DE10142204A1

DE10142204A1 - Process for the production of strand-like products from magnesium or magnesium alloys

Info

Publication number: DE10142204A1
Application number: DE10142204A
Authority: DE
Inventors: Joerg Eickemeyer; Martina Falter; Albert Gueth; Ralph Opitz; Juergen Reichert
Original assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-06
Also published as: ATE307691T1; WO2003018225A1; DE50204707D1; EP1420899B1; EP1420899A1

Abstract

The invention relates to a method for producing elongate-shaped elements, such as wires, rods and pipes made of magnesium or magnesium alloys by slip-type drawing at room temperature. The aim of the invention is to develop a method which enables magnesium wires, rods and pipes to be produced by cold-drawing. According to said a method, this is achieved by subjecting the materials to surface treatment before the deformation thereof, guaranteeing a surface roughness which is as low as possible, the value of the average surface roughness being Rz < 12 mu m. The cold-adherent is carried out by using solid-adherent lubricant coatings on the deformation items.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von strangförmigen Produkten, wie Drähten, Stäben und Rohren, aus reinem Magnesium und Magnesiumlegierungen, durch Gleitziehen bei Raumtemperatur. The invention relates to a method for producing strand-like products, such as wires, rods and tubes pure magnesium and magnesium alloys, by sliding drawing at room temperature.

Die nach dem Verfahren hergestellten Drähte können beispielsweise als Schweißzusatzwerkstoffe für das Laserstrahlschweißen von Magnesiumwerkstoffen angewendet werden. Sie sind beispielsweise aber auch einsetzbar als Unterlage für physikalisch-chemische Beschichtungen, wie für die neuen Magnesium-Diborid-Supraleiter MgB₂ (J. Nagamatsu, N. Nagakawa, T. Muranaka, Y. Zenitani und J. Akimitsu: Nature 410(2001)63). The wires produced by the process can be used, for example, as filler metals for laser beam welding of magnesium materials. However, they can also be used, for example, as a base for physico-chemical coatings, such as for the new magnesium diboride superconductor MgB ₂ (J. Nagamatsu, N. Nagakawa, T. Muranaka, Y. Zenitani and J. Akimitsu: Nature 410 (2001 ) 63).

Verfahren zum Gleitziehen von strangförmigen Produkten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen bei Raumtemperatur sind nicht bekannt. Process for sliding from strand-shaped products Magnesium or magnesium alloys are at room temperature not known.

Die bekannten, angewendeten Umformverfahren der Kaltumformung von Magnesium und dessen Legierungen betreffen das Walzen, als reine Druckumformung, und die Blechumformung unter wenig anspruchsvollen Umformbedingungen. Bereits beim Tiefziehen von Magnesiumblechen werden auf Grund der erhöhten Anforderungen an das wenig duktile Metall, das ein hexagonal-dichtgepacktes Gitter aufweist, Temperaturen von 220°C bis 370°C angewendet (J.A. Schey: Tribology in Metalworking, ASM, Metals Park, Ohio, USA, 1984, S. 561). The well-known, applied forming processes of cold forming of magnesium and its alloys relate to rolling, as pure pressure forming, and sheet metal forming under little demanding forming conditions. Already when thermoforming Magnesium sheets are due to the increased requirements of the less ductile metal, which is a hexagonally packed Grid has temperatures of 220 ° C to 370 ° C applied (J.A. Schey: Tribology in Metalworking, ASM, Metals Park, Ohio, USA, 1984, p. 561).

