NO141786B - Fremgangsmaate ved koldbearbeiding av rustfritt staal - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved koldbearbeiding av rustfritt stål, og nærmere bestemt en fremgangsmåte for trådtrekning og koldsmiing av sådant stål.

Fremgangsmåter ved koldbearbeiding av rustfritt stål, og særlig for trådtrekning og koldsmiing av dette material, er spesielt vanskelige å gjennomføre idet de krever anvendelse av treknings- og smiverktøy, nemlig henholdsvis trekkjern og matriser, av wolframkarbid.

Rustfritt stål hefter seg meget lett til karbidet på grunn

av at det dannes mikrosveiser, og for å forebygge denne ved-heftning, som kan finne sted meget raskt, er det nødvendig med smøring. Da de smøremidler som for tiden anvendes for dette formål, særlig kalsium- og sinkstearater, ikke hefter seg til rustfritt stål, er det nødvendig at stålet først overtrekkes for å kunne fastholde og trekke med seg nevnte smøremidler.

Overtrekksmetoder, slik som forkobring, fosfatering, oksalatering, kalkbehandling og forblying, anvendes ved fremstilling av "maskintråder" av rustfritt stål som er frembrakt ved varmvalsing og anvendes ved koldbearbeidingsprosesser, men disse metoder gjør det ikke mulig å gjennomføre de etter-følgende trådtrekkings- eller koldsmiingsoperasjoner under særlig tilfredsstillende betingelser, nemlig fordi de opp-nådde overtrekk enten er dyre, slik som ved forkobring,

skjøre, slik som ved fosfatering, eller farlige, slik som ved forblying.

Videre må de rustfrie ståltråder som er overflatebehandlet

ved de ovenfor nevnte prosesser, etter et lite antall passasjer gjennom verktøyene befries for overtrekket, som allerede er blitt ineffektivt og har vært gjenstand for anløping, og det må da foretas en ytterligere overflate-behandling for å kunne fortsette fremstillingsprosessen;

hvilket fører til meget dyre anlegg og behandlingsprosesser.

Det er også i og for seg kjent å anvende smøremidler som inneholder karbonfluorider ved koldbearbeiding av rustfritt stål. Tysk offentliggjørelsesskrift nr. 2.016.040 angir således et smøremiddel som består av et basismaterial som kan være olje eller fett, og karbonfluorid med den generelle formel (CF) n. Dette smøremiddel har imidlertid for dårlig hefteevnetil den metallflate som skal smøres og er således ikke tilfredsstillende for det foreliggende formål.

Videre er det fra tidsskriftet "Wire" for november 1963,

sidene 1696 - 1700 samt 1755 og 1756, kjent å benytte tetra-fluoretylen-polymer som smøremiddel ved trekking av rustfritt stål. Dette material har den ulempe at det som belegg på trukkede tråder vanskelig kan fjernes, hverken kjemisk (på

grunn av materialets svake kjemiske aktivitet) eller mekanisk

(på grunn av forurensning av slipemiddelet). PTFE kan

eventuelt anvendes ved trådtrekning av rustfritt stål, men neppe ved koldsmiing etterfulgt av ekstrudering, idet PTFE belegget da vil bli revet istykker..

Ved studium av karbonfluider har man imidlertid i henhold til oppfinnelsen kommet frem til et produkt med formelen CF^,

hvori det anvendte karbon til fremstillingssyntesen foreligger som naturlig grafitt, kunstig grafitt, aktivert karbon eller koks, og x er et tall mellom 0,4 og 1,1. Disse derivater,

hvis smørende egenskaper i og for seg er kjent, har overraskende vist seg, til forskjell fra andre smøremidler, å ha den spesi-elle egenskap at de hefter seg til rustfritt "maskinstål",

som ikke er varmvalset og bare har vært gjenstand for en over-flatebehandling av meget kort varighet. Disse smøremidler gjør det mulig å kontinuerlig gjennomføre de tallrike mekaniske operasjoner som det er nødvendig å utføre på et metall for å oppnå

det ønskede sluttprodukt, uten at man behøver å gjennomføre de kostbare mellomliggende renseprosesser og gjentatte over-flatebehandlinger av vedkommende tråder, hvilket er uunngåelig ved de hittil kjente fremgangsmåter.

