金峰等：钛合金挤压用含NCl新型玻璃润滑剂的黏-温特性、热腐蚀及热障性能 ·723· 在采集到的载荷一位移曲线上读出最大挤压载 钛合金挤压润滑剂要求.磷酸盐玻璃质量分数60% 荷，然后参考文献⑨]的方法，采用下式计算得出不 和70%的润滑剂黏度在500~600℃的下降幅度较 同粉末组成、不同温度所对应的黏度， 小，在600~900℃温度区间内的降幅则更小. D.P 220- 7= (1) 200 e● 8e,h:(h号+红身)e 180 160 式中，η为黏度，D为挤压坯料的初始直径（挤压筒 140 直径)，P为单位载荷，v为挤压速度，R为挤压比， 120 100 d为挤压模工作带直径，u为摩擦系数，h。为试样初 80A 始长度，h1为定径带长度.在本文中，D=16mm, 60 0 be v.=4mm'min,R=7.1,d=6 mm,ho =20 mm,h= 20 2mm,4=1. 500 600 700 800 900 为了明确新型玻璃润滑剂对钛合金表面的高温 温度℃ 腐蚀行为，将TA15钛合金加工成10mm×10mm×4 图1不同组成玻璃润化剂的黏度一温度曲线 mm的块状试样，采用砂纸打磨、抛光.将箱式电阻 Fig.1 Viscosity-emperature curves of glass lubricant with different 炉预热至950℃，分别将涂覆和未涂覆润滑剂的试 compositions 样放入炉内保温不同时间，冷却方式为空冷，然后采 用扫描电子显微镜观察氧化层形貌和腐蚀情况. 5组试样中，试样a的黏度整体变化范围最小. 参考作者等@前期采用的方法，将TA15钛合 为了进一步验证，对该组成的润滑剂进行了多次试 金与H13模具钢加工成Φ20mm×100mm的圆棒， 验，其黏度一温度曲线如图2所示.在500~600℃ 并从距离圆棒端面1mm处开始，每隔5mm打3个 温度区间内，平均黏度由33.3×10Pa·s减小为 直径b1mm的盲孔，深度为10mm,共6个孔.选择 9.4×10Pas,降低幅度较小，为23.9×10Pa·s, 露端式K型热电偶作为温度传感器，采用多通道数 且黏度在600~900℃温度区间的变化更小，保持在 据采集卡对温度变化数据进行采集.钛合金与模具 1.3~9.4×10Pas范围内.值得注意的是，低温下 钢之间的粉末状玻璃润滑剂厚度选择为1mm(松装 的黏度存在较大的误差，其原因是SiO,、NaCl混合 厚度)，压力由材料试验机施加，文献1]表明当界 料在软化后的磷酸盐玻璃熔体中分布不均匀性，导 面压力增大到一定程度时，界面换热系数将不再变 致坯料整体的黏度均一性较差. 化，同时考虑到钛合金在高温时的变形抗力较小，压 60 力较大时钛合金将发生塑性变形，因此实验时所施 0 加的压力均为l2MPa,实验结束后测量润滑剂的剩 40 余厚度约为0.1mm.利用采集到的温度一时间数 据，结合下式计算得到钛合金与模具钢的界面换热 301 系数he 20 h.=(Ak)/△T (2) 10 式中，入为热导率，k为温度梯度，△T。为钛合金棒端 面与模具钢棒端面温度差 500 600 700800 01 2实验结果与讨论 温度℃ 图2磷酸盐玻璃、Si02和NaCl质量比为70：20：10润滑剂试样 2.1润滑剂组成的影响 的黏度一温度曲线 玻璃润滑剂在500~900℃的黏度-温度曲线如 Fig.2 Viscosity-emperature curve of glass lubricant with phosphate 图1所示.由图1可以看出，随着润滑剂中磷酸盐 glass,Si02,and NaCl in a mass ratio of 70:20:10 玻璃含量的增加，润滑剂的黏度逐渐降低.磷酸盐 玻璃质量分数在20%~45%时，润滑剂黏度在500~ 根据文献2]，传统钛合金热挤压用硅酸盐玻 700℃温度区间随温度升高急刷下降，降幅接近一 璃润滑剂的主要成分（质量分数）组成为Si02:40%~ 个数量级，由于黏度随温度的变化幅度大，难以满足 60%,Na20:20%~45%,B203:5%~20%,属于钠金 峰等: 钛合金挤压用含 NaCl 新型玻璃润滑剂的黏--温特性、热腐蚀及热障性能 在采集到的载荷--位移曲线上读出最大挤压载 荷，然后参考文献［9］的方法，采用下式计算得出不 同粉末组成、不同温度所对应的黏度， η = D·Pe 18ve ·ln Ｒ·( ln D d + 2μ h1 ) d ·e 2μh0 D ( 1) 式中，η 为黏度，D 为挤压坯料的初始直径( 挤压筒 直径) ，Pe为单位载荷，ve为挤压速度，Ｒ 为挤压比， d 为挤压模工作带直径，μ 为摩擦系数，h0为试样初 始长度，h1 为定径带长度． 