CH504248A - Matrize zum Strangpressen metallischer Werkstoffe - Google Patents

Description

  
 



  Matrize zum Strangpressen metallischer Werkstoffe
Matrizen zum Strangpressen metallischer Werkstoffe sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Zum Stand der Technik gehört die Verwendung von hochwarmfesten Kobalt-Basislegierungen als Matrizen-Werkstoff, mit beispielsweise folgender Zusammensetzung:
59 % Co, 27 % Cr, 7 % Mo, 7 % Fe.



   Diese Werkstoffe deformieren sich jedoch bei Presstemperaturen um 9000 C, wie sie zum Verpressen von Neusilber-Legierungen, mit zum Beispiel:   18 %    Ni,   61 %    Cu,   21 %    Zn, notwendig sind.



   Im weiteren ist bekannt, als Werkstoff für solche Matrizen ein schwach legiertes Molybdän zu verwenden.



  Der Werkstoff zeichnet sich zwar durch gute Zerspanbarkeit aus, weist aber den erheblichen. Nachteil auf, dass er selbst duktil ist. Schon nach verhältnismässig wenig Pressungen verliert die Matrize ihr notwendiges Mass und muss verschrottet werden. Bei einem Versuch waren nur 50 Pressungen möglich, wenn bei einer Temperatur von 8000 C 300 mm lange 7"   Bolzen    aus einem Messing verpresst würden, das 58% Kupfer, 2 % Blei, Rest Zink enthielt.



   Weiter ist die Verwendung von Zirkoniumoxyd zur Herstellung von Strangpressmatrizen bekannt. Zwar weist dieser Werkstoff die oben genannten Nachteile nicht auf, jedoch ist seine Verwendung kostspielig, da er nicht spanabhebend oder funkenerosiv bearbeitbar ist.



  Die durch Sintern hergestellte Matrize kann nur noch durch Ultraschall fein bearbeitet werden. Das ist zeitraubend und daher kostspielig. Es entfällt zudem die Möglichkeit, die sonst übliche und notwendige Nachbearbeitung des Werkzeuges direkt an der Strangpresse vorzunehmen. Zirkoniumoxyd ist ausserdem zerbrechlich, so dass die daraus hergestellten Matrizeneinsätze mit grosser Sorgfalt in die eigentliche Matrize eingebaut werden müssen.



   Für gänzlich andere Zwecke, nämlich zur Verwendung als Schutzrohr für Thermoelemente oder zur Auskleidung von Behältern, die zur Aufnahme von Metallschmelzen bestimmt sind, ist aus der deutschen Auslegeschrift Nr.   1 242    810 ein gegen Stahlschmelzen besonders widerstandsfähiger Sinterwerkstoff aus fein verteilten metallischen und oxydkeramischen Komponenten bekanntgeworden, wobei die etwa 20 bis 85 Volumprozent, vorzugsweise 40 bis 60 Volumprozent, der Gesamtmenge betragenden metallischen Komponenten überwiegend Molybdän und/oder Wolfram enthalten, während die oxydkeramischen Komponenten überwiegend aus Zirkonoxyd gebildet sind. Die keramischen Komponenten können bis zu 10 Gewichtsprozent stabilisierende Zusätze, z.B. Kalzium- oder Magnesiumoxyd, und/oder bis zu 50 Gewichtsprozent Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd enthalten.



   Sinterwerkstoffe dieser Zusammensetzung haben jedoch bisher die Probleme um die Herstellung geeigneter Strangpressmatrizen nicht beeinflusst. Das dürfte seinen Grund darin finden, dass die Zugfestigkeit des Sinterwerkstoffes nur etwa 10 Bis 30 kp/mm2 beträgt, so dass er zur Herstellung von Pressmatrizen nicht geeignet erscheint, denn die üblichen Werkstoffe für diesen Verwendungszweck weisen Werte von 100 bis 200   kp/mmo    auf. Ein so schwacher Werkstoff sollte daher den hohen Belastungen in der Strangpresse nicht gewachsen sein. Darüberhinaus besitzt er eine sehr hohe Sprödigkeit. Schliesslich ist zu erwarten, dass der hohe Gehalt des Werkstoffes an Zirkoniumoxyd, das sonst in keramischen Schleifscheiben verwendet wird, einen grossen Reibungskoeffizienten zur Folge hat und die Verwendung des Werkstoffes zur Herstellung von Pressmatrizen unmöglich macht.



