DD292270A5

DD292270A5 - WAITRESS LUBRICANT FOR THE HOT FORMING OF METALLIC MATERIALS

Info

Publication number: DD292270A5
Application number: DD32460188A
Authority: DD
Inventors: Heinz-Ruediger Vogel; Harri Weinhold; Dieter Rauschenbach; Hans Fiedler; Juergen Reichert
Original assignee: Zi Fuer Festkoerperphysik Und Werkstofforschung,De
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1988-12-30
Publication date: 1991-07-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein waeszriges Schmiermittel fuer die Warmumformung metallischer Werkstoffe, insbesondere fuer das Gesenkschmieden. Es enthaelt in Wasser Fettsaeuresalze * Alkali- oder Ammoniumborat * Alkali- oder Ammoniumphosphat (C) und eine polymere organische Verbindung * Die Fettsaeuresalze A bestehen zum Teil aus Stearaten. Zusaetzlich sind Reaktionsprodukte der Komponenten A bis C enthalten, entstanden in waeszriger Loesung bei einem p H-Wert groeszer 6,9 und Temperaturen kleiner 80C. Das Schmiermittel besitzt eine erhoehte Stabilitaet und ist umformtechnisch hoeher belastbar.{Schmiermittel, waeszrig; Warmumformung; Gesenkschmieden; Fettsaeuresalz; Stearat; Borat; Phosphat; Polymer; Reaktionsprodukte; Stabilitaet}The invention relates to a wetted lubricant for the hot forming of metallic materials, in particular for die forging. It contains in water fatty acid salts * alkali or ammonium borate * alkali or ammonium phosphate (C) and a polymeric organic compound * The fatty acid salts A consist partly of stearates. In addition, reaction products of components A to C are contained, formed in a liquid solution at a p H value greater than 6.9 and temperatures less than 80 ° C. The lubricant has an increased stability and can be subjected to higher deformation in terms of forming. {Lubricant, water-based; Hot forming; stamping; Fettsaeuresalz; stearate; borate; Phosphate; Polymer; Reaction products; Stability}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Chemie und betrifft ein wäßriges Schmiermittel für dio Warmumformung metallischer Werkstoffe, insbesondere für das Gesenkschmieden.The invention relates to the field of chemistry and relates to an aqueous lubricant for the hot forging of metallic materials, in particular for die forging.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Beim Gesenkschmieden werden Schmiermittel verwendet, die zur Erzielung einer Trennwirkung zwischen Umformgut und Werkzeug dienen, den Werkzeugverschleiß verringern und zur Kühlung des Werkzeugs beitragen. AlsiSchmiermittel sind u.a.In die forging, lubricants are used which serve to achieve a separating effect between the material to be formed and the tool, reduce tool wear and contribute to the cooling of the tool. Alsi-lubricants are u.a.

solche auf Wasserbasis bekannt.such water-based known.

An already proposed graphite-free aqueous lubricant contains salts of the fat or hot for the hot forging

Naphthensäuren als Schmierstotf, Borate, Polyphosphat und polymere Verdickungsmittel.Naphthenic acids as Schmierstotf, borates, polyphosphate and polymeric thickeners.

Dieses Schmiermittel ist umweltfreundlich und hat prinzipiell gute umformtechnische Eigenschaften. Allerdings verändert sich nach seiner Herstellung relativ schnell seine Viskosität. Infolge dessen sind unter konstanten Beschichtungsbedingungen keine konstanten Schmiermittelschichtauflagen möglich. Daraus können sich Probleme hinsichtlich der Reproduzierbarkeit derThis lubricant is environmentally friendly and in principle has good forming properties. However, its viscosity changes relatively quickly after its production. As a result, under constant coating conditions, no constant lubricant layer deposits are possible. This can cause problems regarding the reproducibility of the

Application technology and forming result, which adversely affect the process economy. also

