DE1444795B1

DE1444795B1 - Hochtemperaturschmiermittel

Info

Publication number: DE1444795B1
Application number: DE19601444795
Authority: DE
Inventors: Georg Dr Graue; Otto Dr Pfrengle; Theo Dr Roessel
Original assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Current assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Priority date: 1960-04-14
Filing date: 1960-04-14
Publication date: 1971-06-09
Also published as: GB939928A; LU39914A1; BE602568A; NL263557A; FR1286265A; US3186945A

Description

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Zum Schmieren verwendet man im allgemeinen Versuche mit bei hohen Temperaturen ganz oder teilorganische Schmiermittel wie Fette, öle, Seifen. Diese weise schmelzenden und dabei eine viskose Masse sind in der Regel nur bei Temperaturen unter 200⁰C, bildenden Silikatgläsern durchgeführt worden; diese in Ausnahmefällen bis zu etwa 230⁰C, brauchbar. Bei Stoffe sind aber schon deshalb für Schmierzwecke solchen Schmierungen, bei denen hohe Temperaturen 5 wenig geeignet, weil ihre spätere Entfernung von den die Anwendung dieser organischen Schmiermittel Werkstücken sehr schwierig ist.
unmöglich machen, verwendet man Graphit als Weiterhin ist vorgeschlagen worden, bei der VerSchmiermittel. Bei hohen Temperaturen und Drucken, formung niedrig schmelzender Legierungen Alkaliwie sie beispielsweise bei der Verformung von Stahl Phosphorsäure-Tonerdegläser als Schmiermittel zu aber auch anderen technischen Prozessen auftreten, ao verwenden. Wegen ihres Gehaltes an Aluminiumoxyd bleibt aber nur solcher Graphit halbwegs brauchbar, . sind diese Gläser in Wasser schwer löslich oder sogar der viel Asche enthält. Diese wirkt offenbar als Trenn- unlöslich. Die Entfernung des Schmiermittels von der mittel, wie die Bildung von Schleifspuren auf dem Metalloberfläche ist deshalb schwierig, vor allem im Material zeigt. Trotzdem kommt es noch zu Ver- Innern von Rohren oder entsprechenden Erzeugnissen, schweißungen an einzelnen Punkten, wodurch die 15 Das gleiche gilt für die bekannte Verwendung von Verformungswerkzeuge stark angegriffen werden und Silikatgläsern oder Schlacken als Hochtemperaturdie Oberfläche des behandelten Gutes durch Riefen- schmiermittel. Erfahrungsgemäß erfordern diese wie bildung erheblich verschlechtert werden kann. die Emails eine mechanische Nachbehandlung durch

Es ist ferner bekannt, vor der Kaltverformung von Sandstrahlen oder eine chemische Nachbehandlung

Metallen auf deren entzunderter Oberfläche mittels 20 mit Flußsäure. Eine technisch wichtige Schwierigkeit

Salzen oder Salzgemischen eine Trägerschicht zu besteht ferner darin, daß Emails, Gläser und Schlacken

erzeugen, auf der Schmiermittel, wie öle, Fette, Seifen, eine vorherige Entzunderung der Oberfläche erfordern,

besser haften sollen. Als Trägerschichten für diese die entweder mechanisch oder in einem Entzunderungs-

organischen Schmiermittel hat man bereits Phosphat- bad erfolgen muß.

schichten verwendet, die in üblicher Weise durch 25 Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Phosphatieren erzeugt wurden. Auch hat man schmie- öl- und fettfreien, anorganischen viskosen Natriumrende Überzüge auf Metallen durch die Einwirkung Kaliumphosphat - Lösungen als Hochtemperatureiner Dispersion oder Lösung eines aliphatischen schmiermittel. Es hat sich nämlich gezeigt, daß es in Phosphates mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen hergestellt. vielen Fällen bei der Anwendung dieser Schmiermittel Diese Schmierungsarten sind aber wegen der Zer- 30 schwierig, oft sogar unmöglich ist, das pulverförmige setzung der organischen Schmiermittel nur bei den Schmiermittel gleichmäßig auf das Werkstück aufobengenannten, tiefen Temperaturen brauchbar. zutragen. Das Schmiermittel haftet häufig nicht genug