Oppfinnelsen gjelder således en fremgangsmåte ved koldbearbeiding av rustfritt stål i nærvær av et smøremiddel som inneholder karbonfluorider, idet fremgangsmåtens særtrekk i henhold til oppfinnelsen består i at det anvendes et tørt smøremiddel som inneholder eller består av et karbonfluorid med formelen CF^, hvori det karbon som anvendes i fremstillingssyntesen utgjøres av naturlig grafitt, kunstig grafitt, koks eller aktivisert karbon, mens x ligger mellom 0,4 og 1,1.

Anvendelse av sådant CF , enten alene eller blandet med faste

x

smøremidler som tidligere er kjent for anvendelse ved koldbearbeiding av rustfritt stål, og særlig kalsiumstearat og sinkstearat, som smøremiddel i den såkalte "såpeboks" som er anbrakt foran første trekkjern samt foran et begrenset antall av trekkjernene i de senere trekningstrinn, har gjort det mulig å foreta koldbearbeiding av rustfrie ståltråder som kun har vært gjenstand for en meget begrenset forut-

gående behandling, hvilket i betraktelig grad reduserer mengden av spillmaterial under produksjon.

Ved oppfinnelsens fremgangsmåte er det bemerkelsesverdig at

i stedet for at tråden nødvendigvis må føres gjennom et smøre-middel før passasjen gjennom hvert.trekkjern, slik som ved de konvensjonelle metoder, er det tilstrekkelig å smøre tråden foran det første trekkjern og derpå foran hvert tredje eller fjerde påfølgende jern, hvilket klart viser vedheftningsevnen og styrken av den film av CFx som oppnås etter passasjen gjennom de trekkjern hvis "såpebokser" er fyllt med CFx eller blandinger av dette smøremiddel og konvensjonelle smøremidler, slik som kalsiumstearat og/eller sinkstearat, idet vedkommende blandinger bør inneholde minst 10 vekt% CF . CF x-produktene forhandles under handelsnavnet "FORACARB", og de foreligger i form av pulverformede faste stoffer med en granulstørrelse

på 1-80 yum og en tetthet nær 2,70. Produktenes farve er lysere jo høyere de er fluorert.

Alle karbonfluider CF x i henhold til den ovenfor ang^itte

definisjon kan anvendes ved koldbearbeiding av rustfritt stål,

men det har vist seg at de forbindelser av denne art hvori det anvendte karbon til syntesen er en moderat fluorert kunstig grafitt, og hvori x ligger i området 0,6 - 0,9,

er særlig egnet på grunn av deres bemerkelsesverdige friksjons-egenskaper.

Anvendelse av sådant karbonfluorid som smøremiddel gjør det

mulig å foreta koldtrådtrekning under meget tilfredsstillende betingelser, av den grunn at man kontinuerlig kan trekke rust-

frie ståltråder som på forhånd har vært utsatt for en oksalateringsbehandling av "flash"-typen, hvilket vil si en be-

handling som fører til dannelse av en kontinuerlig avleiring av en jernoksalatfilm av en tykkelse på noen få ^um på tråden.

10 eller 15 kontinuerlige passasjer gjennom wolframkarbid-

verktøy gjør det mulig ved anvendelse av det angitte CFx som smøremiddel å trekke en tråd med opprinnelig diameter på

6,6 mm ned til en diameter på 1 mm.

Anvendelse av sådant smøremiddel har også vist seg meget for-delaktig ved koldsmiing med det formål å fremstille rustfrie stålskruer med stor diameter og av forskjellige typer. Ved denne prosess undergår den opprinnelige rustfrie "maskin"-

ståltråd en forutgående behandling, som vanligvis utgjøres av en forkobring eller eventuelt oksalatering, og derpå en lett trådtrekning gjennom et trekkjern i nærvær av smøremidler, vanligvis kalsium- og/eller sinkstearater, hvilket reduserer den opprinnelige diameter av tråden med bare noen få hundredels millimeter. Denne mono-trekning, som vanligvis kalles "skin-pass", har som formål å justere trådens diameter og samtidig herde tråden. Prosessen omfatter en påfølgende opp-. kutting av tråden i stykker og derpå selve smiingen, som- finner sted i wolframkarbidmatriser og generelt omfatter følgende trinn: ekstrudering for innstilling av diameteren, råbearbeiding av skruehodet, utskjæring av hodet samt skjæring av gjengene.