kann es bei diesem Schmiermittel unter ungünstigen Lagerbedingungen zu Absetzerscheinungen kommen. Bei kompliziert gestalteten Gesenken treten relativ starke Ablagerungen auf, die häufige Säuberungsarbeiten erforderlich machen bzw. die Maßhaltigkeit der Werkstücke beeinträchtigen. Darüber hinaus ist eine Verbesserung der Schmierwirkung wünschenswert, insbesondere für schwierige Umformprozesse und komplizierte Werkstückformen.This lubricant can lead to sedimentation under unfavorable storage conditions. In complicated designed dies occur relatively heavy deposits, which require frequent cleaning work or affect the dimensional accuracy of the workpieces. In addition, an improvement of the lubricating effect is desirable, especially for difficult forming processes and complicated workpiece shapes.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Voraussetzungen für eine Verbesserung der Gebrauchswerteigenschaften von graphitfreien, wäßrigen Schmiermitteln für die Warmumformung.The object of the invention is to provide conditions for improving the utility properties of graphite-free aqueous hot-stamping lubricants.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schmiermittel für die Warmumformung metallischer Werkstoffe, bei dem in Wasser Fettsäuresalze (A), Alkali- oder Ammoniumborat (B), Alkali- oder Ammoniumphosphat (C) sowie eine polymere organische Verbindung (D) enthalten sind, dahingehend zu verändern, daß sich dessen Viskosität und Lösungsstabilität während der Zeit der Lagerung und Anwendung nicht oder nicht wesentlich verändern.The invention is based on the object, a lubricant for the hot forming of metallic materials, in which in water fatty acid salts (A), alkali or ammonium borate (B), alkali or ammonium phosphate (C) and a polymeric organic compound (D) are included to change so that its viscosity and solution stability during or during storage and use does not change significantly.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Fettsäuresalze A zu 10 bis 96 Massenanteilen in % aus Stearaten bestehen und daß zusätzlich (E) 0,005 bis 8 Massenanteile in % In wäßriger Lösung bei einem pH-Wert größer 6,9 und bei Temperaturen kleiner 80°C entstandene Reaktionsprodukte der Komponenten A bis C enthalten sind, wobei die Summe der Komponenten A bis E kleiner 20 Massenanteile in % istThis object is achieved according to the invention in that the fatty acid salts A to 10 to 96 parts by mass in% of stearates and that in addition (E) 0.005 to 8 parts by mass in% In aqueous solution at a pH greater than 6.9 and at temperatures contained reaction products of components A to C are smaller 80 ° C, wherein the sum of the components A to E is less than 20% by mass in%

Vorzugsweise werden Fettsäuresalze A mit einem Stearatgehalt im Bereich von 40 bis 70 Massenanteilen in % verwendet. Preferably, fatty acid salts A are used with a stearate content in the range of 40 to 70 parts by mass in%.

Besonders geeignet sind Erdalkalifettsäuresalze. Der Vorzugsbereich für den Gehalt an Reaktionsprodukten E beträgt erfindungsgemäß 0,1 bis 2 Massenanteile in %.Particularly suitable are alkaline earth fatty acid salts. The preferred range for the content of reaction products E is according to the invention 0.1 to 2 parts by mass in%.

Als Reaktionsprodukte E können nach der Erfindung insbesondere enthalten sein:The reaction products E according to the invention may contain in particular:

(E1) Produkte von Reaktionen der Fettsäuresalze A mit dem Alkali- oder Ammoniumborat B in teil weiser nichtstöchiometrischer(E1) Products of reactions of fatty acid salts A with the alkali or ammonium borate B in partially non-stoichiometric

Zusammensetzung, (E 2) Produkte einer teilweisen oder vollständigen Hydrolyse von Natriumpolyphosphat C, (E 3) Produkte von Reaktionen der Fettsäuresalze A mit den Produkten E 2,Composition, (E 2) products of partial or complete hydrolysis of sodium polyphosphate C, (E 3) products of reactions of fatty acid salts A with products E 2,

(E4) Produkte von Reaktionen des Alkali- oder Ammoniumboiats B mit den Produkten E2 und (E 5) Produkte von Reaktionen der Fettsäuresalze A mit den Produkten E 4.(E4) Products of Reactions of Alkali or Ammonium Boil B with Products E2 and (E5) Products of Reactions of Fatty Acid Salts A with Products E4.

Die Reaktionsprodukte können mittels einer separaten Reaktionsdnrchführung oder unmittelbar während der Schmiermittelherstellung erzeugt worden.The reaction products can be produced by means of a separate reaction dehydrator or directly during lubricant production.

Das erfindungsgemäße Schmiermittel zeichnet sich vor allem durch stabile Viskosität aus und ermöglicht damit das Erzeugen konstanter Schmiermittelschichtauflagen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Schmiermittel umformtechnisch höher belastbar ist, da die Reaktionsprodukte E als Hochdruckzusätze fungieren. Aufgrund seiner verbesserten Gebrauchseigenschaften ist das erfindungsgemäße Schmiermittel besonders für schwierige Umformprozesse und komplizierte Werkstückformen einsetzbar und ermöglicht eine Leistungssteigerung sowie Erhöhung der Erzeugnisqualität.The lubricant according to the invention is distinguished, above all, by stable viscosity and thus makes it possible to produce constant lubricant layer deposits. A further advantage is that the lubricant can be subjected to higher forming load, since the reaction products E act as high-pressure additives. Due to its improved performance properties, the lubricant according to the invention can be used especially for difficult forming processes and complicated workpiece shapes, and enables an increase in performance as well as an increase in product quality.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das sich auf ein Schmiermittel für das Gesenkschmieden bezieht und bei dem in Wasser enthalten sind:The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment which relates to a lubricant for drop forging and in which water is present:

4,75 Massenanteile Calciumstearat (A),4.75 parts by weight of calcium stearate (A),

