RU2131452C1

RU2131452C1 - Concentrate for preparing cutting liquid for mechanical treatment of metals by pressure

Info

Publication number: RU2131452C1
Application number: RU97119526A
Authority: RU
Inventors: В.К. Белосевич; В.В. Соколов; С.М. Чумаков; В.И. Абраменко; Э.А. Гарбер; Ю.В. Луканин; Г.Е. Бабушкина
Original assignee: Открытое акционерное общество "Северсталь"; Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная технологическая лаборатория"
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 1999-06-10

Abstract

FIELD: chemical industry, more particularly rolling, drawing or stamping. SUBSTANCE: concentrate comprises fats, mineral oil, emulsifiers, coal-based triaryl phosphate (0.2-1.2%) and dimethyl dithiophosphate (0.1-0.5%) additives. EFFECT: smaller amount of wear products on metal surface and lower amount of soot deposits during annealing operation. 1 tbl

Description

Изобретение относится к смазочным материалам, в частности к составам концентратов для приготовления водных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в концентрации 1-20%, и может быть использовано при холодной обработке (прокатка, волочение) как черных, так и цветных металлов. The invention relates to lubricants, in particular to compositions of concentrates for the preparation of aqueous cutting fluids (coolant) in a concentration of 1-20%, and can be used in cold processing (rolling, drawing) of both ferrous and non-ferrous metals.

Для уменьшения напряжений трения и снижения количества продуктов износа применяются добавки серу-хлор-фосфорсодержащих веществ. Например, спиртовых, эфиров, фосфатов или фосфитов, растворимых в воде при низкой температуре, но не растворимых при температуре, до которой нагревается раствор при работе (патент США N 3676345, класс 252-47.51, опубликовано 11.07.72 г.). To reduce friction stresses and reduce the number of wear products, sulfur-chlorine-phosphorus-containing additives are used. For example, alcohol, esters, phosphates, or phosphites that are soluble in water at low temperature, but insoluble at the temperature to which the solution heats up during operation (US Pat. No. 3,676,345, class 252-47.51, published July 11, 72).

Недостатком применения этих соединений является то, что при нагреве объема СОЖ присадки выделяются в виде осадков, загрязняют систему подачи СОЖ и их количество в растворе резко падает. The disadvantage of using these compounds is that when the coolant volume is heated, additives are released in the form of precipitation, pollute the coolant supply system and their amount in the solution drops sharply.

Наиболее близким по составу и технической сущности является концентрат для приготовления СОЖ для холодной и теплой обработки металлов, включающий смесь минерального масла с природными и синтетическими жирами в количестве 80 мас.ч. (в пересчете на концентрат), стеарокс, в качестве эмульгатора - 20 мас. ч. и в качестве добавки - оксиэтилированный спирт (а.с. N 253285, C1OM1/04, опубликовано 30.09.69 г.). The closest in composition and technical essence is a concentrate for the preparation of coolant for cold and warm processing of metals, including a mixture of mineral oil with natural and synthetic fats in an amount of 80 parts by weight (in terms of concentrate), stearox, as an emulsifier - 20 wt. o'clock and as an additive - ethoxylated alcohol (and.with. N 253285, C1OM1 / 04, published on 09/30/69).

Применение жиров приводит к значительному снижению напряжений трения, однако их присутствие в СОЖ одновременно приводит к увеличению количества продуктов износа, особенно если преобладают непредельные жиры. Присутствие металлической пыли на поверхности металла при отжиге после пластической деформации является катализатором при термическом распаде остатков углеводородов смазки с образованием сажи. The use of fats leads to a significant decrease in friction stresses, however, their presence in the coolant simultaneously leads to an increase in the number of wear products, especially if unsaturated fats predominate. The presence of metal dust on the metal surface during annealing after plastic deformation is a catalyst for the thermal decomposition of residual hydrocarbon lubricants with the formation of soot.

