俄羅斯巴爾金中央黑色冶金科學(xué)研究院曾進(jìn)行了關(guān)于玻璃潤滑劑成分對(duì)擠壓工藝過程中力學(xué)參數(shù)、金屬流動(dòng)特點(diǎn)、摩擦系數(shù)和擠壓不銹鋼管性能影響的研究。研究曾采用以下4組玻璃潤滑劑成分，見表4-12。試驗(yàn)用玻璃潤滑劑的化學(xué)成分和黏度值列于表4-13。
為了試驗(yàn)潤滑墊和滾涂的玻璃粉對(duì)擠壓過程工藝參數(shù)的影響程度，分別采用各種潤滑劑種類安排專門的試驗(yàn)，試驗(yàn)方法如下。
在兩種施加潤滑劑方法共同使用的條件下，首先，改變用于制作潤滑墊的玻璃潤滑劑的黏度，而用于坯料表面滾涂的玻璃粉的黏度始終保持不變，黏度η為80~100Pa·s。
其次，改變潤滑劑用于表面滾涂的玻璃的黏度，采用在1180℃時(shí)黏度η=100Pa·s的玻璃潤滑墊。
將黏度變化方案，結(jié)合施加潤滑劑的方式包括在內(nèi)總共試驗(yàn)了7種擠壓方案，詳見表4-14。
在方案中也列入了無潤滑擠壓工藝。為了確定采用玻璃潤滑劑的效果，引入“有效系數(shù)”的概念。有效系數(shù)被定義為：無潤滑劑擠壓時(shí)的最大擠壓力p與采用潤滑劑時(shí)的最大擠壓力Pm的比值。
除了潤滑劑對(duì)擠壓過程力學(xué)參數(shù)的影響之外，還評(píng)定了潤滑劑對(duì)擠壓不銹鋼管表面質(zhì)量的影響。為此，采用表面光潔度儀M-201測(cè)量不銹鋼管表面的顯微不平度值。測(cè)量在不銹鋼管10°的圓周表面上進(jìn)行，計(jì)算顯微不平度的平均值，并應(yīng)用坐標(biāo)網(wǎng)格法觀察金屬的流動(dòng)特點(diǎn)。
試驗(yàn)結(jié)果所顯示的黏度對(duì)有效系數(shù)的影響（對(duì)應(yīng)于表4-14)結(jié)果如下。在單獨(dú)使用潤滑墊的情況下（表4-14中方案I),玻璃潤滑劑的黏度從5Pa·s增大到20000Pa·s,對(duì)有效系數(shù)沒有明顯影響。隨著玻璃墊黏度的增加，棒材表面的顯微不平度值有下降的趨勢(shì)（圖4-10(b)).此時(shí)，有效系數(shù)具有最小值，在K=1.00~1.04范圍內(nèi)變化（圖4-10(a)).擠壓力的示波圖與無潤滑擠壓時(shí)相同。其特點(diǎn)是：從流動(dòng)開始到過程結(jié)束，壓力急劇下降（圖4-11),這表明，在擠壓筒中有極大的接觸摩擦力。在擠壓帶有坐標(biāo)網(wǎng)格的壞料時(shí)，所得到的金屬流動(dòng)圖像證明了這一結(jié)論（圖4-12(a))。
由圖4-12(c)可看出，變形區(qū)域擴(kuò)展到坯料的整個(gè)深度。坯料表層由于沒有潤滑劑在擠壓筒中受到阻滯，因此發(fā)生金屬內(nèi)層的強(qiáng)烈流動(dòng)。由于金屬流動(dòng)的不均勻性，使擠壓制品的性能惡化，并導(dǎo)致形成很深的“擠壓縮孔”。
