銅鎳合金無縫管拉伸用不同工藝潤(rùn)滑劑的性能對(duì)比與選擇

徐興莉，李文兵

（1.甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100；2.金川集團(tuán)精密銅材有限公司，甘肅 金昌 737100）

銅鎳合金具有耐海水腐蝕、耐海洋生物腐蝕及優(yōu)良的焊接性能等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于石油、化學(xué)、天然氣和能源工業(yè)、海洋工程等領(lǐng)域，隨著我國(guó)船舶制造業(yè)的快速發(fā)展，船舶管道用銅鎳合金無縫管使用量大增，隨著銅鎳合金無縫管拉伸用工藝潤(rùn)滑劑的使用量也大增，而生產(chǎn)銅鎳合金無縫管拉伸用的工藝潤(rùn)滑劑種類繁多，使用性能和使用效果不一。結(jié)合國(guó)內(nèi)某銅鎳合金無縫管生產(chǎn)企業(yè)的拉伸工藝和生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)拉伸用不同潤(rùn)滑劑性能進(jìn)行分析對(duì)比，結(jié)合工藝潤(rùn)滑的機(jī)理，提出銅鎳合金不同拉伸過程中工藝潤(rùn)滑劑的選擇與應(yīng)用。

1 銅鎳合金拉伸過程工藝潤(rùn)滑的作用

拉伸過程采用工藝潤(rùn)滑劑主要是為了減小模具和金屬之間的有害摩擦系數(shù)[1]，降低拉伸過程中的摩擦力，進(jìn)而降低拉伸過程中金屬變形的能量消耗，同時(shí)能對(duì)拉伸過程進(jìn)行冷卻確，減少工模具磨損、延長(zhǎng)工模具使用壽命，最終達(dá)到確保產(chǎn)品表面質(zhì)量的作用。工藝潤(rùn)滑劑應(yīng)滿足以下要求：對(duì)模具和變形金屬表面有較強(qiáng)的黏附能力；有適當(dāng)?shù)酿ざ群洼^小的摩擦系數(shù)，既保證潤(rùn)滑層有一定的厚度，又有較小的流動(dòng)剪切應(yīng)力，不損害模具和金屬表面的機(jī)械性能和化學(xué)性能。有適當(dāng)?shù)拈W電及著火點(diǎn)，避免在拉伸過程中過快的揮發(fā)或高溫?zé)簦瑔适?rùn)滑能力，且成分及性能穩(wěn)定，對(duì)人體無毒副作用，便于運(yùn)輸、使用、存儲(chǔ)、管理。

2 不同潤(rùn)滑劑性能對(duì)比

國(guó)內(nèi)銅鎳合金無縫管生產(chǎn)企業(yè)使用的潤(rùn)滑劑大致分為：油性潤(rùn)滑劑、乳化液以及膏狀固體潤(rùn)滑劑，以油性潤(rùn)滑劑和乳化液居多，大部分使用的為國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)，少部分為進(jìn)口。油性潤(rùn)滑劑主要以添加了各種增粘劑、活性劑、極壓劑等各種添加劑的調(diào)和油為主，為經(jīng)驗(yàn)配方，潤(rùn)滑油的混合比例和成分都不一樣；由礦物油、水和乳化劑構(gòu)成的乳化液，即有礦物油的潤(rùn)滑作用，又有水的冷卻作用，被應(yīng)用于銅鎳合金無縫管的拉伸中。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料

設(shè)備：500KN拉伸機(jī)。材料：同一批次無縫紫銅管材；同一批次銅鎳合金Φ108＊4mm無縫管材；拉力試驗(yàn)潤(rùn)滑劑選擇合成脂肪酸混合物、工程乳液、蓖麻油、自然甘性油、氯化石蠟、20號(hào)航空潤(rùn)滑油、19號(hào)和20號(hào)壓縮機(jī)油與HJ機(jī)械油；對(duì)比試驗(yàn)選擇1#DS-81銅伸管液，2#金屬成型油，3#銅管光亮潤(rùn)滑劑，4#金屬拉拔粉，5#拉伸內(nèi)膜油。

2.2 試驗(yàn)過程

（1）將同一批次無縫紫銅管材，在500KN拉伸機(jī)上采用不同工藝潤(rùn)滑劑：合成脂肪酸混合物、工程乳液、蓖麻油、自然甘性油、氯化石蠟、20號(hào)航空潤(rùn)滑油、19號(hào)和20號(hào)壓縮機(jī)油與HJJI機(jī)械油做拉伸試驗(yàn)，研究不同工藝潤(rùn)滑劑對(duì)紫銅材拉伸力的關(guān)系。

