DE2207047A1

DE2207047A1 - Verfahren zur vorbereitung von stahlwerkstuecken fuer die spanlose kaltverformung

Info

Publication number: DE2207047A1
Application number: DE19722207047
Authority: DE
Inventors: Heinrich Fleischhauer; Han Yong Dr Oei; Werner Dr Rausch; Horst Schneider; Gudrun Volling
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1972-02-15
Filing date: 1972-02-15
Publication date: 1973-08-30
Also published as: AT316256B; IT979006B; NO131648C; NO131648B; BR7301096D0; ES407645A1; FR2172073B1; CH596893A5; NL7301277A; BE789057A; SE380833B; FR2172073A1; GB1367605A

Description

METALLGESELLSCHAFT Frankfurt (M)₁ den 11. Februar 1972 Aktiengesellschaft DrBr/MMü
Frankfurt (M)

prov. Nr. 6925 M

Verfahren zur Vorbereitung von Stahlwerkstücken für die spanlose Kaltverformung

Die Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Verfahrens^ --gang zur Erleichterung der spanlosen Kaltumforaung von Stahl.

Zur Vorbereitung der spanlosen Kaltuniformung von Stahl, z.B. durch Kaltziehen, Kaltfließpressen, Tiefziehen und dergleichen, wird auf der Oberfläche des zu verformenden Werkstückes üblicherweise zunächst durch Behandlung mit einer wässrigen Zink- oder Alkaliphosphatlösung eine Zinkbzw. Eisenoxid-Eisenphosphat-Schicht erzeugt. In einer zweiten Behandlungsstufe werden die Werkstücke z.B. in eine wässrige Alkaliseifenlösung getaucht, wobei durch eine Austauschreaktion ein Teil des Phosphatüberzuges in eine Eisen- bzw. Zinkseifenschicht umgewandelt wird. Nach dem Herausnehmen der Werkstücke aus dem Seifenbad läßt man den anhaftenden Film der Alkaliseifenlösung auftrocknen* Auf diese Weise werden in der Praxis Stangen, Drähte, Rohre, Bleche und Formlinge für das Ziehen bzw. Pressen vorbehandelt.

Durch die Phosphatierung wird eine wesentlich festere Bindung des Schmiermittelfilmes auf der Metallunterlage bewirkt, wodurch im Vergleich zur Aufbringung des Schmiermittels auf das blanke Metall höhere Einzel- und Gesamtquerschnittsabnahmen, höhere Ziehgeschwindigkeiten, Risfenfreiheit der Werkstückoberfläche und ein geringerer Verschleiß der Werkzeuge erreicht werden.

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Die bisher für die Erleichterung der Kaltumformung benutzten Phosphatschichten besitzen jedoch einige Nachteile: Die Eisenphosphat-Schichten lassen sich nicht in genügender Dicke auftragen, um auch schwere Kaltverformungen zu überstehen. Zinkphosphatschichten besitzen diesen Nachteil nicht, zersetzen sich jedoch beim Erhitzen auf höhere Temperaturen, z.B. beim Schweißen und Glühen, durch Reaktion mit dem Stahl des Untergrundes zu metallischem Zink, das sich bei genügend hohen Temperaturen verflüchtigen und bei Zutritt oxidierender Gase zu ZnO umsetzen kann. Diese Verbindungen können z.B. Glüheinrichtungen verschmutzen. Die Bestandteile der Mangan- bzw. Mangan -Eisenphosphat-Schichten sind im Gegensatz zu Zinkphosphatschichten nicht flüchtig und lassen sich etwa in entsprechender Schichtstärke auf Stahl abscheiden. Es hat jedoch bislang an einem Verfahrensgang gefehlt, der es erlaubte, die Mangan/phosphatierung auch im raunen Betrieb der Kaltumformungsindustrie mit auf die Dauer gleichbleibend guten Verformungsergebnissen einzusetzen.

Es wurde nun gefunden, daß die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht auftreten, wenn die zu verformenden Werkstücke in einer mehrstufigen Arbeitsweise einem bestimmten Verfahrensgang unterwerfen werden.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Vorbereitung von Stahlwerkstücken für spanlose Kaltverformung dadurch gekennzeichnet, daß die zu verformenden fettfreien Werkstücke nacheinander in folgenden Verfahrensstufen behandelt werden:

a) Beizen in Mineralsäure, z.B. Schwefelsäure oder Salzsäure;

b) Spülen in Wasser;

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c) Vorspülen in einer wässrigen Aufschlämmung von 0,1 bis 8 g/l sekundärem und/oder tertiärem Manganphosphat, gegebenenfalls unter Zusatz von 0,1 bis 5 g/l eines oder mehrerer kondensierter Alkaliphosphate;

d) Phosphat!erung mit einer wässrigen Manganoder Mangan-Ei senpho sphatlö sung;

e) Spülen in Wasser;

f) Gegebenenfalls Spülen in einer schwach alkalischen wässrigen Lösung;

g) Beseifen in einem wässrigen Seifenschmiermittel, das ein oder mehrere gelöste Alkali- oder Aminseifen neben dispergierter, schwerlöslicher Metallseife enthält;

h) Auftrocknen des Seifenfilms.