   Trotz dieser Bedenken haben sich überraschenderweise aus dem Sinterwerkstoff hergestellte Matrizen zum Strangpressen metallischer Werkstoffe als ausserordentlich vorteilhaft herausgestellt.



   Gegenstand der Erfindung ist danach eine Matrize zum Strangpressen metallischer Werkstoffe, die aus einem Verbundwerkstoff aus fein verteilten metallischen und oxydkeramsichen Komponenten besteht, wobei die etwa 20 bis 85 Volumproznet, vorzugsweise 40 bis 60 Volumprozent des fertigen Verbundwerkstoffes betragende metallische Komponente überwiegend Molybdän und/  oder Wolfram enthält, während die oxydkeramischen Komponenten überwiegend aus Zirkonoxyd besteht.



  Die letztere enthält mit Vorteil bis 10 Gewichtsprozent stabilisierende Zusätze, z. B. Kalzium- oder Magnesiumoxyd. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung dieser Matrize für das Strangpressen von Stahl erwiesen.



   Im Vergleich zu der eingangs erwähnten Matrize aus schwach legiertem Molybdän ermöglicht die erfindungsgemässe Matrize unter sonst gleichen Bedingungen ungefähr 300 Pressungen, besitzt also eine ungefähr um den Faktor 6 vergrösserte Standzeit. Es hat sich zudem die überraschende Tatsache ergeben, dass die nach der Erfindung aus dem bekannten Werkstoff hergestellten Matrizeneinsätze nicht mit kostspieliger und zeitraubender Sorgfalt in die eigentliche Matrize eingebaut werden müssen, obwohl der Werkstoff die erwähnte Sprödigkeit besitzt. Von weiterem sehr wichtigem Vorteil ist die Tatsache, dass sich die Matrize nach der Erfindung spanabhebend bearbeiten lässt. Ein einfaches Nacharbeiten mit üblichen Werkzeugen, wie Schmirgelleinwand und Schleifscheibe, ist daher direkt an der Strangpresse möglich.



   In bevorzugter Ausführungsform der Matrize enthält die keramische Komponete des Verbundwerkstoffes gesamthaft bis zu 49 Gewichtsprozent Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd. Eine bevorzugte Matrize, die sich durch besonders gute Standzeit und Güte der Presserzeugnisse ausgezeichnet hat, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff 63 bis 83 Gewichtprozent Molybdän, 13 bis 33 Gewichtsprozent Zirkonoxyd und bis zu 10 Gewichtsprozent Titanoxyd aufweist. die Matrize kann im übrigen mit der metallischen Komponente bis zu 49 Gewichtsprozent Chrom enthalten, wenn durch die Art des verpressten Metalls mit einer oxydierenden Beanspruchung der Matrize zu rechnen ist.



   Beim Pressen von Kupfer hoher Leitfähigkeit ohne Sauerstoffgehalt und von hoch leitfähigem Kupfer mit Sauerstoffgehalt entstehen üblicherweise Werkstücke, die mit einer fest haftenden Zunderschicht bedeckt sind und vor dem Weiterverarbeiten gebeizt werden müssen.



  Durch Wasserabschreckung kann diese Zunderschicht nicht entfernt werden. Überraschenderweise entfällt bei der erfindungsgemässen Matrize die Notwendigkeit des Beizens, wenn das Werkstück nach dem Pressen in Wasser abgeschreckt wird. Die Oxydschicht löst sich dabei vollständig vom Untergrund und fällt ab. Daher ist von besonderem Vorteil, dass mit der erfindungsgemässen Matrize direkt in Wasser gepresst werden kann, wobei das Wasser bis in die Austrittsöffnung der Matrize gelangen darf, ohne dass durch den Temperaturschock eine Beschädigung der Matrize eintreten würde.



  Ferner kann die Matrize zwischen den einzelnen Pressungen schroff und rasch abgekühlt werden. Es hat sich eine ausgezeichnete Oberfläche und Massgenauigkeit der Pressprodukte gezeigt.



   Im folgenden sind zwei   Ausführungsbeispiele    be schrieben:
Bei einer Temperatur von 11000 C wurde ein Bolzen aus Stahl mit der Zugfestigkeit von mindestens 37   kp/mm2    und der Abmessung 72 mm Durchmesser und 120 mm Länge zu einer Rundstange von 13,2 mm Durchmesser verpresst. Die Matrize zeigte keine messbare Mass änderung. Die Verwendung von Schmiermitteln erübrigte sich.



