DE2154232B2

DE2154232B2 - Hochtemperaturschmierstoff fur die Warmumformung von Metallen

Info

Publication number: DE2154232B2
Application number: DE2154232A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dipl.-Chem.Dr. 6501 Budenheim Dorn; Joerg Dr. 6200 Wiesbaden Reichert
Original assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Current assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Priority date: 1971-10-30
Filing date: 1971-10-30
Publication date: 1973-10-31
Also published as: IT964365B; FR2158191B3; DE2154232A1; DE2154232C3; FR2158191A1; AT325755B; ATA708372A; GB1359430A

Description

b) einem Zusatz von große Schwierigkeiten auftreten können.

, , . _7<-_r. ·, _t7. 25 Ferner sind zum Schmieren bei hohen Temperaturen

w 51 ^^ew!^c£;^sP^rozet" £ⁿ£ Salzgemische und Schmelzprodukte auf Phosphatbasis

1 bis 25 Gewichtsprozent CaF₂, . . ⁶ ,. , . . ,^r _D ,.- .. ,

1 bis 25 Gewichtsprozent NaF oder ^f ^an.^nt· ^™^end« ™* ^?. \ e·.» wasserlösliches 1 bis 25 Gewichtsprozent Graphit Schmiermittel aus Akahphosphat-Alkahtetraborat^r ^c Mischungen. Ein anderes Hocnternperaturschmiermit- oder aus Gemischen der genannten Zusatzkompo- 3° tel besteht aus einem Gemisch von Ortho- oder konnent;n besteht. densierten Phosphaten der Alkalimetalle und Metall-S.Verwendung des Hochtemperaturschmierstoffs oxyden. Es ist auch die Verwendung eines Natriumnach den Ansprüchen 1 und 2 in Form einer Kalium-Phosphatgemisches bestimmter Zuso.mmenwäßrigen Dispersion. Setzung, wobei gegebenenfalls bis zu 10%, vorzugs-

4. Verwendung des Hochtemperaturschmierstoffs 35 weise bis zu 5%, des Natriums und/oder Kaliums nach den Ansprüchen 1 bis 3 in Form einer durch durch äquivalente Mengen eines oder mehrerer zwei-Zusatz von hochdisperser Kieselsäure stabilisierten wertiger Metalle, insbesondere Magnesium, Zink oder wäßrigen Dispersion. Mangan ersetzt sein können, als Hochtemperatur-

5. Verwendung des Hochtemperaturschmierstoffs schmiermittel bekannt.

nach den Ansprüchen 1 bis 4 in Form einer durch 4= Außerdem sind als Gleitmittel zum Heißziehen von

Zusatz von 2 bis 10% hochdisperser Kieselsäure Metallen Alkali-Phosphorsäure-Gläser aus 29 bis

stabilisierten wäßrigen Dispersion. 61 Molprozent P₂O₅, gegebenenfalls B₂O₃ 10 bis 20

6. Verwendung des Hochtemperaturschmierstoffs Molprozent Al₂O₃, woljei bis zur 5 Molprozent durch nach den Ansprüchen 1 bis 5 in Form einer den andere Oxyde 3weitiger Metalle wie Fe₂O₃ oder Cr₂O₃ Hochtemperaiurschmierstoff in einer Menge von 45 ersetzt sein können, 9 bis 33 Molprozent Natrium-, 10 bis 70% enthaltenden wäßrigen Dispersion. Kalium- und/oder Lithiumoxyd, 16 bis 20 Molprozent

7. Verwendung des Hochtemperaturschmierstoii's Oxyde 2wertiger Metalle, wobei jedoch ein Gehalt an nach den Ansprüchen 1 bis 6 in Form einer durch PbO stets kleiner als 5 Molprozent ist und wobei die Sprühen, Streichen, Tauchen oder Begießen auf Summe der Alkalioxyde und der Oxyde 2wertiger das Werkstück aufgebrachten wäßrigen Dispersion. 5° Metalle weniger als 50 Molprozent beträgt, bekannt.

8. Verwendung des Hochtemperaturschmierstoffs Es ist ferner bekannt, Metallfluoride oder -sulfide nach den Ansprüchen 1 bis 2 in Form eines auf das oder Graphite als Zusatz zu Schmierstoffen zu verWerkstück aufzubringenden Puders. wenden. Solche Schmierstoffe sind auf organischer

Basis oder auf Basis von Silikatgläsern aufgebaut. 55 Phosphate sind dabei nicht enthalten.

