DE2727892B2

DE2727892B2 - Use of W / Fe alloys for tools for hot forming

Info

Publication number: DE2727892B2
Application number: DE19772727892
Authority: DE
Inventors: Bruno Grenoble Childeric (Frankreich)
Original assignee: Eurotungstene Sa Grenoble (frankreich)
Current assignee: Eurotungstene Sa Grenoble (frankreich)
Priority date: 1976-06-23
Filing date: 1977-06-21
Publication date: 1980-01-10
Also published as: FR2355922B1; FR2355922A1; GB1559234A; ATA436177A; CH602947A5; DE2727892A1; DE7719436U1

Description

Beim Warmumformen von Metallen und Legierungen in festem Zustand bei 700 bis 1300⁰C bereitet das Verhalten der Umform-Werkzeuge schwierige Probleme. Dies gilt beispielsweise für Strangpreßformen, Dorne für die Herstellung von nahtlosen Rohren und ganz allgemein für Werkzeuge, die gleichermaßen stark mechanisch und thermisch und insbesondere auf Temperaturwechsel beansprucht werden. Bei den besten Werkzeugstählen verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften über 600⁰C schnell und sind über 800° C unzureichend. Die Verwendung von Sonderlegierungen oder Hartmet?llpanzerungen, beispielsweise auf Kobaltbasis, ermöglicht eine geringe Erhöhung der Arbeitstemperatur, aber ab 800° C sind die mechanischen Eigenschaften auch dieser Werkstoffe im allgemeinen nicht mehr ausreichendWhen hot forming metals and alloys in the solid state at 700 to 1300 ⁰ C, the behavior of the forming tools causes difficult problems. This applies, for example, to extrusion molds, mandrels for the production of seamless pipes and, more generally, for tools that are subject to equally strong mechanical and thermal loads and, in particular, to temperature changes. The best tool steels, the mechanical properties above 600 ⁰ C deteriorate rapidly and are insufficient over 800 ° C. The use of special alloys or hard metal armoring, for example based on cobalt, enables the working temperature to be increased slightly, but from 800 ° C the mechanical properties of these materials are generally no longer sufficient

Die warmfesten Stähle und Wolframcarbid besitzen zwar bei erhöhten Temperaturen gute mechanische Eigenschaften, weisen aber eine schlechte Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Ausdehnungskoeffizienten auf. Sie sind daher gegenüber starken Temperaturwechseln sehr empfindlich; Werkzeugwechsel sind wegen der geringen Standzeit der Materialien daher besonders häufig erforderlich. Schließlich können die bekannten für Umformungswerkzeuge verwendeten Legierungen, die zwar hinsichtlich ihres Wärmeverhaltens annehmbar sind, wegen Festschweißens am Werkstück und damit verbundenen Oberflächenfehlern nicht befriedigen.The heat-resistant steels and tungsten carbide have good mechanical properties at elevated temperatures Properties, but have poor thermal conductivity and a high coefficient of expansion on. They are therefore very sensitive to sharp changes in temperature; Tool changes are Due to the short service life of the materials, this is often necessary. After all, they can known alloys used for forming tools, although with regard to their thermal behavior are acceptable because of welding to the workpiece and associated surface imperfections not satisfy.

Für die Herstellung von Gießformen wurden bereits Wolframlegierungen angewandt, die 1 bis 12% Ni, 1,5 bis 7,5% Fe und 0,5 bis 25% Molybdän oder Chrom enthalten und zumindest einen Zusatz von Kobalt, Mangan, Vanadium, Tantal, Zirkonium, Titan, Yttrium, Rhenium, Bor oder Silicium aufweisen müssen. Die Anforderungen an eine Gießform einerseits und ein Werkzeug zur Warmumformung andererseits sind sehr unterschiedlich. Bei den Gießformen stellt die Korrosion durch die Metallschmelze, die Oberflächenrauhigktit und eine eventuelle Reaktion zwischen Formwerkstoff und Schmelze die bedeutendsten Faktoren dar.Tungsten alloys containing 1 to 12% Ni, 1.5 contain up to 7.5% Fe and 0.5 to 25% molybdenum or chromium and at least one addition of cobalt, Manganese, vanadium, tantalum, zirconium, titanium, yttrium, rhenium, boron or silicon must have. the The demands placed on a casting mold on the one hand and a tool for hot forming on the other hand are very high different. In the case of the casting molds, the corrosion caused by the metal melt, the surface roughness and a possible reaction between the mold material and the melt are the most important factors.

