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Gemisch zum Schutz von verformten Schwermetallwerkstücken gegen Oxydation und von Verformungswerkzeugen an Lochapparaten, Stopfenwalzwerken, Pilgerwalzwerken, kontinuierlichen Rohrwalzwerken,
Lochpressen und Ziehring-Stossbänken gegen Verschleiss
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gemisch kristalliner Pulver mit gegebenenfalls amorphem Zusatz, das in loser oder gebundener Form zum Schutze des verformten Werkstückes gegen Oxydation durch den Sauerstoff der Kühlluft und zum Schutz der Werkzeuge gegen Verschleiss bei der Verformung von Schwermetallen mittels eines Lochapparates, eines Stopfenwalzwerkes, eines Pilgerwalzwerkes, eines kontinuierlichen Rohrwalzwerkes, einer Lochpresse oder einer Stossbank mit Ziehringen Anwendung findet.
Für derartige Zwecke sind bereits Glas und glasähnliche Stoffe in fester oder in Pulverform vorgeschlagen worden. Praktisch angewendet worden ist fast nur Glas, dessen Zusammensetzung so gewählt wird, dass es bei Werkstücktemperatur zähflüssig ist. Es bildet auf den Werkzeugen und auf dem Werkstück eine Schicht, die beim Pressen schmierend wirkt und das ausgepresste Werkstück gegen Oxydation schützen kann. Es gelingt jedoch nur selten, eine glatte, ganze ebene, zusammenhängende Schicht auf dem Werkstück zu bilden, so dass das Werkstück nach mehr oder weniger erfolgreicher Entfernung der Schicht durch Streck- und/oder Beizverfahren, Kratzen oder Sandstrahlen eine rauhe, zum Teil narbige Oberfläche aufweist. Die anhaftenden Glasreste sind ausserdem bei einer etwa nachfolgenden Kaltbearbeitung äusserst nachteilig.
Glasähnliche Stoffe werden nämlich aus homogenen Schmelzen von Glasbildnern gewonnen, die beim Abkühlen von der flüssigen Phase in die Phase der Viskosität gelangen und nach dem Abkühlen einen homogenen amorphen Stoff bilden. Dieser viskose, homogene, amorphe Stoff wird bei Werkstücktemperatur wieder je nach seiner Zusammensetzung mehr oder weniger flüssig, d. h. wieder viskos und erstarrt nach dem Bearbeitungsvorgang auf der Oberfläche des Werkstückes wieder zu einer homogenen amorphen Glasschicht, die fest auf dem Werkstück sitzt.
Die Erfindung bezweckt, die genannten Nachteile zu vermeiden. Sie besteht darin, dass das Gemisch Metalloxyde mit ausgeprägten, zum Teil oberhalb der Werkstücktemperatur liegenden Schmelzpunkten von nur solchen Metallen, deren Affinität zum Sauerstoff gleich oder grösser ist als die des zu verpressenden Metalles, und während des Bearbeitungsvorganges plastisch verformbare kristalline, keinen Sauerstoff abgebende Stoffe, wie z. B. Siliciumdioxyd, kristalline Silikate, mineralisch kristalline Aggregate u. dgl., deren ausgeprägte Schmelzpunkte unterhalb bis knapp über der Bearbeitungstemperatur liegen, enthält.
Einem solchen Gemisch kann gegebenenfalls ein die plastische Verformbarkeit des gesamten Gemisches während des Bearbeitungsvorganges fördernder Zusatz aus bei Bearbeitungstemperatur und-druck flüssigen, kristallinen und/oder kristallwasserfreien, einen unbestimmten Schmelzpunkt aufweisenden
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amorphen Pulvern beigemischt sein.
Bei dem erfindungsgemässen Gemisch sollen sämtliche kristalline Anteile im wesentlichen nur Kristalle mit Raumgitterstruktur enthalten.
Ein erfindungsgemässes Gemisch ist bei Werkstücktemperatur und Bearbeitungsdruck plastisch verformbar, aber noch nicht zähflüssig oder gar dünnflüssig. Es wird beim Verformen des Schwermetalles als dichte dünne Schicht zwischen die Werkzeuge und das Schwermetall gebracht und legt sich als dünne zusammenhängende dichte Schicht auf das Werkstück auf, wobei das Metalloxyd der Schicht die Werkstückoberfläche gegen Oxydation schützt und der Schicht einen raumkristallinen Charakter sichert.
