2009年2月第1期 总第169期金刚石与磨料磨具工程D iamond&Abrasives EngineeringFeb.2009No.1 Serial.169文章编号:1006-852X(2009)01-0075-04C BN研磨盘用陶瓷结合剂的研究3侯永改1 彭 进1 乔桂英2 丁春生3 邹文俊1 廖 波2(1.河南工业大学材料科学与工程学院,河南郑州450007)(2.燕山大学材料科学与工程学院,河北秦皇岛066004)(3.郑州磨料磨具磨削研究所,郑州450013)摘 要 本文对三种低温陶瓷结合剂的性能进行综合研究,结果发现:耐火度为775℃,流动性为110%～130%,线膨胀系数为5.79×10-6℃-1的低温陶瓷结合剂V2的综合性能优异。
通过差热分析发现,在测定温度范围内结合剂V2没有明显的晶相产生。
用结合剂V2制备的陶瓷结合剂CBN磨具试样在800℃烧成后,磨具试样的抗弯强度达到最佳值67.5MPa。
制备的磨盘在磨削时锋利性好,磨削中间修整次数少,磨盘的耐用度高。
运用扫描电子显微镜(SE M)对磨削后CBN磨片的磨削面形貌进行观察,表明结合剂对磨粒黏结牢固,断面组织均匀。
关键词 CBN研磨盘;陶瓷结合剂;强度中图分类号 TG74 文献标识码 A Study on v itr i f i ed bond for CBN face gr i n d i n g wheelHou Y ongga i1 Peng J i ng1 Q i ao Gui yi ng2 D i ng Chunsheng3 Zou W enj un1 L i ao Bo1(1.College of M a teria ls S cience and Eng ineering,Henan U n iversity of Technology,Zhengzhou450007,Ch ina)(2.College of M a teria ls S cience and Eng ineering,Yanshan U n iversity,Q inhuangdao066004,Ch ina)(3.Zhengzhou R esea rch Institu te for A brasives and Grind ing,Zhengzhou450013,Ch ina)Abstract Pr operties of three different kinds of l ow2te mperature vitrified bonds were studied.It was found that vitrified bond V2,of which refract ory was775℃,fluidity was110%～130%,ther mal expansi on was5.79×10-6℃-1,had good colligati on p r operties.TG and TG A analysis results showed that no crystals wereobserved in bond in the testing te mperature.The flexural strength of CBN t ools made with vitrified bond V2 were67.5MPa when sintered under te mperature800℃.V itrified bond CBN t ools were tested and showed good shar pness,l ong life and no need of dressing during the machining.The gr ound surface of vitrified bond CBN t ool was investigated by means of scanning electr on m icr oscope(SE M),and it was f ound that CBN grits were bonded fir m ly by vitrified bond and with unif or m m icr ostructure.Keywords CBN face grinding wheel;vitrified bond;strength3河南省重点科技攻关项目072102230005金刚石与磨料磨具工程总第169期0 前言陶瓷结合剂CBN研磨盘,由于其磨削能力强,形状保持性好,磨具自锐性好,在磨削过程中修整次数少[1-4],磨出工件的尺寸精度高、表面粗糙度低,适合数控磨床的自动化磨削加工,在空调压缩机的活塞、叶片等加工中有突出的优越性。
陶瓷结合剂CBN研磨盘在使用过程中,其陶瓷结合剂CBN磨片的自锐性、锋利性和耐磨性是影响其使用的关键因素,这些性能主要决定于所使用的陶瓷结合剂及磨片的性能,以及制备磨片的烧结温度制度。
通过试验,对陶瓷结合剂的耐火度、流动性、热膨胀系数、强度等性能进行研究,制备磨盘进行不同烧成温度时磨具强度测定,磨削应用试验及微观结构分析,总结规律,确定出性能最优的结合剂,有利于促进陶瓷结合剂CBN研磨盘的生产制备及应用。
1 实验1.1 陶瓷结合剂的选择依据陶瓷结合剂CBN研磨盘用CBN磨粒的性能、粒度和研磨盘的磨削加工特点,选择含硼结合剂做为基准,以Na2O、B2O3、Si O2为基本成分,形成Na2O2B2O32Si O2三元系基本组元。
