DE2532906A1

DE2532906A1 - Verfahren zum kaltverformen von edelstaehlen

Info

Publication number: DE2532906A1
Application number: DE19752532906
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Eudeline; Jean-Louis Moiron
Original assignee: Ugine Kuhlmann SA
Current assignee: Ugine Kuhlmann SA
Priority date: 1974-07-24
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1976-02-19
Also published as: IE41504L; GB1456192A; NL7508789A; DK152585B; DE2532906B2; SE415271B; NO141786C; LU73038A1; NO141786B; CH596894A5; FR2279488B1; NO752618L; DK152585C; ES439686A1; BE829843A; FR2279488A1; IE41504B1; SE7508410L; IT1041396B; DE2532906C3

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT₁ DIPLOMCHEMIKER

5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 7. Juli 1975 114/Fü/rl

Produits Chimiques ügine Kuhlmann, 25 Boulevard de L'Amiral Bruix

Paris 16eme / Frankreich

Verfahren zum Kaltverformen von Edelstahlen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Kaltverformen von Edelstahlen, und insbesondere das Drahtziehen und den Kaltschlag von Edelstahlen.

Die Verarbeitung von Edelstahl in der Kälte und insbesondere das Drahtziehen und Schlag, sind besonders schwer durchzuführende Arbeitsgänge und benötigen die Verwendung von Ziehsteinen und Matrizen aus Wolframcarbid.

Der Edelstahl frißt sich ziemlich leicht durch Bildung von Mikroverschweißungen auf dem Carbid fest, und daher ist es zur Vermeidung des Blockieren, das sehr schnell eintreten kann, nötig, ihn zu schmieren. Da jedoch die zur Zeit für diese Arbeitsgänge verwendeten Schmiermittel, hauptsächlich Calzium- und Zinkstearate, nicht an dem Edelstahl haften, ist es notwendig, ihn vorher mit einem Überzug zu versehen, der das Schmiermittel festhält und mit sich nimmt.

Die Verfahren zur Herstellung von Überzügen, wie das Verkupfern, Phosphatieren, Oxalatieren, Kalken, und die Verbleiung werden zur Herstellung von "Maschinen"-Edelstahldrähten verwendet,

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die durch Warmwalzen hergestellt wurden und die bei den KaItverformungen eingesetzt werden. Diese lassen jedoch das nachfolgende Drahtziehen oder den Kaltschlag nicht unter wirklich befriedigenden Bedingungen zu, weil die erhaltenen Überzüge teuer sind", wie beim Verkupfern, oder zerbrechlich, wie beim Phosphatieren, oder gefährlich, wie bei der Verbleiung.

Ferner müssen die nach diesen bekannten Verfahren oberflächenbehandelten Edelstahldrähte, deren Überzugsschicht nach dem. Durchlauf durch eine beschränkte Anzahl von Ziehdüsen abgenutzt und deswegen unwirksam geworden ist, erhitzt werden und aufs neue mit einer Oberflächenschicht versehen werden, um ihre Verarbeitung fortzusetzen, was zu sehr teueren Installationen und Maßnahmen führt.

Es wurde nun überraschend festgestellt, daß der Fluorkohlenstoff der Formel CF , bei dem der für die Herstellung des

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CF verwendete Kohlenstoff natürlicher oder künstlicher Graphit, Aktivkohle oder Koks ist und χ eine ganze Zahl zwischen 0,4 und 1,1 bedeutet, im Gegensatz zu anderen Schmiermitteln besonders gut an den "Maschinen"-Edelstahlen haften, die warmgewalzt wurden und nur einer Behandlung zur Herstellung der Oberfläche von sehr kurzer Dauer unterworfen wurden, und daß sie die zahlreichen Arbeitsgänge der mechanischen Verformung des Metalls, die zur Erzielung des gewünschten Artikels durchlaufen werden müssen, kontinuierlich durchzuführen gestatten , ohne daß man zwischendurch teuere Arbeitsgänge für die Reinigung und die erneute Bildung von Überzügen auf den Drähten, die nach dem Stand der Technik notwendig sind, vorzusehen braucht.

Die schmierenden Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen waren bekannt.

