AT278223B - Hochtemperaturschmiermittel auf phosphatbasis fuer die warmverformung von metallen - Google Patents

Description

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  Hochtemperaturschmiermittel auf Phosphatbasis für die Warmverformung von Metallen 
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochtemperaturschmiermittel auf Phosphatbasis, das bei der Warmverformung von Metallen,   z. B.   beim Walzen, Pressen, Schmieden, Ziehen oder Stossen, Verwendung findet. 



   Zur Erhöhung der Standzeiten der formgebenden Werkzeuge bei der Warmverformung von Metallen hat sich die Verwendung eines Schmiermittels, das den Reibungswiderstand zwischen dem heissen zu verformenden Metall und dem Werkzeug verringert, als unumgänglich notwendig erwiesen, wobei die- 
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    Mittel gleichzeitigchen   auftretenden Wärmestau wirken muss. 



   Als Schmiermittel für die Metallverformung bei sehr hohen Temperaturen und Drücken, wie sie beispielsweise beim Strangpressen von Stahl auftreten, kamen bisher im wesentlichen siliciumhaltige bzw. alkaliarme phosphorhaltige Gläser bestimmter Zusammensetzung zur Anwendung. 



   Inder Praxis hat sich gezeigt, dass bei der Schmierung mit Silikatgläsern ein relativ schneller Verschleiss der Verformungswerkzeuge eintritt, die Oberflächenbeschaffenheit der verformten Werkstücke oft Mängel aufweist und die vollständige Entfernung der Glasreste von der Oberfläche der verformten Werkstücke, speziell bei Hohlprofilen, aufwendige Beizprozesse mit Flusssäure notwendig macht. 



   Das bisher für das Strangpressen von Metallen beschriebene alkaliarme Phosphatglas, das ausgedrückt in Mol-Prozenten,
9 bis   33%   Alkalioxyd,
16 bis   20%   Oxyde zweiwertiger Metalle,
10 bis 200/o Aluminiumoxyd und
29 bis   61%     Phosphor-V-oxyd   enthält, kann, wie zahlreiche in der Praxis durchgeführte Versuche gezeigt haben, ebenfalls einen durch Materialaufbackungen und verschweissungen eingeleiteten relativ raschen Verschleiss der Verformungswerkzeuge nicht verhindern. 



   Gleichfalls als Hochtemperaturschmiermittel beschriebene Gemische aus Phosphaten und Boraten bzw. Sulfaten oder Chloriden, die schon bei relativ niedriger Temperatur eutektoide Schmelzen bilden, sind in ihrem Anwendungsbereich auf Temperaturen bis 10000C beschränkt und kommen daher z. B. für das Strangpressen von Stahl nicht ohne weiteres in Betracht. 



   Der Zweck, der durch die Erfindung erreicht werden soll, ist die Beseitigung oder Verminderung der Mängel des Standes der Technik vor allem hinsichtlich einer wesentlichen Verringerung des Verschleisses der formgebenden Werkzeuge und einer damit verbundenen wesentlichen Erhöhung der Stand- 

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 zeiten dieser Werkzeuge bei der Warmverformung von Metallen. 



   Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Schmiermittel für die Warmverformung von Metallen zu finden, das sich für den Einsatz bei hohen Temperaturen eignet, eine einwandfreie Oberflächenbeschaffenheit der verformten Werkstücke gewährleistet und keine aufwendigen Nachbehandlungsprozesse erforderlich macht. 



   Dieses Ziel wurde durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Schmiermittel erreicht, das aus einem Gemisch von Ortho-oder kondensierten Phosphaten von Alkalimetallen und Metalloxyden besteht. 



   Als kondensierte Phosphate bezeichnet man definitionsgemäss alle Phosphate, deren Anionen   P-O-P-Bindungen   enthalten, zu ihnen gehören also Pyrophosphate, Polyphosphate mit Kettenlängen   3,   Metaphosphate mit ringförmigen Anionen und vernetzte Phosphate. 



   Als geeignet erwiesen sich Gemische von Phosphaten und Metalloxyden, die, ausgedrückt in MolProzenten,
34 bis   497o     Phosphor-V-oxyd (P Og),  
34 bis 49% Alkalioxyd,
0 bis   25%     Eisen-III-oxyd (Fe Og),  
0 bis 25% Aluminiumoxyd   (A12 Os),   wobei   Fe     Og     A1203   <   25%   ist, enthalten. 



