CH291512A

CH291512A - Verfahren zur mechanischen Bearbeitung von Leichtmetallen.

Info

Publication number: CH291512A
Authority: CH
Inventors: America Aluminium Company Of
Original assignee: Aluminum Co Of America
Priority date: 1945-11-01
Filing date: 1948-02-28
Publication date: 1953-06-30

Description

Verfahren zur mechanischen Bearbeitung von Leichtmetallen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur mechanischen Bearbei tung von Leichtmetallen, mit welchem es ge lingt, die Gestalt oder die Grösse eines metalli- sehen Gegenstandes aus Aluminium, Magne sium oder aus einer Legierung, welche min destens 70 Gew. % eines jener Leichtmetalle enthält, zu verändern.

Bei Bearbeitungsverfahren, mittels wel chen Leichtmetalle deformiert oder sonstwie bearbeitet werden, bildet sich am hierfür be nötigten Werkzeug, welches direkt mit der Oberfläche des Leiehtmetalles in Berührung kommt. und gewöhnlich aus einem harten Werkstoff, beispielsweise Stahl, Bronze, Kar bid enthaltendem Bartmetall oder derglei chen besteht, während der Bearbeitungsopera tion gewöhnlich ein Belag. Dieser Belag dürfte vermutlich mindestens teilweise aus Leicht metall oder aus einem Oxyd oder einer an dern Verbindung desselben bestehen. Dieser Belag bewirkt eine Verunreinigung der Werk zeugoberfläche, wobei die Qualität des bearbei teten Gegenstandes beeinträchtigt wird, so dass die Oberfläche des Gegenstandes oft durch Fehler, Rauheiten oder fehlenden Glanz ver unstaltet ist.

Diese Fehler sind alle der Bil dung des genannten Belages zuzuschreiben. Dieses Problem der Werkzeugverunreinigung tritt besonders beim Walzen von Leichtmetal len auf und nimmt besonders bedenkliche Aus masse an, wenn das der Walzoperation unter- worfene Leichtmetall auf verhältnismässig hohe Temperaturen erhitzt ist. Bei diesen Walzoperationen wird das Metall gewöhnlich zwischen zwei Walzen eingeklemmt, welche das Metall deformieren und gleichzeitig vor wärtsbewegen.

Bei dieser Operation müssen die Walzen einen Zug auf das Metall aus üben, damit dieses während des Deformations- vorganges richtig und gleichmässig vorwärts bewegt wird. Ist diese Zugwirkung nicht vor handen, so ist es gegebenenfalls unmöglich, das Metall zwischen den Walzen kontinuier lich -auf einen kleineren Querschnitt auszu walzen. Ist die Zugwirkung vermindert, so hält es schwer, im Verlaufe einer einzigen Walz- operation eine Reduktion des Metalles im ge wünschten Mass zu erzielen.

Vorliegende Er findung ermöglicht eine Verbesserung auf dem Gebiet des Walzens von Leichtmetallen, wo bei die schädliche Belagbildung vermindert oder vollständig unterbunden werden kann, ohne dass dabei gleichzeitig eine wesentliche Verminderung des zwischen dem Metall und der deformierenden Fläche wirkenden Zuges eintritt.

Gemäss der vorliegenden Erfindung er folgt die mechanische Bearbeitung von Leichtmetallen in der Weise, dass an der Be arbeitungsstelle zwischen der die Bearbeitung bewirkenden Arbeitsfläche und der Leicht metalloberfläche gleichzeitig ein borfreies Metallfluorid und eine Sauerstoffsäure des Bors oder ein Salz derselben vorhanden sind. Als Sauerstoffsäuren des Bors kommen z. B. die Ortho-, 1-Ieta- und Pvroborsäuren und als deren Salze z. B. Natriumtetraborat, Ca.lcium- tetraborat, Ammoniumtetraborat usw. in Frage.

Der in dieser Beschreibung verwen dete Ausdruck Metallfluoride umfasst auch Ammoniumfluorid.

Durch das Festhalten dieser Verbindun gen an der Arbeitsstelle wird die Belagbil- dung am Werkzeug gehemmt, vermindert oder in gewissen Fällen unterbunden, während anderseits der für die Bearbeitungsoperation gegebenenfalls erforderliche Zug aufrecht erhalten bleibt. Wie bereits erwähnt wurde, ist die Erfindung für Walzoperationen, bei welchen die Zugwirkung zwischen Metall und Walze von grosser Wichtigkeit ist, äusserst wertvoll, insbesondere dann, wenn die Tem peratur des dem Walzvorgang unterworfenen Metalles eine solche Höhe aufweist, dass prak tisch keine Bearbeitungshärtung des Metalles eintritt.

