способ подготовки поверхности металлических изделий перед операциями холодной деформации

Формула изобретения

Способ подготовки поверхности металлических изделий перед операциями холодной деформации, включающий активацию, фосфатирование и омыление, отличающийся тем, что активацию поверхности проводят в водном растворе нитрита натрия с концентрацией 0,1-0,5 г/л при температуре 85-95°С в течение 2 мин погружением в активирующий раствор, фосфатирование проводят в водном растворе фосфатирующего концентрата при следующем содержании компонентов, г/л:

Ионы цинка	9,6-28,16
Фосфорный ангидрид	6,08-20,46
Ионы нитрата	13,2-41,8
Ионы никеля	0,032-0,132
Ионы фтора	0,128-0,528
Гидроксиламинсульфат	1,6-5,72

погружением в фосфатирующий раствор при температуре 75-80°С в течение 10 мин, а омыление изделий проводят в растворе стеарата СФ-А или НБ-11 с концентрацией 40 г/л при температуре 85-95°С в течение 5 мин, при этом поверхностная плотность фосфатного покрытия составляет 0,06-1,0 г/дм², а вес мыла составляет 0,05-0,2 г/дм².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области подготовки поверхности металлических изделий перед операциями холодной деформации (холодной экструзией, высадкой крепежных изделий, волочением проволоки и т.д.) и может быть использовано в металлургической промышленности, машиностроении, при производстве калибровочного металла и деталей машин.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ подготовки металлических изделий перед операциями холодной деформации (высадкой крепежных изделий, выдавливанием, вытягиванием труб, волочением проволоки и др.), включающий активацию и фосфатирование. При этом активацию поверхности металлических изделий ведут в растворе активатора фосфатирования на основе фосфатов титана, взятого в концентрации 0.5-3.0 г/л, или активатора фосфатирования на основе щавелевой кислоты, взятого в концентрации 0.5-3.0 г/л, при температуре 20-45°С в течение 0.5-5 минут погружением изделий в активирующий раствор, а фосфатирование ведут в растворе фосфатирующего концентрата следующего состава, г/л:

ионы цинка	8.0-30.0
фосфорный ангидрид	5.0-24.0
ионы нитрата	15.0-45.0
ионы никеля	0.01-0.18
ионы фтора	0.01-2.0
гидроксиламинсульфат	0.01-8.0
вода	остальное

погружением изделий в фосфатирующий раствор при температуре 70-95°С в течение 5-20 минут.

Патент РФ 2176287 С2, С 23 С 22/73, 22/12. Дата публикации 22.12.1999 г.

Недостатком данного способа является налипание металла на инструмент и образование задиров при холодной экструзии, неравномерность усилия при выдавливании, что ведет к поломке оборудования.

Задачей данного изобретения является создание способа подготовки поверхности металлических изделий под холодную экструзию, обеспечивающего равномерное усилие при выдавливании, предотвращение задиров и налипания металла на инструмент, повышение долговечности использования штамповочного оборудования и инструмента.

Поставленная задача достигается тем, что активацию поверхности металлических изделий ведут в растворе нитрита натрия, взятого в концентрации 0.1-0.5 г/л при температуре 85-95°С в течение 2-х минут погружением в активирующий раствор, фосфатирование металлических изделий ведут в водном растворе фосфатирующего концентрата при следующем содержании компонентов, г/л:

ионы цинка	9,6-28,16
фосфорный ангидрид	6,08-20,46
ионы нитрата	13,2-41,8
ионы никеля	0,032-0,132
ионы фтора	0,128-0,528
гидроксиламинсульфат	1,6-5,72
вода	остальное

погружением в фосфатирующий раствор при температуре 75-80°С в течение 10 минут.

При этом омыление металлических изделий проводят в растворе стеарата СФ-А или НБ-11 концентрацией 40 г/л при температуре 85-95°С в течение 5 минут, поверхностная плотность фосфатного покрытия составляет 0.06-1.0 г/дм² , вес мыла составляет 0.05-0.2 г/дм².

