Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГЛАВА 1.ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛАХ И АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ

Абразивные материалы (фр. abrasif -- шлифовальный, от лат. abradere -- соскабливать) -- это материалы, обладающие высокой твердостью, и используемые для обработки поверхности различных материалов. Абразивные материалы используются в процессах шлифования, полирования, хонингования, суперфиниширования, разрезания материалов и широко применяются в заготовительном производстве и окончательной обработке различных металлических и неметаллических материалов.

Технология производства

Основа абразивов

На ней держится зерно и она передает усилие резания. Наряду с высокой прочностью и малым растяжением, основа абразивов должна иметь гибкость, необходимую для соответствующей операции шлифования. Наиболее часто применяемой основой абразивов является аппретированная ткань, специальная бумага и вулканизированная фибра.

Связующий материал

Удерживает абразивное зерно и поддерживает его от усилий, образующихся при съеме стружки. Для абразивных средств, подвергающихся большим усилиям, в качестве связующего материала в настоящее время применяются только фенольные смолы. Для точного соответствия их свойств усилиям обработки различных абразивов в фенольные смолы добавляются наполнители. Часть этих наполнителей служит для усиления воздействия абразивов при шлифовании. Такие наполнители называются добавками, активирующими шлифование.

Абразивное зерно

Абразивное зерно является режущим инструментом, проникает в материал заготовки и снимает стружку. Абразивное зерно закрепляется на основе абразивов. Высокая твердость, вязкость и форма с острой кромкой являются важнейшими характеристиками абразивного зерна. Первыми абразивами были естественные вещества (минералы), например, кремень, наждак и гранит. Для современных высококачественных абразивов применяется только абразивное зерно из синтетических материалов: плавленный корунд, карбид кремния, корунд циркония и керамический корунд.

Изготовление абразивов

С помощью комбинированных процессов нанесения покрытия, сушки и отвердения абразивные зерна наносятся на абразивную основу и закрепляются с помощью связующего вещества. Центральной частью производства абразивов является установка нанесения зерна: в электростатическом поле зерно "выстреливается" снизу вверх в абразивную основу, покрытую связующим веществом. при этом они выпрямляются и становятся вертикально по своей продольной оси на основе абразива. Так абразивы получают свои характерные режущие свойства. Отвердевшая связка абразива при флексовании четко разламывается. Тем самым появляется требуемая гибкость абразива. Готовый абразив перерабатывается в различные виды изделий - бобины, рулоны, диски, бесконечные ленты, листовые наборы, лепестковые круги и пр.

Применение абразивных материалов и виды абразивной обработки

Абразивные материалы с успехом применяются в следующих видах абразивной обработки:

· шлифование круглое -- обработка цилиндрических и конических поверхностей валов и отверстий;

· шлифование плоское -- обработка плоскостей и сопряжённых плоских поверхностей;

· шлифование бесцентровое -- обработка в крупносерийном производстве наружных и внутренних поверхностей (валы, обоймы подшипников и др);

· шлифование бесцентровое лентой -- наружные поверхности, в том числе сложные профили;

· шлифование лентой сложных профилей -- например шлифование лопаток турбин;

· отрезание и разрезание заготовок -- заготовительное и монтажное производство, демонтаж конструкций;

· притирка -- абразивное притирание поверхностей (например седло и игла дизельной форсунки);

· гидроабразивная обработка -- струйная и галтование (отливки, паковки, метизы и др);

· пескоструйная обработка -- очистка субстратов от старой краски, ржавчины, окалины и других загрязнений, а так же сглаживание поверхностей и очистка отливок и поковок;

· ультразвуковая обработка -- пробивка отверстий в твёрдых сплавах, извлечение сломанного инструмента, изготовление штампов;

· хонингование -- обработка отверстий (цилиндры двигателей, насосов и др);

· полирование -- придание поверхности малой шероховатости и зеркального блеска;

· суперфиниширование -- окончательное придание наружным, внутренним и сложным профилям высочайшей точности и чистоты поверхности, в том числе алмазное суперфиниширование (точные механизмы, инструмент, детали особо точных приборов, инструментов, оружия и т.д.).

