Абразивные материалы

Абразивные материалы и инструменты

Абразивным материалом называют вещества природного или синтетического происхождения, содержащие минералы высокой твердости и прочности, зерна и порошки которых способны обрабатывать поверхности других твердых тел путем царапания, скобления или истирания. Их применяют для изготовления шлифовальных и заточных кругов, головок, брусков, хонов, а также для доводочных и полировочных паст и порошков. Абразивные материалы разделяются на естественные и искусственные. К первым относятся кварц SiO₂, наждак и корунд. Все они содержат природные примеси, имеют сравнительно низкие режущие свойства и поэтому мало применяются в абразивной промышленности. Кроме того, запасы корунда в природе ограничены. Его применяют только для доводочных операций и обработки оптического стекла. Для абразивных инструментов в основном применяют искусственные абразивные материалы: электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, силикокарбид бора.

Электрокорунд получают методом электрической плавки в дуговых печах при температуре 2000 – 2050⁰С из материалов, богатых окисью алюминия (боксита, глинозема). Электрокорунд весьма твердый, плотный и термостойкий материал. В зависимости от процентного содержания Al₂O₃ электрокорунд бывает нормальный, белый, легированный и монокорунд.

Электрокорунд нормальный содержит до 90 % Al₂O₃; выпускают его марок 12А, 13А, 14А, 15А, 16А. В основном этот материал выпускается марки 15А. Он имеет цвет от серо-коричневого до темно-коричневого и от розового до темно-красного. Применяется для менее ответственных кругов при шлифовании сталей, ковких чугунов и твердой бронзы.

Электрокорунд белый содержит более 97 % Al₂O₃; выпускают его четырех марок 22А, 23А, 24А, 25А. Имеет белый, серовато-белый или светло-розовый цвет; является более твердым, чем нормальный электрокорунд, применяется для более ответственных кругов (резьбошлифовальных, заточных), выполняющих более точные работы, а также для изготовления брусков к хонинговальным и суперфинишным головкам.

Легированный электрокорунд (хромистый, титанистый, циркониевый). Электрокорунд хромистый (технический рубин) получают также как и предыдущие электрокорунды, из глинозема с добавкой от 0,4 % до 2 % Cr₂О₃. Зерна хромистого электрокорунда по сравнению с белым обладают более высокой стабильностью физико-механических свойств и содержат больший процент монокристаллов. Он более твердый, чем белый электрокорунд, по цвету сходен с рубином, имеет темно-розовую или темно-вишневую окраску, выпускается марок 33А, 34А, 35А.

Электрокорунд титанистый (технический сапфир) получают также путем плавки глинозема с присадками 2 – 3 % окиси титана. Его зерна имеют повышенную режущую способность, он тверже хромистого электрокорунда и выпускается под маркой 37А.

Электрокорунд циркониевый получают из глинозема, двуокиси циркония (10 – 40 %) и окислов титана, более твердый и износостойкий, чем титанистый электрокорунд; выпускается под маркой 38А.

Монокорунд – одна из разновидностей электрокорунда, зерна которого состоят из отдельных кристаллов или их осколков. Твердость его выше твердости белого электрокорунда. Он обозначается 4А и имеет марки 43А, 44А, 45А. Его особенность – наличие большого числа граней, а значит и режущих кромок зерна. С увеличением размера зерна структура его ухудшается и снижается прочность. Применяется для скоростных и заточных кругов, а также для микропорошков, обеспечивающих шероховатость обработанной поверхности Rz 0,10 – 0,05 мкм.

Карбид кремния 5iC получают в электропечах при температуре 1800 – 1850⁰С из материалов, богатых кремнеземом и материалов с высоким содержанием углерода (нефтяного кокса, антрацита и т.д.). Карбид кремния обладает большей твердостью и хрупкостью, чет электрокорунд, имеет более острые режущие кромки.

Он разделяется на черный и зеленый карбид кремния.

Карбид кремния черный обозначается 5С, имеет черный или темно-синий цвет, выпускается марок 52С, 53С, 54С, 55С. Марка 52С содержит 95 %, а марка 55С – 98 % карбида кремния. Применяется для заточки инструментов, шлифования твердых сплавов, твердых и хрупких металлов.

Карбид кремния зеленый обозначается 6iС, имеет цвет от светло-зеленого до темно-зеленого, выпускается марок 62С, 63С, 64С. Марка 62С содержит 97 % 5iC, марка 63С – 98 % 5iC, а марка 64С имеет 99 % карбида кремния. Он лучше черного карбида кремния, имеет большую твердость и более острые режущие кромки. Применяется для заточки быстрорежущих и твердосплавных инструментов, правки шлифовальных кругов, для более ответственных случаев шлифования.

Карбид бора B₄С получают при плавке борной кислоты и нефтяного кокса в электрических печах. Он имеет серовато-черный цвет. Карбид бора значительно тверже карбида кремния, но термостойкость его ниже. Поэтому применяется в виде мелких порошков или паст для доводки твердосплавных инструментов.

Силикокарбид бора получают методом восстановительной плавки в дуговой печи смеси борной кислоты, нефтяного кокса и кварцевого песка. Его режущая способность немного выше, чем режущая способность карбида бора. Используется в виде высококачественных микропорошков для обработки технических рубинов, твердых сплавов и других весьма твердых материалов.

Качество абразивных материалов определяется формой и величиной зерен, твердостью, теплостойкостью и другими физико-механическими свойствами. Форма абразивных зерен характеризуется длиной, высотой, шириной. Если все три измерения равны или их отношение близко к единице, то такие зерна называют изотермическими или нормальными. Они имеют наибольшую прочность. Если длина больше высоты, то зерна называют пластинчатыми, и при большем превышении – мечевидными. Абразивные зерна имеют закругление вершины радиусом 3 – 30 мкм. Зернистость характеризует крупность зерен. В зависимости от размера зерен абразивные материалы по ГОСТ 3647-80 делятся на три группы: шлифзерна, шлифпорошки и микропорошки. Шлифзерна и шлифпорошки получаются способом рассева на ситах с контролем зернового состава ситовым методом. Верхний предел размера зерна соответствует размеру ячейки сита, сквозь которое зерно основной фракции проходит, а нижний предел – ячейке сита, на котором зерно основной фракции задерживается. Микропорошки получаются методом статического осаждения в жидкости. При этом чем больше время оседания порошка, тем мельче будет зерно. Контроль зернового состава проводят микроскопическим методом. Абразивные материалы характеризуются высокой твердостью и теплостойкостью. Так, микротвердость электрокорунда (18 – 26)·10³ МПа, а термостойкость 1300–2000⁰С. Карбид кремния имеет микротвердость (28 – 36) ·10³ МПа и термостойкость 1300–1400⁰С.

Дата добавления: 2014-01-20