Разработка керамических связок и способов упрочнения кругов повышенной твердости и прочности

Для абразивной обработки в ряде случаев требуются шлифовальные круги на керамической связке повышенных твердости и прочности. Изготовление таких кругов по обычной технологии затруднено или невозможно вследствие того, что в кругах из электрокорунда твердостью СТЗ и выше увеличение содержания связки (для повышения твердости) приводит к ее вытеканию и деформации круга, а в кругах из карбида кремния — к браку «черное пятно» (продукта разложения SiC). Поэтому структуру круга уплотняют, не увеличивая содержания в нем связки, а корректируя ее состав, либо повышают огнеупорность связки за счет изменения ее шихтового состава, либо разрабатывают новые связки.

В табл. 2.54—2.55 представлены составы керамических связок для изготовления твердых и прочных кругов и физико-механические свойства образцов, изготовленных на этих связках.

В составах № 1 (К20) и № 2 (К 15) по сравнению со связкой К5 уменьшено содержание боросиликатной фритты, увеличена огнеупорность связки с 1140— 1160 до 1230−1300 °С, что обеспечило уменьшение деформации образцов, в то же время прочность обожженных образцов позволяет изготовлять круги с рабочей скоростью 50−60 м/с.

Авторами [75] разработана связка К50 с борокальциевой фриттой определенного химического состава, введение которой повышает реакционную активность связки к зерну электрокорунда, механическую прочность изделия на уровне высокорсакционной связки К43 и в то же время обеспечивает сохранение структуры абразивного черепка при обжиге, т. е. деформации изделия не происходит. Связка имеет следующий химический состав, вес. %: SiO, 38,0—.

• 22,0, А1₂0₃ 14,5−15,5, В₂0₃ 25,0−35,0, СаО 12,5−17,5, Na₂0 6,5−7,5, К₂0 2,5-
• 3,5 при соотношении В₂0₃/Са0 — 2.

Авторами [76] разработан состав связки с применением волластонитового концентрата № 4 (К 12). При нагревании шихта с волластонитом расплавляется лишь частично, нерасплавившиеся остатки волластонитовых иголок создают Таблица 2.5 4.

Шихтовой состав и свойства керамических связок.

Физико-механические свойства абразивных образцов шестой структуры.

плотный каркас, препятствующий изменению прежнего объема, за счет структуры волластонита уменьшается усадка изделия. При охлаждении изделий происходит дальнейшая кристаллизация и скрепление между собой иголок волластонита. При этом связка реакционноспособная, и при взаимодействии ее с абразивным зерном обеспечивается достаточная механическая прочность. Следует учесть, что количество связки, декстрина и жидкого стекла в кругах на связке К12 содержится меньше на 20−25%, чем в кругах, например, на связке К5 или К20. Связка К12 обеспечивает выпуск инструмента степенью твердости Т1 и выше без изменения линейных размеров и деформации.

Рис. 2.22. Схема построения унрочненного черепка:

а, б, в — зерна шлифматериала основной зернистости; г, д, е — зерна шлифматериала заполнителя; /, 3, 5— основные мостики связки; 2, 4—дополнительные мостики связки Эксплуатационные показатели абразивного инструмента на связках К20, К15, К50, К12 находятся на уровне либо инструмента, изготовленного на связках К5, К43, либо выше на 20—30%.

Авторами [77, 78] повышение прочности и твердости абразивного черепка достигалось введением в формовочную смесь абразивных зерен более мелкой фракции, позволяющей увеличить число контактов зерен со связкой (рис. 2.22).

В табл. 2.56 приведены зернистости шлифматсриала и заполнителя пустот в круге, позволяющие получить наиболее плотную упаковку при смешивании с основным шлифматсриалом данной зернистости.

Из данных табл. 2.57 следует, что по мере уменьшения размеров зерен основного материала максимальное содержание зерен заполнителя должно, Таблица 2. 56.

Соотношение зернистостей основного материала и заполнителя.

Состав абразивных смесей.

с одной стороны, увеличиваться вследствие роста объема пустот, а с другой — уменьшаться из-за повышения сил внутреннего трения в массе смеси.

Результаты испытаний физико-механических свойств образцов, изготовленных с использованием одной и двух зернистостей, представлены в табл. 2.58, из которой следует, что введение в смесь дополнительно шлифматериала более мелкой зернистости приводит при одинаковом количестве связки к увеличению твердости на одну-две степени и прочности на изгиб от 5 до 60% при содержании связки 17 и 22 мае. ч. на 100 мае. ч. зерна.

Таблица 2. 5 8.

Физико-механические свойства образцов из белого электрокорунда.

Применение шлифматериалов двух зернистостей способствует изменению структуры черепка (рис. 2.23), что позволяет повысить стойкость абразивных кругов до полного износа на 30−33% по сравнению с аналогичным показателем кругов из шлифматериала одной зернистости при сохранении качества обрабатываемой поверхности (табл. 2.59).

Рис. 2.23. Микроструктура черепка, изготовленного из белого электрокорунда зернистостью 40 (каркас) и 8 (заполнитель):

/— зернистость 40; 2— зернистость 8; 3— норы; 4— керамическая связка (увеличение х 150).

Таблица 2.5 9.

Результаты испытаний шлифовальных свойств опытных кругов.

Примечание. В числителе приведена стойкость инструмента между правками, в знаменателе — до полного износа.

Таким образом, использование шлифматериалов двух зернистостей (для каркаса и заполнителя) позволяет повысить твердость, прочность и эксплуатационные показатели кругов без увеличения количества связки. Эта возможность определяет новые направления совершенствования технологии производства скоростных кругов с упрочненной центральной частью.