Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРООСАЖДЕННОГО Fe-Mn ПОКРОВНОГО СЛОЯ НА ТРЕНИЕ И КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ ЛИСТОВЫХ СТАЛЕЙ С ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМ Zn-Fe ПОКРЫТИЕМ ДЛЯ АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ

Для сталей с Zn—Fe покрытиями, применяемыми в автомобилестроении, существуют такие проблемы, как образование трещин при штамповке и косметическая коррозия внешних панелей, что обусловлено низким содержанием железа в электроосажденном слое. Для решения утих проблем применяли способ нанесения электролитического Fe—Mn покровного слоя на листовую сталь с электроллитическим Zn—Fe покрытием. Трение и стойкость к косметической коррозии сталей с Zn—Fe покрытием ухудшаются при содержании железа в покрытии менее 14 %. Однако положение можно заметно улучшить в результате нанесения тонкого покровного электролитического Fe—Mn слоя. В частности, показано улучшение работоспособности материала для автомобильных панелей при содержании марганца в покровном слое в пределах 15—20 % и его массе более 3 г/м2.

В последние годы для повышения долговечности автомобильного кузова масск покрытия из сплавов цинка увеличилась с 20—40 до 40—80 г/м2. Однако для улучшения внешнего вида масса покрытия на внешней стороне наружных панелей автомобиля должна быть в пределах 20—35 г/м2. Штампуемость и стойкость к косметической коррозии сталей с Zn—Fe покрытием, производимых на агрегате электролитических покрытий и используемых для наружных панелей, ухудшается по сравнению с другими деталями, так как содержание железа в электроосажденом слое на внешней стороне ниже, чем на внутренней стороне или на внутренних деталях из-за более низкой плотности тока при электролитическом осаждении покрытия [1]. Для решения этой проб-лемы на сталь с Zn—Fe покрытием наносили Fe—Mn слой и оценивали его влияние на трение и стойкость к косметической коррозии.

Эксперимент

В качестве основы применяли сталь с Zn- Fe электролитическим покрытием. Покровный Fe—Mn слой наносили на образцы размером 100x200x0,75 мм. Количество марганца в слое регулировали с помощью содержания ионов марганца в электролите.

Стойкость к косметической коррозии оце-нивали с помощью измерения ширины отслоения лакокрасочного слоя (нанесенного катофоре- зом на фосфатный слой по методике автозаводов) от крестообразного надреза основы. Испытания проводили в камере солевого тумана (SST) в течение 800 ч и циклических коррозионных испытаний (ССТ) в течение 50 циклов (7 циклов: SST, 18 ч - погружение в 5%-ный солевой раствор при 35 °С (2 ч); 5 % 35 °С — комнатная температура (2 ч) с понедельника по пятницу и SST в субботу и воскресенье).

Трение оценивали методом измерения дина-мического коэффициента трения с использованием вытяжного буртика. На рис. 1 приведена схема прибора^ который был модифицирован для односторонних измерений коэффициента трения по модели, использованной в работе [2]. Размеры образцов 45x200 мм, материал буртика — инструментальная сталь SK1. Перед измерением на буртики и образцы равномерно наносили эталонную смазку с низкой вязкостью 2.7 Centistoke, которую используют в прессовых цехах. После установки образца между матрицей и пуансоном его протягивали с постоянной скоростью 200 мм/мин. Чтобы получить величину динамического коэффициента трения для одной стороны полосы, проводили два вида испытаний.

Во-первых, использовали роликовый буртик в качестве пуансона и фиксированный буртик в качестве матрицы для измерения усилия прижима Nf и суммарного усилия протяжки Г/, необходимого для пластической деформации и динамического трения.

Во-вторых, не имеющие трения роликовые буртики использовали для определения усилия протяжки Тг, необходимого только для плас-тической деформации. Глубина проникновения буртика оставалась постоянной величиной (9,53 мм). Динамический коэффициент трения определяли по формуле:

М = (Г/ — Tr)/nNf.

Результаты и обсуждение

Изучено изменение стойкости к косметиче-ской коррозии образцов с однослойными Zn—Fe покрытиями и двухслойными Fe—Mn/Zn—Fe покрытиями в зависимости от содержания железа в Zn—Fe слое при SST в течение 800 ч. Стойкость к косметической коррозии стали с однослойными Zn—Fe покрытиями увеличивается с повышением содержания железа в слое. Однако это улучшение более заметно для двухслойных покрытий. Хотя содержание железа в Zn-Fe слое было менее 14 %, стойкость к косметической коррозии стали с двухслойными покрытиями повысилась или оставалась ста-бильной. Изучали также влияние содержания марганца в покровном слое стального листа с двухслойными покрытиями на стойкость к кос-метической коррозии при SST в течение 600, 800 и 1000 ч и при ССТ в течение 30, 40 и

50 циклов. При содержании марганца более 15 % в покрытии массой 5 г/мм2 наблюдали наиболее высокую стойкость к косметической коррозии. Это можно объяснить тем, что продукты коррозии замедляют скорость корродирования, так как представляют собой плотный гидрооксидный слой.

Влияние массы покровного слоя на стойкость к косметической коррозии образцов с двухслойными покрытиями изучали при ССТ. Максимальная ширина отслоения лакокрасочного покрытия уменьшается при увеличении массы покровного слоя до Зг/мм2, а дальнейшее повышение толщины покровного слоя приводит к еще более существенному повышению стой-кости к косметической коррозии, что объясняется более эффективной защитой Zn—Fe подслоя


Как показано на рис. 2, динамический коэффициент трения уменьшается с увеличением содержания железа в Zn—Fe подслое как для стали с однослойным покрытием, так и для стали с двухслойным Fe—16 % Mn/Zn—Fe покрытием массой 5г/м2. Это можно объяснить по- • вышением твердости поверхности с повышением содержания железа в слое либо наличием двойного слоя.

На рис. 3 показано изменение динамического коэффициента трения в зависимости от массы покровного Fe—16% Мл слоя. Динамический коэффициент трения уменьшается с увеличением массы покровного слоя. Однако при массе покровного слоя выше Зг/м2 динамический коэффициент трения изменяется незначительно, поскольку в этом случае твердый верхний слой достаточно надежно покрывает нижний подслой.

На рис. 4 представлена морфология по-верхностей покрытий после протяжки через буртик. Следы реформации, вызванные трением, более заметны на цинковом и Zn—Fe по крытиях, чем на двухслойном Fe—Mn/Zn—Fe по-крытии. Чем тверже поверхность слоя и ниже динамический коэффициент трения, тем меньше площадь налипания в процессе трения (рас-пределение твердости слоев: Fe—Mn>Zn—Fe>Zn). Этим объясняется то, что налипание между твердым покрытием и буртиком в процессе протяжки затруднено.

Трение и стойкость к косметической коррозии стали с Zn—Fe покрытием ухудшаются при содержании железа менее 14%. В то же время свойства можно существенно повысить путем нанесения тонкого покровного Fe—Мп слоя. Даже если содержание железа в подслое ниже 14 %ч стойкость к косметической коррозии и формуемость листовой стали с электролитическим Zn—Fe покрытием могут быть улучшены или уравновешены путем нанесения тонкого электролитического Fe—Мп слоя на Zn—Fe покрытие. В частности, показано улучшение работоспособности материала для автомобильных панелей при содержании марганца в покровном слое в пределах 3.5—20% и его массе более Зг/м2.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 5, Москва 1994

Экспертиза

на главную