DE1149481B

DE1149481B - Kaltverformung von Metallen und Metallegierungen unter Verwendung eines Schmiermittels

Info

Publication number: DE1149481B
Application number: DEC21913A
Authority: DE
Inventors: Fred Dyson; Elwyn Ronald Hayward
Original assignee: MAURICE D CURWEN Ltd
Current assignee: MAURICE D CURWEN Ltd
Priority date: 1959-07-16
Filing date: 1960-07-14
Publication date: 1963-05-30
Also published as: GB887606A; NL253730A

Description

Beim Kaltziehen von Metallen zu Drähten, Stangen, Rohren od. dgl. auf Ziehbänken sind Schmiermittel erforderlich, damit der Werkstoff mit geringem Kraftaufwand und mit einwandfreier Oberflächenbeschaffenheit die Ziehdüse verläßt. Als Schmiermittel werden vielfach Mineralöle oder -fette benutzt, teilweise in wäßriger Lösung oder als Emulsion. Für eine verbesserte Emulgierbarkeit des Schmiermittels kann man geringe Mengen Alkalinaphthenat zusetzen. Als Weichmacher hochviskoser, vorzugsweise fester Schmiermittel werden vielfach Plastifizierungsmittel, wie Lanolin oder chloriertes Paraffinwachs, verwendet. Derartige Schmiermittel haben den Nachteil eines geringen Haftvermögens auf der Oberfläche der kaltzuziehenden Metalle. Sie werden an der Ziehdüse abgestreift und müssen nach jedem Ziehvorgang erneuert werden.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt, metallische Überzüge, beispielsweise aus Blei, als Schmiermittel zu verwenden. Die Entfernung des Metallüberzuges nach dem Kaltziehen ist schwierig und muß sehr sorgfältig geschehen. Beispielsweise kann ein Bleiüberzug durch Auflösen in einem Salpetersäurebad entfernt werden. Beim nachfolgenden Glühen des zu verarbeitenden Metalls besteht die Gefahr, daß seine Oberfläche von Bleiresten angegriffen wird. Hinzu kommt, daß die Schmierwirkung vielfach unbefriedigend ist und das kaltgezogene Erzeugnis oft eine rauhe und narbige Oberfläche aufweist.

Die Erfindung löst die Aufgabe, auf der Oberfläche des zu verarbeitenden Metalls oder der Metalllegierung einen fest haftenden Schmiermittelüberzug zu schaffen dadurch, daß in organischen Lösungsmitteln in der Kälte lösliche Metallnaphthenate von Erdöl-Naphthensäure einer Säurezahl von mindestens 100, vorzugsweise 175 bis 210, verwendet werden. Ein solcher Schmiermittelüberzug auf Basis von Metallnaphthenaten ist besonders für das Kaltziehen von hochschmelzenden Metallen oder von zuvor mit Kupfer beschichtetem Metall oder Metallegierungen geeignet. Der Metallbestandteil des Metallnaphthenates ist vorzugsweise Magnesium oder Calcium. Den Metallnaphthenaten können noch bekannte Plastifizierungsmittel, ζ. Β. Lanolin oder chloriertes Paraffinwachs, in einer Menge bis zu höchstens dem Anteil der Naphthenate zugesetzt werden. Zweckmäßig wird das Metallnaphthenat, gegebenenfalls mit Zusätzen, als Lösung in einer flüchtigen Trägerflüssigkeit, z. B. in Trichloräthylen, oder als Suspension in Wasser auf das kaltzuziehende Metall oder die Metallegierung aufgetragen.

Kaltverformung von Metallen

und Metallegierungen
unter Verwendung eines Schmiermittels

Anmelder:
Maurice D. Curwen Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. G. Eichenberg

und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,

Düsseldorf, Cecilienallee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 16. Juli 1959 (Nr. 24 480)

Fred Dyson, Iver, Buckinghamshire,

und Elwyn Ronald Hayward,

Mochen, Monmouthshire (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

Die in Erdöl enthaltenen Naphthensäuren sind Carbonsäuren der Cyclopentanreihe. Ihre Salze unterscheiden sich in mehrfacher Hinsicht von den Salzen der Fettsäuren, wie Metallstearate oder -palmitate, die vielfach als Schmiermittel verwendet werden. Mit Ausnahme der Alkalinaphthenate sind die Metallnaphthenate in der Kälte in den meisten organischen Lösungsmitteln, z. B. in Erdöl, Leichtbenzin, Trichloräthylen, höheren Alkoholen, Ketonen od. dgl., leicht löslich, während die Metallverbindungen oder Fettsäuren in den meisten dieser Lösungsmittel in der Kälte fast unlöslich sind.

Die meisten aus Naphthensäuren des Erdöls mit einer Säurezahl von mindestens 100, vorzugsweise von 170 bis 250, hergestellten Metallnaphthenate sind bei Raumtemperatur fest und werden bei Erhitzung flüssig. Zirkon- und Chromnaphthenate sind bei Raumtemperatur hochviskose Flüssigkeiten.

