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Öl-und fettfreies, anorganisches. Alkaliphosphat enthaltendes Schmiermittel
Zum Schmieren verwendet man im allgemeinen organische Schmiermittel wie Fette, Öle, Seifen.
Diese sind in der Regel nur bei Temperaturen unter 2000, in Ausnahmefällen bis zu etwa 230 C, brauch- bar. Bei solchen Schmierungen, bei denen hoheTemperaturen die Anwendung dieser organischen Schmier- mittel unmöglich machen, verwendet man Graphit als Schmiermittel. Bei hohen Temperaturen und
Drucken, wie sie beispielsweise bei der Verformung von Stahl aber auch andern technischen Prozessen auftreten, bleibt aber nur solcher Graphit halbwegs brauchbar, der viel Asche enthält. Diese wirkt offen- bar als Trennmittel, wie die Bildung von Schleifspuren auf dem Material zeigt. Trotzdem kommt es noch zu Verschweissungen an einzelnen Punkten, wodurch die Verformungswerkzeuge stark angegriffen werden und die Oberfläche des behandelten Gutes durch Riefenbildung erheblich verschlechtert werden kann.
Es ist ferner bekannt, vor der Kaltverformung von Metallen auf deren entzunderter Oberfläche mittels Salzen oder Salzgemischen eine Trägerschicht zu erzeugen, auf der Schmiermittel, wie Öle, Fette, Seifen, besser haften sollen. Als Trägerschichten für diese organischen Schmiermittel hat man bereits Phosphatschichten verwendet, die in üblicher Weise durch Phosphatieren erzeugt wurden. Auch hat man schmierende Überzüge auf Metallen durch die Einwirkung einer Dispersion oder Lösung eines aliphatischen Phosphates mit 8-18 Kohlenstoffatomen hergestellt. Diese Schmierungsarten sind aber wegen der Zersetzung der organischen Schmiermittel nur bei den oben genannten, tiefen Temperaturen brauchbar.
Ebenfalls nur für die Schmierung bei tiefen Temperaturen bekannt sind viskose wässerige Lösungen von Polyphosphaten oder von Kurrolschen Salzen oder von Metaphosphorsäure, deren Schmierwirkung auf der Viskosität der Lösung beruht.
Zum Schmieren bei höheren Temperaturen sind Salze vorgeschlagen worden, die auf dem heissen Werkstück oder Werkzeug schmelzen und dann schmierend wirken sollen. Man hat aber feststellen müssen, dass keineswegs alle Salzschmelzen schmierend wirken. Eigene Untersuchungen haben ergeben, dass beispielsweise Borax allein oder im Gemisch mit Öl bei der Herstellung nahtloser Rohre zum Verkleben und Stillstand führt. Auch Rohkochsalz führt zu Materialabtragungen einerseits und Materialauftragungen an anderer Stelle, so dass es zur Bildung starker Riefen kommt. Ebensowenig kann man beliebige Salzgemische verwenden, da beispielsweise ein als Salzbad bekanntes Gemisch aus 22% Bad,, 371o NaCl und 41% KCl oder Schmelzen von Kryolith zu den gleichen Erscheinungen führen.
Weiterhin ist ein bei hohen Temperaturen anzuwendendes wasserlösliches Schmiermittel bekannt, das zugleich entzundernd wirkt und das bereits bei der verhältnismässig tiefen Temperatur von 3000 zu erweichen beginnt und bis über 1000 beständig bleibt. Es enthält keinerlei schleifende Zusätze bzw.
Trennmittel und besteht aus Alkaliphosphat und Alkalitetraborat in bestimmten Mischungsverhältnissen.
Dieses Schmiermittel wirkt auf die Metalloberfläche entzundernd und bildet schmierend wirkende Grenzflächen.
