Исследование эффективности стеклосмазок при штамповке малопластичных сталей

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2004 р. Вип. № 14

УДК 621.73.001.5.65.011.46

Каргин B.C.1 , Бурлуцкий A.C.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТЕКЛОСМАЗОК ПРИ ШТАМПОВКЕ МАЛОПЛАСТИЧНЫХ СТАЛЕЙ

Представлены результаты эффективности стеклопокрытия при штамповке малопластичных сталей. Использован метод осадки колец. Рекомендуется перед штамповкой на инструмент наносить распылением смазку ГФП, что позволяет снизить коэффициент трения на 20-40 %.

Стойкость штампов и качество поковок в значительной степени зависят от эффективности применяемых технологических смазок. Кроме того, необходимость остановки прессов для смены штампов приводит к потерям рабочего времени (10-30 %), а частые ремонты штампов повышают расходы на инструмент и отрицательно сказываются на себестоимости поковок.

Широкое внедрение в промышленности жаропрочных малопластичных сталей требует применения эффективных технологических смазок, т.к. традиционно применяемые водно-графитовые не обеспечивают уменьшение сил внешнего трения, повышение стойкости штампов и качества поковок.

При штамповке малопластичных жаропрочных сталей многие авторы [1, 2, 3, 4] рекомендуют применять стеклосмазки. А.П Грудев [1] читает, что наиболее распространены силикатные стекла, получаемые при сплавлении природных силикатов с различными материалами. Основой всех силикатных соединений является кремнезем SiCK при плавлении которого получают однокомпонентное силикатное стекло. Кроме SiCb стеклообразующими веществами являются борный ангидрид Р2О5 и другие окислы. При выборе химического состава смазки учитывают характер влияния различных компонентов на технологические свойства и, прежде всего, на вязкость, смачиваемость и кристаллизационную способность [2]. Сложные стекла классифицируют по природе основного стеклообразующего окисла. В основное стекло последовательно входят окислы одновалентных элементов (Li20, Na:0. К20), затем двухвалентных главной группы (BeO, MgO, СаО, ВаО) и побочных групп (ZnO, РЬО), далее окислы высших валентностей. Каждой марке стекла присваивают цифровой или буквенно-цифровой индекс. В некоторых случаях находят применение обычные промышленные стекла.

В работе [3] для смазки жаропрочных и труднодеформируемых материалов рекомендуется применять суспензию из смеси стекол № 136 и № Зс11 (по 50 %). Отмечено [4], что стекло обладает рядом преимуществ, важнейшее из которых - способность при высоких температурах переходить в вязкое состояние и образовывать на границах соприкосновения горячего металла с инструментом сплошные пленки. Применение стеклосмазки № 176 при штамповке турбинных лопаток из сплава ЭП893 позволяет снизить усилие штамповки в 2,5 раза. Обзорный анализ подтвердил мнение, что большое влияние на качество поковок, в частности турбинных лопаток, оказывает состав применяемой стеклосмазки.

Цель работы состояла в том, чтобы из всего перечня рекомендованных различными авторами стеклосмазок выбрать и исследовать те, состав которых позволил бы качественно штамповать турбинные лопатки из стали ЭПЗЗ и ЭП479.

В работе приведены результаты испытаний эффективности стеклосмазок № 36; № 4-2 и ГФП методом осадки колец. Кольца из стали 10X11H23T3MP (ЭП-33) И 15Х16Н2АМ (ЭП-479) имели размеры D:d:h=36:18:12 мм, где D и d - наружный и внутренний диаметры кольцевых образцов, h - высота кольцевых образцов. Нагрев перед осадкой проводили в электрической печи камерного типа с силикатокремниевыми нагревательными элементами до 1150 °С. Температура осадочных плит - 250 °С. Степень осадки составляла 35 %.

1 ГТГТУ, канд. техн. наук, профессор

2 ГТГТУ, магистр

Использовали пресс усилием 0,63 МН. Нанесение стеклопокрытия осуществлялось путем окунания колец в шликер перед их посадкой в печь. Шликер готовился из стеклопорошка 2-х марок и наполнителя. Состав используемого стеклопорошка представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Состав используемых стеклосмазок

Номер стеклосмазок Содержание, %

вЮг А120з в2о3 СаО Ка20

№ 36 45 5 35 - 15

№4-2 54 14 14 16 2

Состав смазки ГФП представлен в таблице 2. Таблица 2 - Состав смазки ГФП

Наименование компонентов Содержание, %

1. Графит 18

2. Триполифосфат натрия 8

3. Лигносульфонат 8

4. Триэтаноламин 0,3

5. Фурацилин 0,01

6. Вода 65,69

Смазка ГФП нетоксична, непожароопасна.

Сушка образцов производилась при комнатной температуре в течение 60 минут.

При осадке первой партии колец (5 штук) использовали стеклопокрытие № 36 и сухие осадочные плиты, при осадке второй партии использовали стеклопокрытие № 4-2 и сухие осадочные плиты, а при осадке третьей и четвертой партий осадочные плиты были покрыты вод-нографитовой смазкой ГФП, а образцы - стеклопокрытием № 36 (третья партия) и № 4-2 (четвертая партия).

