DE2154232A1 - Hochtemperaturschmierstoff fuer die warmumformung von metallen - Google Patents

Hochtemperaturschmierstoff fuer die warmumformung von metallen

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Description

ffni'i\·· .v^'Wrf . ' V
Hochtemperaturschmierstof f -für die Warmumformung von Metallen
Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige Schmierstoffe für die Warmumformung von Metallen· Diese auf Phosphatbasis aufgebauten Produkte erlauben einen universellen Einsatz beim walzen, Pressen, Schmieden, Ziehen, Lochen und Stoßen und weisen eine ausgeseichnete Schinierwirkung bei den Verformung s vor gangen, bei denen hohe Temperaturen und Drucke auftreten, auf.
Die z.Z. zur Verfugung stehenden Schmierstoffe sind nicht in der Lage, den Reibungswiderstand «wischen dem heißen zu verformenden Metall und den Werkzeugen so weit zu senken, daß die Standzeit genügend groß und wirtschaftlich wird· Bei sehr harten und schwer umformbaren Stählen müssen meist die verwendeten Matrizen bereits nach wenigen Pressungen ausgetauscht werden, da die Maßgenauigkeit der gepreßten Rohre infolge des Verschleißes der Matrizen nicht mehr gewährleistet ist·
Es hat aus wirtschaftlichen Gründen nicht an Überlegungen gefehlt, als Schmierstoffe für die Warmumformung von Metallen relativ billige Rohstoffe zu verwenden, so hat man z.B. billige Rohstoffe aus dem Mineralbereich verwendet, die entweder in ihrer ursprünglichen Form durch Zerkleinern oder nach Sinterungs- oder Schmelzprozessen eingesetzt wurden· Man hat außerdem anorganische Zusätze beigemischt, wie z.B. Natriumcarbonat, Natriumborat, Calciumfluorid, eisenhaltige Silikate, Calciumoxid oder Magnetit oder Natriumchlorid, Ilsen-, Aluminium- oder Kupferoxyd.
Außerdem ist die Verwendung von Schmierstoffen, die hauptsächlich aus Graphit bestehen, für die Warmumformungsprozeße üblich,
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-X-
wobei jedoch infolge der Auftretenden Aufkohlung der metallischen Werkstoffe große Schwierigkeiten auftreten können.
Ferner sind sum Schmieren bei hohen Temperaturen Salzgemische und Schmelzprodukte auf Phosphatbasis bekannt· Verwendet wird z.B. ein wasserlösliches Schmiermittel a«s Alkaliphosphate Alkalitetraborat-Mischungen· Ein anderes Koch temper a tür schmiermittel besteht aus einem Gemisch von Ortho«· oder kondensierten Phosphaten der Alkalimetalle und Metalloxyden· Ka ist atch die Verwendung eines Ifatrlum-Kalium-Phosphatgemisch·* bestimmter Zusammensetzung, wobei ggfls. bis zu 10%, vorzugsweise bis zu 5%, des Natriums und/oder Kaliums durch äquivalente Mengen eines oder mehrerer zweiwertiger Metalle, insbesondere Magnesium, Zink oder Mangan ersetzt sein können, als Kochtemperatürschmiermittel bekannt.
Außerdem sind als Gleitmittel zum Heißziehen von Metallen Alkali-Phosphorstture-Gläser aus 29-61 Mol* P2 0S' 99fls· B2°3 10*20 Mol* Al2O31 wobei bis zu 5 Mol* durch andere Oxyde 3-wertiger Metalle wie Fe2Q3 oder Cr2O3 ersetzt sein können, 9-33 Mol* natrium-, Kalium- und/oder Lithiumoxyd, 16-20 Mol« Oxyde 2-wertiger Metalle, wobei jedoch ein Gehalt an PbO stets kleiner als 5 Mol* ist und wobei die Summ· der Alkalioxyd· und der Oxyde 2-wertiger Metalle weniger als 50 Mol* betrXgt, bekannt«
Es 1st ferner bekannt, Metallfluoride oder -Sulfid« oder Graphit· als Zusatz zu Schmierstoffen zu verwenden« Solche Schmierstoff· sind auf organischer Basis oder auf Basis von SilikatglKsern aufgebaut· Phosphate sind dabei nicht enthalten.
