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Publication number: DEM0016011MA
Authority: DE

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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 23. Oktober 1952 Bekanntgemacht am 18. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es ist bekannt, daß man die Kaltverformung von Metallen durch auf ihrer Oberfläche aufgebrachte, mit ihr fest verwachsene Kristallschichten erleichtern kann. So kann man beispielsweise das Ziehen, Strecken und Walzen, beispielsweise Kaltpilgern, von Eisen, Stahl und legiertem Eisen durch Aufbringung von .Phosphatschichten und Oxydschichten oder auch Oxalatschichten erleichtern und sowohl die Standzeit der Werkzeuge als ίο auch den Verformungsgrad und die Oberflächenqualität und die Anzahl der Verformungsschritte ohne Zwischenbehandlung wesentlich steigern.

Es sind hier eine Reihe von Verfahren entwickelt worden, die die Oberfläche der zu verformenden Werkstücke in geeigneter Weise vorbehandeln, s;eien es besondere Phosphatierungsverfahren oder ' Oxydationsverfahren sowie geeignete Nachbehandlungen der aufgebrachten Schichten. Unter den Nachbehandlungsverfahren, d. h. den Vorbereitungsverfahren der aufgebrachten, fest verwachsenen Kriställschichten für das Ziehen, spielen insbesondere die Verfahren zur Aufbringung von Schmiermitteln eine besondere Rolle. Es gibt hierbei sowohl Naßzug- als auch Trockenzugverfahren,

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wobei als Schmiermittel Seifen, Ziehfett-Emulsionen, Kalkauf schlämmungen, Schmierfette, Trokkenseifen, sulfurierte oder chlorierte Mineralöle oder pflanzliche oder tierische Öle verwendet wurden.

Bei Phosphatschichten und Oxydschichten haben sich wohl die einen oder anderen Schmiermittel besser oder weniger gut bewährt. Es ist jedoch im allgemeinen sowohl möglich, naß als auch trocken zu verformen. Bei Oxalatschichten, die bisher insbesondere für die Verformung von Edelstahlen oder anderen, von Phosphatlösungen schwer angreifbaren Eisen oder Stahllegierungen aufgebracht wurden, hatte sich nun herausgestellt, daß die Beschaffenheit des Schmiermittels sowie der Schicht bei der Verformung in ganz anderem Maße sich auswirkt wie bei den' Überzügen anderer Oberflächenschichten. Es wurde festgestellt, daß Oxalatschichten häufig unter offenbar gleichen Bedingungen unterschiedliche Verformungsergebnisse zeigten. Selbst bei Vorhandensein einer gut' ver-,, wachsenen Oxalatschicht wurden bei der Anwendung der auf dem Gebiet der Kaltverformung übli- ^: chen Schmiermittel, wie wasserlösliche öle. und Seifen, Ziehöle auf Mineralöl- oder pflanzlicher bzw. tierischer Basis stark unterschiedliche, zum •"'•""Teil sehr schlechte Verformungsergebnisse erhalten. Es war seither nicht bekannt, was die Ursache dieses unterschiedlichen Verhaltens ist. E.s.,;wurde nunmehr gefunden, daß gerade bei Oxalatschichten die Verformungsergebnisse sehr wesentlich davon" abhängen, ob die zur Erleichterung der Verfor-

' mung aufgebrachten Schichten und Schmiermittel bei' der Verformung wasserhaltig oder wasserfrei sind. Es wurde festgestellt* daß -..die· besten Veirf.gr-

