1、第 卷 第 期有色金属加工 年 月 :./.润滑剂浓度对钛合金.丝材拉拔表面质量的影响研究赵 祺杨怀万(四川西冶新材料股份有限公司四川 成都)收稿日期:作者简介:赵祺()男工程师摘 要:研究首次对钛合金.丝材拉拔摩擦磨损行为进行了分析在此基础上研究分析三种润滑剂浓度(、)下拉拔后的丝材表面微观形貌 结果表明丝材表面呈现三层结构即基体、氧化层、润滑剂涂层符合氧化磨损的典型特征润滑剂浓度过低导致氧化层增厚、摩擦磨损量增加润滑剂浓度过高使得附着的润滑剂过多且形成过宽的氧化层裂缝会导致基体层的更大损伤最终确定润滑剂浓度为 进一步分析研究了拉拔各典型道次在选定浓度的润滑剂作用下的表面微观形貌演变关键词:
2、钛合金润滑剂拉拔表面形貌中图分类号:文献标识码:文章编号:()金属拉拔是通过模具孔减少加工材料的截面面积、获得高精度、高光泽度线材的一种塑性加工工艺是制备线材的重要方法 通常拉拔加工所消耗的能量大部分都消耗在模具和拉拔材料的摩擦上造成界面温度升高容易发生润滑膜破裂甚至烧结 在此加工过程中良好的润滑状态能减少拉拔时摩擦所产生的热量有助于延长模具寿命提高拉拔速度以及改善拉拔材料的表面质量和机械性能尤其是可确保拉丝过程中不断线 润滑介质是影响钛合金丝材质量的重要因素之一于振涛等采用化学方法研制出一种新的冷拔用润滑剂涂层该涂层与石墨乳和二硫化钼混合配套使用可大大减小拉伸摩擦阻力提高钛材表面质量冯晶等公
3、开了一张钛合金丝材高温拉拔干式润滑剂得到的涂层致密分布均匀无明显大团聚集 冯晶等一种钛合金丝材高温拉拔油基润滑剂通过加入偶联剂和阻燃剂可以保证固体润滑剂未能与基础油有效结合钛合金丝材高温热拉拔过程中润滑膜不会脱落可以保证在钛合金表面形成连续的润滑膜闫晓东等公开了一种钛及钛合金管材拉拔润滑剂在钛及钛合金坯料表面形成润滑涂层有效改善管坯与拉拔模具之间的润滑条件防止坯料与模具粘结提高模具使用寿命和管材表面质量模具寿命长 国外 报导了各种润滑剂对钛的效果认为一般的润滑剂几乎没有效果而只有卤化的碳氢化合物才有效这是由于卤素侵入到钛表面的氧化层内形成化学结合润滑介质是影响钛合金丝材质量的重要因素之一近年来
4、对于钛合金各类拉拔润滑剂的研制较多然而对于润滑剂浓度对拉拔钛合金丝材表面质量的影响研究不足 因此本研究将针对研制的.丝材深入研究润滑剂浓度对其拉拔中表面形貌的影响及丝材在润滑剂作用下的表面形貌演变 试验过程试验材料为本研究研制的.丝材 其 化 学 成 分(质 量 分 数)为 .余量 润滑剂选用水系润滑剂由主要由石墨、增稠剂(羟甲基纤维素)、极压剂(三氯化铁)、钛酸脂类偶联剂、硅烷化合物、酒精和去离子等组成 拉拔设备采用钛合金丝材专用拉丝机表面形貌及成分采用扫描电镜及能谱检测首先进行.丝材多个道次拉拔试制研究分析第一、三道次丝材的摩擦磨损行为然后设计三种润滑剂浓度(、)在设定 有色金属加工第 卷
5、拉拔参数下对三种线径(第、道次)丝材分别进行拉拔观察拉拔后焊丝表面形貌(焊丝表面润滑剂粘附状态、丝材表面状况、表面附着物情况等)通过综合分析确定润滑剂浓度在此基础上丝材进行连续拉拔分析研究拉拔各典型道次润滑剂作用下的表面形貌演变 试验结果与分析.丝材拉拔摩擦磨损行为分析进行.丝材多个道次拉拔试制对拉拔后得到丝材表面进行扫描电镜及能谱分析丝材表面微观形貌如图 所示表面各层成分结果见表、表 由图 及表、表 可知丝材表面呈现三层结构即基体、氧化层、涂层对于第三道次涂层除分布在氧化层之上外还填充在氧化层块状间隙()第一道次 ()第三道次 图 丝材表面微观形貌表 第一道次丝材表面能谱结果(质量分数)元素
