RU2209838C2

RU2209838C2 - Protective-lubricating covering for hot plastic working of metals

Info

Publication number: RU2209838C2
Application number: RU2001107583/02A
Authority: RU
Inventors: В.П. Шмелев; В.А. Майзенгельтер; чев А.П. Гор; А.П. Горячев; А.А. Шувалов; В.Ю. Бычков; А.С. Перевозов; Е.А. Автономова; А.Н. Комаров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ступинская металлургическая компания"
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2003-08-10

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: temporary covering used for heating in the process of plastic working of metals is prepared from composition comprising, wt%: mortar 40-45; bustilate 40-45; graphite 2-4; boric acid 3-5; powdered magnesite 3-5. EFFECT: wider operational capabilities and improved quality of produced articles. 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам временных покрытий, используемых при нагреве и в процессе горячей обработки давлением металлургических полуфабрикатов, и может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности для защиты жаропрочных сплавов на никелевой основе от окисления при нагреве под горячую деформацию, для теплоизоляции заготовки в процессе ее переноса из печи к деформирующему оборудованию и смазки контактных поверхностей деформируемого металла и инструмента. The invention relates to metallurgy, in particular to compositions of temporary coatings used during heating and during hot processing of metallurgical semi-finished products by pressure, and can be used in the engineering and metallurgical industries to protect heat-resistant nickel-based alloys from oxidation during heating under hot deformation, for thermal insulation workpieces during its transfer from the furnace to the deforming equipment and lubrication of the contact surfaces of the deformable metal and tool.

Известен состав покрытия для защиты сталей от окисления перед горячей обработкой давлением, содержащий шамот, глиноземистый цемент и высокоглиноземистый мертель (см. авторское свидетельство СССР 528289, С 04 В 35/18, опубликованное в 1975 году). A coating composition is known for protecting steels from oxidation before hot working, comprising chamotte, alumina cement and high alumina mortar (see USSR author's certificate 528289, C 04 B 35/18, published in 1975).

Однако этот состав не обеспечивает защиту от окисления легкоокисляющихся сталей при нагреве в интервале температур 700-1350^oС, поскольку отсутствие стекловидной связки не образует при этих температурах спеченого сплошного слоя.However, this composition does not provide protection against oxidation of easily oxidizing steels when heated in the temperature range 700-1350 ^o C, since the absence of a vitreous bond does not form a sintered continuous layer at these temperatures.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является 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 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Боросиликатное стекло - 13-16
Обожженный вермикулит - 2-5
Нефелиновый концентрат - 8-12
Мертель - 36-40
50%-ный водный раствор натриево-силикатного стекла - Остальное
(см. авторское свидетельство СССР 1785534, C 21 D 1/70, B 21 C 23/32, опубликованное в 1992 году).Closest to the proposed technical solution is a protective and lubricating coating for hot metal forming, mainly heat-resistant nickel-based alloys, containing borosilicate glass, annealed vermiculite, nepheline concentrate, mortar, 50% aqueous solution of sodium silicate glass in the following ratio of components , wt.%:
Borosilicate glass - 13-16
Calcined Vermiculite - 2-5
Nepheline Concentrate - 8-12
Mortar - 36-40
50% aqueous solution of sodium silicate glass - Rest
(see USSR author's certificate 1785534, C 21 D 1/70, B 21 C 23/32, published in 1992).

Существенным недостатком указанного смазочного покрытия является то, что вермикулит, введенный в теплоизоляционную смазку, конечно, уменьшает теплоотдачу заготовки, однако после высыхания смеси образуется твердая корка, которая в процессе деформации вдавливается в заготовку, что при изготовлении точных изделий (штамповок, поковок и т.д.) может привести к отбраковке их по геометрическим размерам. A significant drawback of this lubricating coating is that vermiculite, introduced into heat-insulating lubricant, of course, reduces the heat transfer of the workpiece, however, after the mixture dries, a hard crust is formed, which is pressed into the workpiece during deformation, which in the manufacture of precise products (stampings, forgings, etc.) e.) can lead to rejection of their geometric dimensions.