在單獨(dú)用于滾涂的情況下（表4-14中方案II)在低黏度（η=5~15Pa·s)范圍內(nèi)，滑劑的有效系數(shù)比方案I要高，達(dá)到K=1.3~1.4。隨著黏度的增加，K開始強(qiáng)烈降低，當(dāng)η≈300Pa·s時(shí)，K≈0.9~0.95,小于方案I的K值，表示玻璃潤滑劑喪失了本身的減摩性能而成為磨料。從示波圖形的變化可以看出，在很大黏度下的示波圖顯示，壓力從開始到穩(wěn)定過程的結(jié)束急劇下降（圖4-11).金屬流動(dòng)圖形的特點(diǎn)是存在有停滯區(qū)，發(fā)生金屬的剪切。在這種情況下的擠壓棒材表面的顯微不平度值具有最大值（圖4-10(b))。
滾涂玻璃粉和潤滑墊一起使用（表4-14中方案II),得到相當(dāng)高的有效系數(shù)，改善了表面質(zhì)量和金屬流動(dòng)。在這種情況下，變形區(qū)集中在擠壓模附近，并具有最小尺寸（圖4-10(b)).同樣的圖像在方案IV~方案VI中也可觀察到。在這些方案中，在任何的玻璃潤滑劑黏度值下，停滯區(qū)都沒有形成。隨著玻璃墊的黏度從5Pa·s增加到20000Pa·s,潤滑劑的有效系數(shù)從1.7降低到1.5。因此，擠壓力因玻璃墊黏度不同而變化在12%的范圍內(nèi)。從擠壓制品表面質(zhì)量的角度來考量，最好是采用黏度η=100Pa·s的玻璃潤滑劑（圖4-10(b)).使用黏度低于50Pa·s的玻璃潤滑劑時(shí)，在擠壓制品的表面上引起“斑點(diǎn)”缺陷，這是由于變形區(qū)內(nèi)多余數(shù)量的熔化玻璃而形成的。當(dāng)玻璃黏度增加到100Pa·s以上時(shí)，基本上不會(huì)引起擠壓制品表面質(zhì)量的變化。
在穩(wěn)定擠壓過程階段，在所有的玻璃潤滑劑值的條件下，擠壓力卻保持恒定并大致相同。隨著玻璃潤滑劑黏度的增加，出現(xiàn)擠壓過程開始時(shí)的壓力峰值趨向（圖4-11)。
在潤滑墊的玻璃黏度不變（η=100Pa·s)時(shí)，滾涂玻璃的黏度變化（方案IV)比方案II在更大程度上影響到有效系數(shù)。隨著玻璃黏度增加到50Pa·s時(shí)，潤滑劑有效系數(shù)仍保持本身的數(shù)值，為K=1.8;而隨后開始急劇地下降，且在黏度達(dá)到6000Pa·s時(shí)，K值變?yōu)樾∮?.總之，方案IV中的曲線K=f(7)和方案II中的曲線形狀是相同的，而且在此兩種情況下，K值變化的這一特點(diǎn)的原因是相同的。因此，滾涂玻璃的黏度變化比起玻璃墊的黏度變化，在更大程度上明顯影響到擠壓力的數(shù)值。表面顯微不平度的最小值，發(fā)生在滾涂玻璃粉黏度為10~50Pa·s內(nèi)。當(dāng)玻璃黏度更大時(shí)，表面質(zhì)量惡化。
方案VI屬于坯料外表面進(jìn)行了雙重潤滑，即涂有懸浮液并隨后在加熱的坯料上滾涂最佳黏度（η=30Pa·s)的玻璃潤滑劑，本質(zhì)上改變了圖像的狀況。玻璃潤滑劑的黏度在3~540Pa·s范圍內(nèi)玻璃懸浮液的采用，給予降低擠壓力的可能性，并得到與其他方案相比較的最大有效系數(shù)（K=1.0~2.0).在試驗(yàn)的潤滑劑黏度的范圍內(nèi)，這一方案確保獲得高的表面質(zhì)量。這一最佳結(jié)果是在采用玻璃黏度為30Pa·s的玻璃懸浮液時(shí)得到的。
