DE2617289A1 - Verfahren zum plastischen verformen eines metalls - Google Patents
Verfahren zum plastischen verformen eines metallsInfo
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Description
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MÜNCHEN 9O, MARIAHILFPLATZ 2 & 3
POSTADRESSE: D-8 MÜNCHEN 95, POSTFACH 95 O1 6O
POSTADRESSE: D-8 MÜNCHEN 95, POSTFACH 95 O1 6O
2G1V289
HIiDACHI, LTD.
21. April 1976
DA-I2 079
Prioritäten : 21. April 1975, Japan, Nr. 47 566
24. April 1975, Japan, Nr. 49 178
6. April 1976, Japan
6. April 1976, Japan
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum plastischen Verformen von
Metallen, speziell zum plastischen Bearbeiten oder Verformen von allen flächenzentrierten kubischen Metallen und von Titan und Zirkon,
die ein hexagonales Kristallgitter mit dichter Packung haben. ·
Es war bisher allgemein üblich, zur plastischen Verformung von allen
flächenzentrierten kubischen Metallen und von Titan und Zirkon, die
ein dicht gepacktes hexagonales Kristallgitter haben, Temperaturen in der Nähe von Raumtemperatur oder darüberliegende Temperaturen
anzuwenden. Die plastische Verformung dieser Metalle bei Temperaturen oberhalb Raumtemperatur verbessert zwar die Bearbeitbarkeit
aufgrund einer Erhöhung der Duktilität, vermindert jedoch die Festigkeit der Metalle nach der Verformung. Andererseits ermöglicht
die plastische Verformung dieser Metalle bei Temperaturen in der Nähe von Raumtemperatur nicht eine starke bzw. harte Bearbeitung im
Hinblick auf die Verformbarkeit. Nach der bisher üblichen Methode
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ORIGINAL INSPECTED
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der plastischen Verformung wird daher die Unmöglichkeit, ausreichende
Festigkeit zu erzielen, kompensiert durch die Verbesserung der Gestalt eines Produkts oder die Verminderung der
Duktilität wird durch Wärmebehandlung beseitigt. Auf diese Weise sind Abänderungen der Gestalt des Produkts und eine vermehrte
Dauer der Bearbeitung erforderlich, wobei die Ausgestaltung des Produkts beträchtlichen Beschränkungen unterliegt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur plastischen Verformung von allen flächenzentrierten kubischen Metallen
und von Titan und Zirkon, die ein dicht gepacktes hexagonale?
Kristallgitter aufweisen, zur Verfügung zu stellen, bei welchem die Duktilität dieser Metalle verbessert wird, so daß
ihr Bearbeitungs- bzw. Verformungsbereich verbreitert wird und durch das gleichzeitig die erforderlichen Arbeitsstunden bei der
Bearbeitung vermindert werden und ermöglicht wird, ein Produkt mit komplizierter Gestalt zu formen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann diese Aufgabe in
einfacher Weise mit Hilfe eines bei 0° oder weniger als O C durchgeführten
plastischen Verformungsverfahrens gelöst werden, bei dem das vorstehend definierte Metall in einem Zugspannungsfeld
in mehr als monoaxialer Richtung in einem Temperaturbereich von O0C bis -2000C plastisch verformt wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein verbessertes Verfahren zur plastischen Verformung von flächenzentrierten kubischen Metallen
und von Titan und Zirkon mit dicht gepacktem hexagonalen Kristallgitter, bei dem die Erscheinung ausgenutzt wird, daß die
Duktilität dieser Metalle bei Temperaturen unter O0C erhöht
wird.
Dieses Verfahren umfaßt folgende Stufen :
Dieses Verfahren umfaßt folgende Stufen :
1) Das Metall wird bei einer Temperatur unter O0C mit Hilfe eines
mehr als einachsigai Zugspannungsfelds zum plastischen Fließen
gebracht,
2) das Metall wird in einem solchen Ausmaß dem plastischen Fließen unterworfen, daß die Spannung des Metalls
innerhalb der Grenzwerte der gleichförmigen Dehnung des Metalls
0 0 9 (U 6 / 0 8 β 3
- 3 - ?51/2Hy
liegt und danach wird kontinuierlich weiter ein mehr als einachsiges
Zugspannungsfeld angelegt, um plastisches Fließen zu bewirken .
3) Außerdem kann in jeder der vorhergehenden Stufen Eis als Schmiermittel für die plastische Verformung bei Temperaturen unter
O0C angewendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur plastischen Verformung des Metalls zur Verfügung gestellt, bei
dem das Metall in einem solchen Ausmaß dem plastischen Fließen unterworfen wird, daß die bei Raumtemperatur in dem Metall zu verursachende
Spannung innerhalb der Grenzwerte der gleichförmigen Dehnung des Metalls liegt, wonach das Metall ohne Unterbrechung
der plastischen Tieftemperaturverformung bei einer Temperatur von weniger als O0C unterworfen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren
zur plastischen Verformung des Metalls zur Verfugung gestellt, bei dem die vorstehend erläuterte Tieftemperaturverformung
durchgeführt wird, wobei Eis als. Schmiermittel eingesetzt wird. Mit Hilfe dieser Ausführungsform des Verfahrens kann die
plastische Verformung eines Metalls in wirksamerer Weise durchgeführt werden.
Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Darin bedeuten :
Fig. 1 eine graphische Darstellung, welche den Einfluß der Deformationstemperatur
von geglühten bzw. getemperten Teilen von Kupfer auf die Kurve ihres Deformationswiderstands zeigt;
Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche den Einfluß der Deformationstemperatur
von getemperten Aluminiumteilen auf die Kurve ihres Deformationswiderstands zeigt;
Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche den Zusammenhang zwischen den mechanischen Eigenschaften von bearbeiteten Teilen
aus technisch reinem Aluminium mit der Deformationstemperatur darstellt;
Fig. 4 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Gesamtdehnung von 6-4Messing, Phosphorbronze, korrosionsbe-
vl....^.ΏίIAL INSPECTED
- 4 - l υ ' ' ί ■■ *
ständigen Aluminiumlegierungen, Titan und Zirkon und ihren Deformationstemperaturen
darstellt;
Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche den Zusammenhang zwischen
der Tieftemperatur-Vorspannung, v/enn Drähten aus Kupfer- und rostfreiem 15 Cr-18 Ni-Stahl bei tiefen Temperaturen von
-150 C bzw.-1000C eine Vorspannung verliehen wird und diese
danach der Zugverformung bei Raumtemperatur unterworfen werden und der Zugfestigkeit.
