» » Быстрозакаленные порошки для магнитно-абразивной обработки
15.01.2016

Операцией, широко применяемой на заключительных стадиях изготовления изделий во всех отраслях промышленности, является абразивная обработка, доля которой неуклонно возрастает. Технологии максимального приближения размеров заготовки к размерам готового изделия в качестве чистовых и отделочных операций используют магнитно-абразивную обработку.
Сущность метода заключается в том, что силовое воздействие на абразивные частицы оказывает магнитное поле. Поэтому в применяемых абразивах должны сочетаться высокие абразивные и магнитные свойства.
Метод применим при обработке изделий простой и сложной форм (лопатки турбин, коленчатые валы, режущий инструмент и др.). Материалами обрабатываемых изделий могут быть «трудношлифуемые», вязкие (аустенитные нержавеющие стали, сплавы титана, алюминия, меди и др.) или твердые сплавы, техническая керамика. Наряду с полированием магнитно-абразивная обработка позволяет повысить физико-механические свойства обрабатываемой поверхности,
Выбор магнитно-абразивных порошков (МАП) определяется рядом факторов: исходной и конечной шероховатостью, физикохимическими свойствами материала — твердостью, вязкостью, склонностью к адгезионному схватыванию, схемой обработки, геометрией изделия.
Применяются МАП в виде механических смесей намагничивающихся частиц, которые в зависимости от условий эксплуатации могут быть из магнитно-мягкого (железа, легированного железа), магнитно-твердого (ферритов, сплавов Fе—Ni—Аl и Fе—Ni—Аl—Со) материала и абразивных частиц (алмаза, эльбора, корунда, карбида кремния, карбида бора и др.).
К недостаткам механических смесей следует отнести склонность к расслоению (сегрегации) на составляющие как в процессе работы, так и при хранении.
Металлокерамические порошки (керметные МАП) представляют гетерогенную композицию на ферромагнитной основе с керамическими фазами, получаемую методами порошковой металлургии (прессованием с последующим спеканием и размолом).
Быстрозакаленные МАП, например типа «Полимам», получают с использованием универсальных и производительных методов распыления расплава.
Структура быстрозакаленных магнитно-абразивных порошков, получаемых распылением расплава, обычно представляет матрицу на основе железа с распределенными в ней твердыми включениями тугоплавких соединений.
Подбором системы легирования, режимов распыления, последующей термообработки можно влиять на структуру, форму, размеры частиц порошков, применяемых как для магнитно-абразивной обработки, так и для напыления покрытий.
Конструкционные стали обрабатывают быстрозакаленным порошком «Полимам-Т», который позволяет в течение 30 с уменьшить шероховатость поверхности стальной детали (твердостью 50 HRC) с 0,8 до 0,04 мкм.
При обработке титана наилучшие результаты как по съему массы, так и по шероховатости обеспечивает «Полимам-М», содержащий включения карбида вольфрама.
Качество обработки поверхности, ее экономичность определяются стойкостью, технологической стабильностью порошка, которая зависит, в частности, от механических свойств порошка. Разрушение частиц происходит вследствие износа трением, пластической деформации, выкрощивания, что в значительной степени зависит от структуры.
Сравнительные испытания МАП Fe — 15 % TiC фракции [02] 0063, полученного прессованием, спеканием с последующим размолом (керметный порошок Ж15КТ) и распылением расплава, показали неоспоримое преимущество быстрозакаленного порошка.
Структура быстрозакаленных частиц порошка отличается высокой плотностью, дисперсностью по сравнению с керметным порошком. Она состоит из эвтектики Fe—TiC с ячеистой субструктурой и первичных выделений карбида. Размеры карбидных выделений в быстрозакаленном материале меньше 5 мкм, тогда как в керметном материале они больше 50 мкм.
Испытания МАП проводили при полировке валков холодной прокатки (сталь 9Х, 60—65 HRC, диаметр 80 мм, длина 1200 мм, шероховатость поверхности до обработки Ra = 0,5 мкм).