Die Schmiermittel nach der Erfindung werden zweckmäßig in flüssiger Form auf die Oberfläche des kaltzuziehenden Metalls oder der Metallegierung aufgebracht. Die Dicke des Naphthenatüberzuges soll vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 25 Mikron liegen. In der Hitze flüssige Metallnaphthenate können heiß

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aufgetragen werden. Das Werkstück wird dann nach dem Erkalten des Überzuges kaltgezogen. Feste Metallnaphthenate können auch dadurch in eine auftragsfähige Form gebracht werden, daß sie geringfügige Zusätze von nicht flüchtigen Lösungsmitteln mit hohem Siedepunkt erhalten, wie Ester oder organische Säuren, insbesondere auch Naphthensäuren. Vorzugsweise jedoch werden die Metallnaphthenate dadurch in eine zur Herstellung des Schmiermittelüberzuges brauchbare Form gebracht, daß sie in einer flüchtigen Trägerflüssigkeit gelöst oder als Suspension in Wasser aufgetragen werden. Derartige flüchtige Trägerflüssigkeiten werden vor dem Verarbeiten des metallischen Werkstoffs zum Verdampfen gebracht. Das lösungsmittelfreie Metallnaphthenat haftet sehr fest auf der Metalloberfläche und verbleibt auf dieser in ausreichender Menge, selbst bei mehrfachem Durchgang durch den Ziehring. Deshalb ist es meist nicht erforderlich, daß nach jedem Zug des Werkstoffs das Schmiermittel erneuert wird. Andererseits aber kann das Schmiermittel auf Basis Metallnaphthenat nach beendetem Kaltverformen leicht und vollständig entfernt werden, beispielsweise mittels Trichloräthylendampf oder durch Abbrennen während des der Kaltverformung nachgeschalteten Glühens.

Bei hochschmelzenden Metallen oder Metallegierungen auf Basis Nickel, Chrom, Kobalt, Molybdän und Wolfram, die Elemente einzeln oder zu mehreren, insbesondere wenn sie in Form von Drähten verarbeitet werden, tritt in der Ziehdüse gelegentlich eine als Flattern bezeichnete Erscheinung auf, die zu ringförmigen Markierungen an der Oberfläche des Werkstoffs Anlaß geben kann. Wird denjenigen Metallnaphthenaten, bei denen eine solche Erscheinung auftritt, ein Plastifizierungsmittel zugesetzt, dann kann das Flattern des Werkstoffs in der Ziehdüse meist völlig unterbunden werden. Plastifizierungsmittel, wie Lanolin oder chloriertes Paraffinwachs, führen zu verbesserten Reibeigenschaften des Schmiermittels an der Ziehdüse, ohne seine Haftfestigkeit auf der Werkstoffoberfläche in störendem Umfange zu verringern. Bei Calciumnaphthenaten bedarf es im allgemeinen keines Plastifizierungsmittels.

Als Metallbestandteil der Metallnaphthenate können die verschiedendsten Metalle, wie Magnesium, Kobalt, Chrom, Zink oder Nickel, einzeln oder zu mehreren, mit Ausnahme der Alkalimetalle, verwendet werden. Bevorzugt werden Magnesium- und Calciumnaphthenate, die besonders gute Hafteigenschaften haben.

Bei hochschmelzenden Metallen kann vielfach eine sehr hohe Querschnittsabnahme je Ziehvorgang erzielt werden, wenn der Werkstoff vor dem Ziehen zunächst mit Kupfer plattiert oder galvanisch überzogen wird, beispielsweise in einem sauren Kupfersulfatbad. Auf den Kupferüberzug wird das Schmiermittel auf Basis Metallnaphthenat aufgetragen und dann, gegebenenfalls nach Verflüchtigung des Lösungsmittels, das Kaltziehen durchgeführt.

Obwohl die Verwendung eines Schmiermittels auf Basis Metallnaphthenat beim Kaltziehen hochschmelzender Metalle wegen der dabei auftretenden Schwierigkeiten von besonderem Interesse ist, können die Schmiermittel auch beim Kaltverarbeiten anderer Metalle und Metallegierungen mit Vorteil verwendet werden. Die Verwendung des Schmiermittels nach der Erfindung ist auch nicht auf das Kaltziehen beschränkt, sondern kann bei allen Kaltverarbeitungsverfahren, bei denen es auf eine gute Haftfähigkeit des Schmiermittels ankommt, verwendet werden, beispielsweise beim Tiefziehen oder Pressen.