Задачей заявляемого изобретения является исключение указанных недостатков, а именно, создание концентрата для смазочно-охлаждающей жидкости, техническим результатом от использования которой при холодной обработке металлов давлением является уменьшение напряжения трения при длительной эксплуатации и нагреве до 90^oC и обеспечение минимального количества продуктов износа и сажеобразования при последующем отжиге.The objective of the invention is the elimination of these drawbacks, namely, the creation of a concentrate for cutting fluid, the technical result of the use of which during cold processing of metals by pressure is to reduce the friction stress during prolonged use and heating to 90 ^o C and to ensure a minimum amount of wear and soot products with subsequent annealing.

Указанный результат достигается за счет того, что концентрат, включающий в свой состав природный и/или синтетический жиры, минеральное масло и эмульгатор, дополнительно содержит триарилфосфат на каменноугольной основе и диметилдитиофосфат цинка при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Природный и/или синтетический жир - 21,0-47,0
Минеральное масло - 24,3-65,7
Эмульгатор - 13,0-27,0
Триарилфосфат на каменноугольной основе - 0,2-1,2
Диметилдитиофосфат цинка - 0,1-0,5
Предлагаемые добавки триарилфосфат на каменноугольной основе и диметилдитиофосфат цинка являются маслорастворимыми и нерастворимыми в воде соединениями фосфора, что исключает выделение их в осадок при нагреве в процессе эксплуатации эмульсии и обеднение СОЖ веществами, влияющими на снижение износа.This result is achieved due to the fact that the concentrate, which includes natural and / or synthetic fats, mineral oil and an emulsifier, additionally contains coal-based triaryl phosphate and zinc dimethyldithiophosphate in the following ratio, wt.h .:
Natural and / or synthetic fat - 21.0-47.0
Mineral oil - 24.3-65.7
Emulsifier - 13.0-27.0
Coal based triaryl phosphate - 0.2-1.2
Zinc dimethyldithiophosphate - 0.1-0.5
The proposed additives are coal-based triaryl phosphate and zinc dimethyldithiophosphate are oil-soluble and water-insoluble phosphorus compounds, which excludes their precipitation during heating of the emulsion during operation and the depletion of coolant by substances that affect wear.

Концентрат изготавливается смешиванием компонентов. Сначала смешиваются минеральное масло и жиры в соотношении от 1-4 до 4-1. Затем добавляются эмульгатор и добавки фосфорных соединений: триарилфосфат на каменноугольной основе и деметилдитиофосфат цинка. В качестве жиров могут использоваться как природные, так и синтетические жиры: шерстный жир, различные животные жиры, подсолнечное и хлопковое масло, оксиэтилированные сульфированные жиры. The concentrate is made by mixing the components. First, mineral oil and fats are mixed in a ratio of 1-4 to 4-1. Then an emulsifier and additives of phosphorus compounds are added: coal-based triaryl phosphate and zinc demethyldithiophosphate. Both natural and synthetic fats can be used as fats: wool fat, various animal fats, sunflower and cottonseed oil, oxyethylated sulfonated fats.

В качестве эмульгатора - известные эмульгаторы: олеиновая кислота, омыленная триэтаноламином, стеарокс-6 и др. As an emulsifier, there are known emulsifiers: oleic acid, saponified with triethanolamine, stearox-6, etc.

Для получения СОЖ приготавливается 1-20%-ный водный раствор концентрата путем простого смешения. To obtain coolant, a 1-20% aqueous solution of the concentrate is prepared by simple mixing.

В процессе трения металла по инструменту неизбежны отдельные точки интерметаллического контакта, разрушение которых сопровождается высокотемпературными микровспышками порядка сотен, до тысячи градусов. Средняя температура трущихся поверхностей, например, при прокатке часто превышает 200^oC, а давление при этом свыше 10000 атм. Этих условий достаточно для разложения углеводородов смазки и присадок. Обычное масло дает углеродистый осадок, фиксируемый на поверхности металла после прокатки, волочения, наряду с металлическими продуктами износа. Предлагаемые присадки в этих условиях дадут также соединения фосфатов, реагирующие с металлом. Известно, что металлофосфаты являются хорошими антиизносными смазками. Не исключено, что при высоких температурах и давлении предлагаемые присадки образуют на поверхности тончайшие защитные пленки более сложного состава. На этих явлениях и основывается эффект их антиизносного действия.In the process of metal friction on an instrument, individual points of intermetallic contact are inevitable, the destruction of which is accompanied by high-temperature microflashes of the order of hundreds, up to a thousand degrees. The average temperature of the rubbing surfaces, for example, during rolling, often exceeds 200 ^o C, and the pressure is more than 10,000 atm. These conditions are sufficient for the decomposition of hydrocarbon lubricants and additives. Conventional oil gives a carbonaceous precipitate, which is fixed on the surface of the metal after rolling, drawing, along with metal wear products. The proposed additives under these conditions will also give phosphate compounds that react with the metal. Metallophosphates are known to be good anti-wear lubricants. It is possible that at high temperatures and pressure, the proposed additives form on the surface the thinnest protective films of a more complex composition. The effect of their anti-wear action is based on these phenomena.

