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Verfahren zum Warmpressen metallischer Werkstücke
Die Erfindung betrifft ein Schmierverfahren beim Strangpressen von Stahl, Titan, ihren Legierungen u. ähnl. Metallen.
Das Strangpressen sowohl von Stahl als auch Titanlegierungen ist zur Zeit mit vielen Schwierigkeiten verbunden. Es erwies sich bisher als äusserst schwierig, ausreichende Schmierung während des Warmstrang- pressens dieser Metalle sicherzustellen. Die zum einwandfreien Verpressen von Stahl notwendigen hohen
Temperaturen führten zu einem übermässigen Verschleiss der Matrize, so dass sowohl ausreichende Schmierung als auch Kühlung der Matrize erforderlich sind. Die Leichtigkeit, mit der fressender Verschleiss ein- tritt, wenn Titan gerieben oder stranggepresst wird, erfordert ausgezeichnete Schmierung für erfolgreiches
Strangpressen. Ferner sind im Temperaturbereich, in dem das Warmstrangpressen durchgeführt wird, selbst die bekannten festen Schmiermittel aus verschiedenen Gründen nicht völlig zufriedenstellend.
Die bisherigen Mängel werden durch ein verbessertes Schmiermittel zum Warmstrangpressen von Metallen sowie durch ein verbessertes Schmierverfahren beim Warmstrangpressen behoben. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Schmiermittels zum Warmstrangpressen von Metallen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert. Fig. l ist ein Längsschnitt durch den Aufnehmer einer Strangpresse, wobei gleichzeitig die Matrize zum Strangpressen eines massiven Stabes dargestellt ist.
Fig. 2 ist ein ähnlicher Schnitt wie Fig. l und veranschaulicht, wie ein Stopfen aus Glas, der zwischen Matrize und Werkstück gelegt wird, die Matrize schmiert.
In den Zeichnungen ist 2 ein Werkstück aus Stahl, z. B. ein Block oder Knüppel, der von einer Strangpresskammer 3, die durch einen Aufnehmer 4 gebildet wird, aufgenommen wird. Eine Matrize 5 ist an einem Ende der Strangpresskammer 3 angeordnet und mit einer Düsenöffnung 6 versehen, durch die der Stab durch Druck, der von einem Stempel 7 auf das Werkstück 2 ausgeübt wird, strangzupressen ist. Ein Glasstopfen 8 ist zwischen die Matrize 5 und das Werkstück 2 geschoben und legt sich gegen einen Absatz 9, der die Düsenöffnung 6 umgibt. In der dargestellten Ausführungsform ist der Glasstopfen ringförmig.
Der ringförmige Stopfen 8 muss den grössten Teil des Absatzes 9 bedecken. Nach der Einführung des Glasstopfens 8 in die Strangpresskammer 3 wird das auf Strangpresstemperatur erhitzte Werkstück 2 in die Strangpresskammer 3 eingeführt und mit Hilfe des Pressstempels 7 durch die Düse 6 gepresst.
Wie der Glasstopfen 8 die Düse 5 schmier, ist in Fig. 2 dargestellt. Der auf beispielsweise 12000 erhitzte Pressblock 2 berührt die Oberfläche 10 des Glasstopfens 8, während die andere Oberfläche 11 die Matrize 5 berührt, deren Temperatur aus einem vorherigen Pressvorgang beispielsweise 3000 beträgt. Es besteht somit im Glasstopfen 8 ein Temperaturgradient. Mit dem Fortgang des Pressens schmilzt die Oberfläche 10 des Stopfens 8, der mit dem erhitzten Pressblock 2 in Berührung ist, und das geschmolzene Glas wird rings um den Stab B durch die Düsenöffnung ausgepresst. Der in unmittelbarer Berührung mit dem Pressblock 2 stehende Glasfilm kann so dünnflüssig sein, dass er der Düse nur ungenügenden Schutz bietet.
Da jedoch im Stopfen 8 ein Temperaturgradient vorhanden ist, wird die Viskosität des Glasfilms zwischen der Oberfläche 10 und der Oberfläche 11 progressiv höher. Durch den ausgeübten Druck werden die
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Filme entfernt, deren Zähflüssigkeit zum wirksamen Schutz der Matrize nicht ausreicht, und es stellt sich automatisch ein Gleichgewicht zwischen dem zum Auswerfen des Glasfilms erforderlichen Druck und dem der Zähflüssigkeit der verbleibenden Filme entsprechenden Widerstand ein.
