Le savon réactif réagit avec la couche de phosphate pour former un savon de zinc ; le savon neutre laisse un film physique. Lequel convient à quelle ligne se décide selon la vitesse de tréfilage, le taux de réduction, le diamètre du fil et ce que le fil doit subir après tréfilage.
Quand on parle de durée de vie des filières sur une ligne de tréfilage, la discussion porte généralement sur le matériau de la filière, l'angle du cône ou la vitesse de tréfilage. Pourtant, ce qui est réellement en contact dans la zone d'entrée de la filière n'est souvent pas l'acier mais un mince film de savon entraîné par le fil. Si ce film est assez épais, assez continu et assez résistant à la température et à la pression de cette zone, le contact métal-métal ne se produit jamais. Dès que le film se déchire, usure, collage et rayures de surface commencent en même temps. Le choix du savon de tréfilage n'est donc pas une décision de consommable, mais une décision de durée de vie des filières.
En pratique, les savons utilisés en tréfilage à sec se répartissent en deux familles : les savons réactifs, qui réagissent chimiquement avec la couche de phosphate, et les savons neutres, qui ne laissent qu'un film physique en surface. Pour savoir ce qu'est un savon de tréfilage et comment il fonctionne, voir qu'est-ce qu'un savon de tréfilage. Aucune famille n'est meilleure dans l'absolu ; la vitesse de ligne, la réduction par filière, le diamètre de fil et ce que le fil subira après tréfilage déterminent la bonne famille. Cet article compare les deux à travers la gamme de savons de tréfilage Kimkal, explique l'effet du choix du savon sur l'usure des filières et la nettoyabilité, et se termine par une liste de contrôle pour que production et achats décident sur les mêmes critères.
Le savon n'agit pas seul ; il repose sur le résultat des deux étapes qui le précèdent. L'enchaînement type d'une ligne de préparation du fil machine est :
Le point critique est que les troisième et quatrième étapes dépendent l'une de l'autre. La couche de phosphate se comporte comme une éponge poreuse qui retient le savon ; elle entraîne le savon dans la filière et le maintient en place sous la pression interne. Si le poids de couche est faible ou la structure cristalline grossière, le savon ne s'accroche pas et le film s'amincit dès la première filière. Augmenter alors la consommation de savon masque le symptôme un temps sans supprimer la cause.
Les savons réactifs sont principalement des savons de sodium. Au contact d'une surface phosphatée, ils subissent une réaction de substitution avec le zinc de la couche et forment un savon de zinc en surface. Le fil qui entre dans la filière porte donc une couche lubrifiante liée chimiquement, plus résistante à la température et à la pression élevées. La réaction ayant lieu sur la surface elle-même, le film ne s'arrache pas facilement sous la traction du tréfilage.
Les savons neutres ne réagissent pas notablement avec la couche de phosphate. Ce sont généralement des formulations à dominante calcique qui ne laissent qu'un film physique adhérant mécaniquement. La performance de lubrification dépend largement de l'épaisseur, de la granulométrie et du comportement à la fusion de ce film. En contrepartie, le film n'étant pas lié chimiquement, il s'élimine plus facilement de la surface après tréfilage. Le tableau ci-dessous compare les deux familles sous l'angle de la décision.
