) (3×1 Stahl + Zink) beschrieben ist, kann bei vielen Anwendungen verwendet werden, bei denen hohe Zugfestigkeit, Biegsamkeit und Korrosionsfestigkeit erforderliche Eigenschaften sind.
Ein Beispiel einer derartigen Anwendung ist die Verwendung als Draht zur Elektroerosionsbearbeitung.
Ein anderes Beispiel einer derartigen Anwendung ist das abschließende Verdrillen des Drahtes in ein 3 × [3×1 Stahl + Zink] Seil und seine Verwendung bei Fensterhebeanwendungen.
Als Alternative zu der oben beschriebenen Ausführungsform, kann Messing als das Matrixmaterial 12 verwendet werden. Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen verformten Metallverbunddrahts mit Messing umfasst die folgenden Schritte:

1) Bereitstellen von Stahlfilamenten mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,80% mit einem Zwischenfilamentdurchmesser von 0,68 mm;
2) Beschichten der bereitgestellten Stahlfilamente mit einer dünnen Messingbeschichtung mittels eines Thermodiffusionsvorgangs;
3) Verdrillen von drei (oder mehr) mit Messing beschichteten Stahlfilamenten mittels einer rohrförmigen Drillmaschine;
4) Durchleiten der verdrillten 3×1 Filamente durch ein ZnCl₂(NH₄Cl) Bad;
5) Entfernen von Badresten von der verdrillten Struktur und Trocknen der verdrillten Struktur;
6) Kurzes (i. e. weniger als 1,0 Sekunde, z. B. weniger als 0,50 Sekunden) Eintauchen der verdrillten Struktur in ein Heißtauchmessingbad, mit einer Temperatur über 930°C, und der folgenden Zusammensetzung: 62% bis 70% Kupfer (z. B. 64% Cu), 30% bis 38% Zn (z. B. 36% Zn). Der Grund für die kurze Eintauchzeit besteht darin, dass die Temperatur der Stahlfilamente so niedrig wie möglich gehalten werden muss, um Änderungen der Metallstruktur zu vermeiden und eine mögliche Reaktion des Stahls mit dem Messing zu begrenzen;
7) Entfernen der überschüssigen Messingmengen von der mit Messing beschichteten Struktur und Kühlen der mit Messing beschichteten Struktur;
8) Nassziehen der mit Messing beschichteten Struktur von einem Durchmesser von etwa 1,50 mm auf einen Enddurchmesser von 0,10 mm oder sogar geringer. Während dieses Ziehvorgangs fungiert die Messingmatrix als exzellentes Schmiermittel, das hohe Verformungsgrade ermöglicht.

Ein verformter Metallverbunddraht mit einer Messingmatrix kann als Armierung von Gummiartikeln wie beispielsweise Reifen, Förderbändern, Zahnriemen verwendet werden.
Der mit Messing beschichtete verformte Metallverbunddraht kann in dieser Armierung als solcher verwendet werden oder er kann gebündelt werden oder zusammen mit anderen Drähte oder Filamenten, die Verbundmaterial sein können oder nicht, verdrillt werden, bevor er in dem Gummiartikel eingebettet wird.
2 zeigt den Querschnitt eines anderen verformten Metallverbunddrahts 14. Dieser verformte Metallverbunddraht 14 umfasst ein Kernfilament 16 aus Stahl und eine Schicht von Filamenten 18, die aus einem leitenden Metall gefertigt sind, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Das Matrixmaterial 12 kann wiederum Zink oder Aluminium sein.
Ein derartiger Metallverbunddraht kann als Kabel für Starkstromanwendungen verwendet werden. Das Stahlfilament 16 fungiert als das Zugelement, während die Kupfer- oder Aluminiumfilamente als elektrische Leitungselemente fungieren. Das Matrixmaterial 12 sorgt für einen zusätzlichen Korrosionsschutz. Ein derartiger Metallverbunddraht kann infolge des Kernfilaments aus Stahl und des hohen Verformungsgrads eine hohe Zugfestigkeit und infolge seiner Verbundstruktur eine hohe Biegsamkeit aufweisen.