1.1 Инструменты абразивной обработки

Абразивные материалы для применения в промышленности должны быть закреплены или конструктивно выполнены в виде различных инструментов и составов, основные виды абразивных инструментов и составов:

· Отрезные круги: Различных диаметров (до 3500 мм), ширины, высоты и форм(профилей) рабочего(абразивного) слоя и способов закрепления его на корпусе круга.

· Шлифовальные круги: Различные абразивные материалы в виде кругов, дисков, конусов разных профилей и диаметров.

· Бруски: Абразивные и металлоабразивные разных размеров и профилей для хонингования, притирки, суперфиниширования.

· Лента: Синтетическая или растительнотканная лента разной ширины с приклеенными на ее одной или двух сторонах зернами абразивных материалов.

· Наждачная бумага: Абразивный материал нанесенный на тканевую или бумажную основу.

· Пасты: Абразивные притирочные и полировальные абразивы равномерно распределенные в связующем (парафин, церезин, олеиновая кислота, стеарин, масла, керосин и др).

· Свободное зерно: Сухие абразивные зерна для гидроабразивной, ультразвуковой и пескоструйной обработки.

· Галтовочные тела: абразивный инструмент в виде изделий геометрической формы (цилиндр, призма, конус, куб и т.п.), предназначенный для галтовки

Виды абразивных материалов

Абразивные материалы делятся по твердости (сверхтвердые, твердые, мягкие), и химическому составу, и по величине шлифзерна (крупные или грубые, средние, тонкие, особо тонкие), величина зерна измеряется в микрометрах (мк) и мешах(mesh), величине более распространенной в мире.

Производство абразивных материалов

Размер частицы абразива колеблется в пределах 2 мм (крупная фракция) - 40 мкм.

В настоящее время абразивные материалы добываются и производятся синтетически, причем новые синтетические материалы, как правило, более эффективны, чем природные.

Абразивные материалы бывают двух видов по происхождению:

Природные абразивные материалы

· Алмаз: Алмазоподобная кубическая аллотропическая форма элементарного углерода, добывается в коренных (кимберлитовые трубки) и россыпных месторождениях.

· Корунд: Кристаллический оксид алюминия, то же и сапфир, добывается в россыпях и иногда в рудах.

· Гранат: Природный минерал, состоит из: R²⁺₃ R³⁺₂ [SiO₄]₃, где R²⁺ -- Mg, Fe, Mn, Ca; R³⁺ -- Al, Fe, Cr.

· Наждак: Природный минерал, состоит из: корунда и магнетита - черного магнитного оксида железа Fe₃O₄

· Кварц: Кристаллическая двуокись кремния, один из наиболее дешевых и доступных абразивных материалов.

· Мел: Карбонат кальция, для тонких видов абразивной обработки(притирка, полирование).

Синтетические абразивные материалы

· Минеральный шлак (купрошлак или никельшлак): применяются для наружной очистки больших металлических конструкций

· Колотая/стальная дробь: Применяется для удаления плотной окалины

· Искусственный алмаз: Синтез при высоком давлении, обработка твердых сплавов, камня, стекла, цветных металлов.

· Кубический нитрид бора (боразон (В России кубический нитрид бора знают как эльбор): Синтез при высоком давлении, применяют при шлифовании деталей из различных сталей и сплавов.

· Сплав бор-углерод-кремний: Сплавление бора с углеродом и кремнием в дуговой печи, обработка черных, и цветных металлов, камня, стекла и др.

· Карбид бора: обработка твердых сплавов, стекла, черных металлов.

· Карбид кремния: обработка твердых сплавов, цветных металлов и титана.

· Нитрид кремния: обработка черных и цветных металлов.

· Нитрид алюминия: обработка металлов.

· Электрокорунд: обработка черных металлов, изредка камня и стекла.

· Оксид циркония(фианит): обработка черных и цветных металлов.

· Двуокись церия: обработка стекла (полирит).

· Двуокись олова: обработка стекла, полирование металлов.

· Окись хрома: полирование черных и цветных металлов.

· Двуокись титана: полирование цветных металлов.

Новые перспективные абразивные материалы:

· Нитрид углерода:

· Сплав карбид титана-карбид скандия:

Отдельно следует выделить категорию магнитоабразивной обработки (МАО) и материалов для магнитноабразивной обработки.

