DE2422925A1 - Verfahren zur bearbeitung von nichteisenmetallen - Google Patents

Verfahren zur bearbeitung von nichteisenmetallen

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung gewisser Verbindungen als Schmiermittel für Nichteisenmetalle, insbesondere gewisser Polyglycole als Schmiermittel und/oder Kühlmittel für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen.
Zweck der Erfindung ist ein Schmiermaterial bei der Bearbeitung von Metallen vorzusehen, bei der ein Metall sich in beweglichem Kontakt mit einem zweiten Metall befindet, wobei das erste Metall Nichteisenmetall ist.
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In einer Hinsicht betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung eines Metalles, bei dem ein Metall sich in beweglichem Kontakt mit einem zweiten Metall und mit einem Schmiermittel befindet, das aus einem Polyglycol besteht.
Eine besondere Anwendungsform der Erfindung ergibt sich bei einem Verfahren zur Reduktion von Rohren aus Zirkonlegierung, wobei das Rohr aus Zirkonlegierung sich in beweglichem Kontakt mit einem Dorn und einem Schmiermittel befindet und letzteres aus Polypropylenglycol besteht. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.
Wie erwähnt, betrifft die Erfindung ein Schmiermittel, daß bei der Bearbeitung von Metallen benutzt wird. Obgleich Schmiermittel der nachstehend näher erläuterten Art besonders vorteilhaft zur Verwendung bei der Bearbeitung von Nichteisenmetallen sind, versteht es sich, daß diese Schmiermittel mit Vorteil auch bei der Bearbeitung von Eisenmetallen benutzt werden können. Die Metallbearbeitung kann verschiedene Formen annehmen, wie Ziehen, Walzen, Auspressen, Schneiden, Bohren, Räumen, Stechen, Gewindebohren usw. Wie nachstehend noch näher dargelegt werden soll, ist das Schmiermittel nach der Erfindung von besonderem Vorteil zur Benutzung beim Einziehen des Durchmessers von Rohren oder ähnlichen Arbeitsgängen.
Abgesehen von der Aufgabe als Schutzmittel gegen Abnutzung und % Anfressung muß das Schmiermittel die chemischen und thermischen Einwirkungen an der Grenzfläche aushalten, um die Bildung von Abnutzungsspänen oder dergleichen, die sich schwer vom fertigen Gegenstand entfernen lassen, zu vermeiden. Das Schmier-
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mittel darf auch zu keiner Korrosion des Metalles oder Verfärbung führen, und es darf außerdem die Oberflächenstruktur des Metalles nicht übermäßig verändern. Dieses Erfordernis ist besonders wichtig bei Zirkon und Titan, weil es dort erwünscht ist, die Bildung einer offenen Kornstruktur zu verhindern. Um daher im Gebrauch wirksam zu sein, muß das Schmiermittel bei der Bearbeitung des Metalles zu einem geringen Anfall an Bearbeitungsresten, einem kleinen Abnutzungsbereich und einer geringen Oberflächenrauhheit führen, d.h. zu einem kleineren Anfall an Oberflächenmängeln, die zu der erwähnten offenen Kornstruktur führen würden.
