DE2009072A1 - Phosphate lubricants for metal workingat high temperatures - Google Patents

Description

• Schmierstoffe Zusatz zu Patent 16 44 908 Die spanlos Metallumformung bei hohen Temperaturen gewinnt technisch immer größere Bedoutung, vor allem in Form des Strangpressens. Hierbei treten sehr hohe Relbuniskräfte auf, die noch nicht zufriedenstellend beherrscht werden können.
• Schlechte Oberflachenqualität der erzeugten Werkstücke, gcringe Standzeit der Werkzeuge sowie Fertigungsunterbrechungen sind die Folge.
• Es ist bereits bekannt, Gläser in den verschiedensten Zusatz mensetzungen für die Hochtemperaturmetallumformung zu verwenden. Auch Gesteine, wie Schiefer, Basalt, Asbest sind vorgeschlagen worden. Diese Produkte schmelzen bei der Anwer.-dungstemperatur und diese Schmelze schmiert hydrodynamisc.
• Bei die Tragfähigkeit des flüssigen Schmierfilms übersteigenden Belastungen bricht dieser Schmierfilm zusammen uc kommt zu einem direkten Metall an Metall-Kontakt mit aller seinen Folgen. Außerdem sind die nach dem Erkalten verbleibenden Überzüge nur sehr schwer, z.B mit Flußsäure, entfernbar.
• Die ebenfalls vorgeschlagenen Mineral des Danburith- und Datholith-Typus sind zwar leichter entfernbar, jedoch seruht ihre Wirkung ebenfalls auf einer hydrodynamischen Schmierung, deren Leistungsfähigkeit bei den modernen Xerfa¢-ren zur Hochtemperaturumformung von Metallen erfordert wird.
• Es sind auch Alkalikarbonate, vor allem Natriukaroonat, vcrgeschlagen worden. Abgesehen davon, daß auch in dieses Falle eine nicht ausreichende hydrodynamische Schmierung vorliegt, entsteht Natriumhydroxyd, welches eine Gefahr für die Arbeitenden darstellt.
• Es sind auch eutektoide Salzgemische, insbesondere auf der basis von Alkaliphosphaten, gegebenenfalls mit dem Zusatz von Boraten, Alkalichloriden und/oder Alkalisulfatep bekannt.
• Diese hatten sich auch bei der Herstellung nahtloser RoKre im Pilgerverfahren bewährt. Die modernen Hochtemperaturumformungsverfahren arbeiten jedoch bei derart hohen Temperaturen-, daß die Viskosität dieser Schmelzen soweit abnimmt, da auch in diesem Falle eine ausreichende Schmierwirksamkeit nicht mehr gegeben ist.
• Auch der Zusatz von Eisenoxyd oder Aluminiumoxyd zu Surro;-schem Salz bringt nur eine graduelle Verbesserung, da zwar ein gewisser Trenneffekt durch die schmierunwirksamen Peststoffe erzielt wird, die Schmierleistung aber nicht ausreichend erhöht wird.
• Es sind auch Festschmierstoffe sowohl als solche, als auch als Zumischung zu Gläsern und eutektoiden Salzgemischen, insbesondere Molybdändisulfid, Graphit, Kieselsäure, vorgeschlagen worden. Molybdändisulfid zersetzt sich bei den ''emperaturen der modernen Hochtemperaturumfortnung von Metallen zum großen Teil und zeigt dann nicht mehr die erforderliche Schmierleistung. Soweit es nicht zerstört worden ist, plattiert es sich auf die metallische Oberfläche auf und ist nur schwierig, z.3. durch Beizen mit Säuren, entfernbar. Graphit verbrennt, wodurch er dann naturgemäß nicht mehr schmieren kann, oder führt bei äustenitischen Stählen zu unerwünschten Äufkohlungen. Kieselsäure ist nicht schmierwirksam, sondern weist nur einen gewissen unzureichenden Trenneffekt auf.
• Es sind ferner Vorbehandlungen mit verschiedenen Lösungen bespannt, welche auf dem Werkstück eine Phosphat- oder Oxalatschicht erzeugen. Diese Schichten zersetzen sich jedoch bei nemperlturen, welche weit unter den bei der modernen Metalluìformung notwendigen liegen, und sind dann naturgemäß nicht mehr wirksam.
