Kapitel 7: Eine anforderungsgerechte Beschichtung bedeutet nicht zwangsläufig wirksame Schmierung nach der Verformung
Beim Kaltstauchen werden häufig folgende Auffälligkeiten beobachtet:
Die Drahtoberfläche ist gleichmäßig gefärbt und die Masse der Phosphat-Seifen-Beschichtung liegt im festgelegten Bereich. In der Kaltstauchmaschine kann die Beschichtung dennoch abplatzen oder sich ablösen. Dadurch können Schmierstoffreserven fehlen, Werkstücke sich schwärzen, Oberflächen aufrauen, Werkstoff am Werkzeug anhaften, Werkzeuge rascher verschleißen und in schweren Fällen Risse entstehen.
Im Betrieb wird dies häufig vereinfacht auf eine schlechte Phosphat-Seifen-Behandlung zurückgeführt. Das tatsächliche Problem ist jedoch selten so eindeutig.
Fallbeispiel 1: Eine Schwärzung des Werkstückschafts ist nur eine mögliche Erscheinung bei Beschichtungsproblemen. Die Farbe allein bestimmt die Ursache nicht. Auch Beschichtung, Schmierstoff im Werkzeughohlraum und örtliche Erwärmung sind zu prüfen.
Aussehen und Schichtmasse beschreiben den statischen Zustand vor dem Kaltstauchen. Im Betrieb ist entscheidend, wie viel Beschichtung nach dem Ziehen verbleibt und ob sie unter hohem Druck, Reibungswärme und großer Formänderung weiter haftet, sich anpasst und schmiert.
I. Die Phosphat-Seifen-Behandlung nicht allein nach der gesamten Schichtmasse beurteilen
Creation Group beschreibt die Überwachung der drei Restbeschichtungskomponenten nach dem Drahtziehen als monatliche Routine der Qualitätskontrolle. Der Bericht umfasst 20 Güte-Abmessungs-Kombinationen aus der Produktion. Für jede Kombination werden drei Proben nach dem Ziehen entnommen, um drei verbleibende Beschichtungskomponenten zu überwachen.
Technisch lassen sich diese Komponenten wie folgt einordnen:
Zinkphosphat bildet das tragende Gerüst und einen Haftgrund für den Schmierstoff;
Zinkstearat bildet die durch Verseifung entstehende gebundene Schmierschicht;
Natriumstearat stellt die Schmierstoffreserve für das anschließende Ziehen und Kaltstauchen bereit.
Neben der Schichtmassenmessung umfasst die beschriebene Routineüberwachung REM-Beobachtungen zu Kristallform, Bedeckung und Verteilungsunterschieden auf der Oberfläche. Die Schichtmasse beantwortet, wie viel verbleibt. REM zeigt, wie die Oberfläche aussieht. Gemeinsam ermöglichen beide eine belastbarere Bewertung als die Drahtfarbe allein.
REM-Aufnahmen der Phosphatschicht aus monatlichen Routineprüfungen zeigen Kristallform, Bedeckung und Verteilungsunterschiede. Ein einzelnes Bild ersetzt weder eine Probenahme an mehreren Stellen noch die tatsächliche Validierung beim Kaltstauchen.
Der Bericht nennt GB/T 11376-2020. Abschnitt 6.2 dieser Norm verweist für die Messung der flächenbezogenen Phosphatschichtmasse auf GB/T 9792. Dieser Verweis allein belegt nicht das im Monatsbericht verwendete Verfahren zur getrennten Bestimmung von Zinkstearat und Natriumstearat. Gegenüber der alleinigen Messung der gesamten Schichtmasse vor dem Ziehen beschreibt die getrennte Betrachtung der drei Restkomponenten nach dem Ziehen den Zustand beim Eintritt in die Kaltstauchmaschine besser.
Deutsch beschriftete Übertragung des ursprünglichen Beschichtungsdiagramms
Verbleibende Beschichtungsmasse nach dem Ziehen in g/m². Die Originallegende verwendet Grau für Natriumstearat, Blau für Zinkstearat und Rot für Zinkphosphat. Die Tabelle gibt die angezeigten Werte für 20 Güte-Abmessungs-Kombinationen wieder. Abnahmegrenzen oder ein Mittelungsverfahren werden nicht erfunden.