Gegenüber den bisher beim Kaltziehen von Metallen oder Metallegierungen verwendeten Schmiermitteln auf Basis von Ölen, Fetten od. dgl. weisen die Schmiermittel auf Basis Metallnaphthenate eine hervorragende Haftfestigkeit auf dem Werkstoff auf. Zugversuche ergaben, daß zwei erfindungsgemäß mit einem Calciumnaphthenatüberzug versehene und dann

ίο aufeinandergepreßte Aluminiumplatten eine Haftfestigkeit von 120 bis 200 kg/cm² haben. Die gleichen Aluminiumplatten können nach Beschichtung mit einer beim Kaltziehen vierfach verwendeten Schneidölemulsion, die in bekannter Weise zur verbesserten Emulgierbarkeit einen geringfügigen Zusatz von Natriumnaphthenat enthält, von Hand getrennt werden. Die Haftfestigkeit ist demnach vernachlässigbar gering und liegt größenordnungsmäßig in einem Bereich von etwa 10-!kg/cm².

ao Wegen der guten Haftfähigkeit der Schmiermittel auf Basis von Metallnaphthenaten können mehrere Kaltziehvorgänge nacheinander ohne Erneuerung des Schmiermittelauftrages durchgeführt werden. Da die Metallnaphthenate auch auf Zunderschichten gut haften, kann vielfach auf ein Entzundern des Werkstoffs verzichtet werden.

Beispiel 1

Eine hochschmelzende Legierung in Form von gebeiztem Walzdraht mit rund 53,4% Nickel, 20% Chrom, 18 % Kobalt, 2,7% Titan, 1,8 % Aluminium und 0,1 % Kohlenstoff wird in ein Schmiermittel eingetaucht, das aus einer Mischung von 55 % Magnesiumnaphthenat (aus Naphthensäure einer Säurezahl von 170 bis 175) mit 45 % chloriertem Paraffinwachs als Plastifizierungsmittel besteht, die im Gewichtsverhältnis von 1:4 mit Trichloräthylen verdünnt ist. Die Drähte werden in diese Lösung eingetaucht und 15 Minuten lang an der Luft getrocknet. Der mit dem nunmehr lösungsmittelfreien Schmiermittel überzogene Draht wird dann durch Wolframkarbiddüsen je nach Drahtdurchmesser mit einer Geschwindigkeit zwischen 30 und 90 m/Min, kaltgezogen. Je Kaltzug wird eine Querschnittsabnahme von rund 20 bis 30% erzielt.

Beispiel 2

Ein Rohr aus einer Legierung mit rund 66 % Nickel, 30 % Kupfer, 1,6 % Eisen, 1,4 % Mangan und 0,2 % Kohlenstoff hat vor dem Kaltziehen einen Außendurchmesser von 30,15 mm und eine Wandstärke von 1,95 mm. Das Rohr wird durch Eintauchen in eine kochende Lösung aus 1 Gewichtsanteil CaI-ciumnaphthenat (aus Naphthensäure einer Säurezahl von 210) mit 3 Anteilen Trichloräthylen mit einem Schmiermittelüberzug versehen. Die Dicke des Überzugs beträgt ungefähr 0,025 bis 0,05 mm. In fünf Kaltzügen wird das Rohr ohne Erneuerung des Schmiermittelüberzuges auf einen Außendurchmesser von 12,7 mm und eine Wandstärke von 0,71 mm gebracht.

Beispiel 3

Eine Stange aus einer Legierung mit 0,l%Kohlenstoff, 18 % Chrom, 2,7 % Titan, 1,8 % Aluminium, 18 % Kobalt, Rest im wesentlichen Nickel, wird durch Elektroplattieren mit einer Kupferschicht von annähernd 0,025 mm Dicke überzogen. Auf die

kupferplattierte Stange wird das im Beispiel 1 beschriebene Schmiermittel auf Basis Magnesiumnaphthenat in einer Dicke von 0,013 mm aufgetragen und nach jedem Zug erneuert. Die erzielten Gesamtquerschnittsabnahmen liegen dann in der Größenordnung von 50 bis 60 ^fl/o.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verwendung von in organischen Lösungsmitteln in der Kälte löslichen Metallnaphthenaten von Erdöl-Naphthensäuren einer Säurezahl von mindestens 100, vorzugsweise 175 bis 210, als Schmiermittel für die Kaltverformung von Metallen und Metallegierungen, vornehmlich von hochschmelzenden Metallen, oder von zuvor mit Kupfer beschichteten Metallen oder Metallegierungen.

2. Verwendung von Metallnaphthenaten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Metallbestandteil Magnesium oder Calcium ist.

3. Verwendung von Metallnaphthenaten nach Anspruch 1 und 2 mit Zusätzen von bekannten Plastifizierungsmitteln, z. B. Lanolin oder chloriertem Paraffinwachs, in Mengen von höchstens 100 Gewichtsprozent der Metallnaphthenate.

4. Verwendung von Metallnaphthenaten nach Anspruch 1 bis 3 als Lösung in einer flüchtigen Trägerflüssigkeit, z. B. in Trichloräthylen oder als Suspension in Wasser.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 929 208, 944 809;
USA.-Patentschriften Nr. 2770 594, 2770 598,
599,2 802786;

britische Patentschrift Nr. 727 667.