Кроме того, нефелиновый концентрат является вредным, экологически опасным веществом, способным вызвать у человека заболевания верхних дыхательных путей. In addition, nepheline concentrate is a harmful, environmentally hazardous substance that can cause diseases of the upper respiratory tract in humans.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей и повышение качества получаемых изделий. The technical result of the invention is the expansion of technological capabilities and improving the quality of the products.

Поставленный технический результат достигается тем, что защитно-смазочное покрытие для горячей обработки металлов давлением, содержащее мертель, дополнительно содержит бустилат, графит, борную кислоту, магнезитовый порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Мертель - 40-45
Бустилат - 40-45
Графит - 2-4
Борная кислота - 3-5
Магнезитовый порошок - 3-5
Признаками, отличающими заявляемое техническое решение от ближайшего аналога, являются: содержание мертеля в пределах 40-45 мас.%; введение в состав композиции бустилата; содержание бустилата в пределах 40-45 мас.%; введение в состав композиции графита; содержание графита в пределах 2-4%; введение в состав композиции борной кислоты; содержание борной кислоты в пределах 3-5 мас.%; введение в состав композиции магнезитового порошка; содержание магнезитового порошка в пределах 3-5 мас.%.The technical result is achieved in that the protective and lubricating coating for hot metal forming containing mortar additionally contains bustilate, graphite, boric acid, magnesite powder in the following ratio of components, wt.%:
Mortar - 40-45
Bustilate - 40-45
Graphite - 2-4
Boric acid - 3-5
Magnesite powder - 3-5
Signs that distinguish the claimed technical solution from the closest analogue are: mortar content in the range of 40-45 wt.%; the introduction of the composition of bustilate; bustilate content in the range of 40-45 wt.%; introduction to the composition of graphite; graphite content in the range of 2-4%; the introduction of the composition of boric acid; the content of boric acid in the range of 3-5 wt.%; the introduction of the composition of magnesite powder; the content of magnesite powder in the range of 3-5 wt.%.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию охраноспособности "новизна". Thus, the claimed technical solution meets the eligibility criterion of "novelty."

Мертель (ГОСТ 6137-97) используется в виде измельченного порошка и является основным компонентом защитно-смазочного покрытия, защищающим заготовку от охлаждения при переносе от печи к деформирующему устройству, а также снижающим трение при деформации. The mortar (GOST 6137-97) is used in the form of crushed powder and is the main component of the protective-lubricating coating, which protects the workpiece from cooling during transfer from the furnace to the deforming device, and also reduces friction during deformation.

Содержание мертеля в заявляемых пределах (40-45 мас.%) является оптимальным количеством, позволяющим оказывать влияние на характеристики покрытия. The mortar content in the claimed range (40-45 wt.%) Is the optimal amount to influence the characteristics of the coating.

Содержание мертеля ниже 40 мас.% является недостаточным для защиты заготовки от охлаждения, т. к. спеченый слой получается неравномерным и несплошным. Одновременно это приводит к неравномерности течения металла в полости штампа, что снижает геометрическую точность штамповок. A mortar content below 40 wt.% Is insufficient to protect the workpiece from cooling, since the sintered layer is uneven and non-continuous. At the same time, this leads to uneven metal flow in the die cavity, which reduces the geometric accuracy of stampings.

При содержании мертеля более 45 мас.% затрудняется нагрев заготовки, снижается точность геометрических размеров штампованных изделий. When the mortar content is more than 45 wt.%, Heating of the workpiece is difficult, the accuracy of the geometric dimensions of the stamped products is reduced.

Бустилат (ТУ 6-15-1090-91с) представляет собой вещество, обладающее низкой теплопроводностью, термостойкостью. Bustilate (TU 6-15-1090-91c) is a substance with low thermal conductivity, heat resistance.

