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Verfahren zur Kaltbearbeitung von Werkstücken aus rostfreiem Stahl
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kaltbearbeitung von Werkstücken insbesondere von Metallrohren aus rostfreiem Stahl.
Bisher wurden zum Ziehen oder sonstigen Kaltbearbeiten von Metallgut die Walzhaut und andere Verunreinigungen von der Oberfläche entfernt und ein Schmiermittel aufgetragen, um ein Erfassen und Zerkratzen des Werkstückes zu verhindern und die Abnützung der Düse gering zu halten. Vorzugsweise wurden mit einem guten Schmiermittel grosse Querschnittsverminderungen nur dadurch erhalten, dass man das Material nacheinander durch mehrere immer engere Düsen zog, wobei nur wenig oder gar kein Schmiermittel zwischen den Durchgängen verbraucht wurde.
Es sei daran erinnert, dass legierte Stähle, besonders sogenannte rostfreie Stähle, sehr schwer ziehbare Materialien sind, die gleichzeitig ungewöhnlich schwierige Schmierprobleme aufwerfen, zum Teil deshalb, weil die bei Kohlenstoffstählen üblichen Schmiermittel nicht genügend gut auf der Oberfläche rostfreier Stähle haften.
Von den bisher benützten und zur Anwendung beim Ziehen von rostfreiem Stahlgut vorgeschlagenen Schmiermitteln sind z. B. solche auf Talgbasis allgemein üblich. Ein Blei-Tauchüberzug auf einer haftenden Grundschicht wurde jedoch für rostfreien Stahl als wirksamer gefunden als Talgschmiermittel, weil er eine grössere Querschnittsverminderung zwischen jedem Durchgang durch eine Düse möglich macht. Die Verwendung eines Blei-Tauchüberzuges ist aber zeitraubend und bedingt hohe Herstellungskosten. Mit dem Blei-Tauchüberzug muss das Material zwischen aufeinanderfolgenden Durchgängen geglüht und der Bleiüberzug muss nachfolgend z. B. durch ein Salpetersäurebad entfernt werden.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, die bisherigen Nachteile bei der Kaltbearbeitung zu vermeiden und ein billiges und gut haftendes Schmiermittel für Werkstücke aus rostfreiem Stahl zu schaffen, das eine grosse Querschnittsverminderung bei einem Durchgang bringt und aufeinanderfolgende Durchgänge ohne den Nachteil des Blei-Tauchüberzuges ermöglicht, dabei aber eine ausgezeichnete Ziehfläche erzeugt.
Dieses Ziel wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Werkstücke gereinigt werden und mit einer Grundschicht aus Zinknitrat versehen werden, welche man aus einer Lösung bildet, die 25 bis 138 g Zinknitrat pro Liter enthält, und dann auf dem Werkstück eine Schmiermittelschicht aus Zinkstearat und Stearinsäure gebildet wird, indem man auf die Grundschicht nach dem Trocknen eine Oberschicht in Form einer Lösung aufbringt, die Alkalistearat und Stearinsäure mit einem Festkörpergehalt von 3 bis 5% enthält, worauf die überzogenen Werkstücke kalt verformt werden.
Es sind bereits Verfahren zur Vorbehandlung von Werkstücken, insbesondere von Eisen und Stahl, für die Kaltverformung bekannt, bei denen die Verformung in Anwesenheit wasserunlöslicher aliphatischer Metallseifen vorgenommen wird, die durch Umsetzung wasserlöslicher aliphatischer Verbindungen mit der Kristallhaut von zuvor auf den Metallen aufgebrachten Oxyden oder Salzen oder einem Bestandteil
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dieser Kristallhaut gebildet werden. So reagiert beispielsweise eine Grundschicht aus Zinkphosphat mit einer Oberschicht, die aus einer Alkalistearatseife enthaltenden Lösung besteht, um einen
Zinkstearatüberzug zu erzeugen.
Erfindungsgemäss reagiert beispielsweise eine Grundschicht aus
Zinknitrat mit einer Oberschicht, die aus einer Stearinsäure und Natriumstearatseife enthaltenden
Lösung besteht, um einen Zinkstearat-überzug auf der Oberfläche des Werkstückes zu erzeugen.
Zinkstearat ist eine selbst in trockenem Zustand schmierige Substanz, es ist wasserunlöslich und es ist schliesslich auch dazu geeignet, eine Fettsäure auf dem Werkstück zu binden. Es besitzt daher alle oben erwähnten gewünschten Merkmale und Eigenschaften eines Schmiermittels für die Kaltbearbeitung.
Gemäss dem beschriebenen Beispiel wird daher Stearinsäure auf die bereits aufgetragene
Zinkstearat-Schicht aufgebracht, um eine äussere Schmiermittelschicht zu erzeugen.