mungsergebnisse dann erzielt werden, wenn bei der Verformung unter Ausschluß von Wasser gearbeitet wird, wobei als Schmiermittel fettsäurehaltige Produkte, insbesondere fettsaure Salze der Alkali-, Erdalkali- /und/oder Scnwermetälle, -'vorzugsweise.¹ verwendet werden. Hierbei--ist es sowohl; möglich, daß das Schmiermittel vor der Verformung von vornherein trocken aufgebracht wird als auch daß man das Schmiermittel aus einer Lösung oder Suspension bzw. Aufschlämmung aufbringt und dann, bevor das Werkstück zur Verformung gelangt, trocknet, so daß das Wasser möglichst weitgehend entfernt wird. Man kann hierbei so verfahren, daß man das mit einem Oxalatüberzug versehene Werkstück zunächst in einer Seifen-So lösung und anschließend in eine Lösung, Emulsion oder Aufschlämmung einer Verbindung taucht, die mit der Seifenlösung¹ eine-unlösliche oder schwer lösliche Seife bildet;-'beispielsweise taucht man zu-

;»i nächst imeine AikaWseifenlösung und anschließend in - eine Aufschlämmung -von Kalziümhydroxyd. Hierbei-bildet sich, mindestens zum Teil Kälkseife. Die auf:, die Oxalatschicht-auf gebrächte SeiföSwird dann getrocknet, lindJ das Werkstück kann' züf' Ver-

o; formung ^gelängeii-!'^ *^{::1 ?i} -' ^v; Es ist: auck rriögli'ch,,' die mit■■' -Metalloxalät bedeckte MetaHoibeifläEhe yöf^de-r Verformung' in· eine Seifenlösung zu!-'tauchen, in der'eine unlösliche oder schwer lösliehe'MetäilseJfei beispielsweise Käiziumseife, suspendiert ist, und dann.die auf diese Weise auf die Oxalatschicht aufgebrachte Seife zu trocknen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die mit einem Oxalatüberzug bedeckte Metalloberfläche in eine Kalziumhydroxydaufschlämmung zu tauchen und dann zu trocknen und für sie fettsäurehaltige Trockenschmiermittel bei der Verformung zu verwenden. Es ist nur jeweils für die zu erzielende Verformung ausschlaggebend, inwieweit die Feuchtigkeit aus der Oberfläche des zu verformenden Werkstückes entfernt wurde.

Die Verformung wird vorzugsweise so durchgeführt, daß das Schmiermittel bis kurz unter seinen Schmelzpunkt erhitzt wird. Man stimmt daher vorzugsweise die Verformungsgeschwindigkeit auf den Schmelz- bzw. Erweichungspunkt des angewandten Schmiermittels ab, da die Geschwindigkeit in engem Zusammenhang mit der bei der Verformung. auftfeitenden Temperatur steht. Die Temperatur ..wirkt, besonders,. günstig, bei der das verwendeteSchmiermittfei'-^plä'stisch verformbar zu werden beginnt. Schmiermittel mit höherem Schmelzpunkt bzw. Erweichungspunkt werden daher vorzugsweise bei größeren Ziehgeschwindigkeiten angewandt, da sie bei niederen Ziehgeschwindigkeiten ihre volle Wirkung nicht entfalten können.; Die.Erfindung sei an/Hjand;jvon Beispielen . näher ^erläutert.

Stähldrähte der Härte 6 wurden mit Hilfe einer Lösung, die Oxalsäure, Ferrioxalat, Phosphorsäure und Natriumchromat enthielt, mit einem Oxalatüberzug versehen. Zieht man den Draht im ■Naßzug in; einer^Voigen ^Seifenlösung, die einen Pjj-Wert von 8,5 besitzt, so wird der Draht bei einer Verformung von einem Durchmesser von 1,6 mm auf 0,5 mm, also bei einer Gesamtquerschnittsabnahrne von go,3 %,. entweder unrund bei aufgerauhter·¹ metallische¥^;'^; Oberfläche, wenn er .phfit^jpvh^T JeJ(^t. Wurde jedoch die Oxalatschicht trocken mit einem fettsäurehaltigen Trockenschmiermittel gezogen, so war ohne Schwierigkeit die Verformung von 1,6 mm auf 0,5 mm Durchmesser möglich und das Endprodukt wies eine gute Oberflächenqualität auf. Die Oberfläche trug noch eine zusammenhängende Oxalatschicht. Aus diesem Vergleichsversuch geht eindeutig die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Verwendung von Oxalatüberzügen gegenüber dem .üblichen Naßzug hervor. Wenn sich auch fettsäurehaltige Trockenschmiermittel besonders gut bewährt haben, so ist es jedöelvaüch möglich, Schmiermittel anderer,'Art,^!z. B. auf der'Basis sulfurierter oder chlorierter Kohlenwasserstoffe Oder ^jlWaxe, tierischer oder pflanzlicher"'öle zu verwenden, sofern nur für sorgfältige Trocknung und Ausschluß von Wässer beim-Verformen gesorgt wird. '■ ■

