DK143862B - Fremgangsmaade til behandling af vaerktoejer af staal - Google Patents

Description

(19) DANMARK

|j| (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT (11) 143862 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 786/73 (51) IntCI.3 C 23 C 9/00 (22) Indleveringsdag 1^·· feb. 1973 (24) Løbedag 14. feb. 1 973 (41) Aim. tilgængelig 15· aug. 1973 (44) Fremlagt 1 9 · okt. 1 981 (86) International ansøgning nr. -(86) International indleveringsdag -(85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 14. feb. 1972, 2101/72, CH

(71) Ansøger SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, 3965 Chippis, CH.

(72) Opfinder Peter Horst Pachleitner, CH: Alfred Wagner, DE.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Gierslng & Stellinger.

(54) Fremgangsmåde til behandling af værktøjer af stål.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til behandling af værktøjer af stål, fortrinsvis arbejdsflader på matricer til strengpresning af emner af aluminium eller af en aluminiumlegering.

Profiler, der består af aluminium eller en aluminiumlegering, fremstilles ved en kontinuerligt forløbende tildannelsesproces gående ud fra en pressebarre eller en pressebolt. Denne qq proces kendes inden for teknikken under betegnelsen strengpres- Λ4 ning.

^ Hertil anbringes en til en bestemt temperatur forvarmet bolt ΓΟ eller barre i en beholder, hvis udløbsende er tillukket med en ^ matrice forsynet med en til det ønskede profil svarende udsparing.

XL

□ 2 143862

Ved hjælp af et pressestempet påvirkes bolten eller barren med et tryk, der bringer materialet i beholderen i en plastisk tilstand og bringer materialet til at flyde ud gennem matricens udsparing under dannelse af profilet. En væsentlig del af de tekniske problemer ved en optimering af denne fremgangsmådes økonomi ligger i de forholdsregler, der skal træffes i forbindelse med matricen^ Teknisk ville en optimal fremgangsmådestyring uden vanskelighed være opnåelig, hvis pressehastigheden ikke var underkastet begrænsninger, og hvis der i de økonomiske overvejelser ikke skulle tages hensyn til værktøjernes holdbarhed.

Pressehastigheden er i det væsentlige begrænset af formen af det profil, der fremstilles, og af den fordrede overfladekvalitet under hensyntagen til den legering, der presses. Skal der f.eks. presses et hulprofil, må pressehastigheden indstilles således, at en sikker sammensvejsning af de af en bro på matricen dannede materialedelstrømme fra bolten tilsikres.

Pressehastighed og den af matricen optagne omdannelsesvarme står i en direkte sammenhæng med hinanden, hvorhos omformnings-varmen udøver en betragtelig indflydelse på presseemnets overfladekvalitet. Overstiger omformningsvarmen i matricen en øvre grænseværdi, bryder overfladen af det på profilet dannede oxidlag enten helt eller stedvis sammen, i det sidste tilfælde under dannelse af såkaldte "pins". Presseemner af denne art er derfor uegnede til forhøjede krav, f.eks. til en eloxal-kvalitet.

Allerede på den tid, da man begyndte at anvende denne teknologi, blev det erkendt, at pressehastighederne kun kan forøges til forbedring af fremstillingsfremgangsmådens effektivitet, når den som følge af en forøgelse af pressehastigheden kraftigere omdannelsesvarme ledes bort fra matricen, til hvilket formål der er blevet udviklet forskelligartede kølemidler og kølingsarter.

Til forbedring af fremgangsmådens økonomi blev der gjort store anstrengelser for at forbedre matricens holdetid, d.v.s. presseværktøjets holdetid. Efter at der ved udviklingen af termisk og mekanisk ekstremt belastbare værktøjsstål var opnået en optimering af holdetiden, gik man over til at efterbearbejde matricerne med mellemrum i deres samlede levetid, således at der ved anvendelse af særlige midler til forlængelse af intervallerne opnåedes en yderligere forbedring af matricernes brugstid. Et middel til forlgggelse af intervallerne er ved diffusion at indføre bestemte elementer i materialets arbejdsflader under dannelse 3 14386 2 af et hårdt slidfast lag. I teknikken er det således her udbredt at anvende den såkaldte overfladenitreringsprocea, hvor der under en ophedning ved diffusion indføres nitrogen i arbejdsfladen under dannelse af hårde, slidbestandige jernnitrider.

