CN102814348B - 一种钛合金管材减壁拉拔用润滑剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金管材减壁拉拔用润滑剂，该润滑剂由以下重量百分比的原料混合搅拌均匀制成：氯化石蜡85～96%，BN 4～15%；该润滑剂的使用方法为：将钛合金管材清洗干净，烘干后对所述钛合金管材进行热处理，然后向热处理后的钛合金管材内、外表面分别涂抹一层润滑剂，接着将所述钛合金管材一端辗头，将游动芯头放入所述钛合金管材内进行减壁拉拔，得到减壁拉拔后的钛合金管材。本发明的润滑剂具有能持续自润滑、润滑剂附着效果好、成分配比简单、易清洗去除、环保无污染等特点，采用本发明的润滑剂能有效提高钛合金管拉拔生产效率。
Description
技术领域
本发明属于润滑剂技术领域，具体涉及一种钛合金管材减壁拉拔用润滑剂及其使用方法。
背景技术
钛及钛合金在常温下为密排六方结构，可参与变形的滑移系少，其金属变形难度大，通常无法实现较大变形量的减壁拉拔。同时，钛等稀有金属与模具材料（钢、碳化钨等）有较强的亲和力，拉拔过程中压力条件和温升导致金属容易同模具相粘结，不仅划伤制品表面，而且使拉拔力增加、安全系数降低，断头次数增加，甚至使拉拔过程不能进行。常规方法是在钛合金管拉拔之前对坯料覆盖一层特殊润滑剂或对管坯进行氧化，再在其上辅助施以普通润滑剂进行拉拔。因此，为减小拉拔时管材表面与模具之间的滑动摩擦，在摩擦副之间加入的润滑剂以及匹配合理的润滑方式就成为减小摩擦、降低磨损的一个重要因素。
目前现有的冷拉拔钛合金管材润滑剂包括牛油石灰、石墨乳和水溶性润滑剂三种类型。牛油石灰是以动物脂肪酸（牛油）和石灰钙盐为主要成分的润滑剂，使用过程中通过管材拉拔时的摩擦升温使润滑剂软化为液体，从而达到润滑的目的。该润滑剂在拉拔初期为固态，其粘度高流动性差，造成初始拉拔力较大；软化后液体粘度低（小于120mPa·s），在摩擦副间的润滑层稀薄，致使润滑剂分布不均，且石灰摩擦受热后温度不易控制，反而间接增大了拉拔力，造成钛合金管拉拔工艺性能不稳定。石墨乳是依靠石墨六方结构原子层间的分子键结合力小受力易发生相对滑动的特点而用胶体粘合剂将高纯石墨粉和蒸馏水混合而成的固体润滑剂。该润滑剂虽润滑效果良好，但因胶体粘合剂粘度大（500～800mPa·s）造成润滑剂流动性差，同时拉拔升温使水分挥发，在管材与内外模具接触部位形成糊状堆积，从而增大了拉拔力、降低了拉拔均匀性。水溶性润滑剂是采用水性合成油、水基油性增强剂、抗磨剂等添加剂配制而成的油性润滑剂，其粘度低（小于70mPa·s）、易流动、附着力太差，不适用于粘度高的钛合金进行冷拉拔变形。同时，以上三种类型润滑剂通常是依靠工人经验进行配比或购买成品获得，针对不同变形工艺和摩擦系数所需润滑条件不同的特点，采用常规类型的润滑剂无法快速提供准确、实用的润滑配比，因此不具有通用性。
公开号为CN101148626A的中国专利公开了一种钛合金纳米润滑剂，该润滑剂为一种含有超细纳米金属粉的固、液混合润滑剂，能够有效降低钛合金零件球磨磨损的摩擦系数，但该润滑剂属于车用专业润滑剂，其附着性差，对拉拔过程中滑动摩擦系数无明显改善，且添加纳米级的金属颗粒使得生产成本大幅度增加，不适用于普通钛管拉拔工业生产。
传统的有色金属管材拉拔前的表面处理有化学处理和物理处理两种方式。化学处理是将管材经化学溶液浸泡后烘干得到化学涂层的方法。传统化学涂层多采用氟磷酸盐，并需配备二硫化钼水剂或石墨乳润滑剂使用。钛合金表面的氟磷酸盐涂层通常较薄（1～2μm），且其表面润湿性差，即与水基润滑剂微粒之间的浸润角较小，在带芯头减壁拉拔过程中导致润滑剂补充缓慢，并不适用于钛合金减壁拉拔。物理处理是采用空气氧化方式在钛合金表面制造氧化层，以增加润滑剂附着性，其中氧化层的厚度、致密程度及表面形貌决定着润滑剂的润湿效果。针对不同材质、不同变形率的钛合金管材拉拔时，氧化层的均匀度、厚度和形貌分布成为影响管材拉拔性能的关键，因此氧化处理温度及时间等参数也需进行相应的调整。
目前国内钛合金管生产普遍采用无芯头拉拔工艺进行管材的零减壁拉拔，由于变形程度小、内表面变形不受芯棒限制，因此只需对管坯进行再结晶温度以下的简单大气退火，保证外表面存在氧化层即可，而对氧化层结构等并无要求。但对于采用游动芯头方式进行钛管减壁拉拔来说，由于管材内表面受滑动摩擦力及压应力的复合作用，其变形程度大、温升快，均匀分布微米级孔洞的氧化结构能够实现管材内表面固液润滑剂的良好附着与快速流动，从而实现钛管材的高效减壁拉拔。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种流动性适中、润滑效果优异、配方简单的且生产成本低廉的钛合金管材减壁拉拔用润滑剂。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钛合金管材减壁拉拔用润滑剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料混合搅拌均匀制成：氯化石蜡85%～96%，BN 4%～15%；所述氯化石蜡为氯化石蜡52；所述BN为六方氮化硼粉末，所述六方氮化硼粉末的平均粒度为0.6μm。
