CC BY
32cjyi ^обработка металлов
технология
вании, так как возрастает число встреч алмазных зерен с обрабатываемой поверхностью. При прерывистом шлифовании, как и при сплошном, величина шероховатости изменяется во времени (рис. 4, в). Канавки в алмазном слое уменьшают общее количество зерен, образующих режущий контур. Это в первоначальный момент работы увеличивает шероховатость обработанной поверхности. По мере формирования режущего профиля круга шероховато 1ь обрабатываемой поверхности снижается и после самоформирования профиля такой круг длительное время сохраняет стабильные условия работы. В отличие от прерывистых кругсв при работе кругом со сплошным контуром после определенного времени работы он теряет режущие свойства вследствие засаливания, шероховатость увеличивается и на обрабатываемой поверхности появляются следы прижогов и других дефектов. Адгезионных явлений в зоне резания при работе прерывистыми кругами с подачей охлажденного газа не наблюдается.
Таким образом, принудительное охлаждение под давлением холодным потоком воздуха непосредственно самой зоны резания, режущих кромок инструмента и обрабатываемой поверхности способствует снижению сил резания, трения, уменьшению выделения теплоты, а также быстрого ее отвода, что повышает гроизводи-тельность, стойкость инструмента, улучшает качество обрабатываемой поверхности, так как исчезают прижоги отпуска, закалки и остаточные напряжения, возникающие при большом перепаде температур по глубине об-
рабатываемых деталей. Следовательно, не нарушаются однородность структуры, постоянство твердости и, как следствие, повышается износостойкость и контактная прочность обрабатываемых деталей.
Нет необходимости в квалифицированном персонале и специальном оборудовании при обслуживании инструмента. Инструмент имеет большой ресурс работы, для которой используется экологически чистое охлаждающее средство (воздух), простота конструкции. Обслуживание вихревых трубок, их надежность, простота получения холодного потока воздуха, производственная экономичность получения холодного потока позволяют решать пэоблему охлаждения зоны шлифования без применения традиционных СОЖ.
Список литературы
1. Якимов A.B. Прерывисто© шлифование. - Киев-Одесса: Вища школа, 1986. -174 с.
2. Решение ФГУ ФИПС о выдаче патента на изобретение «Шлифовальный инструмент с вихревым охлаждением» по заявке № 2005140684/02(045311) от 12.03.2007. B24D7/10, В24В 55/02. Авторы: Долганов A.M., Иванова Т.Н.
3. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. - Куйбышев: КуАН, 1988.
4. Долганов A.M. Повышение эффективности шлифования за счет применения инструмента с вихревым охлаждением// Сб. ciaieíí международной наунно-техн. конф. «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы». - Волжский: Волжский институт строительства и технологий (филиал) ВолгГАСУ, 2006. - С. 142 - 145.
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТЖИТА НА СТРУКТУРУ И ТВЕРДОСТЬ АМОРФНЫХ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВВВ
Широкий интерес к аморфным материалам обусловлен теми преимуществами, которые дает их использование в различных отраслях техники. Причина такого интереса заключается в перспективах экономии энергии и возможности реализации новых свойств, присущих этим материалам. Изначально предметом внимания к аморфным сплавам, как к конструкционным материалам, была их экстремальная прочность. Однако по мере углубления знаний в области изучения аморфных сплавов надежды на их применение в качестве высокопрочных материалов были исчерпаны из-за низкого сопротивления аморфных сплавов циклической усталости [1,2].
В то же время появились широкомасштабные пер зпективы в использовании данного класса материалов в зилу их уникальных магнитных свойств, благодаря чему производство аморфных сплавов приобрело промышленный характер. Как отмечают авторы [3], важность этого момента можно оценить по тому факту, что при полной замене электротехнических сталей аморфными ферромагнитными материалами только в одном случае применения в качестве сердечников трансформаторов иуд«1 иэконимлени икоио 2/3 рассеиваемой энергии.
Однако использование аморфных сплавов в качестве
К.Х. РАХИМЯНОВ, аспирант, НГТУ, г. Новосибирск
материалов конструкций электрических машин, приборов и т.д. требует применения механической обработки. Традиционные методы обработки сопровождаются тем-I пературными и силовыми процессами в зоне резания. I Учитывая структурную чувствительность рассматриваемых материалов к температурному и деформационному I воздействиям, вопрос исследования влияния температу-I ры отжига на структуру и механические свойства аморф-I ных сплавов является весьма актуальным, что также I связано с дальнейшим выбором приемлемых методов их механической обработки.