Wie erwähnt, ist die Verwendung gewisser Schmiermittel in der Technik bekannt. Außerdem ist es bekannt, Glycole als Schmiermittel zu verwenden. Diese Glycole werden jedoch nicht als solche benutzt, und sie finden auch keine Verwendung bei Nichteisenmetallen, wie Zirkon. Die Glycole, die bei der Bearbeitung anderer Metalle, z.B. Eisenmetallen, benutzt werden, dienen praktisch als Träger für andere Zusatzstoffe, die die eigentlichen Schmiermittel darstellen. Im Gegensatz hierzu sind die Polyglycole, die gemäß der Erfindung benutzt werden, wirksame Schmiermittel, und sie können als solche oder in Kombination mit einem Reibungsmodifiziermittel benutzt werden. Wenn man Polyglycole der nachstehend genauer beschriebenen Art verwendet, ist es möglich, gewisse unvermeidliche und unerwünschte Eigenschaften auszuschalten, die bei anderen Schmiermitteln vorliegen. Beispielsweise sind Mono- oder Diglycole, wie Propylenglycol, Dipropylenglycol usw. von hygroskopischer Natur und
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nehmen deshalb etwa vorhandene Feuchtigkeit, sei es aus der Luft oder aus der Oberfläche des zu bearbeitenden Metalles, auf. Dadurch verändern sich die Schmiereigenschaften des Schmiermittels. Xm Gegensatz zu diesen Verbindungen können die nach der Erfindung benutzten Polyglycole bezüglich ihres Molekulargewichtes in einen weiten Bereich fallen, wobei die Grenze für das Polyglycol von niedrigem Molekulargewicht darin besteht, daß es nicht hygroskopisch sein darf, während die Grenze für das höchste Molekulargewicht darin besteht, daß das nutzbare Polyglycol flüssig sein muß und etwas Wasserlöslichkeit aufweist. Bei Benutzung eines Polyglycols, das wasserlöslich ist, ergibt sich die Möglichkeit, eine leichte Reinigung durchzuführen, nachdem das Metall bearbeitet worden ist, indem man das Arbeitsstück mit einem Strom aus Wasser oder Wasser mit einem Detergenssystem säubert. Ein anderer Vorteil bei der Benutzung von Polyglycolen nach der Erfindung liegt darin, daß diese Polyglycole ungiftig sind im Gegensatz zu einwertigen Verbindungen, wie Alkoholen, die einen gewissen Grad an Toxizität aufweisen.
Obgleich das Verfahren nach der Erfindung besonders anwendbar bei der Bearbeitung von Zirkon, Titan oder deren Legierungen ist, versteht es sich, daß die Schmiermittel nach der Erfindung auch mit Vorteil bei der Bearbeitung anderer Nichteisenmetalle, wie z.B. Aluminium, Kupfer, Messing, Bronze, Magnesium usw., benutzt werden können.
Beispiele von Polyglycolen, die als Schmiermittel beim Verfahren der Erfindung benutzt werden können, sind Polyäthylengly-
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cole und Polypropylenglycole mit einem Molekulargewicht im Bereich von etwa 400 bis zu etwa 2000 oder mehr. Polyglycole von niederem oder höherem Molekulargewicht besitzen eines der vorstehend erwähnten Kriterien, wie Glycerin, sorbitartige Polyole usw. Einige spezielle Beispiele der Polyglycolart, die verwendet werden kann, sind solche, wie sie von der Union Carbide Company unter den Handelsbezeichnungen PPG-42S und PPG-1025 gehandelt werden, sowie Polypropylenglycole, wie sie von der Dow Chemical Company unter den Bezeichnungen P-400, P-1200 und Ρ-2Ό00 gehandelt werden. An diesen Handelsbezeichnungen bedeutet die Zahl jeweils das Molekulargewicht des betreffenden Polyglycols.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß die Polyglycole in Vermischung mit anderen Ingredientien, wie Reibungsmodifiziermitteln, benutzt werden können. Zu den letzteren gehören die verschiedenen Seifen, Detergentien enthaltend polyoxyäthylierte Materialien, Säuren, wie gesättigte Fettsäuren einschließlich Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, VaIeriansäure, Capronsäure, Enanthylsäure, Caprylsäure, Pelargonsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Behensäure usw.; ungesättigte Fettsäuren, wie Acrylsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Tiglinsäure, Angelicasäure, Senecionsäure, Hexensäure, Decylensäure, Dodecylensäure, Palmitolensäure, Ricinolsäure, Oleinsäure, Linolensäure, Linolsäure, Vaccensäure, Eleostearinsäure, Licansäure, Parinarsäure, Gadolensäure, Celotensäure, Selacholensäure.usw.; Salze'dieser Säuren einschließlich Natriumacetat, Kaliumacetat, Natriumpropionat,
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Kaliumbutyrat, Kaliumoleat, Natriumoleat usw.; Amine wie Äthylamin, Propylamin, Isopropylamin, Butylamin, Amyiamin, Hexylamin, Heptylamin, Octylamin, Nonylamin, Decylamin, Dimethylamin, Diäthylamin, Dipropylamin, Dibutylamin, Diamylamin, Dihexylamin, Diheptylamin usw. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die vorgenannten Friktionsmodifiziermittel in einer Menge·im Bereich von.etwa 0,1 bis 2 Gewichts-% des Polyglycols vorhanden sein. Es versteht sich, daß die vorgenannten Beispiele von Polyglycolen und Friktionsmodifiziermitteln nur als Vertreter der Verbindungsklassen zu betrachten sind, die benutzt werden können,und die Erfindung hierauf nicht unbedingt beschränkt ist.