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Weiterhin ist vorgeschlagen worden, bei der Verformung niedrig schmelzender Legierungen AlkaliPhosphorsäure-Tonerdegläser als Schmiermittel zu verwenden. Wegen ihres Gehaltes an Aluminiumoxyd sind diese Gläser in Wasser schwer löslich oder sogar unlöslich. Die Entfernung des Schmiermittels von der Metalloberfläche ist deshalb schwierig, vor allem im Innern von Rohren oder entsprechenden Erzeugnissen. Das gleiche gilt für die bekannte. Verwendung von Silikatgläsern oder Schlacken als Hochtemperaturschmiermittel. Erfahrungsgemäss erfordern diese wie die Emails eine mechanische Nachbehandlung durch Sandstrahlen oder eine chemische Nachbehandlung mit Flusssäure.
Eine technisch wichtige Schwierigkeit besteht ferner darin, dass Emails, Gläser und Schlacken eine vorherige Entzunderung der Oberfläche erfordern, die entweder mechanisch oder in einem Entzunderungsbad erfolgen muss.
Gegenstand der Erfindung ist die Schmierung bei hohen Temperaturen durch öl- und fettfreie, anorganische, Alkaliphosphate enthaltende Schmelzen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass es in vielen Fällen bei der Anwendung dieser Schmiermittel schwierig, oft sogar unmöglich ist, das pulverförmige Schmiermittel gleichmässig auf das Werkstück aufzutragen. Das Schmiermittel haftet häufig nicht genug oder in schlechter Verteilung an der zu schmierenden Fläche, so dass Schwierigkeiten bei der Schmierung auftreten. Beim Auftragen von dünnflüssigen wässerigen Lösungen der anorganischen Schmiermittel bleibt meist eine zu geringe Menge haften. Nach dem Verdampfen des Wassers kann sich deshalb auf dem Material kein ausreichend dicker und gleichmässiger Film des geschmolzenen Schmiermittels bilden.
Der Zusatz von Bindemitteln verbietet sich, da beispielsweise Wasserglas unlösliche, silikatische Rückstände auf dem Material bildet. Organische Bindemittel dürfen jedoch wegen ihrer Zersetzlichkeit bei hohen Temperaturen nicht benutzt werden, insbesondere deshalb, weil sie auf Werkzeug und Werk-
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Schmiermittel, das zwar wasserlöslich ist und bleibt, das sich aber ohne Zusätze, insbesondere organischer Substanzen, zähviskos auftragen lässt, von besonderem Interesse. Man kann dadurch genügende Mengen des Schmiermittels in gleichmässiger Schicht und gut haftend auf der noch kalten, zu erhitzenden, oder auch der bereits heissen Oberfläche auftragen.
Es wurde nun gefunden, dass man die geschilderten Schwierigkeiten bei der Schmierung mit öl- und fettfreien, anorganischen, Alkaliphosphat enthaltenden Schmiermitteln, die als wässerige Lösung auf die zu schmierende Fläche aufgetragen werden, dort auftrocknen und dann als Schmelzen schmierend wirken, dadurch vermeiden kann, dass man durch einen Zusatz von viskose Lösungen bildendem Kaliumpolyphosphat die Lösung stark viskos macht, so dass sie gut und gleichmässig auf die zu schmierenden Flächen aufzubringen ist und auf diesen haftet.
Das viskoslösliche Kaliumpolyphosphat ist in reinem Wasser unlöslich. Um es in Lösung zu bringen, ist die Gegenwart anderer Kationen als Kalium, insbesondere Natrium, notwendig. Bei dem erfindungs- gemässen Schmierverfahren enthält also das Schmiermittel neben dem viskoslöslichen Kaliumpolyphosphat ein wasserlösliches Salz, vorzugsweise ein Natriumsalz, z. B. ein Natriumorthophosphat oder ein kondensiertes Natriumphosphat.
