DE2359802A1

DE2359802A1 - Keramisches material zur herstellung von werkzeugen fuer kaltziehverfahren

Info

Publication number: DE2359802A1
Application number: DE19732359802
Authority: DE
Inventors: Vivek Baburao Nileshwar
Original assignee: STD Services Ltd
Current assignee: STD Services Ltd
Priority date: 1972-12-05
Filing date: 1973-11-30
Publication date: 1974-06-06
Also published as: GB1443158A; JPS4988760A; IT999881B; AT336531B; ATA1015773A; FR2211416B1; FR2211416A1

Description

Keramisches Material zur Herste Hang von Werkzeugen für Kaltziehverfahren

pie Erfindung "betrifft ein Material zur Herstellung'von Werkzeugen für Kalt ziehverfahren.

Bisher wurden metallische Materialien wie auch Materialien, die metallische und keramische Bestandteile aufweisen, 'benutzt. Keramische Materialien "besitzen einige jEigenrschaften, die wichtige Vorteile zeigen, die "bislang jedoch auch Eigenschaften "besaßen,, die "bei Kaltziehverfahren nachteilig waren.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes keramisches Material zu schaffen, das erfolgreich zur Herstellung von Werkzeugen für EaIt ziehverfahr en, wie beispielsweise Matrizen oder Patrizen verwendet xverden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeinäß dadurch, gelöst,- daß die Porösität 0,5% nicht überschreitet, daß die Dichte nicht weniger als 99% beträgt, daß das Bruchmodul nicht

2 ρ

weniger als 56 200 Kg/cm (80 000 lbs/in. ) und die Kerb-

schlagfestigkeit nicht weniger als 21,16 Ή/cm (1ft-lbf/in.²) betragen.

Der Ausdruck "keramisches Material" ist hierbei dahin zu

es
verstehen, daß/von einem Oxyd, einem Karbid, Nitrid oder Borid eines Metalls oder Halbmetalls, wie beispielsweise Silizium, gebildet ist.

In Anwendung der Erfindung wurde ein Material zur Herstellung von Matrizen bzw. Gesenken und -das Rohrziehen betreffend- Patrizen bzw. Stempeln verwendet, welches gemäß der nachfolgenden Tabelle aufgebaut ist:

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Dichte

Porösität

Druckkraftfestigkeit

Kerbschlagfestigkeit Nennzusammenset zung

SiIiziumnitrid

3,19 g/cm*

0,1 %

352 000 Kg/cm'

84 500 Eg/cu 31 H/cm
99,9

(gms/cc)

(500 0001bs/in.^d)

(120 OOOlbs/in. ) (1,4 ft-lbf./in.²) der Rest stellt natürliche Unreinheiten und/oder absichtliche Beimengungen dar.

Bei der Benützung einer Matrize und einer Patrize aus Siliziumnitrid gemäß der vorstehenden Tabelle wurde festgestellt, daß geschweißte Röhren aus Flußeisen bzw. niedrig gekohltem Stahl Und korrosionsbeständigem Stahl - d.h. Röhren, die durch longitudinale Nahtschweißung hergestellt ^ wurden, wodurch eine vorstehende Schweißraupe in der Bohrung bzw. Rohrwand zurückgelassen wird - von 25,4 mm Durchmesser mal 0,914 mm Dicke (1¹¹X 0,036' ') in einem Gang ohne jeglicher vorheriger Erhitzung oder mit einer chemischen Behandlung bis zu 22,2 mm Durchmesser X 0,71 mm Dicke (0,875'' x 0,028'') unter Verwendung von öl als Schmiermittel zufriedenstellend gezogen werden können. Dies führt zu einer Reduzierung der Fläche von 32% und einer Reduzierung in der Dicke zu 22%. Diese gezogenen Rohren können dann in'

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einem weiteren Gang bzw. Schritt ohne Temperung oder jeder anderen Behandlung mit einer Matrize und einer Patrize aus Siliziumnitrid gemäß der oben angeführten Art unter Verwendung einer Öl-Schmierung auf 19*05 mm Durchmesser λ 0,559 mm Dicke (0,75O¹¹ χ 0,022") weiter gezogen werden. Dies stellt eine üTächenreduzierung von 33% und einer Dickenreduzierung von 21% dar; in den beiden Schritten wird eine Gesamtreduzierung hinsichtlich der Fläche von 54·% und hinsichtlich der Dicke von 39% erreicht.

