Эксперт Ойл
Введите название продукта:



Эксперт-ойл / Статьи / Волочение стальной проволоки. Смазочные материалы.
Главная страницаКарта сайтаe-mail

17.11.2012
Волочение стальной проволоки. Смазочные материалы.

1. Требования

К стальной проволоке и процессам ее производства предъявляется такое количество требований, что их систематизация практически невозможна. Как и при волочении медной проволоки, в этих процессах используют смазочные материалы для сухого и мокрого волочения, выбор которых зависит от различных критериев, приведенных в табл. 1.
 


   Таблица 1. Критерии выбора смазочных материалов для волочения стальной проволоки
 


   Базовый материал (в соответствии с типом и силой натяжения)
   Оборудование для волочения
   Классификация по толщине готовой проволоки
   Промежуточный и окончательный отжиг
   Требования к поверхности готовой проволоки
   Требования к силе натяжения готовой проволоки
   Последующие процессы (покрытие, отжиг, гальванопластика)
   Большинство стальной проволоки различают по содержанию углерода в стали
   (низкоуглеродистая < 0,15%, высокоуглеродистая от 0,4 до 0,7% С).


   Сила натяжения стальной проволоки варьирует в широком диапазоне и зависит от конкретного применения: например, 350 Н/мм2 — для отожженной вязальной проволоки, а 800 Н/мм2 — для гвоздильной проволоки. Проволоку холодного волочения из высокоуглеродистой стали для формовки отжигают и цементируют в целях придания специфических свойств для формовки. Сила натяжения прокатной проволоки варьируется от 130 до 260 Н/мм2. Сухое волочение требует большой предварительной обработки для создания слоя смазочного материала. Толщина проволоки 0,5 мм соответствует переходу от сухого волочения к мокрому. Часто этот лимит повышается (в соответствии с требованиями к поверхности, силе натяжения, пригодности для гальванопластики). Поэтому четкой границы по применению смазочных материалов разных видов волочения не существует.
   Если толщина готовой проволоки находится в пределах 10—40 мм, то для ее получения используют одинарные волочильные станки. При меньшей толщине применяют многоступенчатые станы: например, для получения проволоки толщиной 2 мм исходную катаную проволоку толщиной 5,5 мм проволакивают через восемь стадий. После этого можно волочить проволоку до толщины 0,7 мм, для чего при сухом волочении необходимо девять операций. Необходимое усилие натяжения в зависимости от предварительной термообработки достигается холодным отверждением во время волочения. Чешуйчато-перлитная структура достигается специальной термообработкой, так называемым патентированием.
   Если прямая закалка затруднена, особенно при волочении тонкой проволоки, производят промежуточный отжиг. Предварительная обработка канатной проволоки после тепловой обработки включает удаление нагара и нанесения слоя смазочного материала. Нагар удаляется механически (например, щеткой) или химически (травлением), причем последнее предпочтительнее.

2. Многослойная смазочная подложка

Для улучшения адгезии смазочного материала применяют его послойное нанесение. Помимо своей непосредственной функции снижения трения, нанесенный смазочный материал предотвращает непосредственный контакт между проволокой и волочильным отверстием. Формируемая подложка состоит как из адсорбированных, так и из химически связанных, так называемых реакционных слоев. Тип подложки и способ ее применения зависят от особенностей процесса волочения и применяемого материала. Нанесение многослойной подложки из смазочного материала является дорогостоящей операцией, увеличивающей стоимость всей продукции, и применяется только в случае необходимости.

3. Смазочные подложки на основе извести

Известь — гидроксид кальция Са(ОН)2, наносят из горячей водной суспензии на витки проволоки погружением с протравливанием (или протяжкой через печь с футеровкой из фосфорсодержащего известняка). Помимо улучшения скольжения, известь нейтрализует кислоту, оставшуюся после протравливания. В зависимости от требуемой толщины слоя концентрация Са(ОН)2 варьирует от 5 до 30 г/л. Толщина применяемого слоя, который образуется в результате многократного погружения с последующей сушкой, зависит от стадий волочения, и для грубой проволоки он значительно толще, чем для тонкой. Следует отметить, что при протравливании соляной кислотой в известковой ванне образуются хлориды, а при протравливании серной кислотой — сульфаты. Содержание хлоридов свыше 80 мг/л или сульфатов свыше 150 мг/л приводит к коррозии, поэтому пленка мыла, остающаяся после волочения, действует как антикоррозионный слой.

