DE1444794A1 - Schmiermittel fuer hohe Temperaturen - Google Patents

Description

• "Bühmiermittel fÜr hohe Temperaturen." Zum Schmieren verwendet man im allgemeinen organische Schmiermitteiwie Pettel' Öle# Seifen. Diese sind in der Regel nur bei Texperaturen unter 200 in Ausnahmefällen bis zu etwa 230 0 brauchbar. Bei solchen Schmierungen, bei denen hohe Temperaturen die Anwendung dieser organischen Schmiermittel unmöglich machent verwendet man Graphit als Schmiermittel. Bei hohen Temperaturen und Drucken, wie sie beispielsweise bei der Verformung von Stahl aber auch anderen technischen Prozessen auftreten-, bleibt aber nur solcher Graphit halbwegs brauchbar, der viel Asche enthält. Diese.wirkt offenbar als Trennmittel, wie die Bildung von Schleifspuren auf dem Material zeigt. Trotzdem kommt es noch zu Verschweißungen an einzelnen Punkten, wodurch die Verformungswerkzeuge stark angegriffen werden und die Oberfläche des behandelten Gutes durch Riefenbildung erheblich verschlechtert werden kann.
• Es ist ferner bekannt, vor der Kaltverformung von Metallen auf deren entzunderter Oberfläche mittels Salzen oder Salzgemischen eine Trägerschicht zu erzeugen, auf der Schmiermittel, wie Öle, Fette, Seifen, besser haften sollen.
• Zum Schmieren bei höheren Temperaturen sind auch Salze vorgeschlagen worden, die auf dem heißen Werkstück'oder Werkzeug schmelzen und dann schmierend wirken sollen. Man hat aber feststellen müssen, daß keineswegs alle Salzschmelzen schmierend wirken. Eigene Untersuchungen haben ergeben,'-idaß beispielsweise Borax allein oder im Gemisch mit Öl bei der Herstellung nahtloser Rohre zum Verkleben und Stillstand führt. Auch Rohkochealz führt zu Materialabtragungen einerseits und Materialauftragungen an anderer Stelle, so daß es zur Bildung starker Riefen kommt. Ebensowenig kann man beliebige Salzgemische verwendent da beispielsweise ein als Salzbad bekanntes Gemisch.aus 22% Ba012,' 37% NaC1 und 44 KO1 oder Schmelzen von_Kryolith zu den gleichen Erscheinungen führen.
• Weiterhin ist ein bei hohen Temperaturen anzuwendendes wasserlösliches Schmiermittel bekannt, das zugleich entzundernd wirkt und das bereits bei der ver'hältnismäßig tiefen Temperatur von 300 0 zu erweichen beginnt und bis über 1000 0. beständig bleibt. Es enthält keinerlei schleifende Zusätze bzw. Trennmittel und besteht aus Alkaliphosphat und Alkalitetraborat in bestimmten,Mischungeverhältnissen. Dieses Schmiermittel wirkt auf die Metalloberfläche entzundernd, bildet schmierend wirkende Grenzflächen, greift aber in manchen Fällen auch die blanke Oberfläche an.
• Weiterhin ist vorgeschlagen worden, bei der Verformung niedrig schmelzender Legierungen Alkali-Phosphorsäure-Tonerdegläser als .Schmiermittel zu verwenden. Wegen ihres Gehaltes an Aluminiumoxyd sind diese Gläs-,er in Wasser schwer löslich oder sogar unlöslich. Die Entfernung des Schmiermittels von der Metalloberfläche ist deshalb schwierig, vor allem im Innern von Rohren oder entsprechenden Erzeugnissen. Das gleiche gilt für die bekannte Verwendung von Silikatgläsern oder Schlacken als Hochtemperaturschmiermittel. Erfahrungsgemäß erfordern diese wie die Emails eine mechanische Nachbehandlung durch Sandstrahlen oder eine chemische Nachbehandlung mit Flußsäure. Eine technisch wichtige Schwierigkeit besteht ferner'darin, daß Emails, Gläser und Schlacken eine vorherige Entzunderung der Oberfläche erfordern, die entweder mechanisch oder in einem Entzunderungsbad erfolgen muß.
