Инструмент для абразивной обработки

Абразивные материалы — мелкозернистые по­рошковые вещества (химические соединения элементов), которые используют для изготовления абразивных инстру­ментов; шлифовальных кругов, головок, сегментов, брус­ков. Естественные абразивные материалы (наждак, квар­цевый песок, корунд) применяют ограниченно из-за не­однородности их свойств. В промышленности применяют в основном искусственные абразивные материалы: электрокорунды, карбиды кремния, карбиды бора, оксид хрома, синтетические алмазы, борсилокарбид, славутич, эльбор, гексагонит.

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ

Диаграммой состояния называется графическое изображение, показывающее фазовый состав сплавов в зависимости от температуры и концентрации химических компонентов в условиях равновесия.

Фазой называется однородная часть системы, отделенная от других частей поверхностью раздела, при переходе че­рез которую свойства сплава изменяются скачкообразно. На рис. 1.9 изображена диаграмма состояния железоуглероди­стых сплавов, имеющая большое практи­ческое значение.

Структурные составляющие желе­зоуглеродистых сплавов. В зависимости от температуры и концентрации углерода железоуглеродистые сплавы имеют сле­дующие составляющие.

Аустенит - твердый раствор угле­рода в у-железе с предельной концентра­цией углерода 2,14 % при температуре 1147 °С; с понижением температуры до 727 °С концентрация углерода уменьша­ется до 0,8 %; сталь со структурой аусте- нита имеет высокие пластичность и вяз­кость. Аустенит немагнитен (у-железо - модификация железа, имеющая кристал­лическую решетку гранецентрированного куба).

Феррит - твердый раствор углерода в а-железе с предельной концентрацией углерода 0,02 % при температуре 727 °С; сталь со структурой феррита ферромаг- нитна вплоть до температуры Кюри 770 °С, имеет малую твердость и высокую пластичность (а-железо - модификация железа, имеющая кристаллическую ре­шетку объемно-центрированного куба).

Цементит - химическое соедине­ние железа с углеродом Fe₃C (6,67 % С); ферромагнитен до температуры Кюри 210 °С, имеет высокие твердость и хруп­кость.

Перлит - механическая смесь (эв- тектоид) феррита и цементита, образую­щаяся при эвтектоидном распаде аустени- та (0,8 % С); сталь, имеющая структуру перлита, ферромагнитна, обладает повы­шенными прочностью и твердостью.

Ледебурит (4,3 % С) - механиче­ская смесь (эвтектика) аустенита и цемен­тита; ниже температуры 727 °С аустенит превращается в перлит, при этом образу­ется смесь перлита и цементита - превра­щенный ледебурит.

Графит - углерод в свободном со­стоянии, образующийся в чугунах в ре-

Феррит i5oo Феррит+ +аустенит

зультате распада цементита при медлен­ном охлаждении. Графит немагнитен, мягок, имеет низкую прочность.

Диаграмма состояния железоугле­родистых сплавов. Основные свойства сплава определяются содержанием угле­рода. Взаимодействие углерода с а- или у- модификациями железа приводит к обра­зованию железоуглеродистых сплавов, различных по строению и свойствам. По­строение диаграммы состояния железо - углерод (цементит) дает представление о температурах и концентрационных гра­ницах существования этих сплавов.

На диаграмме состояния железо- уг­лерод (см. рис. 1.9) линия abcd - линия ликвидуса, выше нее сплав находится в жидком состоянии; линия aecf - линия солидуса, ниже нее сплав находится в твердом состоянии. При температурах, соответствующих линии aecf, заканчи­вается первичная кристаллизация. В точке С при концентрации углерода 4,3 % обра­зуется эвтектика, которая носит название ледебурит. Линия PSK- линия эвтектоид- ного превращения, на которой заканчива­ется процесс вторичной кристаллизации. Линия ps - линия нижних критических точек а]. Линия gse - начало процесса вторичной кристаллизации твердого рас­твора. Линия gs - линия верхних крити­ческих точек А₃; она показывает темпера­туру начала выделения феррита из аусте- нита. Линия se - линия верхних критиче­ских точек а_т, она показывает температу­ру начала выделения вторичного цемен­тита и является линией, определяющей предельную растворимость углерода в ау- стените. Сплавы, содержащие до 2,14 % С, условно называют сталями, более 2,14 % с - чугунами. Сталь, содержащая 0,8 % С, называется эвтектоидной; сталь, содержащая менее 0,8 % С, - доэвтекто- идной, сталь, содержащая более 0,8 % С, - заэвтектоидной.