4. Смазочные подложки на основе буры

Проволока погружается в раствор при температуре 80—90 °С, содержащий от 120 до 350 г/л Na2B4O7 • l0H2O декагидрат-тетраборнокислого натрия. Затем проволока высушивается, и на ней образуется слой пентагидрат-тетраборнокислого натрия Na2B4O7 • 5H2O, который значительно улучшает скольжение проволоки. Для высокоуглеродистой стали использование буры в качестве смазочной подложки дает лучшие результаты, чем при применении извести. Однако из-за трудностей нанесения бура как смазочная подложка используется только в том случае, если чувствительное фосфатное покрытие разрушается при применении извести.

5. Смазочные подложки на основе фосфатов

При особо сложных условиях волочения стальной проволоки в качестве смазочной подложки используют фосфат цинка в концентрации около 3—7 г/м2. Фосфатный слой образуется в результате многостадийных реакций, которые в упрощенной форме могут быть представлены следующим образом.

  Протравливание:    Fe + 2Н3РO4→ Fe(H2PO4)2 + Н2

  Образование слоя в отсутствии двухвалентного иона Fe (гипотетически этот ион образуется):

            3Zn(H2PO4)2→ Zn3(PO4)2 ↓ + 4Н3РO4

  Образование фосфатного слоя в присутствии двухвалентного иона Fe:

        2ZnHPO4 + Fe2+ + 2Н2O → Zn2 Fe (PO4)2 ↓ + 2H3O+

В настоящее время при производстве стальной проволоки сухим волочением с использованием мыл в качестве подложки применяют сочетание фосфата цинка с известью.

6. Оксалатное и силикатное покрытия

Нержавеющая сталь не может подвергаться фосфатированию, и ее покрывают оксалатным покрытием; соответственно, реакционный раствор содержит щавелевую кислоту вместо фосфорной, образующиеся соли железа являются активаторами и ускорителями процессов. В упрощенной форме протекающие реакции могут быть представлены в следующем виде.

  Протравливание:     Fe + 2Н+ → Fe2+ + Н2

  Образование слоя:    Fe2+ + (COO)2- Fe(COO)2

Образовавшийся слой оксалатов содержит не только оксалат железа, но и оксалаты других металлов, присутствующих в сплаве, например никеля и хрома. В результате в зависимости от состава, структуры и толщины слоя на поверхности стали образуется покрытие толщиной от 3 до 20 г/м2 бледно-серого, желтовато-зеленого, темно-зеленого или даже черного цвета покрытия, которое, как правило, является мелкокристаллическим. Такие покрытия применимы только для холодного формования. Силикатные покрытия (например, жидкое стекло) используют довольно редко в связи с возможным образованием абразивных продуктов, которые могут создавать проблемы при мокром волочении.

Металлические покрытия
Эстетические показатели материала часто являются определяющим фактором. С учетом этого в качестве покрытия довольно часто используют медь, которая из-за своей относительной мягкости облегчает скольжение при волочении, особенно в сочетании со слоем извести. Для нанесения медного покрытия проволоку погружают в раствор, содержащий соль меди. В случае нержавеющей стали покрытие наносится электролизом.

