МНОГОСЛОЙНОЕ ЗАЩИТНО-СМАЗОЧНОЕ ПОКРЫТИЕ
MULTI-LAYER PROTECTIVE LUBRICATING COATING

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к составам временных покрытий, и может быть использовано для защиты высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, от окисления при нагреве под горячую деформацию и смазки контактных поверхностей деформируемого металла и инструмента.
Следует отметить, что уникальные свойства титановых сплавов могут быть полностью реализованы в полуфабрикатах только при условии их соответствия требованиям к точности размеров, формы и чистоты поверхности.
Характерной причиной возникновения дефектов в штампованных полуфабрикатах из высоколегированных сталей и титановых сплавов являются низкие теплоизоляционные и защитные свойства технологических покрытий, что приводит к глубокому захолаживанию заготовок, окислению и газонасыщению поверхностного слоя металла заготовок, что в свою очередь вызывает неоформление высоких элементов штампованного полуфабриката и образование на поверхности штамповок дефектов в виде трещин и надрывов.
Защитно-смазочные покрытия должны характеризоваться не только высокой лубрикационной (антифрикционной) способностью, но и обеспечивать эффективную защиту металлов при нагреве перед горячей деформацией и легко, желательно самопроизвольно, удаляться с поверхности полуфабрикатов после завершения деформации и остывания металла.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является известное защитно-смазочное покрытие для горячей обработки металлов давлением, преимущественно жаропрочных сплавов на никелевой основе, содержащее боросиликатное стекло, обожженный вермикулит, нефелиновый концентрат, мертель, 50%-ный водный раствор натриево-силикатного стекла (авторское свидетельство СССР №1785534, опубл. 1992 г.) - прототип.
Данное покрытие обеспечивает удовлетворительные защитные и смазочные свойства, а благодаря входящему в его состав вспученному вермикулиту - меньшую теплоотдачу. Смесь перед нанесением представляет собой пластичную массу, наносить которую требуется путем обмазывания с достижением толщины покрытия 2-3 мм.
Существенным недостатком указанного смазочного покрытия является высокий расход смеси защитного покрытия, низкая производительность его нанесения и снижение точности геометрических размеров штамповки при деформации. Кроме того, нефелиновый концентрат является вредным, экологически опасным веществом, способным вызвать у человека заболевание верхних дыхательных путей.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение покрытия с хорошими адгезионными, защитными и смазочными свойствами, повышенными теплоизоляционными свойствами, экономичностью и небольшой толщиной, обеспечивающими повышение качества поверхности штампуемых полуфабрикатов и улучшение геометрии элементов штампованной поковки.
Технический результат, достигаемый от применения данного изобретения, состоит в значительном улучшении теплоизоляционных свойств покрытия по сравнению с обычными эмалевыми покрытиями, что позволяет снизить подхолаживание поверхности заготовки во время транспортировки ее от печи до кузнечного оборудования, что в свою очередь обеспечивает лучшую однородность температурного и деформационного поля заготовки, снижает эффекты локализации деформации, снижает потребные усилия оборудования, улучшает геометрические параметры изделия при штамповке.
Поставленная задача решается тем, что в многослойном защитно-смазочном покрытии для защиты металлической заготовки при нагреве с последующей деформацией, содержащем слой эмали, согласно изобретению покрытие содержит два слоя эмали, нанесенных пульверизацией или кистью, между которыми размещен слой пористых спекшихся гранул бурого угля, образованных при нагреве металлической заготовки до температуры 700-1100°С. Покрытие содержит гранулы бурого угля, образующего при нагреве до 20% зольного остатка.
Сущность изобретения заключается в следующем.