Бустилат в составе защитно-смазочного покрытия выполняет функции связующего вещества, предотвращающего отслаивание и увеличивающего теплоизоляционные свойства покрытия. Кроме того, бустилат способствует уменьшению времени высыхания приготовленной массы, нанесенной на поверхность заготовки. Bustilate in the composition of the protective-lubricating coating performs the functions of a binder that prevents peeling and increases the thermal insulation properties of the coating. In addition, bustilate helps to reduce the drying time of the prepared mass deposited on the surface of the workpiece.

Содержание бустилата в пределах 40-45 мас.% является оптимальным для оказания влияния на характеристики защитно-смазочного покрытия. The content of bustilate in the range of 40-45 wt.% Is optimal for influencing the characteristics of the protective-lubricating coating.

Содержание бустилата ниже 40 мас.% недостаточно для получения плотного покрытия, превращающего его в барьер для кислорода, покрытие становится менее пластичным при нагреве. A bustilate content below 40 wt.% Is not enough to obtain a dense coating that turns it into an oxygen barrier; the coating becomes less ductile when heated.

Содержание бустилата выше 45 мас.% приводит к образованию слишком жидкой композиции, которую проблематично нанести на поверхность заготовки. A bustilate content above 45 wt.% Leads to the formation of a too liquid composition, which is problematic to apply to the surface of the workpiece.

Введение в состав композиции графита (ГОСТ 17028-81) позволяет улучшить антифрикционные свойства покрытия, в результате чего повышается стойкость штампового инструмента и уменьшается усилие прессования, что в конечном итоге ведет к расширению технологических процессов. The introduction of graphite into the composition (GOST 17028-81) improves the antifriction properties of the coating, as a result of which the resistance of the punch tool increases and the pressing force decreases, which ultimately leads to the expansion of technological processes.

Содержание графита в заявленных пределах (2-4 мас.%) достаточно для получения необходимых антифрикционных свойств. The graphite content in the claimed range (2-4 wt.%) Is sufficient to obtain the necessary antifriction properties.

При содержании графита ниже 2 мас.% снижаются антифрикционные свойства композиции, возможно появление надиров на поверхности изделий. When the graphite content is below 2 wt.%, The antifriction properties of the composition are reduced, and nadirs may appear on the surface of the products.

Увеличение содержания графита выше 4 мас.% не приводит к улучшению антифрикционных свойств композиции, а только загрязняет рабочее место. The increase in graphite content above 4 wt.% Does not lead to an improvement in the antifriction properties of the composition, but only pollutes the workplace.

Борная кислота (ГОСТ 18704-78) добавляется в композицию с целью удержания покрытия на заготовке в процессе нагрева. При нагреве выделяется борный ангидрид, который, в свою очередь, соединяясь с диоксидом кремния, образует боросиликатное стекло, обладающее высокими смазывающими свойствами. Boric acid (GOST 18704-78) is added to the composition in order to keep the coating on the workpiece during heating. When heated, boric anhydride is released, which, in turn, combining with silicon dioxide forms borosilicate glass, which has high lubricating properties.

Содержание борной кислоты в композиции в заявленных пределах (3-5 мас.%) достаточно для удержания покрытия на заготовке. The content of boric acid in the composition in the claimed range (3-5 wt.%) Is sufficient to hold the coating on the workpiece.

При содержании борной кислоты ниже 3 мас.% снижается эластичность покрытия, что приводит к его осыпанию. When the content of boric acid is below 3 wt.%, The elasticity of the coating decreases, which leads to shedding.

При содержании борной кислоты выше 5 мас.% покрытие становится жидкотекучим и возможно его сползание с детали. When the content of boric acid is higher than 5 wt.%, The coating becomes fluid and it can creep off the part.

Магнезитовый порошок (ГОСТ 12.1.005.12.1.007) получается в результате улавливания пыли, образующейся при производстве спечного переглазового порошка. В предлагаемой композиции магнезитовый порошок выполняет роль связующего вещества. Magnesite powder (GOST 12.1.005.12.1.007) is obtained by trapping dust generated during the production of sintered peregrotic powder. In the proposed composition, magnesite powder acts as a binder.

