способ подготовки поверхности проволоки перед сухим волочением

Формула изобретения

1. Способ подготовки поверхности проволоки перед сухим волочением, включающий активацию и фосфатирование, отличающийся тем, что активацию поверхности ведут в растворе активатора фосфатирования на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,0 - 5,0 г/л, при температуре 20 - 45°С в течение 1 - 5 мин погружением проволоки в активирующий раствор либо протягиванием через раствор при температуре 20 - 45°С в течение 10 - 40 с, а фосфатирование ведут в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:

Ионы Zn⁺² - 8,0 - 35,0

Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 7,0 - 24,0

Ионы NO₃^- - 20,0 - 63,0

Ионы Ni⁺² - 0,05 - 1,0

Ионы Fe⁺³ - 0 - 0,3

Ионы F^- - 0 - 2,0

Вода - Остальное

погружением проволоки в фосфатирующий раствор при температуре 70 - 95°С в течение 3 - 20 мин, либо протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70 - 95°С в течение 10 - 40 с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно проводят очистку поверхности от остатков волочильной смазки и остаточного фосфата в щелочном очищающем растворе следующего состава, г/л:

Едкий натр NaOH - 20,0 - 50,0

Соединение фтора - 0,5 - 20,0

Натрий углекислый Na₂CO₃ - 3,0 - 30,0

Натрия метасиликат Na₂SiO₃ x 9H₂O - 1,0 - 15,0

Органический комплексообразователь - 0 - 8,0

Поверхностно-активное вещество - 0 - 5,0

Вода - Остальное

погружением при перемешивании в течение 2 - 15 мин при температуре 80 - 95°С либо протягиванием проволоки через очищающий раствор при перемешивании при температуре 70 - 95°С в течение 10 - 30 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области подготовки поверхности высокоуглеродистой проволоки перед сухим волочением с применением фосфатирования и может быть использовано в металлургической промышленности, а также машиностроении при производстве проволоки, калиброванного металла и деталей машин.

Известен способ подготовки поверхности проволоки (1), включающий активацию и фосфатирование, причем активацию осуществляют путем нагрева образцов в реакционной трубке, заполненной воздухом, до температуры 400^oC в течение 60 с и вводят проволоку в фосфатирующий раствор в горячем состоянии (200-300^oC).

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки проволоки (2), включающий активацию поверхности и фосфатирование, причем активацию поверхности ведут в газовой среде, содержащей окись и двуокись углерода в соотношении 3:(1-2) при 410-690^oC.

Недостатками известных составов являются низкие антифрикционные свойства покрытия и высокий расход волочильного инструмента.

Задачей настоящего изобретения является создание способа подготовки поверхности проволоки, позволяющего повысить антифрикционные свойства фосфатного покрытия и стойкость волочильного инструмента.

Указанная задача достигается тем, что активацию поверхности ведут в растворе активатора фосфатирования на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,0-5,0 г/л при температуре 20-45^oC в течение 1-5 мин погружением проволоки в активирующий раствор либо протягиванием через раствор при температуре 20-45^oC в течение 10-40 с, а фосфатирование ведут в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:

Ионы Zn⁺² - 8,0 - 35,0

Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 7,0 - 24,0

Ионы NO₃^- - 20,0 - 63,0

Ионы Ni⁺² - 0,05-1,0

Ионы Fe⁺³ - 0-0,3

Ионы F^- - 0-2,0

Вода - Остальное

погружением проволоки в фосфатирующий раствор при температуре 70-95^oC в течение 3-20 мин либо протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70-95^oC в течение 10-40 с; предварительно проводят очистку поверхности от остатков волочильной смазки и остаточного фосфата в щелочном очищающем растворе следующего состава, г/л:

Едкий натр NaOH - 20,0 - 50,0

Соединение фтора - 0,5 - 20,0

Натрий углекислый Na₂CO₃ - 3,0-30,0

Натрия метacиликaт Na₂SiO₃9H₂О - 1,0 - 15,0

Органический комплексообразователь - 0 - 8,0

Поверхностно-активное вещество - 0-5,0

Вода - Остальное

погружением при перемешивании в течение 2-15 мин при температуре 80-95^oC либо протягиванием проволоки через очищающий раствор при перемешивании при температуре 70-95^oC в течение 10-30 с.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Раствор для активации готовили путем разбавления до концентрации 3,0 - 5,0 г/л активатора фосфатирования АМ-2, имеющего следующий состав, мас.%:

Щавелевая кислота H₂C₂O₄ - 80,0 - 87,0

Медь сернокислая CuSO₄5H₂O - 13,0 - 20,0

Раствор для фосфатирования готовили путем разбавления до концентрации 130-300 г/л исходного фосфатирующего концентрата, имеющего следующий состав, мас.%:

Ионы Zn⁺² - 8,0 - 12,0

Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 5,0 - 10,0

Ионы NO₃^- - 17,0 - 23,0

Ионы никеля Ni⁺² - 0,05 - 2,0

Ионы железа Fe⁺³ - 0 - 1,0

Ионы фтора F^- - 0 - 1,0

Вода - Остальное

Корректирование раствора осуществляли корректирующим раствором следующего состава, мас.%:

Ионы цинка Zn⁺² - 9,0 - 12,0

Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 20,0 - 27,0

Ионы NO₃^- - 11,0 - 15,0

Ионы никеля Ni⁺² - 0,05 - 2,0

Ионы железа Fe⁺³ - 0 - 1,0

Ионы фтора F^- - 0 - 1,0

Вода - Остальное

В раствор для фосфатирования перед началом работы вводили нитрит натрия в количестве 0,3 - 0,4 г/л для создания автокаталитического режима работы ванны, обеспечивающего выведение ионов Fe⁺² из раствора. Во всех примерах (по вышезаявленному способу и по прототипу) фосфатные покрытия наносились на образцы высокоуглеродистой проволоки из стали марки 70, диаметром 2,0 мм.

Усилие волочения определялось при протягивании образцов катанки с фосфатным покрытием на разрывной машине.

Скорость протягивания составляла 30 см/мин. Единичное обжатие на волоку 24,5%.

Маршрут волочения 2,0 - 1,8 мм.

Волочение осуществляли с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла.

Расход волок при волочении фосфатированной проволоки из стали марки 70, диаметром 2,0 мм определяли на стане сухого волочения. Скорость волочения 300 - 520 м/мин, единичное обжатие 25%, суммарное обжатие 87%.

Маршрут волочения 2,0- 1,83- 1,65- 1,34- 1,16- 1,01- 0,9.

Пример 1

Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:

1. Очистка в очищающем растворе следующего состава, г/л:

Едкий натр NaOH - 20,0

Соединение фтора - 0,5

Натрий углекислый Na₂CO₃ - 3,0

Натрия метасиликат Na₂SiO₃9Н₂О - 1,0

Органический комплексообразователь - 0

Поверхностно-активное вещество - 0

Вода - Остальное

погружением проволоки в течение 2 мин при температуре 80^oC в очищающий раствор при перемешивании.

2. Промывка.

3. Термообработка.

4. Травление в растворе серной кислоты.

5. Промывка.

6. Активация в растворе активатора АМ-2 на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,0 г/л при температуре 20^oC в течение 1 мин погружением проволоки в активирующий раствор.

7. Фосфатирование в растворе следующего состава, г/л:

Ионы Zn⁺² - 8,0

Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 7,0

Ионы NO₃ - 20,0

Ионы Ni⁺² - 0,05

Ионы Fe⁺³ - 0

Ионы F^- - 0

Вода - Остальное

погружением проволоки в фосфатирующий раствор при температуре 70^oC в течение 3 мин.

8. Промывка.

9. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

10. Сушка.

Фосфатное покрытие мелкокристаллическое плотное немажущееся серо-черного цвета.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,56 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,24 шт./т.

Пример 1а.

Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:

1. Очистка в очищающем растворе следующего состава, г/л:

Едкий натр NaOH - 20,0

Соединение фтора - 0,5

Натрий углекислый Na₂CO₃ - 3,0

Натрия метасиликат Na₂SiO₃ 9Н₂О - 1,0

Органический комплексообразователь - 0

Поверхностно-активное вещество - 0

Вода - Остальное

протягиванием проволоки через очищающий раствор при перемешивании в течение 10 с при температуре 70^oC.

2. Промывка.

3. Термообработка.

4. Травление в растворе серной кислоты.

5. Промывка.

6. Активация в растворе активатора АМ-2 на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,0 г/л при температуре 20^oC в течение 10 с протягиванием проволоки через активирующий раствор.

7. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:

Ионы Zn⁺² - 8,0

Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 7,0

Ионы NO₃^- - 20,0

Ионы Ni²⁺ - 0,05

Ионы Fe⁺³ - 0

Ионы F^- - 0

Вода - Остальное

протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 70^oC в течение 10 с.

8. Промывка.

9. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

10. Сушка.

Фосфатное покрытие мелкокристаллическое плотное немажущееся серо-черного цвета.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,55 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,24 шт./т.

Пример 2

Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:

1. Очистка от остатков волочильной смазки и остаточного фосфата в очищающем растворе следующего состава, г/л:

Едкий натр NaOH - 30,0

Соединение фтора - 1,5

Натрий углекислый Na₂CO₃ - 15,0

Натрия метасиликат Na₂SiO₃ 9Н₂O - 10,0

Органический комплексообразователь - 3,0

Поверхностно-активное вещество - 1,5

Вода - Остальное

протягиванием проволоки в течение 15 с при температуре 90^oC через очищающий раствор при перемешивании.

2. Промывка.

3. Термообработка.

4. Травление в растворе серной кислоты.

5. Промывка.

6. Активация в растворе активатора АМ-2 на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 3,6 г/л при температуре 40^oC в течение 20 с протягиванием проволоки через активирующий раствор.

7. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:

Ионы Zn⁺² - 24,2

Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 15,4

Ионы NO₃^- - 44,3

Ионы Ni⁺² - 0,24

Ионы Fe⁺³ - 0,1

Ионы F^- - 0,2

Вода - Остальное

протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 90^oC в течение 30 с.