同时引入A l2O3、ZnO中间化合物以及L i2O、Mg O等碱金属和碱土金属氧化物,形成R2O(RO)2B2O32Si O22A l2O3多元系结合剂,最终确定三组不同类型的结合剂进行试验。
结合剂的化学成分如表1所示。
表1 三种结合剂的化学成分(wt%)结合剂的化学成分Si O2A l2O3B2O3Na2O+K2O L i2O ZnO Mg O结合剂1 /wt%64.54.0～8.514.5～19.56.5～10.52.5～6.52.0～4.5—结合剂2 /wt%66.54.0～10.512.5～19.56.5～10.52.5～6.52.0～4.53.5～5.5结合剂3 /wt%64.57.5～13.514.5～19.56.5～13.5—— 2.41.2 试验用的仪器设备在C MT4504型微机控制电子式万能实验机采用三点弯曲法测定抗弯强度,试样尺寸为26.5mm×6 mm×5mm,跨距为22mm,加载速度为0.5mm/m in;结合剂的线膨胀系数采用WCP-2型差热膨胀仪测定,升温速度10℃/m in;结合剂的耐火度测试采用三角锥法,以锥倒温度为所测定耐火度温度;用WVCT -2C微型差热天平对结合剂进行差热分析,升温速度10℃/m in;用扫描电镜(Quanta600,美国)观察磨具断面形貌及磨削应用后磨具磨削面的形貌。
试验采用韩国生产的ADL-700研磨床。
磨盘的尺寸为:700mm×50mm×300mm×3mm2 结果及讨论2.1 陶瓷结合剂的性能分析2.1.1 结合剂的热膨胀系数图1 结合剂V1,V2,V3热膨胀变化情况图1为结合剂V1、V2、V3的热膨胀变化曲线。
从图1可以看出,在测定的温度范围内结合剂V1的热膨胀系数最大,结合剂V3的最小。
这是由于结合剂V1中含有较多的碱性助熔物(Na2O+K2O),而结合剂V3中含碱金属助熔物较少。
Na2O和K2O热膨胀系数都比较大,因此在结合剂内加入量较多时,会增大结合剂的热膨胀系数。
从图1还可以看出在500～600℃之间,三种结合剂的热膨胀系数都有突出的增大现象,主要是由于结合剂中含有B2O3的原因。
2.1.2 结合剂的差热分析如图2和图3分别为结合剂V1、V2、V3的DT A 和TG图。
从图2可以看出,在测定温度范围内,结合剂V1、V3在约350℃时,有一处小的放热峰,说明结合剂在此温度时有晶型转变发生,而结合剂V2没有明显的吸放热峰和热失重、增重现象。
说明,在测定温度范围内,结合剂V2中均没有明显的晶相产生,以液相为主体。
这有利于烧成温度下提高结合剂对磨粒的润湿性,促进结合剂在磨粒周围均匀分布,提高结合剂对磨粒的黏结强度。
67 第1期候永改等:C BN研磨盘用陶瓷结合剂的研究2.1.3 结合剂的综合性能测定与分析表2结合剂的主要性能结合剂的性能V 1V 2V 3耐火度/℃690775850烧结范围/℃25～4030～5025～40流动性/%145～165110～130110～130线膨胀系数/℃-17.28×10-65.79×10-65.45×10-6抗弯曲强度/MPa50.767.565.4 表2为测定的三种结合剂的综合性能。
从表2看出:(1)V2结合剂的烧结温度范围宽,强度达到67.5MPa;(2)V1结合剂线膨胀系数为7.28×10-6℃-1,与CBN 的热膨胀系数(3.2×10-6℃-1)相差比较大,且在磨具烧成温度下,V1结合剂有较大流动性,磨具在烧成温度下容易产生变形、发泡现象;(3)V3结合剂由于耐火度较高,磨具烧成温度高,容易导致微粉级CBN 的热损伤,且结合剂对磨粒的润湿性不好,黏结不牢固。
综合分析可以看出结合剂V2的各项性能比较优良,更适合于作为CBN 磨盘的结合剂。
因此,选用V2为结合剂制作CBN 磨具试样,进行不同温度的强度测定及磨削试验。
2.2 烧成温度对磨具强度的影响图4 三种结合剂在不同温度下弯曲强度图4为三种结合剂在不同温度下弯曲强度。
从图4可以看V1结合剂的在710℃强度最大,为50.7MPa;V2结合剂的在800℃强度最大,为67.5MPa;V3结合剂的在875℃强度最大,为65.4MPa 。
比较三种结合剂可以看出V2结合剂的抗弯曲强度最高。
3.3 磨具试样耐磨性测定分别用三种陶瓷结合剂与粒度为12～22μm 的CBN 磨粒,按要求的配比制备成相应的磨具试样。
在ADL -700研磨床上进行磨削试验,磨削参数为:上、下磨盘转速为45～50r/m in;主压0.40～0.45MPa;工件转速为25～30r/m in,加工余量双面≤0.08mm 。
磨削结果如表3所示。
表3 磨削对比结果Table .3 The result of gr i n d i n g性能指标结合剂V1的研磨盘结合剂V2的研磨盘结合剂V3的研磨盘加工余量/mm≤0.08≤0.08≤0.08修整次数(次/d )9～103～411～15修整一次磨削量(盘)152610～15磨盘损耗(mm /周・片)0.5～0.90.070.05～0.08工件粗糙度R Z /μm 0.6～0.8(合格)0.6～0.8(合格)0.7～0.9(工件易烧伤、划伤) 由表3可以看出,V1结合剂研磨盘磨削时修整次数多,磨盘耐用度低;V3结合剂研磨盘磨削时,修整次77金刚石与磨料磨具工程总第169期数多,且容易烧伤工件;用V2结合剂制备的研磨盘,其磨削时自锐性好,修整次数少,磨削效率高。