Efter et vist antal pressebolte bryder dette nitridlag sammen, hvilket rettidigt kan iagttages af en erfaren tekniker, der passer pressen. Dette betyder demontage af værktøjet fra strengpressen og fornyet overfladenitrering af matricens arbejde- eller løbeflader. Denne flere gange gentagelige arbejdsgang, indtil matricen er slidt op, er ikke tilfredsstillende, idet der til overfladenitreringen medgår et betydeligt energiopbud til transport af nitrogenet ind i arbejdsfladematerialet.

Som udvej herimod har man i mange år anvendt en belmgning af arbejdefladerne, som under fagbetegnelsen "microsealing" herer til almen viden. Hovedsagelig påføres der efter forudgående forberedelse af arbejdsfladerne ved rensning, affedtning og polering med : påfølgende honing på arbejdsfladerne et materialelag bestående af et fast smøremiddel, som kan indeholde yderligere seks metaller, sammen med et højtemperaturbestandigt uorganisk bindemiddel, som før presningens begyndelse bringes til hmrdning ved den alligevel nødvendige ophedning af matricen. Bringes matricen først i anvendelse efter lang tids forløb efter pålægningen af laget, hærder bindemidlet af sig selv i løbet af flere dage ved stuetemperatur-.

Som fast smøremiddel kommer f.eks. grafit i betragtning, i mange tilfælde fortrinsvis molybdændisulfid.

Midlet, som danner laget, påføres arbejdsfladerne fra en sprøjtepistol med en hastighed på omtrent 200 m/sek. På grund af den lette håndtering af sprøjtepistolen og på grund af det mindre energibehov udviser denne fremgangsmåde til overfladebehandling af arbejdsflader en fordel frem for overfladenitreringen. Denne forbedring i forhold til overfladenitreringen indebærer imidlertid en noget forkortet levetid med som følge heraf hyppigere lagpå-føringsoperationer inden for den samlede levetid, hvis økonomisk uheldige indflydelse dog mildnes noget ved, at "microseal"-belag-te værktøjer kan benyttes til højere pressehastigheder end de overfladenitrerede, hvilket skyldes microseal-lagets gode smøreevne. En sammenligning af alle økonomisk betydende faktorer giver dog microseal-belagte matricer et ikke ubetydeligt forspring trods den hyppigere lagpålægning.

143862 k

Dgt har ikke manglet på forsøg på at forlænge intervallet mellem to lagpålægningsoperationer eller med andre ord den delholdetid, som det efter denne proces fremstillede lag har i forhold til et lag fremstillet ved overfladenitrering. Herunder blev i henhold til teknikkens stade blandingsforholdet mellem metalliske og/eller ikke metalliske bestanddele varieret inden for vide grænser lige fra anvendelse af kulstof alene og til anvendelse af molybdændisulfid alene, uden at mærkbare fremskridt blev opnået .

Opfindelsen udgør en fortsættelse af disse anstrengelser til forlængelse af de den samlede levetid bestemmende bearbejdnings-intervaller, d.v.s. delholdbarhedstiderne for de lagovertrukne matricer, idet det overraskende viste sig, at når et arbejdsfla-demateriale omdannes ved en på en diffusionsproces beroende behandling, og når der derefter påføres et lag af metalliske materialer og/eller faste smøremidler på det omdannede arbejdsflademateriale ved hjælp af et bindemiddel, opstod der uventede intervalforlængelser mellem · to arbejdsfladebearbejdningsoperationer. Som det fremgår af de efterfølgende sammenligningseksempler, ligger de ifølge opfindelsen opnåede intervalforlængelser langt over, hvad der kan forventes ved summation af f.eks. nitreringen og lagpålægningen. Normalt skulle det forventes, at en forbedret delholdetid skulle svare til den ved hjælp af lagpålægning og nitrering opnåelige.

Det måtte forventes, at de forskellige pressehastigheder, som er opnåelige ved en lagpålægning og med en overfladenitrering, ville udelukke en forening af forholdsreglerne til hidførelse af det ved opfindelsen opnåede resultat. Dette udledes nemlig ud fra den forestilling, at man efter en vis pressetid, d.v.s. efter en vis gennempresning af pressebolte gennem matricen, skal nedsætte pressehastigheden, når det må forventes, at de ved microseal-processen fremstillede overfladelag er bortslidt.

Dette ville betyde en ekstra overvågning af presseprocessen under et interval. Under forsøgene blev det endvidere uventet fastslået, at denne betænkning ikke er rigtig, men at en matrice behandlet ifølge opfindelsen kan benyttes i den samlede delholdetid med en efter lagpålægningen indstillet pressehastighed, uden at der optræder beskadigelser af overfladen på presseemnet på grund af for kraftig omformningsvarme.

