PL116430B1

PL116430B1 - Method of applying a layer of stable-to-heat lubricant onto metallic articles intended to be isothermically forged

Info

Publication number: PL116430B1
Application number: PL1978210475A
Authority: PL
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-10-26
Filing date: 1978-10-24
Publication date: 1981-06-30
Also published as: FR2407034B1; PL210475A1; GB2011279B; US4228670A; BR7806999A; CH630112A5; FR2407034A1; JPS613572B2; GB2011279A; DE2751838A1; JPS5465145A

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób nanoszenia -warstwy smaru odpornego na wysokie temperatu¬ ry na przedmioty metalowe, przeznaczone do izo¬ termicznego kucia.Sposób wedlug wynalazku znajduje korzystne .zastosowanie w przypadku nowych, niezuzytych narzedzi, majacych swieza powierzchnie, obrabia¬ na skrawaniem, lecz nie poddana dalszej obróbce.Smary odporne na wysokie temperatury znajdu¬ ja powszechne zastosowanie w obróbce plastycznej na goraco metali i stopów przy uzyciu metalo¬ wych narzedzi. Zadaniem ich jest uniemozliwienie zacierania lub zespawania przedmiotu obrabianego z narzedziem w warunkach cisnienia i temperatu¬ ry, panujacych podczas pracy. Znane jest stoso¬ wanie przykladowo smarów zawierajacych grafit do prasowania wspólbieznego metali. W przypadku stosowania bardzo wysokich temperatur i dlugo¬ trwalych procesów odksztalcania, jak ma to miej¬ sce np. przy izotermicznym kuciu matrycowym, tego rodzaju smary zazwyczaj zawodza, poniewaz calkowicie bezwodny grafit ma niedostateczne wla¬ sciwosci slizgowe. Grafit poza tym ma tendencje wchodzenia w reakcje chemiczne z materialem przedmiotu, obrabianego lub narzedzi zwlaszcza stopów molibdenu.Tego rodzaju wchlanianie wegla jest niepoza¬ dane z punktu widzenia wlasciwosci materialu.Poniewaz podczas, izotermicznych, wysokotempe¬ raturowych procesów odksztalcania, zarówno przed- 10 15 20 25 30 miot obrabiany, jak i narzedzia maja praktycznie te sama temperature, zwieksza sie wzajemna sklonnosc do zacierania sie i w zwiazku z tym stosowane smary musza odpowiadac ostrzejszym warunkom, niz wymagania przy tradycyjnym pra¬ sowaniu wspólbieznym, kuciu i rozciaganiu w pod¬ wyzszonej temperaturze. Nalezy wiec wylaczyc smary na bazie olejów, mydel, grafitu lub siarczku molibdenu.Przeprowadzono próby nanoszenia warstw sma¬ ru, zawierajacego azotek boru, mieszaniny azotku boru z kwasem ortoborowym i grafitem oraz two¬ rzywa w postaci szkla, ha powierzchnie przedmio¬ tu obrabianego lub powierzchnie odksztalconego pólfabrykatu. Materialy te stosowano przewaznie jako zawiesiny lub pasty w rozpuszczalnikach or¬ ganicznych, jak alkohol lub toluen lub jako za¬ wiesiny w innych cieczach. Pokrywanie korpu¬ sów metalowych smarem odbywa sie wówczas przez zanurzenie, powlekanie lub natryskiwanie, po czym nastepuje proces suszenia w temperaturze pokojowej lub wtopienie w podwyzszonej tempe¬ raturze. Tego rodzaju smary i sposoby znane sa z róznych publikacji np, Watoough , „Deveiopiment of isothermal forging of titanium centrifugal compresor impeller", AMMRC Report CTR 73-19, IIT Research Institute Chicago, maj, 1973, s. 16; opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr, 3 635 068; „Isothermal forging of precision me¬ tal powder components", sprawozdanie AD-780 044, 116 430li6 430 4 wydawnictwo NTIS, National Technical Informa¬ tion Service, Amerykanski Departament Handlu, grudzien, 1973, s. 27, 41, 43. Znane smary i lacze¬ nia smarów, jak równiez odnosne sposoby odpo¬ wiadaja jedynie w niewielkim stopniu postawio¬ nym warunkom, odnosnie przyczepnosci, odporno¬ sci na cisnienie i temperature oraz obojetnosci chemicznej wobec chronionych i podlegajacych smarowaniu powierzchni