Суть заключается в объединение свойств материалов с высокими абразивными качествами и магнитными, что позволяет производить т.н. мягкую обработку и полирование на более высоком качественном уровне используя магнитоабразивные порошки.

1.2 Искусственные абразивы

Искусственные (синтетические) абразивные материалы производят из природных минералов, руд обогащенных и необогащенных, измельченных смесей (шихты) методом плавления в печах, охлаждения, дробления кусков расплава и рассева оброзовавшихся зерен по фракциям. Сырьем для производства искусственных абразивов служат руды и минералы, содержащие большое количество твердых кристаллов, таких как оксид алюминия (Al2O3) и кварц (SiO2).

Природным поставщиком оксида алюминия для производства абразивов являются бокситовые глины, содержащие не менее 60% Al2O3 (корунда). Температура плавления бокситов превышает 1400гр.С. Процесс требует энергии больше, чем способен выделить угольный кокс в обычных металлургических печах, поэтому плавка производится в электродуговых печах с использованием энергии электрической дуги. Эффект плавления может быть усилен магнитным полем в специализированных индукционных печах.Т.к. получение искусственного корунда связано с использованием электрической энергии, материал получил название "электрокорунд". Поставщиком кремния для синтезированных материалов является природный кварцевый песок. Получение абразивов производится путем плавления кварцевого песка в электропечах и взаимодействия с углеродом за счет добавления в расплав нефтяного кокса, в результате чего синтезируется материал - карбид кремния (SiC), синоним - карборунд.

Искусственные абразивы обладают большей твердостью по сравнению с природными, а применение добавок позволяет получить широкий спектр метериалов с необходимыми свойствами для различных видов абразивной обработки. Электрокорунд нормальный

Электрокорунд нормальный получают в электродуговых печах восстановительной плавкой шихты, состоящей из бокситов, углеродистого материала и чугунной стружки. Минералогическая основа бокситов - корунд Al2O3 (не менее 60%) и гексаалюминат кальция CaO*6Al2O3. В процессе восстановительных реакций примеси Fe2O3, SiO2, TiO2 переходят в ферросплавы, кроме CaO.

Плотность - 3.85-3.95г/см3. Микротвердость - 18.9-19.6ГПа.

Электрокорунд нормальный - широко рапространенный материал, используемый для изготовления инструмента и шлифшкурки с различными типами связки. Используется и в свободном виде, для струйной обработки. Наиболее эффективен при обработке углеродистых сталей, в опреациях шлифования, резки и обдирки.

Электрокорунд белый

Электрокорунд белый получают плавлением глинозема в электродуговых печах. Глинозем является продуктом обогащения бокситовых глин. Содержание корунда в глиноземе 98-99% и 1-2% - алюмината натрия Na2O*11Al2O3.

Плотность - 3.90-3.95г/см3. Микротвердость - 19.6-20.9ГПа.Как более твердый материал, используется в инструменте с твердой связкой (керамика). Наиболее эффективен при обработке чугуна, нержавеющей стали. Используется так-же, в шлифшкурке и свободном виде.

Электрокорунд хром-титанистый

Хром-титанистый электрокорунд получают в электродуговых печах плавлением шихты, состоящей из глинозема или бокситов и легирующих компонентов - оксида хрома и оксида титана. Материал из глинозема содержит Cr2O3 не более 0.4%, TiO2 - не более 0.7% ; из бокситов : Cr2O3 - 0.1-0.5%, TiO2 - 1.7-3.5%. Легирование 2-мя компонентами улучшает абразивные свойства материала. Используется в шлифшкурках и свободном виде, и в инструменете для интенсивных режимов обработки конструкционных и углеродистых сталей.

Электрокорунд циркониевый

Циркониевый электрокорунд получают из шихты глинозема и оксида циркония в специальных наклоняющихся электродуговых печах, методом "на слив" с последующим интенсивным охлаждением расплава, что позволяет получить микрокристаллический материал с размерами первичных кристаллов до 50мкм.

Плотность - 4.05-4.15г/см3. Микротвердость - 22.6-23.5ГПа.

