DE1252034B

DE1252034B - Überziehen von Eisen oder Stahl mit einem Eisen-Aluminium-Legierungsüberzug für die Warmverformung

Info

Publication number: DE1252034B
Application number: DENDAT1252034D
Authority: DE
Inventors: Nancy Meurthe-et-Moselle Eugene Herzog (Frankreich)
Original assignee: Societe des Acieries de Pompey
Current assignee: Societe des Acieries de Pompey
Publication date: 1967-10-12

Description

Überziehen von Eisen oder Stahl mit einem Eisen-Aluminium-Legierungsüberzug für die Warmverformung Die Erfindung betrifft einen Eisen-Aluminium-Legierungsüberzug für die Warmverformung von Eisen oder Stahl.
Es ist bekannt, daß beim Ausziehen von Eisenlegierungen Schwierigkeiten auftreten, wenn man die Rohlinge ohne vorherige Vorbereitung der Oberfläche verarbeitet. Durch die Anwesenheit von Eisenoxyden an der Oberfläche dieser Teile wird nämlich ein guter Warmdurchlauf des Metalls verhindert. Der im Laufe der Erhitzung und während der Warmverformung entstandene Zunder erzeugt einen besonderen Widerstand zwischen den Oberflächen der Werkzeuge und des Rohlings. Daraus ergeben sich eine vorzeitige Abnutzung der Werkzeuge und Mängel auf der Oberfläche der verformten Teile. Die erzielten Werkstücktoleranzen sind ebenfalls zu weit.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits ein Verfahren angewandt, bei dem die Rohlinge oder die zu ziehenden Teile mit einer Glasschicht bedeckt werden. Zwar wurden hierbei die obengenannten Nachteile bei dem Ziehverfahren vermieden; die gezogenen Teile mußten aber einem Dekapierprozeß unterworfen werden, um sie von der sie umgebenden Glasschicht zu befreien.
Weiterhin sind in der Technik Aluminiumüberzüge bekannt, die auf Rohlingen aus Eisen oder Stahl aufgebracht werden, um die Korrosion des Eisens bei der nachfolgenden Bearbeitung der Rohlinge zu vermindern oder ganz zu vermeiden.
Die so gebildeten Überzüge auf der Basis von Aluminium wurden durch Eintauchen der Eisenbarren in ein Aluminiumschmelzbad, beispielsweise bei Temperaturen um 850° C, hergestellt. Bei den bekannten Verfahren wurde eine äußerst dünne oder nur einen Aluminiumanteil von höchstens 15% aufweisende Aluminium-Eisen-Legierungsschicht auf der Oberfläche des Barrens hergestellt, so daß die Bildung von harten und spröden Aluminium-Eisen-Legierungen mit einem höheren Aluminiumgehalt, die als nicht verformbar gelten, vermieden wird.
Durch die Bildung derartiger Überzüge kann zwar die Oxydation auf der Oberfläche des Barrens bei den nachfolgenden Bearbeitungsgängen etwas eingeschränkt werden; bei diesem Verfahren werden jedoch die nachfolgenden Arbeitsgänge, wie das beispielsweise bei Temperaturen zwischen etwa 700 und 1300° C durchgeführte Warmziehen und Ausstoßen, kaum gefördert, da die einen geringen Aluminiumgehalt aufweisende dünne Eisen-Aluminium-Schicht unter diesen Bedingungen keine bemerkenswerte Schmierfähigkeit aufweist. Bei der Erfindung wird der Stahl während des Vorwärmens der Rohlinge vor dem Oxydieren geschützt, während des Ziehens geschmiert, und es ist keine Nachbearbeitung der Werktstücke erforderlich.
Die Besonderheit der Erfindung besteht in der Verwendung eines auf Stahl und Eisen durch Eintauchen in ein aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehendes Schmelzbad von einer Temperatur von etwa 600 bis 800° C hergestellten Eisen-Aluminium-Legierungsüberzuges mit einem Gehalt von 17 bis 30% Aluminium in einer Dicke von 0,05 bis 0,15 mm zur Vorbereitung von Eisenmetallteilen, insbesondere Stahlteilen, für die weitere Warmverformung durch Ziehen od. dgl. bei Temperaturen zwischen 700 und 1300° C.
Der aus einer Oberflächenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Überzug bildet während des Erhitzens der Rohlinge Eisen-Aluminium-Legierungen, welche den darunterliegenden Stahl gegen Oxydationen zu schützen vermögen. Andererseits sind die Gießereilegierungen mit 17 bis 30% A1 bei Raumtemperatur spröde, nicht schmiedbar und unverformbar zwischen 700 und 1300° C. Es wurde gefunden, daß im Gegensatz zu diesen Feststellungen Eisen-Aluminium-Legierungen mit 17 bis 30% Al, welche als dünner Überzug verwendet werden, bei hohen Temperaturen zwischen 700 und 1300° C verformt werden können.