Ebenfalls nur für die Schmierung bei tiefen Tempe- oder in schlechter Verteilung an der zu schmierenden

raturen bekannt sind viskose wäßrige Lösungen von Fläche, so daß Schwierigkeiten bei der Schmierung

Polyphosphaten oder von Kurrolschen Salzen oder 35 auftreten. Beim Auftragen von dünnflüssigen wäßrigen

von Metaphosphorsäure, deren Schmierwirkung auf Lösungen der anorganischen Schmiermittel bleibt

der Viskosität der Lösung beruht. meist eine zu geringe Menge haften. Nach dem Ver-

Zum Schmieren bei höheren Temperaturen sind dampfen des Wassers kann sich deshalb auf dem Salze vorgeschlagen worden, die auf dem heißen Material kein ausreichend dicker und gleichmäßiger Werkstück oder Werkzeug schmelzen und dann 40 Film des geschmolzenen Schmiermittels bilden,
schmierend wirken sollen. Man hat aber feststellen . Der Zusatz von Bindemitteln verbietet sich, da müssen, daß keineswegs alle Salzschmelzen schmierend beispielsweise Wasserglas unlösliche, silikatische Rückwirken. Eigene Untersuchungen haben ergeben, daß stände auf dem Material bildet. Organische Bindebeispielsweise Borax allein oder im Gemisch mit Öl mittel dürfen jedoch wegen ihrer Zersetzlichkeit bei bei der Herstellung nahtloser Rohre zum Verkleben 45 hohen Temperaturen nicht benutzt werden, ins- und Stillstand führt. Auch Rohkochsalz führt zu besondere deshalb, weil sie auf Werkzeug und Werk-Materialabtragungen einerseits und Materialauftra- stück aufkohlend wirken können, was z. B. bei gungen an anderer Stelle, so daß es zur Bildung starker legierten Stählen als Werkzeug oder Werkstück zu Riefen kommt. Ebensowenig kann man beliebige Gefügeveränderungen führt, die ungünstige Folgen Salzgemische verwenden, da beispielsweise ein als 50 haben, z. B. Rißbildungen ergeben. Deshalb ist ein Salzbad bekanntes Gemisch aus 22% BaCl₂,37% NaCl Schmiermittel, das zwar wasserlöslich ist und bleibt, und 41% KCl oder Schmelzen von Kryolith zu den das sich aber ohne Zusätze, insbesondere organischer gleichen Erscheinungen führen. Substanzen, zähviskos auftragen läßt, von besonderem

Weiterhin ist ein bei hohen Temperaturen anzu- Interesse. Man kann dadurch genügende Mengen des wendendes wasserlösliches Schmiermittel bekannt, das 55 Schmiermittels in gleichmäßiger Schicht und gut zugleich entzundernd wirkt und das bereits bei der haftend auf der noch kalten, zu erhitzenden oder auch verhältnismäßig tiefen Temperatur von 300⁰C zu er- der bereits heißen Oberfläche auftragen,
weichen beginnt und bis über 1000⁰C beständig bleibt. Es wurde nun gefunden, daß man die geschilderten Es enthält keinerlei schleifende Zusätze bzw. Trenn- Schwierigkeiten bei der Schmierung mit öl- und fettmittel und besteht aus Alkaliphosphat und Alkali- 60 freien, anorganischen, Alkaliphosphat enthaltenden tetraborat in bestimmten Mischungsverhältnissen. Schmiermitteln, die als wäßrige Lösung auf die zu Dieses Schmiermittel wirkt auf die Metalloberfläche schmierende Flächeaufgetragen werden, dort aufentzundernd und bildet schmierend wirkende Grenz- trocknen und dann als Schmelzen schmierend wirken, flächen. dadurch vermeiden kann., daß man durch einen Zusatz