Циркониевый электрокорунд обладает высоким коэффициентом шлифования и является самым эффективным материалом в обдирочных операциях с высокими нагрузками и большим съемом металла,- производительность бакелитовых обдирочных кругов из циркониевого электрокорунда более чем в 10 раз превышает производительность кругов их электрокорунда нормального.

Карбид кремния черный

Карбид кремния SiC получают в электропечах при взаимодействии кремния и углерода. Сырьем для карбида кремния служат кварцевый песок Si - не менее 99% и нефтяной кокс с массовой долей золы - не более 1%.Плотность - 3.21г/см3. Микротвердость - 33ГПа.

Как очень твердый материал используется при обработке стекла, керамики, железобетона, чугуна. Применяется при изготовлении инструмента с различными типами связки и в шлифшкурке. Структура материала ("незасаливаемая") позволяет обрабатывать мягкие материалы - цветные металлы, дерево, кирпич.

Карбид кремния зеленый

По своему химическому составу и физико-механическим свойствам карбид кремния зеленый незначительно отличается от карбида кремния черного.

Сферокорунд

Сферокорунд получают методом раздува расплава глинозема и образования полых корундовых сфер. Содержание Al2O3 в материале - не менее 99%.

Плотность - 3.90-3.95г/см3. Микротвердость - 19.6-20.9ГПа.

Сферокорунд используется для труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочная сталь, мягких и вязких материалов, как кожа или резина. Поддержание абразивных свойств материала происходит за счет разрушения сфер в процессе шлифования и обнажения новых режущих кромок при малом тепловыделении.

Формокорунд

Формокорунд получают методом экструзии высоковязкой водной суспензии глинозема, последующей сушки и спекания при температуре 1700гр.С. Содержание Al2O3 - 80-87%, Fe2O3 - не более 1.5%. Частицы имеют цилиндрическую (С) или призматическую (Р) формы с размерами сечения - 1.2-1.8мм. и длиной - 3.8-8.0мм.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

абразивный материал обработка шлифовальный

Технологические параметры струйной гидропневмоабразивной обработки в значительной мере зависят от свойств и характеристик абразивного материала. Промышленность производит разнообразные шлифовальные материалы в зерне и порошках, которые отличаются строением материала, его прочностью, содержанием и характером примесей. В технологии двигателестроения при струйной ГПАО чаще всего применяют минеральные абразивные материалы, которые подразделяются на две большие группы; естественные (природные) и искусственные. В таблице 1 указаны разновидности абразивных материалов, марки и зернистости шлифзерна, шлифпорошков и микрошлифпорошков искусственного и естественного происхождения, наиболее часто применяемых в производстве.

Естественные абразивные материалы имеют промышленное применение, они изготавливаются из горных пород и минералов.

Алмаз (условное обозначение А) представляет собой кристаллическую модификацию углерода. Алмаз -- самый твердый минерал из всех известных в природе. Он обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, значительной хрупкостью, небольшим сопротивлением изгибу и вибрационным нагрузкам.

Алмазные порошки представляют собой совокупность алмазных зерен различной величины и формы. Порошки делятся на две группы: шлиф- порошки и микрошлифпорошки. Из естественных алмазов выпускают микрошлифпорошки марок AM и АН. Марка АН имеет повышенную абразивную способность по сравнению с маркой АМ

Корунд (Е) -- естественный материал, состоящий из кристаллической окиси алюминия Аl2Оз с небольшой примесью кварца и других минералов, химически связанных с окисью алюминия,

Кремень (Кр) -- однородная плотная горная порода, состоящая из кристаллического и аморфного кремнезема, SiO2 и микроскопических зерен кварца с примесью карбонатов глинистых веществ и органических остатков.

Гранат является крайне жестким и тяжелым абразивом с плотностью примерно 4,1 - 4,3 г/см. Твердость абразивного граната связана с кристаллическим строением и обеспечивает высокое сопротивление к разрушению. Благодаря этой способности гранатовый абразив является фактически устойчивым в течение всего времени использования.

Искусственные абразивные материалы обладают большей стабильностью физико-механических свойств, чем естественные, поэтому они ограничили применение последних, а в большинстве случаев вытеснили их на производстве.