Содержание в композиции магнезитового порошка в заявленных пределах (3-5 мас. %) является достаточным для обеспечения оптимальных условий протекания указанного процесса. The content in the composition of magnesite powder in the claimed range (3-5 wt.%) Is sufficient to ensure optimal conditions for the course of this process.

При содержании магнезитового порошка ниже 3 мас.% снижается пластичность покрытия, что приводит к его осыпанию. When the content of magnesite powder is below 3 wt.%, The ductility of the coating decreases, which leads to shedding.

Содержание магнезитового порошка более 5 мас.% не приводит к дальнейшему улучшению покрытия, а увеличивает износ инструмента, образуя надиры. The content of magnesite powder of more than 5 wt.% Does not lead to further improvement of the coating, but increases tool wear, forming nadir.

Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что благодаря действию совокупности существенных признаков, отличающих заявляемое техническое решение от ближайшего аналога, достигается технический результат предлагаемого изобретения. Thus, based on the foregoing, we can conclude that due to the action of a set of essential features that distinguish the claimed technical solution from the closest analogue, the technical result of the invention is achieved.

Дополнительный анализ научно-технической и патентной документации не выявил источников, содержащих признаки, отличающие заявляемое техническое решение от ближайшего аналога. Таким образом, можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию охраноспособности "существенные отличия". An additional analysis of scientific, technical and patent documentation did not reveal sources containing signs that distinguish the claimed technical solution from the closest analogue. Thus, we can conclude that the claimed technical solution meets the eligibility criterion of "significant differences".

Приготовление защитно-смазочного покрытия производится путем смешивания ингредиентов и тщательного их перемешивания. Preparation of a protective and lubricating coating is carried out by mixing the ingredients and thoroughly mixing them.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Для опробования технических характеристик предложенного защитно-смазочного покрытия были приготовлены следующие составы покрытия (см. таблицу 1). Там же представлен состав известной композиции. To test the technical characteristics of the proposed protective-lubricating coatings, the following coating compositions were prepared (see table 1). The composition of the known composition is also presented there.

Составы 1-6 были опробованы при изготовлении штамповок из труднодеформируемых жаропрочных никелевых сплавов, в частности штамповки шифра ЦП-22, ЦП-28, АКП-18 из сплава марки ЭК79-ИД и штамповок шифра КП63-КП69 из сплава марки 152-ИД. Compositions 1-6 were tested in the manufacture of stampings from hardly deformed heat-resistant nickel alloys, in particular stampings of the cipher ЦП-22, ЦП-28, АКП-18 from an alloy of the EK79-ID brand and stampings of the cipher KP63-KP69 from an alloy of the 152-ID brand.

На исходные заготовки наносили защитно-смазочное покрытие путем обмазки кистью. После чего обмазанные заготовки выдерживали при цеховой температуре в течение 2,0 часов для высыхания нанесенного слоя. A protective lubricant coating was applied to the initial blanks by brushing. After that, the coated workpieces were kept at the workshop temperature for 2.0 hours to dry the applied layer.

Перед нагревом производили визуальный осмотр состояния покрытия. Результаты осмотра отражены в таблице 2. Before heating, a visual inspection of the state of the coating was performed. The inspection results are shown in table 2.

Далее осуществляли нагрев заготовок под деформацию в высокотемпературных электрических печах сопротивления камерного типа при следующих температурах:
- штамповки из сплава ЭК79-ИД - температура деформации (1080±10)^oС,
- штамповки из сплава ЭК152-ИД - температура деформации (1100±10)^oС.Next, the workpieces under deformation were heated in high-temperature electric resistance furnaces of the chamber type at the following temperatures:
- stamping from alloy EK79-ID - deformation temperature (1080 ± 10) ^o С,
- stamping from alloy EK152-ID - deformation temperature (1100 ± 10) ^o C.

Общее время нагрева составило 12 ч. The total heating time was 12 hours.

После нагрева также производился визуальный осмотр состояния защитно-смазочного покрытия. Результаты осмотра приведены в таблице 2. After heating, a visual inspection of the condition of the protective-lubricating coating was also carried out. The inspection results are shown in table 2.

