Склад маси скловмісного зв’язуючого надтвердого матеріалу

Реферат: Склад маси скловмісного зв'язуючого надтвердого матеріалу містить стекла свинцевоцинкової (PbO-ZnO-B2O3-SiO2) та боросилікатної (Na2O-B2O3-TiO2-SiO2) систем. До його складу введені наповнювачі у вигляді тугоплавких оксидів ТіО2, Аl2Оз, ZrO2. UA 117880 U (12) UA 117880 U UA 117880 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області виробництва абразивного інструменту, що призначений для шліфування легованих і загартованих важкооброблюваних сталей та залізовуглецевих сплавів на операціях внутрішнього, плоского та врізного шліфування. В зв'язку зі зростаючим попитом різних галузей промисловості, зокрема машинобудівної, приладобудівної, авто- та літакобудування, в інструментах із НТМ на керамічних зв'язках для обробки новітніх матеріалів питання створення нових класів інструментів з новими конструкційними рішеннями є актуальним. Основою більшості керамічних зв'язуючих є стекла різного хімічного складу. Від їх властивостей в значній мірі залежать властивості та працездатність абразивних інструментів. Інструменти із кубічного нітриду бору (cBN) на склокристалічних зв'язуючих завдяки комплексу властивостей (висока зносостійкість, низький коефіцієнт тертя, висока теплостійкість та ін.) здатні використовуватися при обробці загартованих сталей і залізовуглецевих сплавів, при грубому, чистовому та фінішному шліфуванні неметалевих матеріалів, суперфінішуванні деталей підшипників і забезпечувати високу продуктивність шліфування та якість обробки. Відомий винахід РФ № 2135344, кл. B24D 3/14, опубл. 27.08.1999 p. ("Абразивный шлифовальный круг и стекловидная связка для него"), який виготовляють з абразивного порошку із плавленого оксиду алюмінію та скловидного зв'язуючого, що характеризується високими фізико-механічними властивостями та дозволяє виготовити інструмент з високими характеристиками утримання кута та форми профілю абразивних кругів при фасонному шліфуванні металевих вузлів. Вихідні матеріали для зв'язуючого переважно містять в собі кентуккську пластинчату глину, нефелін, порошок силікату натрію, карбонат літію, флінт, волластоніт і кобальтову шпінель. Ці матеріали в поєднанні містять такі оксиди: SiO 2, Аl2О3, Fе2О3, ТіО2, СаО, MgO, Na2O, K2O, Li2O, В2O3 і СоО. До складу абразивного круга входить 3-25 об. % зв'язки. Застосування наведеного скловидного зв'язуючого дозволяє підвищити зносостійкість інструменту, зменшити кількість правок його профілю та отримати деталі з точними розмірними допусками. Найбільш близькою за своїми властивостями є зв'язуюче представлене в патенті РФ № 2101164, кл. B24D 3/34; B24D 3/14, опубл. 10.01.1998 p. ("Связка абразивного инструмента"). Це зв'язуюче містить боросилікатне скло, алюміній та наповнювачі міді, титану, цинку, нітриду кремнію. Компоненти застосовують при виготовленні зв'язуючого в наступному співвідношенні, мас. %: боросилікатне скло - 17-50, алюміній - 12-35, мідь -17–40, титан - 0,5-8,0, цинк - 0,5-10,0, нітрид кремнію - 0,5-10,0. В свою чергу, боросилікатне скло має наступний склад, мас. %: SiO240-55, Аl2О3-5-12, Li2O-4,5-10,0, Fe2O3-0,5-2,0, Na2O-4-12, K2О - 2-6, В2О3-10-18, ВаО - 5-10, все інше - домішки з групи оксидів СаО, MgO, TiO 2. Мідь і цинк, введені в зв'язку вищевказаного складу, сприяють підвищенню міцності утримування в ній алмазних зерен, зниженню усадки зв'язки за рахунок утворення однофазного α-твердого розчину цинку в міді. Крім цього, цинк підвищує текучість розчину, пластичність і теплопровідність зв'язки. Титан і нітрид кремнію підвищують різальну здатність алмазного інструменту за рахунок зниження коефіцієнта тертя, а також потужності шліфування. Застосування міді, цинку, титану і нітриду кремнію в сукупності з іншими компонентами дозволяє підвищити утримання абразивних зерен зв'язуючим і підвищити зносостійкість шліфувального інструменту. Недоліком даного рішення є висока енергоємність процесу спікання шліфувальних кругів. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення маси зв'язуючого надтвердого абразивного інструменту. Існує можливість виготовлення зв'язуючого маси абразивного інструменту, що ґрунтується на застосуванні стекол різних оксидних систем. Більшість важливих технологічних стекол є багатокомпонентними. Таке скло при температурі нижчій, ніж температура розм'якшення перебуває в "твердому" стані із замороженою структурою, а поблизу температури розм'якшення -у стані "рівноваги". Відомо, що більшість фізико-механічних властивостей стекол міняються стрибкоподібно при переході від "твердого" стану до стану "рівноваги". В сумішах двох або декількох розм'якшених стекол відбуваються дифузійні потоки іонів, які направлені від міжфазної границі углиб частинок скла. Дифузія є однією із фізико-хімічних властивостей стекол, регулюючи яку можна регулювати фізико-механічні властивості інструментальних композитів. Поєднання суміші стекол в різних багатокомпонентних оксидних системах дозволяє одержувати зв'язки при температурах нижчих, ніж температури для зв'язуючого, до складу якого входить скло однієї системи, що суттєво підвищує енергозбереження і в той же час їх фізикомеханічні властивості (зносо-, теплостійкість, утримання зерен) за рахунок використання склооснови різного хімічного складу. 