Эльбор (ЛО, ЛП) -- искусственный абразивный материал, состоящий в основном из кубического нитрида бора или модификации кубического нитрида бора, получаемый при высоком давлении и высокой температуре из гексагонального нитрида бора. Его кристаллическая решетка и физико-механические свойства близки к алмазу.

Карбид бора (КБ) -- искусственный абразивный материал, полу чаемый восстановлением дуговых электропечах борного ангидрида. углеродом. Карбид бора характеризуется высокой твердостью, химической стойкостью, износостойкостью и абразивной способностью. Он хрупок, особенно в частицах крупного размера. Карбид бора перерабатывается на шлиф - микрошлифпорошки.

Карбид кремния -- искусственный абразивный материал, состоящий в основном из кристаллов гексагонального карбида кремния SiC, получаемый в электрических печах из кварцевого и углеродистого сырья. Для абразивной обработки применяется зеленый и черный карбид кремния. Зеленый карбид кремния содержит меньше примесей, имеет повышенную хрупкость и большую абразивную способность по сравнению с черным. Карбид кремния зеленый обозначают 64С...62С, карбид крем ния черный -- 55С...52С.

Электрокорунд -- искусственный абразивный материал, состоящий из корунда (кристаллической окиси алюминия Аl2Оз) и получаемый в электрических печах из высокоглиноземного сырья. Промышленность производит несколько разновидностей электрокорунда.

Электрокорунд нормальный содержит 92...95 % Аl20з .Из нормального электрокорунда получают шлифзерно, шлифпорошки и микрошлифпорошки. Обозначают эти материалы 16А... 13А.

Электрокорунд белый получают плавкой или кристаллизацией технического глинозема. Из белого электрокорунда получают шлифзерно, шлиф- и микрошлифпорошки в широком диапазоне размеров. Обозначают эти материалы 25А...22А.

Электрокорунд хромистый -- абразивный материал, получаемый при плавке в электропечах глинозема (не менее 97 %) с добавкой окиси хрома (до 2 %). Он выпускается в виде шлифзерна и шлифпорошков марок

34А...32А. Электрокорунд титанистый представляет собой соединение окиси алюминия с окисью титана; содержание: Аl₂0₃ -- не менее 97 %, TiO₂ -- не менее 2 %. Титанистый электрокорунд выпускают в виде шлифзерна и шлифпорошков марки 37А.

Монокорунд -- материал, представляющий собой монокристаллы корунда или их агрегаты и получаемый оксисульфидиым процессом. Зерна монокорунда имеют высокие значения механической прочности и абразивной способности. Монокорунд выпускается в виде шлифзерна и шлифпорошков различной зернистости марок 45А.

Основным параметром абразивного материала является его твердость, которая количественно оценивается по десятибальной шкале Мооса и по микротвердости. Абразивные материалы, имеющие твердость по шкале Мооса свыше 7, считаются материалами высокой твердости, 5...7 -- средней твердости, менее 5 -- низкой твердости.

При струйной гидроабразивной обработке деталей авиационных ГТД используются абразивные материалы высокой твердости, поскольку они обеспечивают высокую производительность обработки при более длительной стойкости абразивного материала. Алмаз и эльбор в технологии и струйной ГАО не используются, а справочные данные в приведенных таблицах представлены для сравнения.

Твердость абразивных материалов, их строение и прочность объединяют обобщенной характеристикой работоспособности, которую называют абразивной способностью. В таблице 2 приведены физико-механические и тепловые свойства абразивных материалов высокой твердости. Абразивная способность зерен, определяемая как величина суммарного съема материала до полной потери работоспособности абразивной частицы, во многом зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий изнашивания. Одним из недостатков действующих методов оценки абразивной способности шлифпорошков является то, что при испытании не учитывается влияние скорости и угла атаки абразивных частиц, а также взаимное влияние этих факторов на процесс съема материала с поверхности.

Физико-механические свойства искусственных и естественных абразивных материалов.

Таблица 2.