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Die Verwendung von CF als Schmiermittel, das in der vor dem ersten Ziehstein gelegenen "Seifenschale" und dann vor einer begrenzten Anzahl von Ziehsteinen der Drahtziehstufen angebracht wird, entweder allein oder im Gemisch mit anderen festen Schmiermitteln, deren Verwendung für die Kaltbehandlung von Edelstahlen bekannt ist, und insbesondere mit Calcium- und Zinkstearat, gemäß der Erfindung gestattet die Kaltbehandlung von Edelstahldrähten, die nur sehr kurz vorbehandelt wurden, wobei der Ausschuß der Fabrikation beträchtlich vermindert wird.

Es ist zu betonen, daß man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht vor jedem Ziehstein einen Durchgang durch das Schmiermittel vorzusehen braucht, wie nach den bekannten Verfahren. Es genügt vielmehr, dies vor dem ersten Zieheisen und dann alle 3 oder 4 Zieheisen vorzusehen, was die gute Haftung und die Festigkeit des CF -Films zeigt, die nach Durchlauf durch die Zieheisen erhalten wird, deren "Seifenschalen" mit CF oder Gemischen von CF und bekannten Schmiermitteln wie

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Calcium- und/oder Zinkstearaten mit einem Gehalt von mindestens 10 Gew.% CF gefüllt sind.

Die von der Anmelderin unter dem eingetragenen Warenzeichen "FORACARB" vertriebene Verbindung CF ist ein pulverförmiger Festkörper einer Teilchengröße zwischen 81 ρ und einer Dichte von etwa 2,7O. Je stärker die Verbindung fluoriert ist, desto heller ist ihre Farbe.

Alle Fluorkohlenstoffe CF sind erfindungsgemäß für die Kalt-

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behandlung von Edelstahl anwendbar, es wurde jedoch festgestellt, daß das CF_x, bei dem der für die Herstellung verwendete Kohlenstoff künstlicher Graphit ist, der im mittleren Maße fluoriert ist, und χ zwischen 0,6 und 1 liegt, und insbe-

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sondere zwischen 0,6 und 0,9 liegt, wegen seiner besonders niedrigen Reibung besonders gut geeignet ist.

Die Verwendung von Fluorkohlenstoff CF als Schmiermittel gestattet insbesondere, das Drahtziehen, in der Kälte unter sehr günstigen !Bedingungen durchzuführen, weil es das kontinuierliche Ziehen von Edelstahldrähten, die vorher einer Oxalatbehandlung des Typs "flash" unterzogen wurden, d.h. einer Behandlung, die zu einem nicht zusammenhängendem Niederschlag eines Eisenoxalatfilms von einigenyu-Stärke auf den Draht führt, ermöglicht. 10 oder 15 kontinuierliche Durchgänge durch Wolframcarbid-Zieheisen führen unter Verwendung von CF als Schmiermittel von einem Draht mit dem anfänglichen Durchmesser von etwa 6,6 mm'zu einem Draht von 1 mm Durchmesser.

Die Verwendung von CF als Schmiermittel ist auch für den Kaltschlag sehr interessant, bei dem Edelstahlschrauben verschiedener Typen mit großem Durchmesser hergestellt werden. Nach dem bekannten Verfahren wird der als Ausgangsmaterial eingesetzte "Maschinen"-Edelstahldraht vorher einer Behandlung unterworfen, die "meistens ein Verkupfern, selten auch eine Oxalatbeschichtung darstellt, dann in Gegenwart von Schmiermittel, im "allgemeinen Calcium- und/oder Zinkstearaten, leicht durch das Zieheisen eines Drahtzugs gezogen, was den anfänglichen Drahtdurchmesser um einige mm verringert. Dieses einmalige Drahtziehen, im allgemeinen skin-pass genannt, dient zum Einstellen des Drahtdurchmessers .unter Querschnittsverringerung. Anschließend wird der Draht in Abschnitte geschnitten und dann in Wolframcarbidmatrizen im eigentlichen Sinne geschlagen, wobei im allgemeinen die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: Ziehen auf den richtigen Durchmesser, Vorpressen der Form des Schraubenkopfes, Abschneiden des Schraubenendes und Gewindeschneiden.