• Die genannten anorganischen'Schmiermittel sind erst bei Temperaturen über 300 0 wirksam. Für viele Schmiervorgänge, z.B. beim Verformen von Eisen und anderen Metallen bzw. Legierungen, ist jedoch ein Schmiermittel wünschenswert, das bereits bei tieferen Temperaturen, etwa 200 0, wirksam ist, aber seine Schmnierwirkung im schmelzflüssigen Zustand bis zu hohen Temperaturen behält. Ab- gesehen von der Viskosität der Sclimelze spielt offensichtlich bei der Schmierwirkung auch die Reaktion mit der Metalloberfläche und die Bildung einer schmierend wirkenden Grenzschicht eine wesentliche Rolle, was das Versagen beliebiger Salzschmelzen erklärt. Es wurde nun gefunden, daß geschmolzene Natrium-Kalium-Phosphate, die in wasserfreiem Zustand einen Gehalt von 55 bis 69 Gew.% P20 59 14 bis 35 Gew.% Na20 und 5 bis 27 Gew.% K20, insbesondere 60 bis 68 Gew.Gfo P20 59 17 bis 28 Gew.% Na20 und 9 bis 21 Gew.% K20, besitzen, diese Voraussetzungen erfüllen und ausgezeichnete Schmiermittel darstellen, die gleichzeitig entzundernd wirken und mit der Materialoberfläche die oben erwähnten schmierend wirkenden Grenzschichten bilden. Diese Natrium-Kalium2Phosphate gehen bereits bei 200 bis 250 0 in den flüssigen Zustand über und behalten diesen bis 4000, wenn man die Phosphate als Monophosphate einsetzt. In dem genannten Temperaturbereich liegt eine Schmelze aus Diphosphaten vor, die daneben noch Mono- und höherkondensierte Phosphate enthält.
• Beim weiteren Erhitzen dieser Phosphate bilden die Produkte bei 0 etwa 500 klare Schmelzen. Auch diese Schmelzen, die aus höherkondensierten Polyphosphaten bestehen, stellen ausgezeichnete Schmiermittel dar, allerdings nur bei diesen höheren Temperaturen. Für solche Schmiervorgänge, bei denen eine lückenlose Sclimierung zwischen 200 0 und über 500 0 liegenden Temperaturen erforderlich ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, geringe '#lengen - unter 10%, vorzugsweise unter 5% - des Natriums und/ oder Kaliums durch äquivalente Mengen eines oder mehrerer zweiwertiger Metalle, insbesondere Magnesium, Zink oder Mangan, zu ersetzen, z.B. durch Zusatz von Phosphaten dieser Metalle.'Durch den Zusatz von Magnesiumphoophat erhält man besonders glatte Oberflächen. Mit Zink oder Manganphosphat haften,d ie-Oberflächenschichten und dadurch auch die Schmierfilme bea-onders gut an den Metalloberflächen. Außerdem verschiebt dieser Ersatz des Alkalie ,durch zweiwertige Metalle das Anwendungsgebiet der erfindungegemäßen Schmiermittel nach tieferen Temperaturen.
• Die erfindungsgemäßen Schmiermittel können auch Phoophate dreiwertiger Metalle enthalten, jedoch sollen-4i-ese wegen ihrer Schwerlöslichkeit nur in untergeordneten Mengen - unter 1%, vorzugsweise unter 0,2% - vorliegen.
• Die erfindungsgemäßen grenzflächenaktiven Schmiermittel werden insbesondere in Porm von Orthophosphatent deren Zusammensetzung zwischen Na 0t95 KOI1OH 1995 PC 49 Na 1935 K 0915 H 1950 PO 49 Na 0975 K 0975 H 1950 PO 4 und Na 0,53 K 0952H 1995 PO 49 vorzugsweise zwischen Na 0984 K 0921H 1995 PO 4P Na 1905 KO925 H 1970 PO 41 Na 098oK 0950 H 1970 PC 4 und Na0,63 K 0942H 1995 PO 49 liegt bzw. entsprechenden Gemischen von Natrium- und Kaliumphosphaten, angewendet. Man kann aber auch Gemische von Ortho- und kondensierten Phosphaten oder Gemische kondensierter Phoaphate anwenden, z.B. Gemische von*Tetrakaliumpyrophosphat und Mononatriumorthophosphat bzw. Natriummetaphosphat. Die Schmelzen enthalten neben den erwähnten Bestandteilen Na209 K20 und P20 5 in der Regel noch Konstitutionswasser der Phosphate in wechselnder, von der Temperatur und Erhitzungszeit abhängiger Menge, das deshalb bei der Angabe der Zusammensetzung nicht berücksichtigt wurde. Die Schmiermittel sind mit Wasser von der ge" schmierten Oberfläche im Gegensatz zu den A120 3 bzw. Si02 in grösseren Mengen enthaltenden anorganischen Sch-miermittelh leicht abwaschbar und besitzen gegenüber diesen den großen Vorteil, be- -reite bei weitaus niedrigerer Temperatur sich zu verflüssigen, etwa vorhandenen Zunder zu lösen, mit der Metalloberfläche eine Grenzaohicht zu bilden und schmierend zu wirken. Vor dem bekannten, Borax In irößerren Mengen enthaltenden Hochtemperaturschmier-Mittel haben die erfindungegemäßen Schmiermittel den Vorteil geringeren.Angriffe auf die zu schmierenden Metalloberflächen.