Nur bei Durchführung des gesamten Verfahrensganges gelingt es, auf die Dauer eine gleichbleibend günstige Vorbereitung der Werkstücke zu erzielen und damit zu guten Verformungsergebnissen zu gelangen. Es handelt sich hierbei also um eine typische Kombinationswirkung, da bereits abgesehen von der Stufe f) - durch das Fortlassen auch nur einer Verfahrensstufe die Kaltumformung sehr erschwert bzw. sogar unmöglich gemacht wird. So wird z.B. angenommen, daß die Beizstufe erforderlich ist, um dem Metall eine genügende Aufrauhung für eine optimale Verankerung der Manganphosphat-Schicht zu geben. Ohne die Vorspülung in wässriger Manganphosphat-Aufschlämmung werden die Überzüge zu ungleichmäßig und zu rauh, um noch für die Erleichterung der Kaltverformung optimal geeignet zu sein. Im Gegensatz zu der Zinkphosphatierung sind die Verformungsergebnisse mit Manganphosphat-Schichten, die nur mit wässrigen Alkaliseifenlöaungen nachbehandelt werden, ausgesprochen schlecht.

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Erst nach Dispergierung von schwerlöslichen Metallseifen in der Seifenlösung wird das günstigste Verhalten bei der Kaltverformung erzielt.

Für die Beizstufe haben sich insbesondere Schwefelsäure und Salzsäure in Konzentrationen von etwa 5 bis 25% bewährt. Auch Phosphorsäure kann benutzt werden, doch dürfte ihre allgemeine Anwendung am zu hohen Preis scheitern. Um insbesondere bei der Beizung von rostigem oder verzundertem Material den I4etallangriff in Grenzen zu halten, wird der Säure vielfach ein geeigneter Inhibitor zugesetzt .

Das für die Vorspülung benutzte Manganphosphat ist dann besonders wirksam, wenn es mindestens zum Teil aus Hure'-aulith besteht und möglichst fein gemahlen ist. Der Zusatz der kondensierten Phosphate unterstützt die Dispergierung des Manganphosphats. Besonders haben sich Natriumpyro- und -tripdlyphosphat bewährt. Die Tripolyphosphate sind so aktiv, daß die Aufschlämmung auch ohne fortwährende Rührung über eine lange Zeit wirksam bleibt. Die Vorspülung wird bei Raumtemperatur bis etwa 60⁰C angewendet. Höhere Temperaturen bringen im allgemeinen keine Vorteile. Die Behandlungszeit kann sehr kurz sein; sie muß nur ausreichen, die Werkstückoberfläche mit der Vorspüllösung einwandfrei zu benetzen.

Für die Phosphatierung sind die bekannten Mangan- bzw. Mangan-Eisenphosphat-Lösungen geeignet. Sie werden normalerweise bei Temperaturen über 50⁰C bis zum Kochpunkt angewendet und können zur Beschleunigung und Modifizierung der Schichtbildung sowie zur Beeinflussung der Eisenanreicherung Zusätze, wie Nitrate, Nitrite, Nickel-, Kobalt-, Kupfer-Kationen, einfache und/oder komplexe Fluoride, enthalten. Die Behandlungszeit beträgt üblicherweise etwa

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1 bis 20 Minuten, wobei Schichten mit einem Flächenge-

wicht von etwa 3 bis 30 g/m erzeugt werden.

Zur Verlängerung der Lebensdauer des alkalischen Seifenbades können die phosphatierten Teile vor der Beseifung in einer schwach alkalischen Lösung neutralisiert werden. Hierzu eignen sich z.B. Lösungen von Borax, Dinatriumphosphat, Natriumsilikat, Natriumkarbonat.