Es soll jedoch nicht darauf verzich tet werden, die Erfindung auch auf andere Verfahren zur mechanischen Bearbeitung von Leichtmetallen anzuwenden, da es sich er wiesen hat, dass durch Anwendung der Er findung auch bei solchen Bearbeitungsverfah ren die Belagbildung und die schädlichen Wir kungen derselben vermindert werden können. Die Walzoperationen bei hohen Tempera turen werden oft mit dem. Ausdruck Heiss walzen bezeichnet.

Dieser Ausdruck wird in dieser Beschreibung verwendet, iun das Wal zen bei oder über jener Temperatur zu be zeichnen, bei welcher das Produkt der Walz operation in einem Ausmass von nicht mehr als i/ , des vollen Härtungseffektes, der durch Walzen bei Zimmertemperatur erzielt werden kann, gehärtet wird. Es ist bekannt, dass die Temperaturen, bei welchen diese Heiss- walzwirkungen eintreten, je nach der Art des der Walzoperation unterworfenen Leicht metalles verschieden sind.

Die Methode, nach welcher das borfreie Metallfluorid und die Sauerstoffsäure des Bors oder ein Salz derselben der Bearbeitungs stelle zwischen der die Bearbeitung bewirken- den Arbeitsfläche und dem. Leichtmetall zu geführt und dort, festgehalten werden, hängt von der Art des verwendeten Bearbeitungsver fahrens ab. Wird während der Bearbeitungs operation ein flüssiges, halbflüssiges oder festes Schmiermittel an der Arbeitsstelle zwi schen Metall und Werkzeug verwendet., so können diese Verbindungen mit diesem Schmiermittel gemischt oder in diesem gelöst werden.

Wird kein derartiges Schmiermittel verwendet, so können die Verbindungen in Form einer Lösun - oder einer Aufschläm- mung der Arbeitsstelle zugeführt werden, wo bei das Lösungsmittel oder die flüssige Kom ponente der Aufschlämmung als Träger substanz verwendet werden. In gewissen Fäl len ist es zweckmässig, die Werkzeugoberflä chen oder die Oberfläche des Arbeitsgutes mit diesen Verbindungen zu überziehen.

Beim Heisswalzen von Leichtmetallen ist es jedoch üblich, der Arbeitsstelle während der Walz operation eine wässrige Emulsion zuzuführen, die ein Schmiermittel oder einen Sehmier- mittelersatz, wie z. B. ein Netzmittel oder ein anderes oberfläeheiiaktives Mittel, ent hält. Gemäss einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung- können die Verbindun gen dieser Emulsion zugesetzt werden, welche zwecks Erzielung bester Resultate 1 bis 10 Crew. ö des Sehmierinittels oder eines ober flächenaktiven Mittels enthalten sollte.

Die VV ahl der spezifischen Verbindungen hängt oft von den Bedingungen ab, welche für die besondere Bearbeitungsoperation, bei wel cher die Erfindung an-ewendet wird, an der Arbeitsstelle zwischen dem Werkzeug und dein Leichtmetall herrschen müssen. Wenn immer möglich, sollten die Verbindungen in jener Flüssigkeit löslich sein, mittels welcher die Verbindungen an der Arbeitsstelle zwischen Werkzeug und Leichtmetall fests-ehalten wer den sollen.

Die Verbindungen müssen jedoch nicht löslich sein, wenn mit den fein verteilten Verbindungen. und der flüssigenTA gersuli- stanz eine beständige Aufsehlämm.ung gebildet werden kann. Die Stabilität der Verbindun gen unter den an der Bearbeitungsstelle herr schenden Bedingungen ist. ebenfalls ein Fak- ton, der die Wahl der spezifischen Verbindun gen beeinflusst. Sind die Temperaturbedin gungen an der Arbeitsstelle derart, dass ein gegebenes bonfreies Metallfluorid in einem Solchen Ausmass zerfällt, dass dessen Fluor von der Arbeitsstelle entweicht, so sollte eine beständigere Verbindung gewählt werden.

In jedem Fall kann die Wahl auf Grund be kannter oder ermittelbarer Eigenschaften der Verbindungen getroffen werden. Die bor- freien Alkalimetallfluoride (einschliesslich Ammoniumfluorid) und die Alkalimetall- borate (einschliesslich Ammoniumborat) sind billig, leicht zugänglich und unter den Bedin gungen, die an der Arbeitsstelle zwischen dem ,Werkzeur und dem Leichtmetall herrschen, #;#ewöhnlich beständig.