В качестве материала для исследования были выбраны следующие марки магнитомягких материалов I - аморфный сплав 82КЗХСР и нанокристаллический ' сплав 5БДСР. Эти сплавы успешно заменяют все известные магнитомягкие материалы (ферриты, пермал-» лой, трансформаторную сталь, альсифер и др.) и при I этом имеют в несколько раз превышающие рабочие I характеристики. В основе аморфного сплава 82КЗХСР ! лежат следующие химические элементы: кобальт-осно-! ва, хром, кремний, бор. Составляющие нанокристалли-ческого сплава 5БДСР - железо-основа, ниобии, медь, ! кремний, бор.
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Технология получения аморфных и нанокристалличе-ских сплавов в виде лент основана на использовании метода плоской струи [4, 5], ко~орый заключается в подаче жидкого металла из тигля на поверхность вращающегося барабана-холодильника. Охлаждение расплава на поверхности барабана со скоростями охлаждения, превышающими значения критических ( « 6x106 К/с), обеспечивает полнуо аморфизацию ленты 5ез образования каких-либо кристаллических структур. Для придания аморфным сплавам требуемых магнитных свойств изделия из них подвергают специальной термомагнитной обработке При нагреве аморфных сплавов до температур выше значения температуры кристаллизации в их структуре появляется кристаллическое строение. В то же время установлено, что образование кристаллической структуры с размером зерна 10.. .20 нм в сплавах на основе железа обеспечивает равные магнитные свойства аморфным сплавам на основе кобалэта. Введение в состав сплавов таких элементов, как кремний и бор, способствует формированию аморфной структуры в ленте в процессе быстрого охлаждения расплава. Введение в расплав меди приводит к зарождению большого количества центров кристаллизации пру по-следуощей термической обработке аморфной структуры. Ниобий предназначен для сдерживания роста зерен при высокой температуре. В противном случае, если процесс кристаллизации охватывает весь объем ленты с образованием кристаллов с размером 0,1... 1,0 мкм, то происходит катастрофическое ухудшение (на несколько порядков величины) магнитных свойств материала [6].
В таблице представлены магнитные и физические характеристики сплавов 82КЗХСР и 5БДСР.
В качестве образцов для отжига использовалась лента как после охлаждения из расплава, так и в окончательном виде после термомагнитной обработки.
Для исследования микротвердости изучаемых материалов после отжига образцы закреплялись в специальной стальной оправке.
Отжиг образцов проводился в электропечи шахтной вакуумной модели СШВЭ - 12,5/25 - И2 мощностью 35 kW. Для оценки температурного режима нагрева использовалась ппатинородий - платина термопара. Отжиг осуществлялся в вакууме 6x10"6 мм рт. столба с изотермической выдержкой в течение 60 мин с последующим охлаждением образца вместе с печью. Для изучения были выбраны следующие значения температур отжига: 500 °С, 700 °С, 950 °С.
Для металлографических исследований структуры сплавов на растровом электронном микроскопе модели РЭМ LEO - 420 образцы помещались в латунную оправку и заливались сплавом Вуда.
На рис. 1 показано изменение микротвердости изучаемых сплавов после различных температур отжига. Измерение микротвердости проводили на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 50 гс.
Отжиг образцов после специальной термомагнитной обработки (кривые 1,2) при температуре 500 °С приводит к повышению микротвердости сплавов на 20 - 30 %. Это, вероятно, можно объяснить поведением специфичных структур «металл - металлоид», образованных из расплава высокоскоростным охлаждением, при нагреве их в области температур кристаллизации. Для сплавов 82КЗХСР и
Магнитные и физические характеристики аморфного 82КЗХСР и нанокристаллического 5БДСР сплавов
№п/п Характеристики 82КЗХСР 5БДСР
1 Магнитная индукция при напряженности магнитного поля ЮОА/м, Тл 0,42 1,23
2 Относительная магнитная проницаемость при напряженности магнитного поля: 0,1 А/м................................................... 0,05 А/м........................-................-........ 150000 50000
3 Коэрцитивная сига, А/м 0,2 0,7
4 Коэффициент прямоугольности 0,7 <0,1
5 Удельные потери (0,2 Тл, 20 кГц), Вт/кг (0,5 Тл, 100 кГц), Вт/кг 2,0 ю-§ со
6 Температура Кюри, °С 180 350
7 Температура начала кристаллизации, °С 510 530
8 Плотность ленты, г/см3 7,7 7,6
9 Твердость НУ, МПа 10300 10200
1Э Удельное электрическое сопротивление МОмхм 1,4 1,6
11 Константа магнитэстрикции 0,0 1,0x10"6
12 Мах температура длительного применения, °С 90 240
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
5БДСР температура кристаллизации равна 510°С и 530°С соответственно.
