стеклосвязка для изготовления абразивного инструмента из кубического нитрида бора

Формула изобретения

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 R₂O=RO+R₂O₃.а

Описание изобретения к патенту

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

CaO2,0

MgO1,5

Fe₂O₃1,0

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

Fe₂O₃0,2

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 R₂O=RO+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 R₂O=RO+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 R₂O=RO+R₂O₃, снижается вязкость стеклосвязки (lgh<2,8), что приводит к деформации круга при обжиге. При R₂O=RO+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 145050^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.