DE10142204A1

DE10142204A1 - Verfahren zur Herstellung von strangförmigen Produkten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen

Info

Publication number: DE10142204A1
Application number: DE10142204A
Authority: DE
Inventors: Joerg Eickemeyer; Martina Falter; Albert Gueth; Ralph Opitz; Juergen Reichert
Original assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-06
Also published as: ATE307691T1; EP1420899B1; EP1420899A1; DE50204707D1; WO2003018225A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von strangförmigen Produkten, wie Drähten, Stäben und Rohren, aus reinem Magnesium und Magnesiumlegierungen, durch Gleitziehen bei Raumtemperatur. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von Magnesiumdrähten, -stangen und -rohren auf dem Wege des Kaltziehens ermöglicht. DOLLAR A Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, bei dem erfindungsgemäß die Werkstoffe vor ihrer Umformung einer Oberflächenbearbeitung unterzogen werden, die eine möglichst geringe Oberflächenrauhigkeit gewährleistet, wobei der Wert der gemittelten Rauhtiefe R¶z¶ < 12 mum betragen muss, und bei dem das Kaltziehen unter Anwendung von auf dem Umformgut fest haftenden Festschmierstoff-Beschichtungen durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von strangförmigen Produkten, wie Drähten, Stäben und Rohren, aus reinem Magnesium und Magnesiumlegierungen, durch Gleitziehen bei Raumtemperatur.

Die nach dem Verfahren hergestellten Drähte können beispielsweise als Schweißzusatzwerkstoffe für das Laserstrahlschweißen von Magnesiumwerkstoffen angewendet werden. Sie sind beispielsweise aber auch einsetzbar als Unterlage für physikalisch-chemische Beschichtungen, wie für die neuen Magnesium-Diborid-Supraleiter MgB₂ (J. Nagamatsu, N. Nagakawa, T. Muranaka, Y. Zenitani und J. Akimitsu: Nature 410(2001)63).

Verfahren zum Gleitziehen von strangförmigen Produkten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen bei Raumtemperatur sind nicht bekannt.

Die bekannten, angewendeten Umformverfahren der Kaltumformung von Magnesium und dessen Legierungen betreffen das Walzen, als reine Druckumformung, und die Blechumformung unter wenig anspruchsvollen Umformbedingungen. Bereits beim Tiefziehen von Magnesiumblechen werden auf Grund der erhöhten Anforderungen an das wenig duktile Metall, das ein hexagonal-dichtgepacktes Gitter aufweist, Temperaturen von 220°C bis 370°C angewendet (J.A. Schey: Tribology in Metalworking, ASM, Metals Park, Ohio, USA, 1984, S. 561).

Bekannt ist auch, dass als Schmierstoffe Seifen und Wachse für die leichten Umformungen benutzt werden und dass Talkum und Graphit für anspruchsvollere Umformungen bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden (S. Kalpakjian: Manufacturing Processes for Engineering Materials, Addison-Wessley Publishing Company, Reading, Massachusetts, USA, 1991, S. 342). Dagegen gibt es für das Kaltziehen von Drähten, Stangen oder Rohren aus Magnesiumwerkstoffen keine Empfehlungen über anzuwendende spezielle Schmierstoffe oder nötige Oberflächenvorbehandlungen, weil der Vorgang bis heute offenbar technologisch nicht durchgeführt wird. Hierfür dürfte sowohl die geringe Duktilität des Magnesiums, als auch dessen kompliziertes tribologisches Verhalten die Ursache sein. Letzteres wird maßgeblich durch die gegenüber dem Metall etwa 10fach härtere Oxidschicht (P.L. Hurricks, Wear 15(1970), 389-409) und die ausgesprochen hohe chemische Reaktivität des Magnesiums (G.V. Raynor: The Physical Metallurgy of Magnesium and its Alloys, Pergamon Press, 1959) bedingt.

Des Weiteren ist es bekannt, dass die Oberfläche schwer umformbarer metallischer Werkstoffe vor dem Ziehprozess gezielt rauher gemacht wird. Dies dient dem Zweck der besseren Einlagerung von Festschmierstoffen in die Oberfläche selbst und damit einer gesteigerten Schmierwirksamkeit (J.A. Schey: Tribology in Metalworking, ASM, Metals Park, Ohio, USA, 1984). Der rauhe Zustand der Oberfläche wird in der Regel chemisch durch Beizen oder mechanisch durch Biegeentzundern bzw. durch Anstrahlen mit hartem Granulat erzeugt. Für diese Ausgangsrauheiten sind Rauhtiefen R_t im Bereich von etwa 25 µm bis 45 µm charakteristisch (E. Schultz: Stahl und Eisen 83(1963)866-870). Sie können aber auch noch erheblich darüber liegen (E. Jaenichen u. a.: Stahl und Eisen 77(1957)1785-1795). Die relativ hohe Ausgangsrauheit nimmt mit steigendem Umformgrad von Ziehstufe zu Ziehstufe mehr und mehr ab. Es erfolgt eine Einebnung des Rauheitsgebirges, sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung (M. Rehm und J. Eickemeyer: Reibung und Verschleiß, Hrsg.: K.-H. Zum Gahr, DGM Informationsgesellschaft, Oberursel, 1996, S. 413-418).