8. Промывка.

9. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

10. Сушка.

Фосфатное покрытие мелкокристаллическое плотное немажущееся серо-черного цвета.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,49 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,21 шт./т.

Пример 2а

Проволока обработана по схеме, приведенной в примере 2, но очистка проводится погружением проволоки в течение 5 мин при температуре 90^oC в очищающий раствор при перемешивании; активация проводится в растворе активатора, взятого в концентрации 3,8 г/л при температуре 40^oC в течение 2 мин погружением, а фосфатирование - в растворе с составом, приведенным в примере 2, погружением при температуре 87^oC в течение 10 мин.

Фосфатное покрытие мелкокристаллическое плотное немажущееся серо-черного цвета.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,53 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,22 шт./т.

Пример 3

Проволока из стали марки 70 диаметром 2,0 мм обработана по следующей схеме:

1. Очистка в очищающем растворе следующего состава, г/л:

Едкий натр NaOH - 50,0

Соединение фтора - 20,0

Натрий углекислый Na₂CO₃ - 30,0

Натрия метасиликат Na₂SiO₃ 9Н₂O - 15,0

Органический комплексообразователь - 8,0

Поверхностно-активное вещество - 5,0

Вода - Остальное

протягиванием проволоки в течение 30 с при температуре 95^oC через очищающий раствор при перемешивании.

2. Промывка.

3. Термообработка.

4. Травление в растворе серной кислоты.

5. Промывка.

6. Активация в растворе активатора АМ-2 на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 5,0 г/л при температуре 45^oC в течение 40 с протягиванием проволоки через активирующий раствор.

7. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:

Ионы Zn⁺² - 35,0

Фосфорный ангидрид P₂O₅ - 24,0

Ионы NO₃^- - 63,0

Ионы Ni⁺² - 1,0

Ионы Fe⁺³ - 0,3

Ионы F^- - 2,0

Вода - Остальное

протягиванием проволоки через фосфатирующий раствор при температуре 95^oC в течение 40 с.

8. Промывка.

9. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

10. Сушка.

Фосфатное покрытие мелкокристаллическое плотное немажущееся серо-черного цвета.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило 0,54 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,22 шт./т.

Пример 3а

Проволока обработана по схеме, приведенной в примере 3, но очистка проводится погружением в течение 15 мин при 95^oC при перемешивании, активация - погружением в течение 5 мин при температуре 45^oC, а фосфатирование - погружением при температуре 95^oC в течение 20 мин.

Усилие протяжки (среднее значение из 20 определений) составило, 0,57 кН.

Процесс волочения проходил стабильно, дымления и скрипа не наблюдалось.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,24 шт./т.

Пример 4 (по прототипу)

Проволоку из стали 70 диаметром 2,0 мм обработали по следующей схеме:

1. Термообработка.

2. Травление в растворе серной кислоты.

3. Промывка.

4. Активация в муфельной печи при температуре 480^oC.

Образец проволоки помещают в кварцевую трубку, наполненную газовой смесью следующего состава: 13% CO, 6,5% CO₂, остальное азот, после нагрева ее до требуемой температуры.

Образец выдерживали в течение 60 с, затем охлаждали и на холоду продували инертным газом.

5. Фосфатирование в растворе фосфатирующего концентрата КФЭ-1, взятого в концентрации 150 г/л протягиванием при температуре 90^oC в течение 30 с.

6. Промывка.

7. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

8. Сушка.

Фосфатное покрытие крупнокристаллическое.

Обработанную проволоку подвергли вытяжке с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла с диаметра 2,0 мм на диаметр 1,8 мм.

При волочении наблюдалось дымление и скрип.

Усилие протяжки составило 0,85 кН.

Расход волок при волочении проволоки диаметром 2,0 мм до диаметра 0,9 мм на стане среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла составил 0,32 шт./т.

Предлагаемый способ подготовки поверхности позволяет:

1) провести подготовку поверхности катанки из высокоуглеродистой стали марок 55-80 перед операциями волочения на станах многократного волочения (в частности, станах девятикратного волочения) и получить проволоку высокого качества диаметром 1,8 - 2,6 мм с остаточным фосфатом 3,0 - 3,8 г/м²;

2) провести подготовку поверхности высокоуглеродистой проволоки на агрегатах скоростным методом (в потоке) перед волочением на станах среднего волочения с сухой волочильной смазкой на основе хозяйственного мыла и получить качественную проволоку диаметром 0,8 - 1,0 мм с остаточным фосфатом 1,8 - 2,2 г/м²;

3) провести подготовку поверхности проволоки перед операциями тонкого (мокрого) волочения;

4) получить проволоку пружинную диаметром 0,35-0,4 мм, по своим техническим характеристикам соответствующую 1 классу по ГОСТ 9389-75, и проволоку стальную канатную, соответствующую требованиям ГОСТ 7372-79;

5) провести подготовку поверхности изделий перед другими операциями холодной деформации, например вытяжкой труб или выдавливанием.

Литература

1. Патент Франции N 1597725 от 7 августа 1970 г.

2. Авторское свидетельство N 1361196 от 08.01.1985 г.