Matrize zum Strangpressen metallischer Werkstoffe
Matrizen zum Strangpressen metallischer Werkstoffe sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Zum Stand der Technik gehört die Verwendung von hochwarmfesten Kobalt-Basislegierungen als Matrizen-Werkstoff, mit beispielsweise folgender Zusammensetzung:
59 % Co, 27 % Cr, 7 % Mo, 7 % Fe.
Diese Werkstoffe deformieren sich jedoch bei Presstemperaturen um 9000 C, wie sie zum Verpressen von Neusilber-Legierungen, mit zum Beispiel: 18 % Ni, 61 % Cu, 21 % Zn, notwendig sind.
Im weiteren ist bekannt, als Werkstoff für solche Matrizen ein schwach legiertes Molybdän zu verwenden.
Der Werkstoff zeichnet sich zwar durch gute Zerspanbarkeit aus, weist aber den erheblichen. Nachteil auf, dass er selbst duktil ist. Schon nach verhältnismässig wenig Pressungen verliert die Matrize ihr notwendiges Mass und muss verschrottet werden. Bei einem Versuch waren nur 50 Pressungen möglich, wenn bei einer Temperatur von 8000 C 300 mm lange 7" Bolzen aus einem Messing verpresst würden, das 58% Kupfer, 2 % Blei, Rest Zink enthielt.
Weiter ist die Verwendung von Zirkoniumoxyd zur Herstellung von Strangpressmatrizen bekannt. Zwar weist dieser Werkstoff die oben genannten Nachteile nicht auf, jedoch ist seine Verwendung kostspielig, da er nicht spanabhebend oder funkenerosiv bearbeitbar ist.
Die durch Sintern hergestellte Matrize kann nur noch durch Ultraschall fein bearbeitet werden. Das ist zeitraubend und daher kostspielig. Es entfällt zudem die Möglichkeit, die sonst übliche und notwendige Nachbearbeitung des Werkzeuges direkt an der Strangpresse vorzunehmen. Zirkoniumoxyd ist ausserdem zerbrechlich, so dass die daraus hergestellten Matrizeneinsätze mit grosser Sorgfalt in die eigentliche Matrize eingebaut werden müssen.
Für gänzlich andere Zwecke, nämlich zur Verwendung als Schutzrohr für Thermoelemente oder zur Auskleidung von Behältern, die zur Aufnahme von Metallschmelzen bestimmt sind, ist aus der deutschen Auslegeschrift Nr. 1 242 810 ein gegen Stahlschmelzen besonders widerstandsfähiger Sinterwerkstoff aus fein verteilten metallischen und oxydkeramischen Komponenten bekanntgeworden, wobei die etwa 20 bis 85 Volumprozent, vorzugsweise 40 bis 60 Volumprozent, der Gesamtmenge betragenden metallischen Komponenten überwiegend Molybdän und/oder Wolfram enthalten, während die oxydkeramischen Komponenten überwiegend aus Zirkonoxyd gebildet sind. Die keramischen Komponenten können bis zu 10 Gewichtsprozent stabilisierende Zusätze, z.B. Kalzium- oder Magnesiumoxyd, und/oder bis zu 50 Gewichtsprozent Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd enthalten.
Sinterwerkstoffe dieser Zusammensetzung haben jedoch bisher die Probleme um die Herstellung geeigneter Strangpressmatrizen nicht beeinflusst. Das dürfte seinen Grund darin finden, dass die Zugfestigkeit des Sinterwerkstoffes nur etwa 10 Bis 30 kp/mm2 beträgt, so dass er zur Herstellung von Pressmatrizen nicht geeignet erscheint, denn die üblichen Werkstoffe für diesen Verwendungszweck weisen Werte von 100 bis 200 kp/mmo auf. Ein so schwacher Werkstoff sollte daher den hohen Belastungen in der Strangpresse nicht gewachsen sein. Darüberhinaus besitzt er eine sehr hohe Sprödigkeit. Schliesslich ist zu erwarten, dass der hohe Gehalt des Werkstoffes an Zirkoniumoxyd, das sonst in keramischen Schleifscheiben verwendet wird, einen grossen Reibungskoeffizienten zur Folge hat und die Verwendung des Werkstoffes zur Herstellung von Pressmatrizen unmöglich macht.
Trotz dieser Bedenken haben sich überraschenderweise aus dem Sinterwerkstoff hergestellte Matrizen zum Strangpressen metallischer Werkstoffe als ausserordentlich vorteilhaft herausgestellt.