Fig. 6 zeigt eine Darstellung einer W-förmigen Biegeform; Fig. 7 zeigt eine Darstellung eines W-förmigen Biegeverfahrens;
Fig. 8 ist eine Photographie, welche das Ergebnis des W-förmigen Biegens von verformten Teilen aus technisch reinem Aluminium
zeigt;
Fig. 9 ist eine Kurve, welche den Zusammenhang zwischen dem Mindestbiegeradius
und der Verformungstemperatur von verformten Stücken aus technisch reinem Aluminium darstellt;
Fig. 10 zeigt Darstellungen des Dorn-Ausbauchverfahrens;
Fig. 11 ist eine Kurve, welche den Zusammenhang zwischen der Höhe der Ausbauchung von verformten Teilen aus technisch reinem Aluminium
und dem Stempeldurchmesser darstellt; Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang
zwischen der Zugfestigkeit bei Raumtemperatur und dem prozentualen Anteil der Gesamtverminderung der Fläche von Drähten aus
Kupfer und aus Fe-52 % Ni zeigt, wenn diese bei Raumtemperatur
und bei -ICO0C gezogen werden;
Fig. 13 ist die Darstellung eines Stempelpressverfahrens gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 14 ist die Darstellung eines Stempelpressverfahrens gemäß dem Stand der Technik, welches ein Ausbauchungsverfahren einschließt;
Fig. 15 ist die Darstellung eines Stempelpressverfahrens gemäß der Erfindung;
in Fig. 16 sind Produkte dargestellt, die durch Anwendung der in Figuren 13, 14 bzw. 15 dargestellten Stempelpressverfahren auf
rostfreien Stahl aus 15 Cr-18 Ni gebildet worden sind; Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang
zwischen der angelegten Zug-Vorspannung für 15 Cr-18 Ni-rost-
non^ß /08δ3
freien Stahl und Kupfer bei Raumtemperatur und ihren G-esamtdehnungen zeigt;
Fig. 18 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Vorausbauchungs-Höhe einer Titanplatte und dem
Grenzwert der Ausbauchhöbe zeigt, wenn diese der Vorausbauchung bzw. Stauchung bei Raumtemperatur und danach dem Ausbauchen bei
Temperaturen unter O G unterworfen worden ist; Fig. 19 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang
zwischen der Gesamtdehnung und der Vorspannung bei Raumtemperatur für eine Zirkonplatte zeigt, wenn diese eine Vorspannung bei
Raumtemperatur verliehen und danach bei -500C gezogen worden ist;
Pig. 20 ist die Schnittansicht einer Drahtziehvorrichtung, in der
Eis als Schmiermittel verwendet wird;
in den Figuren 21 bis 24 sind graphische Darstellungen gezeigt, die den Zusammenhang zwischen den Reibungskoeffizienten und der
in einem Durchgang erreichten prozentualen Fläehenverminderung für Drähte aus Fe-52 % Ni-Iegierung, Be-Cu-Iegierung, Ag-Cu-Legierung
und Titan darstellen, wenn diese nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung von Eis als Schmiermittel
und nach den bekannten Verfahren gezogen worden sind. In Fig. 25 sind Kurven dargestellt, die den Zusammenhang zwischen
den Reibungskoeffizienten und den Drahtziehgeschwindigkeiten für einen Draht aus Fe-52 ^-HI-Legierung zeigen, wenn dieser mit Hilfe
des erfindungsgemäßen Verfahrens und mit Hilfe des bekannten Verfahrens gezogen wird;
Fig. 26 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang
zwischen der Zugkraft und der relativen Feuchtigkeit zeigt, wenn ein getemperter Draht aus reinem Kupfer mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Ziehverfahrens unter Eisschmierung bei einer Ziehtemperatur von -100 C bei einer Ziehgeschwindigkeit von 5 m/min gezogen
wird;
Fig. 27 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Ziehgeschwindigkeit und der relativen Feuchtigkeit
zeigt, wenn ein getemperter Draht aus reinem Kupfer mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ziehverfahrens unter Eisschmierung bei einer
prozentualen Flächenverminderung von 19 $ in einem Durchgang
mit variierenden Ziehgeschwindigkeiten gezogen wird; Die Figuren 28 bis 30 sind graphische Darstellungen, die den Zusammenhang
zwischen der Zugkraft und der relativen Feuchtigkeit
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2b 17 2 8 9
zeigen, wenn ein getemperter Kupferdraht für elektrische Zwecke unter Verwendung einer Kombi- - nation
von Eis als Schmiermittel mit einem Mineralöl, Molybdändisulf id oder einem Schmiermittel auf Seifenbasis gezogen wird;
Fig. 31 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Zugkraft und der prozentualen Flächenverminderung in ei
nem Durchgang zeigt,wenn ein getemperter Kupferdraht für elektrische
Zwecke bei tiefer
Temperatur (unter 00C) mit Hilfe einer Kombination eines Seifenschmiermittels
mit einem Eisschmiermittel bei variierender relativer Feuchtigkeit gezogen wird, sowie für den Fall, daß ein
Weichkupferdraht bei Raumtemperatur unter Verwendung eines Seifenschmiermittels gezogen wird.
Die Figuren 32 bis 34 sind graphische Darstellungen, die den Zusammenhang
zwischen der nichtdimensionalen Zugkraft und der relativen Feuchtigkeit zeigen, wenn ein getemperter Kupferdraht
für elektrische Zwecke unter Verwendung eines Schmiermittels auf Mineralölbasis, eines Schmiermittels
auf Seifenbasis oder eines Schmiermittels auf Basis von Molybdändisulfid und eines Eisschmiermittels in Kombination
gezogen wird.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher erläutert.
(A) Der Fall der alleinigen plastischen Verformung bei Temperaturen
unter O0C wird nachstehend beschrieben.
Bei der plastischen Verformung der vorstehend definierten Metalle erhöht sich die Duktilität und Festigkeit dieser Metalle, wenn die
Verformungstemperatur von Raumtemperatur auf tiefe Temperaturen, d.h., auf Temperaturen unter O0C
stehend ausführlicher erläutert:
stehend ausführlicher erläutert:
d.h., auf Temperaturen unter O0C, vermindert wird. Dies wird nach-
Die Figuren 1 und 2 sind Spannungs-Dehnungs-Diagramme, in denen
die Temperaturen als Parameter dargestellt sind. Diese Diagramme werden durch die entsprechenden Zugbeanspruchungs-Tests von Kupfer
und Aluminium, die beide flächenzentrierte kubische Metalle sind, erhalten.
In diesen Figuren stellen die Kurven 1, 2 und 3 die Ergebnisse^
809fU 6/0883 .. —'m GD
der Tests dar, bei denen die Deformationstemperatüren +2O0G,
-750C bzw. -1960C betrugen.
Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, erhöht sich der G-rad der
Verformungshärtung mit einer resultierenden Erhöhung der-Festigkeit,
wenn die Verformungstemperatur vermindert wird, für Kupfer
und Aluminium. Außerdem wird dadurch das Auftreten von Einschürungen, d.h., das Auftreten einer lokalen Deformation, unterdrückt
und die gleichmäßige Verformung verstärkt und damit das Ausmaß einer Deformation, die zum Bruch oder zum Reißen führt, vermindert,
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen der Zugfestigkeit (Kurve 4) sowie der Gesamtdehnung (Kurve 5) und der
Verformungstemperatur für verformte Teile aus technisch reinem
Aluminium zeigt (Japanischer Industriestandard A IO5O).
Diese Figur zeigt, daß bei einer Verminderung der Verformungstemperatur die Zugfestigkeit, d.h. die Festigkeit, und die Gesamtdehnung,
d.h. die Duktilität, erhöht werden.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, welche die Wirkungen des Verformens bei Temperaturen unter O0C auf 6-4-Messing (Kurve 6),
Phosphorbronze (Kurve 7), korrosionsbeständige Aluminiumlegierung (JISA 5052) (Kurve'8), d.h. auf Legierungen von flächenzentrierten
kubischen Metallen, und auf Titan (Kurve 9), ein Metall mit hexagonal dicht gepackter Struktur, darstellt.
Fig. 4 zeigt, daß die Gesamtdehnung bei diesen Metallen durch Temperaturen von weniger als O0C erhöht wird.
Daraus folgt, daß die flächenzentrierten kubischen Metalle und
dicht gepackten hexagonalen Metalle bei Temperaturen unter O0C
gegenüber Raumtemperatur erhöhte Festigkeit und Duktilität zeigen. Wie bereits vorher erläutert worden ist, wird, wenn die vorstehend
definierten Metalle der Verformung bei Temperaturen unter
0 C unterworfen werden, die Verformungshärtung verbessert, wenn die Temperatur vermindert wird. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß der Gleitmechanismus bei der Verformung bei Temperaturen unter 0 C von dem bei der Raumtemperatur-Verformung verschieden ist.
Es wird daher auch angenommen, daß der Zustand der inneren Versetzung bzw. Verschiebung des Metalls, der erreicht wird, wenn
die Temperatur nach der Verformung bei Temperaturen unter O0C
6 0 S H A6 / 0 8 8 3
2 G 1 7 2 H 9
wieder auf Raumtemperatur gebracht wird, verschieden von dem ist, der nach der Verformung "bei Raumtemperatur erreicht ist. Bs ist
daher zu erwarten, daß dadurch Festigkeitsunterschiede zwischen einem Metall, das, nachdem es der Verformung in einem gewissen
Ausmaß bei weniger als O0C unterworfen worden ist, wieder auf
Raumtemperatur gebracht wurde, und einem Iletall, das dem gleichen
Grad der Verformung bei Raumtemperatur unterworfen worden ist, Festigkeitsunterschiede existieren.
