DE581108C - Werkzeug oder Arbeitsgeraet zur Formgebung erhitzter Werkstoffe - Google Patents
Werkzeug oder Arbeitsgeraet zur Formgebung erhitzter WerkstoffeInfo
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Description
In der Metalltechnik gewinnen die Verfahren zur Warmverformung von Werkstoffen
zunehmend an Bedeutung. Es sei nur hingewiesen auf das Ziehen und Pressen erhitzter
Metalle mittels Gesenken, Ziehsteinen, Strangpressen u. dgl. m. Mit gewisser Berechtigung
darf in den Begriff »Warmverformung« auch einbezogen werden die Bearbeitung von Werkstoffen durch Spanabhebung,
wenn diese mit solchen Arbeitsgeschwindigkeiten erfolgt, daß- eine kräftige Erhitzung
des Werkstücks bis zum bildsamen Zustande unvermeidlich ist. Da für Vorgänge zwischen
Werkzeug und Werkstoff bei den ,verschiedenen Arten der Warmformgebung im wesentlichen
die gleichen wissenschaftlichen und technischen Prinzipien maßgebend sind, seien
hier nur die Preß- und Spritzverfahren als Beispiele angeführt, da bei ihnen wegen der
hohen Arbeitstemperaturen die erwähnten Wechselbeziehungen besonders kraß in die
Erscheinung treten. Diese hohe Arbeitstemperatur, bei der der Werkstoff dicht unter seinem
Schmelzpunkt beeindruckt wird, bedeutet eine außerordentliche Beanspruchung der verwendeten Werkzeuge und Arbeitsgeräte,
der Preßstempel, Ziehdüsen, Preßmatr'izen, Preßdorne, Walzstopfen u. dgl. Einmal unterliegen
auch sie bei der hohen Temperatur in gewissem Grade der Erweichung und dadurch einem Verschleiß in reibender Berührung mit
dem bewegten Werkstoff, und ferner besteht mit zunehmender Temperatur die Gefahr der
Lösung des Werkzeugmaterials im Werkstoff. Es ist also zu unterscheiden zwischen zwei
grundsätzlich verschiedenen Arten des Verschleißes, nämlich einem, der rein mechanisch
das Werkzeug abnutzt, und einem zweiten, der durch Legierungsangriff das Werkzeug
allmählich im heißen Werkstoff löst. Während es nun praktisch geglückt ist, den mechanischen
Verschleiß dadurch auf ein Mindestmaß zu beschränken, daß man die Werkzeuge
oder Arbeitsgeräte, z. B. Warmziehringe, aus Metallen herstellt, die, wie die Stellite oder 4-5
Hartmetalle, auch bei hohen Arbeitstemperaturen ihre Härte im Gegensatz zu Stählen
beibehalten, hat der Legierungsverschleiß und damit auch seine Bekämpfung bisher kaum
Beachtung gefunden, weil als Werkstoffe bisher nur solche wie Kupfer, Messing, Bronze
und Leichtmetalle in Frage kamen, deren ^ Verformungstemperaturen soweit unter den
Legierungstemperaturen der vornehmlich aus Stahl bestehenden Werkzeuge liegen, daß
deren Verschleiß durch Legierung mit dem Werkstoff unbeachtlich ist.