Plastische Verformbarkeit im Sinne der Erfindung basiert auf der Tatsache, dass erhitzte, unter Druck befindliche Raumgitterkristalle Versetzungen und Gleitungen im Kristallgitter erleiden. Es handelt sich bei den Kristallgittern, die diese plastische Verformung zulassen, um durch Ionen fest miteinander verbundene Gitterstrukturen, also nicht um Schichtgitter, deren Schichten lose aufeinander gleiten können, weil sie nicht durch Ionen fest miteinander verbunden sind.
Die erfindungsgemäss verwendeten Gemische haben raumkristalline Bestandteile und bilden auf dem Werkstück eine Schicht, die Raumkristalle in grosser Menge enthält und infolgedessen vom fertigen Werkstück leicht entfernt werden kann, soweit sie nicht von selbst abspringt. Die Schicht hinterlässt eine ganz glatte narbenfreie Werkstückoberfläche. Im Gegensatz zu glasähnlichen Stoffen, die einen breiten Viskositätsbereich haben, gehen die raumkristallinen Stoffe, die erfindungsgemäss teilweise oder ausschliesslich verwendet werden, je nach ihrer Zusammensetzung, bei bestimmten Temperaturen in dünnflüssige Schmelze über, aus der sie beim Abkühlen sofort wieder zu Kristallen erstarren. Ihre Zusammensetzung wird der jeweiligen Werkstücktemperatur der jeweils zu verpressenden Metalle angepasst.
Zur weiteren Erleichterung der Ablösung der kristallinen Filmhaut kann der Metalloxydanteil ein
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entstehen, welches nur einen ganz leichten Überzug bildet, der als Trennschicht unter der kristallinen Filmhaut sitzt.
Wird gemäss dem Patentanspruch dem Gemisch ein amorphes Pulver, beispielsweise Glaspulver, beigemischt, dessen Bestandteile von sich nicht lösenden oder nicht schmelzenden, kristallinen Me- talloxyd- bzw. Werkstück-Metalloxyd-Pu1verkörnern in feinster Verteilung umgeben werden, so werden flüssige ehemals amorphe Bestandteile beim Abkühlen aus dem fertigen Werkstück zur spontanen Kristallisation gezwungen und verlieren im Oxydationsschutzfilm ihre Glasähnlichkeit.
Es kann auch ein Gemisch verwendet werden, dessen Metalloxydbestandteil eine chemische Verbindung enthält, die gegebenenfalls erst während des Bearbeitungsvorganges, aus dem Pressmetalloxyd mit einem andern Metalloxyd entstanden ist und einen ähnlich hohen Schmelzpunkt oberhalb der Presstemperatur sowie verwandte Raumgitterstruktureigenschaften wie das Presswerkstückmetall aufweist. Beim Verformen von Stahl bei einer Blocktemperatur von etwa 11000C kann beispielsweise verwendet werden FeO.SiO mit Schmelzpunkt von 11400C oder 2 FeO.SiO mit Schmelzpunkt von 12700C oder Se0 ZnO mit Schmelzpunkt von 15200C an Stelle von Fe Os mit Schmelzpunkten bei 15650C.
Zur Bearbeitung von Stählen wird als Metalloxydanteil ein Eisenoxyd, u. zw. vorzugsweise Fe203 (Hämatit) verwendet.
Aus Wirtschaftlichkeitsgründen kann es zweckmässig sein, wenn für das Verformen von Stählen, der Anteil an Metalloxyden und kristallinen, keinen Sauerstoff abgebenden Stoffen aus kristallinem Bimssteinmehl und einem Oxyd des Metalles des Werkstückes besteht. Ebenfalls kann ein Pulvergemisch zweckmässig sein, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass für das Verformen von Stählen der Anteil an Metalloxyden und kristallinen, keinen Sauerstoff abgebenden Stoffen aus kristallinem AmositasbestPulver besteht. An Stelle von Amosit-Asbest kann auch kristallines Kaplandblauasbest-Pulver verwendet werden.