Für diese 1+6 Konfiguration sind auch andere Ausführungsformen möglich.
Es kann ein Kernfilament 16 gewählt werden, das weicher ist als die sechs Schichtfilamente 18.
Wenn die sechs Schichtfilamente aus einem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt bestehen (Kohlenstoffgehalt über 0.6%), kann das Kernfilament aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (% C weniger als 0.5%), aus Kupfer oder aus Aluminium bestehen.
Im Falle einer 1+6 Konfiguration hat es sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, als Ausgangskonfiguration ein Kernfilament mit einem Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der sechs Schichtfilamente zu haben. Dies verbessert das Eindringen des Metallmatrixmaterials in die Litze und verbessert die Ziehbarkeit.
3 zeigt noch einen anderen Querschnitt eines verformten Metallverbunddrahts 14. Der Unterschied zu dem Metallverbunddraht von 1(e) besteht darin, dass die Stahlfilamente 10 nun mit einer Metallbeschichtung 20 beschichtet sind.
Beispiele und Ergebnisse
1. Rostfreier Stahl in 3×1 Konfiguration
Rostfreie Stahldrähte mit der Zusammensetzung 316L werden von 1,50 mm zu einem 0,50 mm Filament gezogen. Drei Filamente werden zu 3×0,50 mm (Außendurchmesser des Verbunddrahts gleich 1.08 mm) verdrillt, in Zink heißgetaucht und anschließend gezogen. Der Verbunddraht wurde ohne Probleme auf einen Außendurchmesser von 0,15 mm gezogen, d. h. weit jenseits der normalen Ziehbarkeit von rostfreiem Stahldraht. Der anfängliche Metallquerschnitt des rostfreien Stahldrahts (Durchmesser 1,50 mm) wurde auf einen Metallquerschnitt mit einem Durchmesser von annähernd 0,07 mm innerhalb des Querschnitts des verformten Verbunddrahts reduziert. Dies ist äquivalent zu einer Reduzierung von 99,8% ohne Zwischenwärmebehandlung.
2. Kohlenstoffstahl in 3×1 Konfiguration-Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit R_m eines einzelnen Filaments (Referenz) wurde mit der Zugfestigkeit eines verformten Verbunddrahts (Erfindung) verglichen. Sowohl das einzelne Filament als auch die Filamente des Verbunddrahts bestehen aus einem 0,70% C Kohlenstoffstahl. Die drei Filamente in dem Verbunddraht wurden galvanisiert. Im Falle der Erfindung gibt es einen deutlichen Gewinn in der Zugfestigkeit aufgrund der erhöhten Verformung. Tabelle 1 fasst die Ergebnisse zusammen.
Tabelle 1
3. Kohlenstoffstahl in 3×1 Konfiguration – Korrosionsfestigkeit
Die Korrosionsfestigkeit eines einzelnen galvanisierten Drahtes wurde mit der Korrosionsfestigkeit eines erfindungsgemäßen verformten Verbunddrahts verglichen. Tabelle 2 gibt die Zeitspanne an, die es dauert, bis die ersten Flecken von dunklem braunen Rost (DBR) auftreten und bis 5% der Oberfläche mit dunklem braunen Rost bedeckt sind.
Tabelle 2
4. Eigenschaften von aus den verformten Verbunddrähten gefertigten Tauen oder Seilen
Ein erfindungsgemäßer, verformter Verbunddraht von 0,15 mm (aus drei Filamenten bestehend) wurde verwendet, um ein Seil von 3 × 3 × 0, 15 mm zu fertigen. Dieses Seil wurde mit einem leicht galvanisierten 3 × 3 × 0,15 mm Seil und einem stark galvanisierten 3 × 3 × 0,15 mm Seil verglichen. Tabelle 3 gibt die Ergebnisse an.