'»■■Insbesondere'beim Rohrzug bereitet die Aufbrin^ gü'rig einer trockenen Schmiermittelschicht Schwierigkei.teh. ^;Hier kann-man die Aufbringung dadurch erleichtern^ daß' man das Schmiermittel in Form '~'^!\ einer "Lölsühg'j ^J Süspension^:xoder Aufschlämmung aufbritigt ünd^;;dänri-'trockriet/'^Vorzugsweise Ver-

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'-^;Γ wendet man hierbei eine heiße Lösung. Auch beim Rohrzug ist die Trocknung ausschlaggebend. Oxalierte Edelstählrohre aus Reman.it 1880 ST wurden naß bei jo° beseift, oberflächlich getrocknet und gezogen. Bereits bei einer Querschnittsabnahme - von 15 °/o. setzte das Material am Kern an. Die Oberflächenqualität der so gezogenen-Rohre war schlecht. Wurden dagegen Rohre mit der .gleichen Vorbehandlung nach der Beseifurig mit Heißluft

ίο gründlich getrocknet, dann konnte mit 19⁰/» Querschnittsabnahme bei bester Oberflächenbeschaffenheit des Ziehgutes gezogen werden.

Die Verformungsergebnisse lassen sich noch durch die Aufbringung einer zusätzlichen Schmiermittelschicht verbessern. Eine solche Schmiermittelschicht kann dadurch aufgebracht werden, daß man die Lösung einer löslichen Seife mit einer Verbindung zusammenbringt, die mit ihr eine unlösliche oder schwer lösliche Seife bildet. Es ist möglich, die beiden Lösungen bzw. Lösung und Aufschlämmung getrennt auf das mit dem Oxalatüberzug versehene Metall aufzubringen. Man kann jedoch auch eine Aufschlämmung einer unlöslichen öder schwer löslichen. Seife in Wasser zur Aufbringung einer solchen zusätzlichen Schmiermittelschicht verwenden.

Aus den im folgenden beschriebenen Vergleichsversuchen geht die verbessernde Wirkung einer zusätzlichen Schmiermittelschicht hervor. Es wurden

z. B. oxalierte und lediglich beseifte Edelstahlrohre mit einer Gesamtquerschnittsabnahme von 65 % kaltgepilgert. Dabei zeigte sich Materialansatz am Werkzeug. Wurde das oxalierte und beseifte Material jedoch anschließend in eine Kalziumhydroxydaufschlämmung getaucht und dann gut getrocknet, so ließen sich die Rohre ohne Materialansatz einwandfrei pilgern. Es wurde festgestellt, daß hierbei auf der Metalloberfläche eine Schicht, bestehend aus Ferrooxalat, Eisenseife, Natriumseife und Kalkseife, zurückblieb. Die zusätzliche Einlagerung von Kalkseife brachte eine eindeutige Verbesserung gegenüber der alleinigen Beseifung in einer heißen Alkaliseifenlösung. Auch hierbei konnte dieses günstige Ergebnis nur mit trocknen Rohren erzielt werden.