Деформацию обмазанных заготовок производили на гидравлических прессах усилием 10 тыс. т и 30 тыс. т за несколько выносов (несколько осадок + штамповка) с промежуточными подогревами. Deformation of the coated workpieces was carried out on hydraulic presses with an effort of 10 thousand tons and 30 thousand tons for several outbursts (several deposits + stamping) with intermediate heating.

После штамповки производили визуальный осмотр состояния поверхности заготовки, контролировалась геометрия штамповки. Результаты штамповки приведены в таблице 2. After stamping, a visual inspection of the surface condition of the workpiece was performed, the geometry of the stamping was controlled. The stamping results are shown in table 2.

Как видно из таблицы 2, при использовании составов 3 и 4, где массовые % ингредиентов соответствуют заявляемым пределам, покрытие было плотным, хорошо удерживалось на заготовке. На полученных штамповках трещин не обнаружено. Наблюдалось полное оформление штамповок по фигуре штампа. As can be seen from table 2, when using compositions 3 and 4, where the mass% of the ingredients correspond to the declared limits, the coating was dense, well held on the workpiece. No cracks were found on the stampings obtained. Complete stamping was observed according to the stamp figure.

При использовании составов 1, 2, 5 покрытие было несплошным, наблюдались отдельные утолщения. На штамповке обнаружены трещины, неоформление по геометрии. Имели место надиры на инструменте. When using compositions 1, 2, 5, the coating was incomplete, separate thickenings were observed. Cracks, geometry misregistration were found on stamping. There were nadir on the instrument.

При использовании состава 6 - ближайшего аналога - обнаружено неоформление по геометрии штамповки в результате скопления смазки. Также имели место надиры на инструменте и осыпание покрытия после 1-й деформации. When using composition 6, the closest analogue, misregistration was found in the stamping geometry as a result of accumulation of lubricant. There were also nadir on the instrument and shedding of the coating after the 1st deformation.

Таким образом, исходя из результатов опробования защитно-смазочного покрытия можно сделать вывод, что предлагаемое защитно-смазочное покрытие с содержанием ингредиентов в заявляемых пределах:
1. Обеспечивает удовлетворительные теплоизолирующие свойства.Thus, based on the results of testing the protective-lubricating coating, we can conclude that the proposed protective-lubricating coating with the contents of the ingredients within the claimed limits:
1. Provides satisfactory heat insulating properties.

2. Исключает промежуточные выгрузки заготовок для зачистки дефектов и нанесения нового слоя защитно-смазочного покрытия, т.к. последнее хорошо сохраняется на поверхности заготовок на всех этапах деформации. 2. Excludes intermediate unloading of blanks for stripping defects and applying a new layer of a protective-lubricating coating, because the latter is well preserved on the surface of the workpieces at all stages of deformation.

3. Обеспечивает полное оформление штамповок по фигуре штампа. 3. Provides a complete design of stampings according to the stamp.

4. Повышает стойкость штампового инструмента за счет повышенных антифрикционных свойств. 4. Increases the resistance of the punch tool due to increased antifriction properties.

Технико-экономические преимущества заявляемого технического решения по сравнению с ближайшим аналогом обусловлены расширением технологических возможностей за счет возможности получения штамповок различной конфигурации с обеспечением заданной геометрии, повышением стойкости инструмента, исключением промежуточных операций нанесения защитно-смазочного покрытия. The technical and economic advantages of the claimed technical solution compared to the closest analogue are due to the expansion of technological capabilities due to the possibility of obtaining stampings of various configurations with a given geometry, increased tool life, with the exception of intermediate operations of applying a protective and lubricating coating.

Claims

Protective-lubricating coating for hot metal forming, containing mortar, characterized in that it further comprises bustilate, graphite, boric acid, magnesite powder in the following ratio, wt. %:
Mortar - 40 - 45
Bustilate - 40 - 45
Graphite - 2 - 4
Boric acid - 3 - 5
Magnesite powder - 3 - 5