Es wird also in jedem gege- benen Augenblick des Strangpressens ein Film ausgestossen, der zu dünnflüssig ist, um der Matrize wirk- samen Schutz zu bieten, jedoch ist angrenzend an diesen zu dünnflüssigen Film ein Film vorhanden, des- sen Zähflüssigkeit einen solchen Wert hat, dass der Film ununterbrochen rings um den Stab B aus der Dü- senöffnung fliesst und der Düse wirksamen Schutz bietet. Der Pressblock 2 wird mit solcher Geschwindigkeit verpresst, dass die den Pressblock 2 berührende Oberfläche 10 des Glasstopfens 8 ununterbrochen schmilzt und unter dem angewandten Druck kontinuierlich durch die Düsenöffnung 6 rings um den Strang
B fliesst, während die Oberfläche 11 des Glasstopfens 8, die mit dem Absatz 9 in Berührung steht, praktisch fest bleibt.
Nach Abschluss des Strangpressvorganges bleibt ein Teil des Glasstopfens 8, der praktisch fest ist, in der Kammer 3 des Aufnehmers zurück. Dieses Strangpressverfahren ist im wesentlichen in der USA-Patentschrift Nr. 2, 538, 917 beschrieben.
Gemäss der Erfindung wird bei einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art ein Schmiermittelstück verwendet, das im wesentlichen aus einem glasähnlichen Bindemittel besteht, in welchem als feinteiliges festes Schmiermittel Graphit, Molybdändisulfid oder Bornitrid dispergiert ist. Das glasähnliche Bindemittel selbst, das bei der Strangpresstemperatur einen weiten Viskositätsbereich hat und bei dieser
Temperatur nicht verbrennbar ist, also im Gegensatz zu einem wahren Schmelzpunkt einen weiten Schmelzbereich hat, wirkt an sich schmieren Es zeigte sich jedoch. dass die erfindungsgemäss kombinierte Schmierwirkung des Glases und des dispergierten feinteiligen festen Schmiermittels der Schmierwirkung von Glas allein überlegen ist.
Bedingt durch den Schutz des Glases, in dem sie dispergiert sind, oxydieren die festen Schmierstoffteilchen selbst bei den hohen Strangpresstemperaturen nicht, noch werden sie instabil. Es ist zwar schon bekannt, als Schmiermittel Glas zu verwenden, in dem Glimmerpulver verteilt ist. Das Glimmerpulver löst sich bei den hohen Presstemperaturen im Glas auf und verliert infolge von Reaktionen mit den Glasbestandteilen seine schmierenden Eigenschaften.
Laboratoriumsuntersuchungen und Strangpressversuche wurden durchgeführt, um Gemische von Glas und festen Schmiermitteln für das Strangpressen von Stahl und Titanlegierungen zu bewerten. Die Strangpressversuche wurden mit unlegiertem Kohlenstoffstahl und einer Ti-6 AI-4 V-Legierung durchgeführt. Zur Feststellung der Eignung beim Strangpressen eines V-förmigen Profils aus unlegiertem Kohlenstoffstahl bei 12000C wurden Mischungen aus verschiedenen Glaspulvern und l-90 Vol.-% Graphit, Molybdändisulfid oder Bornitrid hergestellt. Die Eignung der Mischungen wurde an Hand der Veränderung der Abmessungen bestimmt, die durch Düsenverschleiss an der inneren Fussabrundung und an der Fusshöhe verursacht wurde.
Zum Vergleich diente das normalerweise zum Strangpressen von Stahl verwendete Fensterglas. Im Vergleich zu Fensterglas allein wurde durch Mischungen aus Fensterglas und festen Schmierstoffen, die bis zu 401o Graphit, bis zu 10% Molybdändisulfid oder bis zu 10% Bornitrid enthielten der Verschleiss der Düse wirksamer verringert. Ferner wurden mit andern Glassorten, mit denen Graphit oder Molybdändisulfid gemischt war, bessere oder zumindest die gleichen Ergebnisse im Vergleich zu Fensterglas allein erzielt.
Beim Strangpressen vonssundstäben aus Titanlegierung bei 9100C wurden gute Ergebnisse mit Mischungen aus Glas und Feststoffen als Schmiermittel ernalten, wobei sich Graphit als festes Schmiermittel am besten bewährte.
Die besten Ergebnisse wurden allgemein mit Mischungen erzielt, in denen die Mepge des festen Schmiermittels 10% oder weniger betrug. So zeigte sich, dass der Vorteil der Anwesenheit des festen Schmiermittels vielleicht mehr durch seine Fähigkeit, die Wirkung des Glases zu verbessern, als durch seine eigentliche Schmierwirkung gegenüber dem Metall bedingt ist. Feste Schmiermittel können die scheinbare Viskosität der Glas-Feststoff-Mischung erhöhen. So kann ein weniger zähflüssiges Glas während des Verpressens des Pressblocks als Schmierfilm aufrecht erhalten werden. Graphitflocken können ausserdem die Wärmeleitfähigkeit der Mischung verbessern, so dass eine dickere Glasschicht erhitzt wird.
