CN103602361A

CN103602361A - 钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂

Info

Publication number: CN103602361A
Application number: CN201310481682.8A
Authority: CN
Inventors: 段素杰; 惠松骁; 徐哲; 邹丰; 叶文君; 佟学文; 王建峰; 刘睿; 代春; 刘军辉; 杨陇林; 马英; 吕培成; 于洋; 宋晓云; 李成林
Original assignee: BAOJI TITANIUM INDUSTRY Co Ltd; Beijing Tianlichuang Glass Technology Development Co ltd; Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: BAOJI TITANIUM INDUSTRY Co Ltd; Beijing Tianlichuang Glass Technology Development Co ltd; Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN103602361B

Abstract

本发明提供一种适用于900℃～1200℃的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂组合。该润滑剂组合由新型玻璃配方的外涂粉和玻璃垫两种玻璃构成，分别作用于滚涂阶段和挤压阶段。相比现有的同类产品，本发明的润滑剂具有更好的防护润滑性能。使用本发明的产品，钛合金型材表面粗糙度低，缺陷少，可显著降低修磨率。

Description

钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂

技术领域

本发明涉及新型玻璃润滑剂，尤其涉及900℃～1200℃钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂。

背景技术

钛合金型材是一种重要的近终形的半成品，它仅需少量机加工或者不需机加工即可作直接为零件应用，结构效益高，目前在航空、医疗等领域得以大量应用。型材的品种规格越多，可以缩短设备的研制周期，国内外对钛合金型材制备加工工艺的研究持续多年。钛合金型材的制备加工方法主要有轧制法、热挤压法、机加工法、板弯成形法等。其中，热挤压法是其他方法无法替代的加工工艺，相对于轧制法，热挤压法不需要制备加工一系列轧辊孔型，更适用于钛合金多品种小批量的生产方式；相对于机加工法，热挤压法不存在机加工破坏金属流线导致性能损失问题；相对于板弯成形法，热挤压法制备的产品具有更好的刚度；此外，热挤压方法是复杂截面型材、空腹、变截面型材的唯一加工方法，因此，热挤压是目前国内外生产钛合金型材的主流工艺技术。对于钛合金型材而言，表面质量是决定其使用的重要因素。但是，相对于铜合金、铝合金来说，钛合金型材难以获得较高的表面质量，其原因是钛合金变形抗力大，变形均匀挤压温度高，而钛合金高温下化学性质活泼，易形成氧化硬脆层，且与铁基合金形成共晶体，导致模具磨损严重，这些对挤压润滑提出了较高的要求。

高温挤压条件下，玻璃是一种较为理想的润滑剂，其良好的润滑效果已在国内外不锈钢热挤压生产中得以广泛证实。玻璃润滑剂在高温具有一定的粘度和较好的绝热效果，挤压时使用可以尽可能地使接触表面的干摩擦转变为边界摩擦，从而提高制品的表面质量，延长工模具的使用寿命，而且由于降低了挤压工模具对金属锭坯的冷却作用，减少了工模具对金属锭坯的摩擦阻力，使金属流动的不均匀性减少，提高了挤压制品的性能，并使挤压能耗降低。

目前，在国内，钛合金热挤压主要采用的润滑工艺仍是使用铜包套，但是铜包套只适用于挤压管材等截面形状简单的产品，型材的截面形状复杂，截面上不同位置金属流动速度差异大，铜包套工艺无法使用。国外目前的主流的润滑工艺是在钛合金型材挤压生产中采用外涂粉和玻璃垫。但是，现有的各种玻璃润滑剂最初并非针对钛合金型材挤压而研制，与钛合金型材挤压工艺难以匹配，外涂粉用玻璃的粘度过小，与待挤压锭坯表面接触时吸热过多，导致锭坯表面与内部温差过大从而易引发挤压时金属紊流；玻璃垫用玻璃的粘度过大，与待挤压坯料接触时不能迅速熔融，易导致坚硬的玻璃颗粒随金属进入模腔嵌入金属表面，形成压坑和严重划痕，上述两方面导致采用现有的玻璃润滑剂组合生产的钛合金型材表面缺陷及开裂现象严重，表面粗糙度Rz远大于80μm，成品率低。表面质量问题目前已经严重制约了钛合金型材研制和生产，因此，有必要提供一种专用于钛合金型材热挤压的玻璃润滑剂的组合。

发明内容

1.本发明的目的

本发明的目的是提供一种钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂的组合。

2.本发明的技术方案

为实现所述目的，本发明采用的技术方案为：

(1)一种钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂组合，包括外涂粉用玻璃和玻璃垫玻璃，其特征在于：按重量百分比计外涂粉用玻璃成分包括：SiO₂20～50，Al₂O₃0～10，CaO0～28，MgO0～10，BaO0～5，K₂O+Na₂O10～30，F₂0～5，B₂O₃5～30，杂质0～2，各成分的重量百分比合计为100；按重量百分比计玻璃垫各成分包括：SiO₂40～70，Al₂O₃0～15，CaO5～30，MgO0～10，BaO0～10，K₂O+Na₂O2～30，F₂0～5，B₂O₃0～8，杂质0～2，各成分的重量百分比合计为100。

