RU2412775C2

RU2412775C2 - Multi-layer protective lubricating coating

Info

Publication number: RU2412775C2
Application number: RU2009118056/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Трошин (RU); Александр Николаевич Трошин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2011-02-27
Also published as: RU2009118056A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to non-ferrous metallurgy, particularly, to compositions of temporary coating and can be implemented for protection of alloys from oxidation at heating for hot deformation and for lubricating contact surfaces of deformed material and tool. Coating consists of two layers of enamel applied by spraying or with a brush. Between the layers there is inserted an intermediate layer of porous sintered granules of brown coal formed at heating of metal blank to temperature of 700-1100°C. As solid substance there is used Kuznetsk or brown coal, also there can be used saw dust treated with solution of mineral substances.

EFFECT: coating of high heat insulating properties, production of dies of various configuration of specified geometry, increased resistance of tool and elimination of intermediate operations at coating application.

3 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к составам временных покрытий, и может быть использовано для защиты высокореакционных металлов и сплавов, например титановых, от окисления при нагреве под горячую деформацию и смазки контактных поверхностей деформируемого металла и инструмента.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to compositions of temporary coatings, and can be used to protect highly reactive metals and alloys, for example titanium, from oxidation during heating under hot deformation and lubrication of the contact surfaces of the wrought metal and tool.

Следует отметить, что уникальные свойства титановых сплавов могут быть полностью реализованы в полуфабрикатах только при условии их соответствия требованиям к точности размеров, формы и чистоты поверхности.It should be noted that the unique properties of titanium alloys can be fully realized in semi-finished products only if they meet the requirements for dimensional accuracy, shape and surface cleanliness.

Характерной причиной возникновения дефектов в штампованных полуфабрикатах из высоколегированных сталей и титановых сплавов являются низкие теплоизоляционные и защитные свойства технологических покрытий, что приводит к глубокому захолаживанию заготовок, окислению и газонасыщению поверхностного слоя металла заготовок, что в свою очередь вызывает неоформление высоких элементов штампованного полуфабриката и образование на поверхности штамповок дефектов в виде трещин и надрывов.A typical cause of defects in stamped semi-finished products from high-alloy steels and titanium alloys is the low heat-insulating and protective properties of technological coatings, which leads to deep cooling of the workpieces, oxidation and gas saturation of the surface layer of the metal of the workpieces, which in turn leads to the unregistration of high elements of the pressed semi-finished product and the formation of surface stamping defects in the form of cracks and tears.

Защитно-смазочные покрытия должны характеризоваться не только высокой лубрикационной (антифрикционной) способностью, но и обеспечивать эффективную защиту металлов при нагреве перед горячей деформацией и легко, желательно самопроизвольно, удаляться с поверхности полуфабрикатов после завершения деформации и остывания металла.Protective-lubricating coatings should be characterized not only by high lubrication (antifriction) ability, but also provide effective protection of metals when heated before hot deformation and easily, preferably spontaneously, be removed from the surface of semi-finished products after completion of the deformation and cooling of the metal.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является известное защитно-смазочное покрытие для горячей обработки металлов давлением, преимущественно жаропрочных сплавов на никелевой основе, содержащее боросиликатное стекло, обожженный вермикулит, нефелиновый концентрат, мертель, 50%-ный водный раствор натриево-силикатного стекла (авторское свидетельство СССР №1785534, опубл. 1992 г.) - прототип.Closest to the proposed technical solution is a well-known protective-lubricating coating for hot metal forming, mainly heat-resistant nickel-based alloys, containing borosilicate glass, fired vermiculite, nepheline concentrate, mortar, 50% aqueous solution of sodium silicate glass (copyright certificate USSR No. 1785534, publ. 1992) - prototype.