Eine weitere wichtige Möglichkeit besteht darin, dass die Anwesenheit der festen Schmierstoffteilchen in Mischung mit den Glasteilchen eine bessere Verteilung des Glases zu Beginn des Strangpressens ermöglicht und die Menge an ungeschmolzenen, abschleifend wirkenden Glasteilchen, die durch die Düse ausgepresst werden, verringert.
Darüber hinaus wirken Graphitteilchen zwischen den ungeschmolzenen Glasteilchen als Schmiermittel in der Bewegung dieser Teilchen gegeneinander und verhindern, dass feste Glasteilchen, die mit der Düse und dem Matrizenhalter in Berührung kommen, deren Oberfläche verkratzen. Sie erleichtern ferner die Formung der Glasplatte gegen den Matrizenhalter.
Zwar wurde eine gewisse Verbesserung bei allen drei festen Schmiermitteln-Graphit, Molybdändi-
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sulfid und Bornitrid-erzielt, jedoch zeigte sich, dass die Graphit enthaltenden Mischungen am besten sind.
Die Menge des festen Schmiermittels, die vom Glas aufgenommen und vor Oxydation geschützt werden kann, wurde ermittelt, indem kleine Mengen von Mischungen aus Glas und festem Schmiermittel auf 926 C erhitzt wurden. Es wurde festgestellt, dass bis zu 90 Gew. -0/0 Molybdändisulfid in eine solche Mischung eingearbeitet und vor Oxydation geschützt werden konnte. Die maximalen Graphit- und Bornitridmengen waren infolge ihres niedrigeren Schüttgewichts etwas geringer.
Folgende Faktoren sind für das zulässige Verhältnis von festem Schmiermittel zu Glas massgebend :
1. Erweichungstemperatur und Viskosität des Glases ;
2. Teilchengrösse des Glases und des festen Schmiermittels und
3. Raumgewicht des Glases und des festen Schmiermittels.
Bei den niedriger sclimelzendenGlassorten pflegten die Teilchen des festen Schmiermittels leichter abzublättern, während höher schmelzende Glassorten das Abblättern unterdrückten. Bei einer gegebenen Glassorte wurde die Fähigkeit, das feste Schmiermittel zu bedecken und zu schützen, mit zunehmender Vis- kosität geringer. Bei Verwendung von Platten aus einer Mischung von Glasteilchen und festen Schmiermittelteilchen wurden die besten Ergebnisse erzielt, wenn die Grösse der Glasteilchen zwischen 74 und 297 lag. Die Teilchen des festen Schmiermittels sollten möglichst fein sein. Zweckmässig sind wenigstens 50% der Teilchen des festen Schmiermittels kleiner als 74 li und vorzugsweise alle kleiner als 44 u.
Für die Strangpressversuche wurden die Glassorten auf eine Korngrösse unter 74 li gemahlen. Folgende feste Schmiermittel wurden zur Herstellung der Versuchsmischungen verwendet : a) Flockengraphit, dessen Teilchengrösse zu 100% unter 44 li lag. b) Molybdändisulfid, dessen Teilchen zu 98% kleiner als 74 p. und zu 70% kleiner als 44 t waren. c) Bornitridpulver von hoher Reinheit (über 95%) und einer Teilchengrösse unter 44 u.
Als feinteilige feste Schmiermittel für die Zwecke der Erfindung werden plättchenförmige Stoffe und von diesen wiederum Graphit, Molybdändisulfid und Bornitrid bevorzugt. Es wurde festgestellt, dass je nach den vorstehend genannten Faktoren Schmierstoffmischungen verwendet werden können, die etwa 1-90 Vol.-% festes Schmiermittel, Rest Glas, enthalten.
Für Zwecke der Erfindung geeignete Glassorten sind nachstehend als Beispiel angeführt (Zusammensetzung in Gel.-%).
EMI3.1
<tb>
<tb>
Nr. <SEP> l <SEP> Nr. <SEP> 2 <SEP> Nr. <SEP> 3 <SEP> Nr <SEP> A <SEP>
<tb> Si02 <SEP> 71, <SEP> 45 <SEP> 33, <SEP> 6 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 52, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Na2O <SEP> 15,85 <SEP> 16,0 <SEP> 19,8 <SEP> 29,5
<tb> B2O3 <SEP> - <SEP> 35,5 <SEP> 18,8 <SEP> 10,0
<tb> CaO <SEP> 8, <SEP> 2 <SEP> 7, <SEP> 45 <SEP> 5, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Al2O3 <SEP> 0,58 <SEP> 1,65 <SEP> 5,5 <SEP> 8,0
<tb> Fep3 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> Pro2-4, <SEP> 9 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 4, <SEP> 75 <SEP>
<tb> SOg-0, <SEP> 60 <SEP>
<tb>
Glas Nr.1 der Tabelle ist typisch für die normalerweise beim Strangpressen von Stahl verwendeten "Fensterglas"-Sorten.