Diese Alkalimetallver- bindungen sind besonders wirksam, wenn die Erfindung in Verbindung mit dem Heiss walzen von Leichtmetallen zur Anwendung ge- 1 angt.

Die Menge der während der Bearbeitungs operation an der Arbeitsstelle gleichzeitig vor handenen Verbindungen, die notwendiger weise vorhanden sein muss, um wirksame Re sultate erzielen zu können, hängt von den be sonderen Bedingungen an der Arbeitsstelle, der Art. des Bearbeitungsverfahrens und des der Bearbeitung unterworfenen Leichtmetalles ab. Spuren der einen oder der andern dieser Verbindungen an der Arbeitsstelle zwischen :Metall und Werkzeug bewirken keine sicht baren Resultate, werden diese Mengen jedoch erhöht, so erhält man sichtbare Ergebnisse.

Die Wahl der optimalen Mengen erfolgt des halb am besten nach einem einfachen Versuch, naehdem die andern Bedingungen ermittelt worden sind, die an der Arbeitsstelle zwischen Leichtmetall und Werkzeug vorhanden sein müssen, damit die Bearbeitungsoperation in befriedigender Weise durchgeführt werden kann. Es sei betont, dass mit vorliegender Erfindung in erster Linie erstrebt, wird, eine schädliche Belagbildung zu verhindern. Als Anleitung für den Fachmann seien die fol genden Regeln angeführt, die sich aus zuv er lässigen Abschätzungen ergeben haben. Soll das Werkzeug mit einem trockenen Belag der Verbindungen überzogen werden, so genügt gewöhnlich ein sichtbarer Belag.

Die Verbin dungen beider Typen sollten alsdann in Men gen von nicht weniger als 5 Gew. % im Belag vorhanden sein. Werden die Verbindungen in Form eines Gemisches mit einem festen oder halbfesten öl oder Fett der Arbeitsstelle zu geführt, so erfolgt eine beträchtliche Vermin derung der schädlichen Belagbildung auf dem Werkzeug, wenn beide Typen von Verbin dungen in Mengen von mehr als 1 Gew. des Gemisches vorhanden sind.

Werden die Verbindungen in einer Flüssigkeit der Ar beitsstelle zugeführt, so bewirken sie gewöhn lich eine Verminderung der Belagbildung auf dem Werkzeug, wenn beide Typen von Verbindungen in Mengen von mindestens 0,05 Gew. %, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit, vorhanden sind. Diese Regeln sind jedoch Verallgemeinerungen. Die für die Erzielung der wirksamsten Resultate er forderlichen Mengen der Verbindungen wer den am besten auf Grund einfacher Versuche -unter den an der Arbeitsstelle herrschenden besonderen Bedingungen festgelegt.

Die An wendung eines Überschusses der Verbindun gen beider Typen ist gewöhnlich ohne Be deutung, in gewissen Fällen jedoch erweist sieh die Anwendung eines Überschusses des bonfreien Metallfluorids als günstig.

In der bevorzugten Anwendungsform der Erfindung, das heisst beim Heisswalzen von Leichtmetallen, können die Verbindungen einer wässrigen Emulsion zugesetzt werden, die ein Schmiermittel oder ein oberflächen aktives Mittel enthält. Von den oberflächen aktiven Mitteln werden die Netzmittel bevor zugt. Die genannten Mittel sollten bevorzug terweise in Mengen von 1 bis 10 Gew. % an wesend sein. Von den Netzmitteln werden die löslichen öle bevorzugt.

Eine Liste von vielen oberflächenaktiven Mitteln ist in Industrial & Engineering Che- mistry , Band 35 (1913), Seite 126 zu finden. Im folgenden sind Beispiele verschiedener Typen dieser Mittel angegeben,
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Typ <SEP> Beispiel:

<tb> Seife <SEP> Monoä.thanolaminoleat
<tb> Sulfonierte <SEP> aliphatisehe <SEP> Ester <SEP> Türkisehrotöl
<tb> Aliphatische <SEP> Sulfate <SEP> Natriumoleylsulfat
<tb> Aminoester <SEP> Salz <SEP> aus <SEP> Oleinsäure <SEP> und <SEP> Natrium-amino äthylsulfonat
<tb> Aliphatische <SEP> Sulfonate <SEP> Natriumoleylsulfonat
<tb> Alkyl-Aryl-Sulfonate <SEP> - <SEP> Hexadeeylbenzolsulfonat
<tb> Kationenaktive <SEP> Verbindungen <SEP> Cetylpyx-idiniumehlorid
<tb> Ester <SEP> und <SEP> Äther <SEP> Gly <SEP> eerinmonostearat.

