Абразивные материалы
При абразивной обработке применяются инструменты на жесткой основе (круги, сегменты, бруски), на гибкой основе (эластичные круги, шкурки, ленты), а также пасты и абразивные зерна. Абразивные круги изготавливают из пористого композиционного материала, состоящего из абразивных зерен, связки и пор. Абразивные материалы могут быть природными (кварцевый песок, корунд, наждак, алмаз и др.) и искусственными (электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетический алмаз, КНБ).
Из искусственных абразивных материалов наиболее широкое применение получили: электрокорунд (Al2O3), карбид кремния (SiC), карбид бора (B4C), синтетический алмаз и кубический нитрид бора (BN).
Электрокорунд представляет собой кристаллическую окись алюминия Al2O3 , являющуюся очищенным продуктом плавки глинозема (бокситов). Различают несколько видов электрокорунда: нормальный, белый, хромистый, титанистый и монокорунд, каждый из которых имеет свою предпочтительную область применения.
Наибольшее применение получил электрокорунд нормальный, имеющий следующие разновидности: 16А, 15А, 14А, 13А, 12А. Наибольшую эффективность шлифовальные круги с электрокорундовыми зернами имеют при черновом, получистовом и чистовом шлифовании сталей и чугунов, а также при заточке инструмента из быстрорежущих сталей.
Электрокорунд белый (25А, 24А, 23А, 22А) превосходит по режущим свойствам электрокорунд нормальный, так как в нем содержится меньше примесей. Круги с зернами из электрокорунда белого применяют для более ответственных операций шлифования сталей повышенной прочности и вязкости (незакаленных и закаленных), ковкого чугуна, заточки инструмента из быстрорежущей стали.
Электрокорунд хромистый (34А, 33А, 32А) получают при плавке в электропечах глинозема с добавками хромистой руды. Зерна имеют розовую окраску, обусловленную химическим составом (97 % Al2O3, до 2 % CrO).
При плавке в электропечах глинозема с добавлением соединений титана получают электрокорунд титанистый 37А, который после дробления и сепарации зерен различного размера имеет следующий состав: 97 % Al2О3 и до 2 % Ti.
Шлифовальные круги с зернами хромистого и титанистого электрокорунда используют для напряженных операций шлифования углеродистых и конструкционных сталей, а также высокоточных и доводочных операций.
Монокорунд (97–98 % Al2О3) 45А, 44А, 43А отличается высокой прочностью и повышенными режущими свойствами, поэтому круги с монокорундовыми зернами используют главным образом для шлифования заготовок из очень прочных сталей, ковких чугунов, быстрорежущих сталей.
Карбид кремния (карборунд) является химическим соединением кремния и углерода SiC, получаемого спеканием в электропечах кварцевого песка с углеродом в виде кокса, и выпускается двух видов: карбид кремния черный (КЧ) 55С, 54С, 53С, 52С и карбид кремния зеленый (КЗ) 64С, 63С, 62С. В зернах КЗ содержится до 98–99 % SiC, в зернах КЧ95 –
98 % SiC.
Более качественные круги с зерном КЗ применяют для заточки твердосплавного инструмента, круги с зернами КЧ – для шлифования заготовок из низкопрочных чугунов, бронз, а также мягких материалов типа мягкой латуни, алюминия, меди.
Карбид бора B4C является очень твердым материалом, лишь вдвое уступающим по твердости натуральному алмазу, однако имеет чрезвычайно низкую прочность, поэтому используется для приготовления притирочных порошков и паст. Используют для доводки твердосплавного инструмента с получением радиуса округления r в пределах 6–10 мкм.
Для изготовления алмазных и эльборовых кругов используют синтетические алмазные и эльборовые зерна различной зернистости и прочности.