6、基体.氧化层.涂层.表 第三道次丝材表面能谱结果(质量分数)元素凹槽区.表层.根据摩擦磨损的种类及原理可知摩擦磨损常见的有氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀磨损、微动磨损、干滑动摩擦磨损等 丝材拉拔过程中摩擦生热引起丝材表面形成一层致密氧化膜层对磨损表面起保护作用能够降低钛合金丝材磨损 同时表面氧化层比较脆极易在多道次拉拔后出现裂纹甚至脱落 在拉拔磨损过程中丝材表面经历着发生氧化、形成氧化层、氧化层出现裂纹、氧化层分割成块在这期间还会伴随着氧化层脱落以及脱落后再次形成氧化层这是氧化磨损的典型特征 丝材氧化磨损的影响因素有丝材与模具的相对滑动速度(摩擦系数)、对丝材施加的载荷(拉拔应力)、摩擦过程
7、中生成的氧化膜硬度、润滑介质浓度以及摩擦表面间的润滑状态是否良好这些因素是后续拉拔生产过程值得关注的.润滑剂浓度对拉拔过程表面质量影响分别对两个道次模具下使用三种润滑剂浓度分别为、进行拉拔试验对拉拔后丝材的表面形貌进行了 倍、倍扫描电镜分析结果见表 第 期有色金属加工表 不同润滑剂浓度拉拔后丝材表面形貌道次倍数 浓度 浓度 浓度 倍编号:编号:编号:倍编号:编号:编号:倍编号:编号:编号:倍编号:编号:编号:从表 可知三种道次丝材表面呈现出当润滑剂浓度过低()时润滑剂附着量少表现为表层深黑色涂层物质覆盖区域小第 道次时(编号、)尤为明显这对丝材与拉丝模之间起到的润滑作用不明显会导致拉拔升温高丝
8、材氧化层增厚摩擦磨损量增加 当润滑剂浓度过高()时润滑剂附着量最多表现为表层深黑色涂层覆盖区域大第 道次时(编号、)尤为明显进一步拉拔的道次由于其线径更细、氧化层更细小、间隙凹槽更深高浓度润滑剂时(编号、)丝材表面深黑色涂层区域增加不明显但仍然表现增加趋势同时在第 道次的高浓度润滑剂时(编号)表面氧化层的裂缝(黑色沟槽)宽度更宽这是由于当润滑剂浓度过高时润滑剂粘稠度增大流动速度会变缓慢在拉拔速度相同的情况下粘稠度增大不利于润滑剂进入拉丝模润滑剂完全进入拉丝模时间长部分接触区润滑膜的形成会比较晚导致润滑条件变差表面氧化层破碎开裂严重 润滑剂浓度为 时润滑条件良好形成氧化层裂缝适中综上所述润滑剂浓
9、度过低会导致氧化层增厚、摩擦磨损量增加润滑剂浓度过高会导致附着的润滑剂过多且形成过宽的氧化层裂缝会导致基体层的更大损伤因此确定润滑剂浓度为.典型道次表面形貌的演变研究按照选用 的润滑剂浓度对丝材进行连续拉拔拉拔历经了 道次本文截取了部分典型道次丝材表面进行了扫描电镜分析分析结果见表 有色金属加工第 卷表 典型道次丝材表面形貌道次 倍 倍 倍 从表 典型道次丝材表面形貌可知丝材表面氧化层经历了形成氧化层、氧化层产生横向细裂纹、横向裂纹间隙增大、平行氧化层变形直到破碎成小颗粒丝材表面的涂层随着表面氧化层的演变而由最开始的附着在氧化层表面逐渐到少量分布氧化层表面大量填充裂缝间隙 可见裂缝的形成为固体
10、润滑剂的粘附提供了强有力的“钉扎中心”确保了固体润滑剂在多次拉伸过程中不易脱落保持着连续拉拔的良好润滑效果 结论()丝材表面呈现三层结构即基体、氧化层、润滑剂涂层钛合金丝材拉拔符合氧化磨损的典型特征()润滑剂浓度过低会导致氧化层增厚、摩擦磨损量增加润滑剂浓度过高会导致附着的润滑剂过多且形成过宽的氧化层裂缝会导致基体层的更大损伤因此本研究润滑剂浓度选为 达到良好润滑效果()丝材表面氧化层经历着形成氧化层、氧化层产生横向细裂纹、横向裂纹间隙增大、平行氧化层变形直到破碎成小颗粒丝材表面的涂层随着表面氧化层的演变而由最开始的附着在氧化层表面逐渐到少量分布氧化层表面、大量填充裂缝间隙参考文献 姚若浩.关
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