DE3428731A1 - Werkzeug zum warmwalzen bei der herstellung von draehten aus eisen oder einer eisenlegierung und verfahren hierzu - Google Patents

Werkzeug zum warmwalzen bei der herstellung von draehten aus eisen oder einer eisenlegierung und verfahren hierzu

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DE3428731A1 DE19843428731 DE3428731A DE3428731A1 DE 3428731 A1 DE3428731 A1 DE 3428731A1 DE 19843428731 DE19843428731 DE 19843428731 DE 3428731 A DE3428731 A DE 3428731A DE 3428731 A1 DE3428731 A1 DE 3428731A1
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Description

"3<2 8731
ir. 34
Akz.: P 34 28 731.0 ' Z*
Anm.: Sumitomo Electric Industries, Ltd.
München, den 23. Oktober 1984 Akte 11.760 II/er
Werkzeug zum Warmwalzen bei der Herstellung von Drähten aus Eisen oder einer Eisenlegierung und Verfahren hierzu
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug z,um Warmwalzen bei der Herstellung von Drähten aus Eisen oder einer im wesent- ^ liehen Eisen enthaltenden Legierung und ein Verfahren hierzu.
* Die Herstellungsbedingungen für die serienmäßige Fertigung
^ von Produkten zur Drahtfertigung, beispielsweise in Drahtziehwerken, sind aufgrund der immer größeren Anforderungen an Präzision und Wirtschaftlichkeit von Jahr zu Jahr shwieriger geworden. So steigen auch bei Formgebungswerkzeugen die Anforderungen an eine verbesserte Beständigkeit gegen- _ über Wärme, Verschleiß, Abschreckung und dergleichen.
Bei Führungswalzen, wo verhältnismäßig geringe Belastungen auftreten,werden Keramikmaterialien in zunehmendem Maße verwendet, da ihre Eigenschaften, wie Stoßfestigkeit, Beständigkeit gegenüber Wärmeschock und Sprödigkeit diesem Einsatz, genügen. Die Verwendung von Keramik bei Walzwerkzeugen ist dagegen aus den vorgenannten Gründen unterblieben, auch wenn Walzen zum Warmwalzen aus bestimmten Materialien bekannt sind (Japanische OS 53-78216 (1978)). Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Werkzeugs zum Warmwalzen bei der Herstellung von Drähten der vorgenannten Art und Verfahrens hierzu.
J — ,.
Dipl.-Ing. E. ^der - 3 -
EPO POPv ^l Dip'·-'ng. K. Schieschke ar-u COPY h,d „„ München 40| Elisab8thstri 34
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Sinter- I körper, welcher mindestens 50 Gew.-% Si5N^ enthält, eine Porosität von maximal 10 % aufweist und "bei Arbeitsgeschwindigkeiten von mindestens 2 m/sec einsetzbar ist.
Da das Siliciumnitrid ein Keramikmaterial ist, ist es.nicht frei von den Keramikmaterialien innewohnenden Nachteilen. Was jedoch die Yerschleißfestigkeit betrifft, so übertrifft das Siliciumnitrid weit die Eigenschaften von Materialien aus Metall; die Yerschleißfestigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen, ist 10 bis 100 mal so hoch wie die der herkömmlichen metallischen Materialien. Somit eignen sich die erfindungsgemäßen Eormgebungswerkzeuge bei hohen Temperaturen besonders gut zum Warmwalzen.
Da die Warmwalzwerkzeuge der vorliegenden Erfindung eine Lebensdauer haben, die das 10- bis 100-fache der herkömmlichen Werkzeuge beträgt, ergibt sich ein weiterer Vorteil.
Somit wird nicht nur die Effizienz der Einrichtungen verbessert: es braucht auch nicht mehr ein großer Vorrat an Ersatz- / werkzeugen auf Lager gehalten werden, so daß die erfindungsgemäßen Warmwalzwerkzeuge im Effekt optimal sind.
Die erfindungsgemäßen Werkzeuge zum Warmwalzen von Eisendrähten oder Drähten aus Eisenlegierungen sind dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich zu über 50 Gew.-% Si7N^, mindestens eines der folgenden Oxide, Nitride, Carbide oder Metallelemente in einem Verhältnis von 0,1 bis 50 Gew.-% enthalten: MgO., Al2O5, ZrO2, TiO2, Nb2O5, SiO2, BeO, Ta2O5, CeO2, ToO^, HfO0, Mg7-N5, AlN, ZrN, NbN, TiN, TaN, YN, Be7No, MopC,
C- \) d. y C- y CL c.