Auch durch Variation der Verformungsgeschwindigkeit lassen sich die Verformungsergebnisse beeinflussen. Draht der Qualität V 4A Supra wurde auf Mehrfachziehmaschinen in neun Zügen mit einer Gesamtquerschnittsabnahme von 84% von 2,03 mm auf 0,795 mm gezogen. Als Schmiermittel diente eine Nadelseife (Natronseife). Bei einer Ziehgeschwindigkeit des Fertigdrahtes von 40 bis 95 m je Minute war der Oberflächenzustand des Endproduktes gut. Eine Steigerung der Ziehgeschwindigkeit auf 160 m je Minute brachte eine auffallende Verschlechterung der Oberfläche. Verwendete man dagegen als Schmiermittel ein Erdalkalimetallstearat, so war auch , bei einer Ziehgeschwindigkeit von 120 m je Minute das Ziehen gut möglich und ergab eine einwandfreie Oberfläche. Eine Steigerung der Ziehgeschwindigkeit auf 160m je Minute brachte in diesem Fall eine bemerkenswerte Verbesserung der Oberfläche' und des auf dem Fertigdraht noch vorhandenen Ziehfilms. Erst bei Ziehgeschwindigkeiten, die wesentlich höher als 160 m je Minute lagen, war wieder eine Verschlechterung der Oberfläche festzustellen. '

Diese Versuche lassen erkennen, daß für ein bestimmtes Schmiermittel eine 'Ziehgeschwindigkeit existiert, bei der in Verbindung mit Oxalatschichten im Trockenziehen optimale Ziehergebnisse erreicht werden. Die Größe dieser Geschwindigkeit steht in engem Zusammenhang mit der Temperatur, bei der das verwendete Schmiermittel plastisch verformbar zu werden beginnt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann allgemein angewandt werden zur Kaltverformung von zu verformenden, mit Metalloxalatschichten bedeckten Metallen. Das Verfahren ist also geeignet zur Kaltverformung der Metalle, auf denen solche Schichten aufgebracht werden können, beispielsweise Edelstahlen, Kupfer und seinen Legierungen, Chrom, Nickel und deren Legierungen, beispielsweise Chrom-Nickel-Legierungen, wie sie als Heizleiterdrähte Verwendung finden, beispielsweise Legierungen mit 8o°/o Chrom und 20'°/o Nickel.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Verfahren zum Kaltverformen mit Metalloxalatschichten bedeckter Metalle, z. B. Stahl, mit Hilfe eines Schmiermittels, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung unter Aus- Schluß von Wasser erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmiermittel fettsäurehaltige Produkte, insbesondere fettsaure Salze der Alkali-, Erdalkali- und/oder Schwermetalle verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel vor der Verformung trocken auf die ebenfalls gut getrocknete Metalloxalatschicht aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel auf die Oxalatschicht naß aufgebracht und gut getrocknet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das oxalierte Metall in eine Seifenlösung und anschließend in eine Lösung oder Aufschlämmung einer Verbindung getaucht wird, die schwer lösliche Seifen bilden kann und daß die aufgebrachte Seife getrocknet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oxalierte Metalloberfläche vor der Verformung in eine Seifenlösung getaucht wird, in der eine Metallseife, z. B. Kalziumseife, suspendiert ist und daß die aufgebrachte Seife getrocknet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oxalierte Metalloberfläche vor der Verformung in eine Kalziumhydroxyd-

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aufschlämmung getaucht und getrocknet und danach mit einem trockenen Schmiermittel, vorzugsweise einem fettsäurehaltigen Trockenschmiermittel verformt wird.
8. Verfahren nach Anspruch ι bis ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß mit Verformungsgeschwindigkeiten gearbeitet wird, bei denen das Schmiermittel bis kurz unter seinen Schmelzpunkt erhitzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Das Buch von W. Machu, »Nichtmetallische anorganische Überzüge«, Springer-Verlag, 1952, S. 159;,

Die Zeitschrift »Archiv für Metallkunde«, 1949, S.282;

Die Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1952, S. 395 bis 398;

deutsche Patentschrift Nr. 811 900.