Wohl zu berücksichtigen ist dieser Einfluß jedoch, wenn es sich um die Warmverformung
von Eisen, Stahl oder anderen Werkstoffen mit hohen Verformungstemperaturen handelt. Obwohl neben Werkzeugen und Geräten
aus Stahl auch solche aus Wolfram- und anderen Hartlegierungen versuchsweise
verwendet wurden, die zweifellos bei den hohen Arbeitstemperaturen noch eine überlegene
Härte und genügende Zähigkeit zur Aufnahme der Arbeitsbeanspruchung besaßen, ergab sich doch ein ungewöhnlich schneller
Verschleiß besonders der Teile, an denen infolge erhöhten Druckes des Werkstoffes die
Legierungsneigung besonders groß war. Diesen auf Legieren des Werkzeugs mit dem Werkstoff beruhenden Verschleiß zu verringern,
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Sie wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem eigentlichen Kern des Werk-1S
zeugs oder Arbeitsgeräts eine Oberflächenschicht hergestellt wird, die sich mit dem
Werkstoff bei der Arbeitstemperatur gar nicht oder doch erheblich schwerer legiert, als es
der Kernstoff des Werkzeuges in Berührung mit dem Werkstoff tun würde. Diese Oberflächenschicht
oder Arbeitsfläche kann aus einem zusammengesetzten Stoff bestehen, der als solcher nicht mit dem Werkstoff legierungsfähig
ist, während seine Komponenten a5 sich mit dem Werkstoff leicht legieren können.
Als Beispiel sei Siliciumcarbid erwähnt, das sich dem Werkstoff Eisen gegenüber metallurgisch völlig träge verhält, während
seine Einzelkomponenten in ungebundener Form sich leicht mit Eisen legieren. Der
Grund liegt darin, daß sowohl das Silicium zum Kohlenstoff als auch der Kohlenstoff
zum Silicium eine weit höhere Bindungsaffinität hat, als es diese Elemente dem Eisen
gegenüber besitzen.
In anderer Weise kann die Arbeitsfläche dadurch verhältnismäßig schwer legierbar gemacht
werden, daß sie, wenigstens in ihrer äußersten Schicht, hoch mit einem Stoff angereichert
wird, der sich mit dem Werkstoff praktisch überhaupt nicht legiert. Um z. B. Wolframdrähte heiß zu ziehen, könnte man
sich einer Ziehdüse aus einer Molybdän-, legierung bedienen, die an sich über die
nötige Härte bei der hohen Ziehtemperatur verfügt. Die nahe metallurgische Verwandtschaft
von Wolfram und Molybdän führt aber bereits bei diesen Temperaturen zu einem Legierungsprozeß und damit
einem Verschleiß der Molybdändüse. Tn diesem Falle ist auf dem Kernstoff aus einer
Molybdänlegierung eine Oberflächenschicht vorteilhaft, die in hohem Grade, zu 60 °/0 und
darüber, mit Kupfer angereichert ist. Dieses weiche Metall verhält sich dem heißen Wolframdraht
gegenüber völlig träge und verringert dadurch die Legierungsfähigkeit der Arbeitsfläche außerordentlich; andererseits
bildet es mit dem Molybdän eine genügend harte und zähe Legierung, um mechanisch
genügend widerstandsfähig zu sein.
Im allgemeinen wird der die Legierungsfähigkeit des Werkstoffs mit dem Werkzeug
herabsetzende, elementare oder zusammengesetzte Stoff die erforderlichen mechanischen
Eigenschaften des Werkzeugs nur unvollkommen besitzen. Es empfiehlt sich dann, seinen Gehalt in der Oberflächenschicht um
so mehr zu verringern, je näher die betreffende Schicht dem Werkzeugkern liegt. Durch
diese Maßnahme der nach außen zunehmenden Sättigung der Oberflächenschicht erzielt
man wegen stetiger Übergänge in metallurgischer Beziehung auch stetige Übergänge der
mechanischen Eigenschaften.
Stoffe, die sich mit dem Werkstoff schwer legieren, sind nun häufig allgemein metallurgisch
träge, legieren sich daher zuweilen auch schlecht mit dem Kernstoff des Arbeitsgeräts.
Als Beispiel sei Silber angeführt, das sowohl mit dem Werkstoff Eisen als auch mit dem
Werkzeugkernstoff Stahl oder Wolfram in Legierung gar nicht oder nur in geringem
Maße legierbar ist. In diesem Falle wird das Silber metallurgisch an einen anderen Stoff
gebunden, der seinerseits entweder unmittelbar oder mittelbar über einen weiteren Stoff
mit dem Kernstoff gut legierbar ist. Als Vermittler kann z. B. Platin dienen, das sowohl
mit dem Schutzstoff Silber als auch dem Kernstoff Stahl sich innig legiert.
