Смазка для горячей обработки металлов давлением

 

Использование: при горячем прессовании прутков, профилей и труб, в частности труб из углеродистых сталей и нержавеющих сталей и сплавов. Смазка содержит, мас. %: глинозем 0,1-5, кремнезем 0,1-5, плавиковый шпат 0,1-5, бура 0,1-35, эгирин-диопсидовый концентрат - остальное. Технический результат - повышение стойкости инструмента в 1,4 раза, улучшение качества труб, исключение налипания смазки на инструмент. 4 табл.

Изобретение относится к смазочным веществам, в частности для горячей обработки металлов давлением, например для горячего прессования труб из углеродистых сталей и нержавеющих сталей и сплавов.

Известна смазка для горячего прессования тугоплавких металлов в пределах температур прессования 1150-1250^oC, представляющая концентрат природного минерала авгита (aвторское свидетельство СССР N 1097655, кл. C 10 M 103/06, 1984).

Известна смазка для горячего прессования жаропрочных сталей и сплавов в пределах температур прессования 1100-1200^oC, представляющая собой концентрат природного минерала эгирина (aвторское свидетельство СССР N 1082795, кл. C 10 M 103/06, 1984).

Обе указанные смазки предполагают их использование в процессе деформации только в качестве смазочных шайб, тогда как при каждом прессовании смазка наносится одновременно в двух (прутки, профили) или трех (трубы) точках: смазочная шайба на матрицу, смазка на внутреннюю поверхность гильзы (смазка иглы) и смазка на боковую поверхность заготовки (смазка контейнера).

Обе указанные смазки - авгитовый и эгириновый концентраты - могут быть получены при переработке апатитонефелиновых руд. Процесс этот трудоемкий. При существующей технологии переработки руд на ПО "Апатит" указанные концентраты не разделяются. В промышленном масштабе выпускается эгирин-диопсидовый концентрат.

И, кроме того, практика прессования, особенно прессования труб, показала, что природные силикаты в качестве смазки работают нестабильно. Требуется усреднение состава, достигаемое путем переплава сырья. Природные соединения, даже прошедшие специальную очистку и представляющие из себя концентраты, содержат посторонние включения, что может вызвать брак на поверхности пресс-изделия и инструмента в виде рисок и задиров.

Наиболее близкой по технической сущности к достигаемому результату и заявляемому изобретению является смазка для горячего прессования металлов, содержащая буру, апатит и эгирин-диопсидовый концентрат (патент РФ N 2017799, кл. C 10 M 103/06, 30.03.90).

Недостатком известной смазки является нестабильность свойств в процессе удаления остатков смазки с инструмента и пресс-изделий после прессования. Это вызвано тем, что основа смазки - эгирин-диопсидовый концентрат - является природным веществом, которое выделяется из апатитонефелиновой руды. В состав концентрата кроме прочих примесей входит апатит от 1 до 2,5 мас.%.

В соответствии с изобретением степень самоочистки инструмента и пресс-изделий от остатков смазки достигается вводом в ее состав от 0,1 до 3 мас.% апатита, что, по мнению авторов, увеличивает скорость кристаллизации смазочных пленок, что в свою очередь способствует их самоудалению. Однако, учитывая значительные колебания состава концентрата и уже имеющееся в его составе наличие апатита, ввод еще до 3 мас.% апатита в состав смазки при ее переплаве не обеспечивает стабильности свойств, а следовательно, скорость и степень кристаллизации смазочных пленок непостоянны. Смазочные пленки частично остаются на инструменте и пресс-изделиях, что усложняет процесс удаления смазки и часто ведет к повторному травлению пресс-изделий, что удорожает процесс и вызывает перетрав поверхности труб.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей смазки.

Поставленная цель достигается тем, что смазка для горячей обработки металлов давлением, содержащая в качестве основы минеральное сырье - эгирин-диопсидовый концентрат, а также буру, дополнительно содержит глинозем, кремнезем и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Глинозем - 0,1 - 5 Кремнезем - 0,1 - 5 Плавиковый шпат - 0,1 - 5 Бура - 0,1 - 35 Эгирин-диопсидовый концентрат - Остальное Сущность изобретения состоит в следующем.

В качестве основы смазки используется эгирин-диопсидовый концентрат, имеющий следующий химический состав, мас.%: SiO₂ 42,7 - 46,0; Na₂O 5,4 - 7,5; K₂O 0,9 - 3,0; MgO 2,5 - 4,5; CaO 6,5 - 14,2; Al₂O₃ 8 - 10; FeO 6,5 - 9,0; Fe₂O₃ 11,0 - 14,0; TiO₂ 3,0 - 6,8; P₂O₅ 0,02 - 0,85.

