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浅谈磷化处理对冷拔钢管质量的影响


       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,提高冷拔钢管的质量。      

冷拔技术用运于液压油缸缸筒生产,国内有许多厂家。采用冷拔工艺制造液压支架立柱、千斤并且在全国领取煤安标志。自2003年立项以来,我们利用冷拔钢管生产10套以上液压支架的立柱千斤,产品质量稳定,各项性能指标达到同行业领先水平。在不断的实践探索中我们对各个工艺环节进行了改进,基本掌握了对厚壁无缝钢管的冷拔技术,而其中最重要的环节之一就是对钢管的磷化处理。我们认为磷化处理对冷拔钢管质量有着决定性作用,合理配比磷化液体的浓度是其中的关键。 

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钢管模具的型腔部分,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。冷拔钢管中总能量的10%消耗于金属与模具间的外摩擦,金属材料和模具的接触压力大,相应的摩擦力也大,此摩擦力为有害摩擦。如果当在冷拔过程中产生的变形热和摩擦热来不及传递时,模具与金属界面的温度急剧上升引起润滑膜的破坏,发生黏结现象,随着摩擦系数的增加摩擦能耗占总能耗的比例将会增加,摩擦功也由10%上升到40%,此时对冷拔钢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,保证冷拔钢管质量,实现良好的润滑必须做好对冷拔钢管的磷化处理。 

    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。 

实践中我们总结出磷化作用至少有以下几个方面: 

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、降低冷拔钢管的表面粗糙度。我们的冷拔钢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钢管

 

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、防止制品锈蚀。在冷拔过程中,磷化还有防止锈蚀的作用,从而提高了冷拔产品的抗腐蚀性能,延长了使用寿命。 

磷化处理有这么重要的作用,那么如何更好地配比磷化液呢?我们发现重要的是有效控制以下各离子的浓度。 

1、游离酸度 

游离酸度与总酸度的比值应保持在1:(56)。如果游离酸度超过10点以上,磷化膜粗糙多孔,溶液里的沉淀增多,Fe2+数量容易上升。当游离酸度达到1218点时会有不溶解的磷酸盐沉入槽底,造成浪费。如果游离酸度过低,磷化膜薄,甚至没有磷化膜。 

2、总酸度 

总酸度应保持在2225点,总酸度含量高能加速磷化的反应,磷化膜薄而细密,但是总酸度过高,有磷化反应不足的趋势,总酸度过低时,磷化速度缓慢,磷化膜厚而粗糙。 

3、锰(Mn2+)、锌(Zn2+)离子 

一般锌、锰离子应保持在Zn2+  Mn2+=1.52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、亚铁离子(Fe2+ 

Fe2+的浓度应保持在0.82/升,Fe2+过少,磷化膜结晶偏细,有磷化不上的趋势,Fe2+偏高时,磷化膜结晶粗大,磷化膜的厚度和强度均增加。 

5、五氧化二磷(P2O5 

P2O5来源于PO43-,他的含量低时,磷化膜发暗多孔,甚至磷化不上,它的含量高时,能加快磷化速度,使磷化膜变得致密,晶粒饱满有磷光;含量过高能抑制磷酸的离解,同时使金属铁在溶液中溶解缓慢,所得到磷化膜较厚,离子粗大多孔。 

除了正确的配置各种离子浓度,还应该在磷化处理过程中控制好液体温度。温度升高时,能加速金属块的溶解,促进磷化反应速度加快,并且使磷化膜的附着力提高,但温度过高,促进亚铁离子氧化使游离酸度不稳定,所以温度应定在60℃—70℃之间。 

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,又提高了生产效率。 

最后用我厂一年来部分规格冷拔钢管生产实际情况来说明磷化对冷拔钢管质量的影响。  

冷拔钢管的质量影响表 

综上所述,磷化处理效果不仅关系到冷拔钢管质量,而且还对生产经营,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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