本发明还提供了一种钛合金管材减壁拉拔用润滑剂的使用方法，其特征在于，该方法为：将钛合金管材清洗干净，烘干后对所述钛合金管材进行热处理，然后向热处理后的钛合金管材内、外表面分别涂抹一层润滑剂，接着将所述钛合金管材一端辗头，将游动芯头放入所述钛合金管材内进行减壁拉拔，得到减壁拉拔后的钛合金管材。
上述的一种钛合金管材减壁拉拔用润滑剂的使用方法，其特征在于，所述热处理的制度为：第一阶段对钛合金管材进行温度为α-β转变温度以下200℃～250℃，保温时间为2h的真空热处理，之后随炉冷却；第二阶段对第一阶段真空热处理后的钛合金管材进行温度为α-β转变温度以下100～150℃，保温时间为30min的大气热处理，随炉冷至500℃并保温1h后出炉，在空气中冷却后钛合金管材内、外表面均形成一层微孔结构氧化膜。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的润滑剂流动性适中、润滑效果优异、配方简单且生产成本低廉。
2、本发明的润滑剂通用性强，通过控制润滑剂的配比，迅速改善固液混合润滑剂的流动性，针对钛管不同拉拔工艺均能实现良好润滑。
3、本发明采用双重高温热处理工艺对管材进行氧化处理，使管材表面均布微米级孔洞，提高了润滑剂的表面润湿程度，使管材在减壁拉拔中利用流体的楔形效应建立管材带芯头拉拔过程中的自润滑平衡结构，提高了生产效率及拉拔稳定性。
4、本发明润滑效果良好，有效降低了摩擦副之间的拉拔力，从而减小摩擦、降低模具磨损，降低了成本。
5、本发明采用该润滑剂及其使用方法可实现单道次大减壁变形，相对常规钛管拉拔工艺中的空拉工艺，显著提高了管材的力学性能、工艺性能和内表面质量，从而提高了管材探伤合格率。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1中对TA18钛合金管材进行热处理后管材内表面的SEM照片。
图2为本发明实施例2中对TA2钛合金管材进行热处理后管材内表面的SEM照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂由以下重量百分比的成分组成：氯化石蜡96%，BN 4%；将重量百分比为96%的氯化石蜡52和重量百分比为4%的BN混合，搅拌均匀，得到本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂。所述氯化石蜡为氯化石蜡52，所述BN是平均粒度为0.6μm的六方氮化硼粉末；本实施例所述减壁拉拔用润滑剂的粘度为200mPa·s。
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂的使用方法为：将钛合金管材清洗干净，烘干后对所述钛合金管材进行热处理，然后向热处理后的钛合金管材内、外表面分别涂抹一层润滑剂，接着将所述钛合金管材一端辗头，将游动芯头放入所述钛合金管材内进行减壁拉拔，得到减壁拉拔后的钛合金管材；所述热处理的制度为：第一阶段对钛合金管材进行温度为720℃，保温时间为2h的真空热处理，之后随炉冷却；第二阶段对第一阶段真空热处理后的钛合金管材进行温度为800℃，保温时间为30min的大气热处理，随炉冷至500℃并保温1h后出炉，在空气中冷却后钛合金管材内、外表面均形成一层微孔结构氧化膜；所述钛合金管材为Φ15mm ×0.7mm的TA18钛合金管材，所述TA18钛合金管材的α-β转变温度为940℃，所述减壁拉拔后的TA18钛合金管材的规格为Φ12mm ×0.65mm。
图1是对TA18钛合金管材进行热处理后管材内表面的SEM照片，管材内表面微孔结构氧化膜孔洞的平均直径为1μm。
实施例2
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂由以下重量百分比的成分组成：氯化石蜡90%，BN 10%；将重量百分比为90%的氯化石蜡52和重量百分比为10%的BN混合，搅拌均匀，得到本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂。所述氯化石蜡为氯化石蜡52，所述BN是平均粒度为0.6μm的六方氮化硼粉末；本实施例所述减壁拉拔用润滑剂的粘度为265mPa·s。