(2)根据(1)所述的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂组合，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计外涂粉用玻璃的颗粒组成中120目下所占比例超过80％。

(3)根据上述(1)或(2)所述的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计外涂粉用玻璃的颗粒组成为：120目上：10～20，120目下：80～90。

(4)根据上述(1)或(2)所述的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计玻璃垫用玻璃的颗粒组成为：80目上：50～75，80目下：25～50。

(5)根据上述(1)所述的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，其中按重量百分比计外涂粉各成分包括：SiO₂30～50，Al₂O₃1～10，CaO5～20，MgO1～10，BaO0～5，K₂O+Na₂O10～30，F₂1～5，B₂O₃3～20，杂质0～2，各成分的重量百分比合计为100。

(6)根据上述(1)所述的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，其中按重量百分比计玻璃垫各成分包括：SiO₂40～70，Al₂O₃1～15，CaO5～25，MgO1～10，BaO0～10，K₂O+Na₂O2～30，F₂0～5，B₂O₃0～8，杂质0～2，各成分的重量百分比合计为100。

3.本发明的技术效果

本发明提供的专用于900℃～1200℃钛合金型材热挤压用的玻璃润滑剂组合，包括上述外涂粉(以下称为本发明的外涂粉)和上述玻璃垫(以下称为本发明的玻璃垫)。

本发明的外涂粉瞬熔性良好，其粘度在900℃～1200℃的作业温度下为200泊～400泊，而且其颗粒组成中，120目下所占比例超过80％，比表面积小，易于熔化。所以在接触热金属时本发明的外涂粉能够迅速熔融并粘附在其表面，达到防护润滑的目的。

作用于第二阶段的本发明的玻璃垫对于挤压起到决定性的作用。其瞬熔性优良，粘度小。挤压时，接触到钛合金坯料的玻璃垫受热瞬间熔融，粘附到流动金属表面，润滑模口。首先迅速熔化的是细粉，即80目下，所占比例应该控制在25％～50％，保证挤压前期的液相量。然后是粗颗粒，即80目上，所占比例应该控制在50％～75％。此时挤压开始，坯料本身热量和挤压热的释放，使得挤压筒内温度持续升高，但由于玻璃垫颗粒粗细搭配的方式，液相量始终维持一个平稳的产生和供给。所以整个挤压过程中，玻璃粘度几乎一直保持550泊左右并形成层层熔化的效果，防护良好，润滑均匀，实现接触表面的干摩擦向边界摩擦转变的过程。

凭借上述玻璃润滑剂组合的优点解决了现有玻璃润滑剂与型材挤压工艺不匹配导致的开裂、深划痕、凹坑等各种表面缺陷问题，本发明的玻璃润滑剂组合在挤压过程中软化点低，在挤压温度范围900℃～1200℃，挤压比5～120工艺条件下能够产生良好的挤压润滑条件，生产出的型材表面质量优良，表面粗糙度Rz≤80μm。如图b。

附图说明

图1是根据本发明的实施例1，采用58#玻璃和110#玻璃做润滑剂生产的钛合金型材表面缺陷的照片。其中图1a显示了L型材边缘部位“缺肉”的表面缺陷；图1b显示了L型材背部粗糙，有麻点、压坑等表面缺陷；图1c显示了T型材立边开裂、缺失的表面缺陷；图1d显示了T型材背部深划痕的表面缺陷。

图2是根据本发明实施例2，使用本发明的外涂粉、本发明的玻璃垫作为玻璃润滑剂生产的钛合金的表面的照片。图2a、2b、2c、2d分别显示了T型材正面、T型材背面、L型材正面、L型材背面的优质表面。

具体实施方式

本发明的玻璃润滑剂由本发明的外涂粉、本发明的玻璃垫两种玻璃构成。

本发明的钛合金型材挤压用玻璃润滑剂中的各组成物可从适当原料中获取(如石英砂中的SiO2，石灰石中的CaO)，按配方配比配料。例如本发明的外涂粉中可加入30％的石英砂，20％的十水硼砂，15％的石灰石，5％的硅灰石，15％的纯碱，5％的萤石，10％的长石；本发明的玻璃垫中可加入40％的石英砂，10％的高岭土，5％的长石，10％的石灰石，12％的硅灰石，10％的白云石，8％的滑石，2％的碳酸钡，0.5％的萤石，0.5％的纯碱和2％的十水硼砂。用现有方法将适当比例的原料混匀，使均匀度达到95％以上，然后将配合料放入池窑中熔化并澄清。