metalu, jak . równiez zdolnosci smarowania i optymalnej lepkosci. Wy¬ nika to jednoznacznie miedzy innymi z wyzej wy¬ mienionych publikacji, jak sprawozdanie AD 780-044 NTIS, s. 43, 50* 54, 58, a poza tym D. J. Abson, F.J. Gurney „Heated dies for forging and fri- ction studies on a modified hydraulic forge press", Metals and Materials, grudzien, 1973, s. 539. < Znane sposoby nanoszenia warstwy smaru na dana powierzchnie metalu przez zanurzenie, na¬ tryskiwanie, wtapianie itd. sa poza tym koszto¬ wne, pracochlonne i czasochlonne. Czynne skladni¬ ki tradycyjnych smarów, zawieszone w cieczy, na¬ lezy nanosic w stanie cieklym na przedmiot obra¬ biany. W zwiazku z tym plynne medium musi miec odpowiednie warunki do wyschniecia lub odparowania. Jezeli natomiast smar, np. azotek boru, zostanie naniesiony w postaci stalej, na dro¬ dze tradycyjnego rozpylania proszku, wówczas je¬ go przyczepnosc do powierzchni metalu pozosta¬ wia wiele do zyczenia. Poza tym, stosujac trady-: cyjrie metody nanoszenia, nie . mozna uzyskac szczelnych i zwartych powlok.Istnieje wie^ potrzeba opracowania nowych metod wytwarzania warstw smaru na metalowych przedmiotach obrabianych, wystawianych stale na dzialanie wysokich temperatur. W przypadku no¬ wych narzedzi, których powierzchnia podczas pro¬ dukcji na drodze ciaglej obróbki skrawaniem, jak toczenie, frezowanie, struganie, szlifowanie, pole¬ rowanie, erodowanie, elektrochemiczne poglebianie itd., Jest usiorstniona i posiada pory, konieczne jest zwlasacza opracowanie metody nanoszenia w prosty sposób silnie przylegajacej zwartej war¬ stwy ochronnej ze smaru, zamykajacej pory.Zadaniem wynalazku jest wiec wskazanie pro¬ stego i ekonomicznego sposobu wytwarzania trwa¬ lej f przyczepnej warstwy smaru na metalowej powierzchni wytrzymalej na wysoka temperature narzedzi, przy czym jednoczesnie zmniejszone zo¬ stanie uszorstnienie powierzchni narzedzia, pory zostana zamkniete, a lezaca bezposrednio pod po¬ wierzchnia strefa przyscienna narzedzia zostanie ponownie zageszczona, utwardzona na zimno i do¬ prowadzona do stanu wstepnego naprezenia sci¬ skajacego.Sposób wedlug wynalazku powinien zapewnic wysoka odpornosc na scieranie, zdolnosc poslizgu oraz optymalna lepkosc nanoszonej warstwy sma¬ ru w temperaturze panujacej podczas obróbki, oraz nadawac sie do stosowania, korzystnie w przypadku nowych, swiezo obrobionych, glad¬ kich powierzchni narzedzi.Zadanie wedlug wynalazku rozwiazano w ten sposób, ze smar majacy postac proszku o wiel¬ kosci czastek 0,6 do 1,5 pm narzuca sie na po¬ wierzchnie narzedzi metoda analogiczna do piasko¬ wania, jako skladnik strumienia z duza predko¬ scia, odpowiadajaca cisnieniu 4 ? 10-* do 5 ? 10-» hPa tworzac zwarta powloke, oraz wygladza sie jedno¬ czesnie powierzchnie przedmiotu przez odrzucanie 5 czesci smaru, utwardza sie ja i doprowadza sie do stanu wstepnego naprezenia sciskajacego i ze jako smar stosuje sie znany, ogólnie stosowany sproszkowany azotek boru lub znana, ogólnie sto¬ sowana mieszanine sproszkowanego azotku boru 10 i kwasu ortoborowego, znane, ogólnie stosowane szklo krzemianowo-borowe lub znana, ogólnie sto¬ sowana mieszanine sproszkowanego azotku boru i sproszkowanego boraksu.Zgodnie z wynalazkiem stosuje sie sprpszkowa- 15 ny azotek boru lub mieszanine skladajaca sie; korzystnie z 95% do 5% wagowych sproszkowanego azotku boru i 5% do 95% wagowych „sproszkowa¬ nego kwasu ortoborowego. Jako smar, zgodnie z wynalazkiem, stosuje sie równiez z dobrym io- 33 wodzeniem mieszanine skladajaca sie korzystnie z 95% do 5% wagowych sproszkowanego azotku boru i 5% do 95% wagowych sproszkowanego szkla krzemowo-borowego zawierajacego 8 do 60% wa¬ gowych SiOj, 2 dp 14% wagowych