   Ferner kann das Gemisch noch maximal so viel Oxyde zweiwertiger Metalle (Me   0,   wobei   Mell   vorzugsweise Kalzium, Magnesium, Barium, Eisen, Nickel oder Zink bedeutet) enthalten, dass das molare Verhältnis   MeIIo : (Fe20g +A1203)    2 ist. Ausser den bereits genannten dreiwertigen Metalloxyden kommt auch das Chromoxyd   (CrOg)   in Betracht. Auch kann das Gemisch Oxydphasen enthalten, in denen das Metall sowohl im zwei-als auch im dreiwertigen Zustand auftritt, wie z. B. im Magnetit   (Fes 04).    



   Des weiteren zeigte sich, dass als Phosphatkomponente die Kaliumphosphate erheblich wirksamer sind als die Natriumphosphate, da der bei Verwendung letzterer resultierende Schmierfilm geringere wärmeisolierende Eigenschaften hat, was unter anderem zur Eröhung der Dorntemperatur beim Verformungsprozess führt. 



   Aus dem gleichen Grunde, d. h., um den Wärmeübergang vom erhitzten Material auf die Verformungswerkzeuge so gering wie möglich zu halten, ist es, wie Versuche gezeigt haben, zweckmässig, die Phosphatkomponente inForm von kondensierten Alkaliphosphaten,   z. B.   als Kurrolsches Kaliumsalz   KAPOS,   anstatt von Orthophosphaten einzusetzen. So lässt sich beispielsweise die Innenschmierung beim Pressen nahtloser Stahlrohre in bisher wirksamster Weise dadurch erreichen, dass man in die Bohrung des erhitzten Rohlings ein erfindungsgemässes Schmiermittelgemisch, beispielsweise aus Eisen-III-oxyd und Kurrolschem Kaliumsalz einführt.

   Die hohe Temperatur des Rohlings bewirkt ein sehr rasches Aufschmelzen des hochmolekularen Kaliumpolyphosphates und dessen Reaktion mit dem Eisen-III-oxyd, wobei das Eisenoxyd einen weitgehenden Abbau der ursprünglich sehr langen Kettenanionen des Polyphosphats zu einem Gemisch kurzkettiger Kalium-Eisen-Polyphosphate   und-Orthophosphate   bewirkt. 



  Diese Reaktion läuft während des Transports des Rohlings zur Strangpresse und mit grosser Wahrscheinlichkeit auch noch während des Verformungsvorgangs selbst ab. Auf jeden Fall kommt es bei diesem Reaktionsablauf zur Ausbildung eines tragstabilen, gut haftenden Schmiermittelfilmes, der beim Pressen jeglichenMetall-Metall-Kontaktverhütet und somit Materialaufbackungen auf dem Dorn verhindert und die Ausbildung fehlerfreier Rohrinnenwandungen ermöglicht. 



   Durch Verwendung des Gemisches aus   FeOg   und   KAPO,   war es möglich, die Standzeiten der Dorne beim Pressen nahtloser Rohre u. a. Hohlprofile mit hohen Umformgraden auf ein Vielfaches gegenüber Pressungen mit Silicatgläsern bzw. alkaliarmen Phosphatgläsern als Schmiermittel zu erhöhen. 



   Von wesentlichem Einfluss auf die Schmiereigenschaften ist weiterhin das Kationen : Phosphor-Verhältnis im Schmiermittelgemisch, da diese Verhältnis die mittlere Kettenlänge der bei der Reaktion mit den Metalloxyden gebildeten Polyphosphate bestimmt. Die Ergebnisse der praktischen Erprobungen haben gezeigt, dass günstige Schmiereigenschaften resultieren, wenn das Verhältnis Kationen-Äquivalente : Phosphor im Ausgangsgemisch im Bereich von 2, 60 bis   1, 50   liegt, was einer mittleren Kettenlänge der bei der Ausbildung des Schmierfilmes entstehenden Polyphosphate von n = 1, 25 bis n = 4 entspricht. 



   Die Anwendung des erfindungsgemässen Schmiermittels kann am zweckmässigsten in pulverförmigem Zustand durch Auftragen auf das zu verformende Metall unmittelbar vor der Verformung erfolgen. Beim Erhitzen des Schmiermittels bis zur Schmelze erhält man ein Schmelzprodukt, das sowohl   un-   

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 mittelbar in flüssigem Zustand als auch nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur und Überführen in den pulverförmigen Zustand auf das zu verformende Metall aufgetragen werden kann. 