   Bei einer Temperatur von 9000 C wurden Bolzen aus einer Neusilber-Legierung, Zusammensetzung:   18X    Ni,   61 %    Cu,   21 %    Zn - zu einem scharfkantigen Profil - 16 mm breit, 10,5 mm hoch und einem nasenförmigen 5 mm hohen und 3 mm breiten Vorsprung an einer Seite - viersträngig verpresst. Die Aderlänge betrug 40 m. Nach vier Pressungen waren die Matrizen um nur 0,1 mm deformiert und mussten nachgearbeitet werden. Bis zum Unbrauchbarwerden wurden 25 Pressungen ertragen.



   Dasselbe Profil wurde mit der Matrize aus einer hochwarmfesten Kobaltbasis-Legierung nach dem eingangs erwähnten Stande der   Technik-Zusammensetzung:      591-o    Co,   27%    Cr,   7%    Mo,   7%    Fe - verpresst.



  Diese Matrizen waren nach nur einer Pressung völlig deformiert und damit unbrauchbar.



   PATENTANSPRUCH 1
Matrize zum Strangpressen metallischer Werkstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Verbundwerkstoff aus fein verteilten metallischen und oxydkeramischen Komponenten besteht, wobei die 20 bis 85 Volumprozent des fertigen Verbundwerkstoffes betragende metallische Komponente überwiegend Molybdän und/oder Wolfram enthält, wogegen die oxydkeramische Komponente überwiegend aus Zirkonoxyd besteht.



   UNTERANSPRÜCHE
1. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der metallischen Komponente des Verbundwerkstoffes 40 bis 60 Volumprozent beträgt.



   2. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff 63 bis 83 Gewichtsprozent Molybdän, 13 bis 33 Gewichtsprozent Zirkonocyd und bis zu 10 Gewichtsprozent Titanoxyd, bezogen auf sein Gesamtgewicht, aufweist.

 

   3. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die oxydkeramische Komponente des Verbundwerkstoffes bis zu 10 Gewichtsprozent stabilisierender Zusätze, wie Calcium- oder Magnesiumoxyd, enthält.



   4. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die oxydkeramische Komponente des Verbundwerkstoffes gesamthaft bis zu 49 Gewichtprozent Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd enthält.



   5. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Komponente des Verbundwerkstoffes bis zu 49 Gewichtsprozent Chrom enthält.



      PATENTANSPRUCH II   
Verwendung der Matrize nach Patentanspruch I zum Strangpressen von Stahl.

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.



   

Claims (1)

1. **WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **. oder Wolfram enthält, während die oxydkeramischen Komponenten überwiegend aus Zirkonoxyd besteht.

   Die letztere enthält mit Vorteil bis 10 Gewichtsprozent stabilisierende Zusätze, z. B. Kalzium- oder Magnesiumoxyd. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung dieser Matrize für das Strangpressen von Stahl erwiesen.

   Im Vergleich zu der eingangs erwähnten Matrize aus schwach legiertem Molybdän ermöglicht die erfindungsgemässe Matrize unter sonst gleichen Bedingungen ungefähr 300 Pressungen, besitzt also eine ungefähr um den Faktor 6 vergrösserte Standzeit. Es hat sich zudem die überraschende Tatsache ergeben, dass die nach der Erfindung aus dem bekannten Werkstoff hergestellten Matrizeneinsätze nicht mit kostspieliger und zeitraubender Sorgfalt in die eigentliche Matrize eingebaut werden müssen, obwohl der Werkstoff die erwähnte Sprödigkeit besitzt. Von weiterem sehr wichtigem Vorteil ist die Tatsache, dass sich die Matrize nach der Erfindung spanabhebend bearbeiten lässt. Ein einfaches Nacharbeiten mit üblichen Werkzeugen, wie Schmirgelleinwand und Schleifscheibe, ist daher direkt an der Strangpresse möglich.

   In bevorzugter Ausführungsform der Matrize enthält die keramische Komponete des Verbundwerkstoffes gesamthaft bis zu 49 Gewichtsprozent Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd. Eine bevorzugte Matrize, die sich durch besonders gute Standzeit und Güte der Presserzeugnisse ausgezeichnet hat, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff 63 bis 83 Gewichtprozent Molybdän, 13 bis 33 Gewichtsprozent Zirkonoxyd und bis zu 10 Gewichtsprozent Titanoxyd aufweist. die Matrize kann im übrigen mit der metallischen Komponente bis zu 49 Gewichtsprozent Chrom enthalten, wenn durch die Art des verpressten Metalls mit einer oxydierenden Beanspruchung der Matrize zu rechnen ist.