Die Alkaliseifen-Komponente des Beseifungsbades kann auf Natrium-, Kalium- und/oder Triäthanolammonium-Salzen von gesättigten und/oder ungesättigten C^q- bis C -Fettsäuren aufgebaut sein. Ihre Konzentration im Seifenbad beträgt vorzugsweise 5 bis 50 g/l. Als schwerlösliche Metallseifen eignen sich z.B. die Salze der genannten Fettsäuren mit Zink, Mangan, Aluminium, Kalzium, Barium, Magnesium, Blei usw. Sie v/erden ebenfalls in Konzentrationen von etwa 5 bis 50 g/l angewendet. Die Badtemperatur muß so hoch gewählt werden, daß mindestens ein Teil der Alkaliseife in gelöster Form vorliegt. Dies ist je nach Art der Fettsäure beispielsweise oberhalb 50 bis 60⁰C gegeben. Die Berührungszeit der Werkstücke mit dem Schmiermittelbad beträgt etwa 0,5 bis 5 Minuten, sie kann aber auch noch langer sein.

Nach dem Herausnehmen der Werkstücke aus dem Seifenbad wird der anhaftende LÖsungsfilra aufgetrocknet.

Der so erzeugte Überzug eignet sich für alle bekannten KaItverformungsarten von Stahl, wie Rohrzug, Draht- und Profilzug, Tiefziehen und Fließpressen.

In der folgenden Tabelle sind die Bedingungen für einige praktisch bewährte Verfahrensgänge zusammengefai3t;

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Material	Stahldr?ht	Stahlrohre	Stangenabschnitte
Verformung	Kaltziehen	Kaltziehen	Kaltfließpressen
Beizen	^% H2SO4 % Fell als Sulfat; 1 g/l Inhibitor; 15 min Tauchen bei 7o°C	1$ IiCl, 2% Fell als Chlorid; 2 g/l Inhi bitor; 1o isin Tauchen bei 5o°C in geschlos senen Behälter	15? H2SO4, % Fell als Sulfat; 1 g/l Inhi bitor; 2o min Tauchen bei 75⁰C
Spülen	in Wasser	in Wasser	in Wasser
Vorspülen	3 g/l Mangan- phosphat, dis pergiert in Wasser mit 3 g/l Na₅P₃Oi₀, 1 min Tauchen bei Ao⁰C	3 g/l Hanganphosphat, dispergiert in Wasser mit 3 g/l fia/,PzO7, 1 min Tauchen bei Raumtemperatur	o,5 g/l Manganphosphat, dispergiert in Wasser mit 3 g/l Na₅P₃Oi₀, 1 min Tauchen bei Raumtemperatur
Phosphatieren	12,3 g/l Mn; 19 g/l P₂O₅; 17 g/i NO₃; o,3 g/l NaNO₂; 1o liiin Tauchen bei 7o°C	5 g/l Hn; 3,5 g/l Fell; 27 g/l P₂O₅; 3 g/l NO3 1o min Tauchen bei 94⁰C	6 g/l Hn; 3,7 g/l Fell; 27 g/l P2O5; 2o min Tauchen bei 95⁰C
Spülen	in Wasser	in Wasser	in Wasser
Neutrali sieren	ohne	3 g/l Borax 1 min Tauchen bei 3o°C	2 g/l Na₂HPO^ 1 min Tauchen bei Raumtemperatur
Schmieren	3o g/l Triätha- nolaain oleat, 1o g/l Zinkstea- rat; 3 min Tau chen bei 5o°C	5o g/l Natriuristearat; 1o g/l Calciuc;stearat; 5 min Tauchen bei 7o°C	5o g/l Natriumstearat; 5 g/l Zinkstearat; ' 5 g/l Calciuüistoarat; 5 min Tauchen bei 75⁰C
Trocknen	im Ofen	durch Warmluft	durch Eigenwärne

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Claims

Patentanspru c h

Verfahren zur Vorbereitung von Stahlwerkstücken für die spanlose Kaltverformung, dadurch gekennzeichnet,, daß die zu verformenden fettfreien Werkstücke nacheinander in folgenden Verfahrensstufen behandelt werden:

a) Beizen in Mineralsäure, z.B. Schwefelsäure oder Salzsäure;

b) Spülen in Wasser;

c) Vorspülen in einer wässrigen Aufschlämmung von 0,1 bis 8 g/l sekundärem und/oder tertiärem Manganphosphat, gegebenenfalls unter Zusatz von 0,1 bis 5 g/l eines oder mehrerer kondensierter Alkaliphosphate;

d) Phosphatierung mit einer wässrigen Mangan- oder Mangan-Ei senphosphatlö sung;

e) Spülen in Wasser;

f) Gegebenenfalls Spülen in einer schwach alkalischen wässrigen Lösung;

g) Beseifen in einem wässrigen Seifenschmiermittel, das ein oder mehrere gelöste Alkali- oder Aminseifen neben dispergierter, schwerlöslicher Metallseife enthält;

h) Auftrocknen des Seifenfilms.

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