Ved denne fremgangsmåte smøres ikke endene av de oppkuttede skrueemner, og dette avbrudd i smøringen gjør den avsatte film på sideflatene særlig ømtålig under smiprosessene, hvilket kan føre til i et meget betydelig materialspill, som kan være .så høyt som 10-40 vekt% av den anvendte stålmengde. Videre kan det rustfrie stål henge fast i matrisen, hvilket ikke sjelden medfører en ødeleggelse av vedkommende matrise, som er en ytterst kostbar produksjonskomponent.

Anvendelse av det spesifiserte CF x, fortrinnsvis i ren tilstand, som smøremiddel ved koldsmiing gjør det imidlertid mulig å oppnå en godt heftende og meget sterk film, hvilket resulterer i en fremstillingsprosess uten spill og uten fare for material-fastheftning i matrisene.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere anskueliggjort ved nedenfor angitte utførelseseksempler, hvorav eksemplene 1, 2, 4, 6, 7 og 9 angir kjente fremgangsmåter som grunnlag for sammen-ligninger med oppfinnelsens fremgangsmåte.

Eksempel 1: Trådtrekning ( sammenligningseksempel).

En tråd med diameter 6,5 mm og av den vanlige rustfrie stålkvalitet Z 2 CN 10 - 18 som har vært gjenstand for en "normal" oksalatering, dvs. blitt dekket av et kontinuerlig overtrekk av jernoksalat med en tykkelse på ca. 1/100 mm ved føring gjennom et bad bestående av en vandig oppløsning av oksalsyre, jern(II)-oksalat og jern(III)-oksalat, samt oppvarming til en temperatur på 65 - 70°C i 12 min., trådtrekkes med en hastighet på 1,75 m/sek. ved passasje gjennom en benk med 6 trekkjern, hvorved det oppnås en tråd med diameter på 2,9 mm, idet det foran hvert trekkjern er anbrakt en "såpeboks" fyllt med kalsiumstearat som smøremiddel.

Etter seks passasjer er overflateovertrekket av oksalat delvis ødelagt, og for å kunne fortsette trådtrekningen er det nød-vendig å utsette tråden for en påfølgende avoksalaterings-behandling og derpå en hyperherding, som består av en opp-heting av metallet til en temperatur over 1000°C og en umiddelbart påfølgende bråkjøling i koldt vann, etterfulgt av en ytterligere oksalatering på samme måte som den opprinnelige..

Derpå gjenopptas trådtrekningen, og ved å føre tråden med

en hastighet -på 1,50 m/sek. gjennom en benk med fire trekkjern, hvis "såpebokser" er fyllt med kalsiumstearat, oppnås en tråd med diameter på 1,8 mm.

På dette tidspunkt er atter overflatetrekket ødelagt, og ovenfor beskrevne avoksalaterings-, hyperherdings- og oksalateringsbehandling må gjennomføres på nytt for å gjøre det mulig å oppnå en ønsket tråd med diameter på 1,2 mm ved til slutt å føre tråden med en hastighet på 1,5 m/sek. gjennom en benk med fire trekkjern og "såpebokser" fyllt med kalsiumstearat foran hver boks.

Eksempel 2: Trådtrekning ( sammenliqninqseksempel).

En tråd av samme art som i eksempel 1 overtrekkes med et diskontinuerlig lag av oksalat med en tykkelse på noen få ^,um ved den såkalte "flash"-oksalatering med en varighet på 3 min., idet behandlingsbetingelsene herunder er de samme som under den "normale" behandling i henhold til eksempel 1, men har en vesentlig kortere varighet.

I den første trådtrekningsbenk med seks trekkjern utstyrt med hver sin "såpeboks" fyllt med kalsiumstearat, hvilket i eksempel 1 gjorde det mulig å redusere tråddiameteren fra 6,5 til 2,9 mm, ble tråden opprevet og brast, hvilket gjorde det umulig å fullfore arbeidsprosessen.

Eksempel 3: Trådtrekning.

