DE1758508C3 - Verwendung eines Verbundwerkstoffes zur Herstellung von Matrizeneinsätzen für Matrizen zum Strangpreßen von Nichteisenmetallen und -legierungen - Google Patents

Description

Matrizen zum Strangpressen metallischer Werkstoffe sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Zum Stand der Technik gehört die Verwendung von hochwarmfesten Kobalt-Basislegierungen als Matrizen-Werkstoff mit beispielsweise folgender Zusammensetzung:

59 % Co, 27 % Cr, 7 % Mo, 7 % Fe.

Diese Werkstoffe deformieren sich jedoch bei Preßtemperaturen um 900°C, wie sie zum Verpressen von Neusilber-Legierungen mit z.B. 18 % Ni, 61 % Cu, 21 % Zn notwendig sind.

Im weiteren ist bekannt, als Werkstoff für solche Matrizen ein schwach legiertes Molybdän zu verwenden. Der Werkstoff zeichnet sich zwar durch gute Zerspanbarkeit aus, weist aber den erheblichen Nachteil auf, daß er selbst duktil ist. Schon nach verhältnismäßig wenig Pressungen verliert die Matrize ihr notwendiges Maß und muß verschrottet werden. Bei einem Versuch waren nur 50 Pressungen möglich, wenn bei einer Temperatur von 800°C 300 mm lange 7-Zoll-Bolzen aus einem Messing verpreßt wurden, das 58 % Kupfer, 2 % Blei, Rest Zink enthielt.

Weiter ist die Verwendung von Zirkoniumoxyd zur Herstellung von Strangpreßmatrizen bekannt. Zwar weist dieser Werkstoff die obengenannten Nachteile nicht auf, jedoch ist seine Verwendung kostspielig, da er nicht spanabhebend oder funkenerosiv bearbeitbar ist. Die durch Sintern hergestellte Matrize kann nur noch durch Ultraschall feinbearbeitet werden. Das ist zeitraubend und daher kostspielig. Es entfällt zudem die Möglichkeit, die sonst übliche und notwendige Nachbearbeitung des Werkzeuges direkt an der Strangpresse vorzunehmen. Zirkoniumoxyd ist außerdem spröde, so daß die daraus hergestellten Matrizeneinsätze mit großer Sorgfalt in die eigentliche Matrize eingebaut werden müssen.

Für gänzlich andere Zwecke, nämlich zur Verwendung als Schutzrohr für Thermoelemente oder zur Auskleidung von Behältern, die zur Aufnahme von Metallschmelzen bestimmt sind, ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 242 810 ein gegen Stahlschmelzen besonders widerstandsfähiger Verbundwerkstoff aus feinverteilten metallischen und oxydkeramischen Komponenten bekanntgeworden, wobei die etwa 20 bis 85 Volumprozent, vorzugsweise 40 bis 60 Volumprozent der Gesamtmenge betragenden metallischen Komponenten überwiegend Molybdän und/oder Wolfram enthalten, während die oxydkeramischen Komponenten überwiegend aus Zirkoniumoxyd gebildet sind. Die keramischen Komponenten können bis zu 10 Gewichtsprozent stabilisierende Zusätze, z.B. Kalzium- oder Magnesiumoxyd, und/oder bis zu 50 Gewichtsprozent Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd enthalten.

Ein derartiger Verbundwerkstoff ist auch schon zur Auskleidung von Behältern für Glasschmelzen vorgeschlagen worden (britische Patentschrift 1 105 646), doch sind auch auf diesem Verwendungsgebiet ganz andere Bedingungen gegeben, als dies bei Matrizen zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen der Fall ist. Bei derartigen Matrizen spielen nicht nur die hohen Temperatureinwirkungen, sondern spielt auch die große mechanische Belastung eine große Rolle.