Beispiel l : Ein Pressblock aus unlegiertem Kohlenstoffstahl wurde durch eine V-förmige Düse gepresst, deren innere Fuss abrundung 1, 7 mm und deren Fusshöhe 7 mm betrug. Der während des Strangpressens verwendete ringförmige Schmiermittelstopfen hatte einen Aussendurchmesser von 60 mm, einen Innendurchmesser von 10 mm und eine Dicke von 8 mm. Als Schmiermittel diente "Fensterglas" der Zusammensetzung von Glas Nr.1 der Tabelle, die für die Zusammensetzung der normalerweise beim Strangpressen von Stahl verwendeten Glassorten typisch ist. Zur Herstellung der Scheibe wurde das Glas auf eine Feinheit von weniger als 74 li gemahlen und zur Bildung der Scheibe mit Natriumsilikat agglomeriert. Etwa 3% Natriumsilikat wurden verwendet.
Vor dem Verpressen wurde der Block in einem BaCl-Salzbad
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auf 12000 C erhitzt. Da das am Pressblockhaften gebliebene restliche Salz aus dem Heizbad genügend Schutz und Schmierung gewährte, wurde kein Glas auf den Block aufgebracht. Der Aufnehmer wurde jedoch vor dem Verpressen leicht mit einer Fett-MoS-Mischung eingerieben. Die Matrize und die Pressscheibe waren aus warmgeformtem Werkzeugstahl hergestellt und auf eine Rockwell-C-Härte von 45 bis 50 gehärtet. Sie wurden nicht vorgewärmt.
Die Strangpressbedingungen waren folgende :
EMI4.1
<tb>
<tb> Grösse <SEP> des <SEP> Pressblocks <SEP> : <SEP> Durchmesser <SEP> 60 <SEP> mm, <SEP> Länge <SEP> 140 <SEP> mm
<tb> Strangpressverhältnis: <SEP> 41,55: <SEP> 1
<tb> Presstemperatur <SEP> : <SEP> 12000C <SEP>
<tb> Aufnehmertemperatur <SEP> : <SEP> 320 C
<tb> Presskolbengeschwindigkeit <SEP> : <SEP> 148-164 <SEP> mm/sec.
<tb>
Die Wirksamkeit des Schmiermittels wurde an Hand des Düsenverschleisses ermittelt. Der Düsenverschleiss wurde bestimmt durch Messen der inneren Fussabrundung und der Fusshöhe der V-förmigen Düse.
Die innere Fussabrundung R nahm um 2, 1 mm, die Fusshöhe e um 1, 0 mm während des Verpressens zu.
Beis piel 2 : Die Bedingungen und Werkstoffe waren die gleichen wie in Beispiel 1, jedoch war die Zusammensetzung der Schmiermittelscheibe eine andere. Sie bestand in diesem Fall aus einer Mischung
EMI4.2
l (Teilchengrösse : 100'%)grösse : 100% kleiner als 44 ), die mit Natriumsilikat als Binder agglomeriert waren. R nahm um 1, 3 mm, e um 0,6 mm zu.
Beispiel 3 : Die Bedingungen und Werkstoffe waren die gleichen wie in Beispiel 2, jedoch wurden in diesem Fall 10% Graphit an Stelle von 5% in der Schmiermittelscheibe verwendet. R nahm um 1, 2 mm, e um 0,5 mm zu.
Beispiel 4: Die Bedingungen und Materialien waren die gleichen wie in Beispiel 1.ausser dass40% Graphit in der Schmiermittelscheibe und ein hitzehärtbares Phenol-Formaldehyd-Harz an Stelle von Natriumsilikat als Binder verwendet wurden. R nahm um 1, 8 mm, e um 0,4 mm zu.
Beispiel 5 : Die Bedingungen und Werkstoffe waren die gleichen wie in Beispiel 2, ausser dass 1% Graphit in der Schmiermittelscheibe verwendet wurde. R nahm um 1, 6 mm, e um 0,7 mm zu.
Beispiel 6 : Die Bedingungen und Werkstoffe waren die gleichen wie in Beispiel 4, ausser dass 90% Graphit im Schmiermittelstopfen verwendet wurden. R nahm um 1,9 mm, e um 0,7 mm zu.
Beispiel 7 : Die Bedingungen und Werkstoffe waren die gleichen wie in Beispiel 2, ausser dass an Stelle von Graphit Molybdändisulfid (98% kleiner als 74 und 70% kleiner als 44 ) verwendet wurde. R nahm um 1,4 mm, e um 0,6 mm zu.
Beispiel 8 : Die Bedingungen und Werkstoffe waren die gleichen wie in Beispiel 3, ausser dass Bornitrid (1000/0 kleiner als 44 g) an Stelle von Graphit verwendet wurde. R nahm um 1,5 mm, e um 0,6 mm zu.