В настоящее время при производстве алмазных шлифовальных кругов используют следующие марки зерен: АС2 (АСО) – алмаз синтетический обычной прочности, предназначенный для изготовления алмазных кругов на органической связке, а также паст и порошков; АС4 (АСР) – алмаз синтетический повышенной прочности, предназначенный для изготовления алмазных кругов на керамической и металлической связках; АС6 (АСВ) – алмаз синтетический высокой прочности, предназначенный для изготовления алмазных кругов на металлической связке, работающих при больших удельных нагрузках, характерных для черновых операций шлифования; АС15 (АСК) – алмаз синтетический кристаллический с прочностью, близкой к прочности природных алмазов.
Выпускаются также поликристаллические алмазные зерна марок АР и алмазные микропорошки марок АСМ, АМ, АСН, АН, которые применяют для изготовления притирочных и доводочных паст и порошков.
Для изготовления эльборовых шлифовальных кругов выпускается две марки зерен на основе КНБ: ЛО – КНБ обычной прочности, с обычным содержанием основной фракции; ЛП – КНБ повышенной прочности, с повышенным содержанием основной фракции.
Наиболее широкое применение для изготовления шлифовальных кругов нашли электрокорундовые зерна (до 80 %); производство кругов на основе зерен КЧ и КЗ занимает второе место (до 15–20 %). Алмазные и эльборовые шлифовальные круги используют только для особо ответственных операций шлифования, так как такие круги имеют высокую стоимость. Например, алмазные и эльборовые круги достаточно широко применяют при производстве режущих инструментов для операций чистовой заточки и доводки. В частности, чистовую заточку твердосплавных инструментов производят алмазными кругами на органической (напайные твердосплавные инструменты) и металлической (многогранные твердосплавные пластины) связках, а чистовую заточку и доводку быстрорежущего инструмента – эльборовыми кругами.
Абразивные зерна классифицируют (ГОСТ 3647-80): на шлифзерна (2000–160 мкм), шлифпорошки (125–40 мкм), микрошлифпорошки
(63–14 мкм) и тонкие микрошлифпорошки (10–3 мкм). Зернистость шлифзерна и шлифпорошка обозначают в микрометрах числом, равным 0,1 размера стороны сита, на котором задерживаются зерна основной фракции, а зернистость микрошлифпорошков обозначают буквой М, за которой следует число, равное верхнему пределу размеров зерен основной фракции, в микрометрах.
При выборе размера зерна следуют следующему правилу: для чистовых операций предпочтение отдают шлифовальным кругам с мелкими зернами, что способствует повышению чистоты обработанной поверхности, для черновых операций выбирают шлифовальные круги с крупным зерном, что способствует повышению интенсивности съема металла.
Тесты для контроля текущих знаний
1. Какая из сталей относится к автоматным:
1) 40А;
2) А12;
3) 08пс;
4) 18ХГТ.
2. Какая из сталей относится к подшипниковым:
1) 40Х;
2) АС4;
3) ШХ15;
4) 18ХГТ.
3. Какая из сталей относится к износостойким:
1) 40Х;
2) АС4;
3) 110Г13Л;
4) 18ХГТ.
4. Какая из сталей относится к коррозионностойким:
1) 40Х;
2) 40Х13;
3) 40;
4) 40ХГ.
5. Металлические материалы, способные сопротивляться разрушению в агрессивных средах, называются:
1) жаростойкими;
2) жаропрочными;
3) коррозионностойкими;
4) износостойкими.
6. Металлические материалы, способные сопротивляться ползучести и разрушению при высоких температурах при длительном действии нагрузки, называются:
1) жаростойкими;
2) жаропрочными;
3) коррозионностойкими;
4) износостойкими.
7. Металлические материалы, обладающие повышенным сопротивлением химическому взаимодействию с газами при высоких температурах, называются:
1) жаростойкими;
2) жаропрочными;
3) коррозионностойкими;
4) износостойкими.
8. Напряжение, которое вызывается за установленное время испытания при заданной температуре, заданное удлинение образца или заданную скорость деформации, называется:
1) пределом ползучести;
2) пределом прочности;
3) пределом текучести;
4) пределом длительной прочности.
9. Какая из перечисленных ниже структур имеет более высокие жаропрочные свойства:
1) ферритная;
2) перлитная;
3) мартенситная;
4) аустенитная.
