Смазка для сухого волочения проволоки Советский патент 1992 года по МПК C10M169/04 C10M125/26 C10M125/26 C10M105/24 C10M133/06 C10N30/06 C10N40/24 

Изобретение относится к прокатно-во- лочильному производству и, в частности, к технологической смазке для сухого волочения проволоки.

Известна смазка для горячего гидропрессования, содержащая, мас.%: Термообработанный до полного удаления воды вермикулит20-30

Стеклопорошок20-30

Глицерин40-60

Недостатком известной смазки является возможность ее использования при сухом волочении проволоки, так как по консистенции она является пастообразной из-за наличия в составе смазки глицерина, который является дорогостоящим и дефицитным продуктом.

Наиболее близкой к предлагаемой является смазка для сухого волочения металла следующего состава, мас.%: Натриевые соли высших жирных кислот28-63

Известь гашеная20-60

Окись железа2-15

Алюмогель2-10

Недостатком указанной смазки является нестабильность процесса волочения за счет невысокой термостойкости гашеной извести Са(ОН)а и алюмогеля. Поскольку температурные условия работы смазки в зоне волоки различны и в самом конце контактной поверхности смазка подвергается действию высоких температур, то Са(ОН)а и алюмогель разрушаются на самом ответственном участке волоки, теряя влагу, а с ней и пластичность. Это резко дестабилизирует процесс волочения и приводит к такому нежелательному явлению, как увлажнение мыла.

Цель изобретения - повышение смазочных и защитных свойств.

Поставленная цель достигается тем, что смазка для сухого волочения проволоки, содержащая натриевые соли высших жирных кислот и напопнитель, в качестве последнего содержит вермикулит вспученный и дополнительно содержит кубовый остаток

сл

с

дистилляции капролактама при следующем соотношении компонентов, мас.%: 4Натриевые соли высших жирных кислот50-70

Вермикулит вспученный25-49

Кубоьый остаток дистилляции капролактама1-5. Вспученный вермикулит ГОСТ 12856- 67 представляет собой легкие, мягкие чешуйки от серебристого до золотистого цвета. Связь между отдельными чешуйками очень слабая, и они легко сдвигаются одна относительно другой. Товарным продуктом считается вспученный вермикулит с объемной массой, не более 200 кг/м .

Кепролактам в промышленности получают из циклогексанона в две стадии. На первой стадии циклогексанон взаимодействует с надуксусной кислотой в растворе ацетона с образованием каггролактона; на второй стадии при обработке капролакто- на аммиаком получается капролактам-сы- рец.

После нейтрализации капролактам-сы- рец очищают вакуум-перегонкой в дистил- ляционных кубах с паровым обогревом при остаточном давлении 30 мм рт.ст. 8 результате дистилляции образуется кубовый остаток, который содержит, мас.%:

Капролактам9-20

Натриейая соль аминэка- проновой кислоты23-47

Олигомеры капролактама22-43

Смолу13-19

Свободный гидроксид

натрия1-3

В заявляемой смазке вермикулит вспученный проявляет новое техническое свойств диспергатора (разъединителя) мыльного порошка. Являясь высокогидро- фильным материалом, частицы вермикулита при смешении со строго тестируемым по влажности мыльным порошком ТУ 18-16- 235-82 частично впитывают влагу из мыла и тем самым препятствуют комкованию смаз- ки, придают ей пластичность и способствуют увеличению сопротивления смазки выдавливанию из зоны трения. Усилению диспергационных свойств вермикулита способствует адсорбция на его поверхности гетерополярных молекул кубового остатка дистилляции капролактама, которые, в свою очередь, удерживают вокруг частиц вермикулита частицы мыла благодаря дисперсионному взаимодействию ,углеводо- родных групп обоих органических соединений.

Кроме того, вермикулит, имеющий пластинчатое строение со слабо связанными между собой пластиньми и высокую мягкость, способствует снижению волочения и, следовательно, снижению износа волок.

Существенное значение в обеспечении, стабильности волочения имеет также высокая термостойкость вермикулита. Известно, что температурные условия работы смазки по длине волоки различны: в самом начале контакта проволоки с поверхностью волоки имеющейся температуры недостаточно для того, чтобы расплавить смазку и сделать ее поверхностно-активной, в то время как в самом конце контактной поверхности смаз- ка подвергается действию весьма высоких температур и разрушается. Отсюда следует, что мыльные смазки, содержащие как легкоплавкие, так и тугоплавкие составляющие, должны работать лучше, чем мыло, однородное по свойствам.