Ein nach der Erfindung behandeltes Werkstück weist daher die folgenden drei überzüge oder
Schichten auf seiner Oberfläche auf : a) Eine sehr dünne Grundschicht oder erste Schicht, die auf der Oberfläche des Werkstückes haftet. Die Grundschicht wird aus Zinknitrat durch Eintauchen des Werkstückes in eine neutrale oder schwach basische Lösung des löslichen Zinksalzes gebildet und anschliessend an der Luft getrocknet. b) über diesem die Grundschicht bildenden Film befindet sich die zweite Schicht oder
Zwischenschicht, die eine Zinkseife enthält, welche wasserunlöslich ist und durch Eintauchen des mit der Grundschicht versehenen Werkstückes in das noch genauer beschriebene Bad für die Oberschicht gebildet wird.
Die Zwischenschicht dient zur guten Verbindung der äusseren Hauptschmierschicht mit dem Werkstück. c) Der äussere oder dritte überzug besteht aus einer verhältnismässig dicken Schicht einer Fettsäure, die auf die Zwischenschicht aufgebracht ist und als Hauptschmiermittel dient. Das Bad für die Oberschicht enthält sowohl Stearinsäure als auch eine wasserlösliche Seife dieser Fettsäure, so dass die Zwischenschicht und hierauf die äussere Schicht durch Eintauchen des mit der Grundschicht versehenen Werkstückes in das Bad für die Oberschicht gebildet werden können.
Die Zwischenschicht und die äussere Schicht besitzen ausgezeichnete Schmiereigenschaften.
Die Behandlung eines Werkstückes umfasst somit zunächst die Reinigung der Oberfläche des Werkstückes vor dem Aufbringen der Schmiermittel. Die Walzhaut und andere Verunreinigungen der Oberfläche können z. B. in an sich bekannter Weise durch Eintauchen in geschmolzenes Natriumhydroxyd entfernt werden, wobei das Werkstück vorzugsweise etwa 20 min in ein Bad aus dem geschmolzenen Salz bei erhöhter Temperatur, etwa 480 C, eingebracht wird. Dieses Bad aus dem geschmolzenen Salz kann aus Natriumhydroxyd mit verschiedenen Zusätzen, wie Natriumhydrid, bestehen. Nach dem Herausnehmen des Werkstückes aus diesem Bad aus dem geschmolzenen Salz wird es in Wasser abgekühlt.
Ein bei diesem Entfernen der Walzhaut bzw. bei dieser Reinigung entstehender Oxydfilm kann nach dem Kühlen durch Eintauchen des Werkstückes in ein Bad aus dem Salz der Schwefelsäure und Salpetersäure, gefolgt von einem Bad in heissem Wasser entfernt werden. Die Grundschichte gemäss der Erfindung haftet aber auch auf einem Metalloxydfilm, wie er auf der Oberfläche eines Werkstückes aus rostfreiem Stahl vorhanden ist. Es wurde gefunden, dass die Grundschicht gemäss der Erfindung ebensogut auf der Oberfläche des Werkstückes haftet, wenn der Oxydfilm, der vom Entfernen der Walzhaut herrührt, nicht entfernt wird. Vermeidet man daher die üblichen Schritte des Eintauchens des Werkstückes in ein Säurebad nach dem Entfernen der Walzhaut, so kann die gesamte, für das Aufbringen des Schmiermittels auf das Werkstück erforderliche Zeit um mehr als 50% reduziert werden.
Nach dem Reinigen der Werkstücke werden diese mindestens an jenen Oberflächenteilen, die während des Ziehens bzw. Kaltverformens mit den Düsen, Dornen usw. in Berührung kommen, mit der Grundschicht versehen. Dies erfolgt am besten durch Eintauchen einer entsprechenden Anzahl von Werkstücken in ein die Lösung für die Grundschicht enthaltendes Bad, worauf der die Grundschicht bildende Film an der Luft getrocknet wird. Hierauf werden die mit der Grundschicht versehenen Werkstücke in ein die Lösung für die Oberschicht enthaltendes Bad gebracht, welches Stearinsäure und eine wasserlösliche Seife dieser Fettsäure enthält und mit dem die Grundschicht bildenden Film reagiert, um auf diese Weise die Zwischenschicht aus unlöslicher Seife und die äussere Schicht aus Fettsäure zu bilden.
Die vielfach beschichteten Werkstücke werden dann aus dem Bad herausgenommen und getrocknet, worauf sie für die Kaltbearbeitung bereit sind. Die auf diese Weise überzogenen Rohre können zur Querschnittsverminderung oder zur Änderung ihrer Querschnittsform durch eine oder mehrere Düsen gezogen werden.
Grundschicht :
Das Bad für die Grundschicht besteht aus einer Lösung eines Zinksalzes, vorzugsweise aus einer
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wässerigen Lösung eines Zinksalzes einer Säure.
Besonders gute Ergebnisse werden mit einer verdünnten, neutralen bis schwach basischen Lösung von Zinknitrat erzielt, die zwischen 25 und 138 g Zinknitrat pro Liter Wasser, vorzugsweise 93, 6 g/l, enthält. Die Temperatur des Bades für die Grundschichte beträgt etwa 770C. Die Werkstücke verbleiben vorzugsweise so lange in diesem Bad, bis sie die Temperatur des Bades angenommen haben, gewöhnlich
5 bis 10 min.
