Der DE 43 40 568 C2 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Vergüten von Stahldraht zu entnehmen, das folgende Schritte beinhaltet : - Schnellerwärmen des Drahtes auf eine Temperatur im Austenitbereich mit einer Geschwindigkeit zwischen 85 und 100°C/s ; - Halten des Stahidrahtes im Austenitbereich während einer Zeit von 10 bis 60 s ; - Abschrecken des Stahldrahtes bis auf Raumtemperatur mit einer Geschwin- digkeit > 80°C/s ; - Schnellerwärmung auf Anlasstemperatur mit einer Geschwindigkeit von 85 bis 95°C/s ; - Halten auf Anlasstemperatur während einer Zeit von 60 bis 100 s ; - Abkühlen des Drahtes mit einer für Wasserkühlung üblichen Geschwindigkeit > 50°C/s. Zwischen Schritt 2 und 3 kann der Draht dicht oberhalb der Ac3-Temperatur gewalzt werden. Dabei wird der Draht in einem ersten Stich ovalisiert, im zweiten Stich rund- gewalzt und nachfolgend durch eine Kalibrierdüse gezogen.

In der DE 195 46 204 C1 wird ein Verfahren zur Herstellung von hochfesten Gegenständen aus einem Vergütungsstahl und Anwendung dieses Verfahrens zur Erzeugung von Federn beschrieben. Der Stahl mit (in Masse-%) 0,4 bis 0,6 % C, bis 1 % Si, bis 1,8 % Mn, 0,8 bis 1,5 % Cr, 0,03 bis 0,10 % Nb, 0 bis 0,2 % V, Rest Eisen soll wie folgt behandelt werden : - Das Vormaterial wird im Austenitgebiet bei Temperaturen von 1050 bis 1200°C lösungsgeglüht ; -Unmittelbar anschließend wird das Vormaterial bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur in einer ersten Stufe warmverformt ; - Unmittelbar anschließend wird das Vormaterial bei einer Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur, aber oberhalb der Ac3-Temperatur in einer zweiten Stufe warmverformt ; - Das Walzerzeugnis wird anschließend bei einer Temperatur oberhalb der Ac3- Temperatur zur Ausführung weiterer Umform-und Bearbeitungsvorgänge gehalten und danach - bis unterhalb der Martensittemperatur abgekühlt, worauf - es abschließend angelassen wird.

Der DE 196 37 968 C2 ist ein Verfahren zur hochtemperatur-thermomechanischen Herstellung von Federblättern für Blattfedern und/oder Blattfederlenkern zu entneh- men, das auf einer zweistufigen thermomechanischen Parabelfederherstellung basiert. Dem Verfahren liegen folgende Schritte zugrunde : -Das Ausgangsmaterial wird mit einer Aufheizgeschwindigkeit zwischen 4°C/s und 30°C/s auf Austenitisierungstemperatur angewärmt ; Die Austenitisierungstemperatur beträgt 1100 Q 100°C, das Material wird von der Austenitisierungstemperatur auf die Temperatur der ersten Walzstufe mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 10°C/s und 30°C/s abgekühlt.

Zunächst wird in der ersten Walzstufe bei einer Temperatur von 1050 Ei 100°C mit einer über die Länge des Federblattes nicht konstanten Formänderung zwischen 15 % und 80 % in einen oder mehreren Stichen vorgewalzt.

Von der Temperatur der ersten Walzstufe wird auf die Temperatur der zweiten Walzstufe mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 10°C/s und 30°C/s abge- kühlt.

In der zweiten Walzstufe wird bei einer Temperatur von 880 Ei 30°C mit einer über die Länge des Federblattes konstanten Formänderung zwischen 15 % und 45 % in einem oder mehreren Stichen mit unter Last anstellbaren Walzen fertiggewalzt.

