Ферромагнитный абразивный материал и способ его получения

 

Изобретение относится к получению ферромагнитных абразивных материалов /ФАМ/ и может быть использовано в машиностроении. Целью изобретения является улучшение работоспособности и износостойкости ФАМ. Предложенный ФАМ содержит, мас.%: SI 7,5-12,0

C 1,0-2,2

TI 1,2-3,4

AL 1,0-2,5

P 0,1-0,5

карбиды бора 0,1-0,5 бориды железа 0,3-0,9

FE - остальное. Предложенный способ получения ФАМ включает синтез материала, его измельчение и рассев на фракции. Перед рассевом на фракции вводят дополнительную операцию нагрева материала, не содержащего карбиды бора и бориды железа, в контакте с порошкообразной борсодержащей смесью до 1010-1030°С, после выдержки 25-30 мин смесь охлаждают в жидкой среде. Полученный ФАМ обладает следующими показателями при обработке цветных металлов и сплавов: шероховатость обработанной поверхности R<SB POS="POST">A</SB>, мкм: ZR 0,065-0,071

TI 0,069-0,071

латунь 0,060-0,074

работоспособность Q, мг/мин<SP POS="POST">.</SP>см<SP POS="POST">2</SP>: ZR 8,0-8,4

TI 6,0-6,7

латунь 12,7-16,9

износостойкость Τ, мин: ZR 4,00-4,25

TI 4,25-4,50

латунь 5,5-7,5. 2 с.п.ф-лы, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕ ТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОМИТЕТ, ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4275113/31-02 (22) 27.04,87 (46) 23,08.89. Бюл. Ф 31 (71) Днепропетровский металлургический институт и Белорусский политехнический институт (72) В.H.×à÷èí, А.К.Титов, Н.С.Хомич, В.А,Исаченко и P.Î.Äóëüruep (53) 621.318.1:621.923 (088.8) (56) Магнитно-абразивные материалы и методы их испытания: Сборник. Киев: ИПМ АН УССР, 1980, с ° 43.

Авторское свидетельство СССР

Ф 891410, кл. В 24 D 3/34, 1980. (54) ФЕРРОМАГНИТНЫЙ АБРАЗИВНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к получению ферромагнитных абразивных материалов .(ФАМ) и может быть использовано в машиностроении. Целью изобретения является улучшение работоспособности и износостойкости ФАМ.Предложенный ФАМ содержит, мас.X: Si

Изобретение относится к получению ферромагнитных абразивных материалов (ФАМ), применяемых в машиностроении на операциях абразивной обработки поверхностей деталей машин и приборов с использованием электромагнитных полей в качестве связки с регулируемой жесткостью.

Цель изобретения — улучшение работоспособности и износостойкости ферромагнитного абразивного материала. (51) 4 В 24 D 3/34 С 22 С 38 00.В 22 F 9/04

7,5-12,0; С 1,0-2,2; ri 1,2-3,4;

Al 1,0-2,5; Р 0,1-0,5; карбиды бора

0,1-0,5; бориды железа 0,3-0,9;Ге остальное. Предложенный способ получения ФАМ включает синтез материала, его измельчение и рассев на фракции.

Перед рассевом на фракции вводят дополнительную операцию нагрева материала, не содержащего карбиды бора и бориды железа, в контакте с порошкообразной борсодержащей смесью до 1010-1030 С, после выдержки 25-30 мин смесь охлаждают в жидкой среде. Полученный ФАМ обладает следующими показателями при обработке .цветных металлов и сплавов: шероховатость обработанной поверхности

В мкм: Zr 0,065-0,071; Ti 0,069

0,071; латунь 0,060-0,074; работоспособность q,,мг/(мин см ): Zr 8,0 L

8,4; Ti 6,0-6,7; ла1.унь 12,7-16,9; износостойкость 0,мин: Zr 4,00—

4,25; Ti 4,25-4,50; латунь 5,5-7,5.

2 с.п, ф — лы, 1 табл.

Изобретение основано на создании на поверхности частиц ФАМ неоднородной кристаллохимической структуры из карбидных и боридных фаз и повышении твердости подслоя, Предложенный ФАМ содержащий железо, кремний, титан, алюминий, углерод и фосфор, дополнительно содержит карбиды бора и бориды железа при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

7,5-12,0

1,0-2,2

1,2-3,4

1,0-2,5

0,1-0 5

150?2R

Kpe ::.öiö

Углерод

Титан

Алюминий

Фосфор

Карбиды бора 0,1 0,5

Бориды железа 0,3-0,9 10

Железо Остальное

Согласно предложенному способу получения ФАМ, включающему операции синтеза материала, его измельчения и рассева на фракции порошков, перед 15 рассевом материал нагревают в контакте с порошкообразной борсодержао щей смесью до 1010-1030 С, выдерживают при этой температуре 25-30 мин и охлаждают в жидкой среде.

