EP0829528A2 - Graphitfreier Dornstangenschmierstoff - Google Patents
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- C10N2050/00—Form in which the lubricant is applied to the material being lubricated
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Definitions
- the invention relates to a lubricant for the hot forming of metals with at least one alkali metal phosphate and optionally additionally at least one phosphate of a divalent metal.
- Lubricants When processing metals, such as sheet metal or billets, in rolling or pressing systems, lubricants are required which ensure optimal sliding of the metal between the processing tools at high processing temperatures. Temperatures of 1100 to 1300 ° C can occur in the production of profile sheets or seamless tubes in rolling mills. If hard or difficult-to-deform metals are processed, the processing tools can wear out quickly. Lubricants are intended to reduce the frictional resistance between metal and tool to reduce wear to reduce the tools. The lubricants used must withstand high temperatures. Known lubricants can essentially be divided into graphite-containing and graphite-free lubricants.
- organic lubricants such as greases, oils or soaps are generally used.
- graphite is particularly heat-resistant and, in combination with mineral oils and inorganic salts, has particularly good lubricating properties.
- a disadvantage of graphite-containing lubricants is that the high carbon content causes carburization of the metal surface of the workpiece. Defective end products with poor further processing or material properties can result. The result is a high workpiece scrap.
- Another problem that is frequently observed with lubricants containing graphite is that spot welds occur between the tool and the workpiece. The tools in particular are severely attacked and the surface of the workpiece deteriorates.
- lubricants which can be both graphite and graphite-free, contain salts or salt mixtures that melt on the hot workpieces and form a lubricating separating layer between the workpiece and the tool.
- salts or salt mixtures that melt on the hot workpieces and form a lubricating separating layer between the workpiece and the tool.
- only certain salts are suitable for this, and some have such high melting temperatures that the lubricants are only fully operational when the operating temperature is reached. This is particularly disadvantageous, for example, when starting up the processing machines when the tools or workpieces are still cold.
- borax is used as a low-melting salt in conjunction with mineral oils.
- borax-containing lubricants it has been shown that with borax-containing lubricants, the tool and workpiece can stick together, so that damage to the tools occurs or the machines come to a standstill.
- borax-containing lubricants adversely affect the metal surface of the tool or workpiece.
- lubricants use raw table salt, which, however, leads to material removal and material application elsewhere on the workpiece and thus leads to scoring.
- Another group of high-temperature lubricants contains alkali phosphate glasses or silicate glasses with various additives, such as boron or aluminum. This lubricant have good lubricating properties, but are poorly water-soluble, which makes their removal from the machined workpiece considerably more difficult and requires a high level of technical complexity.
- DE 24 30 249 describes a high-temperature lubricant for the hot deformation of metals based on a phosphate borate glass with alkali metal, alkaline earth metal and heavy metal phosphates and borates, lubrication-improving additives such as zinc sulfide, calcium fluoride, sodium fluoride, graphite, sodium chloride and sodium-zinc polyphosphate, a stabilizing agent and a binder.
- the lubricant contains an organic blowing agent based on cellulose, starch, synthetic resin or oil, which decomposes at higher temperatures and creates a gas separation layer between the workpiece and the tool in addition to the lubricating separation layer.
- the blowing agent achieves a significantly improved lubricating effect.
- the lubricant described in DE 24 30 249 has the disadvantages of the above-described graphite-containing and borax-containing lubricants.
- the decomposition of the organic blowing agent produces a considerable amount of carbon, which causes the metal surface of the workpiece to carburize.
- the proportion of water-insoluble salts and oxides complicates the later removal of the lubricant from the machined workpiece.
- DE 14 44 794 describes an inorganic high-temperature lubricant consisting of a mixture of sodium and potassium phosphates, which additionally contains one or more divalent metals, in particular magnesium, zinc or manganese. Since the lubricant from DE 14 44 794 contains no carbon, carburization does not occur on the machined metal surface, but it has poorer lubricating properties than many other known lubricants.
- the object of the present invention is to provide a high-temperature lubricant which has improved lubrication properties compared to the prior art and at the same time does not attack the workpiece and the tool, or does so less than known lubricants.
