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Verfahren zur Vorbereitung von metallischem Halbzeug für eine spanlose
Verformung, insbesondere Kaltverformung Bei der spanlosen Verformung von metallischem
Halbzeug, insbesondere beim Ziehen von Rohren, Stangen, Profilen, Drähten und Bändern,
müssen die dem Verformungsdruck ausgesetzten Oberflächen mit einem Überzug versehen
sein, der den direkten metallischen Kontakt zwischen denn zu verformenden Gut und
dem Werkzeug verhindert und den üblicherweise zur Verringerung des Reibungswiderstandes
verwendeten Schmiermitteln einen guten Haftgrund bietet. Der bei der Warmformgebung
des Halbzeugs oder bei Zwischenglühungen entstehende Zunder ist für diesen Zweck
ungeeignet. Er wird deshalb in der Regel durch Beizen in starken Mineralsäuren oder
geschmolzenen Salzbädern. entfernt und durch eine gegebenenfalls aufgetrocknete
Kalk- bzw. eine Bleischicht ersetzt. Diese Verfahren, die nach jeder Zwischenglühung
erneut durchgeführt werden müssen, erfordern eine große Zahl von Arbeitsgängen,
wie Beizen, Waschen, Kälken, Trocknen usw., und sind außerdem, vor allem wegen des
hohen Säureverbrauchs und der insbesondere bei der Verarbeitung hochlegierter Stähle
nicht zu vermeidenden starken Beizverluste, sehr kostspielig und zeitraubend.
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Bei einem derartigen Verfahren ist es auch bereits bekannt, Drähte
oder Stränge zunächst einer Wärmebehandlung zu unterwerfen und dann anschließend
den Walzzunder durch Beizbehandlung oder mittels einer Salzschmelze zu entfernen,
die
Reste dieser Behandlungsmittel abzuspülen, den Draht an der
Luft anrosten zu lassen, zu kälken, den Kalk auftrocknen zu lassen und dann zu ziehen.
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Mit dem Ziel der Beseitigung dieser Schwierigkeiten sind in neuester
Zeit schon Verfahren entwickelt worden, bei denen der Zunder nicht mehr entfernt,
sondern durch Anwendung von Salzbädern so weit umgewandelt wird, daß er sich als
Schmiermittelträger eignet. Derartige Salzbäder bestehen in der Regel aus Alkalihydroxyd
mit. Zusätzen von Nitraten, Chloraten und dergleichen Oxydationsmitteln. Diese Salzbehandlung,
die gewöhnlich in einem kurzzeitigen Tauchen bei Temperaturen von 3oo bis 700° C
besteht, schafft auch. auf blanken Drähten zieherleichternde Schichten. Bei ausreichend
hoher Temperatur der Bäder können die Entfestigung des Werkstoffes und die Erzeugung
des Überzuges zu einern-Arbeitsgang kombiniert werden.
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Eine derartige Salzbehandlung erfordert jedoch vor allem verhältnismäßig
hohe Anschaffungskosten und nicht unerheblichen Verbrauch an Salz und Energie. Es
ist nicht zu vermeiden, daß bei Entnahme des behandelten Gutes eine größere Menge
des geschmolzenen Salzes mit aus, dem Bad geschleppt wird und dadurch verlorengeht.
Ganz allgemein ist das Arbeiten mit Salzbädern und vor allem das anschließende Abschrecken
des salzbadbehandelten Gutes in Wasser für die Arbeiter wegen der auftretenden ätzenden
Dämpfe lästig und nicht ungefährlich.
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Es ist auch bereits ein Verfahren zur Umwandlung von Walz- und Glühzunder
auf rostfreien Stählen bekannt, bei dem das Werkstück in gegenüber Eisen reduzierender,
-gegenüber rostfreiem Stahl aber schwach oxydierender Atmosphäre geglüht wird. Nach
dem Glühen wird das Werkstück in stark alkalischer wäßriger Lösung behandelt, in
feuchtem Zustand gekälkt, mit Schmiermitteln versehen und gezogen.