Dies war um so überraschender, als die Legierungen mit einem gleichen Aluminiumgehalt, z. B. mit 20 bis 300;''o Aluminium, welche durch Schmelzang oder f-ösuiiL von Aluminium in geschmolzenem Eisen erzielt werden, bei hohen Temperaturen unverformbar sind und fürnicht-@erwendet werden können. Lediglich mit Legierungen mit weniger als 160'o Aluminium können unter gewissen Bedingun`;en kleine Blöcke bei 1000 oder 1100° C geschmiedet werden.
Somit wird also bei der Erfindung auf der Oberfläche des Rohlings oder des zu verformenden Werkstücks eine Aluminiumschicht gebildet, die in das Innere des Eisens diffundiert und eine Legierung mit hohem Aluminiumgehalt bildet, deren Eigenschaften sich von denen der Gießereilegierungen aus Eisen-Aluminium mit demselben Aluminiumgehalt unterscheiden.
Bei der Erfindung kann man zur Bildung des Oberzugs entweder Reinaluminium oder eine Aluminiumlegierung verwenden, die wenigstens eines der nachstehenden Metalle oder Elemente, wie Eisen, Silicium, Zink, Mangan, Kupfer, Vanadin, Magnesium, Calcium usw., enthält. Desgleichen können Gemische aus Reinaluminium und seinen Legierungen mit Si, Cu, Zn, Mg, Ca verwendet werden.
Die Kurve der Abbildung zeigt vergleichsweise die Einschnürungen für behandelte und nicht behandelte Proben in Abhängigkeit von der Temperatur.
Die Aufbringung des Überzugs erfolgt gemäß der Erfindung durch Eintauchen in ein geeignetes Metallbad. Es wurde festgestellt, daß die - Badtemperatur unterschiedlich sein kann, daß sie aber vorzugsweise zwischen 600 und 800° C liegen sollte, z. B. bei 680 bis 750° C. Die Eintauchdauer braucht im allgemeinen einige Minuten, z. B. 1 bis 3 Minuten nicht zu überschreiten. Die Schichtdicke kann je nach der Art des Stahles verschieden sein und für die geläufigen Stahlsorten z. B. zwischen 0,05 und 0,15 mm betragen. Im Falle eines Weichstahles kann der 'Oberzug eine Schichtdicke von 0,10 bis 0,12 mm aufweisen.
Die Aluminiumschicht wird auf dem Barunter- liegenden Stahl gewissermaßen durch eine dünne Schicht von Eisen-Aluminium-Legierung festgehalten, deren Härte beträchtlich ist und im kalten Zustand 600 bis 700 V erreicht.
Probestäbe dieser Art wurden während einer Dauer von 20 bis 30 Minuten auf verschiedene Temperaturen erhitzt. Dabei wurde festgestellt, daß das eindiffundierte Aluminium Eisen-Aluminium-Legierungen bildet, deren Aluminiumgehalt je nach den Versuchsbedingungen verschieden war. So konnten Aluminiumgehalte zwischen 12 und 35 % festgestellt werden. Diese Werte sind jedoch für die Erfindung nicht kritisch. Sie ergeben sich einfach aus den bei der Prüfung von Proben gemachten Beobachtungen.
Die so erhaltenen Proben wurden anschließend auf Temperaturen von 900 bis 1300° C erhitzt, welche den gewöhnlichen Bereich für die Zieh- oder Warmwalzverfahren darstellen. Dann wurden die Probestäbe einem Schlagzugversuch unterworfen, indem ein Gewicht ausgeklinkt wurde, das den Probestab zerbrach. Trotz der Schnelligkeit des Versuchs (0,1 Sekunde) schwankte die im heißen Zustand erreichte Dehnung zwischen 40 und 100oio, und zwar ohne Rücksicht auf die Gegenwart oder Abwesenheit eines Überzuges gemäß der Erfindung. Die beiden Kurven der Abbildung dienen als Beweis für diese Feststellung. Sie wurden für Blöcke von 200 - 200 mm in Ouerrichtung aufgezeichnet.
Der Oberflächenfilm aus Eisen-Altiminium-Legierung fol,-,t -enau den Konturen der Probestäbe, ohne Risse oder Zunderbildunyuen aufzuweisen, Lind erstreckt sich bis zur Bruchstelle, welche sehr stark ausgezogen sein kann (Einschnürung 1000:'0).
Es wurden Versuche mit einem Stahl der folgenden Zusammensetzung durchgeführt:

Bei einer Probe dieses Metalls, die 10 Minuten bei 1300° C behandelt wurde, kann man beobachten, daß die erhaltene überzugsschicht gänzlich fortlaufend und gleichförmig ist. Der Überzug ist eine stark aluminiumhaltige Eisen-Aluminium-Verbindung, die sehr gut am Metall anhaftet; ihre Stärke beträgt etwa 0,16 mm.
Zerbricht man ein Versuchsstück des so behandelten Metalls durch heftige Zugbeanspruchung, so stellt man fest, daß die Überzugsschicht vollkommen der Verformung des Metalls folgt, die im Bereich der Brucheinschnürung des Versuchsstücks sehr groß ist. Durch die Verformung des Versuchsstücks trat weder ein Bruch noch ein Ablösen des Überzugs auf.
Wird ein Versuchsstück des Metalls der obigen Zusammensetzung, das 10 Minuten lang auf 900° C erhitzt worden war, mit großer Gewalt zerbrochen, so stellt man fest, daß die überzugsschicht viel dünner als bei 1300° C und weniger plastisch ist. Folglich kann sie der Verformung des Metalls des Versuchsstücks nicht völlig folgen; sie ist jedoch noch groß genug, um einen wirksamen Schutz gegen Oxydation zu gewährleisten.
Diese Versuche beweisen die besonderen Eigenschaften des erfindungsgemäß verwendeten Oberzugs. Dieser Überzug hält zwar die Kaltverformung schlecht aus, ist aber vollkommen plastisch und haftend bei den für das Ziehen von Metallteilen angewandten Temperaturen.
Es wurde festgestellt, daß die ursprünglichen Schichten, welche 12 bis 350!o Aluminium enthielten, bei der Verformung mit dem Barunterliegenden Stahl reagierten und weniger Aluminium einschlossen als der ursprüngliche Überzug. Die Schichten sind also im Laufe des schnellen Durchlaufes dünner geworden. Trotzdem bilden sie aber noch Schutzfilme, deren Dicke 0,01 bis 0,04 mm beträgt. Das graue, nicht oxydierte Aussehen bestätigt diese Feststellung.
Das erfindungsgemäße Verfahren erleichtert also das Ziehen, und man erhält saubere Teile, z. B. Rohre ohne Oberflächenfehler, ohne wiedergeschweißte Risse usw. Der Verschleiß und de Verformung der Werkzeuge werden spürbar vermindert, da die Schicht in thermischer Hinsicht isolierend und bei hohen Temperaturen weicher ist als derStahl selbst.
Die Benetzung des Eisens durch das Aluminiumbad hängt von der Oberflächenbeschaffenheit des Stahls ab. Selbst nach einem sehr sorgfältigen Abbeizen genügt eine leichte, lokale Oxydation beim Eintauchen des Stahls in das Aluminium, um die Bildung einer Fe-Al-Legierung an diesen Stellen zu verhindern. Es ist daher vorteilhaft, den Stahl vorher mit Zink oder Zinn abzudecken. In diesem Falle sind das Haftvermögen und die Benetzung der Oberflächen mit Schmelzaluminium zufriedenstellend, selbst wenn nicht unter Luftabschluß gearbeitet wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung eines auf Stahl und Eisen durch Eintauchen in ein aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehendes Schmelzbad von eine- Temperatur von etwa 600 bis 800° C hergestellten Eisen-Aluminium-Legierungsüberzuges mit einem Gehalt von 17 bis 30% Aluminium in einer Dicke von 0,05 bis 0,15 mm zur Vorbereitung von Eisenmetallteilen, insbesondere Stahlteilen, für die weitere Warmverformung durch Ziehen od. dgl. bei Temperaturen zwischen 700 und 1300° C.
2. Verwendung einer Aluminiumlegierung, die als Legierungszusatz wenigstens eines der Elemente Fe, Si, Mn, V, Zn, Mg, Ca, Cu enthält, für die Herstellung eines Oberzugs nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer metallischen Zwischenschicht, vorzugsweise aus Zink oder Zinn vor dem Aufbringen des Eisen-Aluminium-Legierungsüberzuges nach Anspruch 1 und 2.
4. Verwendung eines Eisen-Aluminium-Legierungsüberzuges nach Anspruch 1 bis 3 auf Weicheisen in einer Dicke von 0,10 bis 0,12 mm. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1163 556; USA.-Patentschrift Nr. 2 963 785.