- a lubricant with at least one alkali metal phosphate which contains at least one additive which forms a gas when heated.
- the gas-forming additive is expediently inorganic and preferably contains at least one inorganic carbonate.
- a particular advantage of the high temperature lubricant of the present invention over known graphite containing lubricants is that it contains little or no carbon. At an elevated temperature, the additive contained decomposes spontaneously and, in addition to the phosphate melt, forms a gas separation layer between the workpiece and the tool, which significantly improves the lubricating effect. It is therefore not necessary, as before, to use graphite as an additional lubricant to improve the high-temperature properties of the lubricant. Carburization of the metal surface of the workpiece, as known from graphite-containing lubricants, does not occur with the lubricant of the present invention.
- the gas-forming additive has organic anions, such as oxalate, the carbon content of the lubricant during the thermal decomposition of the additive is still so low that carburization does not occur even then.
- organic anions such as oxalate
- Another advantage of the lubricant of the present invention is the high temperature range in which the lubricant is in the liquid state. It starts to melt at 200 to 250 ° C and is available as a clear melt from 500 ° C. This ensures good lubrication properties even at low temperatures, such as those that occur when the machine tools start up.
- a particularly advantageous property of the lubricant of the present invention is its descaling effect.
- the composition of the lubricant has the property of loosening scale on the metal surface of the workpiece, thereby removing it and thus providing improved end products.
- One advantage of the present lubricant which is particularly useful when machining workpieces that are difficult to access, such as seamless pipes, is the good water solubility of the lubricant. After the workpiece has been machined, the lubricant can be washed off without great technical effort, without any lubricant residues remaining.
- the gas-forming additive contains at least one carbonate of at least one divalent metal, preferably an alkaline earth metal.
- the use of is particularly useful Calcium carbonate as a gas-forming additive.
- Calcium carbonate causes the formation of a gas cushion between the tool and the workpiece during the mechanical processing of a workpiece, which greatly reduces the force required for the intended forming.
- Calcium carbonate is also very soft and has good polishing properties when solid. Undecomposed portions of calcium carbonate thus have additional separating properties, which further improve the separating capacity of the phosphate melt and further reduce the frictional resistance between the workpiece and the tool.
- the polishing properties of the solid calcium carbonate smooth the surface of the workpiece without sanding it and without creating scratches and scratches. This is particularly advantageous at the start of the machining process of the workpiece, since scale particles are loosened and mechanically removed.
- the gas-forming additive is expediently present in the lubricant of the present invention as a powder, preferably with a grain size of 2 to 50 ⁇ m, particularly preferably with a grain size of 2 to 30 ⁇ m.
- This special choice of grain size has proven to be very useful since it has a particularly favorable influence on the thermal decomposition properties and the polishing effect of the gas-forming additive.
- the gas-forming additive is contained in the lubricant in an amount of 5 to 50% by weight, preferably 20 to 40% by weight, particularly preferably 25 to 30% by weight.
- the amount of gas-forming additive depends essentially on the processing process, the processing temperature and the material to be processed.
- the lubricant contains a phosphate mixture, corresponding to 55 to 69% by weight of P 2 O 5 , 14 to 45% by weight of Na 2 O, 5 to 27% by weight of K 2 O.0 up to 10% by weight MO, where M is a divalent metal, preferably zinc, manganese and / or magnesium. It is particularly suitable if the proportion of MO corresponds to 0 to 5% by weight.
- a phosphate mixture has all the desired properties, such as water solubility and a low melting point of 200 to 250 ° C, if the phosphates are used as monophosphates.
- the phosphates in the melt are mainly in the form of diphosphates in addition to mono- and higher-condensed phosphates. At about 500 ° C a clear melt with excellent lubricating properties is formed.
- divalent metals in particular magnesium, zinc or manganese.
- the addition of divalent metals increases the adhesion of the lubricant on the metal surfaces to be machined.
- the divalent metals are also expediently added to the mixture as phosphates. Trivalent metals can advantageously also be present, but because of their poor solubility these should only be present in small amounts, ie below 1%, preferably below 0.2%.
- lubricant of the present invention additionally contains 1 to 10% by weight of solid lubricants, preferably 1 to 5% by weight, based on the weight of the gas-forming additive.