Gegenstand der Erfindung ist danach eine Matrize zum Strangpressen metallischer Werkstoffe, die aus einem Verbundwerkstoff aus fein verteilten metallischen und oxydkeramsichen Komponenten besteht, wobei die etwa 20 bis 85 Volumproznet, vorzugsweise 40 bis 60 Volumprozent des fertigen Verbundwerkstoffes betragende metallische Komponente überwiegend Molybdän und/ oder Wolfram enthält, während die oxydkeramischen Komponenten überwiegend aus Zirkonoxyd besteht.
Die letztere enthält mit Vorteil bis 10 Gewichtsprozent stabilisierende Zusätze, z. B. Kalzium- oder Magnesiumoxyd. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung dieser Matrize für das Strangpressen von Stahl erwiesen.
Im Vergleich zu der eingangs erwähnten Matrize aus schwach legiertem Molybdän ermöglicht die erfindungsgemässe Matrize unter sonst gleichen Bedingungen ungefähr 300 Pressungen, besitzt also eine ungefähr um den Faktor 6 vergrösserte Standzeit. Es hat sich zudem die überraschende Tatsache ergeben, dass die nach der Erfindung aus dem bekannten Werkstoff hergestellten Matrizeneinsätze nicht mit kostspieliger und zeitraubender Sorgfalt in die eigentliche Matrize eingebaut werden müssen, obwohl der Werkstoff die erwähnte Sprödigkeit besitzt. Von weiterem sehr wichtigem Vorteil ist die Tatsache, dass sich die Matrize nach der Erfindung spanabhebend bearbeiten lässt. Ein einfaches Nacharbeiten mit üblichen Werkzeugen, wie Schmirgelleinwand und Schleifscheibe, ist daher direkt an der Strangpresse möglich.
In bevorzugter Ausführungsform der Matrize enthält die keramische Komponete des Verbundwerkstoffes gesamthaft bis zu 49 Gewichtsprozent Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd. Eine bevorzugte Matrize, die sich durch besonders gute Standzeit und Güte der Presserzeugnisse ausgezeichnet hat, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff 63 bis 83 Gewichtprozent Molybdän, 13 bis 33 Gewichtsprozent Zirkonoxyd und bis zu 10 Gewichtsprozent Titanoxyd aufweist. die Matrize kann im übrigen mit der metallischen Komponente bis zu 49 Gewichtsprozent Chrom enthalten, wenn durch die Art des verpressten Metalls mit einer oxydierenden Beanspruchung der Matrize zu rechnen ist.
Beim Pressen von Kupfer hoher Leitfähigkeit ohne Sauerstoffgehalt und von hoch leitfähigem Kupfer mit Sauerstoffgehalt entstehen üblicherweise Werkstücke, die mit einer fest haftenden Zunderschicht bedeckt sind und vor dem Weiterverarbeiten gebeizt werden müssen.
Durch Wasserabschreckung kann diese Zunderschicht nicht entfernt werden. Überraschenderweise entfällt bei der erfindungsgemässen Matrize die Notwendigkeit des Beizens, wenn das Werkstück nach dem Pressen in Wasser abgeschreckt wird. Die Oxydschicht löst sich dabei vollständig vom Untergrund und fällt ab. Daher ist von besonderem Vorteil, dass mit der erfindungsgemässen Matrize direkt in Wasser gepresst werden kann, wobei das Wasser bis in die Austrittsöffnung der Matrize gelangen darf, ohne dass durch den Temperaturschock eine Beschädigung der Matrize eintreten würde.
Ferner kann die Matrize zwischen den einzelnen Pressungen schroff und rasch abgekühlt werden. Es hat sich eine ausgezeichnete Oberfläche und Massgenauigkeit der Pressprodukte gezeigt.
Im folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele be schrieben:
Bei einer Temperatur von 11000 C wurde ein Bolzen aus Stahl mit der Zugfestigkeit von mindestens 37 kp/mm2 und der Abmessung 72 mm Durchmesser und 120 mm Länge zu einer Rundstange von 13,2 mm Durchmesser verpresst. Die Matrize zeigte keine messbare Mass änderung. Die Verwendung von Schmiermitteln erübrigte sich.
Bei einer Temperatur von 9000 C wurden Bolzen aus einer Neusilber-Legierung, Zusammensetzung: 18X Ni, 61 % Cu, 21 % Zn - zu einem scharfkantigen Profil - 16 mm breit, 10,5 mm hoch und einem nasenförmigen 5 mm hohen und 3 mm breiten Vorsprung an einer Seite - viersträngig verpresst. Die Aderlänge betrug 40 m. Nach vier Pressungen waren die Matrizen um nur 0,1 mm deformiert und mussten nachgearbeitet werden. Bis zum Unbrauchbarwerden wurden 25 Pressungen ertragen.