• Es sind auch als Hochdruckzusätze zu Ölen und Fetten Mischungen von bekannten Festschmierstoffen, wie Molybdändisulfid, mit anorganischen Phosphaten und Pyrophosphaten vorgeschlagen worden. Bei dem Einsatz als Hochtemperaturschmierstoffe für die spanlose Metallumformung haben diese Zusätze infolge ihres Gehaltes an bekannten Festechmierstoffen, wie Molybdsndisulfid oder Graphit, die gleichen Nachteile wie letztere.
• Gegenstand des Hauptpatents sind Schzierstoffe, die durch einen Gehalt an einem Pyrophosphat von Eisen und bzw. oder Zink gekennzeichnet sind. Im Hauptpatent ist auch erwähnt, daß wässrige Zubereitungen dieser Schmierstoffe in der.
• Warmumformung von Metallen eingesetzt werden können.
• Überraschenderweise wurde nun gefunden-, daß Kombinationen der Pyrophosphate von Zink und bzw. oder Eisen und bzw.
• oder von Triz nkphosphat mit eutektisch schmelzenden Salzgenische auf der Grundlage von Alkaliphosphaten hervortagend wirkende Schmierstoffe für die Umformung von metallen be Temperaturen von 10000 C und darüber ergeben.
• Gegenstand der erfindung sind Schmierstoffe, enthaltend ein Pyrophosphat von Eisen und bzw. oder Zink gemäss Patent 16 44 908, die gekennzeichnet sind durch einen Gehalt an einer Kombination von 20 bis 60 Gewichtsprozent Zinkpyrophosphat, Trizinkphosphat und bzw. oder Eisenpyrophosphat mit 80 bis 40 Gew.-% Alkaliphosphaten.
• Die nach bekannten Mischungsverfahren erhältlichen Kombinaticnen können als Trockenpulver durch Zerstäubung aufgebracht werden oder indem man das heiße Werkstück über die Pulvermischung rollt.
• r manche hnwendungszwecke werden den Trockenpulvermischun gen wässrige Zubereitungen der Schmierstoffe vorgezogen, da sie sich durch Aufsprühen, Aufpinseln oder Tauchen auf das Werkzeug oder Werkstück aufbringen lassen. Gegenstand der-Erfindung sind daher auch Schmierstoffe, die dadurch gekennzeichnet sind, da3 sie 5 bis 15 Gew.-% der oben definierten Kombination in wässriger Verteilung enthalten. Die Komponenten der Kombination können entweder in Form eines vorher zubereiteten Gemisches oder einzeln dem Wasser zugegeben und dri verteilt werden.
• Wie aus den Beispielen ersichtlich, ist der mit den erfindungsgemäßen Schmierstpffen erzielte technische Effekt sehr viel h-4her als die Summe der Wirkungen der einzelnen Kompo nenten. Es war nicht vorherzusehen, daß Zinkpyrophosphat, Trizinkphosphat, das bei der Anwendung in Zinkpyrophosphat übergeht, und Eisenpyrophosphat in Kombination mit euQ tisch schmelzenden Salzgemischen auf der Grundlage von Alkaliphosphaten als Hochtemperaturschmierstoffe für die Umformung von Metallen den nachgewiesenen überraschend synsrgetischen Effekt aufweisen würden.
• Beispiel 1 50 Gewichtsteile einer Mischung von 80 Gew.-% Kaliumphosphat, 10 Gew.-% Borax und 10 Gew.-% Natriumsulfat wurden mit 50 Gewichtsteilen Zinkpyrophosphat (§eilchengröße durchschnittlich 5 ?m) gemischt und in 1 Liter Wasser verteilt. 3iese Zubereitung wurde auf das ca. 3000 warme Werkzeug einer Prüfeinrichtung, welche das Strangpressen simuliert, durch Versprühen aufgebracht. Durch dieses Werkzeug wurde ein Stahl der Werkstoffkennzeichnung X 1O.CrNiTi 18 9 mit einer Geschwindigkeit von 250 mm pro Sekunde und mit einer Temperatur in der Wirkspalte von 10700 C durchgezogen, Der ermittelte Reibungskoeffizient betrug 0,026. Eine wässrige Zubereitung enthaltend 10 % Zinkpyrophosphat ergab unter den gleichen Versuchsbedingungen einen Reibungskoeffizienten von 0,19 und eine Zubereitung enthaltend 10 % des gleichen Phosphatsalzgemisches (ohne dem Zusatz von Zinkpyrophosphat) einen Reibungskoeffizienten von 0,159. Es wird also höchst tberraschend der Reibungskoeffizient auf etwa 1/6 gesenkt, - Beispiel 2 Bein Strangpressen von Stahl wurde die Preßmatrize zur Vorbehandlung mit einer wässrigen Zubereitung, enthaltend 5 Gew.-ç Kaliumpolyphosphat (ein handelsübliches Produkt ist z.B.