Минералогический состав эгирин-диопсидового концентрата, мас.%: Эгирин-диопсид - 67 - 71 Эгирин - 6 - 9 Нефелин - 5 - 6
Апатит - 1 - 2,5
Сфен (титанит) - 3 - 6
Титано-магнетит - 0,9 - 4,6
Полевой шпат - 0,3 - 0,9
Гидрослюды (лабиринит) - 0,2 - 0,7
Ильменит - 2 - 6
Прочие минералы и сростки - Остальное
Известно, что ввод в состав смазки буры снижает температуру ее плавления и способствует формированию эластичных смазочных пленок в очаге деформации.

Известно, что смазка, наносимая в разных точках в процессе прессования труб, должна обладать различными свойствами. В смазку для боковой поверхности заготовки вводили 35 мас.% буры, в смазку для шайб и внутренней поверхности гильзы - 0,1 мас.% буры.

Однако введением в состав смазки только буры невозможно получать широкую гамму технологических свойств смазки.

Для расширения технологических возможностей смазок на основе эгирин-диопсидового концентрата и буры в нее вводится глинозем, кремнезем и плавиковый шпат.

Глинозем способствует повышению вязкости смазки, уменьшению ее растекаемости и структурному упрочнению смазывающих пленок. Все это имеет первостепенное значение для смазывающих шайб, которые принимают на себя максимальные прессовые нагрузки, в том числе и пиковые. При этом шайбы защищают матрицу от перегрева и формируют прочные, непрерывные, вязкие пленки по всей длине пресс-изделия. В зависимости от прессуемой марки стали температура прессования труб может изменяться от 1150 до 1250^oC. Изменяя мас.% глинозема в смазке можно сохранять идентичность ее свойств в указанных пределах температур. Введение в смазку более 5 мас.% глинозема способствует образованию толстых смазочных пленок, которые вдавливаются в поверхность пресс-изделия и образуют так называемую "рыбью чешую". Такие пленки затрудняют травление.

Состав глинозема 99,8 мас.% Al₂O₃ (ГОСТ 6912.1-93).

Кремнезем способствует повышению вязкости смазки, снижению ее растекаемости. Изменяя содержание кремнезема в смазке от 0,1 мас.% для боковой поверхности заготовки до 5 мас.% для смазочных шайб, можно изменять толщину пленки смазки в указанном температурном пределе. Введение до 5 мас.% кремнезема в смазку является достаточным для указанных температурных условий. Введение более 5 мас.% кремнезема ведет к увеличению в составе смазки SiO₂, что увеличивает время травления остатков смазки с пресс-изделий и расход плавиковой кислоты.

Состав кремнезема 99,8 мас.% SiO₂ (ГОСТ 2138-91).

Плавиковый шпат является кристаллизатором смазки. Смазочные пленки кристаллизуются при остывании пресс-издеий, происходит разрыв связей стекло-металл и самоудаление смазки с пресс-изделий. Это способствует снижению затрат на травление (уменьшение времени травления и снижение расхода плавиковой кислоты). Введения до 5 мас.% плавикового шпата в смазку достаточно для эффективного течения процесса кристаллизации смазочных пленок. Введение более 5 мас. % плавикового шпата удорожает смазку и не является целесообразным.

Состав плавикового шпата 97 мас.% CaF₂ (ГОСТ 29220-91).

Эгирин-диопсидовый концентрат получают из апатитонефелиновой руды путем ее дробления, измельчения мокрым помолом, флотации и мокрой магнитной сепарации в сильном поле. Черновой эгирин-диопсидовый концентрат дополнительно проходит операцию перечистки, после чего его сгущают в гидроциклонах, фильтруют на вакуум-фильтрах до влажности 10-15% и сушат в барабанных сушилках до влажности 1 ± 0,5%.

Смазку готовят смешением в необходимых расчетных количествах ее компонентов (эгирин-диопсидового концентрата, буры, глинозема, кремнезема и плавикового шпата) и расплавляют полученную шихту при 1250-1350^oC в течение 3-3,5 ч в зависимости от состава. Расплавленная масса выливается в воду с образованием гранулята, который подвергается сушке, помолу и просеву с получением крупки фракции 300-800 мкм для смазочных шайб и фракции 200-500 мкм для смазки при накатке, прошивке и для смазки внутренней поверхности гильзы.

Смазочные шайбы готовят из крупки фракции 300-800 мкм, смешанной с раствором жидкого натриевого стекла в воде при соотношении 1:1.

Смазки наносятся на инструмент и заготовки известным способом.