Высокая термостойкость вермикулита вспученного в сочетании с мягкой пластинчатой структурой позволяет заявляемой смазке сохранять смазочные свойства во всех температурных зонах волоки и обеспечивать устойчивость и равномерность волочения,

Благодаря присутствию вермикулита вспученного заявляемая смазка проявляети охлаждающее действие, основанное на законах теплообмена. Нагретые поверхности трения передают тепло смазочной среде путем конвективного теплообмена. Охлаждающее действие смазки, обусловленное высокой теплоемкостью вермикулита, положительно влияет на свойства проволоки, так как препятствует перегреву и, следовательно, нарушению структуры металлических поверхностей. Наличие v вермикулита указанных свойств в сочетании с низкой стоимостью позволяет достичь высокий положительный эффект при использовании этого продукта в качестве компонента смазки для сухого волочения проволоки.

Входящие в состав молекул соединений, содержащихся в кубовом остатке дистилляции капролактама, атомные группировки с сосредоточенной на них электронной плотностью закрепляются на положительных центрах адсорбции поверхности вермикулита, а группы, несущие положительный заряд, закрепляются на участках с сосредоточенной электродной плотностью. Закрепление углеводородной части кольц капролактамя, а также углеводородных цепочек аминокапооновой кислоты и продуктов уплотнения капролактама происходит в основном за счет дисперсионных сил, возникающих между СНа-группами уг/Геводородних структур и поверхностью вермикулита.

Кроме того, большая длина молекул, входящих о состав кубового остатка дистилляции капролактама, способствует увеличению поверхности действия дисперсионных сил при закреплении углеводородных структур, а следовательно, повышению общей прочности закрепления.

Таким образом, благодаря наличию локально сконцентрированной электронной плотности на атоме кислорода карбонильной или карбоксильной групп гетерополяр- ных молекул остатка дистилляции капролактама, обеспечивающей высокую адгезию его молекул к вермикулиту, наличию углеводородных групп СН2 и групп с сосредоточенным положительным зарядом, а также большой длине молекул (не менее Сб) создается возможность одновременно для специфического и неспецифического закрепления их на поверхности вермикулита, а также специфического взаимодействия молекул между собой, в том числе боковую когезию углеводородных групп. Все это в целом обеспечивает высокую прочность закрепления молекул кубового остатка дистилляции капролактама на минеральной поверхности, значительную гидрофобиза- цию гидрофильных частиц вермикулита и ослабляет силы межмолекулярного и электростатического притяжения между ними, что препятствует слипанию и комкованию смазки при волочении В результате боковой когезии углеводородных групп молекул кубового остатка дистилляции капролактама, закрепляющихся на частицах вермикулита, вокруг частиц создается углеводородный адсорбционный слой, который вступает в дисперсионное взаимодействие с молекулами мыла и удерживает их у поверхности минеральных частиц В результате такого взаимодействия каждая частица вермикулита представляет собой мягкий пластичный агрегат, обладающий всеми свойствами поверхностно-активных веществ. Эти агрегаты, обладающие поверхностно-активными свойствами, равномерно адсорбируются слоями различной толщины на контактирующих металлических поверхностях. Такие слои благодаря их высокой прочности выдерживают большие нормальные нагрузки и оказывают слабое сопротивление действию касательных напряжений. Но чем ниже устойчивость адсорбционного слоя к действию касательных напряжений, тем меньше коэффициент трения, тем выше смазочная способность смазки.

Молекулы веществ, входящих в состав кубового остатка дистилляции капролактама, являясь поверхностно-активными веществами, не только способствуют гидрофоби зации частиц вермикулита и распределению на них молекул мыла, но и сами обладают способностью вступать в физмко-химиче- 5 ское взаимодействие с активированными (температурой) поверхностями контактной зоны, проявляя свойства противоизносной присадки Например, молекулы аминокап- роновой кислоты, вступая во взаимодейст0 вне с поверхностями трения, образуют хемосорбированные пленки металлических мыл, которые обладают более прочными связями, чем адсорбционные пленки. Присутствие кислорода ускоряет процессы хе5 мосорбции.

Сформированные на активированных металлических поверхностях пленки химических соединений имеют сопротивление сдвигу ниже, чем у контактирующих метал0 лов. Такие пленки не дают возможности трущимся поверхностям войти в контакт одна с другой, снижая их адгезионное и усталостное изнашивание.

