Способ подготовки поверхности металлических изделий перед операциями холодной деформации
Изобретение относится к области подготовки поверхности металлических изделий перед операциями холодной деформации (холодной экструзией, высадкой крепежных изделий, волочением проволоки и т.д.) и может быть использовано в металлургической промышленности, машиностроении, при производстве калибровочного металла и деталей машин. Способ включает активацию, фосфатирование и омыление, при этом активацию поверхности проводят в водном растворе нитрита натрия с концентрацией 0.1-0.5 г/л при температуре 85-95°С в течение 2-х минут погружением в активирующий раствор, фосфатирование проводят в водном растворе фосфатирующего концентрата при следующем содержании компонентов, г/л: ионы цинка 9,6-28,16, фосфорный ангидрид 6,08-20,46, ионы нитрата 13,2-41,8, ионы никеля 0,032-0,132, ионы фтора 0,128-0,528, гидроксиламинсульфат 1,6-5,72, погружением в фосфатирующий раствор при температуре 75-80°С в течение 10 минут, а омыление изделий проводят в растворе стеарата СФ-А или НБ-11 с концентрацией 40 г/л при температуре 85-95°С в течение 5 минут, при этом поверхностная плотность фосфатного покрытия составляет 0.06-1.0 г/дм, а вес мыла составляет 0,05-0,2 г/дм. Технический результат: создание способа подготовки поверхности металлических изделий под холодную экструзию, обеспечивающего равномерное усилие при выдавливании, предотвращение задиров и налипания металла на инструмент, повышение долговечности использования штамповочного оборудования и инструмента. Замена пуансона проводилась после обработки 70000 штук.
Изобретение относится к области подготовки поверхности металлических изделий перед операциями холодной деформации (холодной экструзией, высадкой крепежных изделий, волочением проволоки и т.д.) и может быть использовано в металлургической промышленности, машиностроении, при производстве калибровочного металла и деталей машин.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ подготовки металлических изделий перед операциями холодной деформации (высадкой крепежных изделий, выдавливанием, вытягиванием труб, волочением проволоки и др.), включающий активацию и фосфатирование. При этом активацию поверхности металлических изделий ведут в растворе активатора фосфатирования на основе фосфатов титана, взятого в концентрации 0.5-3.0 г/л, или активатора фосфатирования на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 0.5-3.0 г/л, при температуре 20-45°С в течение 0.5-5 минут погружением изделий в активирующий раствор, а фосфатирование ведут в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:
| ионы цинка | 8.0-30.0 |
| фосфорный ангидрид | 5.0-24.0 |
| ионы нитрата | 15.0-45.0 |
| ионы никеля | 0.01-0.18 |
| ионы фтора | 0.01-2.0 |
| гидроксиламинсульфат | 0.01-8.0 |
| вода | остальное |
погружением изделий в фосфатирующий раствор при температуре 70-95°С в течение 5-20 минут.
Патент РФ 2176287 С2, С 23 С 22/73, 22/12. Дата публикации 22.12.1999 г.
Недостатком данного способа является налипание металла на инструмент и образование задиров при холодной экструзии, неравномерность усилия при выдавливании, что ведет к поломке оборудования.
Задачей данного изобретения является создание способа подготовки поверхности металлических изделий под холодную экструзию, обеспечивающего равномерное усилие при выдавливании, предотвращение задиров и налипания металла на инструмент, повышение долговечности использования штамповочного оборудования и инструмента.
Поставленная задача достигается тем, что активацию поверхности металлических изделий ведут в растворе нитрита натрия, взятого в концентрации 0.1-0.5 г/л при температуре 85-95°С в течение 2-х минут погружением в активирующий раствор, фосфатирование металлических изделий ведут в водном растворе фосфатирующего концентрата при следующем содержании компонентов, г/л:
| ионы цинка | 9,6-28,16 |
| фосфорный ангидрид | 6,08-20,46 |
| ионы нитрата | 13,2-41,8 |
| ионы никеля | 0,032-0,132 |
| ионы фтора | 0,128-0,528 |
| гидроксиламинсульфат | 1,6-5,72 |
| вода | остальное |
погружением в фосфатирующий раствор при температуре 75-80°С в течение 10 минут.
При этом омыление металлических изделий проводят в растворе стеарата СФ-А или НБ-11 концентрацией 40 г/л при температуре 85-95°С в течение 5 минут, поверхностная плотность фосфатного покрытия составляет 0.06-1.0 г/дм2, вес мыла составляет 0.05-0.2 г/дм2.
Рабочий раствор для фосфатирования готовили из расчета разбавления деминерализованной водой 80-220 кг концентрата фосфатирования до 1 м3.
Испытания проводили на образцах стали марки 12 ХН.