Практическое применение диаг­раммы Fe-Fe₃C. Диаграмму Fe-Fe₃C ис­пользуют для определения видов и темпе­ратурных интерналои термической обра- ботки стали; для назначения температур, ного интервала при обработке давлением; для определения томпературы плавления и заливки сплавов.

Температуру плавления определяют по линии ликвидуса. Температура запинки должна быть выше линии ликвидуса. Температурный интервал при горячей обработке давлением находится ниже ли­нии солидуса на 100... 150 °С (верхний предел) и выше линии критических точек Аз на 25 50 °С (нижний предел).

Основой процесса термической об­работки является полиморфизм железа и его твердых растворов на базе а- и у-же- леза. Полиморфные превращения стали данного состава происходят в определен­ном интервале температур, ограниченном нижней а\ и верхними а^ и а_т критиче­скими точками.

В результате полиморфизма проис­ходит перекристаллизация в твердом со­стоянии. Перекристаллизация - это изме­нение кристаллического строения стали при ее нагреве или охлаждении до опре­деленных температур.

Таким образом, термическая обра­ботка заключается в нагреве сплавов до определенных температур, выдержке их при этих температурах и последующем охлаждении с различной скоростью. При этом изменяются структура сплава, а сле­довательно, и его свойства. Изменяя ско­рость охлаждения, можно получить раз­личные физико-механические свойства и структуры железоуглеродистых сплавов.

Основные виды термической обра­ботки - отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг - нагрев доэвтектоидной стали выше точки А^ заэвтектоидной - выше точки а_п, с последующим охлажде­нием вместе с печью. После полного от­жига структура сплава состоит из феррита и перлита (доэвтектоидиые стали). Отжиг снимает внутреннее напряжение, снижает твердость, повышает пластичность, улуч-
шаст обрабатываемость, устраняет хими­ческую иеодяороджкггь. Неполный отжиг- нагрев выше точки А\, но ниже А%\ проис­ходит неполная фазовая перекристаллиза­ция.

Нормализация нагрев выше точ­ки /4?, охлаждение на воздухе; нормализа­ция приводи! к измельчению зерна и по­вышению прочности,

Закалка - нагрев выше точки Аъ, быстрое охлаждение в воде или масле; повышает твердость и прочность, снижает пластичность.

Регулируя скорость охлаждения ста­ли из аустенитного состояния,- можно по­лучать различные структуры: мартенсит, троостит, сорбит, перлит.

Структура мартенсита образуется при быстром охлаждении в результате бездиффузионного (сдвигового) перехода у-железа (аустенита) в а-железо (феррит) без выделения углерода из раствора. Пе­реход у-железа в а-железо сопровождает­ся изменением кристаллических решеток, что вызывает появление внутренних до­полнительных напряжений. Мартенсит представляет собой пересыщенный рас­твор углерода в а-железе с искаженной кристаллической решеткой. Сталь со структурой мартенсита обладает высоки­ми твердостью и прочностью.

Структура троостита образуется при более медленном охлаждении и представ­ляет собой смесь феррита и цементита с высокой дисперсностью. Троостит имеет меньшие твердость и прочность, чем мар­тенсит.

Структура сорбита образуется при еще более медленном охлаждении. Зерна феррита укрупняются, образуется мелко­дисперсная ферритно-карбидная смесь.

Структура перлита образуется в ре­зультате очень медленного охлаждения сплава вместе с печью и является у эвтек- тоидных сталей конечной структурой распада аустенита; у доэвтектоидных ста­лей конечной структурой будет грубая смесь феррита и перлита; у заэвтектоид- ных сталей - смесь перлита и цементита.

Отпуск - нагрев ниже точки А_л и медленное охлаждение; его применяют как сопутствующую операцию после за­калки для получения более устойчивых структур. Высокий отпуск (нагрев до тем­пературы 700 °С) применяют для повы­шения пластичности и обрабатываемости при небольшом снижении прочности за­каленной стали; низкий отпуск (нагрев до температуры 250 °С) применяют для по­вышения вязкости закаленной стали при сохранении прочности.