Металлографические исследования аморфного сплава 82КЗХСР в исходном (в данном случае после специальной термомагнитной обработки) состоянии не выявили наличия каких-либо кристаллических структур даже при значительных увеличениях (рис. 2, а, б). Возможности оборудования для металлографических исследований также не позволили выявить исходную (после специальной термомагнитной обработки) нанокристаллическую структуру сплава 5БДСР, размер кристаллов которой составляет 10...20 нм.
НУ, МПа
13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000
\ ^ч"2
/ /У У -О 1 \ н \
л / / У / / у / / \\ V3 \\
/ / / / / / \ \\ \\
/ / / / // ^ л \ ^ \ ч \ \
( / / // (/ V \
\
20
500
700
950
Рис. 1. Микротвердость аморфного 82КЗХСР и нанокристаллического 5БДСР сплавов при различных температурах отжига: 1 - аморфный сплав 82КЗХСР после термомагн^тной обработки; 2 - нанокристаллический сплав 5БДСР после термомагнитной обработки; 3 - аморфный сплав 82КЗХСР после охлаждения из расплава; 4 - нанокристаллический сплав 5БДСР после охлаждения из расплава
Структурные состояния сплавов после отжига 500 °С (рис. 3) косвенно подтверждают результаты измерения микротвердости. Действительно, отжиг при температурах ниже температуры кристаллизации не приводит к образованию кристаллических структур. Увеличения съемки до 50000-крат не выявили каких-либо структурных изменений.
(до 9000 МПа) наблюдается у нанокристаллическогс сплава прэтив 11000 МПа у аморфного. Вероятно, этс связано с тем, что у сплава 5БДСР после специальной термомагнитной обработки уже формируется нанокри-сталлическая структура, рост которой наблюдается при повышении температуры отжига. Подтверждением тому являются микрофотографии сплавов (рис. 4). У нанокри-сталлического сплава 5БДСР даже при малых увеличениях (рис. 4, б) заметно появление кристаллической структуры. Значительные увеличения (рис. 4, в) в полной мере подтверждают кристаллизацию сплава 5БДСР.
а б
Рис. 3. Структура аморфного сплава 82КЗХСР (а) и нанокристаплического сплава 5БДСР (б) после отжига при температуре 500 °С
а б в
Рис. 4. Структура аморфного сглава 82КЗХСР (а) и нанокристаллического сплава 5БДСР (б, в) после отжига при температуре 700 °С
Отжиг при температуре 950°С приводит к формированию в полной мере кристаллической структуры в обоих сплавах (рис. 5).
к
б
Рис. 2. Структура амоэфного сплава 82КЗХСР после специальной термомагнитной обработки
Повышение температуры отжига до 700 °С приводит к снижению микротвердости исследуемых материалов. Пэичем значительное уменьшение микротвердости
Рис. 5. Формирование кристаллической структуры в аморфном сплаве 82КЗХСР (а, е) и нанокрис-аллическом сплаве 5БДСР (б, г) при отжиге 950 °С
технология
Переход рассматриваемых структурных состояний из аморфного и нанокристаллического в развитую кристаллическую с размером зерна 2...5 мкм при отжиге 950 °С объясняет существенное снижение мккро-твердости до значений 7000...6000 МПа.
На рис. 1 представлены также зависимости изменения микротвердости для рассматриваемых сплавов (кривые 3, 4) в исходном состоянии, соответствующему состоянию ленты после выплавки без проведения специальной термомагнитчой обработки. Характер кривых в целом не меняется, существует лишь разница по сравнению с кривыми 1, 2 в абсолютных значениях микротвердости при температуре отжига 500 °С. Вероятно, это можно объяснить спецификой проведения дополнительной специальной термомагнитной обработки у образцов, соответствующих кривым 1, 2.