Стеарат СФ-А выпускается по ТУ 2432-004-43884713-99, стеарат НБ-15 по ТУ 6-09-17-274-90.
Обработка велась по следующей схеме.
1. Обезжиривание моющим препаратом ПТС концентрацией 24 г/л при температуре 85-95°С в течение 10 минут.
2. Промывка проточной водой 15 минут при температуре 60-65°С.
3. Травление в серной кислоте концентрацией 150-180 г/л при температуре 65-80°С в течение 15 минут.
4. Промывка проточной водой 5-10 минут при температуре 20-30°С.
5. Активация в нитрите натрия концентрацией 0.3 г/л при температуре 85-95°С в течение 2 минут.
6. Фосфатирование в фосфатирующем растворе концентрацией 120-130 г/л при температуре 75-80°С в течение 10 минут.
7. Промывка проточной водой.
8. Нейтрализация нейтрализатором фосфатирования концентрацией 3 г/л при температуре 68-70°С в течение 2 минут.
9. Омыление стеаратом СФ-А концентрацией 40 г/л при температуре 85-95°С в течение 5 минут.
Обработанный по вышеуказанной схеме металл подвергался холодной экструзии на прессе с максимальным усилием 300 тонн. Качество поверхности полученных заготовок: поверхность от темно до светло-серого, мелкокристаллическое, равномерное, фосфатный слой преимущественно состоит из кристаллов гопеита (Zп3(PO4)2) 4Н2О, что обуславливает долговечность работы оборудования, увеличение срока использования тормозных муфт при обеспечении равномерного усилия при выдавливании, и пуансонов. Замена пуансона проводилась после обработки 70000 штук заготовок.
Сущность изобретения поясняется следующими примерами
Пример 1.
1. Обезжиривание моющим препаратом ПТС концентрацией 24 г/л при температуре 85-95°С в течение 10 минут.
2. Промывка проточной водой 15 минут при температуре 60-65°С.
3. Травление в серной кислоте концентрацией 150-180 г/л при температуре 65-80°С в течение 15 минут.
4. Промывка проточной водой 5-10 минут при температуре 20-30°С.
5. Активация в нитрите натрия концентрацией 0.1 г/л при температуре 85-95°С в течение 2 минут.
6. Фосфатирование в фосфатирующем растворе следующего состава, г/л:
| ионы цинка | 9,6 |
| фосфорный ангидрид | 6,08 |
| ионы нитрата | 13,2 |
| ионы никеля | 0,032 |
| ионы фтора | 0,128 |
| гидроксиламинсульфат | 1,6 |
| вода | остальное |
при температуре 75°С в течение 10 минут.
Поверхностная плотность покрытия 0.06 г/дм2.
7. Промывка проточной водой.
8. Нейтрализация нейтрализатором фосфатирования концентрацией 3 г/л при температуре 68-70°С в течение 2 минут.
9. Омыление стеаратом СФ-А концентрацией 40 г/л при температуре 85°С в течение 5 минут. Вес мыла 0.05 г/дм2.
Пример 2.
1. Обезжиривание моющим препаратом ПТС концентрацией 24 г/л при температуре 85-95°С в течение 10 минут.
2. Промывка проточной водой 15 минут при температуре 60-65°С.
3. Травление в серной кислоте концентрацией 150-180 г/л при температуре 65-80°С в течение 15 минут.
4. Промывка проточной водой 5-10 минут при температуре 20-30°С.
5. Активация в нитрите натрия концентрацией 0.5 г/л при температуре 85-95°С в течение 2 минут.
6. Фосфатирование в фосфатирующем растворе следующего состава, г/л:
| ионы цинка | 28,16 |
| фосфорный ангидрид | 20,46 |
| ионы нитрата | 41,8 |
| ионы никеля | 0,132 |
| ионы фтора | 0,528 |
| гидроксиламинсульфат | 5,72 |
| вода | остальное |
при температуре 80°С в течение 10 минут.
Поверхностная плотность покрытия 1.0 г/дм2.
7. Промывка проточной водой.
8. Нейтрализация нейтрализатором фосфатирования концентрацией 3 г/л при температуре 68-70°С в течение 2 минут.
9. Омыление стеаратом СФ-А концентрацией 40 г/л при температуре 95°С в течение 5 минут. Вес мыла 0.2 г/дм2.
Пример 3.
1. Обезжиривание моющим препаратом ПТС концентрацией 24 г/л при температуре 85-95°С в течение 10 минут.
2. Промывка проточной водой 15 минут при температуре 60-65°С.
3. Травление в серной кислоте концентрацией 150-180 г/л при температуре 65-80°С в течение 15 минут.
4. Промывка проточной водой 5-10 минут при температуре 20-30°С.