| Gütenbezeichnung laut Quelle | Drahtdurchmesser, mm | Zinkphosphat, g/m² | Zinkstearat, g/m² | Natriumstearat, g/m² |
|---|---|---|---|---|
| C4C | 10.92 | 3.53 | 1.05 | 0.76 |
| SWCH35K | 5.9 | 5.15 | 1.01 | 1.41 |
| GC15 | 5.35 | 3.43 | 1.60 | 0.90 |
| SWCH18A | 5.85 | 4.11 | 1.90 | 0.62 |
| SAE10B21A-Q | 5.89 | 4.48 | 1.41 | 1.03 |
| DT4C | 5.25 | 2.76 | 1.48 | 0.72 |
| Q235 | 6.5 | 9.55 | 2.18 | 0.53 |
| C10C | 8.0 | 4.56 | 2.28 | 2.18 |
| 45# | 5.1 | 4.24 | 1.59 | 1.35 |
| 10B21 | 5.75 | 3.61 | 1.72 | 1.16 |
| 19MnB4 | 5.2 | 4.29 | 2.01 | 0.91 |
| Q195 | 9.6 | 6.03 | 2.28 | 2.49 |
| 10B21 | 6.2 | 3.78 | 2.52 | 1.59 |
| SCM435 | 9.8 | 6.48 | 1.38 | 0.86 |
| SWCH10A | 6.9 | 5.12 | 2.28 | 0.56 |
| ML08AL | 5.5 | 6.52 | 2.11 | 0.67 |
| 45# | 4.8 | 5.09 | 1.41 | 0.85 |
| SWRM10 | 4.8 | 4.32 | 1.61 | 0.81 |
| SWCH45K | 6.05 | 2.71 | 0.82 | 0.75 |
| SWCH22A | 2.33 | 2.89 | 0.85 | 0.47 |
Originaldiagramme des Monatsberichts der Creation Group: laut Bericht gemessene Restmengen von Zinkphosphat, Zinkstearat und Natriumstearat nach dem Ziehen bei 20 Serienwerkstoffen.
Der Monatsbericht bewertet die hier dargestellten Daten als innerhalb des normalen Kontrollbereichs und beschreibt den Phosphat-Seifen-Prozess sowie die drei Restkomponenten nach dem Ziehen als insgesamt stabil. Der Bericht soll keine Werkstoffprobleme nachweisen. Er verdeutlicht, dass sich der Beschichtungszustand nicht allein am Aussehen beurteilen lässt und die Prozessstabilität laufend geprüft werden muss.
Eine bestandene Schichtmassenprüfung beschreibt jedoch nur die beim Probenahmezeitpunkt verbleibende Menge. Sie beantwortet nicht eigenständig, ob die Beschichtung beim schnellen Kaltstauchen zerbröselt oder abblättert, örtliche Erwärmung verträgt oder zum Schmierstoff im Werkzeughohlraum passt. Genau diese Fragen behandelt der Artikel.
II. Warum kann sich eine zunächst gute Beschichtung nach dem Drahtziehen anders verhalten?
Die Schichtmasse nach Abschluss von Phosphatierung und Verseifung belegt zunächst nur, dass sich eine Beschichtung gebildet hat.
Phosphatschichten können sich nicht wie der Stahlgrundwerkstoff kontinuierlich dehnen. Beim Drahtziehen wirken Druck, Scherung und Oberflächenstreckung gleichzeitig. Teile der Schmierschichten werden entfernt oder umverteilt. Bei unzureichender Verformungsanpassung oder Haftung am Stahl können Mikrorisse, schuppenartige Brüche oder örtliche Ablösungen entstehen.
Kleine Risse in der Beschichtung bedeuten nicht zwangsläufig ein Versagen. Entscheidend ist, ob danach große Bereiche des metallischen Grundwerkstoffs freiliegen, die verseifte Schmierschicht noch bedeckt und die Restbeschichtung die weitere Kaltstauchverformung erträgt. Örtlich blanke Bereiche begünstigen im Werkzeughohlraum erhöhte Reibung, Oberflächenriefen oder Werkstoffanhaftungen.
Auch bei ähnlichen Schichtmassen nach Phosphatierung und Verseifung können unterschiedliche Querschnittsabnahmen und Ziehzugzahlen deshalb zu Unterschieden bei Schichtbruch, Bedeckung und wirksamer Restschichtdicke führen.
Deshalb konzentriert sich die beschriebene monatliche Prüfung der Creation Group auf die nach dem Ziehen verbleibende Menge und nicht einfach auf eine möglichst hohe Anfangsschichtmasse vor dem Ziehen.
III. Sogenanntes Anbrennen ist nur eine Erscheinungsform von Beschichtungsproblemen
Viele im Betrieb als Anbrennen bezeichnete Erscheinungen bedeuten nicht, dass Phosphatkristalle tatsächlich wie organische Stoffe verbrennen.
Beim Kaltstauchen entstehen Verformungs- und Reibungswärme gleichzeitig. Bei unzureichender Temperaturbeständigkeit der verseiften Schmierschicht oder des Werkzeugschmierstoffs können Erweichung, thermischer Abbau, Zersetzung oder Verkohlung von Rückständen auftreten.
Gleichzeitig kann die Phosphatstruktur zerdrückt, ausgedünnt oder abgelöst werden. Versagt der Schmierschutz, kann örtlicher direkter Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug entstehen. Eine mögliche Abfolge ist:
Thermischer Abbau der Schmierschicht → geringere Tragfähigkeit des Schmierfilms → örtlicher Metallkontakt → Schwärzung, Oberflächenriefen, Werkstoffanhaftungen und ungewöhnlicher Werkzeugverschleiß.
Betriebsfall 2: Deutliche Längsriefen auf der Oberfläche deuten darauf hin, dass sich das Problem vom Versagen der Schmierschicht zu direktem Metallkontakt und adhäsivem Verschleiß entwickelt haben könnte.