Данное покрытие обеспечивает удовлетворительные защитные и смазочные свойства, а благодаря входящему в его состав вспученному вермикулиту - меньшую теплоотдачу. Смесь перед нанесением представляет собой пластичную массу, наносить которую требуется путем обмазывания с достижением толщины покрытия 2-3 мм.This coating provides satisfactory protective and lubricating properties, and due to the expanded vermiculite included in its composition, less heat transfer. The mixture before application is a plastic mass, which must be applied by coating with a coating thickness of 2-3 mm.

Существенным недостатком указанного смазочного покрытия является высокий расход смеси защитного покрытия, низкая производительность его нанесения и снижение точности геометрических размеров штамповки при деформации. Кроме того, нефелиновый концентрат является вредным, экологически опасным веществом, способным вызвать у человека заболевание верхних дыхательных путей.A significant disadvantage of this lubricating coating is the high consumption of the mixture of protective coating, low productivity of its application and a decrease in the accuracy of the geometric dimensions of stamping during deformation. In addition, nepheline concentrate is a harmful, environmentally hazardous substance that can cause a person to have upper respiratory tract disease.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение покрытия с хорошими адгезионными, защитными и смазочными свойствами, повышенными теплоизоляционными свойствами, экономичностью и небольшой толщиной, обеспечивающими повышение качества поверхности штампуемых полуфабрикатов и улучшение геометрии элементов штампованной поковки.The problem to which this invention is directed, is to obtain a coating with good adhesive, protective and lubricating properties, increased thermal insulation properties, economy and a small thickness, providing improved surface quality of stamped semi-finished products and improved geometry of the stamped forging elements.

Технический результат, достигаемый от применения данного изобретения, состоит в значительном улучшении теплоизоляционных свойств покрытия по сравнению с обычными эмалевыми покрытиями, что позволяет снизить подхолаживание поверхности заготовки во время транспортировки ее от печи до кузнечного оборудования, что в свою очередь обеспечивает лучшую однородность температурного и деформационного поля заготовки, снижает эффекты локализации деформации, снижает потребные усилия оборудования, улучшает геометрические параметры изделия при штамповке.The technical result achieved by the application of this invention is to significantly improve the thermal insulation properties of the coating compared to conventional enamel coatings, which allows to reduce the cooling of the workpiece surface during transportation from the furnace to the forging equipment, which in turn provides better uniformity of the temperature and deformation field blanks, reduces the effects of localization of deformation, reduces the required efforts of the equipment, improves the geometric parameters of the product when tampovke.

Поставленная задача решается тем, что в многослойном защитно-смазочном покрытии для защиты металлической заготовки при нагреве с последующей деформацией, содержащем слой эмали, согласно изобретению покрытие содержит два слоя эмали, нанесенных пульверизацией или кистью, между которыми размещен слой пористых спекшихся гранул бурого угля, образованных при нагреве металлической заготовки до температуры 700-1100°С. Покрытие содержит гранулы бурого угля, образующего при нагреве до 20% зольного остатка.The problem is solved in that in a multilayer protective and lubricating coating for protecting a metal workpiece during heating followed by deformation containing an enamel layer, according to the invention, the coating contains two enamel layers applied by spraying or brush, between which is placed a layer of porous sintered brown coal granules formed when heating a metal billet to a temperature of 700-1100 ° C. The coating contains granules of brown coal, forming when heated to 20% ash residue.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