Fig. 5 beweist diese Tatsache für rostfreien 15 Cr-18 Ni-Stahl
und reines Kupfer für den Fall einer einachsigen Zugspannung. In dieser Figur ist die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur auf der
Ordinate aufgetragen, während die Vorspannung, die durch Zugeinwirkung bei Temperaturen unter O0C verursacht ist, auf der
Abszisse aufgetragen ist. Außerdem wurde die Vorspannung dem rostfreien Stahl bei einer Temperatur von -10O0C und dem reinen Kupfer
bei einer Temperatur von -15O0G verliehen.
Fig. 5 zeigt, daß in jedem Fall durch Erhöhung der bei Temperaturen von weniger als O0C angelegten Vorspannung die Festigkeit
des verformten Metalls bei Raumtemperatur erhöht wird, nachdem dieses wieder auf Raumtemperatur gebracht worden ist. Dadurch
wird wiederum gezeigt, daß die Festigkeit eines Produkts, welches mit Hilfe des erfindungsgemäßen Tieftemperatur-Verformungsverfahrens
erhalten wird, im Vergleich mit einem bei Raumtemperatur verformten Metall erhöht ist.
Die Verformungsgrenze für die plastische Verformung hängt von der
Duktilität, Zugspannung oder Biegefestigkeit des verformten Teils 'eines Metalls ab, das einem mehr als einachsigen Zugspannungsfeld
unterworfen worden ist. Dabei ist; aus den Ergebnissen der beschriebenen
einachsigen Spannungstests ersichtlich, daß die Verformungsgrenze für die plastische Verformung bzw. plastische Bearbeitung
verbessert wird, wenn die Verformungstemperatür vermindert wird.
Das erfindungsgemäße plastische Verformungsverfahren beruht auf den Ergebnissen der vorstehend genannten Untersuchungen und es
ist für dieses Verfahren charakteristisch, daß die Verformungsgrenze, die durch Risse in dem verformten Teil eines Metalls festgelegt
oder verursacht wird, wenn diesem Teil ein mehr als mono-
R O 9 ri λ G / Π 8 β ^
- 9 - - C : , J π 9
axiales Zugspannungsfeld verliehen worden ist, oder die 'Verformungsgrenze,
die durch Biegung verursacht wird, bei der plastischen Verformung dieser Metalle verbessert wird, wenn die Verformungstemperatur
auf einen Wert von weniger als 0 C gebracht wird, wobei die Festigkeit des nach dem Verformen erhaltenen
Produkts erhöht wird.
Das plastische Verformen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Tieftemperatur-Verformungsverfahrens
v/ird nachstehend anhand von Beispielen erläutert.
Geformte Stücke aus technisch reinem Aluminium (JISA 1050), das typisch für ein flächenzentriertes kubisches Metall ist, wurden
unter einem einachsigen Zugsparmungsfeld dem W-förmigen Biegen unterworfen,
wobei die Verforiaungstemperatur von Raumtemperatur bis
-1960C variiert wurde. Fig. 6 zeigt die Dimensionen einer für diese
Verformung verwendeten Form. Das verwendete Verformungsverfahren,
das in Fig. 7 dargestellt ist, wird in der nachstehend beschriebenen Weise durchgeführt. Eine Probe 15 in Form einer Platte
wird zwischen die obere Form 13 und die untere Form 14 gelegt und die gesamte Anordnung wird dann in ein Kühlgefäß 17 gebracht,
welches wiederum auf einer nicht gezeigten Presse angeordnet wird. Dann wird ein Kühlmedium 16 (beispielsweise flüssiger Stickstoff)
bei Anwendung einer Temperatur von -1960C in das Gefäß 17 bis zu
der Tiefe eingegossen, in der die Probe 15 eingetaucht ist, und die Probe 15 wird solange darin gehalten, bis ihre Temperatur bis
auf den festgelegten Temperaturwert vermindert ist. Wenn die Probe 15 eine festgelegte Temperatur erreicht hat, wird die obere
Form 13 gesenkt, um die Probe 15 zur Verformung zu pressen. Eine andere Verformungstemperatur, d.h. eine Temperatur von -75°C
wird unter Verwendung eines Kühlmittels erreicht, das aus einem
Gemisch von Trockeneis und Alkohol besteht.
Der Radius des Scheitels der W-Form der unteren Form 14,d.h. der
kleinste Biegeradius davon, wurde innerhalb eines Bereiches von 0,2 bis 1 mm um Jeweils 0,1 mm erhöht, wobei eine 1 mm dicke
Platte als Probe für das W-förmige Biegen verwendet wurde, um den
RO 9 ■) A G / Π R 6 Ί CRiGiMAL INSPECTED
Zusammenhang zwischen des kleinsten Biegeradius und der Verformungstemperatur
zu "bestimmen.
Fig. 8 ist eine Photographie, in der typische Beispiele von Proben
gezeigt sind, die für die vorstehend beschriebenen Tests verwendet wurden und in der der gebogene Teil einer Probe 24, die bei
einer Temperatur von -1960C verformt wurde, und der' gebogene Teil
einer Probe 23, die bei Raumtemperatur verformt wurde, gezeigt wird, wobei der Biegeradius der Form 0,2 mm betrug.
Die Photographien zeigen, daß die bei Raumtemperatur verformte Probe einen Riß 25 aufweist, während die bei einer Temperatur von
-1960C verformte Probe rißfrei auch bei dem Biegen mit dem gleichen
Biegeradius ist, wodurch die Möglichkeit der verbesserten Verformung bewiesen ist.
Fig. 9 ist eine Kurve, welche die Ergebnisse von Versuchen für
die Verformungsgrenze zeigt, bei denen der Mindestbiegeradius
und Q ie Verfcrisungstemperatur variiert wurden. Der Biegeradius
ist auf der Ordinate angegeben, während die Verformungstemperatur auf der Abszisse aufgetragen ist.
Fig. 9 zeigt an, daß eine Verminderung der Verformungstemperatur
von Raumtemperatur bis auf -75°C und -1960C eine Verminderung
des Mindestbiegeradius von 0,6 mm auf 0,2 mm ermöglicht. Dies zeigt an, daß eine Verformung zu einer Gestalt mit schärferen
Konturen möglich ist.
Eine 0,15 mm dicke Platte der gleichen Art, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurde, wurde dem Stempelstauchen (Stempelausbauchen)
unterworfen, wobei ein biaxiales Zugspannungsfeld erreicht wurde. Fig. 10 ist einetAnsicht, die einen Stempelausbauch- bzw. Stempelziehvorgang
darstellt, wobei (a) den Zustand vor der Verformung und (b) den Zustand nach der Verformung darstellen. Eine Probe
bzw. ein Rohling 21 wurde zwischen einen Probehalter 20 und eine Form 22 gelegt und danach unter einem Druck des Probenhalters von
1 t gehalten, wonach der Stempel 19 mit Hilfe einer nicht gezeigten Presse zum Stempelpressen abgesenkt wurde. Wenn eine Verformungstemperatur
von-150°C angewendet wurde, wurde flüssiger Stick-
B 0 9 B ι-. B / 0 8 8 ■?
stoff durch eine Einspritzdüse 18 direkt gegen die Probe gespritzt,
so daß die Probe 21 die angegebene Temperatur erreichte, wonach die Probe der Verformung unterworfen wurde. Dabei wurden Stempel
19 mit zwei verschiedenen Durchmessern von 16 mm und 20 mm angewendet und der Grenzwert der Ausbauchungshöhe wurde gemessen.
Pig. 11 zeigt das Ergebnis der vorstehend beschriebenen Versuche, wobei die Ausbauchungshöhe auf der Ordinate und der Stempeldurchmesser
auf der Abszisse aufgetragen ist, und die Temperatur als Parameter genommen wird. In dieser Figur gibt die Kurve 26
die Verformung bei Raumtemperatur (+200C) und die Kurve 27 die
Verformung bei einer Temperatur von -1500C an. Fig. 11 zeigt, daß die Ausbauchungshöhe beim Verformen bei einer
Temperatur von -150 C im Vergleich mit der Verformung bei Raumtemperatur um 24 $ verbessert ist.