Schließlich offenbart die DE 198 39 383 C2 ein Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von Stahl für torsionsbeanspruchte Federelemente, wobei das Aus- gangsmaterial auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur und anschließend bei einer solchen Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur in mindestens zwei Umformschritten umgeformt wird, dergestalt, daß sich eine dynamische und/oder statische Rekristallisation des Austenites ergibt. Der derart rekristallisierte Austenit des Umformerzeugnisses wird abgeschreckt und angels- sen. Zum Einsatz soll ein Silizium-Chrom-Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,35 bis 0,75 % eingesetzt werden, der mit Vanadium oder einem anderen Legierungs- element mikrolegiert ist.

Die dem Stand der Technik zu entnehmenden Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von aus Stahl bestehenden Gegenständen basieren im Wesentlichen auf mehrstufigen Umformschritten, wobei eine mehrfache Abkühlung/Aufheizung des Ausgangsmateriales notwendig ist, um die später am Endprodukt sich einstellenden Parameter zu erzeugen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Schrau- benfedern oder Stabilisatoren aus Stahl nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, das eine gezielte, auf das Belastungsprofil des Endproduktes ausge- richtete Verbesserung der Eigenschaftsparameter ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Aus-und Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 21 beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Ausgangsmaterial zunächst auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur aufgeheizt wird und anschließend ein Temperaturausgleich über die gesamte Stablänge erfolgt. Darüber hinaus wird die Aufheiztemperatur des Stabes nahezu bis zum Einlauf in den Walz- spalt konstant gehalten. Mit diesen Arbeitsschritten wird eine möglichst homogene Gefügestruktur des Stabes sowohl über dessen Länge als auch über dessen Quer- schnitt vor Eintritt in den Walzspalt angestrebt, die für den nachfolgenden Umform- prozess von Vorteil ist. Bedingt durch die prozessspezifischen Eigenarten des Schrägwalzens und durch eine gezielte Festlegung der Walzparameter stellen sich im einstufigen Umformprozess eine vorbestimmte Verdrillung des Werkstoffes im Randbereich der Stäbe und ein Umformgradient über den Stabquerschnitt ein. Da die Umformrichtung beim Schrägwalzen schräg zur Walzgutachse verläuft und das Maximum der Umformung im Randbereich der Stäbe liegt, ist die umformbedingte Gefügestreckung in dieser Randzone besonders stark ausgeprägt und die Gefüge- ausrichtung verläuft entsprechend der Umformrichtung ebenfalls schräg zur Walz- gutachse. Nach Überschreiten des kritischen Umformgrades läuft der dynamische Rekristallisationsprozess in dieser Randzone besonders intensiv ab, sodass ein Gefälle des Rekristallisationsgrades über den Stabquerschnitt von außen nach innen festzustellen ist. In der dem Umformprozess folgenden Nachwärmung oberhalb von Ac3 wird die statische Rekristallisation vervollständigt, die insbesondere in der Rand- zone zur Herausbildung feinkörnigen Austenits führt. Nach dem Härten und an- schließendem Anlassen ist die Randzone durch feines Martensitgefüge hoher Fes- tigkeit gekennzeichnet.

Die Erfindung weist gegenüber den bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik beträchtliche Vorteile auf. Im Ergebnis der Kombination aus einer gezielten, einstufi- gen Umformung mittels Schrägwalzen und einer darauf abgestimmten Wärme- behandlung weisen die behandelten Stäbe über ihren Querschnitt ein Festigkeits- profil auf, das im Randbereich seine Maximalwerte erreicht. Die durch das Schräg- walzen hervorgerufene Verdrillungsrichtung des Gefüges im Randbereich der Rund- stäbe entspricht der Hauptspannungsrichtung eines auf Torsion beanspruchten Bauteils, und die daraus resultierenden Eigenschaftsmerkmale der Stäbe erschließen somit optimale Voraussetzungen für ihren Einsatz insbesondere in der Federnindust- rie. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hervorgerufene Gefügeverteilung über den Stabquerschnitt führt in den fertig bearbeiteten Rundstäben zu einem Eigenschaftsprofil, das dem Spannungsprofil über den Stabquerschnitt bei Biege- und Torsionsbelastung adäquat ist. Aus einem derartigen Stahl hergestellte Stabili- satoren oder Schraubenfedern können bei gleicher Belastung vorteilhaft ein geringe- res Gewicht aufweisen.

