锻造工艺与高温润滑剂

1、锻造工艺与高温润滑剂锻造工艺与高温润滑剂 2010年11月26日1锻造工艺简介 锻造，按加工方式分自由锻、高速锻、辊锻和精密模锻等多种加工方法；以材料的成型工艺温度条件又可分为冷锻、温锻和热锻等多种。锻造的目的主要是改善坯材中碳化合物分布的不均匀程度，从而提高锻件的机械性能和刀具的耐磨性。锻造在汽车工业中约占80，飞机85，电器仪表90，具有生产批量大、高效和节能等优点。 锻造加工的定义为：在开式模中压缩或镦粗以及在闭式模中使粗坯成型而将多余的金属排入毛边槽的过程。锻造过程通常要先进行一系列预备工序，如轧边、拔长和预锻。通过这些工序使锻件逐渐接近其最终尺寸。经预锻后的粗锻件已接近于终锻模的尺寸

2、，经终锻通过闭式模之间的空间将粗锻件的多余材料排入毛边槽，使粗锻件与终锻模相一致并达到最终尺寸。终锻工序确定锻件的最终质量。 在闭式模中锻造是将金属和合金成形为有用成品的重要工序，是将金属材料加工成最终或中间产品的过程之一。锻造过程可以在冲击条件(锤锻)下或是慢速(压力机锻造)下进行。锻造可在室温下进行，也可在中温或高温下进行，可用开式模、模锻模或闭式模进行。锻造是一种间歇操作过程。 与锻造过程接近的加工过程是精压或压印，但它不同于锻造。使毛坯完全包容在闭式模中，并迫使其与模具内型一致而无任何材料逃逸的过程为精压或压印。 2. 锻造润滑剂应具备的特性 均匀地湿润表面以防局部无润滑； 没有残渣，

3、因为残渣可在锻造模具深处累积，从而影响公差或工件表面质量，也不能在设备上或环境中沉积或难以清除； 不能腐蚀模具，并应给予模具提高保护涂层。； 具有一定的冷却作用； 适合于自动给料，最好适合于喷涂方式； 不污染环境，不形成对身体有害的物质； 储存安定性好； 浓缩型润滑剂可稀释成满足于不同润滑要求的锻造工艺； 价格经济合理； 当使用液体润滑剂时，锻造工艺的润滑状态属混合润滑状态，即接触力部分靠流体膜承担，部分靠金属与金属之间的边界膜来承担。锻造过程中也常用固体润滑剂，这种情况下靠摩擦系数很小的固体膜起润滑作用。 在锻造过程中，模具表面上一般不会形成厚的润滑膜。除非在高速墩锻操作中，其接触面的几何形

4、状、润滑剂粘度和相应的滑动速度都有利于形成厚的润滑膜。在整个金属加工过程中，合适的锻造润滑剂的选择取决于多种因素，其中要着重考虑锻造温度、锻造速度、变形的难易以及模具表面光洁度。 锻造过程所用的润滑剂有液态的也有固态的。由于锻造加工的特点，模具表面一般不会形成厚的润滑膜，除非在高速墩锻操作中，或者接触面的几何形状、润滑剂粘度和相应的滑动速度都有利于形成厚的润滑膜。 锻造润滑剂的选择取决于多种因素，其中着重要考虑锻造温度、锻造速度，变形的难易程度以及模具表面光洁度等。 锻造过程中润滑剂的使用方法主要是喷涂或用刷子刷涂。固体层状润滑剂(石墨或二硫化铝)也和聚合物一起用于模具表面。在很多情况下，润滑