SiC WC und Al. Sie sind Si^N^-Sinterkörper mit einer Porösität von unter 10 %.
Eine Reihe von Tests mit verschiedenen Keramikwerkzeugen hat ergeben, daß Keramiken, die überwiegend Si^N^. enthalten, bessere Eigenschaften aufweisen als die herkömmlicherweise als
copy
Materialien für Werkzeuge zum Warmwalzen von Eisendrähten und Drähten aus Eisenlegierungen verwendeten Sintercarbide und 'Gesenkstähle.
Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß sich aufgrund der Reaktion vonSi^N^ mit.Eisen oder dergleichen die Lebensdauer der Werkzeuge nicht verlängern läßt, es sei denn, es kann eine lineare Wälzgeschwindigkeit von über 2 m/sec angewandt werden.
Die besten Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der-Durchmesser eines Drahtes, der mit einem erfindungsgemäßen Warmwalzwerkzeug hergestellt werden soll, zwischen 5 und 50 mm beträgt. Die Querschnittsverringerung beträgt beim Walzen mit diesen Werkzeugen vorzugsweise 15 "bis 35 %·
Dies bedeutet, daß das Si,H^ nur zum Walzen von Eisendrähten und Drähten aus Eisenlegierungen verwendet werden kann, wenn die vorstehenden Walzbedingungen erfüllt sind.
Was das als hauptsächliche Material in der vorliegenden Erfindung verwendete Si,N^, anbetrifft, so gibt es zwei Herstellungsmethoden: Das Sinterverfahren mit einer chemischen Reaktion, bei welchem Preßkörper aus Si-Metallpulver nitriert werden, und die metallurgische Pulvermethode, bei der Si^N^ und Zusätze miteinander vermischt werden und das erhaltene Gemisch dann unter normalem Druck gesintert oder heißgepreßt wird.
Die erstere Methode ist für die vorliegende Erfindung nicht zweckmäßig, da hier die Porosität über 10 % betragen kann.
Die zu verwendenden Zusätze zu dem Si^N^ sind bereits beschrieben worden. Insbesondere sind
(1) keramische Sinterkörper aus Si^N^ und mindestens einer der Verbindungen Al2O,, MgO, Mg5N2, BeO, BeJ^2, CaO, CaJST2» ^eO, WC und Mo2C in einem Gewichtsverhältnis von 0,1 bis 20 % für bei Temperaturen von 1000° C oder darüber verwendete Warmwalzwerk zeuge und
EPO COPY
(2) keramische Sinterkörper, welche aus Si^N^, mindestens einer der Verb indungen Δ^Οά" unä AlN, oder aus Al in einem Verhältnis von 0,1 "bis 25 Gew.-% bestehen und mindestens ein Oxid, Carbid, "itfitrid^ Bor id und Silicid von Elementen der Gruppe Ill-g des Periodensystems, wie Ce und Γ in einem Gewichtsverhältnis von 0,1 his 25 Gew.-% enthalten, für hei Temperaturen von 12000C öder darunter verwendete Warmwalzwerkzeuge geeignet.
Da im allgemeinen Warmwalzwerkzeuge mechanischen Stößen und thermisch bedingten Schocks unterworfen sind, müssen sie eine bestimmte Beständigkeit gegenüber solchen Stößen und Schocks aufweisen. Deshalb muß ihre Porosität 10 % oder darunter betragen.
Obwohl das vorstehend Gesagte sich primär auf Walzen zum Wälzen bezog, kann ein ähnlicher Effekt selbstverständlich auch bei Führungselementen und dergleichen, wie sie am Walzeneinzug verwendet werden, erreicht werden.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachstehenden Beispiel im einzelnen beschrieben:
Beispiel 1
Es wurden verschiedene Zusätze mit auf dem Markt erhältlichem SiJS^ in Verhältnissen wie aus Tabelle 1 ersichtlich vermischt, und das entstandene Gemisch wurde in einer Kugelmühle ausreichend pulverisiert. Das auf diese Weise erhal-
2 tene Gemisch wurde unter einem Druck von 1 t/cm verpreßt und eine Stunde lang unter atmosphärischem Druck in Gegenwart von Stickstoff bei 1800° C zum Erhalt von Walzen für die Wälzbearbeitung von Eisen und Stahl gesintert.