Кроме того, элементы (углерод, кисло5 род, азот), входящие в состав кубового остатка дистилляции капролактама, в условиях высоких напряжений, температур, давлений в зоне контакта не только реагируют с поверхностью металла с образовани0 ем граничной смазочной пленки, но и диффундируют в тончайшие поверхностные слои трущихся металлических поверхностей, образуя вторичные структуры с более низкими коэффициентами трения, сопро5 тивлениями на сдвиг и температурами плавления. В результате этого облегчаются процессы трения и пластической деформации металла и уменьшается обрывность проволоки

0 Таким образом, кубовый остаток дистилляции капролактама, выполняя в заявляемой смазке функции гидрофобизатора поверхности вермикулита, распределителя мыла на минеральных частицах и противо5 износной присадки, существенно упучщает эксплуатационные свойства заявляемой смазки.

Введение в состав заявляемой смазки 0 вермикулита вспученного и кубового остатка дистилляции капролактама позволяет выполнить одновременно целый ряд требований, предъявляемых к смазкам, а именно: смазка хорошо и непрерывно смазывает 5 трущиеся поверхности при волочении; прочно прилипает к поверхностям трения; выдерживает большие давления; не спекается, не расслаивается, не имеет неприятного запаха; не оказысает вредного воздействия на обслуживающий персонал;

включает недефицитные и недорогие материалы.

Исследование микрорельефа поверхности катанки после волочения со смазкой, принятой за прототип, показывает, что практически вся поверхность проволоки покрыта очень тонким слоем смазки. Поверхность катанки после волочения с заявляемой смазкой также полностью покрыта смазкой, причем практически вся по- верхность содержит слой смазки значительной толщины. Увеличение толщины слоя заявляемой смазки по сравнению со смазкой, принятой за прототип, с виде тельствует о более высокой адсорбционной способности заявляемой смазки, о высокой прочности закрепления на металле, гарантированной защите поверхностей трения от залипания.

Пример. Смазку для сухого волочения готовят следующим образом.

Вермикулит вспученный марок 200 или 250 и измельченный до 0,15 мм кубовый остаток дистилляции калролактама в заявляемом соотношении засыпают в емкость с мешалкой, куда добавляют расчетное количество натриевого.мыла в виде порошка. В емкости смесь перемешивают в течение 15- 25 мин и высушивают, после чего смазку засыпают в мыльницу волочильного стана.

Для обоснования преимуществ заявляемой смазки по сравнению с прототипом и определения количественного содержания компонентов в смазке было приготовлено пять составов (составы № 1-3 - с заявляв- мыми значениями компонентов, составы № 4 и 5 - с содержанием компонентов, выходящим за заявляемые пределы, и состав № б - по прототипу).

Для сравнительной оценки технологи- ческих свойств заявляемой смазки для сухого волочения проволоки и смазки-прототипа проводили испытания на станах ИД82А - 7/550. Волочению подвергалась проволока из стали 65.

Режим испытания: скорость волочения , м/мин 450; частные обжатия, % Не более 19: суммарное обжатие, % 77,3; марка волок - В К 6, форма 11, рабочий угол 10-12°; подсмазочный слой - бура с костным клеем. Маршрут волочения 6,5 - 5,9 - 5,32 - 4,75 - 4,25-3,8-3,4-3,1.

Стабильность процесса волочения определяли по следующим основным технологическим показателям: обрывность проволоки; износостойкость волок; количество смазки на поверхности проволоки; коэффициент трения; усилие волочения по переходам.

На всех смазках протянуто по 5 т проволоки.

Обрывность проволоки определяли как среднее количество обрывов в пересчете на 1 т проволоки, протянутой по маршруту 6,5- 3,1 мм.

Износостойкость волок определяли как количество тонн протянутой проволоки при износе канала волоки на 0,01 сим. Размер канала волоки контролировали по диаметру проволоки, выходящей из волоки.

Количество смазки, удерживаемой на проволоке при волочении и характеризующей адгезию смазки с поверхностью прово- локи, определяли гравиметрическим методом по разности масс образца проволоки длиной 10 см до и после снятия смазки кипячением в воде в течение 10-125 мин по формуле

m

Jqi-q2l -10 tfdl

,6

где m - масса смазки, г/м2;

qi - масса образца до кипячения, г;

Ц2 - масса образца после кипячения, г;

I -длина, м;

d - диаметр, м;

,14.

Количество захватываемой смазки в значительной степени определяет величину коэффициента трения, численные значения которого оценивали по методу разрезной волоки.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Данные табл. 2 показывают, что использование заявляемой смазки составов № 1-3 способствует лучшей по сравнению с прототипом (состав № 6) адгезии смазки с поверхностью проволоки, что выражается в увеличении количества удерживаемой смазки при волочении в 1,337,75 раза.

Увеличение количества удерживаемой смазки способствует уменьшению в 1,15- 1,24 раз коэффициента трения при протяжке проволоки через волоки, в результате чего число обрывов, приходящееся на 1 т проволоки, сокращается по сравнению с прототипом в 2,5 и более раз.

