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淺談磷化處理對冷拔鋼管質量的影響


       進行准確的磷酸液配比,達到磷酸液各離子濃度的平衡,有效地發揮磷化液的作用,提高冷拔鋼管的質量。      

冷拔技術用運于液壓油缸缸筒生産,國內有許多廠家。采用冷拔工藝制造液壓支架立柱、千斤並且在全國領取煤安標志。自2003年立項以來,我們利用冷拔鋼管生産10套以上液壓支架的立柱千斤,産品質量穩定,各項性能指標達到同行業領先水平。在不斷的實踐探索中我們對各個工藝環節進行了改進,基本掌握了對厚壁無縫鋼管的冷拔技術,而其中最重要的環節之一就是對鋼管的磷化處理。我們認爲磷化處理對冷拔鋼管質量有著決定性作用,合理配比磷化液體的濃度是其中的關鍵。 

冷拔是指金属坯料在夹具施加的拉力作用通过具有一定形状的模孔获得产品的塑性成形方法。金属材料在冷拔加工过程中,变形区主要集中在冷拔鋼管模具的型腔部分,变形区内的金属材料处于一向拉伸,两向压缩的应力和应变状态。金属在冷拔过程中总的能耗分为下列几个方面:一是使金属产生有效变形的能量。二是使金属材料产生不均匀变形及金属内部滑动的内摩擦损失的能量。三是用于克服金属与模具间的外摩擦损失的能量。冷拔鋼管中總能量的10%消耗于金屬與模具間的外摩擦,金屬材料和模具的接觸壓力大,相應的摩擦力也大,此摩擦力爲有害摩擦。如果當在冷拔過程中産生的變形熱和摩擦熱來不及傳遞時,模具與金屬界面的溫度急劇上升引起潤滑膜的破壞,發生黏結現象,隨著摩擦系數的增加摩擦能耗占總能耗的比例將會增加,摩擦功也由10%上升到40%,此時對冷拔鋼管的质量也造成了极坏的影响,因此保证良好的润滑才能减少摩擦,降低能耗,保证冷拔鋼管质量,实现良好的润滑必须做好对冷拔鋼管的磷化處理。 

    磷化處理實際上是磷化反應即磷酸鹽與金屬管在一定的溫度下發生化學發應,在金屬表面生成一種潤滑膜,該膜不同與物理潤滑膜,它不會隨著溫度的升高而脫落,而是與金屬有機的結合在一起,它的特點是較高的熔點和低的剪切強度,非常有利于管的拉伸。 

實踐中我們總結出磷化作用至少有以下幾個方面: 

1、減小摩擦。在冷拔過程中,有效地潤滑能降低冷拔模具與變形金屬接觸表面間的摩擦系數,降低表面摩擦能耗,減少拉拔力,降低拉拔力的消耗。 

2、减少模具磨损。有效地润滑能减少冷拔时模具的磨损,这样不但能够降低生産成本,同时还减少了更换修理模具所用的时间,提高了生産率,并且还能减少劳动强度,保证产品的尺寸精度。     3、降低冷拔鋼管的表面粗糙度。我们的冷拔鋼管都要求具有光滑的内外表面,冷拔时润滑不良不仅会出现拔制产品表面出现发毛、竹节状,甚至出现裂纹等缺陷,因此,有效地润滑才能确保冷拔鋼管

 

過程的穩定和産品的表面質量。 

    4、降低冷拔産品表面溫度。當金屬管在模孔中進行塑性變形時,爲了克服變形拉力及模壁的摩擦力,外力需要很大的能量,同時也産生很大的熱量,有效的潤滑會使發熱大大地減小,保證了管的質量,減少了能耗。 

    5、減少冷拔産品內應力分布不均。潤滑的好壞能影響産品內應力的分布,冷拔變形區應力的驟然改變會引起冷拔産品力學性能的嚴重下降,在應力分布不均的情況下,局部內應力過高會導致制品的破裂。 

    6、防止制品鏽蝕。在冷拔過程中,磷化還有防止鏽蝕的作用,從而提高了冷拔産品的抗腐蝕性能,延長了使用壽命。 

磷化處理有這麽重要的作用,那麽如何更好地配比磷化液呢?我們發現重要的是有效控制以下各離子的濃度。 

1、遊離酸度 

遊離酸度與總酸度的比值應保持在1:(56)。如果遊離酸度超過10點以上,磷化膜粗糙多孔,溶液裏的沈澱增多,Fe2+數量容易上升。當遊離酸度達到1218點時會有不溶解的磷酸鹽沈入槽底,造成浪費。如果遊離酸度過低,磷化膜薄,甚至沒有磷化膜。 

2、總酸度 

總酸度應保持在2225點,總酸度含量高能加速磷化的反應,磷化膜薄而細密,但是總酸度過高,有磷化反應不足的趨勢,總酸度過低時,磷化速度緩慢,磷化膜厚而粗糙。 

3、錳(Mn2+)、鋅(Zn2+)離子 

一般鋅、錳離子應保持在Zn2+  Mn2+=1.52的範圍內,Mn2+含量高能增加磷化膜的硬度和附著力,並提高抗蝕能力。Zn2+含量高時,能加快磷化速度,並使磷化膜致密,晶粒飽滿有磷光,Zn2+含量低時,磷化膜疏松發暗。 

4、亞鐵離子(Fe2+ 

Fe2+的濃度應保持在0.82/升,Fe2+過少,磷化膜結晶偏細,有磷化不上的趨勢,Fe2+偏高時,磷化膜結晶粗大,磷化膜的厚度和強度均增加。 

5、五氧化二磷(P2O5 

P2O5來源于PO43-,他的含量低時,磷化膜發暗多孔,甚至磷化不上,它的含量高時,能加快磷化速度,使磷化膜變得致密,晶粒飽滿有磷光;含量過高能抑制磷酸的離解,同時使金屬鐵在溶液中溶解緩慢,所得到磷化膜較厚,離子粗大多孔。 

除了正確的配置各種離子濃度,還應該在磷化處理過程中控制好液體溫度。溫度升高時,能加速金屬塊的溶解,促進磷化反應速度加快,並且使磷化膜的附著力提高,但溫度過高,促進亞鐵離子氧化使遊離酸度不穩定,所以溫度應定在60℃—70℃之間。 

在我们逐渐掌握了磷酸盐溶液的配置,使其各离子浓度达到合适的浓度的基础上,冷拔过程中,我们大胆改变了其原来拔一道就要磷化、皂化一次的冷拔工艺,而是连拔四道,中途不磷化、不皂化直接拔成,质量仍然十分稳定。这样即节约了时间,降低了成本,又提高了生産效率。 

最后用我厂一年来部分规格冷拔鋼管生産实际情况来说明磷化对冷拔鋼管質量的影響。  

冷拔鋼管的质量影响表 

综上所述,磷化处理效果不仅关系到冷拔鋼管质量,而且还对生産经营,成本和效率起关键作用。因此,我们今后仍然要进一步研究更科学磷化液配比,探索更好的润滑方式。

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