碳钢和合金钢冷锻毛坯为什么使用润滑剂

冷锻、冷挤成型工艺的变形量大、单位压力极大，相当大的摩擦阻力不但给成形带来极大困难，而且加剧模具磨损；采用含有极压添加剂的矿物油和金属皂可以实现铝和铜等有色金属的小变形冷端，但在碳钢和合金钢的冷锻、冷挤和铝合金在大变形情况下冷挤，单一的模具润滑，很难保证连续、均匀的润滑，其摩擦、磨损的降低幅度及其润滑的均匀性都不能满足工艺要求。在19世纪末，碳钢和合金钢冷挤压模具寿命只有几次。直到1934年德国科学家Singer明了在金属表面沉积磷酸盐涂层和草酸盐涂层的技术,才实现了黑色金属冷挤压的工业化生产。

碳钢和合金钢冷锻、冷挤的毛坯常用材料主要包括低碳钢中碳钢、共析钢、过共析钢、低金结构钢和轴承钢等。这些材料冷锻、冷挤和铝合金大变形量冷挤，通常采用磷化—皂化处理艺，即磷酸盐涂层(被膜)与金属皂、脂肪酸、石墨、二硫化钼和有机高分子材料相结合的组合润滑工艺。

磷酸盐被膜是磷酸盐(磷酸锌处理溶液或马日夫盐处理溶液)与铁产生化学反应所形成的孔型润滑膜，该润滑膜与金属毛坯表面粘附得十分牢固、并具有一定的润滑作用，此外，多孔的酸盐被膜还可以吸附、储存大量的第二相润滑剂(例如金属皂)，形成组合润滑工艺，从而大大提高了润滑效果。

皂化处理工艺是在毛坯磷化处理后进行，毛坯表面已具有一定润滑能力的磷酸盐多孔膜，但磷酸盐膜的摩擦系数并不是很低，主要起支承层的作用，与之配合使用的最佳组合是硬脂酸钠为主要成分的皂类润滑剂，如C10~C20的饱和或不饱和脂肪酸钠、钾和/或三乙醇胺盐等组成的碱金属皂。钢铁毛坯冷锻最常用的皂液主要是硬脂酸钠和肥皂；此外，还有磷酸钠和肥皂的混合剂、二硫化钼和肥皂及矿物油的混合剂以及皂化与猪油加二硫化钼等润滑剂。

此外，也可用二硫化钼或石墨固体润滑剂直接涂抹在经过磷化处理的毛坯表面进行润滑这种润滑方法虽然简单，但它们的润滑效果不如磷化—皂化处理联合润滑。

尽管磷化膜润滑技术非常成熟、稳定，应用广泛，但必须指出，该润滑工艺系统存在如下难于解决的问题:

(1)处理溶液中含有铅和镉等有害的重金属及其废水处理问题；

(2)磷化膜处理成本较高；

(3)在随后的热处理过程中，磷酸锌可能对工件表面造成腐蚀。

近年来，国外开发了磷化膜处理的代用工艺。这些代用工艺多是通过机械方式使金属化合物、硫化物或对金属有吸附力的磷化物和固体润滑剂与毛坯结合在一起。这些润滑工艺在处理过程中没有剧烈的化学反应，所产生的有害物质较少，也不需要化学浴槽，简化了处理工艺、缩短了处理时间。这些新型的润滑工艺效果良好，其摩擦系数都优于或相当于磷化膜处理工艺。但是，这些新型润滑工艺还处于研发阶段，需要进一步完善和推广试验。