Рабочий раствор для фосфатирования готовили из расчета разбавления деминерализованной водой 80-220 кг концентрата фосфатирования до 1 м³ .

Испытания проводили на образцах стали марки 12 ХН.

Стеарат СФ-А выпускается по ТУ 2432-004-43884713-99, стеарат НБ-15 по ТУ 6-09-17-274-90.

Обработка велась по следующей схеме.

1. Обезжиривание моющим препаратом ПТС концентрацией 24 г/л при температуре 85-95°С в течение 10 минут.

2. Промывка проточной водой 15 минут при температуре 60-65°С.

3. Травление в серной кислоте концентрацией 150-180 г/л при температуре 65-80°С в течение 15 минут.

4. Промывка проточной водой 5-10 минут при температуре 20-30°С.

5. Активация в нитрите натрия концентрацией 0.3 г/л при температуре 85-95°С в течение 2 минут.

6. Фосфатирование в фосфатирующем растворе концентрацией 120-130 г/л при температуре 75-80°С в течение 10 минут.

7. Промывка проточной водой.

8. Нейтрализация нейтрализатором фосфатирования концентрацией 3 г/л при температуре 68-70°С в течение 2 минут.

9. Омыление стеаратом СФ-А концентрацией 40 г/л при температуре 85-95°С в течение 5 минут.

Обработанный по вышеуказанной схеме металл подвергался холодной экструзии на прессе с максимальным усилием 300 тонн. Качество поверхности полученных заготовок: поверхность от темно до светло-серого, мелкокристаллическое, равномерное, фосфатный слой преимущественно состоит из кристаллов гопеита (Zп₃(PO₄)₂) 4Н₂ О, что обуславливает долговечность работы оборудования, увеличение срока использования тормозных муфт при обеспечении равномерного усилия при выдавливании, и пуансонов. Замена пуансона проводилась после обработки 70000 штук заготовок.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами

Пример 1.

1. Обезжиривание моющим препаратом ПТС концентрацией 24 г/л при температуре 85-95°С в течение 10 минут.

2. Промывка проточной водой 15 минут при температуре 60-65°С.

3. Травление в серной кислоте концентрацией 150-180 г/л при температуре 65-80°С в течение 15 минут.

4. Промывка проточной водой 5-10 минут при температуре 20-30°С.

5. Активация в нитрите натрия концентрацией 0.1 г/л при температуре 85-95°С в течение 2 минут.

6. Фосфатирование в фосфатирующем растворе следующего состава, г/л:

ионы цинка	9,6
фосфорный ангидрид	6,08
ионы нитрата	13,2
ионы никеля	0,032
ионы фтора	0,128
гидроксиламинсульфат	1,6
вода	остальное

при температуре 75°С в течение 10 минут.

Поверхностная плотность покрытия 0.06 г/дм².

7. Промывка проточной водой.

8. Нейтрализация нейтрализатором фосфатирования концентрацией 3 г/л при температуре 68-70°С в течение 2 минут.

9. Омыление стеаратом СФ-А концентрацией 40 г/л при температуре 85°С в течение 5 минут. Вес мыла 0.05 г/дм ².

Пример 2.

1. Обезжиривание моющим препаратом ПТС концентрацией 24 г/л при температуре 85-95°С в течение 10 минут.

2. Промывка проточной водой 15 минут при температуре 60-65°С.

3. Травление в серной кислоте концентрацией 150-180 г/л при температуре 65-80°С в течение 15 минут.

4. Промывка проточной водой 5-10 минут при температуре 20-30°С.

5. Активация в нитрите натрия концентрацией 0.5 г/л при температуре 85-95°С в течение 2 минут.

6. Фосфатирование в фосфатирующем растворе следующего состава, г/л:

ионы цинка	28,16
фосфорный ангидрид	20,46
ионы нитрата	41,8
ионы никеля	0,132
ионы фтора	0,528
гидроксиламинсульфат	5,72
вода	остальное

при температуре 80°С в течение 10 минут.

Поверхностная плотность покрытия 1.0 г/дм².

7. Промывка проточной водой.

8. Нейтрализация нейтрализатором фосфатирования концентрацией 3 г/л при температуре 68-70°С в течение 2 минут.