Zum Schutze der Dorne von Lochapparaten, Stopfenwalzwerken, Pilgerwalzwerken, kontinuierlichen Rohrwalzwerken, Lochpressen und Stossbänken soll der Anteil an bei der Verformungstemperatur zum Schmelzen kommenden Gemischkomponenten hinreichen, das gesamte Gemisch leicht plastisch verformbar und geschmeidig zu machen, aber nicht hinreichen, dieses Gemisch in einen zähflüssigen oder flüssigen Zustand zu versetzen.
Das Diagramm (Fig. 6) soll eine Übersicht über die Begriffe der Erfindung erleichtern. Das erfin-
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dungsgemässe Gemisch besitzt grundsätzlich raumkristalline Pulverkomponenten, deren eine Kompo- nente aus Metalloxyd oder Metalloxyden und deren andere Komponente aus einem kristallinen, keinen
Sauerstoff abgebenden Stoff oder deren mehreren besteht.
Ein Teil der letztgenannten Komponente kann, muss aber nicht, ersetzt sein durch kristall-wasser- freies, amorphes Pulver, wie beispielsweise Glaspulver und glas ähnliches Pulver.
Die waagrechte strichpunktierte Linie gibt eine Bearbeitungstemperatur des zu verformenden Schwer- metalles an. In den mit A bezeichneten Feldern liegen die jeweils verwendeten kristallinen Stoffe mit bestimmten Schmelzpunkten. Der Schmelzpunkt des Werkstoffoxyds liegt immer über der Bearbeitungs- temperatur. Schmelzpunkte anderer Metalloxyde können teils oberhalb, teils unterhalb der Bearbeitungs- temperatur liegen. Die andern kristallinen, keinen Sauerstoff abgebenden Stoffe haben ihren Schmelz- punkt bei Normaldruck teilweise unterhalb, teilweise knapp oberhalb der Bearbeitungstemperatur. Ein bei normalem Druck knapp unterhalb der Bearbeitungstemperatur liegender Schmelzpunkt kann bei Arbeitsdruck sogar etwas über die Werkstücktemperatur hinaufwandern.
Im Feld B liegen Stoffe, deren Erweichungsbereiche unterhalb der Bearbeitungstemperatur liegen.
Hiebei handelt es sich im Gegensatz zu den mit A bezeichneten Feldern für die amorphen Stoffe um einen Viskositätsbereich zwischen einer oberen Temperaturgrenze, bei welcher der betreffende Stoff flüssig ist, und einer ziemlich weit darunterliegenden Temperaturgrenze, bei welcher der Stoff fest ist, während dazwischen der sogenannte Viskositätsbereich dieses Stoffes liegt, in dem der Stoff allmählich vom festen zum flüssigen Zustand oder umgekehrt übergeht.
Die Prozentzahlen der Zeichnungen geben die möglichen prozentualen Grenzen der Anteile der einzelnen Gemischkomponenten an.
Wie sich aus obigem ergibt, wird erfindungsgemäss bei einer bevorzugten Ausführungsart mit einem Gemisch gearbeitet, das überwiegend kristalline Anteile hat, um eine kristalline Schutzschicht auf dem Werkstück zu erzielen. Wird mit einem Glasanteil gearbeitet, dann müssen andere Anteile die Kristallisation des Glases erzwingen, um die auf dem Werkstück entstehende Schicht kristallin zu machen.
Der teilweise raumkristalline Charakter des Gemisches verhindert das Entstehen eines viskosen Zustandes des Gemisches. Die Schutzschicht erhält nur eine geringe Stärke, wird gleichmässig und schützt die Werkzeuge gegen Wärme und Verschleiss.
Zum Strangpressen eines bestimmten Schwermetalles wird vorzugsweise ein Gemisch mit erheblichem Anteil von Oxyden des gleichen oder artverwandten Schwermetalles verwendet. Zum Strangpressen von Stahl wird demgemäss ein Gemisch mit einem erheblichen Anteil von Oxyden des Eisens verwendet.