Dasselbe Profil wurde mit der Matrize aus einer hochwarmfesten Kobaltbasis-Legierung nach dem eingangs erwähnten Stande der Technik-Zusammensetzung: 591-o Co, 27% Cr, 7% Mo, 7% Fe - verpresst.
Diese Matrizen waren nach nur einer Pressung völlig deformiert und damit unbrauchbar.
PATENTANSPRUCH 1
Matrize zum Strangpressen metallischer Werkstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Verbundwerkstoff aus fein verteilten metallischen und oxydkeramischen Komponenten besteht, wobei die 20 bis 85 Volumprozent des fertigen Verbundwerkstoffes betragende metallische Komponente überwiegend Molybdän und/oder Wolfram enthält, wogegen die oxydkeramische Komponente überwiegend aus Zirkonoxyd besteht.
UNTERANSPRÜCHE
1. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der metallischen Komponente des Verbundwerkstoffes 40 bis 60 Volumprozent beträgt.
2. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff 63 bis 83 Gewichtsprozent Molybdän, 13 bis 33 Gewichtsprozent Zirkonocyd und bis zu 10 Gewichtsprozent Titanoxyd, bezogen auf sein Gesamtgewicht, aufweist.
3. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die oxydkeramische Komponente des Verbundwerkstoffes bis zu 10 Gewichtsprozent stabilisierender Zusätze, wie Calcium- oder Magnesiumoxyd, enthält.
4. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die oxydkeramische Komponente des Verbundwerkstoffes gesamthaft bis zu 49 Gewichtprozent Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd enthält.
5. Matrize nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Komponente des Verbundwerkstoffes bis zu 49 Gewichtsprozent Chrom enthält.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung der Matrize nach Patentanspruch I zum Strangpressen von Stahl.
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Die for extrusion of metallic materials
Various embodiments of dies for the extrusion of metallic materials are known. The state of the art includes the use of highly heat-resistant cobalt-based alloys as a die material, for example with the following composition:
59% Co, 27% Cr, 7% Mo, 7% Fe.
These materials, however, deform at press temperatures of around 9000 C, as are necessary for pressing nickel silver alloys with, for example: 18% Ni, 61% Cu, 21% Zn.
It is also known to use a weakly alloyed molybdenum as the material for such matrices.
Although the material is characterized by good machinability, it has the considerable. Disadvantage is that it is ductile itself. Even after a relatively small amount of pressing, the die loses its necessary dimensions and has to be scrapped. In one test, only 50 pressings were possible if, at a temperature of 8000 C, 300 mm long 7 "bolts were pressed from a brass that contained 58% copper, 2% lead, the remainder zinc.
The use of zirconium oxide for the production of extrusion dies is also known. Although this material does not have the disadvantages mentioned above, its use is costly because it cannot be machined or machined by electrical discharge.
The die produced by sintering can only be finely processed by ultrasound. This is time consuming and therefore costly. There is also no possibility of performing the otherwise usual and necessary post-processing of the tool directly on the extrusion press. Zirconium oxide is also fragile, so that the die inserts made from it have to be built into the actual die with great care.
For completely different purposes, namely for use as a protective tube for thermocouples or for lining containers that are intended to hold molten metal, German Auslegeschrift No. 1 242 810 discloses a sintered material made of finely divided metallic and oxide-ceramic components that is particularly resistant to molten steel , wherein the approximately 20 to 85 percent by volume, preferably 40 to 60 percent by volume, of the total amount of metallic components mainly contain molybdenum and / or tungsten, while the oxide-ceramic components are mainly formed from zirconium oxide. The ceramic components can contain up to 10 weight percent stabilizing additives, e.g. Calcium or magnesium oxide and / or up to 50 percent by weight of thorium, hafnium and / or titanium oxide.
However, sintered materials of this composition have so far not affected the problems associated with the production of suitable extrusion dies. This is probably due to the fact that the tensile strength of the sintered material is only around 10 to 30 kp / mm2, so that it does not appear suitable for the production of press dies, because the usual materials for this purpose have values of 100 to 200 kp / mmo . Such a weak material should therefore not be able to cope with the high loads in the extrusion press. In addition, it is very brittle. Finally, it is to be expected that the high zirconium oxide content of the material, which is otherwise used in ceramic grinding wheels, results in a high coefficient of friction and makes it impossible to use the material for the production of press dies.
Despite these concerns, matrices made from the sintered material for the extrusion of metallic materials have surprisingly turned out to be extremely advantageous.