Es ist vorgesehen, daß die Reibungsmodifiziermittel in Lösung mit den vorgenannten Polyglycolen benutzt werden können. Wenn jedoch die Reibungsmodifiziermittel mit dem Polyglycol keine Lösung bilden, kann die Masse als eine Emulsion mit oder ohne Wasser benutzt werden. Das Schmiermittel der Erfindung kann in jeder üblichen Weise verwendet werden, je nach der jeweiligen Arbeitsweise, die bei der Metallbearbeitung angewendet wird. In jedem Fall muß jedoch das Schmiermittel in solcher Weise angewendet werden, daß sein Vorhandensein an den Kontaktpunkten der Metalle, die sich in Bewegung zueinander befinden, gewährleistet ist. Auch soll die benutzte Schmiermittelmenge ausreichend sein, um eine wirksame Schmierung zu erzielen. Diese Menge hängt ebenfalls von dem betreffenden Bearbeitungsvorgang ab, der angewendet wird.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des Verfahrens der Erfindung, doch ohne Beschränkung hierauf.
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Beispiel 1
Die Schmiermittel wurden in einer modifizierten Bowden-Leben-Zapfen- und -Scheibenmaschine geprüft. Die Bowden-Leben-Methode ist in "The Friction and Lubrication of Solids", 1954, Seite von Bowden und Tabor beschrieben. Auch wird diese Methode in dem Aufsatz von E. Rabinowicz "The Boundary Friction of Very Well Lubricated Surfaces" erörtert, der bei dem neunten A.S.L.E-Treffen in Cincinnati am 5. April 1954 vorgelegt und in der Juli-August-Ausgabe 1954 von "Lubricating Engineering" veröffentlicht worden ist. Bei der für die hier berichteten Versuche angewendeten Abwandlung rotiert eine A-8-Stahlscheibe am Kontakt mit einem aufrecht stehenden abgerundeten Zircaloy-Zapfen. Zircaloy Nr. 2 ist beispielsweise eine Legierung enthaltend 98,3 Gewichts-% Zirkon, 1,5 Gewichts-% Zinn, 0,20 Gewichts-% Eisen und 0,10 Gewichts-% Chrom.
Insgesamt wird eine Schmiermittelmenge -von etwa 2 g benutzt. Etwa 1,8 g Schmiermittel wird auf die Scheibe und etwa 0,2 g Schmiermittel auf den Zapfen aufgetragen. Das Gerät wird in ein Gehäuse eingeschlossen, das bei diesen Prüfungen zur Abwandlung der Versuchstemperatür im Bereich von etwa 22 bis 100 C (72 bis 212° F) geheizt wird. Die Geschwindigkeit ist auf 6 U/Min, festgelegt. Bei jedem Versuch wird eine Ausgangsbelastung von 100 g in Einheiten von je 100 g und in Abständen von 1,67 Min. bis zu einer Höchstbelastung von 1300 g gesteigert. Als Abtastelement wird ein Belastungsmeßkreis bei der Umwandlung der Reibungseffekte in äquivalente elektrische Signale benutzt, die auf einen kontinuierlichen Schreiber aufge-
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zeichnet werden. Der Reibungskoeffizient wird für jedes Zeitintervall bestimmt. Außerdem wird der Durchmesser des Abnutzungsfleckes auf dem Zapfen gemessen. Der Zapfen und die Scheibe werden unmittelbar nach der Prüfung visuell untersucht, um die Abriebmenge zu bestimmen.