Verbundwerkstoffe der bekannten Zusammensetzung haben jedoch bisher die Probleme um die Herstellung geeigneter Strangpreßmatrizen nicht beeinflußt. Das dürfte seinen Grund darin finden, daß die Zugfestigkeit des Verbundwerkstoffes nur etwa 10 bis 30 kp/mm² beträgt, so daß er zur Herstellung von Preßmatrizen nicht geeignet erscheint, denn die üblichen Werkstoffe für diesen Verwendungszweck weisen Werte von 100 bis 200 kp/mm² auf. Ein so schwacher Werkstoff sollte daher den hohen Belastungen in der Strangpresse nicht gewachsen sein. Darüber hinaus besitzt er eine sehr hohe Sprödigkeit. Schließlich ist zu erwarten, daß der hohe Gehalt des Werkstoffes an Zirkoniumoxyd, das sonst in keramischen Schleifscheiben verwendet wird, einen großen Reibungskoeffizienten zur Folge hat und die Verwendung des Werkstoffes zur Herstellung von Preßmatrizen unmöglich macht.

Trotz dieser Bedenken haben sich aus dem Verbundwerkstoff hergestellte Matrizen zum Strangpressen von Stählen nach einem älteren Vorschlag (deutsche Patentschrift 1 652 610) als außerordentlich vorteilhaft herausgestellt. Diese Werkstoffe können aber auch nach der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Matrizen zum Strangpressen von Nichteisenmetallen und -legierungen verwendet werden.

Gegenstand der Erfindung ist danach die Verwendung eines Verbundwerkstoffes, bestehend aus 20 bis 85 Volumprozent, vorzugsweise 40 bis 60 Volumprozent Molybdän und/oder Wolfram als metallische Komponente, Rest Zirkoniumoxyd als oxydkeramische Komponente und unvermeidbaren Verunreinigungen, mit der Maßgabe, daß die oxydkeramische Komponente bis zu 10 % ihres Gewichtsanteils an Kalzium- und/oder Magnesiumoxyd als stabilisierenden Zusatz enthält und alle Komponenten im feinverteilten Zustand vorliegen, als Werkstoff zur Herstellung von Matrizeneinsätzen für Matrizen zum Strangpressen von Nichteisenmetallen und -legierungen.

Im Vergleich zu der eingangs erwähnten Matrize aus schwach legiertem Molybdän ermöglicht die erfindungsgemäße Matrize unter sonst gleichen Bedingungen ungefähr 300 Pressungen, besitzt also eine ungefähr um den Faktor 6 vergrößerte Standzeit. Es hat sich zudem die überraschende Tatsache ergeben, daß die nach der Erfindung aus dem bekannten Werkstoff hergestellten Matrizeneinsätze nicht mit kostspieliger und zeitraubender Sorgfalt in die eigentliche Matrize eingebaut werden müssen, obwohl der Werkstoff die erwähnte Sprödigkeit besitzt. Von weiterem sehr wichtigem Vorteil ist die Tatsache, daß sich die Matrize nach der Erfindung spanabhebend bearbeiten läßt. Ein einfaches Nacharbeiten mit üblichen Werkzeugen, wie Schmirgelleinwand und Schleifscheibe, ist daher direkt an der Strangpresse möglich.

In bevorzugter Ausführungsform des erfindungsgemäß zu verwendenden Verbundwerkstoffes sind bis zu 50 Gewichtsprozent der oxydkeramischen Komponente durch Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd ersetzt. Vorteilhafterweise enthält der erfindungsgemäß zu verwendende Verbundwerkstoff 63 bis 83 Gewichtsprozent Molybdän, 13 bis 33 Gewichtsprozent Zirkoniumoxyd und bis zu 10 Gewichtsprozent Titanoxyd.

Im übrigen werden vorzugsweise im erfindungsgemäß zu verwendenden Verbundwerkstoff bis zu 50 Gewichtsprozent der metallischen Komponente durch Chrom ersetzt, wenn durch die Art des zu verpressenden Metalls mit einer oxydierenden Beanspruchung der Matrize zu rechnen ist.