Bekannt ist auch, dass als Schmierstoffe Seifen und Wachse für die leichten Umformungen benutzt werden und dass Talkum und Graphit für anspruchsvollere Umformungen bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden (S. Kalpakjian: Manufacturing Processes for Engineering Materials, Addison-Wessley Publishing Company, Reading, Massachusetts, USA, 1991, S. 342). Dagegen gibt es für das Kaltziehen von Drähten, Stangen oder Rohren aus Magnesiumwerkstoffen keine Empfehlungen über anzuwendende spezielle Schmierstoffe oder nötige Oberflächenvorbehandlungen, weil der Vorgang bis heute offenbar technologisch nicht durchgeführt wird. Hierfür dürfte sowohl die geringe Duktilität des Magnesiums, als auch dessen kompliziertes tribologisches Verhalten die Ursache sein. Letzteres wird maßgeblich durch die gegenüber dem Metall etwa 10fach härtere Oxidschicht (P.L. Hurricks, Wear 15(1970), 389-409) und die ausgesprochen hohe chemische Reaktivität des Magnesiums (G.V. Raynor: The Physical Metallurgy of Magnesium and its Alloys, Pergamon Press, 1959) bedingt. It is also known that soaps and waxes are used as lubricants the slight transformations are used and that talc and Graphite for more demanding forming with increased Temperatures are used (S. Kalpakjian: Manufacturing Processes for Engineering Materials, Addison-Wessley Publishing Company, Reading, Massachusetts, USA, 1991, p. 342). In contrast, there is for the cold drawing of wires, rods or Tubes made of magnesium materials have no recommendations special lubricants to be used or necessary Surface pretreatments because the process continues to this day apparently not technologically carried out. For that it should both the low ductility of the magnesium and its complicated tribological behavior may be the cause. The latter is largely due to that compared to metal 10 times harder oxide layer (P.L. Hurricks, Wear 15 (1970), 389-409) and the extremely high chemical reactivity of the Magnesium (G.V. Raynor: The Physical Metallurgy of Magnesium and its Alloys, Pergamon Press, 1959).

Des Weiteren ist es bekannt, dass die Oberfläche schwer umformbarer metallischer Werkstoffe vor dem Ziehprozess gezielt rauher gemacht wird. Dies dient dem Zweck der besseren Einlagerung von Festschmierstoffen in die Oberfläche selbst und damit einer gesteigerten Schmierwirksamkeit (J.A. Schey: Tribology in Metalworking, ASM, Metals Park, Ohio, USA, 1984). Der rauhe Zustand der Oberfläche wird in der Regel chemisch durch Beizen oder mechanisch durch Biegeentzundern bzw. durch Anstrahlen mit hartem Granulat erzeugt. Für diese Ausgangsrauheiten sind Rauhtiefen R_t im Bereich von etwa 25 µm bis 45 µm charakteristisch (E. Schultz: Stahl und Eisen 83(1963)866-870). Sie können aber auch noch erheblich darüber liegen (E. Jaenichen u. a.: Stahl und Eisen 77(1957)1785-1795). Die relativ hohe Ausgangsrauheit nimmt mit steigendem Umformgrad von Ziehstufe zu Ziehstufe mehr und mehr ab. Es erfolgt eine Einebnung des Rauheitsgebirges, sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung (M. Rehm und J. Eickemeyer: Reibung und Verschleiß, Hrsg.: K.-H. Zum Gahr, DGM Informationsgesellschaft, Oberursel, 1996, S. 413-418). Furthermore, it is known that the surface of metal materials that are difficult to form is made rougher before the drawing process. This serves the purpose of better storage of solid lubricants in the surface itself and thus an increased lubrication efficiency (JA Schey: Tribology in Metalworking, ASM, Metals Park, Ohio, USA, 1984). The rough state of the surface is usually generated chemically by pickling or mechanically by bending descaling or by blasting with hard granules. Roughness depths R _t in the range from about 25 µm to 45 µm are characteristic of these initial roughnesses (E. Schultz: Stahl und Eisen 83 (1963) 866-870). However, they can also be considerably higher (E. Jaenichen et al.: Stahl und Eisen 77 (1957) 1785-1795). The relatively high initial roughness decreases more and more with increasing degrees of deformation from drawing step to drawing step. There is a leveling of the roughness mountains, both in the longitudinal and in the circumferential direction (M. Rehm and J. Eickemeyer: friction and wear, ed .: K.-H. Zum Gahr, DGM Informationsgesellschaft, Oberursel, 1996, p. 413- 418).

