EP1135543B1

EP1135543B1 - Vorbereitung von werkstücken für die kaltumformung

Info

Publication number: EP1135543B1
Application number: EP99969750A
Authority: EP
Inventors: Klaus-Dieter Nittel; Uwe Rau
Original assignee: Chemetall GmbH
Current assignee: Chemetall GmbH
Priority date: 1998-09-28
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2002-06-05
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: US6482273B1; WO2000018983A1; DE19844391A1; ES2178504T3; DE59901680D1; EP1135543A1; DE19844391C2; ATE218629T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung von phosphatierbaren Werkstücken für die spanlose Kaltumformung durch saures Beizen, Spülen, Trocknen und Behandeln mit sauren, Phosphationen enthaltenden Reaktionsschmiermitteln.

Saure Reaktionsschmiermittel besitzen einen öligen Charakter und zeichnen sich dadurch aus, daß sie neben einem organischen Gleitmittel Bestandteile enthalten, die zur Ausbildung eines Konversionsüberzuges auf der Oberfläche des umzuformenden Werkstückes befähigt sind (US-A-3 525 651, US-A-2 739 915, DE-B-21 02 295, EP-A-24 062, EP-A-25 236). Die in der Praxis mit Abstand wichtigsten Reaktionsschmiermittel enthalten als den Konversionsüberzug bildende Komponente Phosphorsäure oder Zinkphosphat. In Gegenwart von Phosphorsäure entstehen bei der Behandlung der umzuformenden Werkstücke im wesentlichen Eisenphosphatschichten, bei Verwendung von Zinkphosphat enthaltenden Reaktionsschmiermitteln Konversionsschichten aus Zinkphosphat bzw. Zinkeisenphosphat. Die in der Regel im Tauchen applizierten Reaktionsschmiermittel erzeugen auf der Oberfläche des Werkstückes einen festverwachsenen Konversionsüberzug, der gewährleistet, daß bei der Umformung ein hohes Maß an Trennung von Werkstück und Umformwerkzeug erfolgt, andererseits eine feste Bindung des organischen Gleitmittels auf der Werkstückoberfläche gegeben ist.

Die ersten Behandlungsstufen für die übliche Vorbereitung von Werkstücken, insbesondere von Rohren, besteht aus dem Blankglühen unter Schutzgas bei ca. 920°C, dem anschließenden Beizen in Salzsäure oder Schwefelsäure und einer gegebenenfalls mehrstufigen Wasserspülung. Die sich üblicherweise anschließende Weiterbehandlung der Werkstücke vor dem In-Kontakt-Bringen mit dem Reaktionsschmiermittel erfolgt durch Trocknung, gegebenenfalls nach erneuter Spülung mit einer alkalischen Lösung eines Rostschutzmittels, wie Borax, Soda, Nitrit, Phosphat oder Natronlauge bzw. Mischungen hiervon. Die Trocknung ist erforderlich, da saure Reaktionsschmiermittel empfindlich auf einen ständigen Wassereintrag reagieren.

Sowohl die bloße Trocknung, wie auch die Trocknung mit vorheriger Spülung mit Rostschutzmittellösungen ist im Hinblick auf die folgende Behandlung mit dem sauren Reaktionsschmiermittel nachteilig. Die bloße Trocknung ist mit einem Rostbefall verbunden, der sich auf die Phosphatierbarkeit des Werkstückes nachteilig auswirkt, indem die erforderliche Dichte und Haftfestigkeit der gebildeten Phosphatschicht nicht gewährleistet ist. Die vor der Trocknung praktizierte Spülung mit einer Lösung alkalischer Rostschutzmittel ist mit einer beträchtlichen Salzeinschleppung in das saure Reaktionsschmiermittel verbunden, was einerseits zu einer erheblichen Schlammbildung und andererseits zur Verminderung der Funktionsfähigkeit wegen ständigen Eintrags alkalischer Substanzen führt. Darüber hinaus ist die Schichtausbilung behindert, da saure Reaktionsschmiermittel die alkalische Werkstückoberfläche nur ungleichmäßig anbeizen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorbereitung von phosphatierbaren Werkstücken für die spanlose Kaltumformung unter Einsatz saurer Reaktionsschmiermittel bereitzustellen, das die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, bei dem die Werkstücke in die Verfahrensstufe der Behandlung mit dem sauren Reaktionsschmiermittel in rostfreiem Zustand eingeführt werden und bei dem eine einwandfreie Einwirkung des sauren Reaktionsschmiermittels ohne dessen nachteilige Beeinträchtigung erreichbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst, in dem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung in der Weise ausgestaltet wird, daß man die Werkstücke vor dem Trocknen mit einer Lösung spült, die Milchsäure enthält und einen pH-Wert unterhalb 3 aufweist.

Für die Kaltumformung bestimmte phosphatierbare Werkstücke bestehen insbesondere aus Stahl in Form von Draht, Rohr, Profilen, Ronden etc., die durch Ziehen, Kaltfließpressen, Walzen etc. umgeformt werden.

Durch die Spülung mit der Milchsäure enthaltenden Lösung entsteht auf der Werkstückoberfläche eine aus Eisenlactat gebildete Schicht, die durch eine violette Farbe erkennbar ist.

Diese Schicht ist nicht nur rostschützend, sondern wirkt auf die Schichtbildung bei der Behandlung mit dem sauren Reaktionsschmiermittel aktivierend.