Bekannt ist auch, dass im Trockenziehbereich mit Pulverschmierstoffen auf Metallseifenbasis geschmiert wird, wobei zur Stabilisierung des Vorganges zusätzlich Schmierstoffträgerschichten angewendet werden. Neuere, allerdings wenig angewendete Beschichtungssysteme mit gutem Haftvermögen auf dem Umformgut enthalten sowohl Schmier- als auch Trägerkomponenten (J. Eickemeyer, H. Genest, J. Reichert und H.-R. Vogel: Umweltverträglichere Schmierstoffe für das Kaltziehen. Tribologie und Schmierungstechnik 39(1992)6,334-338).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von Magnesiumdrähten, -stangen und -rohren auf dem Wege des Kaltziehens ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einem Umformverfahren gelöst, das erfindungsgemäß davon ausgeht, dass das Ausgangsmaterial für den Umformvorgang im Gegensatz zur üblichen Verfahrensweise eine möglichst glatte Oberfläche haben muss und dass zudem auf dieser wenig rauhen Oberfläche eine gut haftende Schmierstoffschicht aufgebracht ist. Um dies zu erreichen, wird der Ausgangsdraht vor dem Kaltziehen einer Oberflächenbehandlung unterworfen, die das Umformgut hochgradig durch einen Ziehschälvorgang glättet, wobei Werte der mittleren Rauhtiefe im Bereich von R_z < 2 bis 8 µm eingestellt werden. Der ziehgeschälte Ausgangsdraht wird anschließend mit einem Festschmierstofffilm mit guter Haftfähigkeit beschichtet und darauf durch übliche Ziehsteine, beispielsweise aus Hartmetall, gezogen.

Das Ziehen wird mit üblichen Querschnittsabnahmen von jeweils etwa 20 Prozent durchgeführt. Dabei tendiert die Oberfläche des gezogenen Drahtes mit zunehmender Gesamtabnahme zum rauher werden. Deshalb kann nach einigen Ziehstufen, z. B. etwa 60 Prozent Querschnittsreduktion, eine Wärmebehandlung mit anschließender Oberflächenglättung durch neuerliches Schälen nötig werden, bevor weiter gezogen werden kann. Der Fachmann kann leicht entscheiden, ob die Glüh- und Oberflächenbehandlung angezeigt ist oder ob problemlos weiter gezogen werden kann. Diese Verfahrensweise ist in Richtung kleiner werdender Abmessungen beizubehalten, wobei das durch die Umformung bedingte Aufrauhen geringer und die Ziehbarkeit des Magnesiums damit besser wird. Das Ziehen mit den festen Schmierstofffilmen kann bis in den Abmessungsbereich von einigen Zehntel Millimetern fortgesetzt werden (Mg-Feindraht).

Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Ein Magnesiumstab mit einem Ausgangsdurchmesser von 30 mm wird bei einer Temperatur von 350°C stranggepresst. Der stranggepresste Stab wird ziehgeschält und ausgehend von ∅ 5,7 mm Drahtdurchmesser über 4 Stufen bei Raumtemperatur gezogen: ∅ 5,7 mm → ∅ 5,2 mm → ∅ 4,9 mm → ∅ 4,3 mm → ∅ 3,9 mm, was einer Gesamtquerschnittsabnahme von ε_g = 53,2% entspricht. Der Ausgangsdraht wird vor der ersten Ziehstufe mit dem Festschmierstoff (R261), der Polyvinylalkohol als Haftkomponente enthält, aus einer flüssigen Dispersion heraus beschichtet und getrocknet.
Der resultierende feste Film hat Calciumstearat als Schmierstoffbasis und ermöglicht die gesamte Ziehumformung ohne zusätzlichen Schmierstoffeinsatz.
Der auf diese Weise gezogene Draht kann dann im Feinzugverfahren weiter bis zu einem Durchmesser < 1 mm weiterverarbeitet werden, wobei es notwendig sein kann, dass die Oberfläche des Drahtes zwischen einzelnen Ziehstufen einer Glättungsbearbeitung unterworfen wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von strangförmigen Produkten, wie Drähten, Stäben und Rohren, aus reinem Magnesium und Magnesiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe vor ihrer Umformung einer Oberflächenbearbeitung unterzogen werden, die eine möglichst geringe Oberflächenrauhigkeit gewährleistet, wobei der Wert der gemittelten Rauhtiefe R_z < 12 µm betragen muss, und dass das Kaltziehen unter Anwendung von auf dem Umformgut fest haftenden Festschmierstoff-Beschichtungen durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsoberfläche durch Ziehschälen erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsoberfläche durch Schleifen hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festen, gut haftenden Schmierstofffilme durch Auftrocknen flüssiger Schmiermitteldispersionen erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise Metallseifensysteme als Schmierstoff verwendet werden, die polymere Komponenten enthalten, wie Zellulosederivate oder Polyvinylalkohol, die zur Steigerung der Haftfähigkeit beitragen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Schmierstofffilme durch Aufpressen plastischer oder pastenartiger Schmierstoffe bzw. Schmierstoffgemische geschieht.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gezogene Produkt abschließend ziehgeschält, überschliffen oder durch Beizen von der Oxidhaut befreit wird, und dass danach das deckschichtfreie Produkt einer chemischen Reaktion unterworfen wird, beispielsweise mit Diboran in reinem Wasserstoff, durch die auf der Oberfläche des Produktes eine Magnesiumdiborid-Schicht (MgB₂) erzeugt wird, die supraleitende Eigenschaften hat.