EMI4.3
Glas Nr.$(100% kleiner als 74 ) und 10 Vol.-% Graphit (100% kleiner als 44 u), die mit Natriumsilikat als Binder agglomeriert waren. R nahm um 1, 4 mm, e um 0, 5 mm zu.
Beispiel 11: Abgesehen von der Zusammensetzung der Schmiermittelplatte waren die Bedingun-
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0,7 mm zu.
Beispiel 12 : Ein aus einer Titanlegierung (Ti-6 Al-4 V) bestehender Block wurde durch eine Düse mit flacher Stirnseite und abgerundetem Eingang zu einem Rundstab von 12,5 mm Durchmesser verpresst.
Die während des Fressens verwendete ringförmige Schmiermittelplatte hatte einen Aussendurchmesser von 60 mm, einen Innendurchmesser von 10 mm und eine Dicke von 8 mm. Als Schmiermittel diente das
EMI4.5
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aus warmgeformtem Werkzeugstahl, der auf eine Rockwell-C-Härte von 45-50 gehärtet war, und wurden nicht vorgewärmt.
Die Strangpressbedingungen waren folgende :
EMI5.1
<tb>
<tb> Blockdurchmesser <SEP> : <SEP> 60 <SEP> mm
<tb> Strangpressvexhältnis <SEP> : <SEP> 24. <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP>
<tb> Presstemperatur <SEP> : <SEP> 9100C <SEP>
<tb> Aufuehmertemperatur <SEP> : <SEP> 4000C <SEP>
<tb> Pressstempelgeschwindigkeit <SEP> : <SEP> 125 <SEP> mm/sec
<tb>
Die Wirksamkeit des Schmiermittels wurde durch Messen der Oberflächengüte der Stränge bestimmt.
Je 16 Messungen mit dem Proftlprafer wurden quer zur Pressrichtung am vorderen und hinteren Ende des ausgepressten Stabes vorgenommen. Die ermittelte Oberflächengüte schwankte von 0, 003048bis 0, 00508 mm (Effektivwert).
Beispiel 13 : Die Bedingungen und Materialien waren die gleichen wie in Beispiel 12, jedoch war die Zusammensetzung der Schmierstoffplatte eine andere. Sie bestand aus einer Mischung von
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triumsilikat als Binder agglomeriert waren. Die erzielte Oberflächengüte schwankte zwischen 0, 001778 und 0, 004572 mm (Effektivwert).
Beispiel 14 : Die Bedingungen und Materialien waren die gleichen wie in Beispiel 12, ausser dass Glas Nr. 4 an Stelle von Glas Nr. 2 verwendet wurde. Die erzielte Oberflächengüte schwankte zwischen 0, 00254 und 0, 00508 mm (Effektivwert).
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15 :70% kleiner als 44 Il), die mit Natriumsilikat als Binder agglomeriert waren. Die erzielte Oberflächengüte schwankte zwischen 0, 001651 und 0, 004318 mm.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Warmpressen metallischer Werkstücke durch eine Lochdüse, die gegen den Aufnehmer mit einem Absatz versehen ist, wobei auf den Absatz ein die Düse umgebendes und den Absatz praktisch vollständig bedeckendes Schmiermittelstück eines bei der Presstemperatur des Metalles schmelzenden Materials aus einem glasähnlichen und einem festen, im glasähnlichen Material dispergierten Schmiermittel lamellare Struktur gelegt wird, und das Werkstück mit einer solchen Geschwindigkeit ausgepresst wird, dass das SchmiermittelstUck an der dem heissen Werkstück anliegenden Seite schmilzt und an der andern, dem Absatz und der Innenwand des Aufnehmers anliegenden Seite fest bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass ein glasähnliches Bindemittel verwendet wird, in welchem Graphit,
Molybdändisulfid oder Bornitrid verteilt ist.
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Process for hot pressing metallic workpieces
The invention relates to a lubrication method in the extrusion of steel, titanium, their alloys and. similar Metals.
The extrusion of both steel and titanium alloys is currently associated with many difficulties. Up to now it has proven extremely difficult to ensure adequate lubrication during the hot extrusion of these metals. The high ones necessary for perfect pressing of steel
Temperatures led to excessive wear on the die, so that both sufficient lubrication and cooling of the die are required. The ease with which pitting wear occurs when titanium is rubbed or extruded requires excellent lubrication to be successful
Extrusion. Furthermore, in the temperature range in which the hot extrusion is carried out, even the known solid lubricants are not entirely satisfactory for various reasons.
The previous deficiencies are remedied by an improved lubricant for hot extrusion of metals and by an improved lubrication process for hot extrusion. The invention also relates to a method for producing a lubricant for hot extrusion of metals.