- Zinc pyrophosphate, iron pyrophosphate and / or boron nitrite are preferably used as solid lubricants.
- the lubricant of the present invention is conveniently used by applying the mixture in powder form to the tool or workpiece.
- the powder can also be suspended in water and the surfaces to be lubricated can be coated or sprayed with it.
- Other forms of application, such as powder compacts or lubricating pins, are possible and appropriate depending on the application. It is also particularly favorable to immerse the workpiece or the tool in the lubricant mixture when it is hot or to roll it off in order to achieve a coating.
- the lubricant of the present invention has proven to be particularly suitable for use in planetary cross-rolling mills or in other longitudinal rolling processes, for example for the production of seamless tubes.
- a perforated block slug
- the die is reduced in diameter, it moves axially in the rolling direction.
- the lubricant according to the invention was applied before the mandrel rod was threaded in by blowing the powdered lubricant into the perforated hole using a suitable device.
- a significant acceleration of the rolling process was achieved by using the lubricant according to the invention.
- a significant reduction in the carburization of the material was achieved, especially on the inner surfaces of the rolled tubes. This worked out Particularly noticeable when the pipes should be deformed further, because the embrittlement of the material surface caused by the carburization led to cracking and roughening of the material surface with further deformations and made such workpieces unusable.
- the lubricants according to the invention were distinguished in that less force was required by the tool when the perforated blanks were formed into seamless tubes than with the graphite-containing lubricant.
- the hydroxyethyl cellulose serves as an organic-based thickener. It advantageously delays that sedimentation of calcium carbonate in the aqueous suspension.
- hydroxy cellulose other alkyl celluloses, alginates, polysaccharides or mixtures thereof are also suitable.
- the mixture described When compared to the lubricants from Example 1, the mixture described was distinguished by a higher viscosity and thus lower flowability. This resulted in a particularly good adhesion to the surfaces to be machined and a lower outflow of molten lubricant from the spaces between the workpiece and the tool.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Schmiermittel für die Heißverformung von Metallen mitwenigstens einem Alkalimetallphosphat und gegebenenfalls zusätzlich wenigstens einem Phosphat eines zweiwertigen Metalles.
- Bei der Bearbeitung von Metallen, wie beispielsweise Blechen oder Luppen, in Walz- oder Preßanlagen werden Schmiermittel benötigt, die bei hohen Verarbeitungstemperaturen ein optimales Gleiten des Metalles zwischen den Bearbeitungswerkzeugen gewährleisten. Bei der Herstellung von Profilblechen oder nahtlosen Rohren in Walzanlagen können dabei Temperaturen von 1100 bis 1300 °C auftreten. Werden harte oder schwer verformbare Metalle verarbeitet, so kann es zu einem schnellen Verschleiß der Bearbeitungswerkzeuge kommen. Schmiermittel sollen dabei den Reibungswiderstand zwischen Metall und Werkzeug herabsetzen, um die Abnutzung der Werkzeuge zu verringern. Die verwendeten Schmiermittel müssen dabei hohen Temperaturen standhalten. Bekannte Schmiermittel lassen sich im wesentlichen in graphithaltige und graphitfreie Schmiermittel unterteilen.
- Für die Bearbeitung von Metallen bei niedrigen Temperaturen verwendet man im allgemeinen organische Schmiermittel wie Fette, Öle oder Seifen. Zur Verbesserung ihrer Eigenschaften bei hohen Temperaturen ist man dazu übergegangen, diesen Schmiermitteln Graphit zuzusetzen. Graphit ist besonders hitzebeständig und weist in Kombination mit Mineralölen und anorganischen Salzen besonders gute Schmiereigenschaften auf. Ein Nachteil graphithaltiger Schmiermittel besteht darin, daß es aufgrund des hohen Kohlenstoffanteils zu Aufkohlungen der Metalloberfläche des Werkstückes kommt. Dabei können mangelhafte Endprodukte mit schlechten Weiterverarbeitungs- oder Materialeigenschaften entstehen. Ein hoher Werkstückausschuß ist die Folge. Ein weiteres Problem, das häufig mit graphithaltigen Schmiermitteln beobachtet wird, ist, daß zwischen Werkzeug und Werkstück punktuelle Verschweißungen auftreten. Dabei werden vor allem die Werkzeuge stark angegriffen und wird die Oberfläche des Werkstückes verschlechtert.