Непрерывный контакт зерен сплава с порошковой смесью, содержащей бор или его соединения и активатор, в процессе их совместного нагрева в печи обусловливает развитие процессов диффузии бора к поверхностям частиц и его взаимодействие с компонентами, образующими эти поверхности. В результате взаимодействия бора с матрицей зерен, которая предс- 30 тавляет собой * -феррит,с растворенным в нем кремнием, образуются бориды железа FexB с микротвердостью

16-18 ГПа.

Борированные слои на поверхности 35 зерен сплава состоят иэ двух зон— наружной, представленной химическими соединениями бора и железа (Ге„В), и внутренней, состоящей из твердых растворов бора и кремния в железе. 40

При указанных температурных условиях диффундирующий в сплав бор вступает в химическую реакцию со свободным углеродом, пластинчатые или чешуйчатые включения которого выходят 45 на поверхность зерен. Продуктами реакции являются карбиды бора (В С), Различное соотношение бора и углерода в полученных карбидах обуславливает колебания их микротвердости в пределах 41-50 ГПа, Новообразования карбидов бора препятствуют дальнейшему проникновению бора в материал и способствуют созданию на поверхности зерен участков состоящих из кристаллических карбидных фаз.

Чередование карбидных и боридных участков на поверхности зерен сплана позволяет получить неоднородные, с точки зрения кристаллохимии,структуры. Возникновение и рост неоднородных кристаллохимических структур иэ карбидов бора и боридов железа приводят к увеличению линейных размеров зерен насыщаемого сплава. На рабочих поверхностях карбоборированных зерен образуется сплошное покрытие, характерной особенностью которого является наличие большого количества микровыступов с размерами 3

7 мкм. Такая структура способствует повышению работоспособности и износостойкасти предложенного ФАМ.

Экспериментально установлено,что с возрастанием температуры нагрева засыпки и длительности выдержки ее в печи при этой температуре толщина карбоборированного слоя на поверхности зерен увеличивается. Оптимальным диапазоном температуры карбоборирования является температура 1010—

1030 С.

Нагрев засыпки до более низкой о температуры, например до 1000 С,не обеспечивает требуемое качество ферроабразива — уменьшается магнитная проницаемость материала. увеличивается шероховатость обработанных поверхностей деталей, в особенности изготовленных из латуни, Увеличение температуры нагрева засыпки, например до 1050 С, создает условия для начала развития процессов спекания зерен и брака продукции.

При выдержке засыпки в печи менее 25 мин необходимая толщина карбоборидных слоев на поверхности зерен не гарантируется, а при увеличении выдержки более 30 мин толщина, синтезированных слоев увеличивается, что также нежелательно. Уменьшение толщины карбоборидных слоев понижает их механическую прочность и приводит в конечном итоге к разрушению последних, а увеличение толщины покрытия отрицательно сказывается на уровне магнитных характеристик материала.

В качестве исходного материала для получения порошков ФАМ используют железокремниевый сплав, полученный в процессе отработки технологии электроплавки нормального электрокорунда марки 18А.

Проба металла, отобранная "на выпуске сплава из электропечи, харакIl

15 теризуется соотношение" к -fdic еп>, мас.%:

Кремний 9,0-12,7

Титан 2,0-3,8

Алюминий 2,0-2,9

Углерод 0,9-1,65

Кальций 0,10-0,15

Сера 0,01-0,02

Фосфор 0,09-0,27

Железо Остальное

С целью корректировки состава металла в расплав (на струю) "на выпуске" присаживают стружку серого чугуна, характеризующуюся следующим содержанием компонентов, мас. :

Кремний 1,25

Углерод 4,10

Марганец 0,29

Титан 1,30

Алюминий 0,20

Сера 0,050

Фосфор 0,39

Железо Остальное

Слитки железокремнистого сплава после охлаждения подвергают переработке на фракцию порошков 200-100 мкм, В полученной фракции порошков 100—

200 мкм соотношение компонентов находится в пределах, мас.X:

Кремний 7,5-12,0

Углерод 1,0-2,2

Титан 1,2-3,4

Алюминий 1,0-2,5

Фосфор 0,1-0 5

Железо Остальное

Порошковую фракцию подвергают карбоборированию путем ее нагрева в контакте с порошкообраэной борсодержащей смесью. Это позволяет дополнительно ввести в состав материала

0,1-0,5 мас. карбидов бора и 0,3—

0,9 мас, боридов железа. Введение в состав материала карбидов бора и боридов железа обуслонливает снижение содержания в нем в среднем на

0,90Х массовой доли железа.

Карбидиэацию и борирование материала проводят в герметичных контейнерах из стали с использованием борсодержащей смеси крупностью до

100 мкм, состоящей из технического карбида бора зернистостью 8 (65 мас. ) и криолита Na AlF< (35 мас. ). Средний расход смеси на 1 кг обрабатываемого материала составляет 0,12 кг.

Состав полученных образцов ФАМ приведен в таблице, где приняты ус02284

55 лов!п| о"- " .".: — : . ер зхонатость обработанной поверхности,мкм; о — работоспособность ферроабразивного инструмента, мг/(мин см ); с. износостойкость ферроабразивного инструмента, мин.