5、方式和工件、模具间的均匀润滑比选择润滑剂的种类更重要。 3冷锻润滑剂 室温锻造(也可列入冷挤压，因为两过程金属变形相似)所用的润滑剂一般是复合剂。如果金属变形率较小，如在镦或压的情况下，则用高粘度流体。另一方面，如果冲击速度很高，如高能高速锻造，会产生流体润滑状态，则采用低粘度润滑剂。 冷锻加工有很高的接触压力，所以通常采用化学反应膜的润滑体系。所用冷锻润滑剂主要作用是降低摩擦磨损，防止金属表面出现凹点或烧结。由于冷锻加工操作温度相对较低，常常可使用一些常规润滑剂，例如矿物油或矿物油中加入皂类以及动植物油和脂肪等，有时在基油中加入石墨或二硫化钼。在一些较为苛刻的冷锻操作条件下，例如金属塑性变形

6、程度较大，或加工一些硬质金属或合金钢时，必须采用具有极压特性的润滑剂，或采用磷酸盐覆盖成膜的润滑工艺。典型的用法是磷酸盐涂层用于碳钢或低合金钢，草酸盐用于不锈钢。 冷锻加工过程会产生变形热和摩擦热；由于加工的反复进行，上述两种热便会在模具上积累，致使模具温度上升。当加工面的温度超过润滑膜的耐热温度时，便会发生金属的直接接触。因此冷锻对润滑剂要求也很高。 4. 温锻润滑剂 温锻，所加工的锻材温度一般在相变点以下，如铝合金为200-300，合金钢在700以下，镍基合金的温锻温度则为500-700。温锻加工兼有冷锻和热锻的优点，其变形抗力要比冷锻小得多，而坯料的温度又比热锻低。它在较大地降低模具压力

7、的情况下仍能得到令人满意的零件表面光洁度和较高的精确度，加工表面质量要比热锻好得多，是一种有一定吸引力的加工方式。 过去温锻加工润滑剂多是石墨悬浮在水或矿物油中，近年来发展了脂肪及矿物油组成的润滑剂，具有在高温条件下粘附力强、无烟、产品表面光洁度好等优点。由于受所用温度的限制，大多数有机类润滑剂不能使用，而必须代之以固体润滑剂，如石墨或无机盐等。 5. 热锻润滑剂 热锻加工过程中，操作温度和模具温度均很高，常规的液体润滑剂很容易挥发，因为铝合金的热锻温度也有400，而高熔点合金的热锻温度可达1658。因此，所用润滑剂通常含有固体粒子，即在油基或水基润滑剂中再添加固体润滑剂，如石墨、二硫化钼和其

8、他固体润滑剂。降低温度可以增加模具的使用寿命，特别是保持模具不发生大的温度变化很重要，因为模具温度的大幅度变化所引起的冷热疲劳可导致模具损坏。 近年来，油基润滑剂有被水基润滑剂取代的趋势。在锻造镍基合金、高熔点合金和钛加工件时常常用氮化硼涂料，一方面起润滑作用，一方面阻止工件氧化。 锻造过程中润滑剂的使用方法主要是喷涂或用刷子刷涂。固体层状润滑剂(石墨或mos2)和聚合物一起用于模具表面。自动喷涂设备的发展使均匀有效地应用润滑剂成为可能，用润滑剂处理模具表面和涂层是锻造润滑的核心。 一、锻造工艺用润滑剂的作用 锻造工艺用润滑剂是涂覆在金属表面，从室温到高温对金属材料全程保护，在压力热变形时起到

9、防护、润滑、隔热、粘结作用的一种工艺材料，它具有坯料保护和模具润滑的双重功效。 润滑剂在工作温度能够阻止或延缓o2、h2、n2和金属离子的扩散迁移；润滑剂在工作温度与金属基体粘附性和浸润性好，有较高的耐压、抗拉性能和良好的塑性，可随金属一起延展，润滑膜不断裂；润滑剂与周围介质反应呈惰性，不腐蚀金属；润滑剂具有合理的熔点、高温粘度和高的热稳定性，尤其在工作温度，涂层具有自愈性；对由于有特殊要求的用途，润滑剂可以做到自剥和防滑，可应用到各种金属材料的自由锻造；润滑剂导热系数小，绝热性能好，可以很好地改善金属的塑性；润滑剂是环保材料，不含有有毒的和挥发性成分。所以它具有防护（防氧化，防脱碳，防吸氢，

