Разработка новых составов связок

Разработка новых керамических связок была, прежде всего, обоснована необходимостью создания инструмента, обеспечивающего работу' со скоростью 60 м/с и более, расширением диапазона твердости, номенклатуры кругов и их размеров (в том числе высот). В целях повышения механической прочности абразивного черепка в состав связки вводили дацитовый порфир, вес. %: каолин — 35—20, полевой шпат — 30−10, боросиликатная фритта— 15−20, дацитовый порфир — 20—25 [45).

В абразивную смесь вводят микропорошок М10-М20, и масса имела следующий состав, вес. %: керамическая связка — 7—13,5, жидкое стекло 3,5— 4,5, декстрин — 1−2, микропорошок М10-М20— 3,5−11, абразивное зерно — остальное, что позволило получить механическую прочность на изгиб обожженного черепка, равную 63−59 МПа, и изготавливать инструмент с рабочей скоростью 70—80 м/с |46|.

Керамическая связка имеет состав, вес. %: каолин — 40−95, борная фритта — 4−40, тальк — 1—20 (47].

Для обеспечения стабильности качества борлитиевых связок, расширения интервала появления жидкой фазы связки авторы [48) ввели в состав связки борлитиевую фритту, а для увеличения механической прочности абразивного черепка — криолит, при этом связка имеет следующий состав, вес. %: полевой шпат — 15−60, огнеупорная глина — 0,1−40, литийборосиликатная фритта — 15−60, криолит —5—15.

Авторами [49] уточнен состав боросиликатной фритты и связки, вес. %: полевой шпат — 40−30, огнеупорная глина (каолин) — 20, борлитиевая фритта — 30—40, криолит— 10, что позволило увеличить прочность абразивного черепка из белого электрокорунда на 10−20% и обеспечило изготовление абразивного инструмента определенных зернистости и твердости с рабочей скоростью до 80 м/с.

По данным Ф. И. Фрсйдлина в табл. 2.35 представлены физико-механические свойства образцов, изготовленных с применением стеклоэмалей (табл. 2.36) (состав связки, вес. %: огнеупорная глина — 30−40, стеклоэмаль — 30−60, полевой шпат — 40).

Анализ данных табл. 2.35 показывает, что высокие показатели прочности получены на образцах со связкой из безгрунтовой эмали БГ (до 42 МПа), что позволяет использовать эту связку для инструмента с рабочей скоростью 80 м/с.

Патенты на стеклокерамические связки, которые можно использовать в качестве связующих для абразивного инструмента, принадлежат в основном фирме Corning Class Works (США) [50−55].

Материал состоит преимущественно из а-кварца и сапфирина 4Mg0−5Al₂0₃ Si0₂ [50]. Твердость материала по Кнупу — более 800, предел прочности на изгиб — 176−422 МПа. Содержание кристаллической фазы в материале составляет более 75%. Кристаллическую фазу получают местной кристаллизацией стеклоизделия, состоящего из следующих компонентов, %: оксид магния — 10—16, оксид бора — 0,5—3,5; оксид алюминия — 20—28, диоксид кремния — 44−58, диоксид титана — 3−9 и диоксид циркония — 3—7. Причем суммарное содержание диоксидов титана и циркония должно составлять 8—13.

При варке стекла [51] дополнительно в качестве кристаллизующих добавок могут быть введены оксиды мышьяка и сурьмы в количестве до 2 %. Стеклоизделие проходит тепловую обработку: стадию зародышеобразования при 750−845 °С в течение 1—6 ч и стадию кристаллизации при 875—1100 °С в течение 1−8 ч.

По патенту [521 в состав стеклокерамики входит по крайней мере одна из основных кристаллических фаз, содержащая ориентированные кристаллы, например твердые растворы на основе фторфлогогшта; слюду, содержащую щелочно-земельный металл и фтор; производные ортокремниевой кислоты и фторированной слюды, а также фторамфибол. Кристаллы указанных фаз равномерно распределены в матрице из стекла.

По патенту [53] состав стеклокерамики, вес. %: диоксид кремния — 48— 75, оксид магния — 5—27, фторид магния — 4−13, оксид алюминия — 0−15,.

Физико-механические свойства образцов из электрокорунда белого марки 25А зернистостью 40 шестой структуры, 10 вес. ч. связки.

Таблица 2. 36.

Химический состав стеклоэмалей.

оксид бария — 0—10, оксид кальция — 0—15, оксид натрия — 4—16 и оксид лития — 3−10.

По патентам [54, 55] керамика состоит, вес. %: диоксид кремния — 52—.

