Da der Bedarf an Werkstoffen hoherer Festigkeit stetig steigt, werden neben der Ausschopfung legierungstechnischer Moglich- keiten seit ungefahr 20 Jahren Versuche unternommen, die ge- wtinschten Eigenschaften bei Stahl durch eine thermomechanische Behandlung zu erreichen. Hierunter wird eine sinnvolle Verbin- dung einer Warmebehandlung mit einer Umformung des Werkstoffes verstanden. Das Umwandlungsverhalten der Stahle in Abhangig- keit von der Zeit, der Temperatur und der Abktihlgeschwindig- keit wird in Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubildern (ZTU Schaubildern) beschrieben, deren Kenntnis ftir die Durchftihrung derartiger Verfahren unbedingt erforderlich ist. Hierbei wer- den sowohl kontinuierliche als auch isotherme ZTU-Schaubilder herangezogen. So ist zu Anfang der Entwicklung eine Reihe von Veroffentli- chungen erschienen, die sich mit einem Verfahren befassen, das im angelsachsischen Raum als "Ausforming" und im deutschen Sprachraum meist als "Austenitformharten" bezeichnet wird. Die sich aus dem ZTU-Schaubild ergebende Vielzahl der Moglicbkei- ten einer thermomechanischen Behandlung ftihrte spater zu einer genaueren Bezeichnungsweise der einzelnen Verfahren. Hier sei jedoch angemerkt, daB bisher eine Vereinheitlichung der Kenn- zeichnung einzelner Fahrweisen nicht vorliegt, so daB es rat- sam erscheint, die jeweils gewahlte Art der Behandlung anhand eines ZTU-Schaubildes zu erlautern. Da die bisherigen Erkenntnisse hinsichtlich einer Xnderung der mechanischen Eigenschaften durch thermomechanische Behandlung im wesentlichen nur auf Laborversuchen vor allem bei legierten Stahlen beruhen, sollte im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine kontinuierlich arbeitende Anlage erstellt werden, die eine thermomechanische Behandlung auch bei unlegierten Stahlen er- moglicht.

Die Vorgange beim Bandwalzen, insbesondere im Bereich kleiner Banddicken, sind durch zwei zunachst voneinander unabhangige Erscheinungen gekennzeichnet. Einmal verandert die Walzkraft den mittels der Walzenanstellung vorgegebenen Walzspalt infolge Gerustauffederung, Walzendurchbiegung und -abplattung (Abb. 1a), zurn anderen steht sie in funktionalem Zusammenhang mit der pla- stischen verformung des Walzgutes (Abb. 1b). Sims und Arthur [ 1] brachten erstmals eine Darstellung beider Erscheinungen in ei- nem Bild (Abb. 1c), als es ihnen darum ging, den Geschwindig- keitseinfluB auf Banddicken- und Walzkraftanderungen zu klaren. Die fur einen vorgegebenen Walzvorgang erforderliche Walzkraft ergibt sich nach Abb. 1c aus dem Schnittpunkt der elastischen Kennlinie des Walzgerustes mit der plastischen Kennlinie des Walzgutes. Nur mit der Kenntnis beider Abhangigkeiten ist es moglich, bei vorgegebener Ausgangsdicke ho des Walzgutes die Walzspalthohe hi einzustellen, die zu der geforderten Endhohe h1 des Walzgutes fuhrt. Eine moglichst aIle EinfluBgroBen einbe- ziehende, exakte Beschreibung der beiden in Abb. 1c dargestell- ten funktionalen Abhangigkeiten von der Walzkraft ist somit ei- ne Voraussetzung fur den optimalen Betrieb von Bandwalzwerken. Zu den Problemen bei der Ermittlung der in Abb. 1a dargestell- ten Federsteifigkeit der Walzgeruste solI hier nicht Stellung genommen werden. Funke und Jung [2] sowie Kuske u.a. [3] befaB- ten sich in jungster Zeit eingehend mit diesem Fragenkomplex.