Ferner sind schon bei den genannten Arbeits- 65 von viskose Lösungen bildendem Kaliumpolyphosphat

temperaturen zähflüssige komplexe anorganische Stoffe, die Lösung stark viskos macht, so daß sie gut und

z. B. unvollständig entwässerte Polyphosphorsäure gleichmäßig auf die zu schmierenden Flächen auf-

oder Polyborsäure, vorgeschlagen, und auch schon zubringen ist und auf diesen haftet.

Das viskoslösliche Kaliumpolyphosphat ist in reinem Wasser unlöslich. Um es in Lösung zu bringen, ist die Gegenwart anderer Kationen als Kalium, insbesondere Natrium, notwendig. Die erfindungsgemäß als Hochdruckschmiermittel verwendeten Natrium-Kaliumphosphat-Lösungen enthalten neben dem viskoslöslichen Kaliumpolyphosphat ein wasserlösliches Salz, vorzugsweise ein Natriumsalz, z. B. Natriumorthophosphat oder ein kondensiertes Natriumphosphat.

Insbesondere für solche Aufgaben, bei denen eine Schmierung auch bei mittleren Temperaturen erforderlich ist, haben sich Natrium-Kalium-Phosphat-Gemische mit 55 bis 69, vorzugsweise 60 bis 68 Gewichtsprozent P₂O₅, 14 bis 35, vorzugsweise 17 bis 28 Gewichtsprozent Na₂O und 5 bis 27, vorzugsweise 9 bis 21 Gewichtsprozent K₂O, bewährt. Diese Schmiermittel, bei denen Natrium und/oder Kalium in geringer Menge durch zweiwertige Metalle, insbesondere Magnesium, Zink oder Mangan ersetzt sein können, erweichen schon bei tiefen, etwa bei 200⁰C liegenden Temperaturen und wirken dann als ) Schmelze bis zu höheren Temperaturen schmierend.

Die viskose wäßrige Lösung des Schmiermittels wird erfindungsgemäß nur dazu verwendet, das Schmiermittel auf die zu schmierende Fläche gleichmäßig aufzubringen. Bevor es als Schmierstoff wirkt, verdampft das Lösungswasser und das Mittel haftet als Film auf der Oberfläche. Wegen der hohen Viskosität der Lösung ist ein Auskristallisieren von Bestandteilen und ein Entmischen nicht zu befürchten. Die Schmierwirkung selbst erfolgt durch das geschmolzene Phosphatgemisch. Die an sich temperaturabhängige Viskosität der Schmelze ist unabhängig von der Viskosität der Lösung, die nur dazu dient, das Schmiermittel gleichmäßig haftend auftragen zu können.

Es wurden bereits Versuche mit den erfindungsgemäß zu verwendenden Phosphatlösungen bei der Herstellung nahtloser Rohre vorgenommen. Früher ergaben sich beim Lochen von hochlegiertem Stahl durch Schrägwalzen über einen Dorn erhebliche Ausfälle, da es oft unmöglich war, den im Block festgefressenen Dorn wieder zu entfernen. Auch wenn das glückte, war der Dornverschleiß so hoch, daß im Durchschnitt nur 3,8 Blöcke über einen Dorn gewalzt werden konnten. Durch Auftragen einer erfindungsgemäßen hochviskosen Lösung eines Mischproduktes mit 51,11 Gewichtsprozent P₂O₅, 1,83 Gewichtsprozent B₂O₃, 24,93 Gewichtsprozent Na₂O, 5,42 Gewichtsprozent K₂O, 1,46 Gewichtsprozent MnO, 15,25 Gewichtsprozent H₂O, bei dem das Kalium als viskoslösliches Kaliumpolyphosphat vorlag, auf den Dornkopf wurde jedoch erreicht, daß ein Steckenbleiben nicht mehr vorkam und bis zu 50 Blöcke über einen Dorn gewalzt werden konnten.