In diesem Falle bilden die erhaltenen Walzen die Endstufe in einem Blockwalzwerk.· Mit diesen Walzen wurde Eisendraht gewalzt. Der Durchmesser des Drahtes betrug 7 nun, die Quer-
EPO COPY 0)
Schnittsverringerung 18 %, die Wälzgeschwindigkeit 25 m/sec und die Temperatur etwa 850° C.
Der walzbetrag bis zum Ende der Lebensdauer der Walze und der Grund für dieses Ende der Lebensdauer gehen aus Tabelle Λ hervor. ^..
Tabelle 1
)Zusammensetzung s\ (Gew.-90
Wälzbetrag Grund für
das.._Ende der Lebensdauer
(t)
98Si3N4 - IAl2Og1-. IY2O3 7WC 1000 Rißbildung
96Si3N4 -2Al2O3- 2Y2O3 OMgO
OMgO
1300 Verschleiß
80Si2N4 -10Al2O3-IOY2O3 5WC 1500 4 ti
75Si3N4 -10Al2O3- 8Y2O3- 5Mo2C 1550 Il
65Si3N4
55Si3N4
-15Al2O3-IOY2O3-I
-20Al2O3-I5Y2O3-I
1400
200
Oberflächen
rauhigkeit
Eißbildung
70Si3N4
ι
65Si3N4
- 8Al2O3- 7Y2O3-I 1300
1150
Oberflächen
rauhigkeit
Verschleiß
95Si3N4 - 8Al2O3- 7Y2O3-I
- 5MgO
1340
1370
Oberflächen
rauhigkeit
95Si3N4 - 5ZrO2 1480 Verschleiß
. 94Si3N4 - 4MgO - 2CaO 1390 . Il
92Si3N4 - 2MgO - 6TiO2 1430 Il j
92Si3N4 - 2Y2O3- 6HfO2 1520 •ι j
95Si3N4 - 5CeO2 1420 ν Il j
95Si3N4 - 5BeO 1350 •ι
93Si3N4 - 5TiN - 2Al 1330 Il
98Si3N4
95Si3N4
- 2Al 1300
1340
Oberflächen
rauhigkeit
Verschleiß
COPY UU
Beispiel
Die Välzwalze der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung 80Si3N4.-IOAl2O^, wie sie in Beispiel 1 hergestellt "wurde, wurde "bei verschiedenen linearen Geschwindigkeiten im Vergleich zu der herkömmlichen S'intercarb id walze getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 enthalten.
Aus Tabelle 2 geht hervor, daß die Lebensdauer der herkömmlichen Sintercarbidwalze stärker von dBr linearen Geschwindigkeit abhängt als die der Välzwalze nach der vorliegenden Erfindung, und letztere verlängert sich gegenüber ersterer bei linearen Geschwindigkeiten von über 2 m/sec.
• Tabelle 2
Walzwerk Lineare
Geschwindig
keit (m/sec)
Lebensdauer der
Sintercarbidwalze
(t/Kaliber)
Lebensdauer der
erfindungsgem. ,
Si7-N -walze }
(t/Kaliber)
8 4000 5000
12 3 4000 10000
17 10 1000 5OOO
21 20 700 3000
24 25 400 1500
EPO copy m
342873Γ
Beispiel S
Aus einem Gemisch atts—80 Gew.-% auf dem Markt erhältlichem
Si5N4, 10 Gew.-% SiC, 5 Gew.-% Y2°3 und ^ Gew.-% MgO wurden Führungswalzen für-Stahl auf die gleiche Art und Veise wie
in Beispiel 1 hergestellt. Die Sintertemperatur "betrug 17000C,
Es wurde ein Vergleichs test durchgeführt, um die Lebensdauer der Führungsrollen dieses Beispiels mit der der auf dem
Markt erhältlichen Sintercarbidwalzen sowie der der keramischen Führungsroilen aus Aluminiumoxid zu vergleichen.. ..Die
Ergebnisse sind in Tabelle 3 enthalten. Es erwies sich, daß die Führungswalzen gemäß diesem Beispiel bei weitem die besten waren. . -
Die Geschwindigkeit der Drähte betrug 15 m/sec und die Temperatur betrug 900° C.