Das Verhalten metallischer Werkstoffe bei der bildsamen Form- gebung kann durch Spannungs- und FormanderungsgroBen beschrie- ben werden. Durch die SpannungsgroBen Formanderungsfestigkeit oder Formanderungswiderstand ist der FlieBbeginn, durch die Anderung dieser GroBen mit der Formanderung ist der FlieBver- lauf und durch die FormanderungsgroBen Formanderungsvermogen bzw. Grenzformanderung ist die bis zum Auftreten von Werkstoff- trennungen erreichbare Formanderung gekennzeichnet. Wahrend uber die Hohe der Spannungen, die aufgebracht werden mussen, urn ein plastisches FlieBen einzuleiten und aufrecht zu erhalten, schon zahlreiche Untersuchungsergebnisse vorliegen, hat man sich mit der Ermittlung des Formanderungsvermogen- insbesondere bei Warmformgebungstemperaturen - erst in neuerer Zeit intensiver befaBt. Grundlegende Kenntnisse uber die GroBe der Formanderung, die ein Material bis zum Auftreten von Fehlern ertragen kann, sind von Interesse, da auf modernen Umformanlagen die Werkstoffe immer hoher beansprucht werden und insbesondere hochlegierte Werkstoffe nur unter bestimmten Bedingungen riBfrei umgeformt werden konnen. Aus diesem Grunde sind zahlreiche Untersuchungen bisher vorwiegend mit dem Ziel durchgefuhrt worden, optimale Umformtemperaturen und -geschwindigkeiten zu ermitteln oder den EinfluB verschiedener Legierungselemente auf das Formande- rungsvermogen zu erfassen. Aufgrund von Erfahrungen in Umformbetrieben und durch Unter- suchungen bei Raumtemperatur ist inzwischen bekannt, daB ne- ben Temperatur und Formanderungsgeschwindigkeit der bei der Umformung vorliegende Spannungszustand fur die GroBe der Form- anderung bis zurn Bruch mitbestimmend ist. Ziel dieser Arbeit ist es, die Abhangigkeit des Formanderungs- vermogens metallischer Werkstoffe vom Spannungszustand bei ver- schiedenen Temperaturen und Formanderungsgeschwindigkeiten grundsatzlich zu untersuchen.

Eine moderne Massenproduktion ist heutzutage ohne die Herstellungsver- fahren der bildsamen Formgebung nicht denkbar. Grosse Mengen von Halb- zeug und Fertigprodukte werden durch Warm-Walzen erzeugt: Der Um- formvorgang bewirkt eine Verringerung des Querschnittes und erhoeht die mechanischen und technologischen Eigenschaften des Walzgutes gegenuber jenen des gegossenen Ausgangsmaterials. Langgestreckte Vollquerschnitte aus Stahl, wie Stabstahl und Draht, sowie die zugehoerigen Halbzeuge wer- den technisch-wirtschaftlich meist nur in Kalibern gewalzt. Neben Fertig- kalibern, die in Form und Groesse dem zu erzeugenden Walzgut entsprechen, werden sogenannte Streckkaliber verwendet. Diese Kaliber sind solche mit einfacher Geometrie, die eine grosse Streckwirkung auf das Walz gut aus- uben. Sie gestatten, einen grossen Ausgangsquerschnitt in relativ wenigen Arbeitsvorgangen (Stichen) auf einen kleinen Endquerschnitt zu reduzieren. Die Technologie des Kaliberwalzens beruht i. w. auf den in der Praxis gesammelten Erfahrungen; aufgrund dieser Erfahrungen sind allgemeine Kalibrierungsregeln aufgestellt worden. Danach kann qualitativ die Streck- wirkung in Abhangigkeit von der Kalibergeometrie, dem Walzendurchmes- ser und der Walzgeschwindigkeit abgeschatzt werden. Wissenschaftliche Untersuchungen uber das Walzen in Streckkalibern sind meist mit der Zielsetzung durchgefuhrt worden, die Gesamtformanderun- gen festzustellen und den Kraft- und Arbeitsbedarf zu ermitteln. Diese Daten dienen als Unterlage fur die Auslegung der Walzgeruste und Antriebe.