Zweckmässigerweise wird der wässrigen Emulsion mindestens 0,1 Gew. % des borfreien Metallfluorids und mindestens 0,05 Gew. der Borsauerstoffsäure oder eines Salzes der selben zugesetzt. Eine gewisse Wirkung auf die schädliche Belagbildung erfolgt schon mit geringeren Mengen, allerdings ist diese Wir kung gering und wahrscheinlich ohne prak tische Bedeutung.

Die Verbindungen beider Typen werden bevorzugteres eise nicht in Men gen von wesentlich mehr als 4 Gew. % zu gesetzt, da bei Zugabe von grösseren Mengen derselben die Emulsion zur Entmischung neigt; gewisse Emulsionen vertragen aller dings auch grössere Mengen.

Emulsionen, die 0,05 Gew. % Natriumtetraborat und 0,5 Gew. Natriumfluorid enthalten, ergeben geite Re sultate, wie auch Emulsionen, die 0,4 Gew. ö Kaliumfluorid und 0,45 Gew. % Kaliumtetra- borat oder 0,4 Gew. ö Lithiumfluorid und 0,

4_ Gew. ,ö Lithiumtetraborat oder 0,2 Gew. NaF und 0,2 Gew. % K2B407 oder 0,4 Gew. \o NHIF und0,15 Gew. la K.B.107 oder 0,2 Gew. % ZnF2 und 0,2 Gew. % Na2B,107 ent halten.

Als Beispiel der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung sei jener Fall an geführt, in welchem die Arbeitsstelle zwischen Walze und Leichtmetall eines grossen Walz werkes während des Heisswalzens von v er- schiedenen Typen von Aluminiumlegierungen kontinuierlich mit einer wässrigen Emulsion gespeist wurde, welche 3 Gew. % eines lös lichen Öls und ferner 0,7 Gew. % Natrium- fluorid und 0,15 Gew. % Natriumtetraborat enthielt.

Das Resultat bestand in einer be trächtlichen Verminderung der Menge des Belages, der sieh gewöhnlich. auf den Walzen bildet. Infolgedessen wurden hinsichtlich der Oberflächenbesehaffenheit des gewalzten Pro duktes günstige Resultate: erzielt. Die Zug wirkung der Walzen auf das Metall blieb durchgehend in befriedigender \'eise er halten.

Die in der vorliegenden Beschreibung für Salze von Sauerstoffsäuren des Bors angege benen Prozentwerte beziehen sich auf das Salz, welches kein Kristallwasser enthält. Der ver wendete Ausdruck borfrei soll eine Verbin dung kennzeichnen, welche kein Bor als inte grierenden Bestandteil enthält, wobei jedoch Verbindungen, welche Verunreinigungen mit einem geringen Borgebalt enthalten, nicht ausgeschlossen werden sollen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur mechanischen Bearbeitung von Leichtmetallen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Bearbeitungsstelle zwischen der die Bearbeitung bewirkenden Arbeitsfläche und der Leichtmetalloberfläche gleichzeitig ein borfreies Metallfluorid und eine Sauerstoff säure des Bors oder ein Salz derselben vor handen sind. UNTERAN SPRü CHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall heiss gewalzt und das borfreie 3letallfluorid und die Sauerstoffsäure des Bors oder ein Salz derselben an der Arbeitsstelle zwischen Walze und Leichtmetall festgehalten werden. 2.

Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspriteh 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsstelle zwischen Walze und Leichtmetall während des Walzvorganges mit einer wässrigen Emulsion versorgt wird, die 1 bis 10 Gew. /b eines oberflächenaktiven Mit tels enthält. 3.

Verfahren nach Patentanspruch und T?nteranspru.eh 1., dadurch gekennzeichnet, class die Arbeitsstelle zwischen Walze und Leichtmetall während des Walzvorganges mit einer wässrigen Emulsion versorgt wird, die 1 bis 10 Gew. % eines Schmiermittels enthält.

-1. Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die der Arbeitsstelle zwischen Walze und Leichtmetall während der Walz- operation zugeführte wässrige Emulsion 1 bis 10 Gew. % eines löslichen Öls enthält. 5. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man ein borfreies Alkalimetallfluorid verwendet. 6.

Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der wässrigen Emulsion Na- triumfluorid und Natriumtetraborat zugesetzt werden.