В готовом виде покрытие представляет собой сплошной, относительно толстый слой эмали, в толщине которого плотно расположены пористые гранулы спекшегося шлака. Связующая эмульсия (эмаль), обеспечивающая адгезионные, защитные и смазочные свойства покрытия, и пористые гранулы, обеспечивающие повышенную теплоизоляцию покрытия, наносят на поверхность изделия раздельно. Вместо изначально пористых гранул, таких как вспученный вермикулит, берутся гранулы твердого вещества, образующего пористые гранулы только после нагрева до температуры 700-1100°С. Эмаль, применяемая в данном покрытии, является обычным эмалевым защитно-смазочным покрытием, широко используемым в металлургическом производстве для защиты металлических заготовок от окисления при нагреве и в качестве смазки при последующей деформации, например ЭВТ-24. Эмаль в заявляемом покрытии, кроме того, удерживает гранулы спекшегося пористого шлака промежуточного слоя на поверхности заготовки. Гранулы спекшегося пористого шлака значительно увеличивают термическое сопротивление защитного покрытия.In its finished form, the coating is a continuous, relatively thick layer of enamel, in the thickness of which porous granules of sintered slag are densely located. Binder emulsion (enamel), which provides adhesive, protective and lubricating properties of the coating, and porous granules, which provide increased thermal insulation of the coating, are applied to the surface of the product separately. Instead of initially porous granules, such as expanded vermiculite, granules of a solid are taken which form porous granules only after heating to a temperature of 700-1100 ° C. The enamel used in this coating is a common enamel protective-lubricating coating, widely used in the metallurgical industry to protect metal workpieces from oxidation during heating and as a lubricant during subsequent deformation, for example, EVT-24. The enamel in the inventive coating, in addition, holds the granules of the sintered porous slag of the intermediate layer on the surface of the workpiece. Granules of sintered porous slag significantly increase the thermal resistance of the protective coating.

Получают покрытие путем последовательного нанесения, по крайней мере, трех слоев. Первый слой наносят пульверизацией или кистью на очищенную поверхность заготовки в виде водной эмульсии веществ, образующих защитно-смазочное эмалевое покрытие. Эмульсия должна обладать вязкостью и смачиваемостью, достаточной для удержания гранул твердого вещества промежуточного слоя. Промежуточный слой представляет собой гранулы какого-либо твердого вещества фракцией 1-2 мм, образующего при нагреве до температуры 700-1100°С твердый остаток в виде спекшегося шлака или кокса, например кузнецкий или бурый уголь, образующий до 20% зольного остатка после выделения летучих веществ. Используют также древесные опилки, предварительно обработанные раствором минеральных веществ, увеличивающих зольный остаток до величины, обеспечивающей образование механически прочных гранул шлака вместо сыпучей золы. Средний размер гранул, используемых для промежуточного слоя, выбирается равным толщине готового покрытия. Промежуточный слой наносят путем обсыпания заготовки, покрытой первым слоем эмульсии, гранулами твердого вещества, при этом слой эмульсии защитного покрытия, благодаря своей вязкости и смачивающей способности, удерживает гранулы на поверхности заготовки. Поверх гранул твердого вещества пульверизацией наносят третий слой из той же эмульсии, что и первый слой. Полученное трехслойное покрытие сушат, после чего выполняют нагрев заготовки в печи под деформацию. В процессе нагрева из гранул, находящихся в толще эмали, через поры внешнего эмалевого слоя покрытия выделяются летучие вещества. Оставшийся твердый остаток в виде спекшегося шлака имеет массу, составляющую 20% от начальной массы гранул при незначительном уменьшении их объема. Пористое строение шлака обеспечивает высокое термическое сопротивление покрытия.A coating is obtained by sequentially applying at least three layers. The first layer is applied by spraying or brushing onto the cleaned surface of the workpiece in the form of an aqueous emulsion of substances forming a protective-lubricating enamel coating. The emulsion must have a viscosity and wettability sufficient to hold the granules of the solids of the intermediate layer. The intermediate layer consists of granules of some solid substance with a fraction of 1-2 mm, forming when heated to a temperature of 700-1100 ° С a solid residue in the form of sintered slag or coke, for example Kuznetsk or brown coal, which forms up to 20% of the ash residue after volatile substances. Wood sawdust is also used, pre-treated with a solution of mineral substances, increasing the ash residue to a value that ensures the formation of mechanically strong slag granules instead of bulk ash. The average granule size used for the intermediate layer is chosen equal to the thickness of the finished coating. The intermediate layer is applied by sprinkling the preform coated with the first emulsion layer with solid granules, while the protective coating emulsion layer, due to its viscosity and wetting ability, holds the granules on the surface of the preform. A third layer of the same emulsion as the first layer is applied by spraying over the granules of the solid. The resulting three-layer coating is dried, after which the workpiece is heated in the furnace under deformation. During heating, volatiles are released from the granules located in the enamel thickness through the pores of the outer enamel coating layer. The remaining solid residue in the form of sintered slag has a mass of 20% of the initial mass of the granules with a slight decrease in their volume. The porous structure of the slag provides a high thermal resistance of the coating.