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Bei dieser Technik sind die äußeren Enden der abgeschnittenen Schraubenteile nicht geschmiert, und diese Unterbrechung der Schmierung macht den auf der seitlichen Oberfläche niedergeschlagenen Film während des Schiagens besonders zerreißbar, was zu sehr beträchtlichen Verlusten des eingesetzten Edelstahldrahts führt, die 10 bis 40 Gew.% erreichen können. Ferner kann der Edelstahl mit der Matrize verschweißen, was mit nicht unbeträchtlicher Häufigkeit zum Verlust der Matrizen führen kann, die besonders teuere Werkstücke sind.

Die Verwendung von CF , vorzugsweise in reiner Form, als Schmiermittel zum Kaltschlag ergibt einen sehr haftfesten und sehr festen Film, was zu einer Herstellung ohne Ausstoß und ohne die Gefahr des Festsetzens in den Matrizen führt.

Die folgenden Beispiele zeigen die erfindungsgemäße Kaltbehandlung, ohne sie hierauf zu begrenzen:

Beispiel 1, Drahtziehen

Ein Edelstahldraht der üblichen Qualität Z 2 CN 18-10 von 6,5 mm Durchmesser, der eine "normale" Oxalatbehandlung durchlaufen hatte, d.h. mit einer ununterbrochenen Eisenoxalatschicht von etwa 1/1O mm Dicke durch Passieren eines Bades, das aus einer wässrigen Lösung von Oxalsäure, Eisen-(II)oxalat und Eisen(III)oxalat besteht und 12 min lang auf einer Temperatur von 65 bis 70 C gebracht wurde, überzogen wurde, wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,75 ra/sec durch eine Bank mit 6 Zieheisen gezogen, was zu einem Draht von 2,9 mm Durchmesser führte. Dem Zieheisen war eine "Seifenschale", die mit Calciumstearat als Schmiermittel gefüllt war, vorgeschaltet.

Nach sechs Durchläufen ist die Oxalatbeschichtung teilweise zerstört, und um das Ziehen fortsetzen zu können, ist es notwendig, den Draht vom Oxalat zu befreien, dann erneut anzu-

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lassen, was darin besteht, daß man das Metall auf über 1OOO°C erhitzt und es unmittelbar danach in kaltem Wasser abschreckt, und erneut eine Oxalierung entsprechend der ursprünglichen durchzuführen.

Das Ziehen wird dann mit der Geschwindigkeit von 1,50 m/sec fortgesetzt durch eine Bank mit vier Zieheisen, deren "Seifenschalen" mit Calciumstearat gefüllt sind, und man gelangt so zu einem Draht von 1,8 mm Durchmesser. In diesem Zeitpunkt ist die Oberflächenbeschichtung erneut zerstört und man muß erneut das Oxalat entfernen, anlassen und oxalieren, wie oben beschrieben, um den letzten Durchlauf mit 1,5 m/sec durch eine Bank mit vier Zieheisen durchführen zu können, deren "Seifenschalen" mit Calciumstearat gefüllt sind, und erhält so den gewünschten Draht von 1,2 mm Durchmesser.

Beispiel 2, Drahtziehen

Derselbe Draht wie in Beispiel 1 wird mit einer unterbrochenen Oxalatschicht von einigen Micron Stärke überzogen durch eine "flash" genannte Oxalierung von 3 mm, die unter denselben Bedingungen wie die in Beispiel 1 genannte "normale" Behandlung durchgeführt wird, jedoch nur 3 min dauert.

Auf der ersten Ziehbank, die sechs Zieheisen mit "Seifenschalen" mit Calciamstearat besitzt, die iii Beispiel I die Durchschnittsverxingerrang von 6,5 mm auf 2_fS mm ermöglichte, wird der Draht rillig und bricht, was die Fortführung der Bearbeitung unmöglich macht»

Beispiel 3 _r Drahtziehen

Derselbe Draht wie in Beispiel 1 wird durch dieselbe "flash¹'- Oxalierung wie in Beispiel 2 behandelt, dann mit einer Geschwindigkeit von 1,75 m/sec durch eine Bank mit 6 Ziehsteinen

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gezogen, deren "Seifenschalen" vor den Ziehsteinen 1 und 4 mit einem reinen CF der Formel CF_ _Q gefüllt sind. Am Aus-

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gang dieser Bank wird der auf einen Durchmesser von 2,9 mm gestreckte Draht in eine zweite Bank geführt, die er mit einer Geschwindigkeit von 1,50-m/sec durchläuft. Von den darauf befindlichen 4 Zieheisen besitzen das erste und das dritte "Seifenschalen" , die mit demselben CF wie auf der ersten Bank gefüllt sind. Dies führt zu einem Draht mit 1,8 mm Durchmesser, der auch direkt in eine dritte Bank mit 4 Zieheisen eingeführt werden kann, deren Zieheisen 1 und 3 wie vorstehend, mit CF_ _Q

geschmiert sind. Dies führt direkt zu einem Draht von 1,2 mm Dur chme s s er.