- Andere Schmiermittel, die sowohl graphithaltig als auch graphitfrei sein können, enthalten Salze oder Salzgemische, die auf den heißen Werkstücken schmelzen und durch die Schmelze eine schmierende Trennschicht zwischen Werkstück und Werkzeug bilden. Hierfür eignen sich jedoch nur bestimmte Salze, und einige besitzen so hohe Schmelztemperaturen, daß die Schmiermittel erst bei erreichter Betriebstemperatur voll einsatzfähig sind. Besonders nachteilig ist dies beispielsweise beim Anlaufen der Bearbeitungsmaschinen, wenn die Werkzeuge bzw. Werkstücke noch kalt sind. In einigen Schmiermitteln wird Borax als niedrigschmelzendes Salz in Verbindung mit Mineralölen verwendet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es bei boraxhaltigen Schmiermitteln zu einem Verkleben von Werkzeug und Werkstück kommen kann, so daß Beschädigungen der Werkzeuge auftreten oder die Maschinen zum Stillstand kommen. Weiterhin greifen boraxhaltige Schmiermittel nachteilig die Metalloberfläche von Werkzeug oder Werkstück an.
- Weitere bekannte Schmiermittel verwenden Rohkochsalz, was jedoch beim Werkstück zu Materialabtragungen und Materialauftragungen an anderer Stelle und damit zur Riefenbildung führt. Auch wasserlösliche Schmiermittel auf der Basis von Alkaliphosphaten und Alkaliboraten, die auch im Gemisch mit verschiedenen Metalloxiden, wie Zinkoxid oder Eisenoxid, verwendet werden, greifen die Oberfläche des zu bearbeitenden Metalles an.
- Eine weitere Gruppe von Hochtemperaturschmiermitteln enthält Alkaliphosphatgläser oder Silikatgläser mit verschiedenen Zusatzstoffen, wie Bor oder Aluminium. Diese Schmiermittel weisen gute Schmiereigenschaften auf, sind jedoch schlecht wasserlöslich, was ihre Entfernung vom bearbeiteten Werkstück erheblich erschwert und einen hohen technischen Aufwand erfordert.
- Die DE 24 30 249 beschreibt einen Hochtemperaturschmierstoff für die Heißverformung von Metallen auf der Basis eines Phosphatboratglases mit Alkali-, Erdalkali- und Schwermetallphosphaten und -boraten, die Schmierung verbessernden Zusatzstoffen, wie Zinksulfid, Calciumfluorid, Natriumfluorid, Graphit, Natriumchlorid und Natrium-Zink-polyphosphat, einem Stabilisierungsmittel und einem Bindemittel. Zusätzlich enthält das Schmiermittel ein organisches Treibmittel auf der Basis von Cellulose, Stärke, Kunstharz oder Öl, das sich bei höheren Temperaturen zersetzt und zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug zusätzlich zu der Schmiertrennschicht eine Gastrennschicht erzeugt. Gegenüber den obengenannten Schmiermitteln wird durch das Treibmittel eine erheblich verbesserte Schmierwirkung erzielt. Das In der DE 24 30 249 beschriebene Schmiermittel weist jedoch die Nachteile der oben beschriebenen graphithaltigen und boraxhaltigen Schmiermittel auf. Zusätzlich zu dem als Schmierstoff zugesetzten Graphit entsteht bei der Zersetzung des organischen Treibmittels eine erhebliche Menge an Kohlenstoff, der eine Aufkohlung der Metalloberfläche des Werkstücks bewirkt. Zudem erschwert der Anteil wasserunlöslicher Salze und Oxide die spätere Entfernung des Schmiermittels von dem bearbeiteten Werkstück.