Порошок Ж15КТ обеспечивает удовлетворительное качество обработки в течение 5 мин, в дальнейшем эффективность его использования снижается, и через 15 мин обработки его действие прекращается (рис. 11.8). Работоспособность быстрозакаленного порошка в течение всего времени испытания сохранялась на высоком уровне.
Быстрозакаленные порошки для магнитно-абразивной обработки

Причина столь существенного различия заключается в том, что частицы порошка Ж15КТ разрушаются уже на первых минутах магнитно-абразивной полировки. В дальнейшем за счет разделения порошка на магнитную и абразивную составляющие эффективность его действия быстро снижается вплоть до полного прекращения действия в течение 15 мин.
Высокая стойкость быстрозакаленного порошка того же состава обусловлена принципиально иным механизмом его разрушении в процессе работы, а именно изнашиванием при трении. В связи с этим необходимо значительно большее время для его разрушения, чем для разрушения пористого керметного порошка.
Сплавы эвтектического типа наиболее подходят для получения МАП распылением расплава, поскольку для них характерно большое разнообразие морфологии, размеров, распределения структурных составляющих.
Главными факторами, влияющими на особенности формирования эвтектической структуры, являются состав и скорость охлаждения расплава. Высокодисперсные эвтектики и квазиэвтектики образуются при скоростях охлаждения порядка 10в4 К/с. Применение различных закалочных сред при получении быстрозакаленных манитно-абразивных порошков позволяет управлять формированием структуры. Высокие эксплуатационные свойства быстрозакаленных МАП системы Fе—С—Si достигаются при выделении железокремнистого карбида и подавлении образования немагнитного аустенита.
Предпочтительны составы МАП на основе железа, обеспечивающие а структуре высокое количество карбидов типа WС и (Fе,W)6С, что достигается при содержании вольфрама выше 10 % и углерода не выше 1,4 %. Высокодисперсная эвтектика формируется в виде дендритов, поскольку карбидная фаза (Fе,W)6С является ведущей при образовании эвтектики (карбид+аустекит), а в межосных участках кристаллизуется аустенит, распадающийся при охлаждении на вторичные карбиды, легированный феррит или мартенсит.
Количество углерода в мартенсите превышает количество углерода, идущего на образование карбидной фазы. Карбид WС присутствует в быстрозакаленных порошках чаще в виде изолированных включений формы тригональной призмы, доля его в карбидной фазе составляет 2—3 %. При содержании вольфрама менее 5 % и углерода более 1,0—1,4 % образуется тройная эвтектика.
Структура быстрозакаленных сплавов системы Fе—В—Ti—С, как и сплавов системы Fе—Si—Тi—С, состоит из дисперсной эвтектики с выделениями частиц карбида титана призматической или октаэдрической формы. Микротвердость карбидных частиц 19 ГПа, а эвтектики ~ 8 ГПа.
Высокие значения намагниченности сплавов отмечены при легировании элементами, образующими монокарбиды (монобориды) с небольшой растворимостью в железе — Ti, Zr, Nb, V, далее идут порошки с легирующими элементами, образующими в железе двойные карбиды.
Быстрозакаленные магнитно-абразивные порошки разделяют на два класса.
Первый класс характеризуется ярко выраженными структурными составляющими, выполняющими разные функции: абразивные осуществляются монокарбодной фазой (TiС и др.), а магнитные — железной матрицей. Второй класс соответствует распределению абразивных и магнитных функций равномерно между структурными составляющими.
Форма частиц МАП оказывает существенное влияние на скорость съема обрабатываемого металла и шероховатость поверхности. Обычно частицы осколочной формы способствуют достижению высокой скорости съема металла, а округлой формы — более высоких классов чистоты (шероховатости) поверхности.
Для полирования закаленных сталей и других твердых сплавов используют МАП первого класса, частицы которого состоят из ферромагнитной матрицы с твердыми абразивными включениями и имеют округлую форму.
При полировании цветных металлов и сплавов используют МАП второго класса округлой формы, поскольку низкая шероховатость формируется главным образом за счет выглаживания поверхности изделия.