СТЕКЛОСВЯЗКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА Российский патент 1997 года по МПК B24D3/14 

Изобретение относится к производству абразивного инструмента из кубического нитрида бора (КНБ) на стеклосвязке, используемого для шлифования высокопрочных сложнолегированных сталей.

Известна керамическая связка для инструмента из эльбора [1] включающая алюмоборосиликатное стекло следующего состава, мас.

SiO₂ 59,0-64,0
Al₂O₃ 12,0-16,0
B₂O₃ 8,0-12,0
Li₂O 1,5-2,5
Na₂O 5,0-9,0
K₂O
CaO≅2,0
MgO≅1,5
Fe₂O₃≅1,0
F 2,0-3,0
Данная связка не обеспечивает высокие эксплуатационные показатели работы инструмента.

Наиболее близкой по техническому решению и достигаемому результату является керамическая связка для инструмента из эльбора [1] следующего состава, мас.

SiO₂ 57,0-64,0
Al₂O₃ 4,0-6,5
B₂O₃ 13,0-16,0
CaO 0,1-1,0
MgO 0,2-1,0
K₂O 2,8-4,0
Na₂O 3,5-4,1
Li₂O 3,4-4,5
MnO 0,2-0,8
ZrO₂ 2,2-2,9
PbO 2,6-3,7
Fe₂O₃≅0,2
Недостатками указанной связки являются наличие в шихте оксида свинца, присутствие которого в связке нежелательно при обработке некоторых видов жаропрочных сплавов, в также недостаточная стойкость инструмента на операции глубинного шлифования.

Авторами установлено, что эти недостатки могут быть устранены, если в качестве стеклосвязки использовать боросиликатное стекло, включающее SiO₂, B₂O₃, MnO, K₂O, Na₂O, Li₂O, которое дополнительно содержит оксиды BaO и SrO в соотношении 1:1 с вязкостью расплава при температуре обжига инструмента из КНБ (1000^oC), при которой lgh равен 2,8-3,2, при следующем соотношении компонентов, мол.

SiO₂ 58,6-68,0
MnO 3,0-7,0
B₂O₃ 9,0-11,5
Na₂O 3,2-6,4
K₂O 2,3-4,3
Li₂O 8,5-12,0
BaO 0,75-2,35
SrO 0,75-2,35
а также при условии ΣR₂O=ΣRO+R₂O₃
Заявляемый состав позволяет снизить содержание стеклосвязки в инструменте по сравнению с серийной для получения заданной степени твердости инструмента, что повышает стойкость (коэффициент шлифования) круга.

Данный состав стеклосвязки в указанных соотношениях оксидов обеспечивает стабильность ее технологических свойств, снижает температуру начала деформации стекла, увеличивая тем самым интервал плавления стеклосвязки до конечной температуры обжига инструмента, что приводит к более равномерному распределению связки среди абразивных зерен, а также однородной прочности и твердости инструмента и, как следствие, к стабильности эксплуатационных свойств.

Выбор боросиликатного стекла обусловлен тем, что оно имеет широкую область стеклообразования, т.е. возможен синтез стеклосвязок с заданными свойствами при использовании модифицирующих добавок.

Содержание указанных оксидов при условии ΣR₂O=ΣRO+R₂O₃, а также совместное введение оксидов BaO и SrO в соотношении 1:1 обеспечивает оптимальные значения вязкости стеклосвязки и краевого угла смачивания, что способствует улучшению контактирования стеклосвязки с зернами КНБ и повышению таким образом стойкости (коэффициента шлифования) инструмента.

Если ΣR₂O=ΣRO+R₂O₃, снижается вязкость стеклосвязки (lgh<2,8), что приводит к деформации круга при обжиге. При ΣR₂O=ΣRO+R₂O₃ увеличивается вязкость (lgh>3,4), что приводит к уменьшению растекаемости стеклосвязки и, тем самым, к ухудшению качества инструмента (неравномерная твердость).

Введение BaO и SrO улучшает варочные и технологические свойства стеклосвязки. При содержании BaO>SrO происходит поверхностная кристаллизация связки (цельзиан), что снижает механическую прочность абразивных композиций. При содержании BaO<SrO увеличивается краевой угол смачивания, что снижает прочность удержания зерен КНБ и, таким образом, снижается стойкость инструмента.