（2）將同一批次銅鎳合金Φ108＊4mm無縫管材，在500KN拉伸機(jī)上采用不同銅鎳合金拉伸潤(rùn)滑劑：1#DS-81銅伸管液、2#金屬成型油、3#銅管光亮潤(rùn)滑劑、4#金屬拉拔粉與5#拉伸內(nèi)膜油進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，分析#DS-81銅伸管液、2#金屬成型油、3#銅管光亮潤(rùn)滑劑、4#金屬拉拔粉與5#拉伸內(nèi)膜油性能指標(biāo)[2]。

（3）選用2#、3#以及4#工藝潤(rùn)滑劑在同一臺(tái)500KN拉伸機(jī)上進(jìn)行銅鎳合金Φ108＊4mm管材的拉伸，拉伸工藝一致且每道次的加工率分配一致，共拉伸5道次至Φ57＊2.5mm，分析不同潤(rùn)滑劑每道次的拉伸力的變化趨勢(shì)及潤(rùn)滑劑的性能指標(biāo)對(duì)拉伸力與拉拔道次的影響。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

（1）在500KN拉伸機(jī)上，將同一批次無縫紫銅管材，用合成脂肪酸混合物、工程乳液、蓖麻油、自然甘性油、氯化石蠟、20號(hào)航空潤(rùn)滑油、19號(hào)和20號(hào)壓縮機(jī)油與HJ機(jī)械油作潤(rùn)滑油，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)后得到不同工藝潤(rùn)滑劑對(duì)銅管拉伸應(yīng)力與道次延伸系數(shù)的關(guān)系如圖1所示：

用合成脂肪酸混合物作銅管潤(rùn)滑油時(shí)拉伸力和道次延伸系數(shù)都較小；工程乳液、蓖麻油、自然甘性油、氯化石蠟作銅管潤(rùn)滑油時(shí)拉伸力和道次延伸系數(shù)較大且數(shù)據(jù)接近；20號(hào)航空潤(rùn)滑油、19號(hào)和20號(hào)壓縮機(jī)油與HJ機(jī)械油作潤(rùn)滑油時(shí)銅管拉伸力和道次延伸系數(shù)很大，且不利于紫銅管材拉伸工藝。

（2）工藝潤(rùn)滑劑的性能指標(biāo)主要有：運(yùn)動(dòng)粘度、閃點(diǎn)、酸值、皂化值以及殘?zhí)剂浚旅鎸?duì)國(guó)內(nèi)某銅鎳合金無縫管生產(chǎn)企業(yè)所使用的工藝潤(rùn)滑劑在性能指標(biāo)上進(jìn)行分析對(duì)比如下：

共收集5種銅鎳合金管拉伸用工藝潤(rùn)滑劑，其中2種為油性潤(rùn)滑劑、2種為固體潤(rùn)滑劑、1種為乳化液。其性能指標(biāo)如下表：

表1 收集工藝潤(rùn)滑劑樣品性能指標(biāo)

從表1得知，1#潤(rùn)滑劑運(yùn)動(dòng)粘度低，拉伸過程中形成的油膜強(qiáng)度低，不適用于銅鎳合金拉伸；5#潤(rùn)滑劑雖然運(yùn)動(dòng)粘度大，但殘?zhí)剂枯^高，無法滿足銅鎳合金成品退火后殘留物指標(biāo)要求[3]。

（3）選用2#、3#以及4#工藝潤(rùn)滑劑在同一臺(tái)500KN拉伸機(jī)上進(jìn)行銅鎳合金Φ108＊4mm管材的拉伸，拉伸工藝一致且每道次的加工率分配一致，共拉伸5道次至Φ57＊2.5mm，不同潤(rùn)滑劑每道次的拉伸力數(shù)據(jù)如下：

從圖2得知，剛開始拉伸時(shí)，由于管坯表面光潔度不高，3#潤(rùn)滑劑的拉伸力最大，4#潤(rùn)滑劑拉伸力最小；隨著拉伸道次的增多，管坯表面光潔度增大，同時(shí)表面潤(rùn)滑劑的油膜還一直粘附，所以表現(xiàn)出隨著拉伸道次的增多拉伸力逐漸降低的趨勢(shì)。

3 結(jié)論

（1）銅鎳合金管由于獨(dú)特的加工特點(diǎn)決定了必須要有高品質(zhì)、多功能的工藝潤(rùn)滑劑與強(qiáng)化的金屬材料加工過程相適應(yīng)，通過分析性能指標(biāo)，本文中收集的2#、3#以及4#工藝潤(rùn)滑劑能滿足銅鎳合金無縫管的拉伸。

（2）銅鎳合金管剛開始拉伸時(shí)，管坯表面光潔度不高，需選用粘度較大的工藝潤(rùn)滑劑進(jìn)行開坯；隨著拉伸道次的增多，管坯表面光潔度增大，管坯表面潤(rùn)滑劑的油膜還一直粘附，后續(xù)道次可選用粘度較小工藝潤(rùn)滑劑進(jìn)行拉伸，以保證最終成品表面質(zhì)量。