Смазка для горячей обработки металлов давлением
Использование: при производстве горячекатаных труб, например, для оправок прошивного стана. Сущность: смазка содержит в вес.%: триполифосфат натрия и хлористый натрий (2:1) 24-29,5; отходы от горения высокозольного твердого топлива и тальк (1:20) 35-39; цинковую пыль 1,0-1,5; углекислый кальций и клей поливинилацетатный (1:4) 30-40. Технический результат - повышение износостойкости инструмента и качества внутренней поверхности деформируемой трубы, увеличение скорости прокатки ≈ на 11-12%. 2 табл., 3 ил.
Предлагаемая смазка может быть использована при производстве горячекатаных труб.
При деформации нагретая заготовка соприкасается, как правило, с более холодным инструментом. В результате происходит разогрев контактной поверхности инструмента, снижение его твердости и прочности. На эти показатели влияет теплосопротивление промежуточного, разделительного слоя между металлом и инструментом. При низком коэффициенте теплопроводности в разделительном слое прочностные характеристики инструмента не уменьшаются. Это способствует повышению срока службы инструмента и качества внутренней поверхности труб.
Промежуточным, разделительным слоем является технологическая смазка, которая, кроме обеспечения теплоизоляции инструмента, способствует уменьшению напряжений трения и предотвращает нарушение сплошности слоя смазки на контактной поверхности инструмента и деформируемого металла.
Для горячей прокатки труб известны широко применяемые смазки на фосфатной основе: а.с. СССР №186601, а.с. СССР №454246, а.с. СССР №505674; заявки на патент Японии №48-30980 и др. Фосфаты при горячей прокатке реагируют с металлической поверхностью инструмента, образуя прочное сцепление в широком интервале температур. Однако смазки на фосфатной основе не обладают теплоизолирующим эффектом. В связи с этим стойкость инструмента и качество внутренней поверхности труб неудовлетворительные.
Известны также высокотемпературные смазки и на основе различных стекол: алюмоборсиликатное стекло №185В; №31с; №124; №176; стеклосмазки, заявка на патент №2791924 (США); заявка на патент №262301 (ГДР) и др. Основой всех силикатных соединений является кремнезем SiO2 и окислы одновалентных соединений, двухвалентных главной и побочных групп, окислы высших валентностей. Этим обусловлены высокая вязкость и хорошая теплоизоляция стеклосмазок. Подобные смазки нашли применение при горячем прессовании труб. Однако текучесть этих смазок недостаточная, и поэтому сфера их применения ограничена диапазоном высоких температур, что не всегда приемлемо для обработки давлением.
Известны также твердые смазки для горячей деформации - это графит, дисульфид молибдена, тальк, слюда и др. Например, сухие смазочные материалы на основе нитрида бора и графита, заявка на патент №52-9274 (Япония); на основе боратов, сульфатов, заявка на патент №2341645 (Франция); на основе сульфатов, графита, фторированного графита, нитрида бора, дисульфида молибдена, дисульфида вольфрама, заявка на патент №4168241 (США). Эти смазки имеют хорошие антифрикционные свойства, но не отвечают другим требованиям горячей прокатки труб и могут быть использованы только в качестве наполнителя в основном составе.
Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемой смазке является смазка по а.с. СССР №505674, содержащая триполифосфат натрия, хлористый натрий, гидроокись кальция и воду.
Недостатками этой смазки являются:
1. Низкие теплозащитные свойства.
2. Повышенный износ оправок при горячей прокатке и ухудшение качества внутренней поверхности труб.
Технологическая смазка, применяемая при горячей обработке металлов давлением, должна отвечать следующим требованиям:
1. Проявлять теплозащитные свойства.
2. Снижать напряжение трения между контактирующими поверхностями.
3. Обладать высокой несущей способностью и предотвращать нарушение сплошности слоя смазки при обработке давлением.
4. Иметь высокие адгезионные свойства.
5. Предотвращать массоперенос материала инструмента на трубу и образование на внутренней поверхности труб плен, рисок, вырывов частиц металла и т.п.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости инструмента и качества внутренней поверхности деформируемой трубы при одновременном увеличении ее длины и времени контакта горячей трубы и холодного инструмента.