Da zur Ausbildung dieser vorteilhaften Festigkeitseffekte nur ein Umformschritt erfor- derlich ist und die nachfolgenden Bearbeitungsstufen im Wesentlichen in einer Wärme durchgeführt werden, ist folglich auch nur ein Aufheizvorgang für das Aus- gangsmaterial notwendig, was verfahrensbedingt zu erheblichen Energie-und Zeit- einsparungen führt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich deshalb gegen- über bekannten Verfahren nicht nur durch eine Verbesserung der belastungs-orien- tierten Festigkeits-und Zähigkeitseigenschaften des Fertigproduktes, sondern dar- über hinaus auch durch wirtschaftliche Vorteile auf Grund der Minimalanzahl von Prozessschritten aus.

Vorteilhafterweise wird das Ausgangsmaterial in Form von Rundstäben mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 100 bis 400 K/s auf eine Temperatur zwischen 700 und 1100 °C induktiv aufgeheizt. Anschließend erfolgt ein Ausgleich der Aufheiztempe- ratur des Stabes über dessen Länge in einem Zeitraum von mindestens 10 Sekun- den. Damit wird sichergestellt, dass der Temperaturunterschied über die Stablänge 5 K nicht überschreitet. Mittels einer geeigneten Nachwärmeinrichtung wird die Auf- heiztemperatur des Stabes bis zum Einlauf in den Walzspalt konstant gehalten. Die Umformung selbst erfolgt durch ein Schrägwalzen in einem Schritt, bei dem die Stäbe gerade bleibend den Walzspalt durchlaufen. In Abhängigkeit vom Werkstoff des Ausgangsmaterials wird vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 700- 1150 °C umgeformt. Das Durchmesserverhältnis Ausgangsdurchmes- ser/Fertigdurchmesser wird so gewählt, dass das Schrägwalzen der Stäbe mit einem mittleren Streckgrad X von größer 1,3 erfolgt und dass das Maximum der Umformung mindestens y=0, 3 beträgt. Über eine gezielte Einstellung der Walzparameter, wie z. B. Walzendrehzahl und Vorschubgeschwindigkeit, und durch eine spezielle Aus- wahl von Walzenkonturen mit spezifischen Winkelbeziehungen wird erreicht, dass das Maximum der Umformung im Randbereich zwischen 0,65 und 1,0 des Durch- messers der Stäbe liegt und dass sich ein gewünschter Umformgradient über den Stabquerschnitt einstellt. Vorzugsweise wird der Schrägwalzprozess so gesteuert, dass im Walzgut eine maximale lokale Temperaturerhöhung von 50 K nicht über- schritten wird.

Bedingt durch die Umformung laufen nach Überschreiten eines kritischen Umform- grades dynamische Rekristallisationsprozesse ab, die in der Randzone auf Grund der maximalen Umformung stärker ausgeprägt sind als im Kernbereich der Stäbe.

Die gezielte Einflussnahme auf die Ausbildung eines Umformgradienten über den Stabquerschnitt hat zur Folge, dass sich bereits im Zuge der dynamischen Rekristal- lisation erste Anzeichen einer differenzierten Gefügeverteilung über den Walzgut- querschnitt einstellen. So zeigen metallografische Untersuchungen an erfindungs- gemäß gewalzten Stäben im rekristallisierten Zustand eine deutliche Abnahme des Anteils feiner Austenitkristallite von der Randzone in Richtung Kernbereich.

Die differenzierte Gefügeausbildung über den Walzgutquerschnitt wird darüber hin- aus zusätzlich durch eine typische Eigenart des Schrägwalzens verstärkt. Da beim Schrägwalzen die Umformrichtung schräg zur Walzgutachse verläuft, kommt es ins- besondere in den Randbereichen des Walzgutes auf Grund der höheren Umformung zu einer auffallenden Gefügestreckung. Entsprechend der Umformrichtung verläuft auch die Gefügestreckung schräg zur Walzgutachse und führt in den Randbereichen zu einer Verdrillung des Werkstoffes. Bei erfindungsgemäßem Verfahrensablauf beträgt die Verdrillungsrichtung des Gefüges im Randbereich der Stäbe bezogen auf die Längsachse des Stabes 35 bis 65 Winkelgrad und sie entspricht damit der Hauptspannungsrichtung eines auf Torsion beanspruchten Bauteils.