5. Активация в нитрите натрия концентрацией 0.3 г/л при температуре 85-95°С в течение 2 минут.
6. Фосфатирование в фосфатирующем растворе следующего состава, г/л:
| ионы цинка | 18,88 |
| фосфорный ангидрид | 13,27 |
| ионы нитрата | 27,5 |
| ионы никеля | 0,082 |
| ионы фтора | 0,328 |
| гидроксиламинсульфат | 3,66 |
| вода | остальное |
при температуре 77,5°С в течение 10 минут.
Поверхностная плотность покрытия 0.08 г/дм2.
7. Промывка проточной водой.
8. Нейтрализация нейтрализатором фосфатирования концентрацией 3 г/л при температуре 68-70°С в течение 2 минут.
9. Омыление стеаратом СФ-А концентрацией 40 г/л при температуре 90°С в течение 5 минут. Вес мыла 0.125 г/дм2.
Пример по прототипу
Прокат из стали марки 20 диаметром 12 мм обработан по следующей схеме:
1. Травление в растворе соляной кислоты.
2. Промывка.
3. Активация в растворе АМ-2 на основе щавелевой кислоты, взятого вконцентрации 3.0 г/л при температуре 20°С в течение 0.5 мин погружением металла в активирующий раствор.
4. Фосфатирование в растворе концентрата "Дефор-А" следующего состава, г/л:
| ионы цинка | 8.0 |
| фосфорный ангидрид | 5.0 |
| ионы нитрата | 15.0 |
| ионы никеля | 0.01 |
| ионы фтора | 0.01 |
| гидроксиламинсульфат | 0.01 |
| вода | остальное |
погружением в фосфатирующий раствор при температуре 70°C в течение 5 минут.
5. Промывка.
7. Омыление в растворе хозяйственного мыла.
8. Сушка.
По внешнему виду фосфатное покрытие темно-серого цвета, ровное, мелкокристаллическое.
Обработанный прокат подвергнут волочению на стане ВСМ 1/650 с диаметра 12 мм на диаметр 11.5 мм. Качество поверхности полученного калибровочного проката хорошее: поверхность проката чистая, матовая без трещин и задиров.
Из калиброванного проката диаметром 11.5 мм были изготовлены методом холодной высадки крепежные изделия: болты M10 и гайки М8.
Высадка крепежных изделий прошла без замечаний, налипания металла на инструмент и задиров металла незафиксировано.
Расход инструмента для высадки болтов M10 составил:
| Пуансон вталкивающий | 6.3 |
| Матрица обоечная | 1.8 |
| Выталкиватель 2-ой операции для высадки гаек М8 | 0.17 |
| Дыропробивающий инструмент | 3.7 |
| Метчики | 13.9 |
Как видно из приведенных примеров, предложенный способ обеспечивает подготовку поверхности металлических изделий под холодную экструзию с хорошим скольжением при штамповке, предотвращает образование задиров, повышает износостойкость и обеспечивает долговечность штамповочного инструмента.
Качество поверхности полученных заготовок: поверхность от темно до светло-серого, мелкокристаллический, равномерный, фосфатный слой преимущественно состоит из кристаллов гопеита (Zп3(PO4)2) 4Н2О, что обуславливает долговечность работы оборудования, увеличение срока использования тормозных муфт при обеспечении равномерного усилия при выдавливании, и пуансонов. Замена пуансона проводилась после обработки 70000 штук заготовок.
Применение данного изобретение позволяет получить следующие технико-экономические преимущества - в процессе холодной экструзии не наблюдалось выхода из строя тормозных муфт и обрыва пуансона из-за изменения усилий при выдавливании.
Способ подготовки поверхности металлических изделий перед операциями холодной деформации, включающий активацию, фосфатирование и омыление, отличающийся тем, что активацию поверхности проводят в водном растворе нитрита натрия с концентрацией 0,1-0,5 г/л при температуре 85-95°С в течение 2 мин погружением в активирующий раствор, фосфатирование проводят в водном растворе фосфатирующего концентрата при следующем содержании компонентов, г/л:
| Ионы цинка | 9,6-28,16 |
| Фосфорный ангидрид | 6,08-20,46 |
| Ионы нитрата | 13,2-41,8 |
| Ионы никеля | 0,032-0,132 |
| Ионы фтора | 0,128-0,528 |
| Гидроксиламинсульфат | 1,6-5,72 |
погружением в фосфатирующий раствор при температуре 75-80°С в течение 10 мин, а омыление изделий проводят в растворе стеарата СФ-А или НБ-11 с концентрацией 40 г/л при температуре 85-95°С в течение 5 мин, при этом поверхностная плотность фосфатного покрытия составляет 0,06-1,0 г/дм2, а вес мыла составляет 0,05-0,2 г/дм2.