| Critère | Savon réactif | Savon neutre |
|---|---|---|
| Relation avec la couche de phosphate | Réagit avec le zinc, forme un savon de zinc en surface | Ne réagit pas, laisse un film physique |
| Type de savon de base | Principalement savons de sodium | Principalement savons de calcium |
| Adhérence du film | Liaison chimique ; plus stable sous traction | Adhérence mécanique ; dépend de l'épaisseur et de la granulométrie |
| Vitesse élevée / forte réduction | Plus adapté ; forte capacité de portage du film | Limité ; risque d'amincissement du film sur les passes sévères |
| Consommation de la couche de phosphate | Consomme la couche par réaction ; le poids de couche doit être bien choisi | Ne consomme pas la couche |
| Nettoyabilité après tréfilage | Plus difficile ; le résidu de savon de zinc est lié à la surface | Plus facile ; largement éliminé par lavage alcalin |
| Avant traitement thermique / soudage / revêtement | La gestion des résidus doit être prévue | À privilégier |
| Usage type | Tréfilage sévère, lignes multipasses, forte réduction totale | Passes légères, fil fin, produits exigeant ensuite une surface propre |
Sous la distinction réactif/neutre se trouve le métal de base du savon. Chimiquement, un savon de tréfilage est le sel d'un acide gras — généralement l'acide stéarique — et d'un métal, et le métal choisi gouverne tout le comportement du savon. En pratique, « réactif ou neutre » est donc une autre forme de la question « sodium ou calcium ».
Le stéarate de sodium est soluble dans l'eau, ramollit à température relativement basse et attire l'humidité. Le stéarate de calcium est insoluble dans l'eau, supporte une température plus élevée et ne reprend pas l'humidité. Ces deux ensembles de propriétés expliquent tout, du comportement dans la boîte à savon au nettoyage après tréfilage.
| Propriété | Stéarate de sodium | Stéarate de calcium |
|---|---|---|
| Solubilité dans l'eau | Soluble | Insoluble |
| Comportement à la fusion | Ramollit à température relativement basse | Supporte une température plus élevée |
| Reprise d'humidité | Hygroscopique ; peut prendre en masse en stockage humide | Ne reprend pas l'humidité ; stable au stockage |
| Relation avec la couche de phosphate | Réagit avec le zinc (réactif) | Ne réagit pas (neutre) |
| Formation du film | Couche liée chimiquement en surface | Film physique retenu mécaniquement |
| Vitesse élevée / chaleur | Résistant grâce au produit de réaction | Dépend de sa propre stabilité thermique |
| Élimination du résidu | Difficile ; le savon de zinc formé est insoluble dans l'eau | Facile ; un lavage alcalin suffit généralement |
En pratique, un savon à base unique est rare. Une part importante des formulations commerciales sont des mélanges de savons de sodium et de calcium, qui visent un point entre résistance du film et nettoyabilité. Outre le rapport de mélange, la chaux, les dérivés du borax, les agents d'écoulement et les additifs anti-poussière façonnent le comportement. Classer deux produits simplement en « base sodium » et « base calcium » ne suffit donc pas ; il faut aussi se renseigner sur la granulométrie, la teneur en humidité et le système d'additifs.
La pression de contact dans la filière et la chaleur produite par le frottement augmentent ensemble avec la vitesse et la réduction par filière. Quand ces deux variables montent, ce que l'on demande au film de savon change aussi : il ne s'agit plus seulement de glisser, mais de préserver l'intégrité du film à haute température. La couche de savon de zinc produite par un savon réactif est plus stable dans ces conditions. Sur les lignes multipasses à forte réduction totale, pencher vers le réactif est généralement le choix le plus sûr. Pour le détail du mécanisme de frottement et d'échauffement, voir le frottement en formage à froid.
Sur le fil fin, la surface par unité de longueur augmente alors que la quantité de savon transportable est limitée ; un film trop épais à grosse granulométrie provoque alors poussière et dépôts à l'entrée de la filière. Les formulations neutres à granulométrie plus fine et à point de fusion plus bas fonctionnent donc souvent plus proprement aux petits diamètres. Aux gros diamètres et sur les lignes multipasses, la capacité de portage du film prime ; le film formé dans la boîte à savon doit tenir de la première à la dernière filière.
Le paramètre le plus souvent oublié dans le choix du savon est la vie du fil après tréfilage. Si le fil doit être soudé directement, galvanisé, peint ou traité thermiquement sous atmosphère contrôlée, le résidu de savon laissé en surface peut devenir un défaut de procédé : porosité dans le cordon de soudure, perte d'adhérence du revêtement ou pollution de l'atmosphère du four. Dans ces cas, les savons neutres, dont le résidu s'élimine plus facilement, s'imposent. Si le savon réactif reste nécessaire pour la durée de vie des filières, il faut prévoir une étape de nettoyage séparée après tréfilage.