Ein Draht aus reinem Kupfer und ein Draht aus Fe-52 $-M-legierung
mit einem Durchmesser von 2 mm wurden mit einer 20 $igen Flächenverminderung pro Durchgang bei Raumtemperatur bzw. bei
Tieftemperatur (-1000C) gezogen. Die Drahtziehgeschwindigkeit
betrug 36 m/min. Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, welche den Zusammenhang zwischen der Festigkeit des Metalls bei Raumtemperatur
und seines prozentualen Anteils der Gesamtflächenverminderung zeigt.
Aus Fig. 12 geht hervor, daß die Festigkeit eines bei einer Tem-.peratur
unter 00C gezogenen Metalls höher ist, als die eines bei
Raumtemperatur gezogenen Metalls. Das Ziehen eines Drahts bei einer Temperatur von weniger als O0C führt daher zu der gewünschten
Festigkeit bei geringem Grad der Verformung. Wenn beispielsweise
für einen Kupferdraht eine Zugfestigkeit von 40 kg/mm gewünscht wird, so ist beim Ziehen bei Raumtemperatur eine 60 $ige Verformung
erforderlich, während beim Ziehen bei Temperaturen unter O0C
nur eine 30 $ige Verformung notwendig ist. Außerdem werden in diesem Fall sowohl die Duktilität als auch die Festigkeit verbessert,
so daß die Verformungsrate pro Durchgang erhöht werden kann.
Kf! Π
Vie unter Bezugnahme auf die Beispiele 2 und 3 "beschrieben v/urde,
kann durch Verformen eines solchen Ketalls hei Temperaturen unter
O0C, wenn eine mehr als einadrige Zugspannung vorliegt, die Formgrenze
des Ketalls im Vergleich mit der Verformung bei Raumtemperatur verbessert werden, wie auch nach, den in Beispiel 1 gezeigten
Zugtests zu erwarten ist.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß durch das erfindungsgemäße Verformen von flächenzentrierten kubischen Metallen
und von Titan und Zirkon mit dicht gepacktem hexagonalem Gitter bei Temperaturen unter O0C die Rißbildung und Biegerißbildung
aufgrund der erhöhten Duktilität und Festigkeit bei Verformungsverfahren
verhindert werden kann, wie Tiefziehen, Drahtziehen, Strangpressen, Walzen, Formpressen, Stauchen, Rollen,
Rohrziehen und Ausbauchen, Verfahren, bei denen die Tendenz besteht, daß örtlich ein mehr als einachsiges Zugspannungsfeld erfolgt.
Dabei kann erfindungsgemäß die Verformungsgrenze verbessert werden.
(B) Das erfindungsgemäße Verfahren wird anschließend anhand der Verwendung einer Kombination des plastischen Verformens bei Raumtemperatur
mit dem plastischen Verformen bei Temperaturen unter O0C erläutert.
Bei flächenzentrierten kubischen Metallen und Titan und Zirkon, die dicht gepacktes hexagonales Gitter haben, kann Rißbildung bzw.
Bruch aufgrund einer unzureichenden Duktilität während der plastischen Verformung verursacht werden. Dieser Bruch kann dann
in gewissem Maß aufgrund der verbesserten Duktilität, wie in Fig. gezeigt ist, durch das Verformen bei einer Temperatur unterhalb
Raumtemperatur verhindert werden. Es wird jedoch häufig festgestellt, daß in dem vorstehend beschriebenen Fall bei der praktischen
Anwendung Rißbildung wegen der unzureichenden Duktilität eintritt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bezweckt, diese Nachteile zu verhindern. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß
beim plastischen Verformen der vorstehend definierten Metallle, wenn im Verlauf eines plastischen Raumtemperatur-Verformungsverfahrens
die Verformungstemperatur auf einen Temperaturwert unterhalb
O0C vermindert wird, Verbesserungen im Hinblick auf die Duk-
P1 Π '■ ''-/ORg-
tilität erzielt werden können, die dem Ergebnis des bekannten
Verfahrens überlegen sind. Durch die Anwendung dieser Feststellung auf die plastische Verformung wird daher ein verbreiterter
Bereich der Verformungsgrenzen erzielt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Zeitpunkt, zu dem die Verformungstemperatur
auf einen unter O0C liegenden Temperaturwert vermindert wird, an
einem Punkt des Verfahrens liegt, an dem die Spannung eines Metalls, die durch Verformung bei Raumtemperatur verursacht wird,
den Zustand unmittelbar vor der Grenze der gleichförmigen Dehnung des Metalls bei Raumtemperatur erreicht hat. Diese Verminderung
oder dieser Übergang von Raumtemperatur auf eine Temperatur unter 0 C unterliegt keiner speziellen Beschränkung. Es ist jedoch
erforderlich, daß der Zeitpunkt dieses Übergangs so gewählt wird,
daß das Metall vollständig auf eine gegebene unter O0C liegende
Temperatur abgekühlt wird. Die vorstehenden Tatsachen werden nachstehend ausführlicher anhand eines Beispiels erläutert.
Nachstehend wird der Fall beschrieben■, in welchem die vorstehend
beschriebene plastische Verformung zum Stauchen (burring) eines Metalls angewendet wird, wobei dieses Verfahren mit den bekannten
Verformungsverfahren verglichen wird.
Fig. 13 ist eine Darstellung, die das bekannte Verfahren zum Stauchen bzw. Stempelpressen zeigt, bei dem eine aus einer flachen
Platte bestehende Probe 32, die in der Mitte ein Loch 31 aufweist (wie in Fig. 13 (a) gezeigt ist), zwischen eine obere Form 33
und eine untere Form 34 gelegt wird, wonach die Probe mit Hilfe eines Rundkopfstempels 35 gepreßt wird, v/ie in Fig. 13 (b) gezeigt
ist. Dabei wird eine Probe 37 mit einem gestauchten Teil erhalten. Anders ausgedrückt, umfaßt das vorstehend erläuterte
Verfahren eine Stufe des Lochstanzens und eine Stufe des Stauchens,
Fig. 14 ist eine Darstellung, die ein bekanntes Verfahren zeigt, welches angewendet wird, um eine größere Ausbauchungshöhe als
bei dem vorstehend in Fig. 13 gezeigten Verfahren zu erhalten. Wie in Fig. 14 (a) gezeigt ist, wird eine Probe 38 in Form einer
flachen Platte zwischen eine obere Form 33 und eine untere Form
(10 9 0/46/0883
eingefügt, wonach die Probe 38 mit einem Flachkopfstempel 39 gepreßt
wird. Dabei wird eine Probe 41 mit einem ausgebauchten
Bereich 40 erhalten, wie sie in Fig. 14 (b) gezeigt ist, Wie aus Fig. 14 (c) hervorgeht, wird danach die Probe 41 aus der Form
entfernt und dann wird in die Mitte des ausgebauchten Bereiches 40 ein loch 42 eingestanzt, wonach die Probe 41 wieder zwischen
die obere Form 33 und die untere Form 34 gelegt wird, um nun mit einem Rundkopfstempel 35 gepreßt zu werden, so daß eine Probe 44
mit einem ausgebauchten Bereich 43, die in Fig. 14 (d) gezeigt ist, erhalten wird. Anders ausgedrückt, umfaßt dieses bekannte
Verfahren die Stufen des Ausbauchens, lochstanzens und Stauchens.
Die vorstehend erläuterten zwei Arten von Verfahren werden bei Raumtemperatur durchgeführt.