10、防元素贫化）、润滑、脱模、隔热、保温、高温粘结的功能，可以降低变形抗力、改善塑性，提高表面质量；减少金属材料损耗；延长模具使用寿命。一般来讲，应用润滑剂可达到降低锻件的变形抗力（20%以上）、改善金属的塑性、提高锻件表面质量和延长模具使用寿命（2倍）的作用。 必须指出的是，应用润滑剂是实现锻件毛坯精密化的必要手段之一，可以提高金属材料利用率，降低成本，节省工时，提高效率。 锻造工艺用润滑剂可在400-1500的温度范围内使用。广泛应用在：模锻、精锻、等温锻、温锻、包套锻、管材挤压、精挤、温挤、超塑成型、轧板，拉伸，穿孔，开坯锻，旋压等；各种特殊变形件、大型结构件、难变形合金热成型等。并可作热处

11、理和防护涂层使用；用于钛合金、高温合金、不锈钢、结构钢、其它有色、黑色和难熔合金等金属材料温、热加工；对电炉、油炉、燃气炉、感应加热等不同的加热方式都可以使用。 二、锻造工艺用润滑剂的典型应用 针对不同锻造工艺特点主要介绍了以下几种润滑剂的使用情况。 1、纯钛、钛合金开坯锻造工艺用自剥型防护涂料 钛合金作为新型的结构材料，用量越来越大。在钛合金开坯锻造工艺中由于长时间加热，钛合金表面发生氧化反应，可造成2%-3%的金属损失。为此，该涂层涂覆工艺简单；保护效果显著，节约金属；改善了毛坯的成形性能，减少加热次数；提高金属的表面质量；更重要的是由于该涂料具有锻造自剥的功能，锻件微冷却后，剥落速度较快

12、，也没有金属的二次氧化现象，省去许多涂料保护后的后期处理工序，更大的提高了生产率；对钛屑的污染减小，增大了回收利用。 使用方法：将金属除油处理，涂覆涂层厚度约为20m，干燥后加热。炉温升到1000（纯钛）时（钛合金的加热温度1150-1200），保温8-10小时，出炉锻造，在锻造过程中涂层自动剥落。 纯钛、钛合金开坯锻造工艺用自剥型防护涂料对在高温条件下（1000保温8小时 1200保温8小时）对钛合金具有很好的保护及自剥性，在降温状态下的基体不会造成二次氧化。提高了涂料的自剥性能，降低了污染层的氧含量，可防止氧化层和吸氢层的产生，提高钛屑的回收利用率，显示非常良好的实用前景。 2、不锈钢大叶

13、片精锻润滑剂 随着锻件金属材料利用率提高的要求，精密锻造工艺越来越受到重视。不锈钢叶片的制造由原来的模锻逐渐向精密锻造发展，但高温氧化严重的普通钢材精锻用玻璃防护润滑剂的研发有相当的技术难度。大锻件的生产特点是工件大，加热时间长，主要应解决的是防氧化，减少材料损失的问题。润滑剂，满足了不锈钢在空气炉、油炉中加热下的防氧化要求，同时在锻造过程中有较好润滑性能，保证产品的精度和表面质量。满足了不锈钢在空气炉、油炉中加热下的不锈钢精锻叶片防氧化要求，同时在锻造过程中有较好润滑性能，保证产品的精度和表面质量。 3、钛合金、高温合金模锻工艺用润滑剂 钛合金、高温合金模锻工艺用玻璃防护润滑剂的产品已经很成熟，现在普遍应用的是ti5(fr5)、ti6(fr6) 、ti1（bjd-1）、sa35 (fr35).，在锻造过程中起到防氧化、防吸氢、防止元素贫化、润滑和绝热作用。 4、钛合金热挤