Urn 1885 wurden zum ersten Male LochstUcke im Schragwalzverfahren nach Mannesmann hergestellt. Kurze Zeit spater gelang Ehrhardt die Erzeugung von Luppen aus Blacken mit quadratischem Querschnitt durch seitliches Lochen auf einer Presse. Dieses Verfahren wurde durch den Bau starkerer Pressen dahingehend verbessert, daB man das seitliche Lochen weitgehend durch steigendes Lochen von Rund blacken ersetzte, wodurch die Lange der Luppen vergraBert werden konnte. Beim Lochen von Blacken auf einer Presse bedarf es zu ihrem Ein fUhren in den Aufnehmer einer Differenz zwischen BlockauBen- und Aufnehmer-Innendurchmesser. Diese rouB vor dem Lochen beseitigt werden, da der Lochdorn anderenfalls verlaufen und damit die Wand starke der Luppe ungleichmaBig werden kann. Dem eigentlichen Lochvorgang geht also ein Anstauchvorgang vor aus, der dem Verformen in einem Gesenk ohne Gratbahn gleicht. tiber die fUr diesen Anstauchvorgang benotigte Kraft und Uber die bei einer bestiwmten Kraft zu erreichende FormfUllung ist nur we nig bekannt. Es erscheint daher notwendig, die Vorgange beim An stauchen in einem Aufnehmer systematisch zu untersuchen, urn den Kraftbedarf und die FormfUllung beim Pressen zu ermitteln und zu optimieren. 1m Rahmen dieser Arbeit werden erstmalig fUr Stahlbolzen die An stauchkrafte beim Lochvorgang gemessen. Dabei wird der Kraftbe darfsverlauf bis zum vollstandigen Anlegen des Blockes an die Aufnehmer-Innenwand unter BerUcksichtigung verschiedener Parame ter erfaBt. Die Untersuchungsergebnisse sollen die Moglichkeit geben, Loch- und Rohrstrang-Pressen hinsichtlich des K aftbedar fes zu dimensionieren bzw. in der Fertigung Pressen optimal ein zusetzen."

2. Erkenntnisstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2. 1 Moeglichkeiten zur Kennzeichnung einer Oberflache . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. 2 Veranderung der Oberflachen-Feingestalt bei Kalt-Umformung . . . . . . . . 10 2. 2. 1 Freie und gebundene Umformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2. 2. 2 Oberflachenwandlung beim Ziehen von Draht, Stabstahl und Rohren . . 11 3. Aufgabenstellung und Ziel der Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4. Eigene Versuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4. 1 Versuchsplan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4. 2 Versuchseinrichtung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4. 3 Versuchsdurchfuhrung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5. Auswertung und Darstellung der Versuchsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 5. 1 EinfluB der GroeBe der Formanderung beim Einfach- und Mehrfachzug . . 23 5. 1. 1 Einfachzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 5. 1. 2 Mehrfachzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5. 2 EinfluB der Ziehholgeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 5. 2. 1 Ziehhol-Neigungswinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5. 2. 2 Zylindrische Fuhrungslange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5. 3 EinfluB von Schmiermittel und Schmiermitteltrager . . . . . . . . . . . . . . . . ., 38 5. 4 EinfluB der Ziehgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 6. Diskussion und Erklarung der Versuchsergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 6. 1 Formanderung und OberflachenvergroeBerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Flachenpressung im Ziehwerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 6. 2 6. 2. 1 Spannungsverteilung in der Ziehduse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 6. 2. 2 Flachenpressung im Ziehwerkzeug beim Einfach- und Mehrfachzug . . . . 56 6. 3 Folgerungen aus den bisherigen Ergebnissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 7. Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 8. Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3 1. Einleitung Im Gegensatz zu einer geometrisch-idealen Oberflache wird die bei einem tech- nischen FertigungsprozeB entstehende wirkliche Begrenzungsflache eines Werkstuckes als technische Oberflache bezeichnet und im allgemeinen durch die Angabe ihrer Rauheit beschrieben. Seitdem G. SCHMALTZ vor 30 Jahren die OberflaclTenforschung begrundete, hat die Frage des Oberflachenzustandes nach der Bearbeitung groBe Be- deutung erlangt.

Herkoemmlicherweise werden die Oberflachen warm gewalzter Stahlbleche, -bander, -stabe, -rohre und anderer Profile zum grossen Teil durch Beizen ent zundert bzw. gereinigt. In den vergangenen Jahrzehnten ist man in zunehmendem Umfang dazu ubergegangen, die Reinigung der Oberflachen auf mechanische Weise auszufuhren. Man erkannte dabei sehr bald, dass dazu die sogenannten Strahlverfahren besonders geeignet und wirtschaftlich sind. Bei den genannten Verfahren handelt es sich um solche, bei denen ein geeignetes Strahlmittel (z. B. Stahldrahtkorn oder Stahlkies u. a.) auf die Oberflache z. B. eines Bandes, Bleches oder Rohres geschleudert wird, um diese von Schmutz, Rost oder Zunder zu befreien. Neben dem Strahlen zur Reinigung von Oberflachen wird das Strahl verfahren weiterhin zur Veredlung und Umformung von Oberflachen eingesetzt. In jedem Falle muss das zur wirtschaftlichen Durchfuhrung eines Strahlverfahrens noetige Strahl mittel bestimmte Eigenschaften aufweisen. Lieferanten wie Ver braucher haben ein grosses Interesse daran, durch eine zweckmassige Prufung die Eigenschaften eines Strahlmittels festzustellen. Die vorliegende Arbeit will dazu beitragen, nicht nur die gewunschten oder ge forderten Eigenschaften eines Strahlmittels festzustellen, sondern auch das zweck massigste und zuverlassigste Prufverfahren zu erforschen bzw. aufzuzeigen, also die technisch und wirtschaftlich gunstigste Durchfuhrung der Strahlrnittelprufung anzugeben und insbesondere festzustellen, wie lange ein Strahlmittel verwendbar, d. h., wie gross seine Standzeit ist. In vorwiegendem Masse war es das Ziel zu klaren, welche Einflusse bei der Prufung das Endergebnis bedingen, um letztlich zu einer genugend sicheren Beurteilung der Strahlmittel, des Strahlmittelpruf verfahrens und damit des Strahlverfahrens uberhaupt zu gelangen.

