Смазка для горячей обработки металлов давлением

 

Изобретение относится к смазочным веществам, к горячей обработке металлов и может быть использовано при горячем прессовании прутков, профилей и труб, в частности труб из углеродистых сталей и нержавеющих сталей и сплавов. Сущность: композиция содержит, мас.%: сиенитовый концентрат - 8,0-70,0; бура - 0,1-20,0; эгирин-диопсидовый концентрат - остальное. Технический результат - повышение стойкости инструмента, обеспечение высокого качества труб, исключение налипания смазки на инструмент. 3 табл, 1 ил.

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 жаропрочных сталей и сплавов в пределах температур прессования 1100-1200^oС, представляющая собой концентрат природного минерала эгирина (авторское свидетельство СССР 1082795, кл. С 10 М 103/06, 1984).

Указанная смазка предполагает использование ее в процессе деформации только в качестве смазочной шайбы, тогда как при каждом прессовании смазка наносится одновременно в двух (прутки, профили), трех (трубы) точках (смазочная шайба на матрицу, смазка на внутреннюю поверхность гильзы (смазка иглы) и смазка на боковую поверхность заготовки (смазка контейнера)) и в четырех (смазка для прошивки и экспандирования), если прессование труб осуществляется в одном цикле с прошивкой или экспандированием заготовки.

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 и достигаемому результату к заявляемому изобретению является смазка для горячего прессования металлов, содержащая, мас.%: бура 0,1-35; глинозем 0,1-5; кремнезем 0,1-5; плавиковый шпат 0,1-5 и эгирин - диопсидовый концентрат остальное (патент РФ 2148616, кл. С 10 М, 125/00, 1999).

Недостатком известной смазки является узкий температурный предел применения: введение до 5 мас.% глинозема, кремнезема, плавикового шпата позволяет получить смазки, работающие в пределах температур 1180±20^oС, тогда как при прессовании труб на прошивном стане температура при прошивке достигает в очаге деформации 1250^oС, на столе накатки перед прошивкой или экспандированием 1050^oС. В очаге прессования температура достигает 1230^oС. При таком колебании температуры в одном цикле получения трубы методом прессования смазка должна обладать определенной пластичностью в широком диапазоне температур (1050-1250^oС). Недостатком известной смазки является также наличие в ее составе фтора (97 мас.% CaF₂ в плавиковом шпате), что резко ухудшает экологию и здоровье работающих со смазкой людей. И кроме того, глинозем, плавиковый шпат являются сырьем, имеющим значительную цену, что удорожает смазку.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение технологических возможностей смазки, повышение стойкости инструмента (экспандеров, прошивных наконечников, игл, прессовых матриц), исключение налипания на инструмент при обеспечении высокого качества поверхности труб, экологической чистоты смазки и снижении затрат на ее изготовление.

Для этого смазка для горячей обработки металлов давлением, содержащая минеральное сырье - эгирино-диопсидовый концентрат и буру, дополнительно содержит сиенитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Сиенитовый концентрат - 8,0-70,0 Бура - 0,1-20,0 Эгирин-диопсидовый концентрат - Остальное Сущность изобретения состоит в следующем.

Природные концентраты сиенитовый и эгирин-диопсидовый с добавкой буры, взятые в определенных количествах, сплавляются при определенных температуре и времени.

Сиенитовый концентрат содержит, мас.%: SiO₂ 45-46; Аl₂О₃ 26-28,5; ΣNa₂0, К₂O 18-20; Fe₂O₃ 1-3,5; CaO 0,5-1,5; МgО 0,2-2; TiO₂ 0,5-1,0; P₂O₅ 0,2-0,5.

Эгирин-диопсидовый концентрат содержит, мас.%: SiO₂ 40-66; Аl₂О₃ 3-4,5; ΣNa₂O, K₂О 7-11; CaO 7-9; ΣFeO, Fe₂O₃ 15-20; TiO₂ 5-9; P₂O₅ 0,5-0,9.

В расплавленном состоянии (1600^oС) сиенитовый концентрат представляет собой высоковязкое силикатное стекло, не склонное к кристаллизации и имеющее "длинную" кривую зависимости вязкости от температуры (см. чертеж).

Эгирин-диопсидовый концентрат в расплавленном состоянии (1350^oС) представляет собой силикатное стекло с низкой вязкостью, склонное к кристаллизации и имеющее "короткую" зависимость вязкости от температуры (см. чертеж).

Сплавляя два концентрата в определенных соотношениях, можно получить составы стекол с любой заданной зависимостью вязкости от температуры (важнейшая характеристика смазок на основе стекол) и использовать их в качестве смазки в процессе прессования.

Для получения еще более легкоплавких смазок, например, для боковой поверхности заготовки в смазку при переплаве добавляется бура.

Известно, что смазка, наносимая в процессе прессования в различных точках (прошивка, экспандирование, наружная, внутренняя поверхность заготовки и гильзы, матрица) должна обладать различными свойствами.

В смазку для боковой поверхности заготовки и гильзы (наиболее легкоплавкая смазка) вводили, мас.%: бура 20; эгирин-диопсидовый концентрат 70 и сиенит 10 . В смазку для экспандирования и прошивки вводили, мас.%: бура 0,1; эгирин-диопсидовый концентрат 39,9 и сиенит 60. В смазку для шайб (смазка матрицы) и иглы (внутренняя поверхность гильзы) вводили, мас.%: бура 0,1; эгирин-диопсидовый концентрат 91,9 и сиенит 8.

