Ферромагнитный абразивный материал и способ его получения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 9) 0 51) 4 В 24 Р 3 С 2 00,В 9/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЛЬСТВУ ргичес литехническии институт (72) В.Н.Чачин, А Н,С,Хомич, В.А,Ис гиер,О.Дуль 23 08 1,раз тоды их испытан ИПМ АН УССР, 19 вторское свидет 1410, кл, В 24,8)териаль вные ия: СбоО, сК,43о СССР1980,ьс 3/ ФЕРРОМА И СПОСО Изобрет ерромаг в .(ФАМ) те- зов и о в машино ения являет обности и и оженный ФАМ ферр (ФАМ но из по ро Предложенный ФАМ, слезо, кремний, титан,род и фосфор, дополниткарбиды бора и боридыследующем соотношениимас,у,; одержащии жеалюминий, углеельно содержитжелеза прикомпонентов,уем ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ МОМИТЕТ,ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ Сви(71) Днепропетровский металлкий институт и Белорусский ГНИТНЫЙ АБРАЗИВНЫИ МАТЕ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ ние относится к получеитных абразивных маи может быть испольроении. Целью изобрея улучшение работоспоносостойкости ФАМ.Предсодержит, мас.Х: М зобретение относится к получениюомагнитных абразивных материалов), применяемых в машиностроенииперациях абразивной обработкирхностей деталей машин и прибос использованием электромагнитполей в качестве связки с регулиой жесткостью.ель изобретения - улучшение распособности и износостойкостиомагнитного абразивного материа 7,5-12,0; С 1,0-2,2; т 1 1,2-3,4;А 1 1,0-2,5; Р 0,1-0,5; карбиды бора0,1-0,5; бориды железа 0,3-0,91 Геостальное. 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 бораи бориды железа, в контакте спорошкообразной борсодержащейсмесью до 1010-1030 С, после выдержки 25-30 мин смесь охлаждают в жидкой среде, Полученный ФАМ обладает следующимипоказателями при обработкецветных металлов и сплавов: шероховатость обработанной поверхностиВ,1, мкм: Ег 0,065-0,071; Т 1 0,0690,071; латунь 0,060-0,074; работоспособность о мг/(мин см ): Ег 8,0й8,4; Т 6,0-6,7; латунь 12,7-16,9;износостойкость о, ,мин: Ег 4,00 -4,25; Т 1 4,25-4,50; латунь 5,5-7,5.2 с.п, ф - лы, 1 табл,Изобретение основано на создании поверхности частиц ФАМ неоднород кристаллохимической структуры карбидных и боридных фаз и повыии твердости подслоя.3 7,5-12,0 1,0-2,2 1,2-3,4 1,0-2,5 0,1-0,5 15028 20 КремнийУглеродТитанАлюминийФосфорКарбидыбора 0,10,5Боридыжелеза 0,3-0,9 10Железо ОстальноеСогласно предложенному способуполучения ФАМ, включающему операциисинтеза материала, его измельченияи рассева на фракции порошков, перед 15рассевом материал нагревают в контакте с порошкообразной борсодержаощей смесью до 1010-1030 С, выдерживают при этой температуре 25-30 мин иохлаждают в жидкой среде.Непрерывный контакт зерен сплавас порошковой смесью, содержащей борили его соединения и активатор, впроцессе их совместного нагрева впечи обусловливает развитие процессов диффузии бора к поверхностямчастиц и его взаимодействие с компонентами, образующими эти понерхности, В результате взаимодействиябора с матрицей зерен, которая представляет собой-феррит,с растворенным н нем кремнием, образуются бориды железа ГеВ с микротвердостью16-18 ГПа.Борированные слои на поверхности 35зерен сплава состоят иэ двух зон -наружной, представленной химическими соединениями бора и железа (ГеВ),и внутренней, состоящей из твердыхрастворов бора и кремния в железе, 40При указанных температурных условиях диффундирующий в сплав бор вступает в химическую реакцию со свободным углеродом, пластинчатые или чешуйчатые включения которого ныходят 45на поверхность зерен. Продуктами реакции являются карбиды бора (ВС),Различное соотношение бора й углерода в полученных карбидах обуславливает колебания их микротвердостив пределах 41-50 ГПа,Новообразования карбидов бора препятствуют дальнейшему проникновениюбора в материал и способствуют созданию на поверхности зерен участков,состоящих из кристаллических карбидных фаз.Чередование карбидных и боридныхучасткон на поверхности зерен сплана позволяет получить неоднородные,с точки зрения кристаллохимии,структуры. Воэникнонение и рост неоднород.ных кристаллохимических структур иэкарбидов бора и боридон железа приводят к увеличению линейных размеров зерен насыщаемого сплава. На рабочих поверхностях карбобориронанных зерен образуется сплошное покрытие, характерной особенностью которого является наличие большого количества микровыступов с размерами 37 мкм. Такая структура способствуетповышению работоспособности и износостойкасти предложенного фАМ,Экспериментально установлено,чтос возрастанием температуры нагревазасыпки и длительности выдержки еев печи при этой температуре толщина карбобориронанного слоя на поверхности зерен увеличивается, Оптимальным диапазоном температуры карбобориронания является температура 1010 -1030 С.