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淺談磷化處理對冷拔管質量的影響

  摘  要  进行准确的磷酸液配比,达到磷酸液各离子浓度的平衡,有效地发挥磷化液的作用,

提高冷拔管的質量。  

      冷拔技术用运于液压油缸缸筒生産,國內有許多廠家。我們健麗達科技是首批采用冷拔工藝制造液壓支架立柱、千斤。自2008年立項以來,我們利用冷拔管生産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。

     金屬在冷拔過程中總的能耗分爲下列幾個方面:

一是使金屬産生有效變形的能量。

二是使金屬材料産生不均勻變形及金屬內部滑動的內摩擦損失的能量。三是用于克服金屬與模具間的外摩擦損失的能量。冷拔管中總能量的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%,此時對冷拔管的質量也造成了極壞的影響,因此保證良好的潤滑才能減少摩擦,降低能耗,保證冷拔管質量,實現良好的潤滑必須做好對鋼管的磷化處理。 

    磷化处理实际上是磷化反应即磷酸盐与金属管在一定的温度下发生化学发应,在金属表面生成一种润滑膜,该膜不同与物理润滑膜,它不会随着温度的升高而脱落,而是与金属有机的结合在一起,它的特点是较高的熔点和低的剪切强度,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、减小摩擦。在冷拔过程中,有效地润滑能降低冷拔模具与变形金属接触表面间的摩擦系数,降低表面摩擦能耗,减少拉拔力,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产成本,同时还减少了更换修理模具所用的时间,提高了生产率,并且还能减少劳动强度,保证产品的尺寸精度。 

    3、降低冷拔管的表面粗糙度。我们的冷拔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管 过程的稳定和产品的表面质量。 

    4、降低冷拔产品表面温度。当金属管在模孔中进行塑性变形时,为了克服变形拉力及模壁的摩擦力,外力需要很大的能量,同时也产生很大的热量,有效的润滑会使发热大大地减小,保证了管的质量,减少了能耗。 

    5、减少冷拔产品内应力分布不均。润滑的好坏能影响产品内应力的分布,冷拔变形区应力的骤然改变会引起冷拔产品力学性能的严重下降,在应力分布不均的情况下,局部内应力过高会导致制品的破裂。 

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:(5—6)。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12—18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22—25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+=1.5或2的范围内,Mn2+含量高能增加磷化膜的硬度和附着力,并提高抗蚀能力。Zn2+含量高时,能加快磷化速度,并使磷化膜致密,晶粒饱满有磷光,Zn2+含量低时,磷化膜疏松发暗。 

4、亞鐵離子(Fe2+)

 Fe2+的濃度應保持在0.8—2克/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。 

在我們逐漸掌握了磷酸鹽溶液的配置,使其各離子濃度達到合適的濃度的基礎上,冷拔過程中,我們大膽改變了其原來拔一道就要磷化、皂化一次的冷拔工藝,而是連拔四道,中途不磷化、不皂化直接拔成,質量仍然十分穩定。這樣即節約了時間,降低了成本,又提高了生産效率。 

最後用我廠一年來部分規格冷拔管生産實際情況來說明磷化對冷拔管質量的影響。 

 

磷化对冷拔管质量的影响

綜上所述,磷化處理效果不僅關系到冷拔管質量,而且還對生産經營,成本和效率起關鍵作用。

因此,我們今後仍然要進一步研究更科學磷化液配比,探索更好的潤滑方式。 

 

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