   Das erfindungsgemässe Hochtemperaturschmiermittel ist den Schmiermitteln des Standes der Technik deutlich überlegen. So werden durch das Schmiermittel der Verschleiss der formgebenden Werkzeuge wesentlich verringert, die Standzeiten dieser Werkzeuge,   z. B.   der Dorne beim Pressen nahtloser Rohre u. a. Hohlprofile mit hohen Umformgraden, um ein Vielfaches erhöht und der Wärmeübergang von dem erhitzten Metall auf das formgebende Werkzeug während des Verformungsprozesses so gering wie möglich gehalten. 



   Als besonders vorteilhaft muss ausserdem erwähnt werden, dass es bei Verwendung des erfindungsgemässen Schmiermittels nicht erforderlich ist, durch aufwendige Schutzgaserwärmungsanlagen die Ausbildung von Zunderschichten beim Erhitzen der Werkstücke völlig zu unterdrücken, da das erfindungsgemässe Schmiermittel in gewissem Umfang befähigt ist, die oxydischen Zunderschichten aufzulösen und in Stoffe mit Schmiermitteleigenschaften umzuwandeln. 



   Die Erfindung soll durch folgende Beispiele noch näher erläutert werden, wobei die Erfindung aber nicht auf die Beispiele beschränkt ist. 



   Anwendungsbeispiele :
1. Zum Strangpressen von insgesamt über 1000 Stück nahtloser Rohre und Rechteckprofile verschiedensterDimensionen und Umformgrade wurde mit bestem Erfolg folgendes zum Gegenstand der Erfindung gehörendes Hochtemperaturschmiermittel verwendet : Ein Gemisch von hochmolekularem Kaliumpolyphosphat (sogenanntes Kurrolsches Kaliumsalz) und Eisen-III-oxyd im molaren Verhältnis 
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Unter anderem wurden mit diesem Schmiermittel auch 38 Rohre der Abmessungen 45   x 5.... 11, 5 m   lang und 61 Rohre der Dimensionen 42 x 5.... 10 m lang hergestellt. Die hiefür verwendeten Dorne befanden sich nach Durchführung sämtlicher Pressungen in einwandfreiem, unangegriffenem Zustand und konnten weiterhin verwendet werden.

   Dagegen musste die Herstellung der gleichen Rohre bei Verwendung eines alkaliarmen Phosphatglases der   Zusammensetzung - ausgedrückt   in Mol-Prozenten -   27, 4% P Og, 6, 9% B20g,   
18, 9% Al203'
7,2%ZnO,
12,0%MgO,
18, 5% Na 20 und   9, 10/0 K2O,    bereits nach 2 Pressungen abgebrochen werden, da starke Dornerwärmung und Materialaufbackung zu verzeichnen war, die zu einer raschen Zerstörung des Dornes geführt hätte. 



   2. Ähnlich gute Resultate wie mit dem Schmiermittel der Zusammensetzung kPO3:Fe2O3=5: 1 wurden bei der Produktion nahtloser Rohre mit Gemischen aus Kurrolschem Kaliumsalz und Oxyden folgender molarer Zusammensetzungen erhalten :   KPOg     : Fe 203 = 9 : 1, 8 :   1,7 : 1,6 : 1,11 : 2, 9 : 2 und 13 : 3 ; 
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 Abschluss der Charge war der verwendete Dorn immer noch in einwandfreiem und unangegriffenem Zustand und konnte für Pressungen weiterer Chargen ohne weiteres jederzeit wieder eingesetzt werden. Die Innenwandungen der nahtlosen Rohre wiesen eine einwandfreie Oberfläche auf. 

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Hochtemperaturschmiermittel auf Phosphatbasis für die Warmverformung von Metallen, da- EMI3.3 <Desc/Clms Page number 4> oder2. Hochtemperaturschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch, ausgedrückt in Mol-Prozenten, 34 bis 49% Phosphor-V-oxyd (P205)' 34 bis 49% Alkalioxyd, 0 bis 25% Eisen-III-oxyd (Fe Og), 0 bis 25% Aluminiumoxyd (Al203), wobei Fe2O3+Al2O3 < 25% ist, enthält. EMI4.1