Die mechanische Entzunderung warm gewalzter Erzeugnisse mit Hilfe des Strahl verfahrens hat in den vergangenen Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen. Diese Entwicklung wurde durch das Inkrafttreten der Wasserwirtschaftsgesetze und -verordnungen 1] im Jahre 1960 beschleunigt. Diese gebieten, dass Beizab wasser so aufbereitet werden, dass keine sauren Chenukalien und Giftstoffe, die selbst in starker Verdunnung noch eine schadigende Wirkung auf Lebewesen haben, in die Wasserlaufe abgeleitet werden. Durch die Aufbereitung oder Neu tralisation der Beizsauren verteuert sich der Beizvorgang erheblich, insbesondere, wenn die abgeschiedenen Eisensalze schlecht verkauflich sind. Man ist deshalb bestrebt, das Beizen einzuschranken, durch eine mechanische Entzunderung zu ersetzen oder aber aus wirtschaftlichen Grunden beide Verfahren zu kombinieren, wie es in den USA seit langem praktiziert wird. Bander und Bleche haben den grossten Anteil an der Halbzeugmenge, die vor der Weiterverarbeitung entzundert werden muss. Die Forschungsergebnisse, die in der vorliegenden Arbeit zusammengefasst worden sind, wollen in erster Linie Grund lagen fur die Strahlentzunderung von Warmband schaffen, das den Anforderungen gerecht wird, den die Kalt-Walzwerke daran stellen. 7 2. Mechanische und chemische Entzunderung Fur einen Vergleich bei der Verfahren in technischer und wirtschaftlicher Hin sicht wird nur die mechanische Entzunderung durch Strahlen in Betracht gezogen, da nach dem derzeitigen Stand der Entwicklung nur dieses geeignet scheint, mit dem Beizen in Konkurrenz treten zu konnen, besonders wenn es um die V orbe reitung des Warmbandes zu einem nachfolgenden Kalt-Walzen geht."

Walzdraht ist normalerweise mit einer Zunderschicht behaftet, die vor einer Weiterverarbeitung (meistens durch Ziehen) entfernt werden muss. Neben der Entzunderung durch das ublicherweise angewandte Beizen sind in den letzten Jahren Methoden entwickelt und eingefuhrt worden, mit deren Hilfe der Zunder mechanisch entfernt wird. In der Praxis ist eine voellige Entzunderung nicht immer erzielt worden, weder chemisch noch mechanisch. Es gibt einerseits eine Art von Zunder, zu dessen vollstandiger Entfernung sehr lange gebeizt werden muss. Bei mechanisch ent- zundertem Material kann andererseits die Restzundermenge stark schwanken, und zwar nicht nur von Bund zu Bund, sondern auch innerhalb eines solchen. Eine Voraussetzung fur eine wirkungsvolle Entzunderung ist die Kenntnis der Ausbildungsbedingungen des Zunders und seines Verhaltens gegenuber mecha- nischen oder chemischen Einwirkungen. Die vorliegende Arbeit ist ein Beitrag zur mechanischen Entzunderung von Draht, wobei der Einfluss des Strahlens auf das Strahlgut (beispielsweise an Hand der Oberflachengute) sowie der einer nachfolgenden Kalt-Verformung durch Ziehen berucksichtigt wird. 7 2. Vorbedingungen fur die mechanische Entzunderung Die Vorbedingungen fur eine gute mechanische Entzunderung mit Strahlmitteln sind: a) vollkommene Trockenheit des Strahlmittels; b) eine auf die Harte des zu entzundernden Walzdrahtes abgestimmte Harte des Strahlmittels; c) voellige Fettfreiheit der Strahlgut-Oberflache; d) geeignete Strahlbedingungen.