В готовом виде покрытие представляет собой сплошной, относительно толстый слой эмали, в толщине которого плотно расположены пористые гранулы спекшегося шлака. Связующая эмульсия (эмаль), обеспечивающая адгезионные, защитные и смазочные свойства покрытия, и пористые гранулы, обеспечивающие повышенную теплоизоляцию покрытия, наносят на поверхность изделия раздельно. Вместо изначально пористых гранул, таких как вспученный вермикулит, берутся гранулы твердого вещества, образующего пористые гранулы только после нагрева до температуры 700-1100°С. Эмаль, применяемая в данном покрытии, является обычным эмалевым защитно-смазочным покрытием, широко используемым в металлургическом производстве для защиты металлических заготовок от окисления при нагреве и в качестве смазки при последующей деформации, например ЭВТ-24. Эмаль в заявляемом покрытии, кроме того, удерживает гранулы спекшегося пористого шлака промежуточного слоя на поверхности заготовки. Гранулы спекшегося пористого шлака значительно увеличивают термическое сопротивление защитного покрытия.
Получают покрытие путем последовательного нанесения, по крайней мере, трех слоев. Первый слой наносят пульверизацией или кистью на очищенную поверхность заготовки в виде водной эмульсии веществ, образующих защитно-смазочное эмалевое покрытие. Эмульсия должна обладать вязкостью и смачиваемостью, достаточной для удержания гранул твердого вещества промежуточного слоя. Промежуточный слой представляет собой гранулы какого-либо твердого вещества фракцией 1-2 мм, образующего при нагреве до температуры 700-1100°С твердый остаток в виде спекшегося шлака или кокса, например кузнецкий или бурый уголь, образующий до 20% зольного остатка после выделения летучих веществ. Используют также древесные опилки, предварительно обработанные раствором минеральных веществ, увеличивающих зольный остаток до величины, обеспечивающей образование механически прочных гранул шлака вместо сыпучей золы. Средний размер гранул, используемых для промежуточного слоя, выбирается равным толщине готового покрытия. Промежуточный слой наносят путем обсыпания заготовки, покрытой первым слоем эмульсии, гранулами твердого вещества, при этом слой эмульсии защитного покрытия, благодаря своей вязкости и смачивающей способности, удерживает гранулы на поверхности заготовки. Поверх гранул твердого вещества пульверизацией наносят третий слой из той же эмульсии, что и первый слой. Полученное трехслойное покрытие сушат, после чего выполняют нагрев заготовки в печи под деформацию. В процессе нагрева из гранул, находящихся в толще эмали, через поры внешнего эмалевого слоя покрытия выделяются летучие вещества. Оставшийся твердый остаток в виде спекшегося шлака имеет массу, составляющую 20% от начальной массы гранул при незначительном уменьшении их объема. Пористое строение шлака обеспечивает высокое термическое сопротивление покрытия.
Пример осуществления изобретения.
На предварительно очищенную поверхность заготовки под штамповку наносят кистью эмалевое защитное покрытие марки ЭВТ-24 толщиной 0,2-0,4 мм, образующее первый слой многослойного защитного покрытия. Не давая высохнуть первому слою, на поверхность заготовки обсыпанием наносят гранулы бурого угля фракцией 1-2 мм до достижения прилипания гранул по всей поверхности заготовки. Поверх слоя гранул с помощью пульверизатора наносят второй слой эмульсии ЭВТ-24 толщиной 0,2-0,4 мм. Полученное покрытие сушат в естественных условиях в течение не менее 4 часов. Далее заготовку загружают в печь для выполнения технологического нагрева под деформацию. В печи при нагреве до 700-1100°С из гранул бурого угля выделяются летучие вещества и образуется пористая гранула спекшегося шлака, при этом покрытие приобретает целевые теплоизоляционные свойства.
Предлагаемое многослойное теплоизоляционное покрытие, по сравнению с известными, имеет высокие теплоизоляционные свойства, позволяет получать штамповки различной конфигурации с обеспечением заданной геометрии элементов штамповки, повышением стойкости инструмента, исключением промежуточных операций нанесения покрытия.
Вследствие того, что покрытие снижает скорости нагрева заготовки в печи и таким образом увеличивает потребное время нагрева, целесообразно использовать данное покрытие для теплоизоляции отдельных, труднодеформируемых участков штамповки, например тонких сечений заготовки при штамповке полуфабрикатов типа оребренных панелей или поковок, имеющих длинные отростки.