Пример осуществления изобретения.An example embodiment of the invention.

На предварительно очищенную поверхность заготовки под штамповку наносят кистью эмалевое защитное покрытие марки ЭВТ-24 толщиной 0,2-0,4 мм, образующее первый слой многослойного защитного покрытия. Не давая высохнуть первому слою, на поверхность заготовки обсыпанием наносят гранулы бурого угля фракцией 1-2 мм до достижения прилипания гранул по всей поверхности заготовки. Поверх слоя гранул с помощью пульверизатора наносят второй слой эмульсии ЭВТ-24 толщиной 0,2-0,4 мм. Полученное покрытие сушат в естественных условиях в течение не менее 4 часов. Далее заготовку загружают в печь для выполнения технологического нагрева под деформацию. В печи при нагреве до 700-1100°С из гранул бурого угля выделяются летучие вещества и образуется пористая гранула спекшегося шлака, при этом покрытие приобретает целевые теплоизоляционные свойства.An enamel protective coating of the EVT-24 brand with a thickness of 0.2-0.4 mm, forming the first layer of a multilayer protective coating, is applied onto the previously cleaned surface of the workpiece for stamping. Without letting the first layer dry, granules of brown coal with a fraction of 1-2 mm are applied by sprinkling onto the surface of the workpiece until adhesion of the granules over the entire surface of the workpiece is achieved. A second layer of emulsion EVT-24 with a thickness of 0.2-0.4 mm is applied over the layer of granules using a spray gun. The resulting coating is dried in vivo for at least 4 hours. Next, the preform is loaded into the furnace to perform technological heating under deformation. In the furnace, when heated to 700-1100 ° С, volatile substances are released from brown coal granules and a porous sintered slag granule is formed, while the coating acquires targeted heat-insulating properties.

Предлагаемое многослойное теплоизоляционное покрытие, по сравнению с известными, имеет высокие теплоизоляционные свойства, позволяет получать штамповки различной конфигурации с обеспечением заданной геометрии элементов штамповки, повышением стойкости инструмента, исключением промежуточных операций нанесения покрытия.The proposed multilayer heat-insulating coating, in comparison with the known ones, has high heat-insulating properties, allows to obtain stampings of various configurations providing the specified geometry of the stamping elements, increasing tool life, with the exception of intermediate coating operations.

Вследствие того, что покрытие снижает скорости нагрева заготовки в печи и таким образом увеличивает потребное время нагрева, целесообразно использовать данное покрытие для теплоизоляции отдельных, труднодеформируемых участков штамповки, например тонких сечений заготовки при штамповке полуфабрикатов типа оребренных панелей или поковок, имеющих длинные отростки.Due to the fact that the coating reduces the heating rates of the billet in the furnace and thus increases the required heating time, it is advisable to use this coating to insulate individual, difficult to deform stamping sections, for example, thin sections of the billet when stamping semi-finished products such as ribbed panels or forgings having long processes.

Claims

1. A multilayer protective-lubricating coating for protecting a metal workpiece during heating and subsequent deformation, containing an enamel layer, characterized in that it contains two layers of enamel, sprayed or brushed, between which is a layer of porous sintered brown coal granules formed by heating a metal blanks to a temperature of 700-1100 ° C.

2. The coating according to claim 1, characterized in that it contains granules of brown coal, forming when heated to 20% ash residue.