«Политег-мет». Определение коэффициента трения при осадке образцов с применением защитно-смазочных покрытий

Представляем вашему вниманию статью международного технологического центра «Политег-мет», в которой приводится сравнительный анализ свойств защитно-смазочных покрытий CONDAERO 228 и ЭВТ-24.

Материал размещен в третьем выпуске журнала «Вестник арматуростроителя». В нем также рассмотрено влияние добавки материала российского производства DOPAL BIB на снижение коэффициента трения в условиях горячей деформации.

Наиболее распространенным показателем оценки технологических свойств смазок, применяемых в процессах обработки металлов давлением, является коэффициент трения, который зависит от химического состава и состояния поверхности рабочего инструмента и заготовки, температуры, скорости и степени деформации, вида напряженного состояния и смазочного материала.

К техническим процессам обработки металлов давлением предъявляют следующие требования:

• выполнение деформации при наименьшем расходе энергии;
• увеличение срока службы инструмента;
• получение требуемого качества поверхности.

При решении перечисленных задач важное значение имеет снижение коэффициента трения. В качестве смазочного материала были использованы защитно-смазочные покрытия CONDAERO 228 и ЭВТ-24, применяемые при горячей деформации титановых сплавов. В качестве добавки, влияющей на снижение коэффициента трения, был использован материал DOPAL BIB.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

CONDAERO 228 – смазывающее и (тепло)изолирующее покрытие на основе водной дисперсионной системы стеклянных порошков и коллоидных твердых смазывающих частиц для горячей штамповки титановых сплавов.

Интервал рабочих температур: 700-1200 °С.

ЭВТ-24 – смазывающее и (тепло)изолирующее покрытие на основе водной дисперсионной системы стеклянных порошков и коллоидных твердых смазывающих частиц для горячей штамповки титановых сплавов. Интервал рабочих температур: 850-1000 °С.

DOPAL BIB – раствор мелкодисперсных твердых смазочных материалов в воде. Смазка предназначена для повышения качественных характеристик смазок для горячей объемной штамповки на водной основе. Состав твердых частиц, а также их распределение по объему способствуют защите инструмента от износа, улучшают заполнение пресс-формы металлом, повышают качество получаемых изделий.

DOPAL BIB используется как добавка в соотношении от 1 до 30 % ко всем смазкам для горячей штамповки на водной основе. Концентрация добавки корректируется в зависимости от целевых назначений смазочного покрытия.

Для определения коэффициента трения при горячей деформации с использованием технологических смазок в данной работе был использован метод осадки образцов.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ

В результате действия сил трения цилиндрический образец при осадке приобретает бочкообразную форму. На контактных поверхностях силы трения препятствуют течению металла при осаживании, а к середине высоты образца действие сил трения уменьшается, и металл получает большее перемещение. Чем больше коэффициент трения на контактной поверхности, тем больше бочкообразность образца.

Показатель бочкообразности оценивался по формуле: δ = (Dmax – Dmin) / Dmax, где: Dmax – максимальный диаметр образца после осадки; Dmin – минимальный диаметр образца после осадки.

Значения коэффициента трения (μ) определяли по формуле: μ = (6,25(δ + 2δ2) / 1+ε) (d0 / h0)1.5, где: ε – относительная степень деформации; h0 – начальная высота образца; d0 – начальный диаметр образца.

Значения относительной степени деформации (ε = Δh / h0) приняли равными 50 и 25 %.

Исследования по контактному трению при горячей осадке со стеклосмазками проводили на образцах, изготовленных из сплавов титана марок Ti-10V-2Fe-3Al и Вт 3-1. Из сплава Ti-10V-2Fe-3Al были изготовлены образцы размером Ø 16 × 24,5 мм, из сплава Вт 3-1 были изготовлены образцы размером Ø 19,9 × 30,35 мм.

Смазка DOPAL BIB добавлялась к стеклосмазкам CONDAERO 228 и ЭВТ-24 в объеме 20 %. Нанесение смазочных покрытий производилось кистью на торцевые плоскости образцов. Сушка смазочного покрытия осуществлялась при комнатной температуре.

НАГРЕВ И ОСАДКА ОБРАЗЦОВ

Нагрев образцов производился в печи ATS 3450 поштучно с последующей осадкой каждого образца. Осадка образцов производилась на МТS-810 – сервогидравлической универсальной испытательной машине для получения физических и механических характеристик деформируемых материалов при различных температурах.

Температурные режимы нагрева образцов:

• сплав Ti-10V-2Fe-3Al: температура нагрева – 780 °С, время выдержки – 30 мин;
• сплав Вт 3-1: температура нагрева – 950 °С, время выдержки – 30 мин.

Процесс осадки образцов производился в соответствии с заданными параметрами испытаний:

• степень деформации ε = H1-H0/ H0 = 50 %;
• скорость деформации (спл. Ti-10V-2Fe-3Al) Vперемещ = dε/dt = 0,625 мм/сек;
• скорость деформации (спл. Вт 3-1) Vперемещ = dε/dt = 3 мм/сек.

С учетом заданных параметров испытаний в процессе осадки образцов были получены следующие значения усилия деформации:

• сплав Ti-10V-2Fe-3Al – от 88 до 91 кН;
• сплав Вт 3-1 – от 32 до 34 кН.

В связи с тем, что значение коэффициента трения также зависит от состояния контактных поверхностей рабочего инструмента, его твердости (с повышением твердости материала инструмента коэффициент трения уменьшается), испытания проводились с использованием одного и того же рабочего инструмента, изготовленного из сплава ХН70Ю, твердость контактной поверхности инструмента составляла 29 HRC; шероховатость поверхности – 0,25 Ra.

Таким образом, в результате проведённых испытаний было выявлено, что в одинаковых условиях деформации и степенях деформации 25 и 50 % сплавов Ti-10V-2Fe-3Al и Вт3-1 добавка DOPAL BIB существенно снижает коэффициент трения, что отражено на представленных диаграммах.

DOPAL BIB – это добавка в защитные покрытия для горячей объёмной штамповки титановых сплавов. Выгодой является уменьшение износа штамповой оснастки, уменьшение усилия прессования и улучшение геометрии поковки.

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 3 (52) 2019