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂的使用方法为：将钛合金管材清洗干净，烘干后对所述钛合金管材进行热处理，然后向热处理后的钛合金管材内、外表面分别涂抹一层润滑剂，接着将所述钛合金管材一端辗头，将游动芯头放入所述钛合金管材内进行减壁拉拔，得到减壁拉拔后的钛合金管材；所述热处理的制度为：第一阶段对钛合金管材进行温度为650℃，保温时间为2h的真空热处理，之后随炉冷却；第二阶段对第一阶段真空热处理后的钛合金管材进行温度为750℃，保温时间为30min的大气热处理，随炉冷至500℃并保温1h后出炉，在空气中冷却后管材内、外表面均形成一层微孔结构氧化膜；所述钛合金管材为Φ15mm×1.35mm的TA2钛合金管材，所述TA2钛合金管材的α-β转变温度为880℃；所述减壁拉拔后的TA2钛合金管材的规格为Φ12mm ×1.25mm。
图2是对TA2钛合金管材进行热处理后管材内表面的SEM照片，管材内表面微孔结构氧化膜孔洞的平均直径为0.7μm。
实施例3
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂由以下重量百分比的成分组成：氯化石蜡85%，BN 15%；将重量百分比为90%的氯化石蜡52和质量分数为10%的BN混合，搅拌均匀，得到本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂。所述氯化石蜡为氯化石蜡52，所述BN是平均粒度为0.6μm的六方氮化硼粉末；本实施例所述减壁拉拔用润滑剂的粘度为300mPa·s。
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂的使用方法为：将钛合金管材清洗干净，烘干后对所述钛合金管材进行热处理，然后向热处理后的钛合金管材内、外表面分别涂抹一层润滑剂，接着将所述钛合金管材一端辗头，将游动芯头放入所述钛合金管材内进行减壁拉拔，得到减壁拉拔后的钛合金管材；所述热处理的制度为：第一阶段对钛合金管材进行温度为750℃，保温时间为2h的真空热处理，之后随炉冷却；第二阶段对第一阶段真空热处理后的钛合金管材进行温度为850℃，保温时间为30min的大气热处理，随炉冷至500℃并保温1h后出炉，在空气中冷却后钛合金管材内、外表面均形成一层微孔结构氧化膜；所述钛合金管材为Φ16mm×2mm的TA7钛合金管材，所述TA7钛合金管材的α-β转变温度为1000℃；所述减壁拉拔后的TA7钛合金管材的规格为Φ14mm ×1.88mm。
实施例4
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂由以下重量百分比的成分组成：氯化石蜡88%，BN12%；将重量百分比为90%的氯化石蜡52和重量百分比为10%的BN混合，搅拌均匀，得到本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂。所述氯化石蜡为氯化石蜡52，所述BN是平均粒度为0.6μm的六方氮化硼粉末；本实施例所述减壁拉拔用润滑剂的粘度为275mPa·s。
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂的使用方法为：将钛合金管材清洗干净，烘干后对所述钛合金管材进行热处理，然后向热处理后的钛合金管材内、外表面分别涂抹一层润滑剂，接着将所述钛合金管材一端辗头，将游动芯头放入所述钛合金管材内进行减壁拉拔，得到减壁拉拔后的钛合金管材；所述热处理的制度为：第一阶段对钛合金管材进行温度为720℃，保温时间为2h的真空热处理，之后随炉冷却；第二阶段对第一阶段真空热处理后的钛合金管材进行温度为820℃，保温时间为30min的大气热处理，随炉冷至500℃并保温1h后出炉，在空气中冷却后钛合金管材内、外表面均形成一层微孔结构氧化膜；所述钛合金管材为Φ12.7mm×1.2mm的TA24钛合金管材，所述TA24钛合金管材的α-β转变温度为920℃；所述减壁拉拔后的TA24钛合金管材的规格为Φ10mm ×1.15mm。
实施例5
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂由以下重量百分比的成分组成：氯化石蜡92%，BN 8%；将重量百分比为90%的氯化石蜡52和重量百分比为10%的BN混合，搅拌均匀，得到本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂。所述氯化石蜡为氯化石蜡52，所述BN是平均粒度为0.6μm的六方氮化硼粉末；本实施例所述减壁拉拔用润滑剂的粘度为230mPa·s。