Insbesondere für solche Aufgaben, bei denen eine Schmierung auch bei mittleren Temperaturen erforderlich ist, haben sich Natrium-Kalium-Phosphatgemische mit 55 - 69, vorzugsweise 60- 68 Gew.-
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Metalle, insbesondere Magnesium, Zink oder Mangan ersetzt sein können, erweichen schon bei tiefen, etwa bei 2000 liegenden Temperaturen und wirken dann als Schmelze bis zu höheren Temperaturen schmierend.
Die viskose wässerige Lösung des Schmiermittels wird erfindungsgemäss nur dazu verwendet, das Schmiermittel auf die zu schmierende Fläche gleichmässig aufzubringen. Bevor es als Schmierstoff wirkt, verdampft das Lösungswasser und das Mittel haftet als Film auf der Oberfläche. Wegen der hohen Vis- kosität der Lösung ist ein Auskristallisieren von Bestandteilen und ein Entmischen nicht zu befürchten.
Die Schmierwirkung selbst erfolgt durch das geschmolzene Phosphatgemisch. Die an sich temperaturabhängige Viskosität der Schmelze ist unabhängig von der Viskosität der Lösung, die nur dazu dient, das Schmiermittel gleichmässig haftend auftragen zu können.
Mit den erfindungsgemässen Schmiermitteln wurden bereits Versuche bei der Herstellung nahtloser Rohre vorgenommen. So ergaben sich bisher beim Lochen von hochlegiertem Stahl durch Schrägwalzen über einen Dorn erhebliche Ausfälle, da es oft unmöglich war, den im Block festgefressenen Dorn wieder zu entfernen. Auch wenn das glückte, war der Dornverschleiss so hoch, dass im Durchschnitt nur 3,8 Blöcke über einen Dorn gewalzt werden konnten.
Durch Auftragen einer hochviskosen Lösung eines Mischpro-
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duktes mit 51,11 Gew.-lo P20 , 1,83 Gew.-% B20 ,24,93 Gew.-% Na20, 5,42 Gew.- KO, 1, 46 Gew.-% MnO, 15, 25 Gew.-% H 0, bei dem das Kalium als viskoslösliches Kaliumpolyphosphat vorlag, auf den Dornkopf wurde erreicht, dass ein Steckenbleiben nicht mehr vorkam und bis zu 50 Blöcke über einen Dorn gewalzt werden konnten.
Auch beim sogenannten Pilgerwalzen austenitischer Rohre aus den vorgebohrten Blöcken ergaben sich durch das erfindungsgemässe Schmierverfahren erhebliche Vorteile. Der technische Vorgang besteht darin, dass in eine vorher gelochte, glühende Luppe ein langer, zunächst kalter Dorn gleichmässiger Dicke eingeführt wird. Dieser wird nun mit der Luppe im Pilgerschritt, d. h. abwechselnd nachvornund wieder rückwärts, durch das Pilgerwalzwerk geführt. Dort wird mit Hilfe exzentrisch geformter Walzen eine Art Walz- und Schmiedeprozess durchgeführt, der aus der Luppe Schritt für Schritt ein nahtloses Rohr formt, das dabei über die gesamte Länge des Pilgerdorns gewalzt wird. Es entstehen so Rohre erheblicher Länge. Aus diesen muss der inzwischen auch glühend gewordene Dorn wieder herausgezogen werden.
Das ist vor Anwendung des beschriebenen Schmiermittels oft überhaupt nicht geglückt, so dass das fertige Rohr vom Dorn heru'1tergeschweisst und dabei zerstört werden musste, oder der erforderliche Trenndruck war sehr hoch und betrug im Mittel 200 atü. Nach Schmierung der Dorne mit dem vorstehend beschriebenen Schmiermittel, das als viskose Lösung aufgetragen wurde, sank der erforderliche Trenndruck im Mittel auf 20, max. auf 60 atü. Ein Steckenbleiben der Dorne kam nicht mehr vor.