7. Смазочные материалы для волочения стальной проволоки

Требования, предъявляемые к смазочным материалам при волочении стальной и медной проволоки, аналогичны. Чем толще проволока, тем больше полярных и противозадирных компонентов должно присутствовать в смазочном материале. Это условие справедливо и для эмульсий, используемых при волочении тонкой проволоки, и для смазочных материалов для волочения средней проволоки.
   Иногда перед мокрым волочением в качестве смазочного материала используют пастообразные смазки, содержащие наполнители. Сочетание полупластичных подложек с циркуляционной системой смазывания является одним из способов применения смазочных материалов для волочения. Однако в большинстве случаев при производстве грубой и средней проволоки в качестве смазочного материала при волочении используют мыла.
   По своему химическому составу используемые при сухом волочении мыла в основном представляют из себя стеараты. Однако в качестве основы мыл может выступать не только стеариновая кислота, но и омыленные растительные и животные жиры. В зависимости от типа мыла (т. е. входящего в их состав щелочного, щелочноземельного или другого металла, в соответствии с природой которого существуют, например, натриевые, кальциевые или алюминиевые мыла) имеют различное применение. Содержание стеаратов в мылах варьирует от 20 до 80%. В состав мыл входят и другие компоненты, к которым относятся натуральные или синтетические воски (иногда для специальных целей их хлорируют), полимеры, неорганические твердые соединения, такие как известь, бура, сода, тальк, оксид титана, дисульфид молибдена, графит, сера. Мыла на основе щелочных и щелочноземельных металлов нерастворимы в воде за исключением натриевых мыл. Стеараты щелочных металлов используют для нанесения их погружением катушки проволоки в горячий водный раствор мыла с последующей сушкой, но они не применяются в волочильных ящиках.
   Свойства мыл и других используемых веществ оказывают огромное влияние на свойства покрытия, остающегося на проволоке после отжига и обезжиривания, что необходимо иметь в виду при выборе смазочного материала для волочения. Для специальных целей используются мыла в сочетании с другими компонентами, не образующими после отжига золы или каких-либо остатков. Ввиду высокого локального разогрева при высокоскоростном сухом волочении используют высокоплавкие мыла. Обычно стеараты имеют более высокие температуры плавления по сравнению с олеатами (табл. 2).
 

 

Таблипа 1.  Температуры плавления солей жирных кислот

 Стеараты

t плавления, °С

 Олеаты

t плавления, °С

 кальция

167

 кальция

123

 бария

212

 бария

165

 натрия

253

 натрия

169

Мыла выбирают не только исходя из их температуры плавления. Более важными критериями являются их смазывающие свойства, размеры частиц, текучесть в волочильном ящике, защита от износа волок, возможность использования полупродуктов в дальнейших процессах, антикоррозионные свойства и т. д.
   Все большее значение приобретает гидродинамическое смазывание. При помощи специального устройства определяют реологические характеристики, соответствующие нагрузке, которой подвергается смазка на основе мыла при выдавливании (обратной экструзии). В условиях данного метода испытаний значение кажущейся вязкости для стеарата кальция составило 3000 Пас, а для стеарата натрия 200 Па • с. Испытания в условиях экструзии подтверждают экспериментальные данные в том, что наиболее подходящим смазочным материалом при волочении проволоки является стеарат кальция. Измерения усилия волочения позволяют оценить смазочную способность выбираемого смазочного материала.
   На практике распределение частиц и текучесть мыл, используемых при сухом волочении, являются определяющими факторами для обеспечения оптимальных условий смазки. Более крупные частицы обеспечивают лучшую текучесть по сравнению с мелкодисперсными, но они труднее удерживаются на проволоке. Согласно принятой в Германии классификации частицы подразделяют на грубодисперсные (> 0,8 мм), среднедисперсные (от 0,8 до 0,2 мм) и тонкодисперсные (< 0,2 мм). Размер частиц определяют с помощью сетчатого фильтра. Устойчивость мыл к абразивному изнашиванию также является важным фактором, зависящим от состава материала и особенностей производственного процесса. Для того чтобы смазочный материал все время оставался на проволоке, перемалывание не должно быть слишком интенсивным. Проволока, поступающая в волочильный ящик (Рис. 1), оказывает размалывающее действие, в результате чего мыло подвергается постоянному измельчению, что приводит к необходимости его периодической замены во избежание нарушения целостности покрытия.

Волочение с использованием  волочильного короба и холодильника



Роман Маслов.
По материалам зарубежных изданий.

Адрес: г. Москва, дер. Старосырово, Симферопольское шоссе д.20 стр. 1 (Щербинская нефтебаза 11 км. от МКАД)
Телефон: (495)77-11-093, E-mail: info@expert-oil.com