Die bei diesen Prüfungen benutzten Schmiermittel waren hochmolekulare Polypropylenglycole, die von der Dow Chemical Company unter den Handelsbezeichnungen P-400 bzw. P-1200 erhältlich sind; die Versuche wurden bei 22° C durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Prüfungen finden sich in der nachstehenden Tabelle.
Tabelle I Dow P-400 Dow P-1200 3 0,112
Schmiermittel Reibungskoeffizient 0,119
Belastung in g Zeit in Min. 0,154 0,126
100 1,67 0,140 0,126
200 3,34 0,121 0,126
300 5,01 0,112 0,124
400 6,68 0,109 0,124
500 8,35 0,107 0,123
600 10,02 0,106 0,123
700 11,69 O,1O7 0,122
800 13,36 0,107 0,122
900 15,03 O,106 0,120
1000 16,70 0,108 0,119
1100 18,37 0,106 0,119
1200 20,04 0,105
1300 22,00 0,103
1300 37,00
4098 4 9/07 9
-S-
1300 52,00 in mm 0,103 0,116
1300 67,00 0,105 0,116
1300 82,00 O,1O5 0,118
1300 97,00 0,103 0,118
1300 112,0O 0,105 0,118
1300 127,00 0,105 0,118
1300 142,00 0,105 0,118
1300 157,00 0,107 0,118
1300 172,00 0,107 0,119
1300 187,00 0,107 0,118
1300 202,00 0,108 0,119
2OO 0,126 0,126
DPH am Anfang • 194,6 192,4
DPH am Ende 206,6 207,0
Abnutzungsfläche 0,0803 0,0706
Abfall leicht leicht
Aus den Werten in der vorstehenden Tabelle ist zu erkennen, daß der Reibungskoeffizient befriedigend war, die Abnutzungsfläche relativ klein und der Abfall leicht war.
Beispiel 2
Zur Erläuterung des Unterschiedes zwischen den Polyglycolen nach der Erfindung und einem Monoglycol wurden zwei weitere Versuche unter Benutzung von Propylenglycol und Dipropylenglycol als Schmiermittel durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche finden sich in der folgenden Tabelle.
Tabelle II Propylen-
glycol		 2422925 0,154
Schmiermittel Dipropylen-
glycol		 0,147
Belastung in g Zeit in Min. Reibungskoeffizient 0,154
100 1,67 0,192 0,151
200 3,34 0,171 0,154
300 5,01 · 0,161 0,156
400 6,68 0,161 0,154
5OO 8,35 0,155 . 0,141
600 10,02 0,156 0,129
700 11,69 0,157 0,126
800 13,36 0,156 0,124
900 15,03 0,158 0,122
lOOO 16,70 0,146 0,115
1100 18,37 0,158 0,086
1200 20,04 0,164 O,O81
1300 22,00 0,159 0,078
1300 37,00 0,132 0,088
1300 52,00 0,127 0,096
1300 67,00 0,115 0,102
13OO 82,00 0,118 0,102
1300 97,00 0,121 O,1O8
1300 112,00 0,118 0,105
1300 127,00 0,119 0,102
13OO 142,00 0,119 0,1O2
13OO 157,00 0,124
1300 172,00 0,122
1300 187,OO 0,125
409549/0793
0,128 0,1O7
0,147 0,140
196,6 193,8
213,4 203,6
0,694 0,528
schwer leicht bis
mäßig
1300 202,00
200
DPH am Anfang
DPH am Ende
2
Abnutzungsfläche in mm
Abfall
Es ist zu bemerken, daß die Abnutzungsfläche nahezu 10 mal größer als bei Benutzung eines Polyglycols und außerdem der Abfall schwer oder leicht bis mäßig war. Dieser Vergleich erläutert zahlenmäßig den Vorteil der Benutzung eines Polyglycols als Schmiermittel, wenn eine Zirkonlegierung unter Benutzung einer Scheibe aus unterschiedlichem Metall, nämlich Stahl, bearbeitet wird.