Уменьшение количества трения, приводящее к снижению усилия волочения, способствует повышению износостойкости твердосплавных волок в 1,3 и более раз по сравнению с прототипом.

Хотя составы смазок № 4 и 5 по сравнению с прототипом и обеспечивают более высокие технологические свойства, однако использование их нецелесообразно из-за более низкого по сравнению с заявляемыми составами (№ 1-3) количества удерживавмой смазки, что ухудшает показатели коэффициента трения, обрывности проволоки и ст ойкости волок при использовании этих составов.

Снижение технологических показате- лей при использовании состава № Л обусловлено избыточным содержанием вермикулита вспученного, что приводит к снижению смазывающей способности из-за недостаточного содержания мыла, а при использовании со- стапа №5 обусловлено недостаточным содержанием вермикулита вспученного, что приводит к слипанию смазки.

Изложенное выше позволяет сделать оывод о том. что использование составов № А и 5 нецелесообразно, так как эффективность их действия при волочении проволоки ниже, чем у заявляемых составов Ns 1-3.

Для сравнительной оценки антикоррозионных сиойств заявляемой смазки для сухого волочения проволоки и смазки-прототипа взяты образцы проволоки длиной 10 см из стали 65 после волочения со смазками составов № 1-5: составы № 1-3 с заявляемыми значениями компонентов; составы NJ 4 и 5 с содержаниями компонентов, выходящими за заявляемые пределы, и смазкой состава № 6 - по прототипу.

Коррозионная стойкость прово.юки после волочения с заявляемой смазкой и смаз- кой-прототипом оценивалась по значениям площади коррозионных разрушений (ГОСТ 9.054-75) через 40 сут. При этом измеряли суммарную площадь всех коррозионных очагов на поверхности каждого образца по отношению к общей площади поверхности образца, после чего рассчитывали коэффициент торможения коррозии по формуле

А

яр

где А- площадь коррозии образца под смазкой № С;

AI - площадь коррозии образца под смазкой составов № 1-5.

Затеч определяли степень з с шиты ст коррозии (С), характеризующую полноту подавления коррозии, по формуле

c,.(A--Ai). m%

Результаты измерений приведены а табл. 3.

Данные табл. 3 показывают, что поаер- хность образцов проволоки с заявляемой

5 10

15

0 5

0 5

0

5

0

5

смазкой (составы Ms 1-3) по сравнению с прототипом (состав № 6) менее подвержена коррозионным разрушениям. При этом коэффициенты торможения коррозии возрастает в 3,0-3,5 раз, а степень защиты от коррозии - на 66,7-71,4%.

Составы № 4 и 5 также оказывают защитное действие на поверхность металла, однако применение их в промышленности нецелесообразно, так как защитные свойства их выражены более слабо, чем у составов Мг1-3.

Технико-экономическим преимуществом заявляемой смазки для сухого волочения проволоки по сравнению со смазкой, взятой за прототип, является повышение стабильности процесса волочения путем увеличения в 1.33-1,75 раза количества удерживаемой смазки за счет улучшения адгезии и более равномерного ее распределения на поверхности проволоки. Это позволяет снизить обрывность проволоки в2,5 и более раз за счет плавного и равномерного волочения, а также повысить износостойкость твердосплавных волок в 1,3 и более раз за счет снижения в 1,15-1,24 раза коэффициента трения.

Кроме того, заявляемая смазка обеспечивает повышение коррозионной стойкости проволоки, в том числе коэффициента торможения коррозии в 3,0-3,5 раз, и степени за щиты от коррозии на б 6,7-71.4%. Преиму- щестоом заявляемой смазки по сравнению с прототипом является также использование в ее составе дешевых, недефицитных компонентов: вермикулита вспученного, стоимость которого составляет 20 руб/м3 и кубового остатка дистилляции капролакта- ма - 40 руб/т.

Формула ил обретения Смазка для сухого волочения проволоки, содержащая натриевые соли высших жирных кислот и наполнитель, о т л л ч а- ю щ а я с я тем, что, с целью повышения смазочных и защитных свойств, смазка в качестве наполнителя содержит вермикулит вспученный и дополнительно содержит кубовый остаток дистилляции капролактама при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Натриевые соли высших хирных кислот50-70

Вермикулит вспученный25-49

Кубов Г, остаток дистилляции капрольгогама1-5.

Таблица 1

Сущность изобретения: смазка содержит, %: натриевые соли высших жирных кислот 50-70; вермикулит вспученный 25- 49 и кубовый остаток дистилляции капро- лактама 1-5 3 табл.

Таблица 2

Таблица 3