Auch beim sogenannten Pilgerwalzen austenitischer Rohre aus den vorgebohrten Blöcken ergaben sich durch das erfindungsgemäße Schmierverfahren erhebliche Vorteile. Der technische Vorgang besteht darin, daß in eine vorher gelochte, glühende Luppe ein langer, zunächst kalter Dorn gleichmäßiger Dicke eingeführt wird. Dieser wird nun mit der Luppe im Pilgerschritt, d. h. abwechselnd nach vorn und wieder rückwärts, durch das Pilgerwalzwerk geführt. Dort wird mit Hilfe exzentrisch geformter Walzen eine Art Walz- und Schmiedeprozeß durchgeführt, der aus der Luppe Schritt für Schritt ein nahtloses Rohr formt, das dabei über die gesamte Länge des Pilgerdorns gewalzt wird. Es entstehen so Rohre erheblicher Länge. Aus diesen muß der inzwischen auch glühend gewordene Dorn wieder herausgezogen werden. Das ist vor Anwendung des beschriebenen Schmiermittels oft überhaupt nicht geglückt, so daß das fertige Rohr vom Dorn heruntergeschweißt und dabei zerstört werden mußte, oder der erforderliche Trenndruck war sehr hoch und betrug im Mittel 200 atü. Nach Schmierung

ίο der Dorne mit dem vorstehend beschriebenen Schmiermittel, das als viskose Lösung aufgetragen wurde, sank der erforderliche Trenndruck im Mittel auf 20, maximal auf 60 atü. Ein Steckenbleiben der Dorne kam nicht mehr vor.

Ein gleich gutes Ergebnis wurde erzielt nach dem Auftragen viskoser Lösungen von Mischprodukten folgender Zusammensetzungen:

A. 51,15 Gewichtsprozent P₂O₅, 1,82 Gewichtsprozent B₂O₃, 21,02 Gewichtsprozent Na₂O, 5,98 Ge-

wichtsprozent K₂O, 1,46 Gewichtsprozent ZnO, 5,15 Gewichtsprozent NH₃ und 13,42 Gewichtsprozent H₂O, wobei das gesamte Kalium als viskoslösliches Kaliumpolyphosphat eingesetzt wurde.

B. 56,61 Gewichtsprozent P₂O₅, 23,74 Gewichtsprozent Na₂O, 9,02 Gewichtsprozent K₂O und 10,63 Gewichtsprozent H₂O, wobei zwei Drittel des Kaliums als viskoslösliches Kaliumpolyphosphat eingesetzt wurden.

C. 56,44 Gewichtsprozent P₂O₅, 22,54 Gewichtsprozent Na₂O, 8,56 Gewichtsprozent K₂0,0,40 Gewichtsprozent MgO, 0,62 Gewichtsprozent MnO und 11,44 Gewichtsprozent H₂O, wobei zwei Drittel des Kaliums als viskoslösliches Kaliumpolyphosphat eingesetzt wurden.

Sehr gute Erfolge wurden auch bei der Herstellung nahtloser Rohre auf der Stoßbank erzielt. Hierbei wird die erhitzte Luppe mittels einer Stoßstange durch ein System sich ständig verengender Ringe bzw. nicht angetriebener Walzkaliber gestoßen, wodurch die Luppe reduziert und gestreckt wird. Dabei soll das nach hinten fließende Material möglichst ohne starke Reibung über die Stoßstange gleiten. Es hat sich gezeigt, daß die Schmierung der Stoßstange mit den beschriebenen Schmiermitteln zu sehr guten Ergebnissen führte und daß insbesondere die bei Öl-Graphit-Schmierung auftretenden Verschweißungen und Riefen fortfallen. Obendrein ist der Verbrauch des beschriebenen Schmiermittels, das als viskose Lösung in dünner Schicht aufgebracht wurde, so gering, daß diese Art der anorganischen Schmelzschmierung sich wirtschaftlicher gestaltete als die Schmierung mit Öl—Graphit.

