К вопросу о кристаллическом строении засаленного слоя

Решетневские Чтения

УДК 621.623.6.025

А. С. Янюшкин, П. В. Архипов Братский государственный университет, Россия, Братск

К ВОПРОСУ О КРИСТАЛЛИЧЕСКОМ СТРОЕНИИ ЗАСАЛЕННОГО СЛОЯ

Отражены перспективы применения метода комбинированного электроалмазного шлифования в аэрокосмической области, а также проблема образования засаленного слоя на поверхности алмазных шлифовальных кругов. Затронуты основные аспекты кристаллического строения засаленного слоя и пути определения его структуры.

В аэрокосмической отрасли шлифование, как способ окончательной обработки деталей, является одной из основных и ответственных технологических операций для получения высоких качественных показателей обработанной поверхности, что ведет к повышению эксплуатационных характеристик и увеличению ресурса готовых изделий, работающих в жестких условиях.

Одним из перспективных способов обработки, по данным многочисленных источников, можно считать метод комбинированного электроалмазного шлифования алмазными кругами на металлической связке, обладающего рядом преимуществ, в сравнении с обычным шлифованием, и позволяющим обрабатывать современные сверхтвердые и труднообрабатываемые материалы.

Главной из причин, влияющих на режущую способность шлифовальных кругов и снижающих работоспособность, является их засаливание. Установлено, что круг теряет режущие свойства не из-за изнашивания алмазных зерен, а непосредственно ввиду засаливания режущей поверхности круга [1; 2]. В работе [2] отмечается, что алмазные круги на металлических связках при шлифовании, особенно без СОЖ, интенсивно засаливаются и практически за несколько минут теряют свою работоспособность. Об этом же свидетельствуют результаты, приведенные в работе [3].

Сделана попытка, объяснить механизмы засаливания с помощью рентгеноструктурных исследований. Для установления фазовых превращений при электроалмазном шлифовании проведено рентгеноструктурное исследование твердых сплавов Т15К6. В результате установлено, что поверхность круга до и после шлифования имеет одну и ту же структуру. Все линии на рентгенограммах индицируют гексагональную структуру для карбида вольфрама (^С), ГЦК - структуру для карбида титана СПС) и ГПУ - структуру для кобальта (Со). Никаких других линий, свидетельствующих о наличии какой-либо новой фазы, на рентгенограммах не прослеживается [3]. В ре-

зультате аналогичного анализа рентгенограмм твердых сплавов ВК6, ВК8, ВК15 после электроалмазного шлифования при различных режимах обработки, установлено наличие только фаз карбида вольфрама WC и Р-Со.

Очевидно, что при шлифовании этих сплавов в шламе и засаленном слое должны присутствовать как элементы твердого сплава, так и элементы шлифовального круга, которые и проявляются на рентгенограммах в виде рефлексов. В определенной мере, это подтверждается в работе [2], где приводятся рентгенограммы поверхности круга АС6 125/100 М2-01 - 100 % до шлифования и после шлифования твердых сплавов Т15К6 ^С - 79 %, ПС - 15 %, Со - 6 %) и сплава ВК8 ^С - 92 %, Со - 8 %). В связку М2-01 входят Си, А1, 2п. Длина волны рентгеновского излучения Со (Кя)-Я. = 1,7902А.

Анализируя рентгенограммы можно сделать следующие выводы:

1) засаленный слой имеет кристаллическую структуру, следовательно, возможно определить кристаллическую решетку соединений и межплоскостные расстояния в решетках соответствующих типов, для которых имеются рефлексы на рентгенограммах;

2) появились рефлексы от новых соединений W2C, ТЮ2, WO3, WSi - при шлифовании сплава Т15К6 и W2C, WSi2, СоО, СиА12 - при шлифовании сплава ВК8.

В соответствии со справочником [4] определяется кристаллическая структура полученных соединений. Кубическую структуру имеют С (алмаз), Si, №, А1, СоО, ПС; гексагональную структуру: С (графит), WC, W2C, Р-А12О3, NN03, №3С, 2п; тетрагональную: ТЮ2, W03, Sn02, WSi2, СиА12. После расшифровки кристаллической структуры определено количество атомов в элементарной ячейке, координационные числа и химические связи. Если точность определения координат атомов достаточно высока, то можно предсказать распределение валентных электронов в кристалле и тип связи.

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

Структуры многих металлов и их сплавов имеют кубические, гексагональные, тетрагональные и ромбические структуры, поэтому анализ их рентгенограмм и расчет параметров элементарной ячейки не представляет трудностей, если каждой линии (рефлексу) приписан правильный индекс Миллера (ЬЫ), то ошибка полученных результатов не превышает 1 %.

Рефлексы на рентгенограммах не могут появиться (погаснуть) по двум причинам: либо из-за каких-либо нарушений в структуре решетки, либо в связи с конкретным типом решетки. Отсутствие рефлексов по второй причине называется систематическим погасанием. Например, для ОЦК структуры погасание состоит в том, что атомы, находящиеся в центрах кубических ячеек на половине расстояния между соседними плоскостями (100), рассеивают рентгеновские лучи точно в противофазе по сравнению с атомами, расположенными в плоскостях (200), в вершинах кубической ячейки. Во всем кристалле число атомов, находящихся в таких кристаллографических условиях (в вершинах и центрах ячеек) одинаково. Поэтому рефлексы, отвечающие плоскостям (100), гаснут. В то же время, рефлексы, отвечающие плоскостям (200), усиливаются. Для ОЦК структур появление рефлексов на рентгенограмме будет только тогда, когда сумма индексов (НЫ) равна четному числу (т. е. Н + k + I = 2п). Аналогично, для ГЦК структур появление рефлексов

возможно только тогда, когда все индексы являются либо четными, либо нечетными.

Таким образом, установлено, что засаленный слой имеет кристаллическое строение и оно связано с образованием новых типов связей на уровне кристаллических решеток, как обрабатываемого материала, так и металлической составляющей связки круга. Следовательно, строение и механизмы возникновения промежуточного слоя на рабочей поверхности шлифовального круга сводятся к определению структуры данных соединений по соответствующим плоскостям, проявляющихся на рентгенограммах.

Библиографический список

1. Янюшкин, А. С. Технология комбинированного электроалмазного затачивания твердосплавных инструментов / А. С. Янюшкин. М. : Машиностроение. 2003.

2. Янюшкин, А. С. Контактные процессы при электроалмазном шлифовании / А. С. Янюшкин, В. С. Шоркин. М. : Машиностроение, 2004.

3. Попов, С. А. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов / С. А. Попов, Н. П. Ма-левский, Л. М. Терещенко. М. : Машиностроение, 1977.

4. Маркин, А. И. Справочник по рентгеност-руктурному анализу поликристаллов / А. И. Маркин. М. : Гос. издат. физ.-мат. лит-ры, 1961.

A. S. Yanushkin, P. V. Arhipov Bratsk State University, Russia, Bratsk

TO THE QUESTION ABOUT THE CRYSTAL STRUCTURE OF THE GREASED LAYER

The article is concerned with a prospect of the application of joint electro-diamond grinding in space area, and also a problem of formation of the greased in a surface of diamond grinding wheel. The basic aspects of a crystal structure of the greased layer and a way of definition of its structure are mentioned.

© Янюшкин А. С., Архипов П. В., 2009