DD201984A5

DD201984A5 - Arbeitswerkzeug zur spanlosen warmverformung von stahl -oder anderen stahlmetallen und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DD201984A5
Application number: DD82238188A
Authority: DD
Inventors: Otto Wessel
Original assignee: Mannesmann Ag
Priority date: 1981-04-03
Filing date: 1982-03-16
Publication date: 1983-08-24
Also published as: DE3114177A1; CA1195475A; US4466265A; IT1150629B; FR2502998B1; DE3114177C2; IT8219994A0; FR2502998A1; GB2096033A; GB2096033B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Arbeitswerkzeuges zur spanlosen Warmverformung von Stahl und anderen Schwermetallen sowie das Warmarbeitswerkzeug selbst. Bei derartigen Arbeitswerkzeugen tritt ein erheblicher Verschleiss auf und es ist daher die Aufgabe der Erfindung das Arbeitswerkzeug seinem Verwendungszweck entsprechend vorteilhaft auszubilden, wobei dies erfindungsgemaess dadurch geschieht, dass ein Verbundkoerper hergestellt wird, der aus einem auf pulvermetallurgischem Wege hergestellten verschleissfesten Formkoerper besteht, der in einer Giessform mit einer Stahlschmelze in Beruehrung gebracht wird, die nach ihrem Erstarren den Grundkoerper des Verbundkoerpers bildet.

Description

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Verfahren zum Herstellen eines Arbeitsv/erkzeuges zur spanlosen 7/armv er formung von Stahl oder anderen Schwermetallen sowie nach dein Verfahren hergestellte Arbeitswerkzeug

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann bei dem Herstellen eines Arbeitsv/erkzeuges angewendet werden, welches zur spanlosen Y/armverformung von Stahl und anderen Schwermetallen dient, und nach Art eines Verbundkörpers aus mehreren metallischen Pormteilen zusammengesetzt ist, von denen der eine Formteil den Grundkörper und der andere Formteil einen damit verbundenen verschleißfesten Körper darstellt, welcher auf pulνermetallurgischem Y/ege durch Pressen eines hochlegierten Stahlpulvers oder eines Nickel- oder Kobalt-Legierungspulver erzeugt worden ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Metallische Verbundkörper, die aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Y/erkstoffen bestehen, welche untrennbar fest miteinander verbunden sind, sind in vielen Ausführungen bekannt. Sie werden im allgemeinen durch Beschichten eines Grund- oder Tragkörpers mit einem dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßten V/erkstoff hergestellt, z.B. durch Galvanisieren, Verschweißen, Plattieren oder durch Aufsintern eines Metallpulvers auf einen metallischen Formkörper (z. B. DE-AS 17 58 1б2).

In der Pulvermetallurgie ist ferner ein Verbundkörper bekannt, der durch Tränken eines porösen Pulverskeletts mit einer verflüssigten Komponente z.B. aus Kupfer, hergestellt wird.

Г-it den bekannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich,

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beliebig geformte oder kompliziert ausgebildete Verbundkörper herzustellen, deren Oberfläche in einem großen Bereich oder in mehreren Bereichen (Zonen) aus einem anderen Y/erkstoff besteht als der übrige Körper. Ein derartiger Verbundkörper ist z· B. ein Werkzeug zum spanlosen Verformen von Stahl, dessen dem Verschleiß ausgesetzten Zonen aus einem besonders abriebfesten Werkstoff bestehen· Eine derartige Verschleißzone würde insbesondere bei Warmarbeitswerkzeugen große Vorteile bieten« Solche Werkzeuge sind beispielsweise Blockführungen ("Führungslineale") für Schrägwalzwerke zum Herstellen von nahtlosen Stahlrohren.