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Bei diesem bekannten Verfahren ist zunächst eine ganz besondere Glühbehandlung
mit schwer zu überwachender Einstellung der Ofenatmosphäre erforderlich, um eine
Umwandlung oder Neubildung einer günstigen Form von Zunder zu erhalten. Ein solcher
Ofen muß mit Überdruck gefahren werden.
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Die Behandlung mit der wäßrigen alkalischen Lösung erfolgt so, daß
das Werkstück sich in der Lösung befindet und die-Berührung mit der Lösung bei Temperaturen
und während einer Zeitdauer stattfindet, die keine chemische Reaktion, wie. sie
gemäß der Erfindung herbeigeführt wird, zuläßt.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren wird gleichfalls der Walz- und
Glühzunder, der die Oberfläche des zu verformenden Werkstückes bedeckt, nicht entfernt,
sondern umgewandelt. Diese Umwandlung soll in einer Alkalilösung bei 70° C und höher
durchgeführt werden, bereits bei einer Tauchzeit von $ Minuten. Das Verfahren ist
dahin charakterisiert, daß der Zunder auf dem Stahl Wasser aufnimmt. Es soll sich
hierbei nicht um ein chemisch hydratisiertes Oxyd handeln, sondern nur um die mechanische
oder physikalische Aufnahme von Wasser im Oxyd, ähnlich wie Kristallwasser, während
der Eisenoxydüberzug sonst intakt bleibt.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, durch dessen Ausübung
ebenfalls eine Umwandlung des Walz- oder Glühzunders erfolgt, in seiner Ausführung
aber viel einfacher, billiger, ungefährlicher und dazu weit wirksamer arbeitet.
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Gemäß der Erfindung werden zur Vorbereitung von Halbzeug aus Eisen,
Stahl oder Nickel-Chrom-Legierungen für eine spanlose Verformung, vorzugsweise Kaltverformung,
insbesondere zum Ziehen von Drähten, Stangen, Rohren, Profilen, Bändern aus hochlegiertem
Stahl, die mit Walz-oder Glühzunder bedeckten Werkstücke mit einer wäßrigen -Lösung
überzogen, die Alkali- und/oder Erdalkälihydroxyd enthält, und die mit der Lösung
überzogenen Werkstücke zur Vorbereitung für die Verformung geglüht. Die hierbei
verwendete wäßrige Lösung kann gegebenenfalls Zusätze von Karbonaten, Boraten, -Nitraten,
Chloraten, Bichromaten, Manganaten und Phosphaten der Alkalien und Erdalkalien oder
auch von Schwermetallen, wie Zink und Blei, einzeln oder zu mehreren kombiniert
enthalten. Zur Verbesserung der Haftfähigkeit der wäßrigen Lösung auf dem zu verformenden
Gut soll wenigstens eins der verwendeten Salze wasserunlöslich sein und in feindisperser
Aufschlämmung vorliegen. Für diesen Zweck hat sich Kalziumhydroxyd in Form von gewöhnlichem
Ziehkalk am besten bewährt. Die Bäder können kalt verwendet werden. Heiße bis kochende
Lösungen haben den Vorteil, daß nach Entnahme des Gutes das Salz-Kalk-Gemisch schneller
auftrocknet, aber auch den Nachteil, daß sich die Konzentration der Lösung schnell
ändert. Statt durch Tauchen können die Lösungen auch durch irgendwelche anderen
Maßnahmen, wie z. B. durch Aufspritzen oder Beduschen, aufgebracht werden. Soweit
das zu behandelnde Gut noch mit Seife oder Fetten vom letzten Verformungsgang behaftet.
ist, haben die erfindungsgemäßen Lösungen noch den Vorteil, daß sie entfettend wirken.