• Die erfindungegemäßen Schmiermittel können auf die zu schmieren-de Oberfläche in Porm eines Pulvers, insbesondere eines Orthoaufgebracht werden. Man kann sie auch, um eine gleichmäßige Verteilung zu erreichen, in Wasser auflösen und die zu schmierende Pläche damit bestreichen. Es ist jedoch auch möglichi die Gegenstände in einem Schmelzbad des Schmiermittels zu erhitzen und dann zu verformen. Auch die Herstellung von Preßlingen, beispielsweise Schmierstiften, Ist möglich. In entsprechender Weise wie bei der Verformung kann die Anwendung des erfindungsgemäßen Schmiermittels auch bei allen technischen Prozessen erfolgen, bei denen eine Schmierung bei Temperaturen notwendig ist,*die den Beständigkeitsbereich der anfangs genannten Schmiermittel übersteigen. Beim Lochen. von Stahlblöcken'in einer Ehrhard-Presse traten voz#, allem bei Schichtbegin-n Schwierigkeiten auf. Ein Anfahren mIt kaltem Lochdorn war praktisch unmöglich, da durch die AbkühlunG die Luppe auf dem noch kalten Dorn aufsolirumpfte und gleIchzeitig an der-Matrize klemmte.
• Durch Einstreuen von etwa 100 g Phosphat-Schmiermittel, bestehend aus 57,0 Teilen NaH2P0 4 - 16,9 Teilen Na2HPO 4 9 1692 Teilezi'KII2P0 4e 5,2 Te.ilen'K 2 HPO 4 und 4,7 Teilen Ng(HPO 4)2'2 H20, auf die Innenwand der Matrize und weiterer 100 g auf den Kopf des vierkantigen Blocks wurde ein glattes Arbeiten der Anlage erreicht.
• Es genügte, diese Schmierung bei den ersten 10 Blöcken zu wieder-# holen. Dann hatten Dorn und Matrize die erforderliche Temperature die ein Aufschrumpfen verhinderte. Beide hatten außerdem auch eine selbstschmierende Oberfläche erhalten. Der Verschleiß der Matrize wurde wesentlich verringert und dadurch die Kalibrierung #ür die Weiterverarbeitung verbessert. Außerdem waren auf dem geb,ohrten Material die vorher häufigen Riefen verschwundeng die bei der Weiterverarbeitung nur schwer zu beseitigen waren.

Claims (1)

1. rgtentan§Rrüche: 1. Schmiermittel für höhere Temperatureng dadurch gekennzeichnet, daß es ein Natrium-Kalium-Phoaphat enthält, dessen Zusammensetzung in wasserfreiem Zustand zwischen 55 und 69 Gew.% P20 59 14 und 35 Gew.% Na20, 5 und 27 Gew.% K20 liegt' 2. Schmiermittel nach Patentanspruch 1-. dadurch gekennzeichnetg daß es ein Natrium-Kalium-Phosphat enthält, dessen Zusammensetzung in wasserfreiem Zustand zwischen 60 und 68 Gew.% P 20 51 17 und 28 Gew.% Na20, 9 und 21 Gew.% K20 liegt. 3. Schmiermittel nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bis 10, vorzugsweise bis 5%, des Natriums und/oder Kaliums durch äquivalente Mengen eines oder mehrerer zweiwertiger Metalle, insbesondere Magnesium, Zink oder Mangan, ersetzt sind.