Ein gleich gutes Ergebnis wurde erzielt nach dem Auftragen viskoser Lösungen von Mischprodukten folgender Zusammensetzungen :
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MnO und 11,44 Gew.-% H2O, wobei zwei Drittel des Kaliums als viskoslösliches Kaliumpoly - phosphat eingesetzt wurden.
Sehr gute Erfolge wurden auch bei der Herstellung nahtloser Rohre auf der Stossbank erzielt. Hier besteht der technische Vorgang darin, dass die glühende Luppe, ähnlich wie beim Pilgerwalzen, auf den Kopf eines Dorns gleichmässiger Dicke aufgesetzt wird. Dann wird der Dorn mit der Luppe durch ein System sich ständig verengender Ringe durchgestossen. Diese schieben den glühenden Stahl über den Dornkopf und weiter über die ganze Länge des Dorns. Es hat sich gezeigt, dass hiebei die Schmierung der Dorne mit den beschriebenen Schmiermitteln zu sehr guten Ergebnissen führte, und dass insbesondere die bei Öl-Graphitschmierung auftretenden Verschweissungen und Riefen fortfallen.
Obendrein ist der Verbrauch des beschriebenen Schmiermittels, das als viskose Losung in dünner Schicht aufgebracht wurde, so gering, dass diese Art der anorganischen Schmelzschmierung sich billiger stellte als die Schmierung mit Öl-Graphit.
Auch beim Warmfliesspressen, beispielsweise von Schwungräder, hat sich das Auftragen sehr dünner Schichten der beschriebenen Schmiermittel auf die Form bestens bewährt. Während bei Öl-Graphitschmierung die aus legiertem Material bestehenden Pressformen durch Rissbildung schnell zerstört wurden, so dass sie häufig ausgewechselt werden mussten, wurde nach Einsatz des beschriebenen Schmierverfahrens die Standzeit der Formen verdoppelt. Ausserdem war danach nur eine energische Säuberung, nicht aber eine völlige Erneuerung der Pressformen erforderlich.
Auch beim Strangpressen von Buntmetallen, beispielsweise von Kupferrohren, hat sich das neue Schmierverfahren bestens bewährt. Da bisher ein brauchbares Schmiermittel fehlte und infolgedessen die in den Rezipienten eingeführten glühenden Kupferblöcke an der Wand des Rezipienten klebten, war es notwendig,"mit Schale"zu pressen, d. h. die Aussenwände des Kupferblockes stehenzulassen und nur den Kern des Blockes durch die Matrize durchzupressen. Durch Einsatz der beschriebenen Schmiermittel, wobei sehr geringe Mengen benötigt wurden, war es möglich, den gesamten Block zu verpressen, so dass der Schrottanfall erheblich gesenkt wurde. Damit verbunden war ein starker Anstieg des Durchsatzes, da das zeitraubende Herausholen der Schalen aus dem Rezipienten fortfiel.
Um klarzustellen, dass das erfindungsgemässe Schmierverfahren nicht gleichzusetzen ist mit der Schmierung durch wässerige viskose Lösungen auf Phosphatgrundlage, die schon früher, jedoch für die Anwendung bei tiefen Temperaturen vorgeschlagen wurde, sei nochmals darauf hingewiesen, dass beim beanspruchten Verfahren das Wasser nur als Lösungsmittel dient, um das Schmiermittel gleichmässig- und schon bei tiefen Temperaturen gut haftend auftragen zu können. Unabhängig von der Art des Auftragens
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bildet sich auf dem genügend heissen Material eine Schmelze, die auf der Metalloberfläche haftet, sich auf dieser ausbreitet und auch bei hohen Drucken eine gute Schmierwirkung hat.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Öl- und fettfreies, anorganisches, Alkaliphosphat enthaltendes Schmiermittel, das sich zur Auftragung in wässeriger Lösung auf die zu schmierende Fläche eignet und in geschmolzener Form wirksam
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