CH295683A

CH295683A - Process for the non-cutting deformation of metals.

Info

Publication number: CH295683A
Authority: CH
Inventors: Fritz Dr Singer
Original assignee: Fritz Dr Singer
Priority date: 1944-02-28
Filing date: 1944-02-28
Publication date: 1954-01-15

Description

  

  Verfahren zur     spanlosen        Verformung    von Metallen.    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur       spanlosen    Verformung von Metallen, insbe  sondere Eisen und Stahl, und ist dadurch     ge-          k        ennzeichnet,    dass als Kühl- und Schmier  mittel Emulsionen von Ölen mit Wasser Ver  wendung finden, deren     wässrige    Phase Sulfide  in gelöster Form enthält, die in Berührung  mit. den Metallen auf diesen einen Film er  zeugen.  



  Für die     spanlose    Verformung von Eisen  und Stahl ist bisher noch kein Schmiermittel  gefunden worden, welches insbesondere bei  Verwendung gewöhnlicher Zieh- und     Press-          werkzeuge    die volle oder auch nur weit  gehende Ausnutzung der     Verformbarkeit    von  Eisen und Stahl gestatten würde. Besonders  dann, wenn hohe und höchste     Verformungs-          grade    erzielt werden sollen, versagt jedes be  kannte Kühl- und Schmiermittel. Es tritt  dann unvermeidlich das bekannte Anfressen  des     Werkzeuges    auf dem     Werkstüek    ein.  



  Ein wesentlicher Fortschritt bei der span  losen Verformung von Eisen und Stahl wurde  dadurch erzielt, dass man die Werkstücke vor  der Verformung durch bekannte Verfahren,  wie Brünieren,     Phosphatieren,    mit einer dich  ten, zusammenhängenden Kristallhaut von       Oxyden    oder Salzen, z. B. Phosphaten, ver  sieht, deren Kristalle fest mit der metallischen  Unterlage verwachsen sind. Dieses bekannte  Verfahren weist den Nachteil auf, dass die  Werkstücke vor der Kaltverformung in     Brii-          nier-    oder     Phosphatbädern    vorbehandelt wer  den müssen.

      Es wurde nun die überraschende Beob  achtung gemacht, dass in den     Öl-in-Wasser     oder     Wasser-in-Öl        Emulsionen    von Ölen, bei  spielsweise Mineralölen, pflanzlichen oder tie  rischen Ölen, deren     wässrige    Phase     Einfach-          oder    Mehrfachsulfide in gelöster Form ent  hält, Kühl- und Schmiermittel vorliegen, die  auch bei Anwendung hoher und höchster Um  formungsgrade einen vollkommenen Schutz  gegen das Anfressen der Werkzeuge bieten,  und zwar auch dann,

   wenn als     Werkstoff    für  die     Verformungswerkzeuge    gewöhnliche     Zieh-          und        Pressstähle    Verwendung finden und die  zu verformenden Werkstücke nicht mit einer  Schutzschicht von Oxyden oder Salzen ver  sehen sind. Man kann sich die Wirkung der  Kühl- und Schmiermittel nach der Erfindung  so erklären, dass die in gelöster Form im  Kühl- und Schmiermittel enthaltenen Sulfide  auf den Oberflächen, sowohl des Werkstückes  als auch der Werkzeuge, einen ständig sich  erneuernden Film erzeugen, der ein Verschwei  ssen von Stahl auf Stahl verhindert.  



  Bei der Kaltformgebung von Aluminium  legierungen unter Verwendung der Kühl- und  Schmiermittel nach der Erfindung wird ver  mutlich das intermediär gebildete Aluminium  sulfid rasch unter Bildung von Aluminium  hydroxyd zersetzt. Da aber auch der Ziehvor  gang mit grosser Geschwindigkeit verläuft, ist.  es eine offene Frage, ob das intermediär ge  bildete Aluminiumsulfid oder das bei der  Zersetzung entstehende     Aluminiumhydroxyd     die zieherleichternde Wirkung ausübt.

