DE2532906B2

DE2532906B2 - Verfahren zum kaltverformen von edelstaehlen

Info

Publication number: DE2532906B2
Application number: DE19752532906
Authority: DE
Inventors: Jean Paul Boulogne Billancourt Moiron Jean Louis Bourg en Bresse Eudeline, (Frankreich)
Original assignee: Produits Chimiques Ugine Kuhlmann, Paris
Priority date: 1974-07-24
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1977-08-04
Also published as: FR2279488A1; ES439686A1; SE415271B; NO141786C; DE2532906A1; DK334775A; IT1041396B; NO141786B; BE829843A; SE7508410L; JPS5137062A; DK152585B; CA1050961A; FR2279488B1; IE41504L; DK152585C; GB1456192A; NL7508789A; NO752618L; DE2532906C3

Description

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 Edelstrahl frißt sich ziemlich leicht durch Bildung von Mikroverschweißungen auf dem Carbid fest, und daher ist es zur Vermeidung des Blockierens, 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, die durch Warmwalzen hergestellt wurden und die bei den Kaltverformungen 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 fortsetzen zu können, was zu sehr teuren Installationen und Maßnahmen führt.

Es wurde nun überraschend festgestellt, daß der aus natürlichem oder künstlichem Graphit, aus Aktivkohle oder Koks hergestellte Fluorkohlenstoff der Formel CF*. worin χ eine ganze Zahl zwischen 0,4 und 1,1 bedeutet, im Gegensatz zu anderen Schmiermitteln besonders gut an den »Maschinen«-Edelstählen haftet, die warmgewalzt wurden und nur einer Behandlung zur ι Herstellung der Oberfläche von sehr kurzer Dauer unterworfen wurden. Die zahlreichen Arbeitsgänge der mechanischen Verformung des Metalls, die zur Erzielung des gewünschten Artikels durchlaufen werden müssen, können bei Verwendung von Fluorkohienstoff lu kontinuierlich durchgeführt werden, ohne daß man zwischendurch teure Arbeitsgänge für die Reinigung und die erneute Bildung von Überzügen auf den Drähten, die nach dem Stand der Technik notwendig sind, vorzusehen braucht.

ir, Die schmierenden Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen waren bekannt.

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

jo Durchgang durch das Schmiermitte! 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_A-Films zeigt, die nach Durchlauf durch die Zieheisen erhalten wird, deren »Seifenschalen« mit CFt oder Gemischen von CF, und bekannten Schmiermitteln wie Calcium- und/oder Zinkstearaten mit einem Gehalt von mindestens 10 Gew.-% CF* gefüllt sind.

Die Verbindung CF, ist ein pulverförmiger Festkörper einer Teilchengröße zwischen 81 μ und einer Dichte von etwa 2,70. Je stärker die Verbindung fluoriert ist, desto heller ist ihre Farbe.
Alle Fluorkohlenstoffe CF, sind erfindungsgemäß für die Kaltbehandlung von Edelstahl anwendbar, es wurde jedoch festgestellt, daß der Fluorkohlenstoff bei dem der für die Herstellung verwendete Kohlenstoff künstlicher Graphit ist, der im mittleren Maße fluoriert ist, und bei dem χ zwischen 0,6 und 1, und insbesondere zwischen 0,6 und 0,9 liegt, wegen seiner besonders niedrigen Reibung besonders gut geeignet ist.

Die Verwendung von Fluorkohlenstoff CF₁ 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 zusammenhängenden Niederschlag eines Eisenoxalatfilms von einigen μ-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

^ft5 Draht von 1 mm Durchmesser.

Die Verwendung von Fluorkohleniitoff der Formel 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 »Maschinenw-Edelstahldraht vorher einer Behandlung unterworfen, die meistens ein Verkupfern, selten auch eine Oxalatbeschichiung .s darstellt, dann in Gegenwart von Schmiermittel, im allgemeinen Calcium- und/oder Zinkstearaten, !eicht durch das Zieheisen eines Drahtzugs gezogen, was den anfänglichen Drahtdurchmesser um einige mm verringert. Dieses einmalige Drahtziehen, im allgemeinen ι ο 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 Durchmesiser, Vorpressen der Form des Schraubenkopfes, Abschneiden des Schraubenendes und Gewindeschneiden.

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 Schliagens 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 Fluorkohlensioff der Formel CFj, 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

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 '/iomm Dicke durch Passieren eines Bades, das aus eineir wäßrigen Lösung von Oxalsäure, Eisen(U)-oxalat und Eisen(Ill)-oxalat besteht und 12 min lang auf einer Temperatur von 65 bis 7O⁰C gebracht wurde, überzogen wurde, wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,75 m/sec durch eine Bank mit 6 Zieheisen gezogen, was zu einem Draht von 2,9 mm Durchmesser führte. Dem Ziieheisen war eine »Seifenschale«, die mit Calciumstearat als Schmiermittel gefüllt war, vorgeschaltet.

Nach sechs Durchläufen ist die Oxalatbeschichtung teilweise zerstört. Um das Ziehen fortsetzen zu können, ist es notwendig, den Draht vom Oxalat zu befreien, dann erneut anzulassen, indem man das Metall auf über 1000°C erhitzt und es unmittelbar danach in kaltem (>o Wasser abschreckt, und erneut eine Oxalicrung entsprechend der ursprünglichen durchführt.