Для этого предлагается смазка на основе триполифосфата натрия и хлористого натрия, которая дополнительно содержит отходы от горения высокозольного твердого топлива, тальк, цинковую пыль, углекислый кальций и клей поливинилацетатный при следующем содержании компонентов, вес.%:
| Триполифосфат натрия и хлористый натрий | 24-29,5 |
| Отходы от горения высокозольного твердого топлива | |
| и тальк | 35-39 |
| Цинковая пыль | 1,0-1,5 |
| Углекислый кальций и клей поливинилацетатный | 40-30 |
1. Триполифосфат натрия и хлористый натрий (оптимальное соотношение 2:1) при температуре прокатки (прессования) нержавеющей стали (1050-1150°С) образуют жидкотекучий расплав, который реагирует с металлической поверхностью. В результате этого смазка способствует уменьшению напряжения трения за счет образующихся фосфатов и хлоридов железа.
2. Теплозащитные свойства смазки обеспечиваются введением отходов от горения высокозольного твердого топлива и талька (оптимальное соотношение 1:20). В целом это представляет собой смесь окислов: SiO2, MgO, Al2O3, Fe2О3, СаО и др.
3. С целью дополнительной защиты инструмента в смазочный состав введена цинковая пыль, которая при высокой температуре и высоком давлении способствует металлизации смазочного состава, повышению несущей способности смазки и уменьшению напряжений трения между контактирующими поверхностями.
4. Углекислый кальций и клей поливинилацетатный (оптимальное соотношение 1:4) придают смазке адгезионные свойства при комнатной температуре после ее нанесения на поверхность оправки или заготовки и сушки. Кроме того, эта смесь позволяет получить консистенцию с хорошей кроющей способностью, уменьшить толщину покрытия и расход смазки.
Примеры составов смазки приведены в табл.1.
| Таблица 1 | ||||
| Примеры составов смазки | ||||
| №№ | Компоненты смазок | Известная смазка, вес.% а.с. №505674 | Предлагаемая смазка, вес.% | |
| 1 | 2 | 3 | ||
| 1 | Na5P3O10 Триполифосфат натрия | 23 | 16 | 19,66 |
| 2 | NaCl Хлористый натрий | 5 | 8 | 9,83 |
| 3 | Са(ОН)2 Гидроокись кальция | 1 | - | - |
| 4 | Отходы горения высокозольного твердого топлива | 1,67 | 1,85 | |
| 5 | Тальк | - | 33,4 | 37,0 |
| 6 | Цинковая пыль | - | 1,03 | 1,16 |
| 7 | СаСО3 Углекислый кальций | - | 7,98 | 6,1 |
| 8 | Клей поливинилацетатный | - | 31,92 | 24,4 |
| 9 | Вода | Ост. до 100 | - | - |
| Всего: | 100 | 100 |
Способ получения композиции опытных составов заключается в механическом смешивании компонентов смазки с помощью мешалки известной конструкции. Приведенные составы предлагаемой смазки №2 и №3 обеспечивают достижение полезных эффектов: теплозащитные свойства, снижение напряжения трения, повышение несущей способности смазочной пленки под воздействием контактных нормальных напряжений в очаге деформации, повышение кроющей способности и уменьшение расхода смазки.
В результате лабораторных исследований и промышленных испытаний установлено оптимальное соотношение компонентов в предлагаемом смазочном составе. Промышленные испытания осуществлялись при винтовой прокатке сплошных заготовок (прошивка) и получении полой гильзы, т.к. условия работы оправок в этом случае наиболее неблагоприятные.
При прошивке нержавеющих труб использовались оправки диаметром 82 мм (фиг.1) и заготовка круг ⊘102÷105 мм. При этом фиксировалось толщина смазочного покрытия до и после деформации; оценивались адгезионные свойства, максимальная возможная длина гильзы (без застревания оправки); внешний вид оправки после прошивки; количество прокатанных на одной оправке заготовок; качество внутренней поверхности деформированных труб; скорость прокатки, свидетельствующая об уровне напряжения трения. Промышленные испытания показали, что наилучшие результаты по долговечности прошивной оправки (5 проходов при прошивке длинномерных заготовок из стали 12Х18Н10Т) и отсутствию дефектов в виде плен на внутренней поверхности труб получены при испытании состава №3 (см. табл.1, табл.2 сравнительного анализа качества процесса прошивки с предлагаемой смазкой и смазкой по а.с. СССР №505674 и (фиг.1-3).