Es wurde nun gefunden, daß Schmierstoff·, die aus einer Schmelz« von Phosphaten und Boraten der Alkalimetalle und ggfls· des Zinks und/oder Aluminiums und einem Zusatz von Zinksulfid, Calciumfluorid, Matriumfluorid oder Graphit oder Gemischen davon bestehen, bedeutend besser· Schmiereigensehaften als bisher bekannte Schmierstoff· besitzen.
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Dab·! kann das Schmelzprodukt zusammengesetzt sein aus 30 - 60 Gewichts* P2O5, 10 - 35 Gewichts% Alkalioxyd, 5-25 Gewichts* B2O3, 0 - 25 Gewichts* ZnO und 0-25 Gewichts % Al2O<g· Der Zusatz kann bestehen aus 1-25 Gewichts* ZnS1 1* 25 Gewichte* CaF2, 1-25 Gewicht«* MaF1 1-25 öewichts% Graphit oder Gemischen davon.
Durch den Zusatz des Zinksulfids, der Metallfluoride oder des Graphits zu den eigentlichen Grundsubstanzen auf Phoephatbasls wird eine beträchtliche Verbesserung der Schmiereigenschaften, Insbesondere bein Strangpressen von Stahl, erzielt. Die Schmiereigenschaften der Kombinationen liegen dabei bedeutend besser als die der Einzelkomponenten·
Der Schmetzberelch des SchmieraltteIs muß bo gewählt werden, daß der Schmierstoff optimales Haftvermögen auf dem werkzeug und relativ leichtes Aufschmelzen auf dem Werkstück aufweist. Andererseits darf 'die Viscosittt während des Qmformvorganges nicht zu niedrig werden, damit der Schmierstoff nicht abfließt oder der Schmiermittelfilm reißt»
Die dem Schmieretoff-^Srundkörper zusätzlich zugemischten Schmierhilfsstoffe unterstützen und verbessern den Schmiervorgang. Die Yiskositätseigenschaft des Phoaphatkörpers bestimmt die linbaumöglichkeiten des nachträglich sugesetzen Schmierzusatzstoffes.
Die Wirkung der Zusatzstoffe beim Omformvorgang läßt zieh folgendermaßen erklären*
Graphit und Zinksulfid (Wurtzit) wirken als typische Schichtgittermineralien in fester Form als Gleitmittel) ebenso ist Calclumfluorid aufgrund der guten Spaltbarkelt des Flußspats nach dem Octaeder als Gleitmittel in fester Form anzusehen. Matriumfluorid bewirkt dagegen als wasserlösliches Fluorid eine Entfernung der harten und spröden Sekundärzünderschicht.
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Mit den neuen Schmierstoffen kann sowohl ein· Block-, Matrizen* und Dornschmierung vorgenommen werden. Das hat den Vorteil, daß zur Schmierung des relativ kalten Werkzeugs als auch des heißen Werkstücks nftr ein Schmierstoff benötigt wird.
Durch den neuen Schmierstoff wird im Falle tfes Strangpressens, Stoßens oder Lochens bei der Herstellung nahtloser Rohre eine beträchtliche Standseiterhöhung für die teuren Werkzeuge erreicht.
Die neuen Sehmierstoffe können durch Bepudern auf die Werkstücke aufgebracht werden· Sie können jedoch auch als Dispersion angewendet werden und dann durch Bestreichen, Besprühen, Begießen oder Tauchen auf Werkzeug und Werkstück aufgebracht werden· Dabei muß die verwendete Dispersion sehr homogen sein und darf sich nach Möglichkeit im Vorratsgefäß nicht absetzen· Wenn solch eine Dispersion des Schmier« Stoffs beim Strangpressen sowohl zur Schmierung des Werkzeuges als auch des Werkstückes eingesetzt werden soll, so nuß si« sowohl auf dem relativ kalten Werkzeug als auch auf dem heißen Werkstück in gleicher Weise gut haften und muß in beliebig dicker Schicht aufgetragen werden können. Um diese Wir·» kung zu erzielen, genügt es üblicherweise nicht, den Schmierstoff nur in Wasser zu dispergieren· Es hat sich vielmehr gezeigt, daß eine Dispersion des Schmierstoffs, der hochdisperse Kieselsäure, wobei 2 - 10%, insbesondere 5 - 10%, bezogen auf die fertige Dispersion, angewandt werden, als Dispergierhilfsmittel zugesetzt wird, eine bedeutende Verbesserung bringt. Dadurch wird eine homogene, gut haftende Dispersion erhalten· Der Anteil des Schmierstoffes In der wässerigen Dispersion kann 10 · 70, insbesondere 40 · 60 % botragen·
Die folgenden Beispiele solion die Erfindung erläutern, ohne sie einzuschränkent
~5~ 21£f4?3?
