СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ПЕРЕД ОПЕРАЦИЯМИ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ Российский патент 2005 года по МПК C23C22/73 

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 цинка8.0-30.0фосфорный ангидрид5.0-24.0ионы нитрата15.0-45.0ионы никеля0.01-0.18ионы фтора0.01-2.0гидроксиламинсульфат0.01-8.0водаостальное

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 цинка9,6-28,16фосфорный ангидрид6,08-20,46ионы нитрата13,2-41,8ионы никеля0,032-0,132ионы фтора0,128-0,528гидроксиламинсульфат1,6-5,72водаостальное

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) 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.

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 цинка9,6фосфорный ангидрид6,08ионы нитрата13,2ионы никеля0,032ионы фтора0,128гидроксиламинсульфат1,6водаостальное

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/дм².

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 цинка28,16фосфорный ангидрид20,46ионы нитрата41,8ионы никеля0,132ионы фтора0,528гидроксиламинсульфат5,72водаостальное

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/дм².

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 цинка18,88фосфорный ангидрид13,27ионы нитрата27,5ионы никеля0,082ионы фтора0,328гидроксиламинсульфат3,66водаостальное

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 цинка8.0фосфорный ангидрид5.0ионы нитрата15.0ионы никеля0.01ионы фтора0.01гидроксиламинсульфат0.01водаостальное

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 вталкивающий6.3Матрица обоечная1.8Выталкиватель 2-ой операции для высадки гаек М80.17Дыропробивающий инструмент3.7Метчики13.9

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.

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. Способ включает активацию, фосфатирование и омыление, при этом активацию поверхности проводят в водном растворе нитрита натрия с концентрацией 0.1-0.5 г/л при температуре 85-95°С в течение 2-х минут 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 минут, 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 минут, при этом поверхностная плотность фосфатного покрытия составляет 0.06-1.0 г/дм, а вес мыла составляет 0,05-0,2 г/дм. Технический результат: 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. Замена пуансона проводилась после обработки 70000 штук.

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 цинка9,6-28,16Фосфорный ангидрид6,08-20,46Ионы нитрата13,2-41,8Ионы никеля0,032-0,132Ионы фтора0,128-0,528Гидроксиламинсульфат1,6-5,72

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.