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Das so vorbehandelte Gut wird nach dem Abtropfen oder besser Abschleudern
der überschüssigen Lösungen mit oder ohne Anwendung von Schutzgas in geschlossenen
Töpfen oder auch im Durchlaufverfahren wie sonst üblich geglüht und ist damit zum
Ziehen fertig. Bei- dünnen Drähten empfiehlt es sich, das Gut nach dem Glühen zur
Entfernung von Salzresten einige Stunden zu wässern. Die Farbe des Gutes ist je
nach der Legierung verschieden. Typisch für eisenarme Chrom-Nickel-Legierungen ist
die intensive Grünfärbung der Überzüge. Rostbeständige Legierungen ergeben dunkelbraune,
emailartige Schichten.
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Halbzeug mit dickem Walzzunder liefert die besten Überzüge. Zur Erhaltung
und Schonung dieser Überzüge werden daher eventuell erforderlich werdende Zwischenglühungen
unter Schutzgas durchgeführt. Bei. einer derartigen Arbeitsweise kann das Gut ohne
einen weiteren Arbeitsgang
unmittelbar nach der Glühung weiter verformt
werden. Wo diese Möglichkeit nicht gegeben ist, wird das hartgezogene Gut vor jeder
Zwischenglühung noch einmal in die erfindungsgemäße wäßrige Lösung getaucht. Die
fertigen Drähte, Stangen, Rohre usw. werden zur Entfernung des Überzuges in der
üblichen Weise gebeizt. Nach ausreichend starker Verformung sind die Überzüge so
beschaffen, daß sie durch Bürsten oder Schlagen in gewöhnlichem kaltem Wasser entfernt
werden können, so daß das Gut während des ganzen Verformungsvorganges mit Säure
nicht in Berührung kommt.
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Kennzeichnend für die erfindungsgemäß erzeugten Oberflächenschichten
ist ihre außergewöhnlich große Tragfähigkeit gegenüber den auftretenden Oberflächendrücken.
Ein Ansetzen der verwendeten Kunststeine, das beim Ziehen hochfester Werkstoffe
in Kalk an der Tagesordnung ist, ist auch bei den schwersten Zügen und bei den größten
Ziehgeschwindigkeiten so gut wie ausgeschlossen. Gerade bei hochchromhaltigen Legierungen,
die als schwer verformbar bekannt sind, hat sich. das Verfahren am besten bewährt.
Das liegt vor allem daran, daß diese Überzüge auch die umgewandelten Chromoxyde
noch enthalten. In diesem Punkte unterscheiden sich die erfindungsgemäßen Schichten
wesentlich von den in geschmolzenen Salzbädern erzeugten, bei denen die umgewandelten
Chromoxyde größtenteils vom Salzbad aufgenommen werden, was sich während des Gebrauchs
der Bäder erfahrungsgemäß in einem starken Anstieg der Chromatkonzentration bemerkbar
macht.
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Das Verfahren ist anwendbar bei allen Arten der spanlosen Verformung,
z. B. beim Ziehen, Tiefziehen, Pressen, Fließpressen, Stauchen, Walzen und bei all
solchen Prozessen, bei denen, wie beispielsweise beim dornlosen Spiralisieren dicker
Drähte, ein Fressen zwischen Werkstoff und Werkzeug zu befürchten ist. Es ist anwendbar
auf Halbzeuge aus Eisen, Stahl oder Nickel-Chrom-Legierungen einschließlich der
rostfreien und hitzebeständigen Qualitäten, die 8 bis 8o % Nickel, bis 30% Chrom
sowie Aluminium bis io% enthalten.
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Folgende Ausführungsbeispiele sollen das Verfahren gemäß der Erfindung
näher erläutern. Dabei wurde absichtlich auch das sonst schwierigste Problem des
Kaltziehens dicker Drähte aus der schwer verformbaren und sich stark kalt verfestigenden
Gruppe der rosa- und hitzebeständigen Legierungen gewählt.