В таблице приведены также примеры (4 и 5) для материалов с соотношением компонентов, выходящим за пределы изобретения при технологических параметрах, также выходящих за пределы изобретения. Кроме того, приведены примеры для известного материала, полученного известным способом. Получение такого материала предложенным способом невозможно, так как он не содержит н своем составе карбидов бора и боридон железа.

Получение же предложенного материала известным способом хотя и воэможно н случае введения в его состав карбида бора, однако нецелесообразно ввиду незначительного улучшения характеристик получаемого материала по сравнению с известным.

После выдержки порошков ФАМ в контакте с борсодержащей смесью проводят охлаждение смеси н различных жидких средах (машинном масле, воде, 10,-ном растворе соли МаГ1 в ноде).

Тип охлаждающей среды практически не сказывается на качестве обработки цветных металлов и характеристик получаемого ФАМ, После охлаждения проводят отмывку порошка ФАМ и его рассен на фракции (зернистость 8-25).

Как следует из таблицы, предложенный ФАМ (примеры 1-3) при его получении предложенным способом обладает более высокими работоспособностью и износостойкостью, чем изнестный материал (примеры 6 и 7), при одновременном уменьшении шероховатости обрабатываемых поверхностей. Так, например, при обработке циркония работоспособность ферроабраэивного инструмента 1 возрастает L с 5,2-5,3 мг/(мин см ) для известных материала и способа до 8,0

8,4 мг/(мин см ), a износостойкость Z л соответственно, с 3 до 4,0—

4,25 мин. Шероховатость обрабатываемой поверхности при этом снижается с 0,084-0,087 до 0,065-0,071 мкм, Использование изобретения позволит повысить эффективность использования ФАМ при обработке цветных металлов и сплавов.

1502284 соо

Материал и способ получения

Соотношение компонентов, мас.й

Si С Ti ВС FeB

При мер

Температура нагрева зао

Выдержка заAl Р сыпки в печи, мин

7э50 Iü,00 1 ° 2 1э0 0@10 Ов10 Оэ90 1030

8,75 1,60 2,3 1,7 0,30 0,30 0,65 1020

12,00 2,20 3,4 2,5 0,50 0,50 0,30 1010

27

7 ° 00 0 ° 9

2,50 3,9

1,60 2,7

1,29 2,5

0,7 0,05

3,0 0,60

1,10 0,15

1,15 0,16

0,91

0,39

l000

0,07

0,60

P

Массовая доля железа составляет дополнительную до IOOX часть для.каждого

«+

Известный ферромагнитный абразив содержит также, мас.7: марганец 0,25-0,51; сера 0,012-0 ° 047; хром 0 ° 28-0,40; никель 0,09-0,15; медь 0,045-0,060; кальций 0,20"0 35; магний 0,10-0,12.

Формула изобретения

I.ÔåððîìàãíHòHûé абразивный матери. ал на основе железа, содержаший кремний, углерод, титан, алюминий и фосфор, отличающийся тем, что, с целью улучшения его работоспособности и износостойкости, он дополнительно содержит карбиды бора

1 Предложенный

3

4 При выходе sa пределы изобретения 7,00

5 „I2,50

6 Известный 7,90

7 8,40 и бориды железа при ношении компонентов

Кремний

Углерод

Титан

Алюминий

Фосфор

Карбиды бора следующем мас.Х:

7,5-12,0

1,0-2,2

1,2-3,4

1,0-2,5

0,1-0,5

0,1-0,5

1502284 10 шийся тем, что, с целью улучшения работоспособности и иэносостойкости материала, перед рассевом порошков на фракции, материал нагревают в контакте с порошкообраэной борсодержащей смесью до 1010-1030 С,выдерживают его при этой температуре

25-30 мин и охлаждают в жидкой среде.

1О

Бориды железа О, 3-0,9

Железо Остальное

2. Способ получения ферромагнитного абразивного материала, включающий синтез желеэокремнистого сплава, его иэмельчение и рассев на фракции порошков, о т л и ч а ю—

Показатели магнитно-абразивной обработки титана

t 1 циркония

Ва ь

Ra

Ва

7,50 0,073 6,0 4,25

7 50 0,071 6,7 4,25

5,50 0,069 6,6 4,50

0,074 16 1

0,060 16,9

0,063 12,7

0,065 8,3

0,069 8,0

0,071 48,4

4,25

4,25

4,00

7т50 01080 6 ° 0

5,50 0,093 6,4

4,00 0,090 3,1

4,00 0,094 3,0

4,00

4,25

2,50

2,50

16,0

11,5

10,9

11,9

0,091

0,087

0,084

0,087

7,9

8,3

5 3

5,2

3,75

3,75

3,00

3,00

0,083

0,089

0,079

0,077 состава.

Составитель В.Туров

Техред М.Дидык Корректор А,Козориз

Редактор А.Козориз

Заказ 5013/18 Тираж 662 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина,101