        Es wurde die Beobachtung gemacht, dass  selbst auf einer     Rohrstreckpresse,    auf der die  Ziehringe die stärkste aller Beanspruchungen  erleiden, niedrig legierte     Manganstähle        für     das Werkzeug verwendet. werden können, die       praktisch    sonst nie als Ziehstähle Verwen  dung finden, und die auch unter andern Be  dingungen bei Verwendung     phosphat.ierter     Rohre sofort. unbrauchbar würden.

   Da es  anderseits auch möglich ist, die üblich     ver-          wendeten        Ziehstähle        von        2%        Kohlenstoff        und     grösseren Chromgehalten zu benutzen, die     sul-          fidresistent    sind, kann die Frage der Sulfid  bildung auf den Werkzeugen nicht einheitlich  beantwortet. werden.  



  Es ist bereits bekannt, bei der     spanlosen     Verformung von Metallen Ölsuspensionen zu  verwenden, welche Schwefel in fein- bis     feinst-          verteilter    Form enthalten. Der Schwefel sollte  dabei wohl einerseits als Gleitmittel, ander  seits dazu dienen, auf der metallischen Ober  fläche einen das Anfressen des     Werkzeuges     verhindernden Film zu erzeugen. In Wirklich  keit tritt unter den     Bedingungen,    wie die  Schmier- und Kühlmittel bei der Kaltver  formung von Metallen verwendet werden,  durch den zugesetzten Schwefel eine solche  Filmbildung überhaupt nicht oder in so trä  gem Masse ein, dass sie auf den Ziehvorgang  ohne Einfluss ist.

   Bei den Schmiermitteln  nach der Erfindung findet dagegen beispiels  weise die Bildung eines     Eisen-II-Sulfidfilms     schon in der Kälte und, was wesentlich ist,  mit grosser Reaktionsgeschwindigkeit statt.  



  Die Wirkung des     Sulfidfilms        ist    zweifel  los ähnlich der der     Phosphatschichten    bei dem  bekannten Ziehverfahren. Es besteht aber in  sofern ein Unterschied, als bei dem     bekannter.     Verfahren die Phosphate und Oxyde vor der  Kaltverformung erzeugt werden, während die       Sulfide    bei dem Verfahren nach der Erfin  dung erst gebildet werden,     wenn    das Werkstück  mit dem Kühl- und Schmiermittel in Berüh  rung kommt. Bei dem bekannten Verfahren  kann eine Neubildung von Phosphat- und       OxSdschichten    im     Verformungsvorgang    nicht  eintreten.

   Dagegen kann bei dem Verfahren  nach der Erfindung eine ständige Neubildung    von     Sulfidschiehten    stattfinden. Daraus er  klärt sich, dass die     Selrutzwirkung    bei Anwen-     j     dung des Kühl- und Schmiermittels nach der  Erfindung eine vollkommene ist, während ihr  beim     bekannten    Verfahren gewisse Grenzen  gesetzt sind.  



  Die grössere Stärke der     Scliiehten    bei dem  bekannten Verfahren bietet anderseits den  Vorteil, dass die Reibungsarbeit bei der Ver  formung vermindert wird. Es ist deshalb  unter Umständen vorteilhaft, von den Merk  malen beider Verfahren Gebrauch zu machen, c  also das Verfahren unter     Verwendung    von       '\Verkstücken        auszuführen,    die durch vorher  gehende Behandlung mit     Oxyd-    oder Salz  schichten versehen worden sind.

   Man wird  die Kombination beider Verfahrensmerkmale ,  mit Vorteil insbesondere dann anwenden, wenn  eine damit verbundene Verminderung der  Zahl der Arbeitsgänge und wesentliche Er  höhung der Standzeit der Werkzeuge die  durch die Erzeugung der Phosphat.- oder       Oxydschichten    bedingten     Mehrkosten    recht  fertigt.  



  Als Kühl- und Schmiermittel nach der  Erfindung hat sich beispielsweise eine Mi  schung von 15 kg eines im Handel     erhältli.,        chen,    sogenannten wasserlöslichen Bohr- und  Ziehfettes und 1.5 kg     Wasser    der 6 bis 800     cm    s  gelbes Schwefelammonium zugefügt sind, be  währt. Es hat sieh als zweckmässig     erwiesen,     dein für die     3Iisehung-    verwendeten Wasser  vor dem     Zusatz    des Zieh- und Bohrfettes       Alkalisalze    schwacher Säuren, wie Borax,  Soda, zuzufügen.

