固體潤(rùn)滑劑中,石墨基潤(rùn)滑劑和二硫化鉬基潤(rùn)滑劑以及氮化硼、云母和滑石獲得最廣泛的應(yīng)用。這類(lèi)潤(rùn)滑劑可在對(duì)各種金屬和合金進(jìn)行熱壓力加工時(shí)較寬的溫度范圍內(nèi)應(yīng)用。而且,由于其晶格的層狀結(jié)構(gòu),使其具有良好的潤(rùn)滑性能。層狀固體物質(zhì)的摩擦力取決于存在于結(jié)晶自由表面上的作用力。石墨層表面之間的相互作用力并不太大,因此摩擦力很小。
二硫化鉬、氮化硼、云母、滑石的潤(rùn)滑性能也如同石墨一樣。但是由于晶氮較大的表面能量,其潤(rùn)滑性能相應(yīng)要差一些。對(duì)于以上固體潤(rùn)滑劑被單獨(dú)采用的很少,它們經(jīng)常是作為各種潤(rùn)滑劑組成的基本部分之一使用。而充填物的引入取決于涂抹潤(rùn)滑劑的方法以及熱絕緣和所要求的性能。
石墨潤(rùn)滑劑含有各種各樣有機(jī)添加劑,這類(lèi)添加劑中有木材粉或者少于10%的鋸屑,還有推薦采用高分子有機(jī)物(如聚苯乙烯樹(shù)脂)和各種油類(lèi)(動(dòng)物油、植物油、石油和人造油等)。這類(lèi)潤(rùn)滑劑在擠壓時(shí),借助于高溫燃燒,有機(jī)充填物質(zhì)形成游離碳和氣罩而改善潤(rùn)滑劑的性能。
石墨和氮化硼的混合物或者帶有玻璃潤(rùn)滑劑的二硫化鉬使用時(shí)得到良好的效果。此種混合的潤(rùn)滑劑一般用于制造潤(rùn)滑墊或用于在熱擠壓管時(shí)以液態(tài)或油懸浮液和膏狀涂在坯料或工具的表面上。
在熱擠壓不銹鋼管生產(chǎn)中,石墨基潤(rùn)滑劑主要用于立式機(jī)械擠壓機(jī)上和用作碳素管或低合金鋼管生產(chǎn)的潤(rùn)滑劑。這類(lèi)潤(rùn)滑劑雖然具有良好的抗磨性能,但是含石墨的潤(rùn)滑劑會(huì)造成擠壓制品金屬的表面增碳,其結(jié)果是獲得相當(dāng)于在生鐵或超共析鋼中的高濃度的碳含量。正是因?yàn)樵跀D壓過(guò)程中的增碳現(xiàn)象,此種潤(rùn)滑劑在生產(chǎn)不銹鋼管和低碳或超低碳制品時(shí),是絕對(duì)不允許使用的。
擠壓時(shí),金屬表面層增碳過(guò)程的實(shí)質(zhì)與鋼制品的滲碳處理過(guò)程設(shè)有區(qū)別。盡管含碳物質(zhì)的作用面層增過(guò)程的實(shí)鋼制品屬交形區(qū)內(nèi)的高溫和商壓保使了擠壓制品表面相當(dāng)程度的增碳,使碳元素時(shí)間在擠壓制品制品表面的滲入深度送0.4~0.6mm,局部滲碳可達(dá)2%的碳。
類(lèi)似鋼滲碳的過(guò)程中,擠壓時(shí)制品表面的增碳過(guò)程同意是依靠碳原子的飽和,其反應(yīng)式如下:
2C+O2 → 2CO2 ; 2CO → CO2 +C (原子)
3Fe +C(原子)→ Fe3C 或 3Fe+2CO → Fe3C +CO2
可見(jiàn),一氧化碳是增碳的必要條件,而二氧化碳是對(duì)增碳起促進(jìn)作用。當(dāng)一氧化碳過(guò)剩時(shí),化學(xué)反應(yīng)優(yōu)先向右進(jìn)行。為了獲得過(guò)剩的一氧化碳,順利地使碳原子轉(zhuǎn)移,在增碳物質(zhì)空隙中有為數(shù)不多的氧存在。為了預(yù)防擠壓制品的增碳,可以采用以下辦法。
1. 向石墨潤(rùn)滑劑中引入強(qiáng)烈吸收氧氣和阻止石墨氧化成一氧化碳的物質(zhì)。
2. 引入某些在加熱時(shí)分解出氧氣和能使石墨更充分地氧化為二氧化碳的物質(zhì)。
3. 引入能包圍石墨顆粒并隔絕其與變形金屬相接觸的物質(zhì)。
4. 清除或減少潤(rùn)滑劑中含碳成分的含量。
5. 降低金屬的加熱溫度。
防止增碳的物質(zhì)已知的有鋁粉和鎂粉,為此,經(jīng)常利用數(shù)量為2%~15%的軟錳礦。
在不含增碳成分的潤(rùn)滑劑中采用滑石,將其與水玻璃混合涂到坯料或工具上,或采用由20%~40%皂土,80%~60%氧化鐵和亞硫酸化學(xué)漿堿液(介質(zhì))。
為了防止增碳,可采用含碳量最低的潤(rùn)滑劑。作為石墨的代用品可采用蛭石。低硬度的蛭石,鱗狀結(jié)構(gòu)、高熔點(diǎn)、低導(dǎo)熱性和化學(xué)惰性都是利用作為工藝潤(rùn)滑劑基體時(shí)的重要性能。采用以蛭石為基質(zhì),帶有少量石墨添加劑的潤(rùn)滑劑能夠保持潤(rùn)滑劑的良好工藝性能,并降低了擠壓后鋼管表面增碳的深度和程度。
采用石墨作為擠壓潤(rùn)滑劑時(shí),其潤(rùn)滑性能良好??捎糜跀D壓具有銳角的型鋼。但石墨的隔熱性能較差,擠壓時(shí)的純擠壓時(shí)間不能長(zhǎng),這就限制了其坯料的長(zhǎng)度。且使用石墨潤(rùn)滑劑時(shí),環(huán)境污染嚴(yán)重,勞動(dòng)條件很差。
采用滑石作為潤(rùn)滑劑時(shí),雖然其作為一種固體潤(rùn)滑劑,擠壓時(shí)對(duì)擠壓模的冷卻效果良好,但對(duì)模子的腐蝕和磨損較為嚴(yán)重。
二硫化鉬用作潤(rùn)滑劑時(shí)潤(rùn)滑性能最好,使用效果也很好;但是擠壓后產(chǎn)品有表面增硫的危險(xiǎn)。