Производство формокорунда. 
Материаловедение. 
Том 1. Абразивные материалы

Среди спеченных абразивных материалов наибольшее распространение получили материалы на основе А1₂0₃, названные формокорундом (шлифматериал, зерна которого в основном имеют цилиндрическую или призматическую форму). Метод спекания калиброванных абразивных зерен из А1,0₃, имеющих форму цилиндров или призм, с использованием в качестве исходного сырья смеси татарского боксита и технического глинозема в соотношении 1: 2,3 был опробован В. А. Лотовым [4]. Принципиальная технологическая схема такого метода спекания абразивного материала на основе А1₂0₃ представлена на рис. 2.52, согласно которой боксит подвергался последовательно грубому, среднему и мелкому дроблению, затем, после смешивания в заданном соотношении с техническим глиноземом, сверхтонкому мокрому или сухому измельчению. Тонкоизмельченная смесь увлажнялась водой до тестообразной пластичной массы, которая проминалась и вакуумировалась, после чего из нее формовались заготовки диаметром 2—4 мм и высотой 4—6 мм. Отформованные заготовки высушивались при температуре 420−470 К и затем обжигались (спекались) при температуре 1670—1820 К. Обожженные заготовки характеризовались следующими параметрами:

Диаметр и длина заготовок соответственно, мм…1—2 и 1—8.

Плотность, кг/м³…3580−3610.

Объемная усадка, %…24−25.

Истинная пористость, % …4—6.

Прочность при изгибе, ГПа…0,6−0,8.

Прочность при сжатии, ГПа…1,7—1,8.

Микротвердость, ГПа… 18—22.

Микроструктура материала, получаемого по такой технологической схеме, отличается микрокристалличностью, равномерной зернистостью и высокой плотностью и прочностью.

В табл. 2.36 представлены химический состав и плотность отечественного формокорунда, полученного из смеси боксита и технического глинозема, по сравнению с зарубежными образцами аналогичного материала.

Анализ данных табл. 2.36 показывает, что основной кристаллической фазой в формокорунде служит корунд, в небольших количествах содержатся муллит, герцинит и рутил, благодаря которым ограничивается рост кристаллов А1₂0₃ (нс превышая несколько микрон), что обеспечивает высокую механическую прочность спеченного материала.

В работе |6| для производства формокорунда предложен технологический процесс, согласно которому сырьем мог>т служить гидрат алюминия, высокоглиноземистые бокситы с содержанием в них А1₂0₃ 80—85%, глинозем, мелкозернистые отходы от производства глинозема размером частиц 2−3 мкм. В качестве пластифицирующих добавок используют бентонитовые глины по.

Рис. 2.52. Технологическая схема процесса производства формокорунда по [4, 6).

Химический состав и плотность абразивного материала типа формокорунда отечественного и зарубежного производства

ГОСТ 7032–75 с размером частиц 1 мкм, обеспечивающие необходимые пластичные свойства массы в процессе ее формования, прочность заформованной заготовки и улучшение процесса спекания за счет создания жидкой фазы в процессе обжига. Схема аппаратурного оформления технологического процесса получения формокорунда, предложенного в работе [6|, показанная на рис. 2.53, предусматривает поступление исходных материалов из бункера 2 в шаровую мельницу 1 мокрого помола, где происходит приготовление шликера с размером частиц менее 5 мкм и содержанием влаги в пределах 60—70%. Приготовленный шликер из шаровой мельницы 2 подается в пропеллерную мешалку J, служащую накопителем, и затем направляется на обезвоживание в фильтропресс 4, в котором происходит фильтрация, после которой полученные коржи, содержащие 32—26% влаги, передаются на тележку 5, а из нее в вакуум-мялку 6, из которой отвакуумированные заготовки поступают на поддон 7, с помощью которого они транспортируются на мундштучные гидропресса 8. На мундштучных гидравлических прессах с помощью различных фильерных вставок производится экструдирование заготовок определенных технологией размеров, которые высушиваются при температуре 200 °C в проходном сушиле 9. Высушенные заготовки поступают на резательную машину 10, производящую их резку до размеров, требуемых для получения формокорунда определенной марки. Приготовленные нужного размера заготовки после резательной машины 10 через бункер полуфабриката с питателем 11 передаются во вращающуюся печь для спекания 12, а из нее попадают в барабанный холодильник 13 для их охлаждения. Термообработанные и охлажденные зерна формокорунда проходят контрольный рассев, контроль ОТК, затем упаковываются и передаются на склад готовой продукции.

Рассмотренный технологический процесс получения формокорунда имеет следующие преимущества перед выплавкой электрокорундовых абразивных материалов в дуговых электропечах: 1) позволяет исключить плавку и сложные физико-химические восстановительные процессы, ее сопровождающие; 2) позволяет получать материалы заданных размеров и форм без дробления.

CD.

СО.

Рис. 2.53. Схема аппаратурного оформления технологического процесса производства формокорунда по данным |6]:

/— шаровая мельница; 2 — бункеры для исходных материалов; 3 — пропеллерная мешалка; 4 — фильтропресс; 5— тележка; 6— вакуум-мялка; 7— поддон; 10 — резательная установка; // — бункер полуфабриката с питателем; 12— вращающаяся печь; 13— барабанный холодильник и измельчения готового продукта; 3) позволяет обеспечить высокий уровень механизации и автоматизации производства.

Обладая высокой прочностью, микрокристаллической плотной и равномерно-зернистой структурой, формокорунд используется при изготовлении абразивного инструмента для силового обдирочного шлифования; при обработке сложнолегированных сталей и ряда марок сплавов может соперничать с циркониевым электрокорундом.

Таблица 2. 3 7.

Характеристики спеченных материалов на основе абразивного материала корунда

* Прочность на растяжение 320 МПа.

Разработка методов активированного спекания корунда путем использования тонкодисперсных порошков, предварительного обжига глинозема при различных температурах и введение добавок позволяют существенно расширить состав и области применения материалов на основе А1₂0₃, получаемых методом спекания. Такие материалы находят применение не только при изготовлении абразивного инструмента, но и как износостойкие изделия конструкционного назначения, успешно работающие в абразивсодержащих и химически активных средах [4, 21—24). Основные технические характеристики этих материалов приведены в табл. 2.37.