Влияние борно-литиевых стекол в составе связки на физико-механические свойства абразивного черепка из карбида кремния

Влияние введения борлитиевых стекол в шихту, состоящую из полевого шпата и огнеупорной глины, проводилось с использованием борлитиевых стекол, состав которых представлен в табл. 2.67 [101].

Шихтовой состав исследуемых связок приведен в табл. 2.68, химический состав — в табл. 2.69. Все образцы для исследования изготавливались по рецептуре, приведенной в табл. 2.70. Образцы, изготовленные с применением борлитиевых стекол, сравнивались с образцами на связке КЗ и борсодсржашей связке К10. Обжиг образцов производили в силитовой печи с вращающимся подом при температуре 1250 °C с двухчасовой выдержкой.

Таблица 2.6 7.

Химический состав стекол.

Шихтовой состав связок.

Таблица 2. 69.

Химический состав связок.

Таблица 2. 7 О Рецептура образцов для исследования.

Микроструктура связки в обожженных образцах анализировалась микроскопическим методом в аншлифах и в иммерсионных препаратах. Исследование распределения основных элементов в мостике связки проводилось микрорентгеноспектральным анализом.

В табл. 2.71 приведены физико-механические свойства абразивных черепков, изготовленных с применением исследованных связок (количество связки 20 вес. ч., рецепт 3), а на графиках рис. 2.28, 2.29— зависимость пределов прочности на разрыв и изгиб от состава исследованных связок, их количества в абразивном черепке (рецепты 1—5) и зернистости карбида кремния.

Как следует из данных табл. 2.71 и рис. 2.28, 2.29, введение в керамическую связку Li₂0 увеличивает механическую прочность абразивного черепка Физико-механические свойства абразивных черенков.

Рис. 2.28. Предел прочности на разрыв а_разр образцов из карбида кремния зернистостью 16 (а), 25 (б) и 40 (в) различной твердости структуры 7 на различных связках:

/. 2— борлитиевые связки № 2 и 1 соответственно; 3— связка К10;

4— связка КЗ из SiC по сравнению с борсодержашей связкой К10, а тем более по сравнению со связкой КЗ.

Рис. 2.29. Предел прочности на изгиб с_изг образцов из карбида кремния зернистостью 16 (а), 25 (б) и 40 (в) различной твердости структуры 7 на различных связках:

/, 2— борлитиевые связки № 2 и 1 соответственно; 3— связка К10;

4 — связка КЗ Так, по сравнению с образцами на связке К10 при твердостях от ВМ2 до М3 прочность на разрыв на борлитиевых связках повышается на 20−25%, а прочность на изгиб — на 16−20%, а по сравнению с образцами на связке КЗ при твердостях от М1 и выше прочность на разрыв и изгиб образцов на борлитиевых связках возрастает в 2—2,5 раза.

Повышение прочности абразивного черепка происходит на образцах, изготовленных на всех зернистостях карбида кремния, причем если прочность образцов на связке КЗ возрастает постепенно с увеличением ее содержания в черепке, то для образцов на борсодержащей и борлитиевых связках резкое увеличение прочности наблюдается при твердостях от ВМ2 до М3, а затем прочность возрастает незначительно. Повышение содержания борлитиевых связок в абразивном черепке свыше 25 вес. ч. нецелесообразно, так как приводит к зауглероженности последнего. Повышение содержания в связке Li₂0 от 0,46 до 0,91% увеличивает прочность образцов на разрыв и изгиб на 12—14%. Борлитиевые связки повышают также и модуль упругости абразивного черепка.

На рис. 2.30 показана микроструктура черепка зернистостью № 40, изготовленного на связках КЗ, К10, борлитиевых № 1 и 2. Микроструктура черепка, изготовленного на связке КЗ, свидетельствует о неравномерном распределении связки, практически не обволакивающей зерна карбида кремния. Наличие борного стекла в связке К10 изменяет характер связки и ее распределение в черепке; связка представлена стеклом, обволакивающим значительную поверхность зерен карбида кремния.

Введение

борлитиевого стекла в связку способствует растеканию ее по всей поверхности зерен карбида кремния в черепке; связка более однородна и подвижна, чем связки КЗ и К10.

На рис. 2.31 показаны диаграммы распределения алюминия и кремния в промышленной связке КЗ (см. рис. 2.31, а) борсодержащей связке К10 (см. рис. 2.31, б), борлитиевой № 1 (см. рис. 2.31, в). Кривые распределения кремния и алюминия, особенно алюминия, в связке КЗ свидетельствуют о наличии в связке неассимилированных зерен кварца и скопления глинистого вещества.

Рис. 2.30. Микроструктура черепка карбида кремния, изготовленного на связках КЗ (а), К10 (б) и на борлитиевой связке № 2 (в) (свет отраженный, увеличение хЮО):

I— зерна карбида кремния; 2— поры; 3— связка.

Рис. 2.31. Диафаммы распределения мостиков связки: а — связка КЗ; б— связка К10; в — связка борлитиевая Введение в связку В₂0₃ способствует более равномерному распределению в связке кремния и алюминия, причем кремния лучше (в связи с растворением зерен кварца), чем алюминия (см. рис. 2.31, б). Введение в борсодержащую связку 1л₂0 приводит к равномерному распределению алюминия и кремния в массе связки.

Для определения эксплуатационных показателей абразивного инструмента на борлитиевой связке был изготовлен инструмент 1 100×65×20 64С16МЗ (связка состава № 2) и испытан в производственных условиях одного из заводов на операции затылования заборных и обратных конусов специальных метчиков из кобальтовых и ванадиевых сталей новых марок. Установлено, что круги на этой связке обеспечивают бесприжоговое шлифование инструмента и превосходят применяемый на заводе стандартный абразивный инструмент из электрокорунда по производительности в 1,3 раза, а по периоду стойкости — в 3 раза и более.

Таким образом, введение борлитиевых стекол в состав керамических связок для абразивного инструмента из карбида кремния способствует дальнейшему повышению физико-механических свойств.