Нагрев засьпки до более низкойотемпературы, например до 1000 С,необеспечивает требуемое качество ферроабразина - уменьшается магнитнаяпроницаемость материала. увеличивается шероховатость обработанных поверх.ностей деталей, в особенности изготовленных из латуни, Увеличение температуры нагрева засыпки, напримердо 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. Уменьшениетолщины карбоборидных слоев понижаетих механическую прочность и приводитв конечном итоге к разрушению последних, а увеличение толщины покрытия отрицательно сказывается науровне магнитных характеристик материала.В качестве исходного материаладля получения порошков ФАМ используют железокремниевый сплав, полученный в процессе отработки технологииэлектроплавки нормального электрокорунда марки 18 А,Проба металла, отобранная "на выпуске сплава из электропечи, хараки02284 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5 15 теризуется соотнсшениеф клипс ен о мас. :Кремний 9,0-12,7Титан 2,0-3,8Алюминий 2,0-2,9Углерод 0,9-1,65Кальций 0,10-0,15Сера 0,01-0,02Фосфор 0,09-0,27Железо ОстальноеС целью корректировки состава металла в расплав (на струю) "на выпуске".присаживают стружку серого чугуна, характеризующуюся следующим содержанием компонентов, мас, :Кремний 1,25Углерод 4,10Марганец 0,29Титан 1,30Алюминий 0,20Сера 0,050Фосфор 0,39Железо ОстальноеСлитки 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.у.:Кремний 7,5-12,0Углерод 1,0-2,2Титан 1,2-3,4Алюминий 1 0-2 5Фосфор 0,1-0,5Железо ОстальноеПорошковую 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 0,90 Х 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.Х) и криолита БаАЗ.Г (35 мас.Й). Средний расход смеси на 1 кг обрабатываемого материала составляет 0,12 кг.Состав полученных образцов ФАМ приведен в таблице, где приняты условп о"-.".:- ; ерохонатость обработанной поверхности,мкм;о - работоспособность ферронбразивного инструмента, мг/(мпн см ); ,износостойкость ферроабразивногоинструмента, мин,В таблице приведены также примеры (4 и 5) для материалов с соотно.шением компонентов, выходящим запределы изобретения при технологических параметрах, также выходящихза пределы изобретения, Кроме того,приведены примеры для известного материала, полученного известным способом. Получение такого материалапредложенным 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 МаГ 1 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 возрастает2с 5,2-5,3 мг/(мин см ) для известных материала и способа до 8,0 8,4 мг/(мин см ), а износостойкость лсоответственно, с 3 до 4,0 - 4,25 мин. Шероховатость обрабатываемой поверхности при этом снижаетсяс 0,084-0,087 до 0,065-0,071 мкм,Использование изобретения позволит повысить эффективность использования ФАМ при обработке цветныхметаллов и сплавов.1502284 соо Материали способполучения ФСоотношение компонентов, мас.т81 С Т 1 ВС РеВ При мер Температура нагрева зао сыпки, С Выдержка заА 1 Р сыпки в печи, мин 7 ф 50 1 ь 00 12 1 еО Ою 0 Ов 10 0190 1030 8,75 1,60 2,3 1,7 0,30 0,30 0,65 1020 12 е 00 2 э 20 Зв 4 2 э 5 Оэ 50 Оэ 50 Ов 30 1010 252730 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 1040 1000 0,07 0,60 10 45%Массовая доля железа составляет дополнительную до 100 ь часть для.каждогоФ+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"0,351 магний 0,10-0,12. Формула изобретения1,Ферромагнитный абразивный матери ал на основе железа, содержаший кремний, углерод, титан, алюминий и фосфор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цель улучшения его работоспособности и износостойкости, он дополнительно содержит карбиды бора 1 Предложенный234 При выходе за пределы изобретения 7,00 5 12,50 6 Известный 7,90 7 8,40 и бориды железа приношении компонентовКремнийУглеродТитанАлюминийФосфорКарбиды бора следующеммас.Х:7,5-12,01,0-2,21,2-3,41,0-2,50,1-0,50,1-0,51502284 10щ и й с я 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.10Боридыжелеза Ов 3 Ов 9Железо Остальное2. 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 циркония 7,50 0,073 6,0 4,25 750 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 7150 01080 6 вО 5,50 0,093 6,4 4,00 0,090 3,1 400 0094 30 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.ТуровТехред М.Дидык Корректор А.Козориз Редактор А.Козориз Заказ 5013/18 Тираж 662 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.уагород, ул. Гагарина,101