Beispiel 1
Is wurde ein Hoch temper aturschieiers toff gewischt, der 90 Tell· eines Alkali-Fhosphat-Borat-Schmeliproduktes, bestehend aus
46,β Oew.% F2O5
20,6 «*w.% Na2O
12» 7 Gew.% K2O und
und 10 Teile CaP2 enthalt.
Das Alkali-Phosphab-Borat-Schmel»produkt hatte einen Schmelz« bereich von 500° - €00° C. Dieser HochtemperaturSchmierstoff, der in feinpulveriger For» vorlag, wurde »um Strangpressen von Stahl St 45 verwendet, Indem er als Pulver auf den ca. 1100° C heißen Stahlblock aufgepudert und in Form einer 50%igen wässerigen Dispersion auf die tfatrixe gepinselt wurde. Auf einer hydraulischen Strangpresse wurden Stahlblock· von 540 mm Ltnge und 230 mw Durchmesser »u Rohrluppen der Abmessung 94,5 χ 7,25 mm verpreßt· Die Standseit einer Matrize betrug 43 Rohre»
Beispiel 2
Ein Hochtemperatürschmierstoff wurde hergestellt, indem man 85 Teilen eines Schmel»Produktes, bestehend aus 58,4 Oew.% P20$
18,3 Gew.X Na2O
8.6 Gew.% K2O
9,0 Gew.% *2°3 und
5.7 Gew.% Al2O3 , ' 15 Teile NaF sumischt·
Der Schmelzbereich des Schmelzproduktes wurde durch das NaF von 540° - 950° C auf 520° - 780° C erniedrigt. Der gemahlene Hochtemperaturschmierstoff hatte einen Feinanteil von 93 % <40 ,u. Zum Strangpressen von Stahl St 35 wurde der Hochteraperaturschmlerstoff als 50%lge wässerige Dispersion auf den ca.
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1100° C heißen Stahlblock gesprüht und auf die Matrize aufgepinselt· Wie In Beispiel 1 wurden Stahlblöcke von 400 sau Länge und 200 wem Durchmesser zu dünnwandigen Rohrluppen der Abmessung 89 χ 4,5 nun verpreßt. Die Standzeit einer Matrize lag bei 40 Rohren,
Beispiel 3
Ein Hochtenperaturschmierstoff wurde hergestellt, indem »an 90 Teil· eines scheelzproduktes, bestehend aus
55,β Gew.% P2O5
13,0 Gew.% Ha2O
9,1 Gew.% K2O
15,β Oew.% B2O3 und
6,7 Gew.* Al2O3 ,
aiit 10 Teilen ZnS versetzte.
Der Schneisbereich der feinpulvrigen Mischung lag bei 600°- 1050° C* Dieser Hochtemperaturschmierstoff wurde zu» Strangpressen von Stahl St 35 auf den ca. 1100° C heißen Block gepudert und in For* einer 60%igen wässerigen Dispersion auf die Matrize gesprüht. Bei Block- und Rohrabstessungen wie in Beispiel 1 betrug die standzeit einer Matrize 62 Rohre.
Beispiel 4
Es wurde ein HochtemperaturSchmierstoff hergestellt, bei dem 92 Teilen eines Schmelzproduktes, welches aus
59,6 Oew.% P2O5
17,5 Oew.% Na2O
7,8 Ge%r*% K2O und
15,1 Gew.% B2O3
bestand, 8 Teile Graphit zugeraischt wurden«
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XJ*.
Der Schmelzbereich des Schmelzproduktes lag bei 550° €50° C. Die gemahlene Mischung hatte einen Feinanteil von 85 % ^ 40 yU. Zum Strangpressen von Stahlrohren der Qualität St 55 wurde der Hochtemperaturschmierstoff in Form einer 45 %igen wässerigen Dispersion sowohl auf die ca«1100 ° C heißen Stahlblöcke als auch auf die Matrize gespcüht.
Stahlblöcke von 480 mm Länge und 230 mm Durchmesser wurden zu Rohrluppen der Abmessung 60,3 χ 8 mm verpreßt. Die Standzelt einer Matrize lag bei 45 Rohren.