9. Омыление стеаратом СФ-А концентрацией 40 г/л при температуре 95°С в течение 5 минут. Вес мыла 0.2 г/дм ².

Пример 3.

1. Обезжиривание моющим препаратом ПТС концентрацией 24 г/л при температуре 85-95°С в течение 10 минут.

2. Промывка проточной водой 15 минут при температуре 60-65°С.

3. Травление в серной кислоте концентрацией 150-180 г/л при температуре 65-80°С в течение 15 минут.

4. Промывка проточной водой 5-10 минут при температуре 20-30°С.

5. Активация в нитрите натрия концентрацией 0.3 г/л при температуре 85-95°С в течение 2 минут.

6. Фосфатирование в фосфатирующем растворе следующего состава, г/л:

ионы цинка	18,88
фосфорный ангидрид	13,27
ионы нитрата	27,5
ионы никеля	0,082
ионы фтора	0,328
гидроксиламинсульфат	3,66
вода	остальное

при температуре 77,5°С в течение 10 минут.

Поверхностная плотность покрытия 0.08 г/дм².

7. Промывка проточной водой.

8. Нейтрализация нейтрализатором фосфатирования концентрацией 3 г/л при температуре 68-70°С в течение 2 минут.

9. Омыление стеаратом СФ-А концентрацией 40 г/л при температуре 90°С в течение 5 минут. Вес мыла 0.125 г/дм².

Пример по прототипу

Прокат из стали марки 20 диаметром 12 мм обработан по следующей схеме:

1. Травление в растворе соляной кислоты.

2. Промывка.

3. Активация в растворе АМ-2 на основе щавелевой кислоты, взятого вконцентрации 3.0 г/л при температуре 20°С в течение 0.5 мин погружением металла в активирующий раствор.

4. Фосфатирование в растворе концентрата "Дефор-А" следующего состава, г/л:

ионы цинка	8.0
фосфорный ангидрид	5.0
ионы нитрата	15.0
ионы никеля	0.01
ионы фтора	0.01
гидроксиламинсульфат	0.01
вода	остальное

погружением в фосфатирующий раствор при температуре 70°C в течение 5 минут.

5. Промывка.

7. Омыление в растворе хозяйственного мыла.

8. Сушка.

По внешнему виду фосфатное покрытие темно-серого цвета, ровное, мелкокристаллическое.

Обработанный прокат подвергнут волочению на стане ВСМ 1/650 с диаметра 12 мм на диаметр 11.5 мм. Качество поверхности полученного калибровочного проката хорошее: поверхность проката чистая, матовая без трещин и задиров.

Из калиброванного проката диаметром 11.5 мм были изготовлены методом холодной высадки крепежные изделия: болты M10 и гайки М8.

Высадка крепежных изделий прошла без замечаний, налипания металла на инструмент и задиров металла незафиксировано.

Расход инструмента для высадки болтов M10 составил:

Пуансон вталкивающий	6.3
Матрица обоечная	1.8
Выталкиватель 2-ой операции для высадки гаек М8	0.17
Дыропробивающий инструмент	3.7
Метчики	13.9

Как видно из приведенных примеров, предложенный способ обеспечивает подготовку поверхности металлических изделий под холодную экструзию с хорошим скольжением при штамповке, предотвращает образование задиров, повышает износостойкость и обеспечивает долговечность штамповочного инструмента.

Качество поверхности полученных заготовок: поверхность от темно до светло-серого, мелкокристаллический, равномерный, фосфатный слой преимущественно состоит из кристаллов гопеита (Zп₃(PO₄) ₂) ₄Н₂О, что обуславливает долговечность работы оборудования, увеличение срока использования тормозных муфт при обеспечении равномерного усилия при выдавливании, и пуансонов. Замена пуансона проводилась после обработки 70000 штук заготовок.

Применение данного изобретение позволяет получить следующие технико-экономические преимущества - в процессе холодной экструзии не наблюдалось выхода из строя тормозных муфт и обрыва пуансона из-за изменения усилий при выдавливании.