The invention is explained with reference to the drawings. 1 is a longitudinal section through the receiver of an extrusion press, the die for extrusion of a solid rod being shown at the same time.
FIG. 2 is a section similar to FIG. 1 and illustrates how a stopper made of glass, which is placed between the die and the workpiece, lubricates the die.
In the drawings, 2 is a workpiece made of steel, e.g. B. a block or billet, which is received by an extrusion chamber 3, which is formed by a receiver 4. A die 5 is arranged at one end of the extrusion chamber 3 and is provided with a nozzle opening 6 through which the rod can be extruded by pressure exerted on the workpiece 2 by a punch 7. A glass stopper 8 is pushed between the die 5 and the workpiece 2 and lies against a shoulder 9 that surrounds the nozzle opening 6. In the embodiment shown, the glass stopper is annular.
The annular stopper 8 must cover most of the shoulder 9. After the introduction of the glass stopper 8 into the extrusion chamber 3, the workpiece 2 heated to extrusion temperature is introduced into the extrusion chamber 3 and pressed through the nozzle 6 with the aid of the press ram 7.
How the glass stopper 8 lubricates the nozzle 5 is shown in FIG. The press block 2 heated to 12,000, for example, touches the surface 10 of the glass stopper 8, while the other surface 11 touches the die 5, the temperature of which is 3000, for example, from a previous pressing process. There is thus a temperature gradient in the glass stopper 8. As the pressing proceeds, the surface 10 of the stopper 8 in contact with the heated press block 2 melts, and the molten glass is pressed out around the rod B through the nozzle opening. The glass film in direct contact with the press block 2 can be so thin that it provides the nozzle with insufficient protection.
However, since there is a temperature gradient in the plug 8, the viscosity of the glass film between the surface 10 and the surface 11 becomes progressively higher. Due to the pressure exerted, the
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Removes films that are not viscous enough to effectively protect the die, and a balance is automatically established between the pressure required to eject the glass film and the resistance corresponding to the viscosity of the remaining films.
So at every given moment of the extrusion a film is ejected that is too thin to offer the die effective protection, but adjacent to this too thin film there is a film whose viscosity has such a viscosity that the film flows continuously around the rod B from the nozzle opening and offers the nozzle effective protection. The press block 2 is pressed at such a speed that the surface 10 of the glass stopper 8 in contact with the press block 2 melts continuously and, under the pressure applied, continuously through the nozzle opening 6 around the strand
B flows while the surface 11 of the glass stopper 8, which is in contact with the shoulder 9, remains practically solid.
After completion of the extrusion process, part of the glass stopper 8, which is practically solid, remains in the chamber 3 of the sensor. This extrusion process is essentially described in U.S. Patent No. 2,538,917.
According to the invention, in a method of the type described above, a piece of lubricant is used which essentially consists of a glass-like binder in which graphite, molybdenum disulfide or boron nitride is dispersed as a finely divided solid lubricant. The glass-like binder itself, which has a wide viscosity range at the extrusion temperature and at this
Temperature is not combustible, so in contrast to a true melting point has a wide melting range, has a lubricating effect on itself. However, it turned out. that the lubricating effect of the glass and the dispersed, finely divided solid lubricant, combined according to the invention, is superior to the lubricating effect of glass alone.
Due to the protection of the glass in which they are dispersed, the solid lubricant particles do not oxidize, nor do they become unstable, even at the high extrusion temperatures. It is already known to use glass as a lubricant in which mica powder is distributed. The mica powder dissolves in the glass at the high press temperatures and loses its lubricating properties as a result of reactions with the glass components.
Laboratory studies and extrusion tests were conducted to evaluate blends of glass and solid lubricants for extrusion of steel and titanium alloys. The extrusion tests were carried out with unalloyed carbon steel and a Ti-6 Al-4 V alloy. To determine the suitability for the extrusion of a V-shaped profile made of unalloyed carbon steel at 12000C, mixtures of various glass powders and 1-90% by volume of graphite, molybdenum disulfide or boron nitride were produced. The suitability of the mixtures was determined on the basis of the change in the dimensions, which was caused by nozzle wear on the inner rounded foot and at the foot height.
The window glass normally used for extrusion of steel was used for comparison. Compared to window glass alone, mixtures of window glass and solid lubricants containing up to 4010 graphite, up to 10% molybdenum disulphide or up to 10% boron nitride were more effective in reducing nozzle wear. Furthermore, better or at least the same results were achieved with other types of glass with which graphite or molybdenum disulfide was mixed compared to window glass alone.
The extrusion of titanium alloy rods at 9100C has given good results with mixtures of glass and solids as lubricants, with graphite performing best as a solid lubricant.