Сиенитовый и эгирин-диопсидовый концентраты получают из апатито сиенитовой руды путем ее дробления, измельчения мокрым помолом, флотации и мокрой магнитной сепарации в сильном поле. Черновые эгирин-диопсидовый и сиенитовый концентраты дополнительно проходят операцию переочистки, после чего их 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-диопсидовый, сиенитовый концентраты и бура) и расплавляют шихту при 1250-1350^oС 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 менее 600 мкм для накатки и 200-900 мкм для шайб, прошивки, экспандирования и внутренней поверхности гильзы.

Сиенитовый, эгирин-диопсидовый концентраты и бура не содержат фтора и других вредных веществ и являются экологически чистыми веществами. При плавлении концентраты не разлагаются и сплавляются в единое вещество, не разлагающееся при использовании на прессах.

Смазочные шайбы на матрицу и конусы для экспандирования готовят из крупки смазки фракции 200-900 мкм, смешанной с раствором жидкого натриевого стекла в воде, взятых в соотношении 1:1.

Смазки наносятся на инструмент известным способом.

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

Пример 1. Смазка для изготовления смазочных конусов для экспандирования, шайб и иглы, применяемых при прессовании труб из углеродистой стали марки 20 размером 219х25 мм. Температура экспандирования и прессования 1180±30^oС.

Применяется марка смазки 91,9Э8СО,1Б (Э - эгирин-диопсид, С - сиенит, Б - бура). Цифры в формуле отражают шихтовый состав смазки, мас.%: Эгирин-диопсидовый концентрат - 91,9 Бура - 0,1 Сиенитовый концентрат - 8,0 Концентраты готовы к употреблению и не требуют сушки и просеивания. Бура дробится и просеивается. Емкость печи для варки смазки 500 кг. Расчет ведется на 500 кг готовой смазки.

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.

Шихту загружают при температуре 1200^oС. После загрузки шихты печь поворачивают на 90^o, и загрузочное отверстие замазывают глиной. Затем печь приводится во вращение, и одновременно включают газ и воздух. Скорость вращения печи 1/4 оборота в минуту. Температуру повышают до 1315^oС. Режим варки 3,5 ч при температуре 1315±15^oС. 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^oС). После сушки стеклогранулят в специальных контейнерах подается на линию дробления: в роторную дробилку центробежно-ударного типа, затем на грохот или вибросито. Готовая смазка должна быть сухой, не содержать посторонних включений и должна иметь соответствующий гранулометрический состав (см. табл. 2) и растекаемость (см. табл. 3).

Полученная смазка поступает в цех горячего прессования труб (ТПЦ-2) на участок изготовления смазочных шайб (смазка матрицы) и смазочных конусов (экспандирование). Смазочные шайбы и конусыизготавливаются по общепринятой технологии. Готовые шайбы подаются к трубопрофильным прессам стопками по 10-20 штук, конусы подаются к прошивному прессу на поддонах по 50 штук.

Смазка для иглы из бункера дозируется в специальную ложку, которая вводится в гильзу перед накаткой при каждом прессовании.

Пример 2. Смазка для боковой поверхности заготовки перед прошивкой и при прессовании труб любого размера в пределах температур 1130-1220^oС.

Применяется марка смазки 70Э10С20Б.

Процесс изготовления смазки тот же, что и в примере 1. Разница в режимах варки, гранулометрическом составе, растекаемости (см. табл. 2, 3) и вязкости (см. чертеж). Температура варки 1200^oС. Время варки 3 ч.

Смазка в 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 смазка оплавляется и служит защитой и смазкой контейнера при прессовании.

Пример 3. Смазка для прошивки стальных заготовок с получением гильзы с последующим прессованием трубы.

Применяется марка смазки 29,9Э70С0,1Б.

Процесс изготовления смазки тот же, что в примере 1.

Смазка из бункера дозируется на торец горячей заготовки перед каждой прошивкой заготовки.

Примеры конкретного использования смазки представлены в табл. 1 при горячем прессовании котельных труб размером 133х10 мм из контейнера 335 мм и труб из нержавеющей марки стали 12Х18Н10Т размером 57х5 мм из контейнера 156 мм на прессовых линиях 5500 и 2000 в пределах температур 1130-1220^oС.

Как видно из табл. 1, применение предлагаемой смазки позволяет значительно повысить стойкость инструмента (матриц на 53%, прошивных наконечников на 60%, игл на 52%) при высоком качестве труб. Процесс прессования осуществляется стабильно без налипания смазки на инструмент.

Использование предлагаемой смазки позволит при стабильной работе в процессе прессования исключить налипание смазки на инструмент, увеличить стойкость инструмента (матриц, прошивных наконечников, игл) в среднем на 50% при значительном улучшении экологии (отсутствие вредных составляющих), высоком качестве пресс-изделий.

Формула изобретения

Смазка для горячей обработки металлов давлением, содержащая буру и эгирин-диопсидовый концентрат, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сиенитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Сиенитовый концентрат - 8,0-70,0
Бура - 0,1-20,0
Эгирин-диопсидовый концентрат - Остальноеа

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2