Formteile, welche auf pulvermetallurgischem Wege aus einem hochlegierten Stahlpulver oder aus ITiekel- oder Kobalt-Legierungspulver hergestellt sind, weisen einen hohen Widerstand gegen Verschleiß auf· Insbesondere bei der Warmumformung von Stahl· So ist es beispielsweise aus der Zeitschrift "Powder Metallurgy", 3· Europ.PMSymposium 1971, Conferenz Supplement Part 1, S 193 - 208, bekannt, eine Matrize zum Strangpressen von Stahl, v/elche einem sehr starken Verschleiß ausgesetzt ist, aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Ring aus Chrom/Nickel-Stahlpulver und einem geschmiedeten Haltering herzustellen. Die Verbindung erfolgt hierbei durch Einschrumpfen des Ringes in den Haltering· Bei anderen großen und/oder kompliziert geformten Warmarbeitswerkzeugen würde es außerordentlich schwierig und teuer sein, das gesamte Werkzeug auf pulvermetallurgischem Y/ege aus einem geeigneten Stahllegierungspulver herzustellen· Daher ist für Blockführungen versucht worden das Werkzeug nach Art eines Verbundkörpers aus mehreren Teilen, d. h. aus dem Grundkörper und einem pulvermetallurgisch erzeugten Verschleißkörper zusammenzusetzen. Grundkörper und Verschleißkörper wurden hierfür mechanisch bearbeitet

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und durch Schrauben miteinander verbunden· Das An- oder Einpassen der Formkörper erfordert im allgemeinen einen großen Bearbeitungsaufwand·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die wirtschaftliche Herstellung eines hohe Gebrauchswerteigenschaften aufweisenden Arbeitswerkzeugen zur spanlosen Warmverformung von Stahl oder anderen Schwermetallen·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Arbeitswerkzeuges zur spanlosen Warmverformung von Stahl oder anderen Schwermetallen zu schaffen, wobei das Arbeitswerkzeug seinem Verwendungszweck entsprechend in vorteilhafter Weise auszubilden ist und nunmehr auch bei großen und/oder komplizierten Formen, dieses nicht mehr ganz aus hochwertigem hochlegiertem Werkstoff gegossen werden muß.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Herstellen des Arbeits?/erkzeuges, welches nach Art eines Verbundkörpers aus mehreren metallischen Formteilen zusammengesetzt ist, von denen der eine Formteil den Grundkörper und der andere Formteil einen damit verbundenen verschleißfesten Formkörper darstellt, welcher auf pulvermetallurgischem Wege durch Pressen eines hochlegierten Stahlpulvers oder eines Uiekel- oder Kobalt-Legierungspulver erzeugt worden ist, der verschleißfeste Formkörper in eine Gießform eingesetzt wird, in welche eine Stahlschmelze eingegossen wird, welche nach ihrem Erstarren den Grund-

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körper bildet, der mit dem verschleißfesten Formkörper unlösbar verbunden ist.

Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, daß dem hochlegierten Stahlpulver oder dem lickel-Kobalt-Legierungspulver vor dem Pressen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit pulverförmige Hartstoffe, wie Korund und/oder Chromnitrid und/ oder Eisen- oder Wolframkarbid und/oder ein Borid zugesetzt werden·

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkzeug bietet gegenüber den konventionellen Werkzeugen, z. B. den Blockfiihrungen in Schrägwalzwerken oder Lochdornspitzen für das Walzen von nahtlosen Stahlrohren, wesentliche Vorteile· Bisher wurden die Werkzeuge wegen ihrer komplizierten Form ganz aus hochwertigem hochlegiertem Werkstoff gegossen· Schon nach einem Verschleiß von weniger als 10 % ihres Gewichtes mußten die Werkzeuge verschrottet werden· Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird demgegenüber nur die Verschleißzone als ein besonderes Formteil aus einem hochwertigen Pulverwerkstoff mit günstigem Verschleißwiderstand hergestellt· Dieses Formteil kann in einfacher Weise in die Gießform eingesetzt werden, in der mit der eingefüllten Stahlschmelze der verhältnismäßig komplizierte Grund- bzw. Tragkörper erzeugt wird, der sich dabei mit dem verschleißfesten Körper fest und unlösbar verbindet. An die Festigkeit des Gußwerkstoffes werden im allgemeinen keine besondere Anforderung gestellt, jedoch kann es zweckmäßig sein, daß der Gußwerkstoff etwa die gleiche Zusammensetzung aufweist wie das Metallpulver. Gegenüber dem Zusammenbau von bearbeiteten Formteilen zu einem Verbundkörper hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß bei dem pulvermetallurgisch hergestellten verschleißfesten Körper verhältnismäßig große Formtoleranzen der von dem Gußwerkstoff