The best results have generally been obtained with blends in which the solid lubricant mass is 10% or less. It turned out that the advantage of the presence of the solid lubricant is perhaps more due to its ability to improve the effect of the glass than to its actual lubricating effect on the metal. Solid lubricants can increase the apparent viscosity of the glass-solid mixture. In this way, a less viscous glass can be maintained as a lubricating film during the pressing of the press block. Graphite flakes can also improve the thermal conductivity of the mixture, so that a thicker layer of glass is heated.
Another important possibility is that the presence of the solid lubricant particles mixed with the glass particles enables better distribution of the glass at the start of extrusion and reduces the amount of unmolten, abrasive glass particles squeezed out through the nozzle.
In addition, graphite particles between the unmelted glass particles act as a lubricant in the movement of these particles against one another and prevent solid glass particles that come into contact with the nozzle and the die holder from scratching their surface. They also facilitate the shaping of the glass plate against the die holder.
While there was some improvement in all three solid lubricants - graphite, molybdenum -
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sulfide and boron nitride, but the graphite-containing mixtures were found to be the best.
The amount of solid lubricant that the glass can absorb and protect from oxidation was determined by heating small amounts of mixtures of glass and solid lubricant to 926 ° C. It was found that up to 90% by weight molybdenum disulfide could be incorporated into such a mixture and protected from oxidation. The maximum amounts of graphite and boron nitride were somewhat lower due to their lower bulk density.
The following factors are decisive for the permissible ratio of solid lubricant to glass:
1. Softening temperature and viscosity of the glass;
2. Particle size of the glass and solid lubricant and
3. Density of the glass and the solid lubricant.
In the lower melting glass types, the solid lubricant particles used to peel off more easily, while the higher melting glass types suppressed peeling. For a given type of glass, the ability to cover and protect the solid lubricant decreased with increasing viscosity. When using plates made from a mixture of glass particles and solid lubricant particles, best results were obtained when the size of the glass particles was between 74 and 297. The solid lubricant particles should be as fine as possible. Conveniently, at least 50% of the solid lubricant particles are smaller than 74 u and preferably all are less than 44 u.
For the extrusion tests, the types of glass were ground to a grain size below 74 li. The following solid lubricants were used to prepare the test mixtures: a) Flake graphite, the particle size of which was 100% below 44 li. b) Molybdenum disulfide, the particles of which are 98% smaller than 74 p. and 70% were less than 44 t. c) boron nitride powder of high purity (over 95%) and a particle size below 44 u.
As finely divided solid lubricants for the purposes of the invention, flake-form substances and of these in turn graphite, molybdenum disulfide and boron nitride are preferred. It has been found that, depending on the factors mentioned above, lubricant mixtures can be used which contain about 1-90% by volume of solid lubricant, the remainder being glass.
Glass types suitable for the purposes of the invention are given below as an example (composition in gel%).
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<tb>
<tb>
No. <SEP> l <SEP> No. <SEP> 2 <SEP> No. <SEP> 3 <SEP> No. <SEP> A <SEP>
<tb> Si02 <SEP> 71, <SEP> 45 <SEP> 33, <SEP> 6 <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> 52, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Na2O <SEP> 15.85 <SEP> 16.0 <SEP> 19.8 <SEP> 29.5
<tb> B2O3 <SEP> - <SEP> 35.5 <SEP> 18.8 <SEP> 10.0
<tb> CaO <SEP> 8, <SEP> 2 <SEP> 7, <SEP> 45 <SEP> 5, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Al2O3 <SEP> 0.58 <SEP> 1.65 <SEP> 5.5 <SEP> 8.0
<tb> Fep3 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> Pro2-4, <SEP> 9 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 4, <SEP> 75 <SEP>
<tb> SOg-0, <SEP> 60 <SEP>
<tb>
Glass # 1 in the table is typical of the "window glass" types typically used in steel extrusion.
Example 1: A press block made of unalloyed carbon steel was pressed through a V-shaped nozzle, the rounded inner foot of which was 1.7 mm and the foot height of which was 7 mm. The annular lubricant stopper used during extrusion had an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 10 mm and a thickness of 8 mm. The lubricant used was "window glass" of the composition of glass No. 1 in the table, which is typical of the composition of the types of glass normally used in steel extrusion. To produce the disk, the glass was ground to a fineness of less than 74 μl and agglomerated with sodium silicate to form the disk. About 3% sodium silicate was used.
Before pressing, the block was placed in a BaCl salt bath
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heated to 12000 C. Since the residual salt from the heating bath that was adhering to the press block provided sufficient protection and lubrication, no glass was placed on the block. However, the transducer was rubbed lightly with a fat-MoS mixture before pressing. The die and die were made from hot-worked tool steel and hardened to a Rockwell C hardness of 45-50. They have not been preheated.