143862 5

For at de for den grove pressedrift nødvendige mekanisktekno logi ske egenskaber af matricematerialet skal bibeholdes, er det ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt, at kun et ydre lag af· en arbejdsøverflades materiale omdannes.

En hensigtsmæssig videre udformning af fremgangsmåden ifølge opfindelsen er karakteriseret ved, at arbejdsfladen omdannes ved hjælp af nitrogen. Nitriderne danner sig nåleformigt, og på grund af en vis ønskelig porøsitet danner dette nitridlag en gunstig forankring for det derfter ved hjælp af microseal-fremgangsmåden pålagte lag.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ikke begrænset til fremstilling af nitridlag. Med fordel er også et boridlag i stedet for et af nitrid bestående lag egnet til påføring af lag ved microseal-processen. Boridlag af denne art fremstilles hensigtsmæssigt efter pulverpakningsprincippet, idet der som borleverandør benyttes amorft bor, borcarbid og ferrobor i en egnet sammensætning. Lagdannelsen begunstiges, d.v.s. vækstprocessen frem-skyndes, når borleverandøren ikke anvendes i ren form, men med tilsætninger, såkaldte aktivatorer. Ved boreringen ligger behandlingstemperaturerne i nærheden af værktøjsstålets austenitiske område, og behandlingstiden andrager for lagtykkelser på 0,01 mm en til fem timer og kan til en lagtykkelse på 0,8 ram forlænges til 25 timer. Hårdheden af de således dannede borider ligger mellem HV 1600 og 3000 og ligger dermed væsentligt højere end for nitriderne. I et tilslebet tværsnit udviser det af boriderne dannede overfladelag en påfaldende god fortanding med grundmaterialet, og det tillader en god forbindelse med det ved microseal-processen påførte lag. Med fordel kan denne sandwich-lagpålægning bringes til anvendelse for vanskeligt presselige legeringer.

Særligt gode resultater med hensyn til delholdetiderne foreligger for matricer, der har været udsat for meget vanskeligt omformningsarbejde, når ifølge en yderligere fordelagtig udformning ifølge opfindelsen arbejdsfladernes materiale omdannes med en samtidig borering og overfladenitrering. Ved samtidig borering og overfladenitrering opstår den samme lagsammensætning som ved på hinanden følgende diffusionsprocesser, idet nemlig i det sidste tilfælde arbejdsfladematerialets yderste lag vil være omdannet til borider, da boret i modsætning til nitrogen har en lavere diffusionshastighed. Med borid-nitridlag bliver varmeledningen fra microseal-belægningen til det bærende materiale, altså værktøjs- 6 143662 stålet, ikke forringes. levrigt har det vist sig, at fordelene ved det superhårde boridlag i det væsentlige bibeholdes uindskrænket under den samlede levetid for denne belægning.

I det følgende er angivet eksempler, som tydeliggør fordelen ved arbejdsflader, der er behandlet ifølge opfindelsen:

Eksempel I (Sammenligningseksempel·) 1) Presset profil Rør yderdiameter 40 mm inderdiameter 30 mm 2) Presset materiale AlMgSi 0,5 3) Matricemateriale Varmarbejdsstål 2343 0,38 # C, 1 # Si, 0,4 # Mn, P og S maximalt 0,025 % 5,3 % Gr, 1,1 # Mo, 0,4 % Va, rest Fe 4) Nitreringslagtykkelse 5 /im

Microseal-lagtykkelse 0,0/im 5) Presseboltdimension 216 mm diameter, 820 mm lang 6) Beholderdimension 224 mm diameter

7) Pressebolttemperatur kj0°C

8) Temperatur af det fra 520 - 540°C

matricen udtrædende profil, målt 1,5 m efter matricemunden 9) Krævet overfladekvalitet Ruhedsdybde £ 8,5/fcun for profilet 10) Pressehastighed 18 - 20 m/min 11) Antal af gennem matri- 60 styk een førte pressebolte

Eksempel 11 (Sammenligningseksempel)

Svarer i alle angivelser til eksempel I, med undtagelse af: 4) Nitreringslagtykkelse 0,0/im

Microseal-lagtykkelse 2 /am 10) Pressehastighed 28 m/min 11) Antal af gennem matricen førte pressebolte 58 styk