Beispiel 3
Bei diesem Versuch bestand das Schmiermittel, das in derselben Weise wie in Beispiel 1 und 2 untersucht wurde, aus einer Mischung von 99 % P-400 und 1 % Kaliumoleat. Wie in den obigen Beispielen lag die Belastung bei 100 bis 1300 g für einen Zeitraum von 202 Minuten. Der Reibungskoeffizient nahm während dieser Zeit von O,168 auf 0,126 ab. Die Abnutzungsfläche betrug
2
nach Ablauf dieser Zeit 0,0907 mm ,und der Abfall war leicht bis mäßig.
Beispiel 4
Das in diesem Beispiel untersuchte Schmiermittel bestand aus einer Mischung von 99 % P-400 und 1 % Oleinsäure. Der Reibungs-
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koeffizient wurde während eines Zeitraumes von 202 Minuten von O,140 auf 0,112 herabgesetzt. Die Abnutzungsfläche betrug
2
O,212 mm ,und der Abfall war mäßig.
Beispiel 5
Ein Zirkaloy-Rohr wurde wieder einer ähnlichen Prüfung,wie in Tablle I angegeben, unterzogen, wobei als Schmiermittel bei der Bearbeitung eine Mischung von 99 % P-1200 und 1 % Oleinsäure benutzt wurde. Die Prüfung wurde über einen Zeitraum von 202 Minuten bei einer Temperatur von 22° C durchgeführt. Dabei wurde der Reibungskoeffizient von 0,142 auf 0,108 herabgesetzt. Die Abfallmenge war leicht, und die Abnutzungsfläche betrug 0,0803 mm2.
Beispiel 6
Das in diesem Beispiel benutzte Schmiermittel bestand aus einer Mischung von 99 % Polyglycol P-15-200 und 1 % Oleinsäure. Der Reibungskoeffizient nahm während einer Zeitspanne von 202 Minuten von 0,117 auf 0,087 ab. Der Abfall war leicht bis
2 mäßig und die Abnutzungsfläche 0,166 mm .
Beispiel 7
Das in diesem Beispiel untersuchte Schmiermittel bestand aus einer Mischung von 99 % Polyglycol P-400 und 1 % Stearinsäure. Nach einem Zeitraum von 202 Minuten war der Reibungskoeffizient von 0,140 auf 0,119 herabgesetzt, während die Abfallmenge leicht bis mäßig war. Auch bei Benutzung einer Mischung von 99 % Polyglycol P-400 und 1 % Kaliumnaphthanat als Schmiermittel wurde
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der Rexbungskoeffizient von 0,175 auf 0,121 im Verlauf von 202 Minuten herabgesetzt, und die Abfallmenge war wiederum leicht bis mäßig.
40984 9/07 9

Claims (8)

Patentansprüche der
1. Verfahren zur Metallbearbeitung, bei/ein Nichteisenmetall sich
mit einem zweiten Metall und einem Schmiermittel in beweglichem Kontakt befindet, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schmiermittel ein Polyglycol benutzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nichteisenmetall aus Zirkon, einer Zirkonlegierung, Titan oder einer Titanlegierung besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyglycol ein Reibungsmodifiziermittel enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyglycol 0,1 bis 2 Gewichts-% Modifiziermittel enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibungsmodifiziermittel aus Oleinsäure besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyglycol aus einem Polyäthylenglycol oder PoIypropylenglycol besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung in einer Arbeitsweise zur Reduzierung eines Rohrdurchmessers besteht.
8 49/0733
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CA1032922A (en) 1978-06-13
FR2229472B1 (de) 1979-02-16
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