Bekannt ist auch, dass im Trockenziehbereich mit Pulverschmierstoffen auf Metallseifenbasis geschmiert wird, wobei zur Stabilisierung des Vorganges zusätzlich Schmierstoffträgerschichten angewendet werden. Neuere, allerdings wenig angewendete Beschichtungssysteme mit gutem Haftvermögen auf dem Umformgut enthalten sowohl Schmier- als auch Trägerkomponenten (J. Eickemeyer, H. Genest, J. Reichert und H.-R. Vogel: Umweltverträglichere Schmierstoffe für das Kaltziehen. Tribologie und Schmierungstechnik 39(1992)6,334-338). It is also known that in the dry drawing area Powder lubricants based on metal soap is lubricated, whereby to stabilize the process additionally Lubricant carrier layers can be applied. newer, however, little used coating systems with good Adhesion to the formed material contain both lubricating and also carrier components (J. Eickemeyer, H. Genest, J. Reichert and H.-R. Vogel: More environmentally friendly lubricants for the Cold drawing. Tribology and lubrication technology 39 (1992) 6,334-338).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von Magnesiumdrähten, -stangen und -rohren auf dem Wege des Kaltziehens ermöglicht. The invention is based on the object of a method create the manufacture of magnesium wires and rods and pipes on the way of cold drawing.

Diese Aufgabe wird mit einem Umformverfahren gelöst, das erfindungsgemäß davon ausgeht, dass das Ausgangsmaterial für den Umformvorgang im Gegensatz zur üblichen Verfahrensweise eine möglichst glatte Oberfläche haben muss und dass zudem auf dieser wenig rauhen Oberfläche eine gut haftende Schmierstoffschicht aufgebracht ist. Um dies zu erreichen, wird der Ausgangsdraht vor dem Kaltziehen einer Oberflächenbehandlung unterworfen, die das Umformgut hochgradig durch einen Ziehschälvorgang glättet, wobei Werte der mittleren Rauhtiefe im Bereich von R_z < 2 bis 8 µm eingestellt werden. Der ziehgeschälte Ausgangsdraht wird anschließend mit einem Festschmierstofffilm mit guter Haftfähigkeit beschichtet und darauf durch übliche Ziehsteine, beispielsweise aus Hartmetall, gezogen. This object is achieved with a forming process which, according to the invention, assumes that the starting material for the forming process, in contrast to the conventional procedure, must have a surface that is as smooth as possible and that, in addition, a well-adhering lubricant layer is applied to this slightly rough surface. In order to achieve this, the starting wire is subjected to a surface treatment prior to cold drawing, which smoothes the material to a high degree by means of a drawing-peeling process, values of the average surface roughness being set in the range from R _z <2 to 8 µm. The drawn-peeled starting wire is then coated with a solid lubricant film with good adhesion and then pulled through conventional drawing dies, for example made of hard metal.

Das Ziehen wird mit üblichen Querschnittsabnahmen von jeweils etwa 20 Prozent durchgeführt. Dabei tendiert die Oberfläche des gezogenen Drahtes mit zunehmender Gesamtabnahme zum rauher werden. Deshalb kann nach einigen Ziehstufen, z. B. etwa 60 Prozent Querschnittsreduktion, eine Wärmebehandlung mit anschließender Oberflächenglättung durch neuerliches Schälen nötig werden, bevor weiter gezogen werden kann. Der Fachmann kann leicht entscheiden, ob die Glüh- und Oberflächenbehandlung angezeigt ist oder ob problemlos weiter gezogen werden kann. Diese Verfahrensweise ist in Richtung kleiner werdender Abmessungen beizubehalten, wobei das durch die Umformung bedingte Aufrauhen geringer und die Ziehbarkeit des Magnesiums damit besser wird. Das Ziehen mit den festen Schmierstofffilmen kann bis in den Abmessungsbereich von einigen Zehntel Millimetern fortgesetzt werden (Mg-Feindraht). The drawing is done with usual cross-sectional decreases of each performed about 20 percent. The surface tends to do so of the drawn wire with increasing total decrease to the rougher become. Therefore, after a few drawing stages, e.g. B. about 60 Percent cross section reduction, a heat treatment with subsequent surface smoothing by peeling again become necessary before moving on. The expert can easily decide whether the glow and Surface treatment is indicated or whether to continue without problems can be pulled. This is a direction to keep smaller dimensions, which by the roughening caused by forming is less and the drawability of magnesium is getting better. Pulling with the solid Lubricant films can range in size from a few tenths of a millimeter (fine Mg wire).

Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. The invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail.

Ein Magnesiumstab mit einem Ausgangsdurchmesser von 30 mm wird bei einer Temperatur von 350°C stranggepresst. Der stranggepresste Stab wird ziehgeschält und ausgehend von ∅ 5,7 mm Drahtdurchmesser über 4 Stufen bei Raumtemperatur gezogen: ∅ 5,7 mm → ∅ 5,2 mm → ∅ 4,9 mm → ∅ 4,3 mm → ∅ 3,9 mm, was einer Gesamtquerschnittsabnahme von ε_g = 53,2% entspricht. Der Ausgangsdraht wird vor der ersten Ziehstufe mit dem Festschmierstoff (R261), der Polyvinylalkohol als Haftkomponente enthält, aus einer flüssigen Dispersion heraus beschichtet und getrocknet. A magnesium rod with an initial diameter of 30 mm is extruded at a temperature of 350 ° C. The extruded rod is peeled and drawn starting from ∅ 5.7 mm wire diameter over 4 steps at room temperature: ∅ 5.7 mm → ∅ 5.2 mm → ∅ 4.9 mm → ∅ 4.3 mm → ∅ 3.9 mm , which corresponds to a total decrease in cross section of ε _g = 53.2%. Before the first drawing stage, the output wire is coated with the solid lubricant (R261), which contains polyvinyl alcohol as an adhesive component, from a liquid dispersion and dried.

Der resultierende feste Film hat Calciumstearat als Schmierstoffbasis und ermöglicht die gesamte Ziehumformung ohne zusätzlichen Schmierstoffeinsatz. The resulting solid film has calcium stearate as Lubricant base and enables the entire drawing process without additional lubricant.

Der auf diese Weise gezogene Draht kann dann im Feinzugverfahren weiter bis zu einem Durchmesser < 1 mm weiterverarbeitet werden, wobei es notwendig sein kann, dass die Oberfläche des Drahtes zwischen einzelnen Ziehstufen einer Glättungsbearbeitung unterworfen wird. The wire drawn in this way can then Fine drawing process continues up to a diameter <1 mm further processed, whereby it may be necessary that the surface of the wire between individual drawing stages one Smoothing processing is subjected.

Claims

1. A process for the production of strand-like products, such as wires, rods and tubes, made of pure magnesium and magnesium alloys, characterized in that the materials are subjected to a surface treatment before their forming, which ensures the lowest possible surface roughness, the value of the average surface roughness R _z must be <12 µm, and that the cold drawing is carried out using solid lubricant coatings adhering firmly to the material to be formed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Output surface is generated by peeling.

3. The method according to claim 1, characterized in that the Starting surface is made by grinding.

4. The method according to claim 1, characterized in that the firm, well adhering lubricant films by drying liquid lubricant dispersions.

5. The method according to claim 1, characterized in that preferably metal soap systems used as a lubricant that contain polymeric components, such as Cellulose derivatives or polyvinyl alcohol used to increase of adherence.

6. The method according to claim 1, characterized in that the solid lubricant films by pressing plastic or paste-like lubricants or lubricant mixtures happens.

7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the drawn product is finally peeled, ground or freed from the oxide skin by pickling, and that the top layer-free product is then subjected to a chemical reaction, for example with diborane in pure hydrogen, by the A magnesium diboride layer (MgB ₂ ) is created on the surface of the product, which has superconducting properties.