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beaufschlagten Flächen zulässig sind· Eine Nachbearbeitung des pulvermetallurgisch hergestellten Formkörpers ist somit nicht erforderlich·

Damit über die Verbindung zwischen dem pulvermetallurgisch hergestellten und dem gegossenen Formkörper auch große Kräfte übertragen werden können, wie es beispielsweise bei Lochdornspitzen der Fall ist, kann die Verbindung in einfacher* Weise formschlüssig ausgeführt werden· Dies erfolgt dadurch, daß in die spätere Verbindungsfläche des pulvermetallurgischen Formteiles Nuten, Zapfen oder Vertiefungen, die jeweils auch Hinterschneidungen aufweisen können, eingepreßt werden·

In vielen Fällen empfiehlt es sich, das verschleißfeste Formteil pulvermetallurgisch in der Weise herzustellen, daß es durchgehend porös ist, um die Möglichkeit zu schaffen, daß für das Warmverformen eines Stahlblocks ein Kühl-, Schmier- oder Trennmittel verwendet werden kann, mit welchem die Poren getränkt sind· Damit wird erreicht, daß die Verschleißfläche gekühlt wird und Anschweißungen vermieden werden·

Zum Kühlen oder Schmieren des Warmarbeitswerkzeuges dienende Medien (flüssig oder gasförmig), wie Wasserdampf oder wässrige Salzlösungen können mit dem erfindungsgemäßen Warmarbeit swerkzeug auch während des VerfоrmungsVorganges durch eine oder mehrere rohrförmige Zuleitungen, die in den Verschleißkörper eingepreßt und dann später mit dem Gußwerkstoff umgössen werden, dem ?/erkzeug zugeführt werden. Als Schmiermittel kann auch ein dünnflüssiges Silikat (Glas) dienen·

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Als vorteilhaft hat sich auch gezeigt, wenn der verschleißfeste Formkörper aus mehreren Schichten besteht, welche jeweils unterschiedliche Korngrößen und/oder Zusammensetzungen des Legierungspulvers und/oder nichtmetallische Zusätze in unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen·

Die Poren des pulvermetallurgisch hergestellten Formteiles können auch ganz oder teilweise mit einem Hartstoff (Oxide, Nitride) gefüllt sein· Damit wird erreicht, daß der Verschleißwiderstand des pulvermetallurgisch erzeugten Formkörper für manche Anwendungsfälle wesentlich erhöht wird·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden· In der zugehörigen Zeichnung sind Warmarbeitswerkzeuge zur Verwendung in Schrägwalzwerken für die Herstellung von nahtlosen Rohren dargestellt, und zwar zeigen:

Fig· 1: die Vorderansicht einer Blockführung ("Führungslineal"), im Schnitt,

Fig. 2t den Schnitt A-B nach Figo 1,

Figo 3s die Vorderansicht einer Lochdornspitze im Schnitt,

Fig· 4: den Schnitt A-B nach Figo 3·

Die Blockführung gemäß den Fig. 1 und 2 weist den verschleißfesten Formkörper 1 und den damit unlösbar verbundenen Grundkörper 2 auf. Der Formkörper 1 wird durch Pressen eines Chrom/Nickel-Stahlpulvers mit einem Zusatz von 2

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Korund in einer isostatischen Presse erzeugt, welcher in Länge und Breite kleiner ist als der Grundkörper 2· Die Verschleißfläche erhält dabei die schalenförmige Ausbildung· Außerdem werden dabei die seitlichen Vorsprünge 3 angepreßt, die zur Verklammerung in den Grundkörper 2 dienen sollen· Nach dem Pressen wird der poröse Formkörper 1 gesintert· Er wird dann in die nicht dargestellte Gießform eingesetzt, welche mit. einer unlegierten Stahlschmelze gefüllt wird· Nach dem Erstarren bildet letztere den Grundkörper 2· Es entsteht ein unlösbarer Verbund zwischen dem pulvermetallurgischen Frendkörper 1 und dem gegossenen Grundkörper 2·