   Beim Pressen von Kupfer hoher Leitfähigkeit ohne Sauerstoffgehalt und von hoch leitfähigem Kupfer mit Sauerstoffgehalt entstehen üblicherweise Werkstücke, die mit einer fest haftenden Zunderschicht bedeckt sind und vor dem Weiterverarbeiten gebeizt werden müssen.

   Durch Wasserabschreckung kann diese Zunderschicht nicht entfernt werden. Überraschenderweise entfällt bei der erfindungsgemässen Matrize die Notwendigkeit des Beizens, wenn das Werkstück nach dem Pressen in Wasser abgeschreckt wird. Die Oxydschicht löst sich dabei vollständig vom Untergrund und fällt ab. Daher ist von besonderem Vorteil, dass mit der erfindungsgemässen Matrize direkt in Wasser gepresst werden kann, wobei das Wasser bis in die Austrittsöffnung der Matrize gelangen darf, ohne dass durch den Temperaturschock eine Beschädigung der Matrize eintreten würde.

   Ferner kann die Matrize zwischen den einzelnen Pressungen schroff und rasch abgekühlt werden. Es hat sich eine ausgezeichnete Oberfläche und Massgenauigkeit der Pressprodukte gezeigt.

   Im folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele be schrieben: Bei einer Temperatur von 11000 C wurde ein Bolzen aus Stahl mit der Zugfestigkeit von mindestens 37 kp/mm2 und der Abmessung 72 mm Durchmesser und 120 mm Länge zu einer Rundstange von 13,2 mm Durchmesser verpresst. Die Matrize zeigte keine messbare Mass änderung. Die Verwendung von Schmiermitteln erübrigte sich.

   Bei einer Temperatur von 9000 C wurden Bolzen aus einer Neusilber-Legierung, Zusammensetzung: 18X Ni, 61 % Cu, 21 % Zn - zu einem scharfkantigen Profil - 16 mm breit, 10,5 mm hoch und einem nasenförmigen 5 mm hohen und 3 mm breiten Vorsprung an einer Seite - viersträngig verpresst. Die Aderlänge betrug 40 m. Nach vier Pressungen waren die Matrizen um nur 0,1 mm deformiert und mussten nachgearbeitet werden. Bis zum Unbrauchbarwerden wurden 25 Pressungen ertragen.

   Dasselbe Profil wurde mit der Matrize aus einer hochwarmfesten Kobaltbasis-Legierung nach dem eingangs erwähnten Stande der Technik-Zusammensetzung: 591-o Co, 27% Cr, 7% Mo, 7% Fe - verpresst.

   Diese Matrizen waren nach nur einer Pressung völlig deformiert und damit unbrauchbar.

   PATENTANSPRUCH 1 Matrize zum Strangpressen metallischer Werkstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Verbundwerkstoff aus fein verteilten metallischen und oxydkeramischen Komponenten besteht, wobei die 20 bis 85 Volumprozent des fertigen Verbundwerkstoffes betragende metallische Komponente überwiegend Molybdän und/oder Wolfram enthält, wogegen die oxydkeramische Komponente überwiegend aus Zirkonoxyd besteht.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der metallischen Komponente des Verbundwerkstoffes 40 bis 60 Volumprozent beträgt.

   2. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff 63 bis 83 Gewichtsprozent Molybdän, 13 bis 33 Gewichtsprozent Zirkonocyd und bis zu 10 Gewichtsprozent Titanoxyd, bezogen auf sein Gesamtgewicht, aufweist.

   3. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die oxydkeramische Komponente des Verbundwerkstoffes bis zu 10 Gewichtsprozent stabilisierender Zusätze, wie Calcium- oder Magnesiumoxyd, enthält.

   4. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die oxydkeramische Komponente des Verbundwerkstoffes gesamthaft bis zu 49 Gewichtprozent Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd enthält.

   5. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Komponente des Verbundwerkstoffes bis zu 49 Gewichtsprozent Chrom enthält.

   PATENTANSPRUCH II Verwendung der Matrize nach Patentanspruch I zum Strangpressen von Stahl.