- Die DE 14 44 794 beschreibt ein anorganisches Hochtemperaturschmiermittel, bestehend aus einem Gemisch aus Natrium- und Kaliumphosphaten, das zusätzlich ein oder mehrere zweiwertige Metalle, insbesondere Magnesium, Zink oder Mangan, enthält. Da das Schmiermittel aus der DE 14 44 794 keinen Kohlenstoff enthält, kommt es auch nicht zur Aufkohlung an der bearbeiteten Metalloberfläche, jedoch weist es schlechtere Schmiereigenschaften als viele andere bekannte Schmiermittel auf.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Hochtemperaturschmiermittel zu liefern, das gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Schmiereigenschaften aufweist und gleichzeitig das Werkstück und das Werkzeug nicht oder geringer als bekannte Schmiermittel angreift.
- Diese Aufgabe wird durch ein Schmiermittel mit wenigstens einem Alkalimetallphosphat gelöst, das wenigstens einen beim Erwärmen gasbildenden Zusatzstoff enthält.
- Zweckmäßigerweise ist der gasbildende Zusatzstoff anorganisch und enthält bevorzugt wenigstens ein anorganisches Carbonat.
- Ein besonderer Vorteil des Hochtemperaturschmiermittels der vorliegenden Erfindung gegenüber bekannten, graphithaltigen Schmiermitteln liegt darin, daß es keinen oder nur sehr wenig Kohlenstoff enthält. Bei erhöhter Temperatur zersetzt sich der enthaltene Zusatzstoff spontan und bildet zusätzlich zu der Phosphatschmelze zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug eine Gastrennschicht, die die Schmierwirkung erheblich verbessert. Es ist daher auch nicht erforderlich, wie bisher Graphit als zusätzlichen Schmierstoff zur Verbesserung der Hochtemperatureigenschaften des Schmiermittels einzusetzen. Aufkohlungen der Metalloberfläche des Werkstücks, wie sie von graphithaltigen Schmiermitteln bekannt sind, treten beim Schmiermittel der vorliegenden Erfindung nicht auf. Weist der gasbildende Zusatzstoff organische Anionen auf, wie beispielsweise Oxalat, so ist der Kohlenstoffgehalt des Schmiermittels bei der thermischen Zersetzung des Zusatzstoffes trotzdem so gering, daß auch dann Aufkohlungen nicht auftreten. Die meisten kohlenstoffhaltigen Anionen, wie auch das bevorzugt verwendete anorganische Carbonat, aber auch einige organische Anionen, bilden bei der thermischen Zersetzung als kohlenstoffhaltiges Reaktionsprodukt unreaktives Kohlendioxid, so daß Kohlenstoff in freier Form erst gar nicht entsteht.
- Ein weiterer Vorteil des Schmiermittels der vorliegenden Erfindung ist der hohe Temperaturbereich, in dem das Schmiermittel im flüssigen Zustand vorliegt. Es beginnt schon bei 200 bis 250 °C zu schmelzen und liegt ab 500°C als klare Schmelze vor. Dadurch werden schon bei niedrigen Temperaturen, wie sie beispielsweise beim Anlaufen der Bearbeitungsmaschinen auftreten, gute Schmiereigenschaften gewährleistet.
- Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft des Schmiermittels der vorliegenden Erfindung ist dessen entzundernde Wirkung. Die Zusammensetzung des Schmiermittels hat die Eigenschaft, auf der Metalloberfläche des Werkstücks vorhandenen Zunder gut zu lösen, diesen dadurch zu entfernen und somit verbesserte Endprodukte zu liefern.
- Ein Vorteil des vorliegenden Schmiermittels, der besonders bei der Bearbeitung schwer zugänglicher Werkstücke, wie beispielsweise nahtloser Rohre, zum Tragen kommt, ist die gute Wasserlöslichkeit des Schmiermittels. Nach der Bearbeitung des Werkstücks kann das Schmiermittel ohne großen technischen Aufwand abgewaschen werden, ohne daß Schmiermittelrückstände zurückbleiben.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Schmiermittels der vorliegenden Erfindung enthält der gasbildende Zusatzstoff wenigstens ein Carbonat wenigstens eines zweiwertigen Metalles, vorzugsweise eines Erdalkalimetalles. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung von Calciumcarbonat als gasbildendem Zusatzstoff.