Следует отметить определенные сложности, возникающие при использовании данного класса сплавов для изготовления электротехнических изделий. Поеж-де всего это связано с тем, что технология получения аморфных материалов позволяет получать в качестве исходного материала тонкие (десятки мкм) металлические ленты. И только производитель аморфной ленть, обладая знаниями о специфических особенностях зтих материалов, оказался готовым для освоения производства изделий из аморфных сплавов. Вторая причина, сдерживающая широкое использование уникальных материалов, также обусловлена их уникальными физико-механическими свойствами (см. таблицу). Вопрос о механической или какой-либо другой обработке изделий, сконструированных из сверхтонкой, и в то же время сверхтвердой и хрупкой (после термомагнитной обработки) металлической ленты с требуемой точностью и качеством, без влияния про-
обработка металлов с^д
цесса обработки на уникальные свойства материала, остается до настоящего времени открытым.
Проведенные исследования показали, что температура в зоне обработки, даже в локальных (учитывая толщину ленты) объемах, не должна превышать значения температуры кристаллизации обрабатываемого сплава. Несоблюдение температурного режима приводит к переведу аморфного или нанокристаллического состояния материала в кристаллическое и к потере уникальных физических и магнитных свойств.
Список литературы
1. Аморфные металлические сплавы / Под ред. Ф. Е. Лю-борского: Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1987, 584 с.
2. Стародубцев Ю. Н., Белозеров В. Я. Магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов. - Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2002. - 384 с.
3. Werner, F. Е, in Energy Efficient Steels, Eds. Marder, A. R. and Stephenson, E. Т., p. 1, TSM - AIME, Pittsburgh, PA (1981).
4. Continuos casting method for metallic strips/ M.C. Narasi-mhan: Пат. 4142571 США , МКИ В22Д11/06, В22Д11/10 (1979)
5. Continuos casting method for metallic amorphous strips/ M.C. Narasimhan: Пат. 4221257 США , МКИ В22Д11/06, В22Д11/10 (1980)
6. Fe-base soft magnetic alloy and method of produsing same/ Y. Yoshizawa, K. Yamauchi, S. Ogurna. European Patent 0271657, МКИ H01F1/14, H01F1/16 (1988)
'СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГАЛТОВОЧНЫХ ТЕЛ ЗА СЧЁТ ПРИМЕНЕНИЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ ЗЁРЕН С КОНТРОЛИРУЕМОЙ ФОРМОЙ
В машиностроении широко используются следующие операции галтовки: барабанная, вибрационная, центробежная, буксирная, магнитная, вибро-центробежная, центробежно-барабанная, магнитно-центробежная, цен-тробежно-дисковая.
Галтовка также используется при обработке деталей разного назначения: медицинского, мерительного и сле-иарно-мотажно! о инифуме-ла, деталей автомобилей, мотоциклов, велосипедов, часов, лезвийных инструментов, лопаток турбин, гребных винтов, шестерён, скобяных изделий, метизов, электротехнических изделий, ферритов, фарфоровых изоляторов, сантехнической арматуры, ювелирных изделий, цепей, столовых приборов, пуговиц, деталей протезов, мебельной, обувной промышленности и других изделий. При помоши галтовки могут быть обра-
А.Н. КОРОТКОВ, профессор, доктор техн. наук, С.А. КОСТЕНКОВ, аспирант, КузГТУ, г. Кемерово
ботаны детали, изготовленные из всех марок сталей, в том числе нержавеющих, всех цветных металлов и их сплавов, керамики, реакгопластов, твёрдых сплавов и тугоплавких металлов, камня, стекла и других материалов. Галтовкой могут быть обработаны также заготовки, изготовленные всеми видами литья (в землю, в кокиль, оболочковые формы, под давлением), поковки, объёмные и листовые штамповки, детали после лезвийной обработки [ 1, 2, 3, 4].
Основным назначением операций галтовки является достижение заданных характеристик поверхности обрабатываемых изделий за определённое время и сокращение ручного труда. Результат обработки деталей в основном зависит от вида операции галтовки, режима галтовки и эксплуатационных характеристик наполнителя, а также от формы и материала детали. Поэтому совершенство-
* - здесь и далее изложение доклада на 5-ой научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлобработки в промышленности на современном этапе», 28 марта 2007 г., г. Новосибирск