Die zuvor erwähnte Herstellung von Flußstahl-Eöhren durch longitudinale Nahtschweißung eines Metallstreifens resultiert in einer Schweißraupe, die in die Öffnung der Eöhre vorsteht. Die zusätzliche Dicke des Metalls, die durch diese Schweißraupe dargestellt wird, resultiert häufig in einer Preß-/Eeibungsschweißung des Eaupen- bzw. Schweißraupenmaterials gegenüber der Patrize oder des Stanzdorns, die bei der Ziehoperation verwendet werden. Die nachfolgende Zerrung des Materials wird dann einen fest/anhaftenden Metallüberrest an der Patrize zurücklassen, der seinerseits eine Erhöhung der tiefen Kerbmarken in der Eöhrenöffnung hervorruft. Dieses Phänomen wird im allgemeinen als "pick-up"-Phänomen bezeichnet und kann im schlechtesten Fall in einem Bruch der Eöhre resultieren.

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Bisher kann die Verwendung der herkömmlichen Materialien für die Matrize und Patrize zu einem starken "pick-up" führen, wenn nicht komplizierte und umfangreiche Vorsichtsmaßnahmen, wie "beispielsweise eine umfangreiche chemische Vorbehandlung vorgenommen werden, und selbst derartige Vorsichtsmaßnahmen können den "pick-up "-Effekt nicht vollständig beseitigen. Demgegenüber wird jedoch bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Materials zur Herstellung von Matrizen und Patrizen der "pick-up"-Effekt beseitigt und so ergibt sich eine Notwendigkeit für eine Vorbehandlung.

Gemäß einem weiteren Beispiel eines erfindungsgemäßen Materials wird Aluminiumoxyd ausgewählt, das folgende Eigenschaften besitzt:

Dichte " 3,97 g/cnr (gms/cc)

Porosität < 0,1%

Druckkraftfestigkeit 316 OOQKg/cm² (450 OÖOlbs/in.²)

Bruckmodul 70 400 Kg/cm² (100 OOOlbs/in.²)

Kerbschlagfestigkeit 31,7 F/cm (1,5 ft-lbf/in.²)

ITennzusammensetzung 99,7%» &&? Rest besteht aus natürlichen Verunreinigungen und/öder ab-

^: ■ sichtlichen Beimengungen.

Es wird daher festgestellt werden, daß die Eigenschaften eines Keramikmaterials, die zur Gewährleistung einer er-

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folgreichen Verwendung des Materials "bei Werkzeugen für

wichtig sind
Kaltziehverfahren^ Porösität, Reinheit, das Bruchmodul und die Kerbschlagfestigkeit sind.

Die Porösität hat einen sehr "bedeutsamen Einfluß auf die festigkeit des Materials. Beispielsitfeise kann "bei Aluminiumoxyd eine 10%-ige Porösität die Biegefestigkeit auf den narben Wert reduzieren. Darüber hinaus kann die Porösität eine Erhöhung der starken bzw. schnellen Abnutzung aufgrund des Zusammenbruchs des neben den Poren liegenden Materials und des Beginns eines Reißens bzw· Springens ergeben, das zur Auflösung des Materials unter Belastung führt. Zur zufriedenstellenden Ausführung von Keramikmaterialien beim Kaltziehen wurde festgestellt, daß der maximale Porösitätswert nicht 0,5% überschreiten muß. Was die Reinheit angeht, so ist das Vorliegen einer zweiten Phase übüclierweise bei von Uatur aus brüchigen Materialien_Twie Keramik-materialien, schädlich. Sieht man daher von natürlich auftretenden Unreinheiten und kleinen absichtlichen Beimengungen ab, um den Verdichtungsprozeß bzw. ■Verfestigungsprozeß zu unterstützen, so ist es wesentlich, daß das keramische Material im wesentlichen rein ist; es hat sich gezeigt, daß die Reinheit des Materials 39°/a oder besser sein sollte. Außerdem läßt sich erkennen, daß Werkzeuge, die bei KaltzxeiLverf ahren bzw, -vorgängen verwendet werden_s

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in einem größeren oder kleinerem Maße einem Biegemoment ausgesetzt sind. Patrizen oder Dorne, die "beim Röhrenziehen verwendet werden, sind insbesondere hinsichtlich solcher Biegemomente empfindlich; daher ist eine minimale Biegekraft wesentlich, um einen Bruch des keramischen Materials "bei deren Betrieb zu verhindern. Sin Wert von 56 200 Kg/cm² (80 000 rbs/in.²) sollte als absolutes Minimum für das Bruchmodul angenommen werden.