- Calciumcarbonat bewirkt bei der mechanischen Bearbeitung eines Werkstückes die Ausbildung eines Gaspolsters zwischen Werkzeug und Werkstück, wodurch der Kraftbedarf für die beabsichtigte Umformung stark vermindert wird. Zudem ist Calciumcarbonat sehr weich und besitzt im festen Zustand gute Poliereigenschaften. Unzersetzte Anteile von Calciumcarbonat haben somit zusätzliche Trenneigenschaften, die das Trennvermögen der Phosphatschmelze noch einmal verbessern und den Reibungswiderstand zwischen Werkstück und Werkzeug weiter herabsetzen. Durch die Poliereigenschaften des festen Calciumcarbonats wird die Oberfläche des Werkstücks geglättet, ohne diese zu schmirgeln und ohne daß dabei Riefen und Kratzer entstehen. Dies ist besonders vorteilhaft zu Beginn des Bearbeitungsprozesses des Werkstücks, da so Zunderpartikel gelockert und mechanisch entfernt werden.
- Zweckmäßigerweise ist der gasbildende Zusatzstoff in dem Schmiermittel der vorliegenden Erfindung als Pulver, vorzugsweise mit einer Korngröße von 2 bis 50 µm, besonders bevorzugt mit einer Korngröße von 2 bis 30 µm, enthalten. Diese spezielle Auswahl der Korngröße hat sich als sehr zweckmäßig erwiesen, da sie die thermischen Zersetzungseigenschaften und die polierende Wirkung des gasbildenden Zusatzstoffes besonders günstig beeinflußt.
- Besonders günstig ist es, wenn der gasbildende Zusatzstoff in dem Schmiermittel in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 25 bis 30 Gew.-%, enthalten ist. Die Menge des gasbildenden Zusatzstoffes hängt dabei wesentlich vom Bearbeitungsprozeß, der Bearbeitungstemperatur und dem zu bearbeitenden Material ab.
- Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Schmiermittel ein Phosphatgemisch, entsprechend 55 bis 69 Gew.-% P2O5, 14 bis 45 Gew.-% Na2O, 5 bis 27 Gew.-% K2O, 0 bis 10 Gew.-% MO, wobei M ein zweiwertiges Metall, vorzugsweise Zink, Mangan und/oder Magnesium ist. Besonders geeignet ist es, wenn der Anteil von MO 0 bis 5 Gew.-% entspricht. Ein solches Phosphatgemisch besitzt alle gewünschten Eigenschaften, wie Wasserlöslichkeit und einen niedrigen Schmelzpunkt von 200 bis 250°C, wenn man die Phosphate als Monophosphate einsetzt. Bis etwa 400 °C liegen die Phosphate in der Schmelze neben Mono- und höher kondensierten Phosphaten hauptsächlich als Diphosphate vor. Bei etwa 500 °C bildet sich eine klare Schmelze mit ausgezeichneten Schmiereigenschaften. Für höhere Temperaturen hat sich als zweckmäßig erwiesen, geringe Mengen des Natriums und/oder Kaliums durch äquivalente Mengen eines oder mehrerer zweiwertiger Metalle, insbesondere Magnesium, Zink oder Mangan, zu ersetzen. Die Zugabe zweiwertiger Metalle erhöht die Haftung des Schmiermittels an den zu bearbeitenden Metalloberflächen. Zweckmäßig werden auch die zweiwertigen Metalle als Phosphate dem Gemisch zugesetzt. Günstigerweise können auch dreiwertige Metalle enthalten sein, jedoch sollten diese wegen ihrer Schwerlöslichkeit nur in geringen Mengen, d. h. unter 1 %, vorzugsweise unter 0,2 %, vorliegen.
- Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Schmiermittels der vorliegenden Erfindung enthält zusätzlich 1 bis 10 Gew.-% Festschmierstoffe, bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gasbildenden Zusatzstoffes. Vorzugsweise verwendet man als Festschmierstoffe Zinkpyrophosphat, Eisenpyrophosphat und/oder Bornitrit.