In der dargestellten Verfahrensweise des einstufigen Schrägwalzens durchläuft der zu walzende Stab in seiner gesamten Länge einen Walzspalt mit konstanter Walz- spaltgeometrie. Diese Verfahrensweise wird gewählt, wenn Stäbe mit gleich bleiben- dem Durchmesser über die gesamte Stablänge hergestellt werden sollen. Das erfin- dungsgemäße Verfahren ermöglicht darüber hinaus eine alternative Verfahrensvari- ante, bei der die Walzspaltgeometrie im Betriebszustand während des Durchlaufs des zu walzenden Stabes durch den Walzspalt geändert wird. Diese flexible Arbeits- weise wird mit einem Schrägwalzgerüst realisiert, dessen Walzen bei Bedarf wäh- rend der Umformung in axialer und/oder radialer Richtung verstellt werden können.

Auf diese Weise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Rundstäben mit variablem Durchmesser über die Stablänge.

Die schräggewalzten Stäbe werden unmittelbar nach dem Austritt aus dem Walz- gerüst einer Nachwärmung bei einer Temperatur oberhalb Ac3 unterzogen. Die Nachwärmung erfolgt in der Weise, dass der Temperaturunterschied über die Länge eines Stabes auf 5 K begrenzt wird.

Entsprechend dem späteren Verwendungszweck werden die schräggewalzten und auf Rekristallisationstemperatur nachgewärmten Stäbe in einer Wärme entweder zu einer Schraubenfeder gewickelt oder zu einem Stabilisator gebogen.

Die gewickelten bzw. gebogenen Bauteile werden anschließend gehärtet und nach- folgend angelassen.

Stäbe, die für die Herstellung von Drehstabfedern vorgesehen sind, werden nach dem Nachwärmen im kalten Zustand an ihren Enden mechanisch bearbeitet, an- schließend auf oberhalb Ac3 erwärmt, abgeschreckt und angelassen.

Makrountersuchungen an den fertig bearbeiteten Stäben weisen eine typische Gefü- geverteilung über den Stabquerschnitt als Folge der erfindungsgemäßen Kombina- tion aus Schrägwalzen und Wärmebehandlung auf. Die unmittelbare Randzone weist feinkörniges Martensitgefüge hoher Festigkeit auf. Der Randbereich weist eine durchgängige Gefügestreckung schräg zur Stabachse verlaufend auf, deren Verdril- lungsrichtung der Hauptspannungsrichtung eines auf Torsion beanspruchten Bauteils entspricht. Das perlitisch-martensitische Mischgefüge der Kernzone ist grobkörniger als das Gefüge im Randbereich und weist keine Verdrillungserscheinungen auf.

Zur Einstellung optimaler Zähigkeits-und Festigkeitsparameter im Fertigprodukt wer- den beim erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangsmaterial Rundstäbe aus Federstahl, vorzugsweise Silizium-Chrom-Stähle mit Kohlenstoffgehalten < 0, 8 %, verwendet. Alternativ können diese Stähle mit Vanadin oder Niob mikrolegiert sein.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.

Die einzige Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Durchlauflinie zur erfindungs- gemäßen thermomechanischen Behandlung von Rundstahistäben aus einem Sili- zium-Chrom-Stahl.

Die zu behandelnden Stäbe werden in einer Induktionsanlage 1 auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur aufgeheizt, wobei ihr Gefüge austenitisiert wird. Im vorliegenden Beispiel werden die Rundstahistäbe mit einer Aufheiz- geschwindigkeit von 130 K/s auf eine Temperatur von 980 °C aufgeheizt. In einem der Induktionsanlage 1 nachgeschalteten Ausgleichsofen 2 erfolgt über eine Zeit von 15 s ein Ausgleich der Aufheiztemperatur der Stäbe, sodass der Temperaturverlauf über die Länge der Stäbe einen Gradienten von 4 K aufweist.