采用以上潤滑劑的施加方法，獲得擠壓制品的表面質(zhì)量絕不會(huì)比其顯微不平度值為20~30μm的坯料表面原始狀態(tài)更惡化。因此，在擠壓具有很窄的加工溫度范圍的低塑性合金以及擠壓高質(zhì)量要求制品時(shí)，可以采用這種方法。
為了確定在有玻璃潤滑劑的熱變形時(shí)的摩擦因數(shù)，采用圓環(huán)鐓料的方法，其依據(jù)是，鐓粗時(shí)，圓環(huán)的內(nèi)直徑的變化與接觸摩擦的大小有關(guān)。
玻璃潤滑劑的研究曾用碳素鋼CT3、不銹鋼06Cr18Ni11Ti和高溫合金Ni55WMoTiCoAl試樣的熱鐓粗試驗(yàn)來進(jìn)行。為了比較，還進(jìn)行了無潤滑的和帶石墨一油潤滑劑的圓環(huán)試樣的鐓粗試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，摩擦系數(shù)取決于玻璃潤滑劑的黏度和化學(xué)成分，以及變形材料的性質(zhì)。
在最小摩擦系數(shù)時(shí)的玻璃潤滑劑的黏度值，對(duì)不同材料的試樣如下：
同時(shí)，在4組玻璃系列中黏度系數(shù)值從最小到最大變化時(shí)，引起的摩擦系數(shù)值在30%的范圍內(nèi)變化。
玻璃潤滑劑的摩擦系數(shù)取決于其化學(xué)成分，在鋼的熱擠壓過程中，玻璃潤滑劑借助于其特有的高溫下的減摩性能，對(duì)過程的力學(xué)參數(shù)和金屬流動(dòng)特點(diǎn)施加有直接的影響，確定了變形金屬與工具之間的接觸狀況，并影響到擠壓制品的表面質(zhì)量。因而，通過以上玻璃潤滑劑的化學(xué)成分對(duì)摩擦系數(shù)的影響試驗(yàn)研究可以得到以下結(jié)論：摩擦系數(shù)的最大值是在采用三元系玻璃時(shí)得到的。在三元系組分的玻璃中，摩擦系數(shù)的最小值依次為：CT3鋼試樣鐓粗時(shí)為0.1，06Cr18Ni11Ti不銹鋼試樣鐓粗時(shí)為0.14,而Ni55WMoTiCoAl合金為0.2.在三元系玻璃中加入B2O3(II系列），使摩擦系數(shù)平均減小30%~50%.在四元系玻璃中加入Al2O3,以部分取代其中的SiO2(II系列），引起摩擦系數(shù)的明顯下降。在多元玻璃中加入BaO(IV系列），對(duì)摩擦系數(shù)的下降影響最明顯。在采用以上系列玻璃的條件下，記錄到摩擦系數(shù)的最小值，對(duì)CT3鋼為0.05;1Cr18Ni10Ti為0.08;而合金Ni55WMoTiCoAl為0.1。
雖然各組材料的摩擦系數(shù)的水平有某些差異，但由于玻璃潤滑劑的采用，其數(shù)值的降低基本上是相同的，約為80%。
加入氧化物B2O3和BaO時(shí)，摩擦系數(shù)明顯下降與這些玻璃潤滑劑在金屬表面上的“潤濕性”和“流動(dòng)性”的提高有關(guān)，這是因?yàn)槠溆欣谛纬赏暾倪B續(xù)的隔離膜。
與石墨一油潤滑劑相比較，幾乎所有的玻璃潤滑劑都表現(xiàn)出更高的減摩性能。三元系玻璃潤滑劑在鐓粗合金Ni55WMoTiCoAl時(shí)，則是例外。采用多元系玻璃潤滑劑代替石墨－油潤滑劑的結(jié)果，摩擦系數(shù)的降低依次為：碳素鋼CT3鐓粗時(shí)達(dá)65%;不銹鋼06Cr18Ni11Ti為55%; 鎳合金Ni55WMoTiCoAl為45%.