Na20, najwy- u zej 4% wagowych CaO, 30 do 90% wagowych B^O* i najwyzej 2% wagowych A1203. Korzystne jest wedlug wynalazku, gdy jako smar stosuje sie mier szanine skladajaca sie z 95% do 5% wagowych sproszkowanego azotku boru i 5% do 95% wago- 30 wych sproszkowanego boraksu. Korzystne jest wedlug wynalazku, gdy smar miesza sie dodatko¬ wo z kulistymi czastkami szkla i/lub stali, o sred¬ nicy 0,2 do 1 urn Korzystne jest równiez wedlug, wynalazku, gdy stosuje sie szklo o czastkach ma- 35 jacych srednice 0,3 |xm i stal o czastkach maja¬ cych srednice od 0,4 do 0,6 (xm, przy czym udzial czastek szkla i/lub stali w calej mieszaninie pro¬ szku wynosi 1 do 99% wagowych.Dzieki sposobowi wedlug wynalazku uzyskuje sie 40 nastepujace efekty: — gladka powierzchnie metalowego narzedzia, ma¬ jaca pewna szorstkosc po obróbce toczenia, fre¬ zowania, strugania, szlifowania* polerowania, erodowania, elektrochemicznego poglebiania, 45 — uderzenie z duza predkoscia czastek azotkui boru o powierzchnie metalowego przedmiotu,, powodujace zageszczenie i utwardzenie na zi¬ mno tej powierzchni, przy czym dodatkowo wyzwolone zostaje wstepne naprezenie sciska- 50 tace» — czesciowe wnikniecie w powierzchnie przedmio¬ tu metalowego czastek azotku boru, tworzac tym samym dobrze przyczepna, zwarta i cienka warstwe azotku boru, charakteryzujaca sie do- 55 skonalymi wlasciwosciami smaru odpornego na wysokie temperatury.Dzieki domieszaniu czastek szkla lub stali do strumienia, proszek azotku boru, wzglednie miesza¬ nina azotku boru + tlenek boru; azotku boru + oo + kwasu ortoborowego itd. jeszcze lepie} przenika do powierzchni narzedzia i powierzchnia ta uzy¬ skuje stan wstepnego naprezenia sciskajacego.Dzieki stosowaniu opisanego sposobu mozna wy¬ twarzac powloki o szczególnie duzej przyczepno- 0- sci, przy czym mozna w szerokim zakresie zmde- /116 430 6 niac lepkosc w temperaturze roboczej w zalezno¬ sci od proporcji azotku boru i szklistych substan¬ cji dodatkowych i dostosowywac ja do okreslo¬ nego stosowania.Stosowanie sposobu nanoszenia warstwy smaru 5 na odporne na dzialanie wysokich temepratur na¬ rzedzia wedlug wynalazku umozliwia podniesienie jakosci powierzchni i jednoczesne wytworzenie do¬ brze przyczepnej warstwy smaru.Przyklad wykonania wynalazku: Na wstepnie 10 obrobiona matryce wykonana ze stopu molibdenu, zawierajacego wagowo 0,5% Ti, 0,08% Zr, 0,02% C, reszta molibden, stosowana do izotermicznego ku¬ cia przedmiotów ze stopów tytanu (np. Ti 6 Al 4V), pod dzialaniem strumienia azotku boru, pod ci- 15 snieniem gazu 4 • 10-8 do 5 • 10-8 hPa, nalozono me¬ toda strzalowa warstwe azotku boru o wielkosci czastek 0,6 do 1,5 ^m, nastepnie wygladzono ja przez odprowadzanie czesci czastek, po czym utwardzono ja i doprowadzono do wstepnego na- M prezania sciskajacego.Srednia grubosc warstwy wynosila 0,5 do 1 ^m, a do nakladania warstwy azotku boru na po¬ wierzchnie matrycy zastosowano urzadzenie do 25 oczyszczania piaskiem lub srutem metalowych przedmiotów.Zastrzezenia patentowe 30 1. Sposób nanoszenia warstwy smaru odporne¬ go na wysokie temperatury na przedmioty meta¬ lowe przeznaczone do izotermicznego kucia, zna¬ mienny tym, ze smar majacy postac proszku o wielkosci' czastek 0,6 do 1,5 firn narzuca sie na 35 powierzchnie narzedzi metoda analogiczna do pia¬ skowania, jako skaldnik strumienia z duza predko¬ scia, odpowiadajaca cisnieniu 4 • 10-8 do 5 • 10-8 hPa tworzac zwarta powloke, oraz wygladza sie jed¬ noczesnie powierzchnie przedmiotu przez odrzuce¬ nie czesci smaru, utwardza sie ja i doprowadza sie do stanu wstepnego naprezenia sciskajacego, przy czym jako smar stosuje sie znany, ogólnie stosowany sproszkowany azotek boru lub znana, ogólnie stosowana mieszanine sproszkowanego azotku boru i kwasu ortoborowego, znane, ogólnie stosowane sproszkowane szklo krzemianowo boro¬ we lub znana, ogólnie stosowana mieszanine spro¬ szkowanego azotku boru i sproszkowanego bo¬ raksu. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako smar stosuje sie sproszkowany azotek boru lub mieszanine od 95% do 5% wagowych sproszko¬ wanego azotku boru i 5% do 95% wagowych spro¬ szkowanego kwasu ortoborowego. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako smar stosuje sie mieszanine skladajaca sie z 95% do 5% wagowych sproszkowanego azotku boru i 5% do 95% wagowych sproszkowanego szkla krzemiano-borowego. 4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze stosuje sie szklo krzeJmiano-borowe zawierajace 8—60% wagowych Si02, 2—14% wagowych Na20, najwyzej 4% wagowych CaO, 30—90% wagowych B2Os, najwyzej 2% wagowych A1203. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako smar stosuje sie mieszanine zawierajaca od 95% do 5% wagowych sproszkowanego azotku boru i 5% do 95% wagowych sproszkowanego boraksu. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze smar miesza sie dodatkowo z kulistymi czastkami szkla i/lub stali, o srednicy 0,2 do 1 \im. 7. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze stosuje sie szklo o czastkach majacych srednice 0,3 firn oraz stal o czastkach majacych srednice od 0,4 do 0,6 firn, przy czym udzial czastek szkla i/lub stali w calej mieszaninie proszku wynosi 1 do 99% wagowych. PL

Claims

Zastrzezenia patentowe 30 1. Sposób nanoszenia warstwy smaru odporne¬ go na wysokie temperatury na przedmioty meta¬ lowe przeznaczone do izotermicznego kucia, zna¬ mienny tym, ze smar majacy postac proszku o wielkosci' czastek 0,6 do 1,5 firn narzuca sie na 35 powierzchnie narzedzi metoda analogiczna do pia¬ skowania, jako skaldnik strumienia z duza predko¬ scia, odpowiadajaca cisnieniu 4 • 10-8 do 5 • 10-8 hPa tworzac zwarta powloke, oraz wygladza sie jed¬ noczesnie powierzchnie przedmiotu przez odrzuce¬ nie czesci smaru, utwardza sie ja i doprowadza sie do stanu wstepnego naprezenia sciskajacego, przy czym jako smar stosuje sie znany, ogólnie stosowany sproszkowany azotek boru lub znana, ogólnie stosowana mieszanine sproszkowanego azotku boru i kwasu ortoborowego, znane, ogólnie stosowane sproszkowane szklo krzemianowo boro¬ we lub znana, ogólnie stosowana mieszanine spro¬ szkowanego azotku boru i sproszkowanego bo¬ raksu.
2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako smar stosuje sie sproszkowany azotek boru lub mieszanine od 95% do 5% wagowych sproszko¬ wanego azotku boru i 5% do 95% wagowych spro¬ szkowanego kwasu ortoborowego.
3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako smar stosuje sie mieszanine skladajaca sie z 95% do 5% wagowych sproszkowanego azotku boru i 5% do 95% wagowych sproszkowanego szkla krzemiano-borowego.
4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze stosuje sie szklo krzeJmiano-borowe zawierajace 8—60% wagowych Si02, 2—14% wagowych Na20, najwyzej 4% wagowych CaO, 30—90% wagowych B2Os, najwyzej 2% wagowych A1203.
5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako smar stosuje sie mieszanine zawierajaca od 95% do 5% wagowych sproszkowanego azotku boru i 5% do 95% wagowych sproszkowanego boraksu.
6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze smar miesza sie dodatkowo z kulistymi czastkami szkla i/lub stali, o srednicy 0,2 do 1 \im.
7. Sposób wedlug zastrz. 6, znamienny tym, ze stosuje sie szklo o czastkach majacych srednice 0,3 firn oraz stal o czastkach majacych srednice od 0,4 do 0,6 firn, przy czym udzial czastek szkla i/lub stali w calej mieszaninie proszku wynosi 1 do 99% wagowych. PL