При оценке смазочного действия в качестве показателя принято значение напряжения трения металла по инструменту. Прямое его измерение в таких процессах затруднено, поэтому использован косвенный метод определений напряжений трения по давлению. При прокатке с различными смазками давление и деформации измерялись. Затем методом обратного счета, по известным давлениям, деформациям и пределу текучести металла рассчитывалось напряжение трения. Методика расчета изложена в книге: Белосевич В.К. "Трение, смазка и теплообмен при холодной прокатке", М.: Металлургия, 1982 г. Чем выше напряжения трения, тем выше давление и мощность прокатки. When evaluating the lubricating action, the value of the metal friction stress on the tool is taken as an indicator. Its direct measurement in such processes is difficult, therefore, an indirect method of determining friction stresses by pressure is used. When rolling with various lubricants, pressure and strain were measured. Then, by the counting method, based on known pressures, deformations and yield strength of the metal, the friction stress was calculated. The calculation method is described in the book: Belosevich V.K. "Friction, lubrication and heat transfer during cold rolling", M .: Metallurgy, 1982. The higher the friction stress, the higher the pressure and power of rolling.

Для определения образования продуктов износа использовались образцы стали толщиной 0,5-0,6 мм после прокатки с использованием испытуемой СОЖ в 3%-ной концентрации в воде на стане с диаметром рабочих валков 300 мм пропусков с толщины 1,1 мм. При этом измерялось давление металла на валки, что позволило определить расчетную величину напряжения трения. Прокатанные образцы погружались в ванну с очищенным бензином для удаления маслорастворимого остатка смазки. После просушивания в течение пяти минут при 40-45^oC образцы взвешивались. После взвешивания удаление сухого остатка продуктов износа осуществлялось путем протирки спирто-бензиновой смесью (1:1) с помощью фильтровальной бумаги. После повторной сушки проводилось повторное взвешивание и по разнице в массе определялось количество сухих остатков на поверхности в мг/м².To determine the formation of wear products, we used steel samples 0.5–0.6 mm thick after rolling using the tested coolant in a 3% concentration in water on a mill with work roll diameters of 300 mm of passes with a thickness of 1.1 mm. In this case, the pressure of the metal on the rolls was measured, which made it possible to determine the calculated value of the friction stress. Laminated samples were immersed in a bath with refined gasoline to remove the oil-soluble grease residue. After drying for five minutes at 40-45 ^o C samples were weighed. After weighing, the removal of the dry residue of the wear products was carried out by wiping with an alcohol-gasoline mixture (1: 1) using filter paper. After repeated drying, repeated weighing was carried out and the amount of dry residues on the surface in mg / m ^{2 was} determined by the difference in mass.