Die gleiche mittelbare Bindung ist nötig, wenn der den Legierungsverschleiß herabsetzende
Stoff bei der Arbeitstemperatur zu weich sein würde. In diesem Falle muß durch Anlagerung eines hoch schmelzenden Stoffes
für genügende Festigkeit gesorgt werden. Für Silber als Schutzstoff kann wiederum
Platin als Vermittler dienen, das den Schmelzpunkt der Legierung der Arbeitsfläche
in der erforderlichen Weise heraufsetzt. Damit der erfindungsgemäße Zweck erreicht
wird, muß natürlich der Platingehait der Oberflächenschicht nach außen abnehmen.
Je nach Werkstoff und Kernstoff des Werkzeuges lassen sich aus den bekannten Legierungstafeln
(vgl. z. B. Guertler, Metalltechn. Kalender, 1927, S. 214) die Stoffe ermitteln,
die nach der durch die Erfindung vermittelten, technischen Regel zum Aufbau der no
Oberflächenschicht geeignet sind.
Der Aufbau der Oberflächenschicht mit nach dem Inneren des Kernstoffs hin abnehmender
Konzentration des Schutzstoffs läßt sich in gewisser Weise mit der Außenstruktür
von Stählen vergleichen, die z. B. durch Einsatzhärtung oder Nitrierung in zunehmender
Konzentration nach der Oberfläche hin mit Kohlenstoff bzw. Stickstoff angereichert
sind. Es sei jedoch ausdrücklich betont, daß eine solche Oberflächenzementierung, wie sie
bereits zur Verminderung dea mechanischen
Verschleißes bei Heißformwerkzeugen aus
Stahl und Hartmetall vorgeschlagen wurde, diesen zwar bei nicht zu hohen Arbeitstemperaturen
beschränken kann, daß sie aber nicht, wie Versuche ergaben, zur Herabsetzung auch des Legierungsverschleißes nach der Erfindung
geeignet ist. Im Gegenteil ist ein Kohlenstoffzusatz bekanntlich im allgemeinen gleichbedeutend mit einem Unedlermachen
ίο des zementierten Metalls; Legierungsbildung
mit anderen Stoffen wird nicht hintangehaiten, sondern gefördert.
Die Maßnahme, Werkzeuge und Arbeitsgeräte mit einer vom Kernstoff verschiedenen
»5 Oberflächenschicht als Schutzschicht zu versehen,
ist übrigens bereits zu dem Zwecke vorgeschlagen worden, die Werkzeuge bzw. Geräte vor chemischem Angriff durch stark
saure oder alkalische Schmelzen bzw. duktile Werkstoffe zu schützen. Nach diesem bekannten
Vorschlag werden z. B. Oxydschichten oder Überzüge aus korrosionsfesten Metallen,
wie Chrom, verwendet. Solche Schutzschichten haben aber nichts zu tun mit dem Gegenstand
der Erfindung, die sich den Schutz eines Werkzeuges gegen Legierungsverschleiß zur
Aufgabe gesetzt hat. Diesen Zweck können die chemisch widerstandsfähigen Überzüge im
allgemeinen nicht erfüllen, da z. B. Metalle, wie Chrom, sich mit Werkstoffen, wie Eisen,
vorzüglich legieren. Umgekehrt sind die legierungsfesten Arbeitsflächen nach der Erfindung
im allgemeinen nicht chemisch widerstandsfähig und brauchen es auch nicht zu sein, da die zu verformenden Werkstoffe sich
fast durchweg chemisch neutral verhalten. Sollte "in Ausnahmefällen doch auch ein chemischer
Angriff auf die Arbeitsfläche zu erwarten sein, z. B. durch Zunderung, so ist die
Schutzschicht sowohl nach dem Gesichtspunkt der geringen Legierbarkeit als auch der Korrosionsbeständigkeit
herzustellen.