Beispiel 5
Zu einem Hochtemperaturschmierstoff wurden 90 Teile einee Phosphat-Borat-Schmelsproduktes, das 55,4 Gew.% P£05
IS,2 Gew.% Na2O
7,2 Gew.% K2O
12,1 Gew.% B2O3 und
7,1 Gew.% Al2O3
enthielt, und 10 Teile NaF gemischt· Der Schnelzberelch des Schmelzproduktes lag zwischen 580° und 960° C. Durch den Zusatz von NaF sum Schwel«produkt wurde dieser Bereich auf 530° - 800° C erniedrigt. Der gemahlene Hochtemperaturschmierstoff hatte eine Körnung von 97 % < 40 Ai*
Zum strangpressen von Stahl St 35 wurde dieser Hochtemperaturschmierstoff in Form einer 50%igen wässerigen Dispersion angesetzt· Zur besseren Stabilisierung und Haftbarkeit dieser Dispersion auf dem 1100° C heißen Block und auf der Matrize wurde der aus Schmelzprodukt und NaP bestehenden wässerigen Mischung 5 Gewichtsteile hochdisperser Kieselsäure zugesetzt·
Auf einer hydraulischen Strangpresse wurden Stahlblock© gleicher Abmessungen, wie in Beispiel 3 bereits erwähnt, verpreßt. Die Standzeit einer Matrize betrug 48 Rohre·
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Beispiel 6
Es wurde ein Hochtemperaturseheierstoff aus 85 Teilen eines Schneisproduktee, das 58,4 Gew·* F2O5 18,3 Gew.% Ma2O
8.6 Gew.% K2O 9,0 Gew«* B2O3
5.7 Gew.% AI2O3
enthält, und 15 Gewicht·teilen InS gewischt.
Der fch»el«bereich dee Hochteaiperaturechjuieretoffs Zag
i» B«r«ich von 550° · 7S09 C.
Der gemahlene Hochtemperatürech*ier*toff hatte einen FeIn
anteil ron 97 % < 40 ^u*
Skin Schaleren der Dorne einer StoSbankanlage wurden die
500° * 750° C heiBen Dom· «it einer 10»lgen Di«|ler*ion des Hochtewperaturechniereteffe besprüht·
Bei einen Verformingefaktor von 22 In den Rollenkalibern
der Stoßbank wurde eine au·gernelehnete Haltbarkeit der
Dorngtangen festgestellt·
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Claims (1)

  1. MtinttniprOcht
    1· Hochtemperaturschmierstoff für die Warmverformung von Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einen
    Schmel«produkt von Phosphaten und Boraten der Alkalimetalle und ggfls. des Zinks und/oder Aluminiums und
    einem Zusatz von Zinksulfid, Calciurafluorid, Natriumfluor id, Graphit oder Gemischen davon besteht.
    2. Hochtenperaturschmierstoff für die Warmverformung von Netallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß er
    a) aus einem Schmelzprodukt mit der Zusammensetzung
    30 · 60 Gew.% F-O1.
    10 - 35 Gew.% Gew.% Alkalioxyd 5-25 Oew.% Gew.% B2O3 0-25 Gew.% Gew.% ZnO 0-25 Gew.% Gew.% Al 2^3 und b) einem Zusatz von 1-25 ZnS oder 1-25 CaP2 1-25 NaP 1-25 Graphit oder Gemischen davon besteht.
    3. Verwendung des Hochtemperaturschmierstoffes nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochtemperatur· Schmierstoff in Form einer wässerigen Dispersion eingesetzt wird.
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    Verwendung des Hochtemperaturschmierstoffes nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochtemperaturschmierstoff in Fora einer wässerigen Dispersion, die durch Zusatz von l&chdisperser Kieselsäure stabilisiert ist, angewendet wird.
    5. Verwendung des HochtemperaturschmierStoffs nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet) daß der Hochtemperatur schmier stoff in Form einer wässerigen Dispersion, die durch 2 - 10% hochdisperse Kieselsäure stabilisiert ist, eingesetzt wird.
    6. Verwendung des HochtemperaturSchmierstoffs nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Hochtemperaturschmierstoffs in der wässerigen Dispersion 10 - 70 % beträgt.
    7. Verwendung des HochtemperatürSchmierstoffs nach Ansprvc h 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag durch Sprühen, Streichen, Tauchen oder Begießen erfolgt·
    8. Verwendung des Hoch temper aturschiBierstof fs nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag durch Bepudern erfolgt.
    £ 4 c\ r\ Q<\1% ORIGINAL INSPECTED
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