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂的使用方法为：将钛合金管材清洗干净，烘干后对所述钛合金管材进行热处理，然后向热处理后的钛合金管材内、外表面分别涂抹一层润滑剂，接着将所述钛合金管材一端辗头，将游动芯头放入所述钛合金管材内进行减壁拉拔，得到减壁拉拔后的钛合金管材；所述热处理的制度为：第一阶段对钛合金管材进行温度为720℃，保温时间为2h的真空热处理，之后随炉冷却；第二阶段对第一阶段真空热处理后的钛合金管材进行温度为820℃，保温时间为30min的大气热处理，随炉冷至500℃并保温1h后出炉，在空气中冷却后管材内、外表面均形成一层微孔结构氧化膜；所述钛合金管材为Φ16mm×2mm的TA24钛合金管材，所述TA24钛合金管材的α-β转变温度为920℃；所述减壁拉拔后的TA24钛合金管材的规格为Φ12.7mm×1.82mm。
实施例6
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂由以下重量百分比的成分组成：氯化石蜡92%，BN 8%；将重量百分比为90%的氯化石蜡52和重量百分比为10%的BN混合，搅拌均匀，得到本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂。所述氯化石蜡为氯化石蜡52，所述BN是平均粒度为0.6μm的六方氮化硼粉末；本实施例所述减壁拉拔用润滑剂的粘度为230mPa·s。
本实施例钛合金管材减壁拉拔用润滑剂的使用方法为：将钛合金管材清洗干净，烘干后对所述钛合金管材进行热处理，然后向热处理后的钛合金管材内、外表面分别涂抹一层润滑剂，接着将所述钛合金管材一端辗头，将游动芯头放入所述钛合金管材内进行减壁拉拔，得到减壁拉拔后的钛合金管材；所述热处理的制度为：第一阶段对钛合金管材进行温度为680℃，保温时间为2h的真空热处理，之后随炉冷却；第二阶段对第一阶段真空热处理后的钛合金管材进行温度为770℃，保温时间为30min的大气热处理，随炉冷至500℃并保温1h后出炉，在空气中冷却后管材内、外表面均形成一层微孔结构氧化膜；所述钛合金管材为Φ15mm×0.4mm的TA3钛合金管材，所述TA3钛合金管材的α-β转变温度为890℃；所述减壁拉拔后的TA3钛合金管材的规格为Φ12mm×0.35mm。
以上实施例中的钛合金管材减壁拉拔用润滑剂在使用过程中润滑效果好，拉拔过程稳定无颤动，拉拔管材内表面光滑洁净、无折皱，这是由于六方氮化硼颗粒具有类似石墨的层状结构，有极佳的干润滑能力，而粘度为200mPa·s～300mPa·s的流体在钛合金微孔结构表面具有最优异的浸润性，润滑剂通过模具与管壁间隙中流体产生的楔形效应，使得润滑剂中的氮化硼微米级颗粒良好附着于钛管表面均匀的微米级孔洞中，利用在受压和升温环境中氮化硼润滑组元易托敷成膜的特点，能有效降低摩擦系数，实现拉拔摩擦过程中的稳定润滑。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (1)
1.一种钛合金管材减壁拉拔用润滑剂的使用方法，该润滑剂由以下重量百分比的原料混合搅拌均匀制成：氯化石蜡85%～96%，BN 4%～15%；所述氯化石蜡为氯化石蜡52；所述BN为六方氮化硼粉末，所述六方氮化硼粉末的平均粒度为0.6μm；该润滑剂的使用方法为：将钛合金管材清洗干净，烘干后对所述钛合金管材进行热处理，然后向热处理后的钛合金管材内、外表面分别涂抹一层润滑剂，接着将所述钛合金管材一端辗头，将游动芯头放入所述钛合金管材内进行减壁拉拔，得到减壁拉拔后的钛合金管材，其特征在于，所述热处理的制度为：第一阶段对钛合金管材进行温度为α-β转变温度以下200℃～250℃，保温时间为2h的真空热处理，之后随炉冷却；第二阶段对第一阶段真空热处理后的钛合金管材进行温度为α-β转变温度以下100℃～150℃，保温时间为30min的大气热处理，随炉冷至500℃并保温1h后出炉，在空气中冷却后钛合金管材内、外表面均形成一层微孔结构氧化膜。
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| PB01 | Publication | ||
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