1 UA 117880 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При виготовлені зв'язуючого варто використовувати легкоплавке свинцевоцинкове скло в суміші з стеклами однієї із силікатних систем на основі оксидів лужних або лужноземельних металів. Оксидні стекла добре змочують одне одного при температурах, що перевищують температуру їх трансформації. В таких склоутворюючих системах розвиваються інтенсивні процеси взаємного проникнення іонів, регулюючи які шляхом використання багатокомпонентних стекол різного складу та температурно-часових режимів їх термообробки можна підвищити фізико-механічні властивості зв'язуючого. Дане рішення варто застосовувати при виготовленні шліфувальних кругів на керамічній зв'язці, призначених для обробки легованих та загартованих важкооброблюваних сталей та залізовуглецевих сплавів на операціях внутрішнього, плоского та врізного шліфування. Шліфувальні круги з cBN на керамічній зв'язці при обробці сталей мають певні переваги перед кругами на металевій та полімерній зв'язках. Вони легко правляться, є можливість регулювання кількості пор та зносостійкості. Такі круги мають значно нижчі сили різання при рівній продуктивності. Шліфування ними призводить до меншого нагріву поверхні, що шліфується. Зв'язуюче кругу має містити стекла свинцевоцинкової (PbO-ZnO-B2O3-SiO2) та боросилікатної (Na2O-В2O3-ТіО2-SiO2) системи, а також наповнювачі у вигляді тугоплавких оксидів ТіО2, Аl2О3, ZrO2. Дані наповнювачі не утворюють скло, але при розчиненні в стеклах не послаблюють, а зміцнюють склоподібну сітку і, відповідно, підвищують фізико-механічні властивості всієї системи. В свою чергу, при введенні в скло системи PbO-ZnO-В2O3-SiO2, яке кристалізується, скла системи Na2O-В2O3-TiO2-SiO2, яке не кристалізується, пік кристалізації першого зсувається в сторону більш низьких температур за рахунок розчинення і дифузії легкоплавких компонентів (катіони лужних металів) другого скла, які стають центрами нуклеації - утворення зародків кристалізації. Останні при подальшому підвищенні температури утворюють нову кристалічну фазу - ларсеніт (PbZnSiO4). Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованою сукупністю ознак і технічними ефектами, які досягаються при її реалізації, полягає у наступному. При виготовленні алмазно-абразивного інструменту, застосовують технологію термопластичного формування, зв'язуюче містить у своєму складі такі компоненти, об. %: порошок свинцевоцинкового скла 50-60 порошок боросилікатного скла 30-40 порошок тугоплавкого оксиду (ТіО2, Аl2О3, ZrO2) 10-20. Вибраний склад компонентів зв'язки відповідає максимальній міцності утримання порошків надтвердих матеріалів у зв'язуючому абразивного шару інструменту. Зернистість порошків свинцевоцинкового скла має бути 20-30 мкм, боросилікатного скла та порошків тугоплавких оксидів - 80-100 мкм, що обумовлено забезпеченням процесу кристалізації свинцевоцинкового скла. Режими виготовлення шліфувальних кругів на скловмісній зв'язці мають становити: - зусилля брикетування - 70-80 МПа; - термообробка при температурі 550±20 °C-1-2 години; - зусилля допресовки - 15-20 МПа. При взаємодії склоутворюючих систем на основі свинцевоцинкового та боросилікатного стекол, які мають різну температуру трансформації, з іншими компонентами зв'язуючого, регулюючи співвідношення компонентів в стеклах і дифузію катіонів на границі контакту стекол, можна суттєво підвищити утримання зерен в матеріалі кругів та, відповідно, до 2,5 рази підвищити їх зносостійкість, а також на 200-250 °C знизити температуру їх виготовлення, що дуже важливо для зниження енергоємності термічного оброблення. Це забезпечує нові властивості інструменту, виготовленого на даному зв'язуючому. Ефективність пропонованої корисної моделі підтверджена науково-експериментальними дослідженнями проведеними в НТАК "АЛКОН" НАН України. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Склад маси скловмісного зв'язуючого надтвердого матеріалу, що містить стекла свинцевоцинкової (PbO-ZnO-B2O3-SiO2) та боросилікатної (Na2O-B2O3-TiO2-SiO2) систем, який відрізняється тим, що до його складу введені наповнювачі у вигляді тугоплавких оксидів ТіО 2, Аl2Оз, ZrO2, при цьому компоненти взяті, в наступному співвідношенні, об. %: 2 UA 117880 U порошок свинцевоцинкового скла 50-60 порошок боросилікатного скла 30-40 порошок тугоплавкого оксиду (ТіО2, Аl2О3, ZrO2) 10-20. 2. Склад маси скловмісного зв'язуючого надтвердого матеріалу за п. 1, який відрізняється тим, що зернистість порошків свинцевоцинкового скла має бути 20-30 мкм, боросилікатного скла та порошків тугоплавких оксидів - 80-100 мкм. 5 Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3