Zwar ist es aus DE-B-2103086 bekannt, Werkstücke nach einer alkalischen Reinigung und vor der Phosphatierung mit anschließender Elektrotauchlackierung bei einer Temperatur unterhalb 60°C mit einer wässrigen Lösung, deren pH-Wert mit Milchsäure auf 4 bis 5,5 eingestellt ist und die nichtionisches Tensid enthält, in Berührung zu bringen. Jedoch wird darin von einer Behandlung in der Weise, daß Lactatschichten gebildet werden, unter Hinweis auf eine mögliche Beeinträchtigung bei der anschließenden Aufbringung der Phosphatschicht gewarnt. Infolge der in diesem Dokument ausgesprochenen Warnung vor einer Arbeitsweise, die die Ausbildung einer Lactatschicht zur Folge hat, war in keiner Weise zu erwarten, daß sich eine derartige Eisenlactatschicht nicht nur bezüglich des Korrosionsschutzes, insbesondere aber im Hinblick auf die anschließende Behandlung mit dem sauren Reaktionsschmiermittel positiv auswirkt.

Die Einstellung des pH-Wertes unterhalb 3 kann allein mit Milchsäure erfolgen. Aus Kostengründen ist es jedoch zweckmäßig, zur Einstellung des pH-Wertes zusätzlich Phosphorsäure und/oder Schwefelsäure zu verwenden. Hierbei ist entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung Phosphorsäure bevorzugt, da das abschließend aufgebrachte Reaktionsschmiermittel Phosphationen enthält und mithin die mit Spüllösung unvermeidbar eingetragenen, von der Phosphorsäure stammenden Phosphationen nicht artfremd sind.

Demzufolge sieht bei Mitverwendung von Phosphorsäure und/oder Schwefelsäure eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, die Werkstücke mit einer Lösung zu spülen, die 1 bis 50 g/l Milchsäure enthält. Obgleich auch eine Milschsäurekonzentration außerhalb des bevorzugten Bereiches zu brauchbaren Lactatschichten führt, ergeben Milchsäurekonzentrationen im bevorzugten Bereich Lactatschichten, die hinsichtlich Korrosionsschutz und Aktivierung der Schmierschichtausbildung besonders vorteilhaft sind.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Werkstücke mit einer Lösung zu spülen, die Milchsäure und Phosphorsäure in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 9 bis 9 : 1 enthält. Diese Ausgestaltung ist unter Berücksichtigung sowohl der Schichtqualität als auch der Kostensituation besonders vorteilhaft.

Die Spülung mit der Milchsäure enthaltenden Lösung kann mit einer Lösungstemperatur von 20 bis 90°C erfolgen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung empfiehlt es sich, die Werkstücke mit einer Lösung einer Temperatur von 60 bis 80°C zu spülen.

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Unter Schutzgas bei ca. 920°C blankgeglühte Rohre der Stahlqualität St34/2 wurden zunächst in einer Beizlösung von 50°C, enthaltend

150 g/l	Schwefelsäure
60 g/l	Eisen II

für die Dauer von 15 min. gebeizt und anschließend in zwei Stufen mit kaskadenartig geführtem Spülwasser gespült.

Anschließend wurden die noch nassen Rohre entsprechend der Erfindung mit einer Lösung gespült, die

10 g/l	Milchsäure
20 g/l	Phosphorsäure

enthielt und einen pH-Wert von < 3 aufwies. Es betrugen die Temperatur der Spüllösung 70°C und die Spüldauer 3 min. Anschließend wurden die Rohre an der Luft antrocknen gelassen und mit der anhaftenden Restfeuchte in konventioneller Weise mit einem sauren, Phosphationen enthaltenden Reaktionsschmiermittel behandelt und durch Rohrzug umgeformt.

Die nach der Spülung angetrockneten Rohre zeigten keinerlei Rostbefall und besaßen eine Eisenoxid enthaltende Lactatschicht von blauviolettem Aussehen. Die sich anschließende Behandlung mit dem Reaktionsschmiermittel führte zu einwandfreien Schmiermittelschichten. Eine irgendwie geartete Beeinträchtigung des Reaktionsschmiermittels erfolgte nicht.

Zum Vergleich wurden Rohre gleicher Qualität dem vorstehend beschriebenen Verfahrensgang unterworfen, jedoch erfolgte anstelle der Spülung mit der Milchsäure enthaltenden Lösung eine dritte Spülung mit warmem Wasser.

Nach Antrocknung der Rohre zeigte sich ein beträchtlicher Rostbefall, der bei der anschließenden Behandlung mit dem gleichen Reaktionsschmiermittel für eine ungleichmäßige Phosphatschichtausbildung hinsichtlich Dichte und Haftfestigkeit verantwortlich war.

Claims

Verfahren zur Vorbereitung von phosphatierbaren Werkstücken für die spanlose Kaltumformung durch saures Beizen, Spülen, Trocknen und Behandeln mit sauren, Phosphationen enthaltenden Reaktionsschmiermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß man die Werkstücke vor dem Trocknen mit einer Lösung spült, die Milchsäure enthält und einen pH-Wert unterhalb 3 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Werkstücke mit einer Lösung spült, die zusätzlich Phosphorsäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Werkstücke mit einer Lösung spült, die 1 bis 50 g/l Milchsäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Werkstücke mit einer Lösung spült, die Milchsäure und Phosphorsäure in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 9 bis 9 : 1 enthält.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Werkstücke mit einer Lösung einer Temperatur von 60 bis 80 °C spült.