• Ptiosphatherm RN) und 1,5 Gew.-% Trizinkphosphat eingepinselt.
• Der Block konnte darauf ohne Oberfl Verschweißungen zu dem gewünschten Strang verpresst werden Mit einer wässrigen Zubereitung enthaltend 6,5 % des zlelcner.
• Kaliumpolyphosphats wie auch mit einer wässrigen Zubereitung enthaltend 6,5 Gew-.-% Trizinkphosphat konnte ein solches Ergebnis nicht erreicht werden. Es traten vielmehr ungleichrässige Oberflächengüte und Verschweißungen durch Abreißen des Schmierfilms auf.
• B e i s i e l 3 Fur die Herstellung von zylindrischen Eohlkdrpern der Abmessungen 7,5 - 10,5 - 15,5 cm und mehr Durchmesser wurde der Preßdorn mit einer wässrigen Zubereitung enthaltend 5 Gew.-çt Kaliumpolyphosphat (wie in Beispiel 2), 2 Gew.-% Zinkpyrophosphat und 1,5 Gew.-% Eisenpyrophosphat eingepinselt. Dadurch wurde erstmalig das Fließen der heißen Stahlblöcke und das einwandfreie Lösen des zylindrischen Hohlkörpers vom so behandelten Dorn ermöglicht, nachdem zahlreiche frühere 3esuhungen, eine einwandfreie serienmäßige Pertigung-zu erzielen, gescheitert waren.
• Beispiel 4 Zur Rationalisierung der Hohlkörperherstellung nach Beispiel 3 ist es erwünscht, eine einfachere Art der Auftragung anzuwenden. Es wurde daher eine wässrige Zubereitung enthaltend 10 Gew.-% eines Gemisches -aus 80 Gew.-%'Kaliumphosphat, 10 % Borax und 10 % Na triumsulfat mit 2,5 Gew.--% Zinkpyrophosphat und 1,5 Gew.-% Trizinkphosphat auf den PreEdorn aufgesprüht und damit das gleiche fortschrittliche Resultat wle e bei der Arbeitsweise nach Beispiel 3 erzielt.
• B e i s p i e l 5 Die für die Fertigung gemäß den Beispielen 3 und 4 auf etwa 1100° C erhitzten Stahlblöcke wurden zur Verminderung der größeren Reibung in der Patrize vorher durch Trockenzerstäubung einer Trockenpulverzubereitung bestehend aus 65 Gewichtsteilen eines Gesches von 80 74 Kaliumphosphat, 10 % Borax und 10 % Natriumsulfat und 35 Gewichtsteilen Zinkpyrophosphat mit einer Pulverschicht bedeckt, welche auf dem heißen Block schmilzt. Damit wurde ein reibungsloser Durchlauf durch die Matrize erzielt.
• B e i s p i e l 6 Die nur die Fertigung gemäß den Beispielen 3 und 4 auf etwa 1100° o erhitzten Stahlblocke wurden zur Verminderung der größeren Reibung in der Matrize vorher mit einer Trockenpulverzubereitung bestehend aus 50 Gewichtsteilen eines Kaliumpolyphosphats (wie in Beispiel 2) und 50 Gewichtsteilen Sinkpyrop'nosphat beschichtet, indem der heiße Block über eine flächenmäßig dünn aufgebrachte Trockenschmierpulverschicht gerollt wurde, wobei durch Aufschmelzen die Oberfläche bedeckt wurde.

Claims (2)

P a t e n t a n s p r ii c h e

1. Schmierstoffe enthaltend ein Pyrophosphat vor Eisen und bzw. oder Zink gemäß Patent 16 44 908, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einer Kombination von 20 bis 60 Gewichtsprozent Zinkpyrophosphat, Trizinkphosphat und bzw. oder Eisenpyrophosphat mit 80 bis 40 aew.-NO Alkaliphosphaten.

2. Schmierstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 15 Gew.-% der Kombination in wässriger Verteilung enthalten.