   Mit der so zusammengesetz  ten     Emulsion    war es möglich, unter Anwen  dung des Streckverfahrens nach Patent  Nr. 170512 unbehandelte Stahlrohre von  mm Wandstärke in einer Operation auf  0,6 mm Wandstärke     herunterzustrecken.     



  Die Erfindung lässt sieh auch     auf    Nicht  eisenmetalle und deren Legier     engen,    wie  Aluminium, Zink, Nickel,     llonelmetall,    Legie  rungen des     Al-Cu-Mg-    und     Al-l-Ig-Tvps    usw.,  anwenden  Die zieherleichternde Wirkung der ge  nannten Kühl- und Schmiermittel     macht    sieh  nicht nur bei Nickel und     hochnickelhaltigen         Legierungen, die bekanntlich beim Ziehen er  hebliche Schwierigkeiten verursachen, sondern  auch bei Metallen wie Aluminium und Alu  miniumlegierungen dadurch geltend, dass  der Reibungswiderstand erheblich vermindert  wird,

   und die Rohroberflächen auch bei An  wendung stärkerer     Verformungsgrade    ein  glatteres und schöneres Aussehen erhalten als  bei Verwendung von Kühl- und Schmiermit  teln ohne Zusatz der genannten Stoffe.  



  Gemäss der Erfindung wird beispielsweise  zum Ziehen von Rohren des     Al-Cu-Mg-Typs     eine     wässrige        Ölemulsion    verwendet, der auf  1.00 Liter Emulsion 500 g Schwefelleber zu  gefügt. sind.  



  Die     günstige    Wirkung des Zusatzes der  Sulfide zu den Kühl- und Schmiermitteln       zeigt    sich auch darin, dass die Werkzeuge ge  schont, werden und als Werkstoff für den  Ziehring niedrig legierte und vor allem     wol-          framfreie    Stähle verwendet, werden können.  



  Bei der praktischen Ausführung des Ver  fahrens hat es sich gezeigt, dass gewisse     Tief-          ziehstä.hle    eine erhebliche Resistenz gegen den  Angriff. wässriger Lösungen der Sulfide der  Alkalien, Erdalkalien und organischen Basen  in der angewandten Verdünnung aufweisen.  



  Es wurde nun gefunden, dass man die  Aggressivität, dieser stark basisch reagieren  den Sulfide erheblich steigern kann, wenn  man ihren     Lösungen    saure Stoffe, wie Mine  ralsäuren, organische Säuren, insbesondere  mittel- und     höhermolekulare    Fettsäuren mit  5     bis        30        Kohlenstoffatomen,        Phenole        usw.     Die Steigerung der Aggressivität ist ver  mutlich auf die durch den Zusatz von sauren  Stoffen bewirkte Bildung von Wasserstoff  sulfid zurückzuführen.

   Die gleiche Wirkung  wird deshalb auch erzielt, wenn man den     Öl-          emulsionen    an Stelle der Metallsulfide     Schwe-          felwasserstoffwasser    zufügt.  



  Es hat sich als     zweckmässig    erwiesen, bei  Verwendung von     Schwefelwasserstoffwasser     geringe Mengen mittel- oder     höhermolekularer     Fettsäuren, wie     Caprylsäure,        Linolensäure,     zuzufügen, da diese Stoffe anscheinend den    Schwefelwasserstoff zu binden und dessen  rasche Oxydation zu verhindern vermögen.



  Process for the non-cutting deformation of metals. The invention relates to a method for the non-cutting deformation of metals, in particular special iron and steel, and is characterized in that emulsions of oils with water are used as coolants and lubricants, the aqueous phase of which contains sulfides in dissolved form, those in contact with. the metals on this one film.