Определение склонности остатков смазки к образованию сажистых налетов при отжиге производилось путем имитации отжига рулона ленты в печи, когда нагрев осуществляется преимущественно с торца рулона. При этом, когда температура в центре рулона достигает 200-350^oC, происходит возгонка остатков смазки без ее разложения. На кромке рулона температура при этом составляет 500-550^oC. При каталитическом действии твердых продуктов износа - металлической пыли и частиц аморфного углерода - возгоняющиеся из центра рулона углеводородные остатки смазки в результате термического разложения образуют сажу, которая осаждается на металле. Полоски проката длиной 300 мм в плотном пакете из 5-6 штук помещались в термоизолированную трубу, один конец которой с высовывающимися из него на 5 мм образцами открыт в печное пространство. Печь нагревается до температуры 550-600^oC, и в нее помещаются термоизолированные трубы с образцами. Наружный торец образцов, открытый в печь, быстро нагревается до 550^oC. Противоположный конец образцов медленно прогревается до 300-400^oC. После 2-часовой выдержки образцы извлекаются из печи, охлаждаются и распаковываются. На наружном конце образцов образуется полоска сажи, ширина которой колеблется от 15 до 50 мм. Ширина сажистой полосы (длины по образцу) и характеризует склонность СОЖ к образованию сажи.The tendency of grease residues to form soot deposits during annealing was determined by simulating the annealing of a roll of tape in an oven, when heating is carried out mainly from the end of the roll. In this case, when the temperature in the center of the roll reaches 200-350 ^o C, there is sublimation of the residual lubricant without decomposition. In this case, the temperature at the edge of the roll is 500-550 ^o C. Under the catalytic effect of solid wear products - metal dust and amorphous carbon particles - hydrocarbon residues of the lubricant that are sublimated from the center of the roll as a result of thermal decomposition form soot that is deposited on the metal. Strips of rolled 300 mm long in a dense package of 5-6 pieces were placed in a thermally insulated pipe, one end of which with specimens protruding from it by 5 mm was opened into the furnace space. The furnace is heated to a temperature of 550-600 ^o C, and thermally insulated pipes with samples are placed in it. The outer end of the samples, opened in the furnace, quickly heats up to 550 ^o C. The opposite end of the samples slowly warms up to 300-400 ^o C. After 2 hours of exposure, the samples are removed from the furnace, cooled and unpacked. A strip of soot is formed at the outer end of the samples, the width of which varies from 15 to 50 mm. The width of the soot strip (sample length) also characterizes the tendency of the coolant to form soot.

Склонность эмульсий (3% концентраций к воде) к образованию продуктов износа и сажеобразованию, а также величина напряжения трения в зависимости от состава приведена в таблице (см. в конце описания). The tendency of emulsions (3% concentration to water) to the formation of wear products and soot formation, as well as the magnitude of the friction stress depending on the composition are given in the table (see the end of the description).

Для сравнения данных таблиц укажем широкоприменяемый эмульсол-Т, который обеспечивает при прокатке количество продуктов износа в тех же условиях: 350 мг/м², полосу сажи - до 45 мм, а напряжение трения 34 МПа. Из данных таблиц видно, что напряжение трения ниже, чем у эмульсиола-Т, что объясняется наличием в предлагаемых составах жиров. Влияние добавки диметилдитиофосфата исчерпывается при 0,5%. Дальнейшее увеличение не дает эффекта, а при количестве менее 0,1% его влияние не ощущается. Для триарилфосфата на каменноугольной основе эти пределы от 0,2 до 1,2%. Количество продуктов износа и особенно сажеобразование при применении предлагаемого состава существенно ниже, чем целиком зависит от фосфатных присадок.To compare these tables, we indicate the widely used emulsol-T, which ensures the number of wear products during rolling under the same conditions: 350 mg / m ² , soot strip up to 45 mm, and friction stress 34 MPa. From these tables it can be seen that the friction stress is lower than that of emulsiol-T, which is explained by the presence of fats in the proposed compositions. The influence of dimethyldithiophosphate additives is exhausted at 0.5%. A further increase does not produce an effect, and with an amount of less than 0.1% its effect is not felt. For coal-based triaryl phosphate, these limits are from 0.2 to 1.2%. The number of wear products and especially soot formation when using the proposed composition is significantly lower than is entirely dependent on phosphate additives.

Claims

Concentrate for the preparation of cutting fluid for cold metal forming, including natural and / or synthetic fat, mineral oil and an emulsifier, characterized in that it additionally contains coal-based triaryl phosphate and zinc dimethyldithiophosphate in the following ratio of components, wt. hours:
Natural and / or synthetic fat - 21.0 - 47.0
Mineral oil - 24.3 - 65.7
Emulsifier - 13.0 - 27.0
Coal based triaryl phosphate - 0.2 - 1.2
Zinc dimethyldithiophosphate - 0.1 - 0.5