78,4, оксид алюминия— 12,8—27,5, оксид лития — 2,4—7, оксид цинка — 0,25—6,7, кристаллизующая добавка — 3—9. В качестве добавки применяется смесь диоксидов титана и циркония, причем диоксид циркония составляет 0,25—2,8 вес. %. В состав также можно вводить, вес. %: оксид сурьмы — 0,30 и Fe₂0₃ —0,45.

По патенту [56] используется керамическое стекло, имеющее предел прочности на разрыв более 70 МПа и состоящее из следующих компонентов, вес. %: диоксид кремния — 55−80, оксид алюминия — 12−27, оксид лития — 3,2—7,6 и кристаллизующая добавка — 3—9.

Рис. 2.15. Оптимальный вариант термообработки круга.

Автором (57] исследована системы стекол Mg0-Al₂0₃—Si0₂—'Ti0₂ и CaO— Al, 0₃-Si0₂-Ti0₂, которые находятся в полях первичной кристаллизации минерала кордиерита и шпинели, ТЮ₂ вносится как инициатор кристаллизации.

Оптимальный вариант термообработки круга представлен на рис. 2.15. Полученные результаты прочности на изгиб (20 МПа) в зависимости от содержания ТЮ₂ и вида термообработки подтверждают возможность применения стеклокерамических материалов как связки для абразивных инструментов. Установлено также, что дополнительное включение каолина в состав связки повышает прочность, так как вносится первичная кристаллическая фаза и связанная с термической обработкой каолина «муллитизация».

Получение и использование стеклокристаллических материалов в качестве связки для абразивного инструмента связано с рядом особенностей:

дополнительное влияние на кристаллизационную способность связки за счет повышения концентрации А1₂0₃ в результате растворения корунда связкой (т. е. изменение фазового состава);

использование предварительно ситаллизированной связки не гарантирует сохранения ее первоначальной структуры в процессе формирования абразивного черепка;

требуется специальный режим обжига [58].

Первое применение ситаллов в отечественной практике приводится в работе [59]. Авторы использовали в качестве связок высокопрочные стеклокристаллические материалы — ситаллы (кристаллизующие стекла № 1—2, выпускаемые промышленностью), опытную ситалловую связку и для сравнения связку К5.

Физико-механические свойства образцов из электрокорунда марок 25А40 и 16 представлены в табл. 2.37 (увлажнение формовочной смеси поливинилацетатной эмульсией с добавкой сухого декстрина) и в табл. 2.38 (увлажнение растворимым стеклом).

Из данных табл. 2.37 следует, что образцы на ситалловых связках № 1 и 2 оказались менее прочными по сравнению с контрольными образцами, что объясняется образованием крупных кристаллов в связке в процессе термической обработки.

Значительное (на 40−50%) повышение прочности образцов на разрыв и изгиб, а также модуля упругости (в среднем на 15%) достигается при использовании опытной ситалловой связки СТВ. Оно наиболее ярко выражено на относительно мягких изделиях. В некоторых случаях образцы, изготовленные на связке СТВ, получались на одну степень тверже контрольных образцов. Наблюдается повышение и модуля упругости в среднем на 15% (табл. 2.38).

Экспериментальная проверка эксплуатационных свойств шлифовальных кругов на ситалловой связке СТВ проводилась при круглом (1400×32×203 24А 40С Кб) и плоском (1250×20×75 24А 40 СМ² Кб) шлифовании закаленных сталей (45 и ШХ15) на станках модели ЗА 1534 и ЗГ71 при следующих режимах:

для круглого наружного шлифования — v_Kp = 35 м/с, у_дет = 28 м/мин, $_кр = = 2 м/мин, / = 0,02 мм/ход (режим 1) и / = 0,01 мм/ход (режим 2);

для плоского шлифования — v_Kp = 35 м/с, у_дет = 13 м/мин, $_кои = 4 мм/ход, / = 0,02 мм (режим 1) и ,$_пон = 2 мм/ход, t = 0,015 мм (режим 2).

При шлифовании закаленных сталей (45 и ШХ15) стойкость кругов на ситалловой связке СТВ в среднем на 40% выше стойкости инструмента на стекловидной связке К5 [60]. Например, при шлифовании закаленной стали (45) со скоростью 60 м/с на круглошлифовальном станке ЗА153У стойкость круга увеличивается в 1,5 раза, износ его уменьшился в 1,8 раза, а частота шероховатости поверхности повысилась на один класс.

• [1] Структура № 6.
• [2] Структура № 6.
• [3] Структура № 6.
• [4] Структура № 6.
• [5] Структура № 5.