Об эффективности смазок судили по величине коэффициента трения, который определяет уровень антифрикционных свойств. Результаты испытаний сведены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты испытаний

Тип смазки Марки испытываемой стали Коэффициент трения, ц

Стеклосмазка № 36 Стеклосмазка № 36 15Х16Н2АМ (ЭП 479) 10X11Н23ТЭМР (ЭПЗЗ) 0,20 0,19

Стеклосмазка № 4-2 Стеклосмазка № 4-2 15Х16Н2АМ (ЭП 479) 10X11Н23ТЭМР (ЭПЗЗ) 0,15 0,15

Стеклосмазка № 36 и ГФП Стеклосмазка № 4-2 и ГФП 15Х16Н2АМ (ЭП 479) 10X11Н23ТЗМР (ЭПЗЗ) 0,12 0,11

На Николаевском НПКГ «Заря - Машпроект» при штамповке турбинных лопаток из стали ЭПЗЗ и ЭП479 на прессе усилием 25 МН проведены промышленные испытания стеклосмаз-ки № 4-2. Штамп предварительно был покрыт смазкой ГФП. Исследования дали положительные результаты. Стойкость штампов увеличилась.

Кроме того, на заводе возникают проблемы с недостаточным качеством получаемых поковок. На качество поверхности штампуемых поковок большое влияние оказывает окалинооб-разование и возможность выгорания легирующих элементов в поверхностных слоях при нагреве. Данный недостаток может быть предотвращен или уменьшен путем нагрева заготовок в пе-

чах с защитной атмосферой (аргон, азот). Однако данный способ нагрева весьма дорогостоящий.

Были проведены эксперименты по определению защитных свойств стеклопокрытий методом термовесового анализа. В работе исследована эффективность стеклопокрытий № 36 и № 4-2 при нагреве жаропрочного сплава ЭП 33 до температуры 1100 °С.

Выбор указанных стеклопокрытий связан с тем, что для каждого процесса, класса сталей и сплавов необходим специальный состав, что вызвано неодинаковым взаимодействием стекла с различными металлами и высокой чувствительностью стеклосмазки к условиям работы. Выбирается химический состав стекла, неагрессивный по отношению к металлу и обеспечивающий необходимую вязкость в заданном интервале температур, равномерное покрытие металла стеклом, легкость удаления стекла с обрабатываемых поковок.

Важным вопросом при использовании стекла в качестве защитного покрытия является степень его коррозионной активности по отношению к металлу. Интенсивность протекания коррозионных процессов для каждого металла и сплава зависит от состава стекла и температуры. Изучение степени защиты сплава ЭП-33 стеклопокрытием проводили по методике, разработанной С.-Петербургским институтом химии и силикатов, для определения зависимости изменения веса образца покрытого стеклом, от времени выдержки и температуры нагрева. Время выдержки сплава ЭП-33 при температуре 1100 °С составляло 120 мин.

В результате исследований было установлено, что при нагреве сплава ЭП-33 без покрытия привес составил 2,7 мг/см2, а при стеклопокрытии № 4-2 -0,8 мг/см2; при стеклопокрытии № 36 -1,3 мг/см2. Рекомендуется при горячей объемной штамповке турбинных лопаток из сплава ЭП-33 применять стеклопокрытие № 4-2 для защиты металла от температурной коррозии при нагреве.

Применение стеклосмазки № 4-2 в сочетании с препаратом ГФП при штамповке малопластичных сталей является эффективным и перспективным способом повышения качества и снижения себестоимости поковок, увеличения стойкости штампов и производительности штамповочного оборудования.

Выводы

1. Методом осадки колец из малопластичных сталей определена эффективность стекло-смазок № 36 и № 4-2. при этом установлено, что стеклосмазка № 4-2 дает лучшие результаты.

2. Применение графито-фосфатного препарата ГФП (разработан кафедрой КШП ПГТУ) для смазки инструмента при осадке образцов со стеклопокрытием позволяет снизить коэффициент трения на 20-40 %.

3. Установлено, что стеклопокрытие, помимо функций технологической смазки, защищает заготовку от окисления, выгорания легирующих элементов при нагреве и сохраняет тепло нагретой заготовки при переносе ее к прессу.

Перечень ссылок

1. Грудее А.П. Трение и смазки при обработке металлов давлением: Справочник I А.П. Грудее, Ю.В. Зилъберг, В.Т. Тилик . - М.: Металлургия, 1982. - 310 с.

2. Манегин Ю.В. Стеклосмазки и защитные покрытия для горячей обработки металлов /Ю.В. Манегин, И.В. Анисимоеа. - М.: Металлургия, 1978. - 223 с.

3. Термомеханика упрочнения и разрушения штампов объемной штамповки / С.А. Довнар. -М.: Машиностроение, 1975. - 255 с.

4. Анисимоеа И.В. О применении стеклосмазки для горячей штамповки турбинных лопаток/ И.В. Анисимоеа, Ю.В. МанегинИ Кузнечно-штамповочное производство. -1971. - № 7. -С.17-19.

Статья поступила 10.03.2004