L'usure des filières n'est pas un mécanisme unique ; le choix du savon modifie celui qui domine :
Le moyen le plus mesurable de prolonger la durée de vie des filières est de vérifier la continuité du film avant de changer de filière : en lisant ensemble l'aspect de surface du fil en sortie de filière, l'encrassement du cône et la hausse de température dans la boîte à savon, on peut généralement dire si le problème vient du savon ou de la couche porteuse.
La couche de savon de zinc liée chimiquement d'un savon réactif crée, au nettoyage, un inconvénient issu de la propriété même qui est un avantage pour les filières : le résidu lié à la surface ne part pas aussi facilement qu'un savon neutre sous un simple lavage alcalin. Avec les savons neutres, le résidu est physique ; une étape de dégraissage standard suffit pour la plupart des produits. À côté de « lubrifie-t-il bien », la décision doit poser la question « qui nettoiera ce résidu à l'étape suivante ».
La consommation de savon n'est pas en soi un indicateur de qualité ; c'est le résultat conjoint de plusieurs variables :
Comparer deux savons sur les seuls kilogrammes consommés est donc trompeur. Une comparaison valable se fait au même diamètre de fil et au même programme de réduction, avec le nombre de changements de filière par tonne tréfilée et la qualité de surface. Pour le mécanisme de formation du film, la stabilité du film de savon sec est une lecture complémentaire, tout comme qu'est-ce que la phosphatation pour le fonctionnement de la couche porteuse.
Clarifier ces huit points avant de demander un échantillon réduit nettement le nombre d'essais :
Une fois ces points renseignés, le choix entre réactif et neutre s'impose presque de lui-même sur la plupart des lignes. Les documents techniques et les fiches produit sont communiqués sur demande via notre centre de documentation, et contactez-nous pour identifier la bonne référence Kimkal selon les paramètres de votre ligne.
Le savon réactif réagit avec le zinc de la couche de phosphate pour former un savon de zinc à la surface du fil ; ce film est lié chimiquement et résiste mieux à la pression et à la température élevées. Le savon neutre ne réagit pas et ne laisse qu'un film physique adhérant mécaniquement. Cette différence détermine à la fois la puissance de lubrification et la facilité de nettoyage des résidus après tréfilage.
À vitesse de tréfilage élevée, à forte réduction par filière et sur les lignes multipasses sévères, la résistance du film du savon réactif est un atout. Lorsque le fil sera soudé, traité thermiquement ou revêtu après tréfilage et que la propreté de surface est critique, le savon neutre, dont le résidu s'élimine plus facilement, s'impose. La décision doit être prise en tenant compte du diamètre du fil et de la configuration de la ligne.
La couche de phosphate de zinc joue le rôle de couche porteuse qui retient le savon dans sa structure cristalline poreuse. Sans elle, le savon ne peut pas être entraîné dans la filière ni rester en place sous la pression ; le film s'amincit dès la première filière et conduit au contact métal-métal. Le poids de couche et l'équilibre du bain sont donc des conditions préalables à la performance du savon.
Pas toujours. La consommation résulte de nombreuses variables : poids de couche, réduction totale, vitesse de tréfilage, diamètre du fil, température de la boîte à savon et contamination résiduelle en surface. Vérifier le poids de couche de phosphate, l'équilibre acide du bain et l'efficacité du dégraissage avant de changer de type de savon mène généralement plus vite à la réponse.
Le savon de tréfilage est un lubrifiant sec à base de savons métalliques qui forme un film lubrifiant entre la filière et le métal en tréfilage de fil et étirage de profilés. Ce n'est pas un savon de nettoyage soluble dans l'eau, mais un consommable qui s'accroche à la couche de phosphate et forme un film sous la pression et la chaleur.
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