Aufgabe der Erfindung ist es, Werkzeuge für die Warmumformung von Metallen im Bereich von 700 bis 1300°C bereitzustellen, die starken Belastungen und erheblichen Wärmeschocks widerstehen und daher eine erhöhte Standzeit ergeben, welche aus der Verwendung von Werkstoffen mit guten mechanischen Eigenschaften bei hoher Temperatur, einem relativ geringen Dehnungskoeffizienten, einer guten Wärmeleitfähigkeit bestehen und die nicht zu Verschweißungen mit dem umzuformenden Gut führen.The object of the invention is to provide tools for the hot forming of metals in the range from 700 to 1300 ° C to provide, which withstand heavy loads and significant thermal shocks and therefore a increased service life resulting from the use of materials with good mechanical properties at high temperature, a relatively low coefficient of expansion, good thermal conductivity exist and which do not lead to welds with the material to be formed.

Alle diese Eigenschaften lassen sich in einem Werkzeug zum Warmumformen von Metallen vereinigen, wenn man für das Werkzeug erfindungsgemäß eine Schwermetallegierung verwendet, die aus 90 bis 97%All of these properties can be combined in one tool for hot metal forming, if a heavy metal alloy is used for the tool according to the invention, which consists of 90 to 97%

1515th

20 Wolfram und 2 bis 10% Eisen und/oder Nickel und gegebenenfalls weiteren Legierungszusätzen wie Chrom, Molybdän und Kobalt in einer Gesamtmenge bis 8% besteht 20 tungsten and 2 to 10% iron and / or nickel and optionally other alloy additives such as chromium, molybdenum and cobalt in a total amount of up to 8%

Die Anforderungen an ein Werkzeug für die Warmumformung von Metallen gehen in erster Linie in Richtung auf die Gefahr des Anschweißens und in Richtung auf die Reibung zwischen umzuformendem Werkstoff und Werkstoff des Werkzeugs. Die beim Heißformen aktuellen Faktoren spielen bei Warmumformwerkzeugen keine Rolle.The requirements for a tool for the hot forming of metals go primarily into Direction towards the risk of welding and towards the friction between to be formed Material and material of the tool. The current factors in hot forming play a role in hot forming tools not matter.

Schwermetallegierungen entsprechend der erfindungsgemäß angewandten sind seit mehreren Jahren bekannt und werden entweder wegen ihrer hohen Dichte (für Kreiselrotoren, Schwungmassen und Gegengewichte) oder wegen ihrer Fähigkeit, harte Strahlungen zu absorbieren (für Behälter für -adioaktive Stoffe), oder auch wegen ihres hohen Elastizitätsmoduls (Ansatz- oder Mittelstücke für Schleifscheibenträger oder Bohrstangen) verwendet Es wurde jedoch bisher noch niemals daran gedacht, die Gesamtheit der Hochtemperatur-Eigenschaften dieser Schwermetallegierungen auszunutzen.Heavy metal alloys according to the invention Applied have been known for several years and are either because of their high Density (for gyro rotors, centrifugal masses and counterweights) or because of their ability to absorb hard radiation to absorb (for containers for radioactive substances), or because of their high modulus of elasticity (Extension or middle pieces for grinding wheel carriers or boring bars) It has been used so far never thought of the totality of the high temperature properties of these heavy metal alloys to take advantage of.

Als Beispiel seien folgende brauchbare Legierungen genannt:The following usable alloys are mentioned as an example:

3030th

Gew.-%Wt% NiNi FeFe WW. 4.64.6 2,42.4 AA. 9393 3,53.5 1,51.5 BB. 9595 22 11 CC. 9797

Die Bruchfestigkeit und die Streckgrenze dieser Legierungen liegen innerhalb folgender Grenzen (in N/mm*):The breaking strength and the yield strength of these alloys are within the following limits (in N / mm *):

002002

550 bis 750
380 bis 530550 to 750
380 to 530

320 bis 450 260 bis 350320 to 450 260 to 350

Der Wärmedehnungskoeffizient bei diesen iemperaturen liegt im Bereich von 5.10-VK, die Wärmeleitzahl beträgt etwa 104,67 W/m.K und die spezifische Wärme 146,5 bis 1,88 J/kg. Die Gesamtheit dieser Eigenschaften verleiht den aus derartigen Werkstoffen hergestellten Werkzeugen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Temperaturwechsel. Weiterhin ist die Beständigkeit des Gefi^es dieser Legierungen günstig, da es keiner Phasenänderung während der Temperaturanstieges unterliegt. Schließlich bildet sich ab etwa 600⁰C eine oberflächliche Oxidschicht (WOj), die eine ausgezeichnete Schmierwirkung hat.The coefficient of thermal expansion at these temperatures is in the range of 5.10-VK, the coefficient of thermal conductivity is around 104.67 W / mK and the specific heat is 146.5 to 1.88 J / kg. All of these properties give tools made from such materials an excellent resistance to temperature changes. Furthermore, the stability of the structure of these alloys is favorable, since it is not subject to any phase change during the rise in temperature. Finally, a superficial oxide layer (PROV), which has an excellent lubricating effect is formed from about 600 ⁰ C.