In diesem Zustand werden die nun gleichmäßig temperierten Rundstahlstäbe in einen Halteofen 3 eingebracht, um ihre Temperatur bis zum Eintritt in den Walzspalt konstant zu halten. Die aufgeheizten Stäbe werden sowohl im Ausgleichsofen 2 als auch im Halteofen 3 mittels Rollgängen 6 bzw. 7 transportiert.

In einem Schrägwalzgerüst 4 werden die auf 980 °C aufgeheizten Rundstahlstäbe in einem Walzschritt umgeformt. Dabei wird das Durchmesserverhältnis Ausgangs- durchmesser/Fertigdurchmesser so gewählt, dass mit einem mittleren Streckgrad A= 1,5 gearbeitet wird und dass das Maximum der Umformung mindestens YJ = 0,3 beträgt. Durch die gezielte Einstellung von Walzparametern, wie z. B. der Walzen- drehzahl oder der Vorschubgeschwindigkeit und durch eine spezielle Auswahl von Walzenkonturen mit spezifischen Winkelbeziehungen, wird das Maximum der Um- formung im Randbereich zwischen 0,65 und 1,0 des Durchmessers der Stäbe reali- siert und somit ein erwünschter Umformgradient über den Stabquerschnitt eingestellt.

Die Walzparameter werden so aufeinander abgestimmt, dass auf Grund des Um- formprozesses eine maximale lokale Temperaturerhöhung von 50 K im Walzgut nicht überschritten wird. Die beim Schrägwalzen schräg zur Walzachse verlaufende Um- formrichtung bewirkt in den Randbereichen des Walzgutes auf Grund der höheren Umformung eine ausgeprägte Gefügestreckung. Entsprechend der Umformrichtung verläuft diese Gefügestreckung ebenfalls schräg zur Walzgutachse und führt in den Randbereichen der Stäbe zu einer Verdrillung des Werkstoffes. Bei erfindungsgemä- ßem Verfahrensablauf beträgt die Verdrillungsrichtung des Gefüges, bezogen auf die Längsachse der Stäbe, 35 bis 65 Winkelgrad und sie entspricht damit der Haupt- spannungsrichtung eines auf Torsion beanspruchten Bauteils.

Die gewalzten Stäbe gelangen nach ihrem Austritt aus dem Schrägwalzgerüst 4 in einen dem Gerüst nachgeschalteten Nachwärmofen 5, in dem sie zur Gewährleis- tung einer vollständigen statischen Rekristallisation einer Nachwärmung oberhalb der Ac3-Temperatur unterzogen werden. Der Transport der Stäbe durch den Nachwärm- ofen 5 erfolgt mittels eines Rollgangs 8. Nach Verlassen des Nachwärmofens 5 wer- den die schräggewalzten Stäbe mittels eines Übergaberoligangs 9 weiter transpor- tiert. Von diesem Übergaberollgang 9 aus werden die Stäbe den weiteren vorgese- henen Verarbeitungsschritten zugeführt.

In Figur 1 ist eine Fertigungslinie zur Herstellung von gewickelten Schraubenfedern schematisch dargestellt. Danach werden die Stäbe über den Übergaberoligang 9 an einen Hubtisch 10 übergeben und sie gelangen von dort in eine CNC-Wickelbank 11, wo das Wickeln zu Schraubenfedern in einer Wärme nach dem Rekristallisieren er- folgt. Im Anschluss an den Wickelvorgang werden die nunmehr zu Schraubenfedern gewickelten Stäbe in ein Härtebecken 12 überführt, in dem sie abgeschreckt werden und ihr Gefüge zu Martensit umwandelt. Anschließend werden die gehärteten Schraubenfedern einer nicht dargestellten Anlassbehandlung unterzogen.

Bezugszeichenliste 1. Induktionsanlage 2. Ausgleichsofen 3. Halteofen 4. Schrägwalzgerüst 5. Nachwärmofen 6. Rollgang 7. Rollgang 8. Rollgang 9. Übergaberoligang 10. Hubtisch <BR> 11. CNC-Wickelbank 12. Härtebecken