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i. Eine aus dem Walzwerk angelieferte Charge Walzdraht aus einer Legierung
mit 15 % Chrom, 65% Nickel, Rest Eisen mit einem Durchmesser von 6,3 mm wurde in
eine wäßrige Lösung getaucht, die 25% Ätznatron, 5% Natronsalpeter und 7% Kalk enthielt,
und nach dem Abtropfen der überschüssigen Lösung direkt in den Glühtopf eingesetzt.
Nach Entweichen des beim Antrocknen gebildeten Wasserdampfes wurde das Ventil des
Glühtopfes geschlossen und auf die für das Weichglühen dieser Legierung auch sonst
angewendete Temperatur erhitzt. Der Walzdraht wurde nach dem Erkalten sofort in
die Zieherei gebracht und wurde ohne eine Zwischenglühung in Kunststeinen und unter
Verwendung von Splitterfett im ersten und Trockenseife bei den übrigen Zügen in
fünfzehn Abzügen an die benötigte Fertigabmessung von 0,95 mm gezogen, ohne
daß damit die Verformungsfähigkeit des Drahtes schon erschöpft war. Der Überzug
war auch nach dem Ziehen noch intensiv grün gefärbt. Der geglühte und gebeizte Draht
hatte eine Dehnung von 36,5 0/0.
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2. Walzdraht von 6,35 mm Durchmesser aus einer Legierung mit 8o %
Nickel und 20010 Chrom wurde in einer wäßrigen Lösung, die 30% Ätznatron, 5% Salpeter,
5,% Borax und 16% Kalk enthielt, durch Tauchen besalzt und in. einer Trockenschleuder
von überschüssiger Lösung befreit. Nach der Glühung wurde der Draht kurzzeitig gewässert
und in Splitterfett und Trockenseife auf gleitlosen Maschinen in zehn Zügen an 1,85
mm Durchmesser gezogen, im Durchlaufverfahren unter Ammoniak-Spaltgas weichgeglüht
und in weiteren zwölf Zügen an Fertigabmessung von o,50 mm Durchmesser weiter gezogen.
Der noch immer stark grüngefärbte Draht wurde geglüht und der Überzug durch Beizen
in heißer io%iger Schwefelsäure entfernt.
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3. Ein Band von 20 - o,5o mm aus einer Legierung mit 20% Chrom und
8o'°/o Nickel sollte an o,io mm abgewalzt werden. Dabei zeigte sich, daß ohne die
erfindungsgemäße Vorbehandlung der Oberfläche zwei Zwischenglühungen bei
0,30 und o,2o mm Dicke erforderlich waren. Die Umstellung auf das Verfahren
gemäß der Erfindung, gekennzeichnet durch die Besalzung der Bandoberfläche vor der
Glühung, ergab eine wesentliche Verbesserung der Verformungsfähigkeit. Das Band
ließ sich unter Benutzung der gleichen Walze und der gleichen Schmiermittel mit
wesentlich stärkeren Stichen ohne Zwischenglühungen an o,io mm Dicke herunterwalzen.
Nach dem Weichglühen und Abbeizen des grünen Überzuges war die Oberfläche des Bandes
blank und glatt.
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Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Schichten, die nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht werden, ein ausgezeichnetes elektrisches
Isoliervermögen aufweisen, und zwar nicht nur bei Raumtemperatur, sondern auch noch
bei Rotglut. Gerade diese zuletzt erwähnte Eigenschaft ist für elektrische Beheizungen
und hochbelastete Widerstände außerordentlich wichtig. Das erfindungsgemäße Verfahren
schafft derartige Schichten in recht einfacher Weise, weil die erzeugte Oberfläche
auf dem Draht- und Bandmaterial nach dem Ziehen bzw. Walzen und Glühen bereits vorhanden
ist. Auch bei hitzebeständigem Werkstoff werden die Schichten in der Regel nicht
entfernt, denn es hat sich gezeigt, daß durch sie auch die Hitzebeständigkeit verbessert
wird.