Tabelle 3
Das aus dem erfindungsgemäßen Draht hergestellte Seil verhält sich hinsichtlich Zugfestigkeit und Korrosionsfestigkeit am besten. Hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit verhält es sich besser als ein stark galvanisiertes Seil und schlechter als ein leicht galvanisiertes Seil.

Claims

Verformter Metallverbunddraht (14) mit einer Matrix (12) aus einem ersten Metall mit einem ersten Schmelzpunkt, zwei oder mehr Filamenten (10) aus einem zweiten oder dritten Metall, die in der Matrix eingebettet und von der Matrix (12) umgeben sind, wobei das zweite oder weitere Metall einen Schmelzpunkt aufweist, der höher oder gleich dem ersten Schmelzpunkt ist, wobei entweder das zweite oder dritte Metall oder beide ein Kohlenstoffstahl oder ein rostfreier Stahl sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht in einem deformierten Zustand ist, so dass zwei oder mehr Filamente (10) einen nicht kreisförmigen Filamentquerschnitt aufweisen.
Verbunddraht (14) nach Anspruch 1, wobei der Draht (14) einen runden Drahtquerschnitt aufweist.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für das erste Metall Zink, eine Zinklegierung, Aluminium, Messing, Zinn oder eine Zinnlegierung gewählt wird.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Legierungsschicht zwischen dem ersten Metall auf der einen Seite und dem zweiten oder weiteren Metall auf der anderen Seite ausgebildet ist.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Draht (14) einer abschließenden Deformationsreduktion von zumindest 50% unterzogen wurde.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Draht (14) bis zu 27 Filamente (10) umfasst.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filamente (10) einen Verdrillschritt umeinander aufweisen, wobei der Verdrillschritt größer als 50 mm ist.
Verbunddraht (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Filamente (10) parallel zueinander sind.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Metall sich von dem dritten Metall unterscheidet.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Draht (14) einen Querschnitt aufweist, der einen Kern aus einem oder mehreren Filamenten (10) und eine oder mehrere Schichten von Filamenten um den Kern zeigt.
Verbunddraht (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Draht (14) einen Querschnitt ohne mittlere Kernfilamente (10) aufweist.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbunddraht (14) eine Zugfestigkeit größer 2000 MPa besitzt.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Metall jedes Filament (10) umgibt.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines oder alle Filamente (10) individuell mit einer Metallbeschichtung versehen sind.
Verbunddraht (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Filamente (10) gewellt oder wellenförmig sind.
Verwendung eines Verbunddrahts (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Draht für die Elektroerosionsbearbeitung.
Verfahren zur Herstellung eines Verbunddrahts (14), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst (a) Bereitstellen von zwei oder mehr Filamenten (10) aus einem zweiten oder dritten Metall, (b) Bereitstellen einer Matrix (12) aus einem ersten Metall um die zwei oder mehr Filamente (10), um eine Verbundstruktur zu erhalten, wobei die Filamente (10) in der Matrix (12) eingebettet und von der Matrix (12) umgeben sind, wobei das erste Metall einen ersten Schmelzpunkt besitzt und das zweite oder dritte Metall einen Schmelzpunkt besitzt, der höher oder gleich dem ersten Schmelzpunkt ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem folgenden Schritt umfasst: (c) Verformen der Verbundstruktur zu einem Verbunddraht (14), so dass die Filamente (10) einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Bereitstellens einer Matrix (12) um die Filamente (10) mittels eines Heißtauchvorgangs erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Schritt des Verformens durch Kaltziehen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Kaltziehen ohne Zwischenerwärmungsschritte erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die zwei oder mehr Filamente (10) vor dem Bereitstellen der Matrix um die zwei oder mehr Filamente verdrillt werden.
Metallseil mit einem oder mehreren Verbunddrähten (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.