  No lubricant has yet been found for the non-cutting deformation of iron and steel which would allow full or even extensive utilization of the deformability of iron and steel, especially when using conventional drawing and pressing tools. Every known coolant and lubricant fails, especially when high and extremely high degrees of deformation are to be achieved. The known seizure of the tool on the workpiece then inevitably occurs.



  A significant advance in the non-cutting deformation of iron and steel has been achieved in that the workpieces prior to deformation by known methods such as burnishing, phosphating, with a up th, coherent crystal skin of oxides or salts, eg. B. phosphates, ver provides the crystals are firmly fused with the metallic substrate. This known method has the disadvantage that the workpieces have to be pretreated in burnishing or phosphate baths prior to cold forming.

      The surprising observation has now been made that in the oil-in-water or water-in-oil emulsions of oils, for example mineral oils, vegetable or animal oils, whose aqueous phase contains single or multiple sulfides in dissolved form, Coolants and lubricants are available that offer complete protection against tool seizure even when high and extremely high degrees of deformation are used, even if

   if normal drawing and pressed steels are used as the material for the forming tools and the workpieces to be formed are not provided with a protective layer of oxides or salts. The effect of the coolant and lubricant according to the invention can be explained by the fact that the sulfides contained in dissolved form in the coolant and lubricant produce a constantly renewing film on the surfaces of both the workpiece and the tools, which creates a weld prevents steel on steel from moving.



  In the cold forming of aluminum alloys using the coolants and lubricants according to the invention, the aluminum sulfide formed as an intermediate is ver presumably decomposed rapidly with the formation of aluminum hydroxide. But since the Ziehvor gang runs at high speed, is. there is an open question as to whether the aluminum sulfide formed as an intermediate or the aluminum hydroxide formed during the decomposition has the effect of facilitating the pulling process.

        It was observed that even on a pipe stretching press, on which the drawing rings suffer the greatest of all stresses, low-alloy manganese steels are used for the tool. which are practically never used as drawing steels, and which can also be used immediately under other conditions when using phosphated pipes. would become unusable.

   Since, on the other hand, it is also possible to use the commonly used drawing steels with 2% carbon and higher chromium contents that are sulphide-resistant, the question of sulphide formation on the tools cannot be answered uniformly. will.



  It is already known to use oil suspensions for the non-cutting deformation of metals which contain sulfur in finely to finely divided form. The sulfur should serve as a lubricant on the one hand, and on the other hand to create a film on the metallic surface that prevents the tool from being pitted. In reality, under the conditions in which the lubricants and coolants are used in the cold forming of metals, the added sulfur does not result in such a film formation or to such an extent that it has no influence on the drawing process.

   In the lubricants according to the invention, however, for example, the formation of an iron (II) sulfide film takes place in the cold and, what is essential, with a high reaction rate.



  The effect of the sulfide film is undoubtedly similar to that of the phosphate layers in the known drawing process. But there is a difference in this respect than with the more familiar. Process the phosphates and oxides are generated prior to cold forming, while the sulfides are only formed in the process according to the invention when the workpiece comes into contact with the coolant and lubricant. With the known method, a new formation of phosphate and oxide layers cannot occur in the deformation process.

   On the other hand, in the method according to the invention, a constant new formation of sulfide layers can take place. This explains that the self-cleaning effect when using the coolant and lubricant according to the invention is perfect, while it is subject to certain limits in the known method.



  On the other hand, the greater strength of the seams in the known method offers the advantage that the work of friction during deformation is reduced. It is therefore sometimes advantageous to make use of the features of both processes, i.e. to carry out the process using blocks that have been provided with layers of oxide or salt through previous treatment.

   The combination of both process features will be used to advantage, in particular, if an associated reduction in the number of operations and a substantial increase in the service life of the tools justifies the additional costs caused by the production of the phosphate or oxide layers.



  As a coolant and lubricant according to the invention, for example, a mixture of 15 kg of a commercially available., Chen, so-called water-soluble drilling and drawing fat and 1.5 kg of water to which 6 to 800 cm s of yellow ammonium sulphide have been added, has been proven. It has proven to be expedient to add alkali salts of weak acids, such as borax and soda, to the water used for the preparation before adding the drawing and drilling fat.