Механи ческая прочность,H	Абрази вная способ ность, г	Режущая способ ность, г/мин	Насыпная плотностьг/см	Темпе ратура устой чивостиоС
Зернистость
0,094…0,248	-	-	700…800
7,6…9,0	0,116…0,146	0,065	1,45	1,33…1,37	1400…1500
-	0,100…0,112	-	0,050	1,04	700…800
11,0…14,7	0,09	0,06	1,54	1,46	1300…1400
11,0…14,7	0,09	0,057	1,48	1,40	1300…1400
8,8…10.7	0,050…0,058	0,036	1,83	1,76	1250…1300
8,8…10,4	0,040…0,051	0,031	1,83	1,72	1700…1800
10,3…10,8	0,050…0,058	-	1,89	1,77	1750…1850
589*	-	-	1,95	-	1900…2000
11,7…13,7	0,050…0,060	-	1,91	1,99	1700…1800
1,0…4,0	-	-	0,94	-	1700…1800
-	0,473	-	-	-	700…800
5,5…13,7	0,039…0,076	0,032	-	1,54…1,85	1700…1800

Важным параметром, влияющим на стабильность технологических показателей струйной ГПАО, является зернистость абразивного материала и процентное содержание различных функций.

В соответствии с ГОСТ 3647--80 абразивные материалы, кроме алмаза и кубического нитрида бора, подразделяются на 4 группы; каждой группе соответствуют свои номера зернистости (табл. 2.3).

Классификацию шлифзерен и шлифпорошков осуществляют ситовым методом, а микрошлифпорошков -.гидроклассификацией.

Каждый номер зернистости характеризуется следующими фракциями: предельной, крупной основной, комплексной и мелкой (первой и второй). Комплексная фракция для шлифзерен и шлифпорошков, в свою очередь, состоит из трех фракций: крупной, основной и смежной; для микро шлифпорошков -- из двух фракций: основной и смежной.

Определяющей характеристикой зернистости абразивного материала является его основная фракция.

Крупность основной фракции абразивного материала определяется размерами двух смежных сеток, через первую из которых все зерна основной фракции проходят и задерживаются на второй. За зернистость принимают номинальный размер стороны ячейки сетки в свету, на которой задерживается частица абразивного материала. Например, для шлифпорошка основной фракции 125...100 мкм зернистость равна 10. Номер зернистости микрошлифпорошков определяют по верхнему пределу зерен основной фракции.

Для каждого номера зернистости абразивного материала устанавливаются не только размерные параметры отдельных фракций, но и их содержание. Содержание основной фракции может быть различным. В зависимости от ее процентного отношения к номеру зернистости может добавляться буквенный индекс. При этом содержание отдельных фракций в абразивном материале изменяется в зависимости от его зернистости и способа классификации.

В процессе струйной ГАО большое значение имеет масса абразивных зерен, находящихся в объеме суспензии. Этот показатель зависит не только от физико-механических свойств абразивного материала, но и от размеров абразивных зерен (зернистости). С уменьшением размеров абразивных зерен изменяется насыпная масса. При струйной ГАО большое значение имеют не только физико-механические свойства абразивного материала, но и форма абразивных зерен, а также состояние их режущих кромок. Основными геометрическими параметрами, определяющими режущие способности абразив ного зерна, являются форма зерен, число вершин (режущих кромок) зерна, углы при вершинах и радиусы скругления вершин. Известно, что форма зерна в значительной степени зависит от условий кристаллизации, роста кристаллов и их структуры. Многие кристаллы искусственного происхождения не имеют правильной геометрической формы. Даже природные абразивные материалы часто не являются кристаллами правильной формы. Кроме того, кристаллы таких распространенных абразивных материалов, как электрокорунд и карбид кремния, не имеют плоскостей спайности. Вследствие этого при их дроблении не обеспечивается получение однородной и определенной формы зерен. У абразивных зерен, как правило, отсутствует правильная геометрическая форма.

Встречаются зерна, форма которых подобна октаэдру, тригональному трапецоиду, ромбическому тетраэдру, трехгранной призме, шаровидным многогранникам. Некоторые из зерен бывают удлиненными, иглообразными, мечевидными, пластинчатыми. Зерна карбида кремния зеленого имеют гладкую поверхность граней, больше прямолинейных режущих кромок и более сложную и разнообразную их конфигурацию, зерна электрокорунда шероховатую поверхность и более простую конфигурацию.