Die Lochdornspitze gemäß den Fig· 3 und 4 ist ebenfalls ein Verbundkörper, welcher aus dem porösen, in einer isostatischen Presse aus einem Chrom/-Nickel-Stahlpulver erzeugten Formhänger 4 und dem damit untrennbar verbundenen, durch Gießen gebildeten Grundkörper 5 besteht· Wie in Fig· 4 dargestellt, ist der Querschnitt des Grundkörpers kreuzförmig ausgebildet, um ein Drehmoment um die Längsachse der nicht dargestellten Dornstange aufnehmen zu können· Zur Verbindung der Dornstange mit der Lochdornspitze dient die beim Gießen erzeugte Ausnehmung 7· Zum Zuführen eines Kühl- oder Schmiermittels in den porösen verschleißfesten Formhänger 4 während des Verformungsvorganges dient eine als Bohrabschnitt ausgebildete Zuleitung 6, welche einerseits in die Ausnehmung 7 und andererseits in den Formhänger 4 mündet. Dieser Rohrabschnitt wird beim Pressen des Formhängers 1 mit diesem verbunden und dann in der Gießform mit der Stahlschmelze umgössen·

Claims

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Erfindungsanspruch

1. Verfahren zum Herstellen eines Arbeitswerkzeuges zur spanlosen Warmverformung von Stahl und anderen Schwermetallen, welches nach Art eines Verbundkörpers aus mehreren metallischen Formteilen zusammengesetzt ist, von denen der eine Formteil den Grundkörper und der andere Formteil einen damit verbundenen verschleißfesten Formkörper darstellt, welcher auf pulvermetallurgischem Wege durch Pressen eines hochlegierten Stahlpulvers oder eines Nickel- oder Kobalt-Legierungspulver erzeugt worden ist, gekennzeichnet dadurch, daß der verschleißfeste Formkörper in eine Gießform eingesetzt wird, in welche eine Stahlschmelze eingegossen wird, welche nach ihrem Erstarren den Grundkörper bildet, der mit dem verschleißfesten Formkörper unlösbar verbunden ist·

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der verschleißfeste Formkörper aus einem an sich bekannten hochlegierten Stahlpulver oder Nickel- oder Kobalt-Legierungspulver besteht, dem vor dem Pressen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit pulverförmige Hartstoffe, wie Korund und/oder Chromnitrid und/oder Eisen- oder Wolframkarbid und/oder ein Eorid zugesetzt werden.

3. Warmarbeitswerkzeug hergestellt nach dem Verfahren der Punkte 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der verschleißfeste Formkörper (1, 4) eine durchgehende Porösität aufweistβ

4. Warmarbeitswerkzeug nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Poren des verschleißfesten Formkörpers (1, 4) mit einem als Schmier- oder Trennmittel dienenden Medium, ζ» B. einem geschmolzenen Salz (Karbonat, Borat oder

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dergleichen) getränkt sind·

Warmarbeitswerkzeug nach Punkt 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß der verschleißfeste Formkörper (1, 4) zur formschlüssigen Verbindung mit dem Grundkörper (2, 5) nutenförmige Vertiefungen, zapfenförmige Vorsprünge oder dergleichen aufweist·

Warmarbeitswerkzeug nach Punkt 3 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß in dem Grundkörper (2, 5) eine rohrförmige Zuleitung (6) für ein gasförmiges oder flüssiges Medium eingebettet ist, welche in den verschleißfesten Formkörper (1, 4) mündet.

Warmarbeitswerkzeug nach Punkt 3 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der verschleißfeste Formkörper (1, 4) aus mehreren Schichten besteht, welche jeweils unterschiedliche Korngrößen und/oder Zusammensetzungen des Legierungspulvers und/oder nichtmetallische Zusätze in unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen·

Hierzu 1 Seite Zeichnungen