   With the emulsion composed in this way, it was possible, using the stretching process according to patent no. 170512, to stretch down untreated steel pipes from mm wall thickness to 0.6 mm wall thickness in one operation.



  The invention can also be applied to non-ferrous metals and their alloys, such as aluminum, zinc, nickel, llonelmetall, alloys of the Al-Cu-Mg and Al-l-Ig types, etc. The pull-relieving effect of the cooling mentioned - and lubricant not only applies to nickel and high-nickel alloys, which are known to cause considerable difficulties when drawing, but also to metals such as aluminum and aluminum alloys in that the frictional resistance is considerably reduced,

   and the pipe surfaces receive a smoother and nicer appearance even when applying greater degrees of deformation than when using coolants and lubricants without the addition of the substances mentioned.



  According to the invention, for example, an aqueous oil emulsion is used for drawing pipes of the Al-Cu-Mg type, to which 500 g of sulfur liver are added to 1.00 liter of emulsion. are.



  The beneficial effect of adding sulfides to the coolants and lubricants is also shown in the fact that the tools are spared and that low-alloy and, above all, tungsten-free steels can be used as the material for the drawing ring.



  During the practical implementation of the method, it has been shown that certain deep-drawn steels have considerable resistance to attack. aqueous solutions of the sulphides of the alkalis, alkaline earths and organic bases in the dilution used.



  It has now been found that the aggressiveness of this strongly alkaline reacting the sulfides can be increased considerably if you add acidic substances such as mineral acids, organic acids, especially medium and high molecular weight fatty acids with 5 to 30 carbon atoms, phenols, etc. to their solutions The increase in aggressiveness is presumably due to the formation of hydrogen sulfide caused by the addition of acidic substances.

   The same effect is therefore also achieved if the oil emulsions are added to hydrogen sulphide instead of the metal sulphides.



  When using hydrogen sulfide water, it has proven to be useful to add small amounts of medium or high molecular weight fatty acids, such as caprylic acid, linolenic acid, since these substances appear to bind the hydrogen sulfide and prevent its rapid oxidation.

Claims

PATENT CLAIM: Process for the non-cutting deformation of metals, in particular iron and steel, characterized in that emulsions of oils with water are used as coolants and lubricants, the aqueous phase of which contains sulfides in dissolved form that come into contact with the metals on . create this one movie. SUBClaims 1. The method according to claim, characterized in that an oil-in-water emulsion is used. 2. The method according to claim, characterized in that a water-in-oil emulsion is used.

3. The method according to claim, characterized in that mineral oils are used to manufacture the emulsion. 4. The method according to claim, characterized in that vegetable oils are used to produce the emulsion development. 5. The method according to claim, characterized in that animal oils are used to produce the emulsion development. 6. The method according to claim, characterized in that single sulfides are dissolved in the aqueous phase. 7. The method according to claim, characterized in that multiple sulfides are dissolved in the aqueous phase. B.

Method according to claim, characterized in that the aqueous phase contains sulfides of the alkalis. 9. The method according to claim, characterized in that the aqueous phase contains sulfides of alkaline earths. 1.0. Method according to claim, characterized in that the aqueous phase contains sulfides of organic bases. 11. The method according to claim, characterized in that the aqueous solution of the sulfides contains acidic substances. 12.

Method according to patent claim and sub-claim 11, characterized in that the aqueous solution of the sulfides contains a mineral acid. 13. The method according to claim and dependent claim 11, characterized in that the aqueous solution of the sulfides contains an organic acid. 14. The method according to claim and dependent claims 11 and 13, characterized in that the organic acids used are medium to high molecular weight fatty acids with 5 to 30 carbon atoms. 15th

Method according to patent claim and dependent claim 11, characterized in that the aqueous solution of the sulfides contains phenols. 16. The method according to claim, characterized in that the aqueous phase contains hydrogen sulfide. 17. The method according to claim and dependent claim 16, characterized in that the coolant and lubricant contains hydrogen sulfide and medium to high molecular weight fatty acids with 5 to 30 carbon atoms. 18th

Method according to patent claim, characterized in that the workpieces are coated with a dense, coherent crystal skin of metal compounds prior to cold forming.