0,4 Massenanteile Natriumtetraborat (B),0.4 parts by mass of sodium tetraborate (B),

4,75 Massenanteile Natriumpolyphosphat (C),4.75 parts by weight of sodium polyphosphate (C),

0,05 Massenanteile Nonylphenolypolyethylenoxid-Addukt (D) und0.05 part by mass Nonylphenolypolyethylenoxid adduct (D) and

0,6 Massenanteile Reaktionsprodukte (E), entstanden aus den Komponenten A bis C in wäßriger Lösung bei einem pH-Wert von 7 und einer Temperatur von 4O⁰C.0.6 parts by mass of the reaction products (E), resulting from the components A to C in aqueous solution at a pH of 7 and a temperature of 4O ⁰ C.

Als Calciumstearat A ist solches verwendet, das einen Stearatgehalt von 60 Massenanteilen in % besitzt. Dieses Schmiermittel wird vor seinem Gebrauch unter Verwendung von Wasser im Verhältnis 1:3 verdünnt und kann dann so beispielsweise beim Gesenkschmieden von auf etwa 1 250⁰C erwärmten St 52-Barren eingesetzt werden. Hierbei wird das Schmiermittel auf die Arbeitsflächen des Werkzeuges aufgetragen. Das Auftragen wird mit Hilfe von Sprühdüsen und in Form eines Luft-Schmiermittel-Strahls vorgenommen. Dabei kann zur Beeinflussung derTemperatur des Werkzeugs die aufgesprühte Schmiermittelmenge bzw. das Luft-Schmiermittel-Verhältnis variiert werden. Vorteilhaft wird der Sprühdruck so hoch gewählt, daß mit dem Sprühstrahl etwaige am Werkzeug befindliche Zunderteilchen entfernt werden. Vor dem erstmaligen Auftragen des Schmiermittels und auch nach einer Reihe von Umformvorgängen kann das Werkzeug einer Behandlung mit einem Schmiermittelträger unterworfen werden, beispielsweise durch Tauchen in einer Borax- oder Phosphatlösung.As calcium stearate A is used that having a stearate content of 60 mass%. This lubricant is prior to its use by using water in the ratio 1: 3 and then diluted so can be used for instance during the drop forging of approximately 1250 ⁰ C heated St 52 ingot. Here, the lubricant is applied to the working surfaces of the tool. The application is carried out by means of spray nozzles and in the form of an air-lubricant jet. In this case, to influence the temperature of the tool, the sprayed-on amount of lubricant or the air-lubricant ratio can be varied. Advantageously, the spray pressure is chosen so high that any spray particles on the tool are removed with the spray. Prior to initial application of the lubricant, and also after a series of forming operations, the tool may be subjected to treatment with a lubricant carrier, for example by dipping in a borax or phosphate solution.

Die Gesenkstandzeit ist mit diesem Schmiermittel um ca. 15% höher als bei Verwendung des zum Stand der Technik gehörenden Schmiermittels.The die life is about 15% higher with this lubricant than when using the prior art lubricant.

Claims

1. Lubricant for the hot forming of metallic materials, in which 0.25 to 10% by mass in water of fatty acid salts (A), 0.05 to 3% by mass of alkali or ammonium borate (B), 0.05 to 8% by mass in% Alkali metal or ammonium phosphate (C) and 0.01 to 6 parts by mass in% of a polymeric organic compound (D), characterized in that the fatty acid salts A consist of 10 to 96% by mass of stearates and.daß additionally (E) 0.005 to 8 parts by mass in% in aqueous solution at a pH greater than 6.9 and at temperatures below 8O ⁰ C resulting reaction products of components A to C are contained, wherein the sum of the components A to E is less than 20 mass%.

2. A lubricant according to claim 1, characterized in that the stearate content of the fatty acid salts A is in the range of 40 to 70 parts by mass in%.

3. A lubricant according to claim 1, characterized in that are used as fatty acid salts A alkaline earth metal salts. _N

4. A lubricant according to claim 1, characterized in that 0.1 to 2 parts by mass in% reaction products E are included.

5. A lubricant according to claim 1, characterized in that (E 1) products of reactions of the fatty acid salts A with the alkali or ammonium borate B in partial non-stoichiometric composition as reaction products E are included.

6. A lubricant according to claim 1, characterized in that (E2) products of a partial or complete hydrolysis of sodium polyphosphate C are contained as reaction products E.

7. A lubricant according to claim 1 and 6, characterized in that (E 3) products of reactions of the fatty acid salts A with the products E 2 are contained as reaction products E.

8. A lubricant according to claim 1 and 6, characterized in that (E4) products of reactions

of the alkali metal or ammonium borate B with the products E 2 as reaction products E are contained.

9. A lubricant according to claim 1 and 8, characterized in that (E5) products of reactions of the fatty acid salts A with the products E4 are contained as reaction products E.