Zur Herstellung der Oberflächenschicht nach der Erfindung sind praktisch alle Verfahren
brauchbar, die auch sonst zur Herstellung von Körpern mit Schichten verschiedener
Zusammensetzung dienen. Es seien erwähnt Verfahren zur Herstellung von Überzügen
durch Eintauchen, Anreiben, Aufspritzen, durch Reduzierung einer aufgebrachten Metallsalzschicht u. dgl. m. Besonders
einfach und in seinem Verlauf gut beobachtbar ist das elektrolytische Niederschlagen
der zum Aufbau der Oberflächenschicht dienenden Stoffe.
Ferner kann die Schutzschicht gewonnen werden durch Eintauchen des Kernstoffs in
die flüssige oder dampfförmige Phase der zum Aufbau der Oberflächenschicht benötigten
Bestandteile, und zwar entweder in der Weise, daß die betreffende Phase allmählich
mit dem nicht mit dem Werkstoff legierbaren Stoff angereichert wird, oder daß der Kernstoff
abwechselnd in die Phasen der verschiedenen Stoffe, und zwar mit zunehmender Dauer in die des nichtlegierbaren Stoffes eingebracht
wird. Eine Abart des Niederschlagens aus der Dampfphase stellt die kathodische Aufstäubung der Oberflächenschicht
dar, eine Abart der Herstellung aus der flüssigen Phase das Eintauchen eines vorgesinterten
Körpers in eine Schmelze aus den zum Aufbau der Oberflächenschicht gebrauchten Bestandteilen, die oberflächlich in den Sinterkörper
eindringen und nach dessen Fertig-Sinterung, die vorteilhaft unter Druck erfolgt,
den erfindungsgemäßen Zweck erfüllen.
Eine Abart des elektrolytischen Verfahrens ist das Eintauchen in Salzlösungen unter Austausch
des Metallions der Lösung gegen das Metallion des Werkzeugstoffs.
Da sich die Oberflächenschicht aus mehreren Stoffen aufbaut, die nicht immer durch
das gleiche Verfahren niederzuschlagen sind, können die beschriebenen Verfahren auch in
beliebiger Kombination Verwendung finden.
Schließlich seien noch zwei metallurgische Verfahren erwähnt, die wegen der dabei in
Frage kommenden Arbeitsweise dem Metallurgen besonders geläufig sind. Das eine be- go
zieht sich auf das Umgießen des Kernstoffs mit der Oberflächenschicht bzw. auf das Eingießen
des Kernstoffs in eine aus den Bestandteilen der Oberflächenschicht gebildete Hülse. In beiden Fällen wird, namentlich bei
genügender Vorwärmung, eine innige Bindung zwischen beiden Körpern erzielt. Das gleiche gilt für das zweite Verfahren, bei
dem von einer flüssigen Schmelze des Kernstoffs in Mischung mit den Bestandteilen der
Oberflächenschicht ausgegangen wird und bei dem die Trennung von Kernstoff und Oberflächenschicht
ausgegangen wird und bei dem die Trennung von Kernstoff und Oberflächenschicht durch Zentrifugieren der Schmelze in
einer Form geschieht, die dem fertigen Arbeitsgerät entspricht. Die Schleuderachse entspricht
der Achse des Arbeitsgeräts. Naturgemäß kommt dies bis zur Erstarrung der Schmelze durchzuführende Verfahren nur in
Frage, wenn die Oberflächenschicht mit ihren Komponenten entweder spezifisch leichter
oder schwerer ist als der Kernstoff. Handelt es sich um die Herstellung der Oberfläche
solcher Arbeitsgeräte wie Matritzen, Ziehsteine, Preßzylinder, Drehlager, die auf ihrer
Innenseite mit dem Werkstoff in Berührung kommen, so kann das Schleuderverfahren nur
Anwendung finden, wenn die Bestandteile der Arbeitsfläche spezifisch leichter sind als der
Kernstoff, während umgekehrt für Preß dorne, Walzstopfen, spanabhebende Werkzeuge,
Walzwerke und hochbeanspruchte Wellen der Kernstoff spezifisch leichter sein muß. Hierbei
sei erwähnt, daß der Begriff »außen« hier stets gebraucht ist im Sinne der Arbeitsfläche,
die auf den Werkstoff einwirkt.