| Таблица 2 | |||
| Сравнительный анализ качества процесса прошивки с предлагаемой смазкой по а.с. СССР №505674 | |||
| №№ | Характеристики качества процесса | Смазка по а.с. СССР №505674 | Предлагаемая смазка, состав №3 |
| 1 | Толщина смазочного покрытия до прокатки, мкм | 400 | 400 |
| 2 | Толщина смазочного покрытия после прокатки, мкм | 0 | 150 |
| 3 | Максимально возможная длина получаемой при прошивке гильзы, м. | 4,5...5,0 | 5,5...6 |
| 4 | Состояние носика оправки | Полный износ носика оправки после первого прохода, фиг.2 | Работоспособное состояние носика оправки после проходов, фиг.3 |
| 5 | Качество внутренней поверхности гильз | Многочисленные плены по средине и на заднем конце труб | Отсутствие дефекта по всей длине труб |
| 6 | Скорость прошивки, м/с | 0,64 | 0,72 |
Результаты измерений характеристик качества процесса по п.п.2, 3 и 6 получены в промышленном эксперименте с использованием предлагаемой смазки с объемом выборки 20 заготовок.
Как видно из табл.2, применение предлагаемой смазки по сравнению с прототипом выявило высокие адгезивные свойства, несущую способность и уменьшение напряжений трения, о чем свидетельствуют наличие остаточного слоя смазки на оправке после прокатки (150 мкм) и увеличение скорости прошивки на 11-12%. Более высокие теплозащитные свойства предлагаемой смазки по сравнению с прототипом подтверждаются увеличением максимально возможной длины гильзы, получаемой при прошивке, с 4,5 м до 6,0 м, и сохранением формы носика оправки из-за предотвращения массопереноса материала оправки на трубу, а также отсутствием плен на внутренней поверхности готовых труб.
В процессе горячей прокатки нержавеющих труб на известной смазке прочность инструмента была очень низкой (фиг.2): носик и заплечики оправки деформировались и оплавлялись на первом проходе, что ухудшило качество внутренней поверхности деформируемой трубы (появление дефектов в виде «плен»).
При использовании предлагаемой смазки для оправок, например прошивного стана достигнуто повышение ее прочности (износостойкости) (фиг.3), о чем свидетельствует сохранение без дефектов формы оправки (носик и заплечики не оплавлялись) даже после пяти проходов, как следствие, улучшилось качество внутренней поверхности труб.
Скорость прошивки с применением предлагаемой смазки по сравнению с прототипом удалось увеличить на 11-12%.
Положительный эффект от применения предлагаемой смазки может быть получен благодаря уменьшению нормы обрези в связи с увеличением длины прошиваемой гильзы, длины заготовки в контейнере при прессовании и т.п., что приведет к экономии металла при производстве бесшовных труб; исключению дорогостоящей и трудоемкой операции по обточке и расточке труб из нержавеющих марок стали, а также получению экономии металла за счет повышения качества внутренней поверхности труб; повышению стойкости инструмента и уменьшению затрат его расхода на 1 т готовой продукции; освоению производства бесшовных труб из нержавеющих марок стали с малыми размерами диаметра и толщины стенки горячекатаной и горячепрессованной заготовки, что позволит в несколько раз уменьшить цикличность производства холоднодеформированных труб, снизить себестоимость продукции и повысить конкурентную способность на рынке.
Смазка для горячей обработки металлов давлением на основе триполифосфата натрия и хлористого натрия, отличающаяся тем, что смазка дополнительно содержит отходы от горения высокозольного твердого топлива, тальк, цинковую пыль, углекислый кальций и клей поливинилацетатный при следующем содержании компонентов, вес.%:
| Триполифосфат натрия и хлористый натрий (2:1) | 24-29,5 |
| Отходы от горения высокозольного твердого топлива и тальк (1:20) | 35-39 |
| Цинковая пыль | 1,0-1,5 |
| Углекислый кальций и клей поливинилацетатный (1:4) | 30-40 |