Fig. 15 ist eine Darstellung, die das erfindungsgemäße Stauchbzw. Stempelpressverfahren zeigt. Wie in Fig. 15 (a) gezeigt ist,
wird eine flache plattenförmige Probe 38 zwischen einer oberen
Form 33 und einer unteren Form 34 eingeschlossen, wonach die Probe 38 bei Raumtemperatur mit einem Flachkopfsterpel 39 ausgebaucht
wird, wobei eine Probe mit einem ausgebauchten Bereich 40 erhalten wird, die in Fig. 15 (b) gezeigt ist« Wie aus Fig. 15 (e)
hervorgeht, werden danach sowohl die Probe 41, als auch die Formteile 33 und 34 mit Hilfe eines Kühlmediums 45, wie flüssigem
Stickstoff und dergleichen, auf eine festgelegte Temperatur abgekühlt, und danach wird die Probe bei einer Temperatur unterhalb
0 C einem weiteren Ausbauchungsvorgang unter Verwendung eines Flachkopfstempels 39 unterworfen. Dabei wird eine Probe erhalten,
die einen ausgebauchten Bereich 46 mit größerer Höhe aufweist. Wie in Fig. 15 (d) gezeigt ist, wird danach in der Probe 47 ein
Loch 48 erzeugt und dann wird die Probe 47 mit einem Rundkopfstempel
35 gepreßt, wobei eine Probe 50 mit einem ausgebauchten Bereich
49 erhalten wird, wie in Fig. 15 (e) gezeigt ist. Anders ausgedrückt, umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren die Stufen
des Ausbauchens bei Raumtemperatur, des Ausbauchens bei einer Temperatur unter O0C, des Lochstanzens und des Stauchens. Bei diesem
Verfahren findet im Verlauf einer Übergangsphase des Ausbauchens bei Raumtemperatur bis zu dem Ausbauchen bei einer Temperatur unter
O0C ein Temperaturübergang von Raumtemperatur (etwa 200C) bis
auf eine unter O0C liegende Temperatur (beispielsweise -100 C)
(-; Π Π ■ '. Π / Π 8 $ T
statt, wodurch die Duktilität des Metalls verbessert wird.
Die Figuren 16 (a), (b), (c) zeigen Produkte, die hergestellt
wurden, indem rostfreier 15 Cr-18 Ni-Stahl einem Ausbauchungsvorgang
entsprechend den in Figuren 13, 14 bzw. 15 gezeigten Verfahren unterworfen wurde. In diesem Fall wurde das Ausbauchen bei
Temperaturen von weniger als O0C bei einer Temperatur von -10O0C
durchgeführt.
Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, zeigt das gemäß dem Verfahren
von Fig. 15 hergestellte Produkt die größte Stauchhöhe unter diesen Produkten.
Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, welche die Erhöhung der Duktilität, ausgedrückt als G-esamtdehnung, zeigt, die bei dem
monoaxialen Zugtest erhalten wird. Im einzelnen zeigt Fig, 17 den Zusammenhang zwischen der Gesamtdehnung und der Vorspannung
bei Raumtemperatur für den vorstehend erwähnten rostfreien 15 Cr-18 Ni-Stahl und für reines Kupfer, wenn diese bei Raumtemperatur
gezogen werden, um ihnen Vorspannungen zu verleihen, und danach bei einer Temperatur von -1000C bzw. -rl50°C gezogen werden. In
dieser Figur zeigen die Kurven 51 und 52 die Gesamtdehnungen bei einer Temperatur unter O0C für rostfreien Stahl 15 Cr-18 Ni bzw.
reines Kupfer, während die Kurven 53 und 54 die Gesamtdehnungen bei Raumtemperatur für rostfreien Stahl 15 Cr-18 Ni bzw. reines
Kupfer darstellen.
Wie gezeigt, erhöht sich die Gesamtdehnung der beiden Materialien •mit einer Erhöhung der Vorspannung. Anders ausgedrückt, ist die
Erhöhung der maximalen Dehnung von rostfreiem 15 Cr-18 Ni-Stahl etwa 1,7 mal so groß wie die Dehnung bei Raumtemperatur, während
die des reinen Kupfers etwa das 1,3-fache beträgt. Wenn die Vorspannung den Grenzwert der gleichförmigen Dehnung überschreitet,
dann zeigt die Gesamtdehnung eine Verminderung. Der Grund für eine Erhöhung der Duktilität kann darin liegen, daß bei Temperaturen
unter O0C in einem flächenzentrierten kubischen Metall eine
geringere Gleitung in Querrichtung stattfindet, wodurch eine Erhöhung der Verformungshärtung erzielt wird.
π η π ' π / η δ
Nachstehend werden die Ergebnisse eines Tests "beschrieben, bei
dem Titanblech in einer in Pig. IO gezeigten Vorrichtung einem Stempelstauchverfahren (Stempel-Ausbauchungs-Verfahren) unterworfen
wird. In diesem Fall wurde als Probe ein 0,15 mm dickes Blech
verwendet, während der verwendete Stempel einen Durchmesser von 20 mm hatte und der Probenhalter-Druck 5 t betrug. Bei Anwendung
des bekannten Verfahrens wurde der Stempel bei Raumtemperatur gesenkt und danach wurde der Grenzwert der Höhe der Ausbauchung
gemessen. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde dagegen die Höhe der Ausbauchung bei Raumtemperatur variiert, wonach
ein Kühlmittel gegen die Probe gespritzt wurde, um ihre Temperatur von Raumtemperatur auf einen unterhalb O0C liegenden Wert
zu vermindern. Nachdem die Probe auf eine gegebene Temperatur abgekühlt worden war (-500C), wurde die Probe weiterem Ausbauchen
unterworfen und der Grenzwert der Höhe der Ausbauchung wurde gemessen. Fig. 18 zeigt die Ergebnisse des Tests. In dieser Figur
ist auf der Abszisse die Höhe der Vorausbauchung bei Raumtemperatur
dargestellt, während auf der Ordinate der Grenzwert der Höhe der Ausbauchung angegeben ist. Die Kurve 55 zeigt die Ergebnisse
des erfindungsgemäßen Tests an, während die Kurve 56 die Ergebnisse des Tests nach dem bekannten Verfahren angibt.
Fig. 18 zeigt, daß die Ausbauchungshöhe bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich mit den bekannten Verfahren erhöht ist.
Die vorstehenden Ergebnisse beziehen sich auf Titan; die gleichen Ergebnisse werden jedoch bei Zirkon als hexagonales Metall mit
dichter Packung erzielt.
Fig. 19 ist eine graphische Darstellung, welche die Erhöhung der Duktilität, ausgedrückt als Gesamtdehnung, zeigt, die bei einem
einachsigen Zugtest erhalten wird. In dieser Figur wird der Zusammenhang zwischen der Gesamtdehnung und der bei Raumtemperatur
erreichten Vorspannung von Metallen gezeigt, die dem Ziehen bei Raumtemperatur unterworfen worden sind, um Vorspannungen zu erhalten,
und die danach bei einer Temperatur von -500C gezogen
wurden. Die Kurven 57 und 58 zeigen die Ergebnisse für Titan und Zirkon, während die Kurven 59 und 60 die Werte der Gesamtdehnungen
von Titan und Zirkon bei Raumtemperatur darstellen.
π η 9 ■'.. η / ο 8 8''
Wie gezeigt, steigen die Vorspannungen der "beiden Metalle mit
einer Erhöhung der Gesamtdehnung an. Genauer angegeben, wird bei diesem Verfahren eine maximale Dehnung für Titan bei Raumtemperatur
erzielt, die etwa das 1,6-fache der Dehnung bei Raumtemperatur beträgt, während die von Zirkon etwa das 1,3-fache beträgt.
Wenn die Vorspannung den Grenzwert der gleichförmigen Dehnung überschreitet, dann wird die Gesamtdehnung vermindert. Wie im Fall
der flächenzentrierten kubischen Metalle ist für die vorstehend beschriebene Erhöhung der Duktilität eine geringere Quergleitung
bei Temperaturen unter 0 C verantwortlich, wodurch das Ausmaß der Verformungshärtung erhöht wird und eine Gleichförmigkeit der
Spannung erzielt wird.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem eine Kombination einer
Verformung bei Raumtemperatur mit einer Verformung bei einer Temperatur unter O0C angewendet wird, auf die praktische plastische
Verformung angewendet wird, können folgende Vorteile erzielt werden :
(1) Die Tieftemperaturverformung im Anschluß an die Raumtemperaturverformung
führt zu einer Erhöhung der Duktilität des Metalls sowie zu einer Verbesserung der plastischen Verformbarkeit. Dadurch
wiederum wird die Verformungsgrenze verbessert und ermöglicht, die Verformung in verstärktem Ausmaß durchzuführen. Wenn
beispielsweise eine Kombination einer Verformung bei Raumtemperatur mit einer Verformung bei einer Temperatur unter O0C angewendet
wird, wird die Verformungsgrenze von rostfreiem Stahl 15Cr-18 Ni auf etwa das 1,7-fache des Werts erhöht, der durch das
Verformen bei Raumtemperatur erreicht wird, während die von Titan um etwa das 1,6-fache gegenüber dem Wert bei alleiniger Verformung
bei Raumtemperatur erhöht wird (vergl. Figuren 17 und 19).