Tabelle 3
Wälzbetrag'
(t)
Grund für das
Ende der Lebens
dauer
Walzen des Beispiels I5OOO Verschleiß
Sintercarbidwalzen 2000 Oberflächen
rauhigkeit
Keramikwalzen aus
Aluminiumoxid
29ΟΟ Rißbildung
EPO COPY
Beispiel
Hach Walzen von Eisendraht zu Draht mit unterschiedlichen Durchmessern unter einer Querschnittsverringerung von 22 % und unter Verwendung einer Endbearbeitungswalze der Zusammensetzung 80 Si,N^ - 1OAl2O, - ΛOJ2O-, gemäß Tabelle 1 wurden die folgenden Ergebnisse gemäß Tabelle 4 erhalten:
Tabelle
Nr. Drahtdurchmesser Wälzbetrag (t) -
(mm 0 )
1 3 200
2 5 1500
3 20 25ΟΟΟ
4 40 100000
5 50 100000
6 70 5OOOO t
Aus diesem Beispiel ist ersichtlich, daß der Wälzbetrag besonders hoch sein kann, wenn der Enddurchmesser des Drahtes zwischen 5 und 50 mm 0 beträgt. Bei einem Drahtdurchmesser von unter 5 mm 0 jedoch hat sich Ziehen mit Hilfe eines Gesenks als wirksamer erwiesen, was aber in der Praxis unrentabel ist. Ferner ist festgestellt worden, daß, wenn der Drahtdurchmesser über 50 mm 0 beträgt, die Stoßwir.kung im Augenblick des Angreifens an die Drahtkante sehr hoch ist, wodurch sich der Wälzbetrag verringert.
Beispiel 5
Es wurde die in Tabelle 1 enthaltene Wälzwalze der Zusammensetzung 8OSi5N4 - 10Al2O, - 10Y2O, hergestellt und mit dieser Drähte unterschiedlicher Eigenschaften gewalzt. Hier waren die erhaltenen Walzen die Endbearbeitungswalzen in einem Blockwalz-
EPOCOPY
werk, und mit diesen Walzen wurden Drähte von 7 nun 0 Durchmesser gewalzt, wobei die Querschnittsverringerung 18 %, die Wälsgeschwindigkeit 25 m/sec und die Temperatur e.twa 850 C betrug. '
Der Wälzbetrag bis Ende der Lebensdauer der Walzen und der Grund ihres schließlichen -Versagens sind in Tabelle 5 enthalten. - /
Tabelle 5
Stahlart Wälzbetrag
(t)
Grund für das Ende
der Lebensdauer
SUS 1000 Verschleiß
Gekohlter Stahl
(0,8 % C)
1500 Il
Si-Mo-Stahl 1200 Il
8 München 40,

Claims (3)

München, den 23. Oktober 1984 Akte 11.760 II/er Werkzeug zum Warmwalzen bei der Herstellung von Drähten aus Eisen oder einer Eisenlegierung und Verfahren hierzu Patentansprü c'h e
1. Werkzeug zum Warmwalzen bei der Herstellung von Drähten aus Eisen oder einer Eisenlegierung, gekennzeichnet durch einen Sinterkörper, welcher mindestens 50 Gew.%
Si-N. enthält, eine Porosität von maximal 10 % aufweist / 3 4 >
und bei Arbeitsgeschwindigkeiten von mindestens 2 m/sec einsetzbar ist.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu Si3N4 in einem Verhältnis von 0,1 bis 50 Gew.-% Oxide, Nitride, Carbide und Metallelemente wie MgO, Al3O3, ZrO3, TiO3, Nb3O5, SiO3, BeO, TaO3, CeO3, Y3O3, HfO3, Mg3N3, AlN, ZrN, NbN, TiN, TaN, YN, Be3N3, Mo3C, SiC, WC und Al im Werkzeug enthalten sind.
3. Verfahren unter Einsatz eines Werkzeuges nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Walzen der Drähte aus Eisen oder ein'ar Eisenlegierung bei einer Geschwindigkeit von mindestens 2 m/sec Drähte bzw. Formstahlerzeugnisse von 5 bis 50 mm 0 erhalten werden.
Dipl.-Ing. K. r\,:·. ^ .;.-·■ .^ MO!) München O1 üisi-.;!.:;;,- ·>;
EPO COPY H
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