锻压技术钛合金锻造的润滑工艺永州

锻压技术：钛合金锻造的润滑工艺

锻压技术：钛合金锻造的润滑工艺 2011年12月10日 来源： 钛合金与模具表面的粘结比其他金属强烈，这是因为钛的化学活性很高，在与工具接触的部位使氧化膜发生还原作用，当滑动持续时间很长时，则为纯净表面产生大面积接触创造了条件，导致表面被焊合。焊合的部位分布在金属沿接触面剧烈流动的区域。

钛合金的粘结倾向给热模锻和挤压造成了很大困难。为了预防在变形过程中产生粘结和减小摩擦，必须正确地选择变形热力规范、模锻毛坯的结构要素和有效的润滑剂。模锻钛合金所用润滑剂必须满足下述基本要求：（1）在整个变形过程中能够形成牢固而连续的保护膜。（2）在加热和变形过程中能够保护毛坯，防止氧化和气体污染。（3）具有良好的隔热性能，使毛坯从炉子转移到模具以及在变形过程中减少热量损失。（4）不与毛坯和模具的表面发生化学作用。（5）容易涂到毛坯表面上，并便于使该工序机械化。（6）容易从锻件表面上清除。（7）能在较长时间内保持润滑性能。模锻钢和其他有色金属所用的润滑剂不能满足上述全部要求。石墨与水玻璃和滑油混合的膏状润滑剂会使钛合金表面产生裂纹，其原因是表面上存着脆性的α层，在变形时被破坏。这些裂纹是应力集中源，继续变形时可能向金属内部扩展。对于钛合金来说，玻璃润滑剂是目前所研制的润滑剂中最好的。在模锻和局部挤压变形条件下，如玻璃涂料的成分选择得当，则能保持液态摩擦。玻璃润滑剂成分应含有SiO2，K2O，Na2O，CaO，Al2O3，Li2O，B2O3，BaO，MgO，PbO等氧化物。各种牌号的玻璃粉成分见表15表5 适用于钛合金模锻用的玻璃粉化学成分 玻璃粉编号

SiO2

Al2O3

B2O3

Na2O

CaO

MgO

1

2

3

4

5

6

57～61

61

40

55

34

54

－

3

5

14

1.7

5

17～18

1

35

13

35

8.5

18～20

15

5

2

17

27.5

4～5

6

5

16

7.5

5

－

－

－

－

4.8

－

玻璃润滑剂只有在熔融状态才保持润滑性能。润滑剂保持最佳粘度的温度范围越宽，润滑效果越好。粘度的变化与玻璃化学成分有关（见表6）。可降低粘度的氧化物有Li2O，Na2O，K2O，PbO，BaO；而提高粘度的氧化物是SiO2，Al2O3，ZrO2。最佳粘度值等于102.8～104Pa·s。表6 适于钛合金模锻用的玻璃润滑剂粘度 玻璃

No.

玻璃润滑剂在下述温度下的粘度/（Pa·s）

800℃

900℃

1000℃

1050℃

1100℃

1

2

3

4

5*

6

136400

1067950

437350

－

－

－

5234

50030

22690

100000

30

1000

784

6507

3156

10000

15

80

－

－

－

7400

12

50

185

1327

708

4500

－

－

* 在配制玻璃润滑剂时用作其他玻璃的添料。钛合金在950～850℃温度范围内模锻时使用6号或2号玻璃粉；在1080～800℃温度范围内模锻时使用4号（80%）+5号（20%）或2号（60%）+3号（40%）混合玻璃粉。玻璃润滑剂是由玻璃粉、稳定剂、固结剂以及水构成的悬浮液。稳定剂一般采用粘土或澎润土，用水玻璃、酪素胶或亚硫酸洒精糟作固结剂，用水作稀释剂，1000g玻璃粉加水400g。为了润滑剂能粘附在坯料表面上，涂润滑剂前，坯料要进行吹砂处理。涂润滑剂的方法有下列几种：将坯料浸入悬浮液内浸涂、用刷子刷到坯料表面上、用喷雾器喷到坯料表面。浸涂时，悬浮液要经过仔细搅拌。悬浮液可以不加热；也可以加热到80℃以下。一般，坯料在悬浮液内浸一下就行了。浸涂后，坯料在空气中干燥20～30min，也可在60～80℃的烘箱内烘干。干燥后，坯料表面涂层厚度大约0.2～0.3mm，如涂层厚度不均匀，应去掉重涂。喷雾涂前，坯料最好在烘箱内预热至150℃左右。喷雾涂涂层厚薄均匀，且容易掌握。涂有玻璃润滑剂的毛坯干燥后，在箱式电炉中加热时，应放置在耐蚀钢或耐热合金底板上；用自动化炉或半自动炉加热时，则放入盒式夹具中。毛坯间要留有足够的间隔，防止毛坯在加热过程中彼此接触和粘在一起。毛坯不得堆放在底板上。要用专用夹钳在炉中取放毛坯，并使夹钳与毛坯的接触而最小。钛合金模锻时，采用玻璃润滑剂后得到如下效果：（1）由于玻离润滑涂料是良绝热体，因此，坯料加热后从炉子转移到模具过程中的温降减少。涂有保护-润滑涂料的钛合金毛坯的模锻温度比未涂涂料的约高60～80℃（2）玻璃润滑剂在坯料表面形成的连续薄膜绝热性好，降低了向工具上的热传导，因而使型槽表面温度降低100～150℃，从而使模具寿命提高20%～30%。（3）由于润滑剂的保护，降低毛坯表面与心部的温差，有助于提高金属流动的均匀性、塑性，同时也降低了单位模锻压力。（4）由于玻璃润滑剂中的玻璃始熔温度低于金属急剧氧化的温度，防止金属氧化的作用是从玻璃开始熔化以及在加热的毛坯上刚刚形成粘性膜时开始的。保持的程度取决于粘性膜的厚度，而粘性膜的厚度又决定于悬浮液的密度和玻璃的粘度。研究表明，使用保护-润滑涂料时，在加热到变形温度的毛坯表面上，α层的厚度小于0.1mm，而未使用涂料时，α层厚度为0.3～0.5mm。（5）由于玻璃润滑剂在坯料表面所形成的薄膜，在变形过程中起润滑作用，因而使摩擦因数减少，利于金属充填深的型槽。计算和实测结果一致，采用玻璃润滑时，u=0.04～0.06。

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