10. Удовлетворительной пластической прочностью после термической обработки на твердость 45–50 HRС; высокими значениями предела текучести и твердости при повышенных температурах; длительной эксплуатацией инструментов при температурах 600–700°С, устойчивым сопротивлением отпуску должны обладать:
1) быстрорежущие стали;
2) штамповые стали для горячего деформирования;
3) штамповые стали для холодного деформирования;
4) твердые сплавы.
11. Теплостойкостью не ниже 400–450°С, способностью противостоять воздействию удельных давлений до 2000–2200 МПа в течение длительного времени и высокой износостойкостью должны обладать:
1) быстрорежущие стали;
2) штамповые стали для горячего деформирования;
3) штамповые стали для холодного деформирования;
4) твердые сплавы.
12. Какая из сталей относится к штамповым сталям для горячего деформирования умеренной теплостойкости и повышенной ударной вязкости:
1) Х12;
2) 5ХНМ;
3) Р18;
4) 9ХС.
13. Какая из сталей относится к износостойким штамповым сталям для холодного деформирования:
1) Х12;
2) 5ХНМ;
3) Р18;
4) 9ХС.
14. Содержание углерода в штамповых сталях для холодного деформирования находится в пределах:
1) 0,3–0,6 %;
2) 0,8–2,2 %;
3) 0,1–0,3 %;
4) свыше 4,3 %.
15. Содержание углерода в штамповых сталях для горячего деформирования находится в пределах:
1) 0,3–0,6 %;
2) 0,8–2,2 %;
3) 0,1–0,3 %;
4) свыше 4,3 %.
16. Повышенное (до 11–13 %) содержание хрома характерно для:
1) штамповых сталей горячего деформирования умеренной теплостойкости и повышенной ударной вязкости;
2) износостойких штамповых сталей для холодного деформирования;
3) штамповых сталей высокой теплостойкости для горячего деформирования;
4) высокопрочных штамповых сталей для холодного деформирования с повышенной ударной вязкостью.
17. Расположите следующие группы режущих инструментальных материалов в порядке возрастания их теплостойкости: 1 – твердые сплавы, 2 – быстрорежущие стали, 3 – режущая керамика, 4 – природный алмаз:
1) 1, 2, 3, 4;
2) 4, 2, 3, 1;
3) 2, 4, 1, 3;
4) 4, 3, 2, 1.
18. Расположите следующие группы режущих инструментальных материалов в порядке возрастания их твердости: 1 – твердые сплавы,
2 – быстрорежущие стали, 3 – режущая керамика, 4 – природный алмаз:
1) 1, 2, 3, 4;
2) 2, 1, 3, 4;
3) 3, 2, 1, 4;
4) 4, 3, 2, 1.
19. Оптимальные температуры закалки (750–835°С) и отпуска
(200–300 °С) характерны для сталей:
1) быстрорежущих (Р18);
2) углеродистых инструментальных (У10–У13);
3) штамповых сталей горячего деформирования умеренной теплостойкости и повышенной ударной вязкости (5ХНМ);
4) штамповых сталей горячего деформирования повышенной теплостойкости и ударной вязкости (4Х5МФС).
20. Оптимальные температуры закалки (820–870°С) и отпуска
(420–600 °С) характерны для сталей:
1) быстрорежущих (Р18);
2) углеродистых инструментальных (У10–У13);
3) штамповых сталей горячего деформирования умеренной теплостойкости и повышенной ударной вязкости (5ХНМ);
4) штамповых сталей горячего деформирования повышенной теплостойкости и ударной вязкости (4Х5МФС).
21. Оптимальные температуры закалки (1000–1100°С) и отпуска
(540– 560 °С) характерны для сталей:
1) быстрорежущих (Р18);
2) углеродистых инструментальных (У10–У13);
3) штамповых сталей горячего деформирования умеренной теплостойкости и повышенной ударной вязкости (5ХНМ);
4) штамповых сталей горячего деформирования повышенной теплостойкости и ударной вязкости (4Х5МФС).