Примеры конкретного изготовления смазки в цехе смазки ОАО ПО "Волжский трубный завод".

Пример 1. Смазка для изготовления стеклошайб, применяемых при прессовании труб из нержавеющей марки стали 12Х18Н10Т размером 219 х 25 мм. Температура прессования 1150-1200^oC.

Применяется марка смазки 84,9ЭДК0,1Б5А5К5П.

Емкость печи для варки смазки 500 кг. Расчет ведется на 500 кг готовой шихты, кг:
Эгирин-диопсидовый концентрат (ЭДК) - 424,5
Бура (Б) - 0,5
Глинозем (А) - 25,0
Кремнезем (K) - 26,0
Плавиковый шпат (П) - 25,0
При необходимости перед взвешиванием шихтовые материалы сушатся и просеиваются.

Шихтовые компоненты перемешиваются в смесителе, и готовая шихта краном подается к печи на загрузку.

Варка смазки производится в барабанной печи диаметром 1600 мм. Печь повернута горловиной вверх к загрузочной воронке.

Печь имеет температуру 1200-1300^oC. После загрузки шихты печь поворачивается на 90^o, и крышка загрузочного отверстия замазывается глиной. Затем печь приводится во вращение, и одновременно включают газ и воду. Скорость вращения печи 1/4 оборота в минуту. Температуру повышают до 1300^oC и выдерживают режим в течение трех часов. После выдержки при заданном температурно-временном режиме горячая стекломасса выливается тонкой струей в холодную проточную воду. Образуется гранулят с рыхлой структурой, который сушится в специальных бункерах горячим проходящим газом (температура газа 160-300^oC). После сушки стеклогранулят в специальных контейнерах подается на линию дробления: в роторную дробилку центробежно-ударного типа, затем на грохот. Готовая смазка должна быть сухой, не содержать посторонних включений и должна иметь соответствующий гранулометрический состав (см. табл. 1).

Полученная смазка поступает в цех прессования труб (ТПЦ-2) на участок изготовления шайб. Стеклошайбы изготавливаются по общепринятой технологии. Готовые стеклошайбы подаются к прессу стопками по 10-20 штук.

Пример 2. Смазка для боковой поверхности заготовки при прессовании стальных труб любого размера в пределах температур прессования 1130-1220^oC.

Применяется марка смазки 64,7ЭДК35Б0,1А0,1К0,1П.

Процесс изготовления смазки тот же, что и в примере 1. Разница в режимах сварки и гранулометрическом составе. Температура варки 1200^oC. Время варки 2 ч 40 мин (см. табл. 2).

Смазка в специальных контейнерах поступает в ТПЦ-2, засыпается в бункера и дозируется на стол накатки, где разравнивается специальной линейкой. Горячая заготовка прокатывается по слою стеклосмазки на столе обкатки. При соприкосновении с горячей заготовкой стекло оплавляется и служит защитой и смазкой контейнера при прессовании.

Примеры конкретного использования предлагаемой смазки представлены в табл. 3 при травлении образцов труб из углеродистой стали марки 20 и нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т размером D_н - 60 мм, D_в - 50 мм, H - 30 мм. Образцы, покрытые смазкой, нагревали при температуре 1180^oC в течение 30 мин. После охлаждения они осматривались. Для снятия остатков смазки образцы травили по цеховой технологии с учетом расхода плавиковой кислоты как наиболее дорогостоящего компонента.

В табл. 4 приведены данные при горячем прессовании труб из углеродистой стали марки 20 размером 70 х 5 мм из контейнера 196 мм и нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т размером 57 х 5 мм из контейнера 156 мм на прессе 2000 т при 1180^oC. Травление труб осуществлялось по принятой технологии с учетом расхода плавиковой кислоты.

Как видно, применение предлагаемой смазки позволяет снизить расход плавиковой кислоты в 1,5 раза и время травления в 4 раза. При этом повышается стойкость инструмента в 1,4 раза, улучшается качество труб, процесс прессования осуществляется стабильно без налипания смазки на инструмент.

Использование данной смазки позволит при стабильной работе в процессе прессования исключить налипание смазки на инструмент и пресс-изделия и тем самым снизить затраты на травление до 35%.

Формула изобретения

Смазка для горячей обработки металлов давлением, содержащая буру и эгирин-диопсидовый концентрат, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит глинозем, кремнезем и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глинозем - 0,1 - 5
Кремнезем - 0,1 - 5
Плавиковый шпат - 0,1 - 5
Бура - 0,1 - 35
Эгирин-диопсидовый концентрат - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 13.04.2006

Извещение опубликовано: 27.03.2007        БИ: 09/2007

---