- Die Verwendung des Schmiermittels der vorliegenden Erfindung erfolgt zweckmäßigerweise durch Aufbringen des Gemisches in Pulverform auf das Werkzeug oder das Werkstück. Um eine besonders gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels zu erreichen, kann das Pulver auch in Wasser suspendiert und die zu schmierenden Flächen damit bestrichen oder besprüht werden. Es ist jedoch auch möglich, die zu bearbeitenden Werkstücke in einem Schmelzbad des Schmiermittels zu erhitzten und anschließend zu bearbeiten. Andere Anwendungsformen, wie beispielsweise Pulverpreßlinge oder Schmierstifte, sind möglich und je nach Anwendung zweckmäßig. Besonders günstig ist es auch, das Werkstück oder das Werkzeug im heißen Zustand in das Schmiermittelgemisch einzutauchen oder darin abzurollen und so eine Beschichtung zu erreichen.
- Als besonders geeignet hat sich das Schmiermittel der vorliegenden Erfindung bei der Anwendung in Planetenschrägwalzwerken oder bei anderen Längswalzprozessen, beispielsweise zur Herstellung nahtloser Rohre, erwiesen. Bei der Herstellung solcher Rohre wird beispielsweise ein gelochter Block (Luppe) zusammen mit einer Dornstange in ein Planetenschrägwalzwerk eingeschoben. Während die Luppe im Durchmesser reduziert wird, bewegt sie sich axial in Walzrichtung. Durch die Anwendung des Schmiermittels der vorliegenden Erfindung wurde bei diesem Prozeß der Kraftbedarf für die Umformung des metallischen Werkstücks erheblich vermindert und die anschließende Reinigung des entstandenen Produkts erleichtert, da dieses lediglich mit Wasser ausgespült werden mußte. Der Auftrag des erfindungsgemäßen Schmierstoffes erfolgte vor dem Einfädeln der Dornstange durch Einblasen des pulverförmigen Schmierstoffes in die gelochte Luppe mittels einer geeigneten Vorrichtung. Gegenüber herkömmlichen Schmiermitteln wurde durch Verwendung des erfindungsgemäßen Schmiermittels eine deutliche Beschleunigung des Walzverfahrens erreicht. Im Vergleich zu graphithaltigen oder anderen kohlenstoffhaltigen Schmierstoffen wurde eine erhebliche Verminderung der Aufkohlung des Werkstoffes, besonders an den Innenflächen der gewalzten Rohre, erwirkt. Dies machte sich besonders dann bemerkbar, wenn die Rohre weiter verformt werden sollten, da die durch die Aufkohlung hervorgerufene Versprödung der Werkstoffoberfläche bei weiteren Verformungen zu Rißbildungen und Aufrauhungen der Werkstoffoberfläche führte und solche Werkstücke unbrauchbar machte.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
- Es wurden Hochtemperaturschmiermittel aus
- a) 50 Teilen Calciumcarbonat und
50 Teilen eines Phosphatgemisches, - b) 25 Teilen Calciumcarbonat und
75 Teilen eines Phosphatgemisches, - c) 5 Teilen Calciumcarbonat und
95 Teilen eines Phosphatgemisches - 60 Gew.-% P2O5,
- 20 Gew.-% Na2O,
- 11 Gew.-% K2O,
- 3 Gew.-% ZnO
- 3 Gew.-% MnO
- 3 Gew.-% MgO
- Diese erfindungsgemäßen Gemische wurden bei der Herstellung nahtloser Rohre in einem Planetenschrägwalzwerk mit drei kegeligen Walzen in stark konvergenter Anordnung verwendet. Sowohl die für die Herstellung der Rohre verwendete Dornstange als auch die heiße Luppe wurden vor dem Einfädeln der Dornstange in die gelochte Luppe mit den erfindungsgemäßen Schmiermitteln behandelt.
- Zum Vergleich wurde das gleiche Verfahren mit einem bekannten graphithaltigen Hochtemperaturschmiermittel durchgeführt.