Das Ziehen wird dann mit der Geschwindigkeit von 1,50 m/sec l'orgesetzt durch eine Bank mit vier Zieheisen, deren »Seifenschalen« mit Calciumstearat <\s 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 oxalicrcn. 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 Oxalieruiig 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 Calciumstearat besitzt, die in Beispiel 1 die DurchschnUtsvcrringcrung von 6,5 mm auf 2,9 mm ermöglichte, wird der Draht rillig und bricht, was die Fortführung der Bearbeitung unmöglich macht.

Beispiel 3
Drahtziehen

Derselbe Draht wie in Beispiel 1 wird durch dieselbe »flashw-Oxalierungwie in Beispiel 2 behandelt, dann mit einer Geschwindigkeit von 1,75 m/sec durch eine Bank mit 6 Ziehsleinen gezogen, deren »Seifenschalen« vor den Ziehsteinen t und 4 mit einem reinen Fluorkohlcnstoff der Formel CF* bzw. CF0.8 gefüllt sind. Am Ausgang 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 Fluorkohlenstoff der Formel 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 Fluorkohlenstoff der Formel CFo,8 geschmiert sind. Dies führt direkt zu einem Draht von 1,2 mm Durchmesser.

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 nach Durchführen durch 3 Ziehbänke auf einen Dutchmesser von 1,2 mm zu bringen, ohne daß es notwendig ist, den Überzug zu erneuern, was in Beispiel 1, wo das verwendete Schmiermittel Calciumstearai war, zweimal durchgeführt werden mußte.

Beispiel 4
Drahtziehen

Ein Draht aus dem Edelstahl Z 2 CN D 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 Zichcisen, die alle mit Zinkstcarat gefüllte »Seifenschalen« besitzen, durchlaufen zu lassen, was zu einem Drahtdurchmesscr von 3,5 mm führt, dann clic Oxalatschicht zu entfernen, zu erhitzen 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 Drp.ht wie in Beispiel 4 wird derselben normaler! Oxalatvorbehandlung wie in den Beispielen 1 und 4 unterworfen und durch eine Bank mit 4 Zieheisen geführt, deren Zieheisen 1 und 3 mit 20% Fluorkohlenstoff CF₀,9 in Calciumstearat geschmiert werden. Der Draht hat nach Verlassen dieser Bank einen Durchmes- i.s ser 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 Bänke mit Drahtzügen, ohne daß die Zwischenbehandlung der Entfernung des oberflächlichen Überzugs wie nach dem bekannten Verfahren in Beispiel 4 notwendig ist.

Beispiel 6
Drahtziehen ^w

Dieses Beispiel wurde mit einem Edelstahl Z 10 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 maelu jedes weitere Ziehen unmöglich.

B e i s ρ i e 1 7
Drahtziehen

45

Derselbe Draht wie in Beispiel 6 wird durch Tauchen in geschmolzenem Blei verbleit, !m 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 mm und seine Oberflächenbeschichtung ist zerstön, 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 nurrhmesser von 4,10 mm

Beispiel 8
Drahtziehen

Derselbe Draht wie in Beispiel 6 wird auf dieselbe Art normp.l üxaliert wie in Beispiel 1. Im Laufe eints Versuchs wird er in eine Ziehbank mit 4 Zieheisen geführt, die alle »Seifenschalen« mit 20% Fluorkohlenstoff der Formel CFo.85 in Calciumstearat besitzen. Auf dieser 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 14mm Durchmesser und 8mm Länge, verwendet. Die Oxalatbehandlung der für dieses Arbeitsverfahren verwendeten Drahtrolle erwies sich als fehlerhaft und durch das normale Verfahren war der Draht von den ersten Verfahrensschritten des Kaltschlags ab nach Schmieren mit Mineralöl festgefressen. Der Durchgang durch ein einziges Zieheisen mit einer »Seifenschale« in der Zinkstearat enthalten war, kann den Durchmesser 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 Fluorkohlenstoff der Formel CF₀,9 als Schmiermittel erfährt. Der Draht wird anschließend auf 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 reinen Fluorkohlenstoff der Formel CF₀,85 enthält, gezogen. Anschließend 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 erbalten wird, die bekanntermaßen schwierig durch Kaltschlag zu verarbeiten ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kaltverformen von Edelstahlen, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schmiermittel einen aus natürlichem oder künstlichem Graphit, aus Koks oder Aktivkohle hergestellten Fluorkohlenstoff der allgemeinen Formel CF, verwendet, worin χ einen Wert von 0,4 bis 1,1 besitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schmiermittel einen aus künstlichem Graphit hergestellten Fluorkohlenstoff CF_A verwendet, worin χ einen Wert von 0,6 bis 0,9 besitzt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schmiermittel ein Gemisch von Fluorkohlenstoff der Formel CF, und einem festen weiteren Schmiermittel verwendet, das minstens 10% F/uorkohlensfoff der Formel CF, enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als festes weiteres Schmiermittel im Gemisch mit Fluorkohlenstoff der Formel CF, ein Calcium- oder Zinkstearat verwendet.