Одновременное присутствие трех оксидов K₂O, Na₂O, Li₂O улучшает в большей степени, чем отдельное введение каждого из них, такие свойства связки как растекаемость, смачивание, вязкость.

При увеличении содержания SiO₂ выше указанного предела при неизменном содержании остальных оксидов повышается тугоплавкость связки.

Уменьшение SiO₂ вызывает значительное повышение ТКЛР связки, что приводит к возникновению термоупругих напряжений из-за несогласованности ТКЛР связки и КНБ, которые разупрочняют инструмент.

При содержании оксидов Mn и B₂O₃ в указанных пределах снижается склонность к расслаиванию (ликвации), а также улучшается смачивание зерен КНБ связкой.

Количество стеклосвязки, необходимое для получения заданной степени твердости инструмента, установлено экспериментально.

Уменьшение содержания стеклосвязки улучшает условия для отвода стружки и продуктов шлифования, таким образом снижается тепловыделение в зоне резания, мощность шлифования, коэффициент трения, что приводит к увеличению коэффициента шлифования.

Поиск по источникам патентной и научно-технической информации не обнаружил технических решений, имеющих признаки, сходные с отличительными, что обеспечивает заявляемому решению соответствие критерию "новизна".

Примеры осуществления изобретения.

1. Сырьем для производства стеклосвязки могут служить оксидные или углекислые соли металлов. B₂O₃ вводится через H₃BO₃ (борная кислота), SiO₂ в виде кварцевого стекла. Варка стеклосвязки производится при температуре 1450±50^oC в течение 3,5-4 ч с выработкой в воду. Связка измельчалась до удельной поверхности 5000-6000 см²/г.

Были приготовлены 3 стеклосвязки, состав и свойства которых представлены в табл. 1.

Количество стеклосвязки, необходимое для получения заданной степени твердости инструмента из КНБ марки ЛКВ 125/100, представлено в табл. 2.

Для проведения сравнительных испытаний по эксплуатационным показателям на основе предлагаемых составов стеклосвязок были изготовлены круги из КНБ типа 1А1-1 150х10х50, 8х5 ЛКВ 125/100, 100% C2.

Сравнительные данные по стойкости кругов (КШ) показаны в табл. 3.

Эксплуатационные испытания проведены на операции плоского врезного шлифования при режимах: V_кр=23 м/с, S_прод=0,2 м/мин, глубина шлифования 0,15 мм/дв. ход. СОЖ сульфохлорированное масло "Rando Oil Hos" фирмы "Техако" (США). Обрабатываемый материал образцы 20х10х100 из сплава ЦНК7.

Анализ сравнительных испытаний показал, что стойкость кругов из КНБ на стеклосвязке предлагаемых составов в 1,4-1,5 раза выше, чем стойкость кругов на серийной связке.

Стеклосвязка на основе боросиликатного стекла предназначена для изготовления абразивного инструмента из кубического нитрида бора, применяющегося на операциях шлифования высокопрочных сложнолегированных сталей. Связка включает оксиды SiO₂, MnO, B₂O₃, Na₂O, K₂O, Li₂O и дополнительно BaO и SrO в соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, мол.%: SiO₂ - 58,6-68,0, MnO 3,0-7,0, B₂O₃ - 9,0-11,5, Na₂O - 3,2-6,4, K₂O - 2,3-4,3, Li₂O - 8,5-12,0, BaO - 0,75-2,35, SrO - 0,75-2,35. Изобретение обеспечивает повышение стойкости кругов в 1,4-1,5 раза. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Стеклосвязка для изготовления абразивного инструмента из кубического нитрида бора на основе боросиликатного стекла, включающая оксиды SiO₂, MnO, B₂O₃, Na₂O, K₂O, Li₂O, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксиды BaO и SrO в соотношении 1 1 с вязкостью расплава при температуре обжига инструмента 1000^oС, при котором lg h равен 2,8 3,2, при этом компоненты связки введены в следующем соотношении, мол.

SiO₂ 58,6 68,0
MnO 3,0 7,0
B₂O₃ 9,0 11,5
Na₂O 3,2 6,4
K₂O 2,3 4,3
Li₂O 8,5 12,5
BaO 0,75 2,35
SrO 0,75 2,35
2. Стеклосвязка по п.1, отличающаяся тем, что оксиды введены из условия ΣR₂O=ΣRO+R₂O₃.а