22. Оптимальные температуры закалки (1220–1280 °С) и отпуска (500–600 °С) характерны для сталей:
1) быстрорежущих (Р18);
2) углеродистых инструментальных (У10–У13);
3) штамповых сталей горячего деформирования умеренной теплостойкости и повышенной ударной вязкости (5ХНМ);
4) штамповых сталей горячего деформирования повышенной теплостойкости и ударной вязкости (4Х5МФС).
23. Какие из инструментальных материалов работоспособны
при температурах 800–1000 °С?
1) У10–У13;
2) Р18;
3) ВК8;
4) Т15К6.
24. Какие из инструментальных материалов работоспособны
при температурах 500–600 °С?
1) У10–У13;
2) Р18;
3) ВК8;
4) Т15К6.
25. Цель легирования:
1) создание сталей с особыми свойствами (жаропрочность, коррозионная стойкость и т. д.);
2) получение гладкой поверхности;
3) повышение пластических свойств;
4) уменьшение поверхностных дефектов.
26. К карбидообразующим элементам относятся:
1) никель;
2) молибден;
3) алюминий;
4) вольфрам.
27. Какое содержание вредных примесей серы и фосфора содержится в высококачественных сталях:
1) до 0,04 % серы и до 0,035 % фосфора;
2) до 0,025 % серы и до 0,025 % фосфора;
3) до 0,015 % серы и до 0,025 % фосфора;
4) сера и фосфор отсутствуют.
28. Какой легирующий элемент обозначается буквой С при маркировке сталей?
1) Селен;
2) углерод;
3) кремний;
4) свинец.
29. Буква А при маркировке стали (например, 39ХМЮА, У12А) обозначает:
1) азот;
2) высококачественную сталь;
3) автоматную сталь;
4) сталь ферритного класса.
30. В сталях, используемых для изготовления строительных конструкций, содержание углерода должно быть:
1) не более 0,25 %;
2) от 0,35 до 0,45 %;
3) до 0,8 %;
4) до 1,2 %.
31. К группе цементуемых сталей с неупрочняемой сердцевиной относится:
1) сталь 20ХГНР;
2) сталь 15ХФ;
3) сталь15;
4) сталь 45.
32. К штамповым сталям для горячего деформирования относятся:
1) Сталь 60;
2) 5ХНМ, 5Х2МНФ;
3) Х12;
4) У7, У8А.
33. Для изготовления мелкоразмерных режущих (слесарных) инструментов (метчиков, напильников, развёрток и др.) применяются:
1) У10А – У13А;
2) 18ХГТ, 20ХГМ;
3) 110Г13Л;
4) 03Х18Н10, 17Х18Н9.
34. Основным легирующим элементом быстрорежущей стали является вольфрам. Каким легирующим элементом можно заменить часть дорогостоящего вольфрама?
1) Хромом;
2) кобальтом;
3) кремнием;
4) молибденом.
35. Для получения высоких режущих свойств быстрорежущие стали подвергаются закалке при температуре 1220–1280 °С и трёхкратному отпуску при температуре 550–570 °С. Какая структура соответствует этой термообработке?
1) Троосто-мартенсит;
2) троосто-сорбит;
3) мартенсит отпуска;
4) ледебурит.
36. Какой сплав получен методом порошковой металлургии?
1) ВК8.
2) Р18.
3) У12А.
4) 5ХНМ.
37. Какие карбиды составляют основу твердого сплава Т5К10?
1) Карбид вольфрама + карбид титана;
2) карбид хрома + карбид молибдена;
3) карбид марганца + карбид хрома;
4) карбид молибдена + карбид вольфрама.
38. Какое химическое соединение лежит в основе нитридной керамики?
1) Аl2O3;
2) Al2O3 + TiC;
3) Al2O3 + TiN;
4) Si3N4.
39. Основной особенностью режущей керамики является отсутствие связующей фазы. На какое свойство это отрицательно влияет?
1) Ударную вязкость;
2) возможность применения высоких скоростей резания;
3) разупрочнение при нагреве;
3) пластическую прочность.