Zur Erläuterung der an sich bekannten Arbeitsverfahren, bei denen das Schmiermittel erfindungsgemäss angewendet werden soll, dienen einige zeichnerische Darstellungen. Die Fig. 1 bis 3 der Zeichnungen erläutern die Rohrherstellung mittels Lochapparat ; Fig. 4 erläutert die Arbeitsweise eines Stopfenwalzwerkes und Fig. 5 einen Lochpressvorgang.
Ein Block-l-gemäss Fig. l wird zwischen Walzen --2-- hindurchgeführt und dabei ergibt sich ein Rohr --5--, dessen Innen- und Aussenseite oxydationsempfindlich ist. Solange das Rohr noch einseitig geschlossen ist (Fig. 2), kann nicht viel Sauerstoff in das Rohr eintreten. Sobald das Rohr --8--
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Bei einem Stopfenwalzwerk gemäss Fig. 4 wird das Rohr --8-- zwischen dem Dorn --9-- und den Walzen --10-- hindurchgeführt. Zur Schonung vornehmlich der Dorne wurde das Rohr --8-- vorher, wie in Fig. 3 gezeigt, innen mit einem der beschriebenen erfindungsgemässen Schmiermittel eingepudert.
Fig. 5 erläutert das Lochen eines Blockes --11--, der in einem Aufnehmer --12- eingesetzt ist.
Mit --13-- ist ein Auswerfer bezeichnet. Der Block möge anfangs die Höhe --14-- haben. Dann wird der Lochstempel --15-- von oben eingedrückt bis etwa in die Stellung --16--, dabei wächst das Blockmaterial um den Betrag --17-- nach oben hinaus.
Bei dem Einsetzen wird der Block mit einem der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Pulver versehen, u. zw. zunächst aussen, so dass das Pulver dann der Schmierung zwischen dem Block und dem Auf- nehmer-12-- dient. Nach Ausstossen des gelochten Blockes dient es dann dem Oxydationsschutz. Auf die Oberfläche --14-- des Blockes wird Pulver in loser oder gebundener Form gemäss der Erfindung aufgebracht. Dieses dient zunächst der Schmierung des Dornes --15--, sobald dieser nach unten eingejruckt wird und dann dem Oxydationsschutz der Innenfläche des Hohlblockes.
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Die Erfindung ist auch bei Stossbänken mit Ziehringen anwendbar. Hiebei dient das Pulver dem Oxydationsschutz und der Ziehring- sowie Dorn-Schmierung. Einer besonderen zeichnerischen Erläuterung bedarf dies nicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gemisch kristalliner Pulver mit gegebenenfalls amorphem Zusatz, das in loser oder gebundener Form zum Schutze des verformten Werkstückes gegen Oxydation durch den Sauerstoff der Abkühlluft und zum Schutz der Werkzeuge gegen Verschleiss bei der Verformung von Schwermetallen mittels eines Lochapparates, eines Stopfenwalzwerkes, eines Pilgerwalzwerkes, eines kontinuierlichen Rohrwalzwerkes, einer Lochpresse oder einer Stossbank mit Ziehringen Anwendung findet, dadurch gekenn- zeichnet, dass es a) aus Metalloxyden mit ausgeprägten, zum Teil oberhalb der Werkstücktemperatur liegenden Schmelzpunkten von nur solchen Metallen, deren Affinität zum Sauerstoff gleich oder grösser ist als die des zu verpressenden Metalles, und b) aus während des Verformungsvorganges plastisch verformbaren kristallinen,
keinen Sauerstoff abgebenden Stoffen, wie z. B. Siliciumdioxyd, kristalline Silikate, mineralische, kristalline Aggregate u. dgl., deren ausgeprägte Schmelzpunkte unterhalb bis knapp über der Werkstücktemperatur liegen, sowie gegebenenfalls c) aus einem die plastische Verformbarkeit des gesamten Gemisches während des Verformungsvorganges fördernden Zusatz aus bei Verformungstemperatur und-druck flüssigen kristallinen und/oder kristallwasserfreien, unbestimmten Schmelzpunkt aufweisenden amorphen Pulvern besteht, wobei sämtliche kristalline Anteile im wesentlichen nur Kristalle mit Raumgitter-Struktur enthalten.