En tråd av samme art som i eksempel 1 ble frembrakt ved samme "flash"-oksalatering som angitt i eksempel 2, og ble deretter ført med en hastighet på 1,75 m/sek. gjennom en benk med seks trekkjern, hvor "såpeboksene" tilordnet trekkjernene 1 og 4 var fyllt med ren CF med formelen CF 0. Ved utgangen

f x U, o

fra denne benk ble tråden, hvis diameter var redusert til 1,9 mm, ført gjennom en annen benk, hvor den med en hastighet på 1,50 m/sek. ble ført gjennom fire trekkjern, hvis "såpebokser" ved det første og tredje trekkjern var fyllt med samme CFx som i den første benk. Ved denne prosess ble det oppnådd

en tråd med diameter 1,8 mm, som kan føres direkte inn i en tredje benk med fire trekkjern, hvorav jernene 1 og 3, som i d,e ovenfor nevnte benker, er smurt med CFq g, hvilket direkte fører til en tråd med diameter 1,2 mm.

Det vil bemerkes at det på grunn av den angitte smøring med karbonfluorid CFx, var mulig å redusere en tråd av nevnte ståltype Z 2 CN 10 - 18 med opprinnelig diameter på 6,6 mm til en diameter på 1,2 mm ved påfølgende føringer gjennom trekkbenker, uten at det var påkrevet å foreta den gjentatte påføring av overtrekksfilm som var nødvendig i eksempel 1,

hvor det anvendte smøremiddel var kalsiumstearat.

Eksempel 4: Trådtrekning ( sammenliqninqseksempel).

En tråd av den rustfrie stålkvalitet Z 2 CND 18 - i2, hvilket

vil si en kvalitet med større styrke enn de anvendte tråder i eksemplene 1 - 3 og således vanskeligere å trådtrekke, ble fremstilt på konvensjonell måte ved normal oksalatering som beskrevet i eksempel 1..

For å oppnå en tråddiameter på 2,18 mm var det nødvendig

å føre denne tråd i rekkefølge gjennom en trekkbenk med fire trekkjern hvis "såpebokser" er fyllt med sinkstearat, hvorved diameteren ble redusert til 3,5 mm, og deretter, når over-

flaten var ødelagt, å gjenoppbygge denne ved avoksalatering, hyperherding og fornyet oksalatering, slik fsom anført i eksempel 1, før tråden ble ført gjennom en annen trekkbenk med fire trekkjern, som var smurt med sinkstearat, hvilket endelig førte til en tråd med diameter på 2,18 mm.

Eksempel 5: Trådtrekning.

Den samme tråd som ble anvendt i eksempel 4 og har vært gjenstand for samme normale oksalateringsbehandling som i eksemplene 1 og 4, ble ført gjennom en trekkbenk med fire trekkjern, hvor boksene ved jernene 1 og 3 var fyllt med 20 % CFg g i kalsiumstearat. Den tråd som forlot denne benk hadde en diameter på 3,5 mm, og dens overflateovertrekk var ikke ødelagt. Den kunne da direkte overføres til en annen trekkbenk med fire trekkjern, som alle var smurt på samme måte som i den første benk og var i stand til å frembringe en tråd med diameter 2,18 mm.

Atter gjorde anvendelse av et karbonfluorid CPx som smøremiddel det mulig å gjennomføre en trådtrekning ved føring av tråden uten avbrytelse gjennom to benker med trekkjern, uten at det på noen måte ble foretatt mellomliggende behandling til gjen-oppbygning av trådens overflateovertrekk, hvilket var nødvendig ved den konvensjonelle fremgangsmåte som ble beskrevet i eksempel 4.

Eksempel 6: Trådtrekning ( sammenliqninqseksempel).

Dette utførelseseksempel ble gjennomført med et rustfritt

stål av typen Z 10 CN 30 - 10, hvilket er et meget sprøtt stål, som av alle eksperter anses for meget vanskelig å trekke.

En tråd med diameter på 6,1 mm av dette stål, som var behandlet ved normal oksalatering som i eksempel 1, ble innført i en første trådtrekningsbenk, hvis "såpebokser" var fyllt med kalsiumstearat, hvilket førte til at tråden ble opprevet og brast, således at fortsatt trådtrekning ble helt umulig.

Eksempel 7: Trådtrekning ( sammenliqninqseksempel).