Auch beim Warmfließpressen, beispielsweise von Schwungrädern, hat sich das Auftragen sehr dünner Schichten der beschriebenen Schmiermittel auf die Form bestens bewährt. Während bei Öl-Graphit-Schmierung die aus legiertem Material bestehende Preßformen durch Rißbildung schnell zerstört wurden, so daß sie häufig ausgewechselt werden mußten, wurde nach Einsatz des beschriebenen Schmierverfahrens die Standzeit der Formen verdoppelt. Außerdem war danach nur eine energische Säuberung, nicht aber eine völlige Erneuerung der Preßformen erforderlich.

Auch beim Strangpressen von Buntmetallen, beispielsweise von Kupferrohren, hat sich das neue

Schmiermittel bestens bewährt. Da bisher ein brauchbares Schmiermittel fehlte und infolgedessen die in den Rezipienten eingeführten glühenden Kupferblöcke an der Wand des Rezipienten klebten, war es notwendig, »mit Schals« zu pressen, d. h., die Außenwände des Kupferblockes stehenzulassen und nur den Kern des Blockes durch die Matrize durchzupressen. Durch Einsatz der beschriebenen Schmiermittel, wobei sehr geringe Mengen benötigt wurden, war es möglich, den gesamten Block zu verpressen, so daß der Schrottanfall erheblich gssenkt wurde. Damit verbunden war ein starker Anstieg des Durchsatzes, da das zeitraubende Herausholen der Schalen aus dem Rezipienten fortfiel.

Um klarzustellen, daß die erfindungsgemäße Verwendung von Natrium-Kaliumphosphat-Lösungen als Hochtemperaturschmiermittel nicht gleichzusetzen ist mit der Verwendung wäßriger viskoser Lösungen auf Phosphatgrundlage, die schon früher, jedoch für die Anwendung bsi tiefen Temperaturen vorgeschlagen wurde, sei nochmals darauf hingewiesen, daß beim beanspruchten Verfahren das Wasser nur als Lösungsmittel dient, um das Schmiermittel gleichmäßig und schon bsi tiefen Temperaturen gut haftend auftragen zu können. Unabhängig von dsr Art des Auftragens bildet sich auf dem genügend heißen Material eine Schmelze, die auf der Mstallobsrfläche haftst, sich auf diessr ausbreitet und auch bei hohen Drücken eine gute Schmierwirkung hat.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von öl- und fettfreien anorganischen, viskosen Natrium-Kaliumphosphat-Lösungen, in denen

1. Natrium und/oder Kalium in geringen Mengen durch NH₄ ⁺ und durch zweiwertige Metalle, insbesondere Magnesium, Zink oder Mangan,

2. Phosphat in geringen Mengen durch Borat ersetzt sein können und in denen

3. zur Erzielung ihrer viskosen Konsistenz ein viskoslösliches Kaliumpolyphosphat enthalten ist,

als Hochtempjraturschmürmittel.

2. Verwendung von öl- und fettfreien anorganischen, viskosen Natrium-Kaliumphosphat-Lösungen nach Anspruch 1, in denen zur Erzielung ihrer viskosen Konsistenz ein viskoslösliches Kaliumpolyphosphat in einem Mengenverhältnis zu Natriumphosphat enthalten ist, welches der Zusammensetzung

1. 55 bis 69, vorzugsweise 60 bis 68 Gewichtsprozent P₂O₅,

2. 14 bis 35, vorzugsweise 17 bis 28 Gewichtsprozent Na₂O

und

3. 5 bis 27, vorzugsweise 9 bis 21 Gewichtsprozent K₂O

entspricht, als Hochtemperaturschmiermittel.