(2) Es ist möglich, die Verformung in verstärktem Ausmaß durchzuführen,
d.h., eine strenge Verformung führt zu einer Verminderung der zur Herstellung eines Produkts erforderlichen Vorrichtungsteile,
wodurch die Kosten der Herstellung des Produkts vermindert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wie auch die vorstehend beschriebene
Ausführungsform dieses Verfahrens können nicht nur auf die
vorher erläuterten Verformungsverfahren angewendet werden, sondern
8098 4 6/0863
auf jede plastische Verformung, in der ein mehr als einachsiges Zugspannungsfeld erzeugt wird. So kann beispielsweise beim Biegen
der Biegeradius verringert werden. Außerdem wird bei Ziehverfahren eine Erhöhung des Grenzwerts des Zugverhältnisses erreicht und
die Bildung von Palten und von Rissen an den Ecken und Kanten des Bodens eines Rohlings werden verhindert, während eine Erhöhung
der prozentualen Flächenverminderung und eine Verbesserung der prozentualen Verformungsgrenze und dergl. erreicht werden.
(C) Nachstehend wird die Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens beschrieben, gemäß der bei der Verformung bei Temperaturen unter 0 C Eis als Schmiermittel für flächenzentrierte kubische
Metalle und Titan und Zirkon mit dicht gepacktem hexagonalem
Kristallgitter verwendet wird.
Bei der plastischen Verformung von Metallen ist es allgemein üblich,
daß ein für das betreffende Metall optimales Schmiermittel so ausgewählt wird, daß es den Reibungskoeffizienten zwischen der
Form und dem zu verformenden Metall vermindert. Zu Schmiermitteln, die für solche Anwendungszwecke verwendet wurden, gehören feste
Schmiermittel, wie Molybdändisulfid, Seifen, Graphit und dergleichen,
sowie flüssige Schmiermittel, wie öle und Fette, Mineralöl, pflanzliche Öle usw. Die 'Auswahl eines Schmiermittels
ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, weil im Hinblick auf die Entfernung des Schmiermittels nach der Verformung Nachteile
auftreten. Außerdem besteht ein weiteres Problem darin, daß die Formen gekühlt werden sollten, damit sie sich während eines kontinuierlich
während langer Dauer durchgeführten Verformungsvorgangs
nicht zu stark erhitzen. Es ist daher erwünscht, ein Verfahren zur Verfugung zu stellen, welches die Verwendung eines der
bekannten Schmiermittel unnötig macht und keine Schwierigkeiten im Hinblick auf die Entfernung des Schmiermittels nach der Verformung bietet und bei dem keine Kühlung der Formen bzw. Formteile
erforderlich ist.
Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verformen bei Temperaturen unter O0C ein Material auf eine unter O0C liegende Temperatur abgekühl
ist und der luft ausgesetzt wird, so bildet sich auf der Ober-
609846/0003
fläche des Materials durch Kondensation der Feuchtigkeit aus der luft Eis "bzw. Reif. Venn die plastische Verformung unter Verwendung
dieses Eises "bzw. Reifs als Schmiermittel durchgeführt wird, dann wird nicht nur eine Erhöhung der Duktilität, sondern auch ,
eine Verbesserung der Verformbarkeit des Materials erreicht. Die
Vorteile der Verwendung von Eis als Schmiermittel werden nachstehend näher erläutert.
. 20 zeigt eine Drahtziehmaschine, in der Eis als Schmiermittel
verwendet wird. Wie gezeigt, wird das zu verformende Material 61 durch ein Kühlgefäß 63 geleitet, dessen Inneres mit einem Kühlmittel
62, wie flüssigem Stickstoff, gekühlt worden ist, wonach das Material durch eine Düse 64 gezogen wird. In diesem Fall wird
das Eis, welches auf der Oberfläche des Materials während des Durchgangs des Materials aus dem Kühlgefäß 63 zu der Düse 64 gebildet
worden ist und daran haftet, als Schmiermittel verwendet. Die Ziehtemperatur des zu ziehenden Materials 61 wird entsprechend
der Temperatur des Kühlgefäßes und dem Abstand zwischen dem Kühlgefäß
63 und der Form bzw. Düse 64 eingestellt und auch die anhaftende Eismenge wird durch den Abstand.zwischen dem Kühlgefäß 63
und der Düse 64 oder mit Hilfe eines Feuchtigkeits-Einstellgefäßes 66 geregelt, durch welches Luft 65 mit eingestellter Feuchtigkeit
strömt und welches zwischen dem Kühlgefäß 63 und der Düse 64 angeordnet ist. Die Ziehkraft kann mit Hilfe einer mit der
Düse 64 verbundenen Kraftmeßdose bestimmt werden.
Nachstehend wird ein Vergleich zwischen den Ergebnissen des erfindungsgemäßen
Ziehverfahrens, bei dem eine Ziehvorrichtung gemäß Fig. 20 angewendet wird und den Ergebnissen des bekannten Ziehverfahrens
durchgeführt.
Die Figuren 21 bis 24 zeigen den Zusammenhang zwischen dem Reibungskoeffizienten
und der prozentualen Flächenverminderung in einem Durchgang, wenn Drähte aus Fe-52 # Ni-Iegierung (ge-
fi 0 9 H /i R / 0 8 8 3
tempert), Be-Cu-Legierung (bearbeitet), Ag-Cu-Iegierung (50 $ bearbeitet)
und Titan (getempert) mit einem Durchmesser von jeweils 1,5 mm mit einer Ziehgeschwindigkeit von 36 m/min gezogen v/erden.
In diesen Figuren zeigen die Kurven.68 die Ergebnisse des bekannten
Verfahrens, während die Kurven 69 die Ergebnisse des erfindungsgemäßen
Verfahrens darstellen, in diesem Fall wurde das Feuchtigkeits-Einstellgefäß
66 nicht verwendet und der Abstand zwischen dem Kühlgefäß 63 und der Düse 64 wurde in der Vorrichtung gemäß Fig.
20 auf 50 cm eingestellt. In diesem Zusammenhang wurden Ziehtemperaturen von -IGO0C für alle Drähte, ausgenommen den
Qütandraht, angewendet, während für den Titandraht eine Ziehtemperatur
von -19O0C angewendet wurde.
Diese Figuren zeigen, daß in jedem Fall bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr starke Verminderung des Reibungskoeffizienten,
im Vergleich mit dem bekannten Verfahren, erzielt wird. Der Grund für die Verminderung des Reibungskoeffizienten mit einer Erhöhung
der prozentualen Flächenverminderung in einem Durchgang liegt darin, daß der Reibungskoeffizient bei einer Erhöhung des Auflagedruckes
vermindert wird. Im Gegensatz dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein im wesentlichen konstanter Reibungskoeffizient
aufrechterhalten, wenn die prozentuale Flächenverminderung in einem Durchgang 10 % überschreitet.
Fig. 25 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Reibungskoeffizienten und der Ziehgeschwindigkeit für einen Draht aus Fe-52 % Ni-Legierung
als Beispiel. In dieser Figur entsprechen die-Kurven 70,
71 und 72 einer 10 ^igen, 19 ^igen bzw. 30 ^igen Flächenverminderung
in einem Durchgang, wie sie bei dem bekannten Verfahren erzielt werden. Die Kurven 73, 74 und 75 entsprechen dem erfindungsgemäßlen
Verfahren bei eiwer 10-, 19- bzw. 30 ^igen Flächenverminderung
in einem Durchgang.