The subject of the invention is then a die for the extrusion of metallic materials, which consists of a composite material of finely divided metallic and oxide-ceramic components, the metallic component amounting to about 20 to 85 percent by volume, preferably 40 to 60 percent by volume of the finished composite material being predominantly molybdenum and / or tungsten contains, while the oxide-ceramic components mainly consist of zirconium oxide.
The latter advantageously contains up to 10 percent by weight of stabilizing additives, e.g. B. Calcium or Magnesium Oxide. The use of this die for the extrusion of steel has proven to be particularly advantageous.
Compared to the above-mentioned die made of weakly alloyed molybdenum, the die according to the invention enables approximately 300 pressings under otherwise identical conditions, and thus has a service life that is approximately six times longer. The surprising fact has also emerged that the die inserts produced from the known material according to the invention do not have to be built into the actual die with expensive and time-consuming care, although the material has the aforementioned brittleness. Another very important advantage is the fact that the die according to the invention can be machined. Simple reworking with common tools such as emery cloth and grinding wheel is therefore possible directly on the extrusion press.
In a preferred embodiment of the die, the ceramic component of the composite material contains a total of up to 49 percent by weight of thorium, hafnium and / or titanium oxide. A preferred die, which is characterized by a particularly good service life and quality of the pressed products, is characterized in that the material has 63 to 83 percent by weight molybdenum, 13 to 33 percent by weight zirconium oxide and up to 10 percent by weight titanium oxide. Incidentally, the die can contain up to 49 percent by weight of chromium with the metallic component if the type of pressed metal means that the die is exposed to oxidizing stress.
When pressing copper of high conductivity without oxygen content and of highly conductive copper with oxygen content, workpieces are usually produced that are covered with a firmly adhering layer of scale and have to be pickled before further processing.
This layer of scale cannot be removed by water quenching. Surprisingly, the die according to the invention eliminates the need for pickling if the workpiece is quenched in water after pressing. The oxide layer is completely detached from the substrate and falls off. It is therefore particularly advantageous that the die according to the invention can be used to press directly into water, the water being allowed to get into the outlet opening of the die without the die being damaged by the temperature shock.
Furthermore, the die can be cooled rapidly and abruptly between the individual pressings. An excellent surface and dimensional accuracy of the pressed products has been shown.
Two exemplary embodiments are described below:
At a temperature of 11000 C, a steel bolt with a tensile strength of at least 37 kp / mm2 and the dimensions 72 mm in diameter and 120 mm in length was pressed to form a round bar with a diameter of 13.2 mm. The die showed no measurable change in size. The use of lubricants was unnecessary.
At a temperature of 9000 C, bolts made of a nickel silver alloy, composition: 18X Ni, 61% Cu, 21% Zn - became a sharp-edged profile - 16 mm wide, 10.5 mm high and a nose-shaped 5 mm high and 3 mm wide protrusion on one side - pressed in four strands. The vein length was 40 m. After four pressings, the dies were deformed by only 0.1 mm and had to be reworked. 25 pressings were withstood until it was unusable.
The same profile was pressed with the die made of a highly heat-resistant cobalt-based alloy according to the prior art composition mentioned at the beginning: 591-o Co, 27% Cr, 7% Mo, 7% Fe.
These matrices were completely deformed after only one pressing and thus unusable.
PATENT CLAIM 1
Die for extrusion of metallic materials, characterized in that it consists of a composite material of finely divided metallic and oxide-ceramic components, the metallic component amounting to 20 to 85 percent by volume of the finished composite material predominantly containing molybdenum and / or tungsten, whereas the oxide-ceramic component predominantly consists of zirconium oxide consists.
SUBCLAIMS
1. Die according to claim I, characterized in that the proportion of the metallic component of the composite material is 40 to 60 percent by volume.
2. Die according to claim I, characterized in that the composite material has 63 to 83 percent by weight of molybdenum, 13 to 33 percent by weight of zirconium oxide and up to 10 percent by weight of titanium oxide, based on its total weight.
3. Die according to claim I, characterized in that the oxide-ceramic component of the composite material contains up to 10 percent by weight of stabilizing additives, such as calcium or magnesium oxide.
4. Die according to claim I, characterized in that the oxide-ceramic component of the composite material contains a total of up to 49 percent by weight of thorium, hafnium and / or titanium oxide.
5. Die according to claim I, characterized in that the metallic component of the composite material contains up to 49 percent by weight of chromium.
PATENT CLAIM II
Use of the die according to patent claim I for the extrusion of steel.
** WARNING ** End of DESC field could overlap beginning of CLMS **.