Wegen der Schmierung mit Fluorkohlenstoff CF ist es daher möglich, einen Draht von 6,6 mm Durchmesser aus dem Stahl Z 2 CN 18-10 durch Durchführen durch 3 Ziehbänke auf einen Durchmesser von 1,2 mm zu bringen, ohne daß es notwendig ist, den Überzug zu erneuern, was in Beispiel 1, wo das verwendete Schmiermittel Calciumstearat war, zweimal durchgeführt werden mußte.

Beispiel 4, Drahtziehen

Ein Draht aus dem Edelstahl Z 2 CND 18-12, d.h. einer beständigeren Qualität als derjenigen der in den Beispielen 1 bis 3 behandelten Drähte, die schwieriger zu ziehen ist, wurde auf bekannte Weise mit einer normalen Oxalatbehandlung, wie in Beispiel 1, vorbehandelt.

Um diesen Draht auf einen Durchmesser von 2,18 mm zu bringen, ist es notwendig, ihn nacheinander eine Bank mit 4 Zieheisen, die alle mit Zinkstearat^gefüllte "Seifenschalen" besitzen, durchlaufen zu lassen, was zu einem Drahtdurchmesser von 3,5 mm führt, dann die Oxalatschicht zu entfernen, zu erhitzen

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und erneut zu oxalieren wie in Beispiel 1, da die Oberflächenschicht zerstört war, und den Draht dann durch eine zweite Bank mit 4 Zieheisen, die mit Zinkstearat geschmiert waren, zu führen, was zu einem Draht von 2,18 mm Durchmesser führt.

Beispiel 5, Drahtziehen

Derselbe Draht wie in Beispiel 4 wird derselben normalen Oxalatvorbehandlung "wie in den Beispielen 1 und 4 unterworfen und durch eine Bank mit 4 Zieheisen geführt, deren Zieheisen 1 und 3 mit 20 % CF_{n Q} in Calciumstearat geschmiert werden. Der Draht hat nach Verlassen dieser Bank einen Durchmesser von 3,5 mm, sein Oberflächenüberzug ist nicht beschädigt und er kann direkt durch eine zweite Bank mit 4 Zieheisen geführt werden, die wie die erste geschmiert wird und zu einem Draht von 2,18 mm Durchmesser führt. Auch hier gestattet wieder die Verwendung eines Fluorkohlenstoffs CF als Schmiermittel das Ziehen durch zwei aufeinanderfolgende Bänken mit Drahtzügen, ohne daß die Zwischenbehandlung der Entfernung des oberflächlichen Überzugs wie nach dem bekannten Verfahren in Beispiel 4 notwendig ist. ■

Beispiel 6, Drahtziehen

Dieses Beispiel wurde mit einem Edelstahl Z IO CN 30-10 durchgeführt, der ein sehr brüchiger Stahl ist und bei allen Fachleuten als sehr schwierig zu ziehen bekannt ist. Ein Draht von 6,1 mm Durchmesser aus diesem Stahl, der durch normale Oxalatbehandlung wie der Draht in Beispiel 1 vorbehandelt wurde, wird in eine erste Bank mit Zieheisen geführt, deren "Seifenschalen" vor allen Zieheisen mit Calciumstearat gefüllt sind. Der Draht wird riefig, bricht und macht jedes weitere Ziehen unmöglich.

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Beispiel 7, Drahtziehen

Derselbe Draht wie in Beispiel 6 wird durch Tauchen in geschmolzenem Blei verbleit. Im Verlaufe eines Versuchs wird er mit einer Geschwindigkeit von 0,30 m/sec durch eine erste Bank mit Drahtzügen geleitet, die aus 2 Zieheisen besteht, deren "Seifenschalen" mit Calciumstearat gefüllt sind. Beim Verlassen dieser Bank beträgt sein Durchmesser 4,95 und seine Oberflächenbeschichtung ist zerstört, so daß er entbleit, erhitzt, abgeschreckt und erneut verbleit werden muß.