Es wurde nun gefunden, daß Schmierstoffe, die aus einer Schmelze von Phosphaten und Boraten der

Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige Alkalimetalle und gegebenenfalls des Zinks und/oder Schmierstoffe für die Warmumformung von Metallen. Aluminiums und einem Zusatz von Zinksulfid, CaI-Diese auf Phosphatbasis aufgebauten Produkte erlau- ^6o ciumfluorid, Natriumfluorid oder Graphit oder Geben einen universellen Einsatz beim Walzen, Pressen, mischen davon bestehen, bedeutend bessere Schmier-Schmieden, Ziehen, Lochen und Stoßen und weisen eigenschaften als bisher bekannte Schmierstoffe beeine ausgezeichnete Schmierwirkung bei den Verfor- sitzen.

mungsvorgängen, bei denen hohe Temperaturen und Dabei kann das Schmelzprodukt zusammengesetzt

Drucke auftreten, auf. 65 _S£!i_{n aus} 30 bis 60 Gewichtsprozent P₂O₅, 10 bis 35 Ge-

Die 2:ur Zeit zur Verfügung stehenden Schmierstoffe wichtsprozent Alkalioxyd, 5 bis 25 Gewichtsprozent sind nicht in der Lage, den Reibungswiderstand zwi- B₂O₃, 0 bis 25 Gewichtsprozent ZnO und 0 bis 25 Gesehen dem heißen zu verformenden Metall und den wichtsprozent Al₂O₃. Der Zusatz kann bestehen aus

1 bis 25 Gewichtsprozent ZnS, 1 bis 25 Gewichtsprozent CaF₈, 1 bis 25 Gewichtsprozent NaF, 1 bis 25 Gewichtsprozent Graphit oder Gemischen davon.

Durch den Zusatz des Zinksulfids, der Metallfluoride oder des Graphits zu den eigentlichen Grundsubstanzen auf Phosphatbasis wird eine beträchtliche Verbesserung der Schmiereigenschaften, insbesondere beim Strangpressen von Stahl, erzielt. Die Schmiereigenschaften der Kombinationen liegen dabei bedeutend besser als die der Einzelkomponenten.

Der Schmelzbereich des Schmiermittels muß so gewählt werden, daß der Schmierstoff optimales Haftvermögen auf dem Werkzeug und relativ leichtes Aufschmelzen auf dem Werkstück aufweist. Andererseits darf die Viscosität während des Umformvorgangs nicht zu niedrig werden, damit der Schmierstoff nicht abfließt oder der Schmiermittelfilm reißt.

Die dem Schmierstoff-Grundkörper zusätzlich zugemischten Schmierhilfsstoffe unterstützen und verbessern den Schmiervorgang. Die Viskositätseigenschaft des Phosphatkörpers bestimmt die Einbaumöglichkeiten des nachträglich zugesetzten Schmierzusatzstoffes.

Die Wirkung der Zusatzstoffe beim Umforrnvorgang läßt sich folgendermaßen erklären:

Graphit und Zinksulfid (Wurtzit) wirken als typische Schichtgittermineralien in fester Form als Gleitmittel; ebenso ist Calciumfluorid auf Grund der guten Spaltbarkeit des Flußspats nach dem Octaeder als Gleitmittel in fester Form anzusehen. Natriumfluorid bewirkt dagegen als wasserlösliches Fluorid eine Entfernung der harten und spröden Sekundärzunderschicht.

Mit den neuen Schmierstoffen kann sowohl eine Block-, Matrizen- und Dornschmierung vorgenommen werden. Das hat den Vorteil, daß zur Schmierung des relativ kalten Werkzeugs als auch des heißen Werkstücks nur ein Schmierstoff benötigt wird.

Durch den neuen Schmierstoff wird im Falle des Strangpressens, Stoßens oder Lochens bei der Herstellung nahtloser Rohre eine beträchtliche Standzeiterhöhung für die teuren Werkzeuge erreicht.