Beim Pressen von Kupfer hoher Leitfähigkeit ohne Sauerstoffgehalt und von hochleitfähigem Kupfer mit Sauerstoffgehalt entstehen üblicherweise Werkstücke, die mit einer fest haftenden Zunderschicht bedeckt sind und vor dem Weiterverarbeiten gebeizt werden müssen. Durch Wasserabschreckung kann diese Zunderschicht nicht entfernt werden. Überraschenderweise entfällt bei der Verwendung des Verbundwerkstoffes für den erfindungsgemäßen Zweck die Notwendigkeit des Beizens, wenn das Werkstück nach dem Pressen in Wasser abgeschreckt wird. Die Oxydschicht löst sich dabei vollständig vom Untergrund und fällt ab. Daher ist von besonderem Vorteil, daß mit der Matrize direkt in Wasser gepreßt werden kann, wobei das Wasser bis in die Austrittsöffnung der Matrize gelangen darf, ohne daß durch den Temperaturschock eine Beschädigung der Matrize eintreten würde. Ferner kann die Matrize zwischen den einzelnen Pressungen schroff und rasch abgekühlt werden. Es haben sich eine ausgezeichnete Oberfläche und Maßgenauigkeit der Preßprodukte gezeigt.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

Bei einer Temperatur von 900°C wurden Bolzen aus einer Neusilberlegierung (Zusammensetzung: 18 % Ni, 61 % Cu, 21 % Zn) zu einem scharfkantigen Profil (16 mm breit, 10,5 mm hoch und einem nasenförmigen, 5 mm hohen und 3 mm breiten Vorsprung an einer Seite) viersträngig verpreßt. Die Aderlänge betrug 40 m. Nach vier Pressungen waren die Matrizen um nur 0,1 mm deformiert und mußten nachgearbeitet werden. Bis zum Unbrauchbarwerden wurden 25 Pressungen ertragen.

Dasselbe Profil wurde mit der Matrize aus einer hochwarmfesten Kobaltbasis-Legierung nach dem eingangs erwähnten Stande der Technik - Zusammensetzung: 59 % Co, 27 % Cr, 7 % Mo, 7 % Fe - verpreßt. Diese Matrizen waren nach nur einer Pressung völlig deformiert und damit unbrauchbar.

Claims (4)

1. Verwendung eines Verbundwerkstoffes, bestehend aus 20 bis 85 Volumprozent, vorzugsweise 40 bis 60 Volumprozent Molybdän und/oder Wolfram als metallische Komponente, Rest Zirkoniumoxyd als oxydkeramische Komponente und unvermeidbaren Verunreinigungen, mit der Maßgabe, daß die oxydkeramische Komponente bis zu 10 % ihres Gewichtsanteils an Kalzium- und/oder Magnesiumoxyd als stabilisierenden Zusatz enthält und alle Komponenten im feinverteilten Zustand vorliegen, als Werkstoff zur Herstellung von Matrizeneinsätzen für Matrizen zum Strangpressen von Nichteisenmetallen und -legierungen.

2. Verwendung eines Werkstoffes der im Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung, wobei bis zu 50 Gewichtsprozent der oxydkeramischen Komponente durch Thorium-, Hafnium- und/oder Titanoxyd ersetzt sind, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.

3. Verwendung eines Werkstoffes der im Anspruch 1 und 2 angegebenen Zusammensetzung, wobei dieser 63 bis 83 Gewichtsprozent Molybdän, 13 bis 33 Gewichtsprozent Zirkoniumoxyd und bis zu 10 Gewichtsprozent Titanoxyd enthält, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.

4. Verwendung eines Werkstoffes der in den Ansprüchen 1 bis 3 genannten Zusammensetzung, wobei bis zu 50 Gewichtsprozent der metallischen Komponente durch Chrom ersetzt sind, für den im Anspruch 1 genannten Zweck.