Работоспособность, абразивного зерна во многом определяется его формой. Зёрна игольчатые, пластинчатые быстро разрушаются, так как имеют недостаточную прочность. Зерна неправильной формы, обычно являющиеся соединениями двух и более зерен, также имеют малую прочность и быстро разрушаются при работе.

Абразивный материал содержит крупную и более мелкие фракции. При струйной ГПАО абразивные частицы в момент удара имеют скорость более 60 м/с и могут разрушиться при первом же взаимодействии с обрабатываемой поверхностью. Исследования показывают, что абразивная способность зерен снижается в течение первых 3...4 часов обработки, в дальнейшем этот процесс замедляется.

ГЛАВА 3. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Огневая зачистка поверхности стальных заготовок, болванок, брусков и плит, проводимая для удаления дефектов поверхности сопровождается образованием отходов. Огневая зачистка состоит в быстром удалении поверхностного слоя стали при сжигании топлива в кислороде, подводимого к поверхности с помощью одной или нескольких горелок. Кислород окисляет часть стали, причем происходит выделение тепла и повышение температуры, приводящее к плавлению поверхностного слоя. Образующиеся при этом отходы представляют собой частично окисленные частицы стали, главным образом сферической формы.

Отходы огневой зачистки охлаждают, смывают с поверхности стали струей воды под высоким давлением и собирают в бассейне. Размер частиц не менее чем 0,15 и не более 50,8 мм в диаметре. Частицы состоят из внешней оболочки из окиси железа, окружающей внутреннее металлическое ядро, которое имеет химический состав, аналогичный обрабатываемой стали.

Отходы огневой зачистки не находят специального применения. В последнее время предпринимают попытки их переработки в стальных дробилках для выделения железа, которое содержится в частицах. Отходы смешивают с окалиной, стальной стружкой и подобными материалами и смесь добавляют к агломерату, из которого выделяют железо. Однако для этого могут быть использованы только крупные частицы. Из этого следует, что большинство крупных частиц необходимо удалять из мельниц и складировать. В последние годы широкое распространение поверхностной зачистки стали привело к росту использования автоматических машин для огневой зачистки поверхностей. В результате возросло количество отходов, что требует увеличения времени на транспортировку и объема хранилищ.

Процесс, разработанный X.В. Хитцротом мл. (патент США 4.190422, 26 февраля 1980 г.; фирма «Бетлехем стил Корпорейшн») имеет своей целью использование отходов огневой зачистки -- в автоматическом или ручном воздухоструй-ном чистящем оборудовании для дробеструйной очистки металлических и неметаллических поверхностей. Процесс позволяет получать материал с твердостью HRC 20--35, который может быть использован в качестве градуированного по размеру металлического абразива, обладающего хорошей жесткостью, временем службы и повышенной чистящей способностью по сравнению с продажными градуированными стальными абразивами (сферическая дробь, стальная остроугольная дробь).

Отходы просеивают для отделения частиц от посторонних материалов и делят на фракции, содержащие частицы диаметром менее 6,35 и более 6,35 мм. Фракция >6,35 мм возвращается в процесс производства стали. Фракция <6,35 мм помещается в дробильные мельницы и дробится до тех пор, пока наружная оболочка частиц не разрушится на мелкие куски и не отделится полностью от внутреннего металлического ядра. Обломки оболочки и металлические ядра отделяют друг от друга просеиванием. Металлическую дробь разделяют иа фракции просеиванием на ситах разных размеров.

Металлическая дробь имеет микроструктуру неотпущенного мартенсита с чистотой поверхности токарной обработки, она ь значительной степени свободна от меж-зеренного и внутризеренного раскалывания, обладает твердостью около HRC 20--35 и характеризуется хорошей ударной прочностью и увеличенным временем службы.

В последние несколько десятилетий наблюдается резкий рост в промышленном использовании гетерогенных каталитических процессов. Резкое увеличение использования нефти-сырца и продуктов ее переработки, которые необходимо десульфу-рировать с целью защиты окружающей среды, привело к значительному увеличению использования катализаторов этих реакций. В одном из наиболее распространенных процессов десульфурации исходный углеводородный материал подают иа Мо--Со-катализатор, нанесенный на оксид алюминия (А1_а0₃), в результате чего выделяется сероводород. В других случаях используются Mo--Ni- и W--Ni-катализаторы или комбинации других металлов.