Die neuen Schmierstoffe 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 Schmierstoffs beim Strangpressen sowohl zur Schmierung des Werkzeuges als auch des Werkstückes eingesetzt werden soll, so muß sie 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 Wirkung zu erzielen, genügt es üblich«- weise nicht, den Schmierstoff nur in Wasser zu dispergieren. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß eine Dispersion des Schmierstoffs, der hochdisperse Kieselsäure, wobei 2 bis 10%, insbesondere 5 bis 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 Schmierstoffs in der wäßrigen Dispersion kann K) bis 70, insbesondere 40 bis 60% betragen.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern:

Beispiel 1

Es wurde ein Hochtemperaturschmierstoff gemischt, der 90 Teile eines Alkali-Phosphat-Borat-Schmelzproduktes, bestehend aus

46,6 Gewichtsprozent P₂O₅,

20.6 Gewichtsprozent Na₂O,

12,7 Gewichtsprozent K₂O und
20,1 Gewichtsprozent B₂O₃

und 10 Teile CaF₂ enthält.

Das Alkali-Phosphat-Borat-Schmelzprodukt hatte einen Schmelzbereich von 500 bis 600⁰C. Dieser Hochtemperaturschmierstoff, der in feinpulvriger Form vorlag, wurde zum Strangpressen von Stahl St 45 verwendet, indem er als Pulver auf den etwa 1100°C heißen Stahlblock aufgepudert und in Form einer 50%igen wäßrigen Dispersion auf die Matrize gepinselt wurde. Auf einer hydraulischen Strangpresse wurden Stahlblöcke von 540 mm Länge und 230 mm Durchmesser zu Rohrluppen der Abmessung 94,5 · 7,25 mm verpreßt. Die Standzeit einer Matrize betrug 43 Rohre.

Beispiel 2

Ein Hochtemperaturschmierstoff wurde hergestellt, indem man 85 Teilen eines Schmelzproduktes, bestehend aus

58,4 Gewichtsprozent P₂O₅,
18,3 Gewichtsprozent Na₂O,

8.6 Gewichtsprozent K₂O.
9,0 Gewichtsprozent B₂O₃ und

5.7 Gewichtsprozent Al₂O₃,
35

15 Teile NaF zumischt.

Der Schmelzbereich des Schmelzprodukts wurde durch das NaF von 540 bis 950 C auf 520 bis 780C erniedrigt. Der gemahlene Hochtemperaturschmierstoff hatte einen Feinanteil von 98% <40 μ. Zum Strangpressen von Stahl St 35 wurde der Hochtemperaturschmierstoff als 50%ige wäßrige Dispersion auf den etwa HOO³C heißen Stahlblock gesprüht und auf die Matrize aufgepinselt. Wie im Beispiel 1 wurden Stahlblöcke von 400 mm Länge und 200 mm Durchmesser zu dünnwandigen Rohrluppen der Abmessung 89 · 4,5 mm verpreßt. Die Standzeit einer Matrize lag bei 40 Rohren.

Beispiel 3

Ein Hochtemperaturschmierstoff wurde hergestellt, indem man 90 Teile eines Schmelzprodukts, bestehend aus

55,6 Gewichtsprozent P₂O₅,
13,0 Gewichtsprozent Na₂O,
9,1 Gewichtsprozent K₂O,
15,6 Gewichtsprozent B₂O₃ und
6,7 Gewichtsprozent Al₂O₃,

mit 10 Teilen ZnS versetzte.

Der Schmelzbereich der feinpulvtigen Mischung lag bei 600 bis 1050 C. Dieser K,ochtemperatur-Schmierstoff wurde zum Strangpressen; von Stahl St 35 auf den etwa 1100'C heißen Block gepudert und in Form einer 60%igen wäßrigen Dispersion auf die Matrize gesprüht. Bei Block- und Rohrabmessungen

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 Gewichtsprozent P₂O₅,

17,5 Gewichtsprozent Na₂O,

7,8 Gewichtsprozent K₂O und 15,1 Gewichtsprozent B₂O₃

bestand, 8 Teil; Graphit zugemischt wurden.

Der Schmelzbereich des Schmelzprodukts lag bei 550 bis 650' C. Die gemahlene Mischung hatte einen Feinanteil von 85% <40 μ. Zum Strangpressen von Stahlrohren der Qualität St 55 wurde der Hochtemperaturschmierstoff in Form einer 45%igen wäßrigen Dispersion sowohl auf die etwa 110O⁰C heißen Stahlblöcke als auch auf die Matrize gesprüht.