Wo nicht schon durch die Eigenart des Aufbringverfahrens der Oberflächenschicht
ein allmählicher Übergang vom Schutzstoff, der die Legierungsfähigkeit des Werkzeugs
ι» herabsetzt, zum Kernstoff gegeben ist, empfiehlt
es sich, das mit der Oberflächenschicht versehene Werkzeug oder Arbeitsgerät einem
Glühprozeß auszusetzen, um durch Auslösung etwa noch vorhandener Lösungstensionen
zwischen den verschiedenen Komponenten möglichst stetige Gefügeübergänge zu erhalten.
Falls die Eigenart des Kernstoffs und der Oberflächenschicht es zuläßt, können die
'-ο Arbeitsgeräte oder Werkzeuge noch sonstigen
Veredelungsverfahren unterworfen werden, z. B. einer Härtung der Oberflächenschicht
durch Abschrecken und Wiederanlassen, durch Nitrierung oder Carburierung, durch Einlagerung von Stoffen zur Verhütung chemischen
Angriffs.
Claims (6)
- Patentansprüche:i. Werkzeug oder Arbeitsgerät zur Warmformgebung bis zum duktilen Zustande erhitzter Werkstoffe, insbesondere mittels Strangpresse, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Form und Stoff an sich bekannte Werkzeug oder Arbeitsgerät, z. B. aus Stellit, Naturstahl oder Hartmetall, an seiner Arbeitsfläche aus einem Stoff besteht, der sich mit dem zu verformenden, duktilen Werkstoff bei der Arbeitstemperatur nicht oder in erheblich geringerem Maße legiert, als es das Kernmaterial des Werkzeugs oder Arbeitsgeräts in Arbeitsberührung mit dem Werkstoff tun würde.
- 2. Werkzeug oder Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des den Legierungsverschleiß herabsetzenden Stoffes von der Arbeitsfläche nach dem Inneren des Kernstoffs hin abnimmt.
- 3. Werkzeug oder Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallurgische Verbindung zwischen dem den Legierungsverschleiß herabsetzenden Stoff und dem Kernstoff des Werkzeugs durch Bestandteile vermittelt ist, die sich mit beiden gut legieren.
- 4. Werkzeug oder Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflächeeinen höheren Schmelzpunkt^besitzt_ als der den Legierungsverschleiß herabsetzende Stoff durch dessen Legierung mit einem hochschmelzenden, einheitlichen oder zusammengesetzten Stoff.
- 5. Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen und Arbeitsgeräten nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernstoff in vorgesintertem Zustande in an sich bekannter Weise durch Eintauchen in die Schmelze oder den Dampf des den Legierungsverschleiß herabsetzenden Stoffes und gegebenenfalls der zusätzlichen Bestandteile, die den Schmelzpunkt der Arbeitsfläche erhöhen bzw. ihre metallurgische Bindung mit dem Kernstoff vermitteln, diese oberflächlich aufnimmt, worauf, gegebenenfalls unter gleichzeitiger Verdichtung, die Fertigsinterung erfolgt.
- 6. Verfahren zur Herstellung der Werkzeuge oder Arbeitsgeräte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche durch Schleuderung der sie bildenden Bestandteile mit dem Kernstoff im flüssigen Zustande bis zur Erstarrung erzeugt wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE581108T | 1930-12-23 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE581108C true DE581108C (de) | 1933-07-21 |
Family
ID=6570984
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1930581108D Expired DE581108C (de) | 1930-12-23 | 1930-12-23 | Werkzeug oder Arbeitsgeraet zur Formgebung erhitzter Werkstoffe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE581108C (de) |
-
1930
- 1930-12-23 DE DE1930581108D patent/DE581108C/de not_active Expired
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