En tråd av samme art som i eksempel 6 ble utsatt for en for-behandling ved neddypping i smeltet bly. Deretter ble tråden med en hastighet på 0,30 m/sek. ført inn i en første trekkbenk med to trekkjern, hvis "såpebokser" var fyllt med kalsiumstearat.

På utgangssiden av denne benk var tråddiameteren nedtrukket

til 4,95 mm, og da overflatetrekket av denne grunn var ødelagt, var det nødvendig å foreta en avblyingsbehandling og derpå hyperherding samt en fornyet blypåføring.

Tråden ble derpå innført i en annen trekkbenk med to trekkjern, hvis "såpebokser" var fyllt med kalsiumstearat, hvorved diameteren ble redusert til 4,10 mm.

Eksempel 8: Trådtrekning.

Tråd av samme art som i eksempel 6 ble fremstilt ved samme normale oksalateringsbehandling som i eksempel 1. Under forsøket ble tråden tilført en trekkbenk med fire trekkjern,

hvis "såpebokser" alle var fyllt med 20 % CFQ g5 i kalsiumstearat. I denne benk var det mulig å oppnå en tråd med diameter på 4,10 mm direkte uten mellombehandling.

Eksempel 9: Koldsmiing ( sammenliqningseksempel).

En tråd med diameter på 13,66 mm av rustfritt stål av typen

Z 2 CN 18 - 10 ble anvendt for fremstilling av TH-skruer med dimensjonen 14 x 80, hvilket vil si skruer med en diameter på 14 mm og en lengde på 80 mm.

Oksalatering av den trådrull som ble anvendt i denne arbeids-operasjon ble klart mangelfull, og når denne tråd ble utsatt for normal behandling, heftet den seg fast under de første smioperasjoner, som ble utført.etter smøring med mineralolje.

En passasje gjennom et trekkjern forsynt med en "såpeboks"

fyllt med sinkstearat gjør det mulig å oppnå en liten redu-sering av tråddiameteren, men dette forbedrer ikke den på-følgende passasje gjennom benken for skruefremstilling.

Eksempel 10: Koldsmiing.

Trådrullen i eksempel 9 ble anbrakt i en engangstrekkbenk,

hvor tråden ble gjenstand for en meget svak diameterreduksjon på noen få hundredels millimeter, ved anvendelse av rent

CFQ g som smøremiddel. Denne tråd ble derpå overført til en skruefremstillingsbenk forsynt med de nødvendige wolfram-

karbidverktøy for fremstilling av TH-skruer med dimensjoner 14 x 18. Produksjonen fant sted uten vanskeligheter og det inntraff ingen fastheftning eller opprivning av det anvendte metall på noe tidspunkt.

Eksempel 11: Koldsmiing.

Fire tonn tråd med diameter på 13,66 mm og av den rustfrie

ståltype Z R CN 18 - 20, ble utsatt for en "flash"-oksalatering på samme måte som angitt i eksempel 2, før tråden ble ført gjennom et trådtrekkjern forsynt med en "såpeboks" fyllt med ren CF^ g,., hvorpå tråden ble anvendt for fremstilling av skruer av varierende lengde fra 50 til 100 mm. De oppstilte fire tonn stål ble behandlet uten vanskelighet og uten material-

spill, mens det ved normal produksjon i en fabrikk, hvor det ble anvendt sinkstearat som smøremiddel, fremkom en spillmengde.

på ca. 40 % under samme betingelser for denne ståltype, som betraktes som vanskelig å forbearbeide ved koldsmiing.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved koldbearbeiding av rustfritt stål i nærvær av et smøremiddel som inneholder karbonfluorider, karakterisert ved at det anvendes et tørt smøremiddel som inneholder eller består av et karbonfluorid med formelen CF x, hvori det karbon som anvendes i fremstillingssyntesen utgjøres av naturlig grafitt, kunstig grafitt, koks eller aktivisert karbon, mens x ligger mellom 0,4 og 1,1.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det anvendte smøre-middel er et karbonfluorid CF xhvori det karbon som anvendes for fremstillingssyntesen er kunstig grafitt,.og verdien x ligger mellom 0,6 og 0,9.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendte smøre-middel er en blanding av CFx og et fast smøremiddel samt med et innhold på minst 10 % CF . x

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at det faste smøremiddel som anvendes i blanding med CFx er kalsiumstearat eller sinkstearat .