Stahlblöcke von 480 mm Länge und 230 mm Durchmesser wurden zu Rohrluppen der Abmessung 60,3 · 8 mm verpreßt. Die Standzeit einer Matrize lag bei 45 Rohren. 2j

Beispiel 5

Zu einem Hochtemperaturschmierstoff wurden 90 Teile eines Phosphat-Borat-Schmelzprodukts, das

55,4 Gewichtsprozent P₂O₅, 18,2 Gewichtsprozent Na₂O,

7,2 Gewichtsprozent K₂O, 12,1 Gewichtsprozent B₂O₃ und

7,1 Gewichtsprozent Ai₂O₃

enthielt, und 10 Teile NaF gemischt.

Der Schmelzbereich des Schnelzprodukts lag zwischen 580 und 960 C. Durch den Zusatz von NaF wurde dieser Bereich auf 530 bis

OVJLl V, ......^ _o_. _ _

Schmierstoff hatte eine Körnung von Stahl St

1100 C heilsen diock um»«·»· — .

aus Schmelzprodukt und NaF bestehenden wäßrigen MischunT 5 Gewichtsteile hochdisperser Kieselsaure

Tufemer hydraulischen Strangpresse wurden Stahlblöcke deicher Abmessungen, wie im Beispiel 3 bereks erwännt, verpreßt. Die Standzeit einer Matnze betrug 48 Rohre.

Beispiel 6

Es wurde ein Hochtemperaturschmierstoff aus 85 Teilen eines Schmelzprodukts, das 58,4 Gewichtsprozent P₂O₅,
18,3 Gewichtsprozent Na₂O,

8.6 Gewichtsprozent K₂O,
9,0 Gewichtsprozent B₂O₃,

5.7 Gewichtsprozent Al₂O₃

enthält und 15 Gewichtsteilen ZnS gemischt. ^e Der 'Schmelzbereich des Hochtemperaturschm.er- - ch von 550 bis 750 C.

Hochtemperaturschmierstoff hatte

"oT 5

^tATd*"ocTrne 5ner Stoßbankanlage Zum ^^mi5I^e"^u _{75rc he}ißen Dorne mit einer Dispel™ defnochtemperaturschmierstoffs

Äem Verformungsfaktor von 22 ir,der, RoI^nkalibern der Stoßbank wurde eine ausgezeichnete Haltbarkeit der Dornstangen festgestellt.

Claims

Werkzeugen so weit zu senken, daß die Standzeit gePatentansprüche: nügend groß und wirtschaftlich wird. Bei sehr harten und schwer umformbaren Stählen müssen meist die

1. Hochtemperaturschmierstoff für die Warm- verwendeten Matrizen bereits nach wenigen Pressunverformung von Metallen, dadurch ge- 5 gen ausgetauscht werden, da die Maßgenauigkeit der kennzeichnet, daß er aus einem Schmelz- gepreßten Rohre infolge des Verschleißes der Matrizen produkt von Phosphaten und Boraten der Alkali- nicht mehr gewährleistet ist.

metalle und gegebenenfalls des Zinks und/oder Alu- Es hat aus wirtschaftlichen Gründen nicht an Überminiums und einem Zusatz von Zinksulfid, CaI- legungen gefehlt, als Schmierstoffe für die Warmumciumfluorid, Natriumfluorid, Graphit oder Ge- ic formung von Metallen relativ billige Rohstoffe zu vermischen davon besteht. wenden, so hat man z. B. billige Rohstoffe aus dem

2. Hochtemperaturschmierstoff für die Warm- Mineralbereich verwendet, die entweder in ihrer urverformung von Metallen nach Anspruch 1, da- sprünglichen Form durch Zerkleinern oder nach Sindurch gekennzeichnet, daß er terungs- oder Schmelzprozessen eingesetzt wurden.

15 Man hat außerdem anorganische Zusätze beigemischt,

a) aus einem Schmelzprodukt mit der Zusam- _{wje z B} Natriumcarbonat, Natriumborat, Calciummensetzung fluorid, eisenhaltige Silikate, Calciumoxyd oder Magne-30 bis 60 Gewichtsprozent P₂C)₆, tit, oder Natriumchlorid, Eisen-, Aluminium- oder 10 bis 35 Gewichtsprozent Alkalioxyd, K jpferoxyd.

5 bis 25 Gewichtsprozent B₂C)₃, 20 Außerdem ist die Verwendung von Schmierstoffen,

0 bis 25 Gewichtsprozent Zn(D, die hauptsächlich aus Graphit bestehen, für die Warm-

0 bis 25 Gewichtsprozent Al₂O₃ und Umformungsprozesse üblich, wobei jedoch infolge der

auftretenden Aufkohlung der metallischen Werkstoffe