Die erfindungsgemäß für Werkzeuge verwendeten Legierungen werden auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt, d. h. durch Pressen und Sintern, und können ohne besondere Schwierigkeit bearbeitet werden. Sie eignen sich vor allem zum Warmumformen von zahlreichen Metallen und Legierungen, insbesondere ,von gewöhnlichen Stählen oder Spezialstählen und von Kupfer. Es kann von Vorteil sein, Verbundwerkzeuge herzustellen, bei denen lediglich die unmittelbaren Arbeitsflächen aus der erfindungsgemäß verwendeten Legierung bestehen. Die erfindungsgemäß verwendete Legierung eignet sich besonders für Strangpreß-Formen, Dorn-Scheiben oder -Stangen, Dorne und Werkzeuge zur Herstellung von nahtlosen Rohren und zum Formen von Krümmern.The alloys used according to the invention for tools are made by powder metallurgy manufactured, d. H. by pressing and sintering, and can be machined without any particular difficulty. she are especially suitable for hot forming of numerous metals and alloys, in particular , of ordinary steels or special steels and of Copper. It can be advantageous to make composite tools where only the immediate Work surfaces consist of the alloy used according to the invention. The one used in the present invention Alloy is particularly suitable for extrusion molds, mandrel discs or rods, mandrels and Tools for making seamless pipe and shaping elbows.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung werden näher im folgenden Beispiel erläutert.The advantages of the use according to the invention are explained in more detail in the following example.

example

Es wurde auf pulvermetallurgischem Wege ein birnenförmiger Lochdorn mit Außendurchmesser 62 mm und Gesamtlänge 206,5 mm hergestellt, der zur Herstellung von nahtlosen Rohren aus Lagerstahl der Sorte 100C6 diente. Gelocht wurde bei etwa 1200" C.A pear-shaped piercer with an outer diameter was made by powder metallurgy 62 mm and total length 206.5 mm, which is used for the production of seamless tubes from bearing steel Grade 100C6 was used. Punched at around 1200 "C.

Der Dorn wurde aus einer Schwermetallegierung aus W 95%, Ni 3,5% und Fe 1,5% hergestellt Mit diesem Dorn ließen sich 650 Lochungen bei relativ geringer Deformation ausführen, nämlich < 0,5 mm. Nach erneuter Oberflächenbehandlung konnte er mehrere Male weiterverwendet werden.The mandrel was made from a heavy metal alloy W 95%, Ni 3.5% and Fe 1.5% produced. With this mandrel, 650 perforations could be made with relatively fewer Perform deformation, namely <0.5 mm. After renewed surface treatment, he was able to do this several times can be reused.

Die bisher verwendeten Dorne aus Stahl 30NC 11 mußten entweder nach jeder Lochung demontiert und in einer Wanne gekühlt werden, so daß ständig ein Monteur für Dorne zugegen sein mußte, oder aber sie mußten von innen gekühlt und am Ende mit Wasser besprengt werden und hielten höchstens 50 Lochrngen, was einen 20fachen Wechsel je Arbeitsstelle bedeutetThe previously used mandrels made of steel 30NC 11 either had to be dismantled after each perforation and cooled in a tub, so that a constant Dorne mechanics had to be present, or they had to be cooled from the inside and with water at the end are sprinkled and held a maximum of 50 holes, which means a 20-fold change per job

ίο Mit den aus den erfindungsgemäß verwendeten Legierungen hergestellten Dornen wurden auch eine bessere Qualität der Rohr-Innenfläche und bessere Toleranzen erreichtίο With the from the inventively used Alloy-made mandrels also had better quality of the inner tube surface and better Tolerances reached

Claims

Claim:

Use of an alloy of 90 to 97% tungsten and 2 to 10% iron and / or nickel and optionally up to 8% alloying elements such as chromium, molybdenum or cobalt for the production of Tools for hot forming of metals in the solid state.

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