在本文中，D = 16 mm， ve = 4 mm·min － 1，Ｒ = 7. 1，d = 6 mm，h0 = 20 mm，h1 = 2 mm，μ = 1． 为了明确新型玻璃润滑剂对钛合金表面的高温 腐蚀行为，将 TA15 钛合金加工成 10 mm × 10 mm × 4 mm 的块状试样，采用砂纸打磨、抛光． 将箱式电阻 炉预热至 950 ℃，分别将涂覆和未涂覆润滑剂的试 样放入炉内保温不同时间，冷却方式为空冷，然后采 用扫描电子显微镜观察氧化层形貌和腐蚀情况． 参考作者等［10］前期采用的方法，将 TA15 钛合 金与 H13 模具钢加工成 20 mm × 100 mm 的圆棒， 并从距离圆棒端面 1 mm 处开始，每隔 5 mm 打 3 个 直径 1 mm 的盲孔，深度为 10 mm，共 6 个孔． 选择 露端式 K 型热电偶作为温度传感器，采用多通道数 据采集卡对温度变化数据进行采集． 钛合金与模具 钢之间的粉末状玻璃润滑剂厚度选择为 1 mm( 松装 厚度) ，压力由材料试验机施加，文献［11］表明当界 面压力增大到一定程度时，界面换热系数将不再变 化，同时考虑到钛合金在高温时的变形抗力较小，压 力较大时钛合金将发生塑性变形，因此实验时所施 加的压力均为 12 MPa，实验结束后测量润滑剂的剩 余厚度约为 0. 1 mm． 利用采集到的温度--时间数 据，结合下式计算得到钛合金与模具钢的界面换热 系数 hc ． hc = ( λ·k) /ΔTc ( 2) 式中，λ 为热导率，k 为温度梯度，ΔTc 为钛合金棒端 面与模具钢棒端面温度差． 2 实验结果与讨论 2. 1 润滑剂组成的影响 玻璃润滑剂在 500 ～ 900 ℃的黏度--温度曲线如 图 1 所示． 由图 1 可以看出，随着润滑剂中磷酸盐 玻璃含量的增加，润滑剂的黏度逐渐降低． 磷酸盐 玻璃质量分数在 20% ～ 45% 时，润滑剂黏度在 500 ～ 700 ℃温度区间随温度升高急剧下降，降幅接近一 个数量级，由于黏度随温度的变化幅度大，难以满足 钛合金挤压润滑剂要求． 磷酸盐玻璃质量分数 60% 和 70% 的润滑剂黏度在 500 ～ 600 ℃ 的下降幅度较 小，在 600 ～ 900 ℃温度区间内的降幅则更小． 图 1 不同组成玻璃润化剂的黏度--温度曲线 Fig． 1 Viscosity-temperature curves of glass lubricant with different compositions 5 组试样中，试样 a 的黏度整体变化范围最小． 为了进一步验证，对该组成的润滑剂进行了多次试 验，其黏度--温度曲线如图 2 所示． 在 500 ～ 600 ℃ 温度区间内，平均黏度由 33. 3 × 105 Pa·s 减小为 9. 4 × 105 Pa·s，降低幅度较小，为 23. 9 × 105 Pa·s， 且黏度在 600 ～ 900 ℃温度区间的变化更小，保持在 1. 3 ～ 9. 4 × 105 Pa·s 范围内． 值得注意的是，低温下 的黏度存在较大的误差，其原因是 SiO2、NaCl 混合 料在软化后的磷酸盐玻璃熔体中分布不均匀性，导 致坯料整体的黏度均一性较差． 图 2 磷酸盐玻璃、SiO2 和 NaCl 质量比为 70∶ 20∶ 10 润滑剂试样 的黏度--温度曲线 Fig． 2 Viscosity-temperature curve of glass lubricant with phosphate glass，SiO2，and NaCl in a mass ratio of 70∶ 20∶ 10 根据文献［12］，传统钛合金热挤压用硅酸盐玻 璃润滑剂的主要成分( 质量分数) 组成为 SiO2 : 40% ～ 60% ，Na2 O: 20% ～ 45% ，B2 O3 : 5% ～ 20% ，属于钠 · 327 ·