Für die Kerbschlagfestigkeit ist es natürlich wesentlich, daß die "bei Kaltziehverfahren verwendeten Werkzeuge eine Stoß-Festigkeit bzw. -Zähigkeit oder eine Stoß-Widerstandsfähigkeit besitzen sollten, um einen Bruch aufgrund Schlagbeanspruchungen zu verhindern. Keramische Materialien sind im Vergleich zu herkömmlichen Werkzeugmaterialien von Natur aus brüchig, jedoch ist es möglich,, den Effekt einer solchen Schwäche durch sorgfältige Konstruktion der Werkzeuge sowie sorgfältige Konzipierung deren Betriebsmodus zu minimisieren. Nichtsdestoweniger wurde festgestellt, daß eine Kerbschlagfestigkeit von wenigstens 21,16 N/cm (iftTbf/in.²) wesentlich ist.

Bei einem weiteren Beispiel des Materials gemäß der Erfindung wird ein Siliziumkarbid gemäß nachstehender Tabelle verwendet:

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Dichte ^- 3} 20 g/ccr (gms/cc) Porosität < 0,1%

Druckkraftfestigkeit 352 000 Eg/cm*¹ (500 000 rbs/in.²) Briaclmodul 775 000 Kg/cm² (110 000 lbs/in.²)

Kerbschlagfestigkeit 31 N/cn 1,-4- ft-lbf/in. ) Hennzusammensetziing 99%, der Rest stellt natürliche Vertm-

reinicungen und/oder absichtliche -Beimengungen dar.

Die erfindungsgemäßen Materialien können bei Werkzeugen benützt werden, die zum Ziehen von Eöhren, Stangen, Drähten und anderen Querschnitten verwendet werden.

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Claims

G.-3-.7381

29. November 1973

SK/

Patentansprüche

ή* Keramisches Material zur Verwendung in der Herstellung von Werkzeugen für Kaltziehverfahren, dadurch g'e k e η η ζ e i c h net, daß die Porösität 0,5% nicht überschreitet, daß die'Dichte nicht weniger als' 99% "beträgt, daß das Bruchmodul nicht weniger als 56 200 Kg/cm² (30 000 lbs/in.²) und die Kerbschlagfestigkeif nicht weniger als 21,16 H/cm (1ft»lbf/in. ) betragen.
2. Keramisches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Siliziumnitrid ist und eine Dichte von 3,19 g/cm(gms/cc),~eine Porösität von weniger als 0,1 %, eine Druckkraftfestigkeit von "352 000 Kg/cm² (500 000 Ibs/in.²), ein Bruchmodul von 84 500 Kg/cm^

(120 000 Ibs/in. ), eine Kerbschlagfestigkeit von 31 M/cm (1,4 ft-lbf/in*²) und eine !Reinheit von 99 % aufweist*
3* Keramisches Material nach Anspruch % dadurch gekenn-

-oxid zeichnet j daß das Material Aluminium/ist und eine Dichte

von 3>97 g/cm, eine Porosität von xieniger als 0,1 %,

2 p

ein Bruchmodul von ?Ö^ 000 Kg/cm (100 000 Ibs/in* ),

eine Kerbschlagfestigkeit von 32,4- H/cm (1,5 ft»lbf/in.²)

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und eine Reinheit von 99 ₅ 7 % aufweist.
4. Keramisches Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Siliziumkarbid ist und eine Dichte von 3»20 g/cm, eine Porösität von weniger als

0,1 % , eine Druckkraftfestigkeit von 352 OOO Kg/cm²

P 2

(500 000 rbs/in. ), ein Bruchmodul von 775 000 Kg/cm

(110 000 lbs/in. ), eine Kerbschlagfestigkeit von 31 K/cm (1,4 ft»lbf/in.²) und eine Reinheit von 99% aufweist.

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