Eine Schwärzung der Werkstückoberfläche weist daher nur auf eine mögliche Auffälligkeit im Schmiersystem hin. Aus der Farbe allein darf nicht unmittelbar auf einen Fehler der Phosphatierung geschlossen werden.
IV. Weder Beschichtung noch Werkzeugschmierstoff dürfen übersehen werden
Die Phosphat-Seifen-Beschichtung schützt den Werkstoff vor Eintritt in das Werkzeug. Der Schmierstoff im Werkzeughohlraum muss während der Umformung weiter schmieren und einen Teil der Wärme abführen.
Auch bei gutem Restbeschichtungszustand kann es zu Schwärzung und Riefen kommen, wenn die Viskosität des Werkzeugschmierstoffs zu schnell abfällt, seine Temperaturbeständigkeit nicht ausreicht oder er stark umgeformte Bereiche nicht zuverlässig erreicht.
Ist die wirksame Restbeschichtung nach dem Ziehen bereits unzureichend, stellt eine größere Menge Werkzeugschmierstoff umgekehrt nicht zwangsläufig die ursprünglichen Schmierbedingungen wieder her.
Die Beschichtung schafft die Grundlage, der Schmierstoff hält den Schutz aufrecht. Entscheidend ist das Zusammenwirken beider Systeme unter den konkreten Werkzeug- und Prozessbedingungen.
Betriebsfall 3: Kleine Werkstücke zeigen örtliche Schwärzungen. Auch bei kleiner betroffener Fläche ist eine Bewertung mit Bezug auf Umformstufe, Produktionsgeschwindigkeit und Dauerproduktionsverlauf erforderlich.
V. Den berichteten Temperaturbeständigkeitskennwert der Beschichtung einordnen
Der Unternehmensfall nennt einen Temperaturbeständigkeitskennwert der Beschichtung von mindestens 900°C. Prüfverfahren, Einwirkdauer und Belastungsbedingungen werden hier nicht angegeben. Der Wert legt deshalb keine zulässige Temperatur für das Kaltstauchen oder das gesamte Schmiersystem fest.
Der Temperaturbeständigkeitskennwert wird für die Beschichtung berichtet. Er bedeutet nicht, dass sämtliche Werkzeugschmieröle bei 900°C dieselbe Viskosität und Schmierwirkung aufrechterhalten. Die tatsächliche Serienfertigung hängt weiterhin von der abgestimmten Kombination aus Beschichtung, Restfilm, Werkzeugschmierstoff und Umformstufen ab.
Der SCM435-Fall nennt für den Originalparameter 强束比 einen Wert von 79.8%. Die ursprüngliche Parameterbezeichnung bleibt erhalten, ohne ihr eine ungeprüfte Definition oder Formel zuzuweisen. Das Unternehmen berichtet nach Abstimmung von Beschichtungssystem, Restbeschichtung nach dem Ziehen, Werkzeugschmierung und Umformfolge über stabile Produktion.
SCM435-Produktionsfall: berichteter Originalparameter 强束比 79.8%; nach Abstimmung der Prozessbedingungen wird stabile Produktion berichtet.
Der Fall verdeutlicht die Bedeutung einer beständigen, stabilen Herstellung anforderungsgerechter Teile unter anspruchsvollen Umformbedingungen. Ein einzelner Temperaturbeständigkeitswert oder eine einmalige Schichtmassenprüfung reicht zur Beurteilung nicht aus.
Technische Einordnung
Der Nutzen von Phosphatierung und Verseifung liegt nicht allein in einem gleichmäßigen Aussehen bei der Lagerung. Nach dem Ziehen und beim kontinuierlichen Kaltumformen muss die Beschichtung an den schutzbedürftigen Bereichen haften, ausreichende Schmierstoffreserven erhalten und Werkstück sowie Werkzeug weiter schützen.
Merksatz zu Kapitel sieben:
Ein unauffälliges Aussehen bei der Eingangsprüfung ist nur der Anfang. Zur Unterstützung stabiler Produktion muss nach dem Ziehen genügend wirksamer Restfilm verbleiben, der weder zerbröselt noch abblättert und unter den tatsächlichen Verformungs-, Temperatur- und Werkzeugschmierbedingungen wirksam bleibt.
Bei Problemen wie Abpulvern oder Ablösen der Beschichtung, Schwärzung oder Anbrennen von Werkstücken, Oberflächenriefen, Werkzeuganhaftungen oder ungewöhnlichen Standzeiten senden Sie bitte Werkstoffgüte, Spezifikation, Maße vor und nach dem Ziehen, betroffene Umformstufen und Betriebsfotos. Creation Group kann zunächst bei der Einordnung helfen, ob Restbeschichtung, Haftung, Werkzeugschmierung oder Temperatur- und Reibungsbedingungen zu untersuchen sind.
Ausblick auf das nächste Kapitel
Kapitel acht: Der Werkstoff ist unverändert — warum wird die Umformung nach einer Änderung der Bauteilgeometrie schwieriger?
Das nächste Kapitel behandelt den Einfluss von Bauteilgestaltung, Radien, Formänderung je Stufe und Stufenverteilung auf den Werkstofffluss im Werkzeug.