- Zusammensetzung des Vergleichsschmierstoffes:
- 85 Teile Graphit
- 10 Teile Vinylacetat-maleinsäurebutylester (Mowilith-Typ, Hoechst)
- 5 Teile Hydroxyethylzellulose (Tylose, Hoechst)
Der Vergleichsschmierstoff wurde als wäßrige Suspension der vorgenannten Zusammensetzung in einer Konzentration von 25 bis 30 Gew.-% angewendet. - Im Anschluß wurden die gewalzten Rohre zu Rohrbogen weiterverformt und die mechanischen Eigenschaften der bearbeiteten Werkstoffe verglichen. Bei Verwendung des graphithaltigen Schmiermittels trat durch Aufkohlung aufgrund des hohen Graphitanteils hervorgerufene Versprödung der Werkstoffoberfläche auf, die bei der Verformung und mechanischen Nachbehandlung, wie Ziehen und Kaltpilgern, zu Rißbildungen und Aufrauhungen an dem Material führte. Das Werkstück mußte verworfen werden.
- Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schmiermittel traten keine Aufkohlungen auf und es waren weder Risse noch Versprödungen oder Aufrauhungen zu erkennen.
- Zusätzlich zeichneten sich die erfindungsgemäße Schmiermittel dadurch aus, daß bei der Umformung der gelochten Luppen zu nahtlosen Rohren ein geringerer Kraftaufwand durch das Werkzeug erforderlich war, als mit dem graphithaltigen Schmiermittel.
- Es wurde ein Hochtemperaturschmiermittel aus
- 10 Teilen Calciumcarbonat,
- 85 Teilen eines Phosphatgemisches, entsprechend dem aus Beispiel 1, und
- 5 Teilen Hydroxyethylzellulose hergestellt
- Die Hydroxyethylzellulose dient als Verdicker auf organischer Basis. Sie verzögert das vorteilhaft das Sedimentieren des Calciumcarbonats in der wässrigen Suspension. Anstelle von Hydroxyzellulose sind auch andere Alkylzellulosen, Alginate, Polysaccharide oder Gemische davon geeignet.
- Das beschriebene Gemisch zeichnete sich bei der Verwendung gegenüber den Schmiermitteln aus Beispiel 1 durch eine höhere Viskosität und damit geringere Fließfähigkeit aus. Dies bewirkte eine besonders gute Haftung auf den zu bearbeitenden Oberflächen und einen geringeren Abfluß von geschmolzenem Schmiermittel aus den Zwischenräumen zwischen Werkstück und Werkzeug.
Claims (13)
- Schmiermittel für die Heißverformung von Metallen mit wenigstens einem Alkalimetallphosphat und gegebenenfalls zusätzlich wenigstens einem Phosphat eines zweiwertigen Metalles, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein beim Erwärmen gasbildender Zusatzstoff enthalten ist.
- Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gasbildende Zusatzstoff anorganisch ist.
- Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als gasbildenden Zusatzstoff wenigstens ein anorganisches Carbonat enthält.
- Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als gasbildenden Zusatzstoff wenigstens ein Carbonat wenigstens eines zweiwertigen Metalles, vorzugsweise eines Erdalkalimetalles, enthält.
- Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als gasbildenden Zusatzstoff Calciumcarbonat enthält.
- Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gasbildende Zusatzstoff als Pulver, vorzugsweise mit einer Korngröße von 2 bis 50 µm, besonders bevorzugt mit einer Korngröße von 2 bis 30 µm, enthalten ist.
- Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es den gasbildenden Zusatzstoff in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 25 bis 30 Gew.-%, enthält.
- Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Phosphatgemisch entsprechend55 bis 69 Gew.-% P2O5,14 bis 35 Gew.-% Na2O,5 bis 27 Gew.-% K2O,0 bis 10 Gew.-% MOwobei M ein zweiwertiges Metall, vorzugsweise Zink, Mangan und/oder Magnesium, ist, enthält.
- Schmiermittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von MO 0 bis 5 Gew.-% entspricht.
- Schmiermittel nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphatgemisch in einer Menge von 50 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 75 Gew.-%, enthalten ist.
- Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich 1 bis 10 Gew.-% Festschmierstoffe, bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gasbildenden Zusatzstoffes enthalten sind, vorzugsweise Zinkpyrophosphat, Eisenpyrophosphat und/oder Bornitrit.
- Verwendung eines Schmiermittels nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für die Heißverformung von Metallen in einem Walzwerk.
- Verwendung eines Schmiermittels nach Anspruch 12, zum Schmieren von Dornstangen und/oder Luppen.
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