若采用本发明生产钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，首先将澄清良好的玻璃液引流出窑炉，将玻璃液迅速冷却并粉碎成颗粒，保证其干燥。采用但不限于球磨的方式将本发明的外涂粉加工成粉状，过多重筛，按照所需比例将各级配颗粒混匀为成品；采用但不限于对辊破碎方式将本发明的玻璃垫加工成颗粒，过多重筛，按照所需比例将各级配颗粒混匀为成品。

钛合金型材热挤压流程如下：将钛合金锭坯加热至指定温度，例如1000℃，出炉，在其表面以滚涂或喷涂的方式施加本发明的外涂粉，或事先在挤压筒内壁刷涂或喷涂本发明的外涂粉。此工序完毕之后，在锭坯进入挤压筒之前，将成型之后的玻璃垫放置于待挤压锭坯与挤压模具之间，随后开始挤压。挤压完成后，采用碱洗工艺去除制品表面的玻璃层。

以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行具体说明，但本发明不受以下实施例的任何制约。其中总含量略小于或大于100％，可理解为残余量是无法分析出的成分或杂质。

实施例1

外涂粉A和玻璃垫B的相关性能参数如下：

检测化学成分：

	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	Fe₂O₃	TiO₂	R₂O	B₂O₃
									A	32.24	4.21	12.47	4.1	0.22	2.51	31.27	12.78
B	64.57	9.77	9.36	3.85	0.37	3.56	6.28	2.52

高温物性数据：

	95％	75％(软化点)	50％(半球点)	25％(流动点)
					A	530	560	687	698

B

729

1035

1124

1310

高温粘度数据：

Logη=	2.0	2.5	3.0
				A	742.8	730.1	724.3
B	1420.2	1328.6	1260.4

粒度数据：

110#成品规格是20目下。58#成品规格是220目下。

上述化学成分采用美国热电公司生产的X射线荧光光谱仪，其单位是重量百分比；颗粒采用新乡雷蒙特机械有限公司生产的雷蒙特三次元筛分过滤机，其单位是重量百分比；高温物性是采用北京电影研究所生产的GX-III型高温物性测试仪，其单位是℃；高温粘度采用美国Theta生产的旋转式高温粘度测量仪，其单位是℃；挤压机采用宝钛集团卧式挤压机，其设备能力是3150吨。

实施例2

表中化学成分、颗粒组成、高温物性和高温粘度的测量方法和单位同实施例1。

采用上述本发明的外涂粉、本发明的玻璃垫组合而成的玻璃润滑剂生产钛合金型材，表面质量优良，几乎没有表面缺陷，表面粗糙度Rz远小于80μm。

使用实施例1的玻璃润滑剂每根钛合金型材缺陷严重，而使用实施例2的玻璃润滑剂缺陷极少，修磨率可降低80％以上。

Claims

1.一种钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，包括在钛合金型材生产的锭坯表面滚涂阶段中使用的外涂粉和在锭坯整体的挤压阶段中使用的玻璃垫，其特征在于：按重量百分比计外涂粉各成分包括：SiO₂20～50，Al₂O₃0～10，CaO0～28，MgO0～10，BaO0～5，K₂O+Na₂O10～30，F₂0～5，B₂O₃3～30，杂质0～2，各成分的重量百分比合计为100；按重量百分比计玻璃垫各成分包括：SiO₂40～70，Al₂O₃0～15，CaO5～30，MgO0～10，BaO0～10，K₂O+Na₂O2～30，F₂0～5，B₂O₃0～8，杂质0～2，各成分的重量百分比合计为100。

2.根据权利要求1所述的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计外涂粉颗粒组成中120目下所占比例超过80％。

3.根据权利要求2所述的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，其中按重量百分比计外涂粉颗粒组成为：120目上：10～20，120目下：80～90。

4.根据权利要求1所述的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，其为颗粒或粉状，并且按重量百分比计玻璃垫颗粒组成为：80目上：50～75，80目下：25～50。

5.根据权利要求1所述的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，其中按重量百分比计外涂粉各成分包括：SiO₂30～50，Al₂O₃1～10，CaO5～20，MgO1～10，BaO0～5，K₂O+Na₂O10～30，F₂1～5，B₂O₃3～20，杂质0～2，各成分的重量百分比合计为100。

6.根据权利要求1所述的钛合金型材热挤压用玻璃润滑剂，其中按重量百分比计玻璃垫各成分包括：SiO₂40～70，Al₂O₃1～15，CaO5～25，MgO1～10，BaO0～10，K₂O+Na₂O2～30，F₂0～5，B₂O₃0～8，杂质0～2，各成分的重量百分比合计为100。