Diese Figuren zeigen an, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, unabhängig von der Ziehgeschwindigkeit, eine starke Verminderung
des Reibungskoeffizienten im Vergleich mit dein bekannten Verfahren
erzielt werden kann. Außerdem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Reibungskoeffizient bei einer Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit
vermindert.
c; D « :>
■'■ r.: 0 B 6 "
Es wird ferner angenommen, daß die Größe des Reibungskoeffizienten
von der Menge des Eises und dem Zustand des Anhaftens des Eises abhängt. Fig. 26 ist eine graphische Darstellung, die den
Zusammenhang zwischen der Ziehkraft und der relativen Feuchtigkeit sseigt, wenn ein reiner Kupferdraht (getempert) bei konstanter
Ziehgeschwindigkeit von 5 m/min gezogen wird. Die in dieser Figur dargestellten Werte wurden unter Verwendung einer in Fig. 20 gezeigten
Ziehvorrichtung erhalten, in der die Temperatur in dem Kühlgefäß 63 bei -196 C gehalten wurde und in der die Ziehtemperatur
auf -100 C eingestellt wurde, wobei zwischen dem Kühlgefäß
63 und der Düse 64 ein Feuchtigkeits-Einstellungsgefäß 66 angeordnet war und die relative Feuchtigkeit der durch das Gefäß 66
strömenden luft variiert wurde.In dieser Figur beziehen sich die
Kurven 76 bzw. 78 auf eine 19- bzw. 10 $ige Flächenverminderung
in einem Durchgang. Außerdem beziehen sich die Linien 78 bzw. 79 auf eine 19- bzv/. 10 $£ige Flächenverminderung in einem Durchgang
bei dem bekannten Verfahren. ¥ie dort gezeigt ist, wird die Ziehkraft unabhängig von der Feuchtigkeit konstant gehalten, solange
das bekannte Verfahren durchgeführt wird. Im Gegensatz dazu zeigt das erfindungsgemäße Verfahren einen geringeren Wert im
Bereich einer relativen Feuchtigkeit von 30 bis 98 ^ in jedem Fall,
wobei ein Minimalwert in der Gegend einer relativen Feuchtigkeit von 50 % liegt.
Fig. 27 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Ziehkraft und der relativen Feuchtigkeit zeigt, wenn
ein reiner Kupferdraht (getempert) bei konstanter prozentualer Flächenverminderung in einem Durchgang und bei verschiedenen
Ziehgeschwindigkeiten gezogen wird, wie im Fall der Fig. 26. Diese Figur zeigt die Änderung des Minimalwerts der Ziehkraft, die von
der Änderung der relativen Feuchtigkeit abhängt. Die Kurven 80, 81 bzw. 82 zeigen den Zusammenhang der Ziehkraft mit der relativen
Feuchtigkeit bei Ziehgeschwindigkeiten von 5, 20 bzw. 36 m/min. Kurve 83 zeigt die Änderung der Mindest-Ziehkraft für die vorstehend
angegebenen drei Kurven. Die Kurve 78 zeigt die gleiche linie, wie sie in Fig. 26 gezeigt ist. Die Ergebnisse dieses Tests ver-
n Π Π μ ', (> l 0 3 6 "'
anschaulichen, daß die Mindest-Ziehkraft auf der Seite einer
höheren Feuchtigkeit mit einer Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit ansteigt, während die Ziehkraft in gewissem Ausmaß vermindert
wird.
Nachstehend werden die Ergebnisse der Messung der Ziehkraft und dergleichen in einem Versuch beschrieben, in welchem Eis als
Schmiermittel in Kombination mit einem üblichen Schmiermittel eingesetzt wird.
Als zu ziehendes Material wird getemperter Kupferdraht für elektrotechnische
Zwecke (getempert) mit einem Durchmesser von 1,7 mm verwendet, während als übliches Schmiermittel ein Schmiermittel auf
Molybdändisulfidbasis (Molycoat 321 der Dow Corning Company), sowie Seife und ein Schmiermittel auf Mineralölbasis (G710 der Nippon
Kosakuyu Co.,Ltd.)verwendet wurden. Zum Ziehen eines Drahts wurde
eine Ziehvorrichtung verwendet, wie sie in Fig. 20 gezeigt ist. In diesem Test wurde das zu ziehende Material unmittelbar vor dem
Eintritt in ein Kühlgefäß 63 mit einem Schmiermittel überzogen und es v/urden eine Ziehtemperatur von -15O0C und eineZiehgesehwindigkeit
von 5 m/min in dem Versuch angewendet. Unter der hier verwendeten Bezeichnung "nicht dimensionale Ziehkraft Z/F.-Kfm"
wird ein Faktor verstanden, der dem Reibungskoeffizienten entspricht. Dabei bedeutet Z die Ziehkraft (kg), F die Querschnittsfläche
des Drahts nach dem Ziehen, K~ = (Kfl + K-p)/2 ·
den durchschnittlichen Verformungswider stand (kg/mm2.), K-n die
ο · X-L _
Fließspannung (kg/mm ) (yield stress) eines Drahts bei -15OC vor - '
dem Ziehen und K^ die Fließspannung (yield stress) (kg/mm ) eines
Drahts, nachdem die Querschnittsfläche des Drahts vermindert worden ist.
Die Figuren 28 und 30 sind graphische Darstellungen, die den Zusammenhang
zwischen der Ziehkraft und der relativen Feuchtigkeit bei der Verformung bei einer Temperatur unter O0C zeigen, wenn
eine Kombination aus Schmiermittel auf Mineralölbasis, Schmiermittel aus Molybdändisulfidbasis und Schmiermittel auf Seifen-
Π Π 9 ;' ι* Π / 0 8 S 3
basis angewendet wird. In diesen Figuren stellen die linien die Ergebnisse eines Tests nach dein bekannten Verfahren (Verformung
bei Raumtemperatur) dar, der zu Vergleichszwecken durchgeführt wurde, während die Kurven die Ergebnisse eines Versuches der Verformung
bei Temperaturen unter O0C darstellen, bei dem eine Kombination
aus Eis als Schmiermittel mit einem üblichen Schmiermittel angewendet wurde. R bedeutet die in einem Durchgang erreichte
prozentuale Flächenverminderung (Verminderung der Querschnittsfläche).
Wie aus Pig. 28 ersichtlich ist, bleibt innerhalb eines Bereiches der relativen Feuchtigkeit bis zu etwa 70 % bei der Verformung
bei Temperaturen unter O0C unter Verwendung einer Kombination aus
einem Schmiermittel auf Mineralölbasis mit Eis als Schmiermittel die Ziehkraft im wesentlichen die gleiche, wie sie bei Raumtemperatur
angewendet werden muß. Wenn jedoch die relative Feuchtigkeit etwa 80 % überschreitet, kann die Wirkung der Verformung bei
Temperaturen unter O0C beobachtet werden, d.h. die Wirkung von
Eis als Schmiermittel, so daß die Ziehkraft etwas vermindert wird.
Wie aus Fig. 29 ersichtlich ist, wird bei einer unter O0C durchgeführten
Verformung unter Anwendung einer Kombination aus einem Schmiermittel auf .Molybdändisulfidbasis mit Eis als Schmiermittel
die Ziehkraft selbst bei einer relativen Feuchtigkeit von Null im Vergleich mit der Verformung bei Räumtemperatur vermindert,
während die Ziehkraft bei einer Erhöhung der relativen Feuchtigkeit allmählich abfällt.
Fig. 30 zeigt, daß bei der Verformung bei einer Temperatur unter 0 C unter Verwendung einer Kombination eines Seifenschmiermittels
mit Eis als Schmiermittel die Ziehkraft im Vergleich mit der Verformung bei Raumtemperatur beträchtlich vermindert wird,
während wenig oder kein Einfluß der relativen Feuchtigkeit, d.h. der Wirkung von Eis als Schmiermittel, zu bemerken ist.
Fig. 31 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Ziehkraft und der prozentualen Flächenverminderung
in einem Durchgang zeigt. Dabei werden die Ergebnisse eines Tests,
() 0 9 R A 6 / 0 8 8 3
in welchem die Verformung bei einer Temperatur unter O0C bei
variierender relativer Feuchtigkeit von O, 60 bzw. 100 ^ in Gegenwart
einer Kombination eines Schmiermittels auf Seifenbasis mit Eis als Schmiermittel durchgeführt wurde, mit den Ergebnissen
eines Tests verglichen werden, in welchem die Verformung bei Raumtemperatur unter Verwendung eines Schmiermittels auf Seifenbasis
durchgeführt wurde. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, wird im Fall des Verformens bei unterhalb O C liegenden Temperaturen
in Gegenwart eines Schmiermittels auf Seifenbasis in Kombination mit Eis als Schmiermittel kein oder nur geringer Einfluß
der relativen Feuchtigkeit im Vergleich mit der Verformung bei Raumtemperatur festgestellt, während die Ziehkraft einen beträchtlichen
Abfall zeigt.