Dem Bad für die Grundschicht kann ein Korrosionsverhinderer zugesetzt werden, um die Qualität des Schmiermittelüberzuges noch weiter zu verbessern und um die Möglichkeit herabzusetzen, dass trockenes Schmiermittel an der Werkstückoberfläche ausfällt. Ein bevorzugtes Reduktionsmittel ist
Natriumnitrit, welches dem Bad für die Grundschichte in einem Verhältnis zwischen 3, 1 und 43, 7 g/l verdünnte Zinknitratlösung zugesetzt wird.
Bad für die Oberschicht :
Das Bad für die Oberschicht soll eine Fettsäure und eine wasserlösliche Seife einer Fettsäure enthalten. Vorzugsweise enthält es Stearinsäure und Natriumstearat. Die lösliche Seife hält die Fettsäure in Suspension. Stearinsäure mit ihrem relativ hohen Schmelzpunkt (über 600C) lässt sich besonders gut anwenden, da bei höherer Temperatur die Aufbringung wirksamer und die Anwendung leichter ist und weil sie bei der Verwendung als Schmiermittel beim Kaltziehen fest bleibt.
Ein geeignetes Bad aus Stearatseife für die Oberschicht, enthaltend Fettsäuren und lösliche
Natriumseifen von Fettsäuren, kann auch aus dem im Handel als"CR"-Ziehverbindung bekannten
Material hergestellt werden, welches von der Firma G. Whitfield Richards Co. in Philadelphia,
Pennsylvania, erhältlich ist. Dieses Produkt enthält auch eine geringe Menge Natriumnitrit. Das
Seifenbad wird durch Hinzufügen von Wasser oder anderem geeigneten Verdünnungsmittel zu diesem Material zubereitet, bis das Bad einen Festkörpergehalt von 3 bis 5% besitzt. Die bevorzugte Temperatur des Bades für die Oberschicht beträgt 650C.
Beispiel : Bei dem erfindungsgemässen Ziehverfahren mit bevorzugten, oben erwähnten Badzusammensetzungen wurden Rohre aus rostfreiem Stahl mit einem Aussendurchmesser von 50 bis 245 mm und einer Wandstärke zwischen 0, 16 und 32 mm entzundert, geschlichtet, gerichtet und gereinigt. Hierauf wurde auf der Innen- und Aussenseite die Grundschicht durch Eintauchen in ein Zinknitrat-Natriumnitrit-Bad von 77 C aufgebracht, an der Luft getrocknet und dann in das Natriumstearatseifen-Stearinsäure-Bad von 65 C getaucht. Als nächstes wurde die Zinkstearat-Schmiermittel-Zwischenschicht (welche sich aus der Reaktion zwischen der Grundschicht und dem Natriumstearat ergab) und die äussere Schicht aus Stearinsäure an der Luft getrocknet und schliesslich jedes der so überzogenen Rohre durch aufeinanderfolgende Düsen gezogen.
Die geschmierten Rohre können gezogen werden, indem man sie über einen Dorn schiebt, sodann das vorbereitete Rohrende durch die Düse führt und am Ziehkopf einer Ziehbank einspannt. Durch Fortbewegen des Ziehkopfes von der Düse wird das Rohr durch die Düse gezogen, so dass sich sein Querschnitt beim Durchgang durch den sich verjüngenden ringförmigen Kanal verkleinert, der durch die Düse und den Dorn begrenzt ist. Auf diese Weise präparierte Rohre konnten zumindest zweimal durch eine Düse bei normaler Ziehgeschwindigkeit gezogen werden. Das entspricht derselben hohen Ziehgeschwindigkeit, wie sie früher beim Ziehen von Rohren aus rostfreiem Stahl angewendet wurde, wenn zwischen jedem Durchgang ein Talgschmiermittel aufgetragen wurde.
Bei einem erfindungsgemäss geschmierten Rohr wurde jedoch bei jedem der zwei Durchgänge durch eine Düse eine Querschnittsverminderung um etwa 25% ohne neuerliche Schmierung vor dem zweiten Durchgang erreicht.
Die Materialkosten machen bei Ausführung der dargelegten Erfindung nur einen Bruchteil der früher aufgelaufenen Materialkosten beim Auftragen konventioneller Kaltzieh-Schmiermittel aus.
Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, dass durch die Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Kaltziehen von Rohren und andern Gegenständen aus rostfreiem Stahl geschaffen wurde. Das gegenständliche Verfahren sieht einen neuen, billigen und ungewöhnlich wirksamen Schmiermittel- überzug vor, der rasch und einfach aufzutragen ist und zwischen mehreren aufeinanderfolgenden Durchgängen durch Ziehdüsen nicht erneuert werden braucht. Dadurch wird der Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens ohne Verminderung der Endqualität erhöht.
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