В ходе каталитической реакции катализатор адсорбирует или абсорбирует различные химические элементы или соединения из реакционной массы и постепенно теряет активность. Хотя катализатор и может быть регеиерироваи, ио в ходе процесса он постепенно расходуется и со временем должен быть заменен новым. С экономической точки зрения важно утилизировать хотя бы часть использованных катализаторов.

Различные процессы были предложены для переработки отработанных катализаторов гидродесульфирования. Один из иих включает обжиг катализаторов с хлоридом натрия (NaCl) после предварительного кальцинирования с последующей экстракцией соединений молибдена, ванадия, алюминия, никеля и (или) кобальта с получением аммонийных солей молибдена и ванадия и гидроксида алюминия А1(ОН)₃. Кобальт и никель, содержащиеся в остатке после экстракции, выделяют в дополнительных стадиях экстракции.

Другой процесс осуществляется с использованием соды (карбоната натрия) вместо хлорида натрия. Все известные процессы дорогостоящи и сложны как с химической точки зрения, так и в техническом отношении. Кроме того, достаточно трудно отделить соединения молибдена от ванадия и кобальта от никеля.

Основная цель процесса, разработанного X. Цайрингером (патент США 4142871, 6 марта 1979 г.; фирма ъТрайбахер Хемише Верке ЛА>, Австрия) -- получение абразивных материалов из использованных катализаторов. Носитель катализатора -- оксид алюминия -- является абразивным материалом, а металлические компоненты катализатора используют для получения сплавов, которые могут быть использованы (непосредственно или после очистки) в сталелитейной промышленности, или легко могут быть подвергнуты химическому разделению на исходные элементы.

Абразивный материал получают из исходного продукта -- отработанного металлического катализатора на оксиде алюминия --* путем плавления исходного материала с восстанавливающими агентами с целью получения расплава, содержащего оксид алюминия, охлаждения расплава со скоростью, определяемой требованиями к размерам кристаллов получаемого абразивного материала, и последующим механическим отделением расплавленных компонентов от остатков сплава до или после отверждения; при этом в расплаве содержится абразивный материал.

Размер получаемых корундовых кристаллов изменяется в широких пределах в зависимости от скорости охлаждения расплава. Размеры кристаллов абразива определяют области их использования. Кристаллы, сильно отличающиеся по размерам, могут быть получены, например, очень медленным отверждением расплава в блоке, с одной стороны, и быстрым охлаждением при литье на поверхность металлических шаров, с другой. Размеры получаемых корундовых кристаллов, таким образом, могут меняться, в зависимости от метода охлаждения, от 1 до 0,001 мм. Конечный продукт -- твердый оксид алюминия -- является прекрасным абразивом, получаемым после тонкого измельчения и градуирования по размерам, с исполь¬зованием термической обработки или без нее. В зависимости от типа й количества добавок и размера кристаллов, эти абразивы могут быть использованы для поли¬ровки стали, прецизионной полировки при низких усилиях нажима или полировки дерева.

Расплав компонентов катализатора, собирающийся на дне плавильной печи перерабатывают путем литья или отверждения. В зависимости от типа катализа¬тора, сплав может состоять в основном из МоСо, WNi, MoCoVNi и различных примесей, таких как сера, углерод, железо, титан и хром. После того как сплав механически отделяется от абразивного компонента, он может непосредственно использоваться в сталелитейном производстве или в производстве сплавов. Если примеси -- сера, кремний, углерод -- присутствуют в нежелательных количествах, сплав можно очищать любым подходящим способом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Киселев С.П. Полирование металлов. - Л., 1967.

2. Корчак С.Н. Прогрессивная технология и автоматизация круглого шлифования. - М., 1968.

3. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. - М., 1974.

4. Масловский В.В. Дудко П.Д. Полирование металлов и сплавов. - М.,1974.

5. Попилов Л.Я. Полирование. Справочная книга по отделочным операциям в машиностроении. - Л., 1966.

6. Редько С.Г. Процессы теплообразования при шлифовании металлов. - Саратов. 1962.

7. Хрущев М.М. Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. - М., 1970.

Размещено на Allbest