The extrusion conditions were as follows:
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<tb>
<tb> Size <SEP> of the <SEP> press block <SEP>: <SEP> diameter <SEP> 60 <SEP> mm, <SEP> length <SEP> 140 <SEP> mm
<tb> Extrusion ratio: <SEP> 41.55: <SEP> 1
<tb> Press temperature <SEP>: <SEP> 12000C <SEP>
<tb> Sensor temperature <SEP>: <SEP> 320 C
<tb> plunger speed <SEP>: <SEP> 148-164 <SEP> mm / sec.
<tb>
The effectiveness of the lubricant was determined based on the nozzle wear. The nozzle wear was determined by measuring the inner foot rounding and the foot height of the V-shaped nozzle.
The inner rounding of the foot R increased by 2.1 mm and the foot height e by 1.0 mm during the pressing.
Example 2: The conditions and materials were the same as in Example 1, but the composition of the lubricant disk was different. In this case it consisted of a mixture
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l (particle size: 100%) size: 100% smaller than 44), which were agglomerated with sodium silicate as a binder. R increased by 1.3 mm, e by 0.6 mm.
Example 3: The conditions and materials were the same as in Example 2, but in this case 10% graphite was used instead of 5% in the lubricant disk. R increased by 1.2 mm, e by 0.5 mm.
Example 4: The conditions and materials were the same as in Example 1 except that 40% graphite was used in the lubricant disk and a thermosetting phenol-formaldehyde resin was used in place of sodium silicate as a binder. R increased by 1.8 mm, e by 0.4 mm.
Example 5: The conditions and materials were the same as in Example 2, except that 1% graphite was used in the lubricant disk. R increased by 1.6 mm, e by 0.7 mm.
Example 6: The conditions and materials were the same as in Example 4, except that 90% graphite was used in the lubricant plug. R increased by 1.9 mm, e by 0.7 mm.
Example 7: The conditions and materials were the same as in Example 2, except that molybdenum disulfide (98% smaller than 74 and 70% smaller than 44) was used instead of graphite. R increased by 1.4 mm, e by 0.6 mm.
Example 8: The conditions and materials were the same as in Example 3, except that boron nitride (1000/0 less than 44 g) was used instead of graphite. R increased by 1.5 mm, e by 0.6 mm.
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Glass # $ (100% less than 74) and 10% by volume graphite (100% less than 44u) agglomerated with sodium silicate as a binder. R increased by 1.4 mm, e by 0.5 mm.
Example 11: Apart from the composition of the lubricant plate, the conditions
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0.7 mm to.
Example 12: A block consisting of a titanium alloy (Ti-6 Al-4 V) was pressed through a nozzle with a flat face and a rounded inlet to form a round rod with a diameter of 12.5 mm.
The annular grease plate used during seizure had an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 10 mm and a thickness of 8 mm. That served as a lubricant
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made of hot-worked tool steel hardened to a Rockwell C hardness of 45-50 and were not preheated.
The extrusion conditions were as follows:
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<tb>
<tb> Block diameter <SEP>: <SEP> 60 <SEP> mm
<tb> Extrusion ratio <SEP>: <SEP> 24. <SEP> 5 <SEP>: <SEP> 1 <SEP>
<tb> Press temperature <SEP>: <SEP> 9100C <SEP>
<tb> Sensor temperature <SEP>: <SEP> 4000C <SEP>
<tb> Ram speed <SEP>: <SEP> 125 <SEP> mm / sec
<tb>
The effectiveness of the lubricant was determined by measuring the surface finish of the strands.
16 measurements each with the Proftlprafer were made at right angles to the pressing direction at the front and rear ends of the pressed rod. The surface quality determined fluctuated from 0.003048 to 0.00508 mm (effective value).
Example 13: The conditions and materials were the same as in Example 12, but the composition of the lubricant plate was different. It consisted of a mixture of
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trium silicate were agglomerated as a binder. The surface quality achieved fluctuated between 0.001778 and 0.004572 mm (effective value).
Example 14: The conditions and materials were the same as in Example 12 except that No. 4 glass was used in place of No. 2 glass. The surface quality achieved fluctuated between 0.00254 and 0.00508 mm (effective value).
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15: 70% smaller than 44 Il), which were agglomerated with sodium silicate as a binder. The surface quality achieved varied between 0.001651 and 0.004318 mm.
PATENT CLAIMS:
1. A method for hot-pressing metallic workpieces through a perforated nozzle which is provided with a shoulder against the transducer, whereby on the shoulder a piece of lubricant surrounding the nozzle and practically completely covering the shoulder of a material made of a glass-like and a solid material that melts at the pressing temperature of the metal , the lubricant dispersed in the glass-like material is placed in a lamellar structure, and the workpiece is pressed out at such a speed that the lubricant piece melts on the side adjacent to the hot workpiece and remains solid on the other side, the shoulder and the inner wall of the transducer, thereby characterized in that a glass-like binder is used in which graphite,
Molybdenum disulfide or boron nitride is distributed.