Die Figuren 32 bis 34 sind graphische Darstellungen, die den Zusammenhang
zwischen der nicht dimensionalen Ziehkraft und der relativen Feuchtigkeit bei der Verformung bei Temperaturen unter
O0C zeigen, bei der eine Kombination aus einem Schmiermittel auf
Mineralölbasis, einem Schmiermittel auf Seifenbasis, einem Schmiermittel auf Molybdändisulfidbasis und Eis als Schmiermittel eingesetzt
wird. In diesen Figuren stellen die Kurven die Ergebnisse der Tieftemperaturverformung in Gegenwart der kombinierten Schmiermittel
dar, während die Linien die Ergebnisse der Raumtemperaturverformung unter Verv/endung eines Schmiermittels darstellen und
zu Vergleichszwecken gezeigt werden.
Fig. 32 zeigt, daß die nicht dimensionale Ziehkraft, d.h., der Reibungskoeffizient im Fall der Verformung bei Temperaturen unter
O0C unter Verv/endung einer Kombination aus einem Mineralöl-Schmiermittel
mit Eis als Schmiermittel, im Vergleich mit der Verformung bei Raumtemperatur beträchtlich vermindert wird, während
die relative Feuchtigkeit sich innerhalb des Bereiches bis zu etwa 70 % befindet, jedoch vermindert wird, wenn diese einen
Wert von etwa 80 ?6 überschreitet.
Fig. 33 zeigt, daß die nicht dimensionale Ziehkraft, d.h. der Reibungskoeffizient bei der Verformung bei Temperaturen unter 0 C
unter Verwendung einer Kombination aus einem Seifenschmiermittel
η η η j-, λ .■; / η ft $ '·
mit Eis als Schmiermittel, im Vergleich mit der Verformung bei
Raumtemperatur, in hohem Maß vermindert wird, während im vorstehenden Pail kein Einfluß der relativen Feuchtigkeit festgestellt
wird.
Wie aus Fig. 34 ersichtlich ist, wird die nicht dimensionale Ziehkraft,
d.h. der Reibungskoeffizient bei der Verformung bei Temperaturen
unter O0C unter Verwendung einer Kombination aus einem Schmiermittel auf Molybdändisulfidbasis mit Eis als Schmiermittel,
im Vergleich mit der Verformung bei Raumtemperatur, in hohem Maß vermindert, während der Reibungskoeffizient bei einer Erhöhung
der relativen Feuchtigkeit allmählich vermindert wird, wodurch die Wirkung von Eis als Schmiermittel nachgev/iesen wird.
Wie aus der vorherstehenden Beschreibung ersichtlich ist, können weitere Verbesserungen der Ergebnisse erzielt werden, wenn ein
geeignetes Schmiermittel in Abhängigkeit von der Art des zu verformenden Materials gewählt wird und wenn die Verformung bei Temperaturen
unter O0C unter Verwendung einer Kombination des vorstehend
angegebenen gewählten Schmiermittels mit Eis als Schmiermittel durchgeführt wird.
Es ist zu berücksichtigen, daß erfindungsgemäß Eis als Schmiermittel
bei verschiedenen üblichen Verformungsverfahren eingesetzt werden kann, wie zum Strangpressen, Walzen und dergleichen, wenn
auch vorstehend lediglich die Anwendung zum Ziehen eines Metalls beschrieben wurde.
Π 0 3 ■ -'■ R / D 8 8 "■
Claims (7)
1. Verfahren zum plastischen Verformen eines flächenzent-rierten
kubischen Metalls oder von Titan und Zirkon mit hexagonalem Kristallgitter dichter Packung, bei dem das Metall unter einem
mehr als monoaxialen Zugspannungsfeld zum plastischen Fließen
gebracht wird, dadurch gekennzeichnet , daß man das zu verformende Metall auf eine Temperatur unter O0C abkühlt und
das Metall bei dieser Temperatur unter dem mehr als monoaxialen Zugspannungsfeld zum plastischen Fließen bringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man das zu verformende Metall bei Raumtemperatur zum plastischen Fließen bis zum Erzielen einer Spannung, die innerhalb
der gleichförmigen Dehnungsgrenze des Metalls bei Raumtemperatur liegt, bringt, danach das Metall auf eine Temperatur unter O0C
abkühlt und bei dieser unter O0C liegenden Temperatur unter einem
mehr als monoaxialen Zugspannungsfeld das Metall zum plastischen
Fließen bringt.
3. Verfahren zum plastischen Verformen eines flächenzentrierten kubischen Metalls oder von Titan oder Zirkon mit hexagonalem
Kristallgitter dichter Packung, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Metall auf eine Temperatur unter O0C abkühlt,
das gekühlte Metall mit Luft von Raumtemperatur, die einen gegebenen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, in Berührung bringt und Eis
auf der Oberfläche des Metalls ausbildet, und danach das Metall bei einer Temperatur unter O0C unter Einwirkung eines mehr als
β 090A6/0883
monoaxialen Zugspannungsfelds dem plastischen Fließen unterwirft.
4. Verfahren zum plastischen Verformen eines flächenzentrierter,
kubischen Metalls oder von Titan und Zirkon mit hexagonalem Kristallgitter dichter Packung, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Metall bei Raumtemperatur bis zum Erzielen einer Spannung, die innerhalb der Grenze der gleichförmigen
Dehnung liegt, zum plastischen Fließen bringt, das Metall danach auf eine Temperatur unter O0C abkühlt, das Metall mit luft von
Raumtemperatur, die einen gegebenen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, in Berührung bringt und Eis auf der Oberfläche des Metalls erzeugt,
und danach das Metall bei einer Temperatur von weniger als O0C unter einem mehr als monoaxialen Zugspannungsfeld zum plastischen
Fließen bringt.
5. Verfahren zum plastischen Verformen eines flächenzentrierten kubischen Metalls .oder von Titan oder Zirkon mit hexagonalem
Kristallgitter dichter Packung, dadurch gekennzeichnet,
daß man auf das Metall ein übliches Schmiermittel aufträgt, das Metall dann auf eine Temperatur unter O0C abkühlt, das
abgekühlte Metall mit Luft von Raumtemperatur in Berührung bringt, die einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt aufweist, und Eis auf
der Oberfläche des Metalls erzeugt, und danach das Metall unter einem mehr als monoaxialen Zugspannungsfeld dem plastischen Fliessen
unterwirft.
6. Verfahren zum plastischen Verformen eines flächenzentrierten kubischen Metalls oder von Titan oder Zirkon mit hexagonalem
ι; η ? ■■·'. r>
/ η fl 8 n
Kristallgitter dichter Packung, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein übliches Schmiermittel auf das Metall aufträgt,
das Metall bei Raumtemperatur unter einem mehr als monoaxialen Zugspannungsfeld dem plastischen Fließen bis zum Erreichen
einer Spannung innerhalb der Grenzen der gleichförmigen Dehnung des Metalls unterwirft, das Metall auf eine Temperatur unter
O0C abkühlt,,das gekühlte Metall mit luft in Berührung bringt,
die einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt aufweist, und Eis auf der Oberfläche des Metalls ausbildet und danach das Metall bei
einer Temperatur von weniger als O0C unter einem mehr als monoaxialen
Zugspannungsfeld dem plastischen Fließen unterwirft,
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Metall mit luft einer
relativen Feuchtigkeit im Bereich von 30 bis 98 $ in Berührung bringt.
G09nAß/0883
Leerseite
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
| JP4756675A JPS51122662A (en) | 1975-04-21 | 1975-04-21 | Method of cold working of metallic materials |
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| JP3772776A JPS52120949A (en) | 1976-04-06 | 1976-04-06 | Method of plastically processing metal material at low temperature |
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| DE2617289A1 true DE2617289A1 (de) | 1976-11-11 |
| DE2617289B2 DE2617289B2 (de) | 1980-07-10 |
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ID=27460460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2617289A Expired DE2617289C3 (de) | 1975-04-21 | 1976-04-21 | Verfahren zum plastischen Verformen von kubisch flächenzentrierten Metallen |
Country Status (2)
| Country | Link |
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