Der Draht wird anschließend in eine zweite Bank eingeführt, die 2 Zieheisen mit "Seifenschalen", die mit Calciumstearat gefüllt sind, besitzt, und erhält so einen Durchmesser von 4,10 mm.

Beispiel 8, Drahtziehen

Derselbe Draht wie in Beispiel 6 wird auf dieselbe Art normal oxaliert wie in Beispiel 1. Im Laufe eines Versuchs wird er in eine Ziehbank mit 4 Zieheisen geführt, die alle "Seifenschalen" mit 20 % CF_ _Qc in Calciumstearat besitzen. Auf die-

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ser Bank wird direkt ein Draht mit 4,10 mm Durchmesser erhalten

Beispiel 9, Kaltschlag

Ein Draht von 13,66 mm Durchmesser aus Edelstahl Z 2 CN 18-10 wird zur Herstellung von Schrauben TH 14 χ 80, d.h. mit 14 mm Durchmesser und 8 mm Länge, verwendet. Die Oxalatbehandlung der für dieses Arbeitsverfahren verwendeten Drahtrolle erwieß sich als fehlerhaft und durch das normale Verfahren war der Draht von den ersten Verfahrensschritten de-KaltSchlags ab nach Schmieren mit Mineralöl festgefressen. Der Durchgang durch ein einziges Zieheisen mit einer "Seifenschale" in der Zinkstearat enthalten war, kann den Durchmesser

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des Drahts etwas vermindern, verbessert aber nicht den Enddurchlauf durch die Bank zur Herstellung der Schrauben.

Beispiel 10, Kaltschlag

Die Drahtrolle des Beispiels 9 wird auf einer einbahnigen Ziehbank montiert, auf der der Draht eine sehr leichte Verringerung seines Durchmessers um einige Zehntel mm unter Verwendung von

CF_ _Q als Schmiermittel erfährt. Der Draht wird anschließend auf υ, y

eine Bank zur Herstellung von Schrauben gegeben, die mit den notwendigen Wolframcarbid-Matrizen zur Herstellung von Schrauben TH 14 χ 80 ausgerüstet ist. Die Fabrikation wird ohne Schwierigkeiten durchgeführt und in keinem Augenblick stellt man Verschweißen oder Riefenbildung auf dem eingesetzten Metall fest.

Beispiel 11, Kaltschlag

4 t Draht vom Durchmesser 13,66 mm aus Edelstahl Z 2 CN 18-10 werden einer "flash"-Oxalatbehandlung wie der in Beispiel 2 unterworfen und dann durch ein Zieheisen mit einer "Seifenschale" , die reines CF^ _oc. enthält, gezogen.· Anschließend

CJ , ÖD

wird der Draht zur Herstellung von Schrauben unterschiedlicher Längen von 50 bis 100 mm verwendet. Die 4 t Draht werden ohne Schwierigkeiten und ohne Ausstoß verarbeitet, während in der laufenden Fabrikation desselben Werks, in der man Zinkstearat als Schmiermittel verwendet, unter denselben Bedingungen ein Ausstoß von etwa 40 % bei dieser Stahlsorte erhalten wird, die bekanntermaßen schwierig durch Kaltschlag zu verarbeiten ist.

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Claims

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P atentan s ρ r ü c h e

( 1.^Verfahren zum Kaltverformen von Edelstahlen, dadurch ge-''kennzeichnet, daß man als Schmiermittel Fluorkohlenstoff der Formel CF verwendet, wobei der Kohlenstoff zur Herstellung des CF natürlicher oder künstlicher Graphit, Koks oder Aktivkohle ist und χ einen Wert von 0,4 bis 1,1 besitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schmiermittel einen Fluorkohlenstoff CF verwendet,

wobei der zur Herstellung des CF eingesetzte Kohlenstoff künstlicher Graphit ist und χ zwischen 0,6 und 0,9 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schmiermittel ein Gemisch von CF und einem festen weiteren Schmiermittel verwendet, das mindestens IO % CF enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als festes weiteres Schmiermittel im Gemisch mit CF ein Calcium- oder Zinkstearat verwendet.

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