Види абразивних матеріалів
Основними характеристиками абразивного матеріалу є форма абразивних зерен, їх крупність, твердість та механічна міцність, абразивна здатність, мінеральний та гранулометричний склади. Форма абразивних зерен визначається природою абразивного матеріалу, характеризується їх довжиною, висотою та шириною. Абразивні зерна можна звести до таких видів: ізометричні, пластинчасті, мечоподібні. Для оздоблювальних робіт перевага надається ізометричній формі зерен.
Абразивні зерна характеризуються станом поверхні (гладка, шорстка), кромок і виступів (гострі, закруглені, прямолінійні, зазубрені та ін.). Зерно з гострими кутами значно легше проникає в матеріал, що обробляється. Зерна - зростки, нещільні за структурою, витримують менші зусилля різання та швидше руйнуються.
Для визначення твердості встановлені шкали, в яких певні матеріали розташовані в порядку зростаючої твердості, де будь-яке подальше твердіше попереднього і може дряпати його (таблиця).
Порівняльні дані про твердість за різними шкалами
З усіх видів абразивних матеріалів алмаз і кубічний нітрид бору мають найбільшу твердість. Нижче наведено середню мікротвердість алмазу, кубічного нітриду бору, а також інструментальних та конструкційних матеріалів (в МН/м2 при 20° С): алмаз - 98 000; кубічний нітрид бору - 91 000; карбід бору - 39 000; карбід кремнію - 29 000; електрокорунд - 19 800; твердий сплав ВК8-17500; сплав ЦМ332 - 12 000; сталь Р18-4900; сталь ХВГ - 4500; сталь 50-1960.
З підвищенням температури твердість матеріалів знижується. Приміром, при нагріванні електрокорунду від 20 до 1000 °З його мікротвердість знижується від 19 800 до 5880 МН/м2
Як абразиви використовують мінералиприродного та штучного походження: алмази; кубічний нітрид бору, що зустрічається під назвами ельбор, кубаїїт, боразон, карбід бору та карбід кремнію; електрокорунди білий, нормальний і легований хромом і титаном та ін. Умовно ставляться до цієї групи «м'які» абразивні матеріали: крокус, окис хрому, діатоміт, трепел, віденське вапно, тальк та ін. цегли, скляної та керамічної промисловості, кісточки плодових фруктів.
Природний алмаз- мінерал, що складається з одного хімічного елемента - вуглецю. Зустрічається як невеликих кристалів різної форми від 0,005 до кількох карат (карат дорівнює 0,2 р). Алмази бувають безбарвні або забарвлені у різні тони: жовті, темно-зелені, сірі, чорні, фіолетові, червоні, блакитні та ін. Алмаз є найтвердішим мінералом.
Висока твердість забезпечує алмазному зерну дуже високі ріжучі властивості, здатність руйнувати поверхневі шари твердих металів та неметалів. Міцність алмазу на вигин невисока. Одним із суттєвих недоліків алмазу є порівняно низька температурна стійкість. Це означає, що при високих температурах алмаз перетворюється на графіт, таке перетворення починається у звичайних умовах за температури близької до 800 °С.
Штучний (синтетичний) алмаз.Синтетичні алмази отримують з графіту при високих тисках та високій температурі. Вони мають ті ж фізичні та хімічні властивості, що й природні алмази.
Кубічний нітрид бору. (КНБ) - надтвердий матеріал, вперше синтезований в 1957 р., містить 43,6% бору і 56,4% азоту. Кристалічні грати КНБ є алмазоподібними, тобто. вона має таку ж будову, які грати алмазу, але містить атоми бору та азоту. Параметри кристалічної решітки КНБ дещо більші, ніж решітки алмазу; сказаним, а також меншою валентністю атомів, що утворюють ґрати КНБ, пояснюється його менша твердість у порівнянні з алмазом.
Кристали кубічного нітриду бору мають теплостійкість до 1200°, що є одним з головних переваг у порівнянні з алмазом. Ці кристали одержують шляхом синтезу гексагонального нітриду бору за наявності розчинника (каталізатора) у спеціальних контейнерах на гідравлічних пресах, що забезпечують необхідний високий тиск (порядку 300-980 МН/м2) та високу температуру (близько 2000 °С).
На відміну від алмазу, кубічний нітрид бору нейтральний до заліза і не вступає з ним у хімічну взаємодію. Висока твердість, термостійкість і нейтральність до заліза, зробили кубічний нітрид бору досить перспективним надтвердим матеріалом для обробки різних залізовмісних сплавів (легованих сталей та ін), що забезпечує різке зниження адгезійного та дифузійного зносу інструменту (порівняно з алмазним).
З кубічного нітриду бору виготовляються шліфпорошки та мікропорошки, з яких виготовляють абразивно-довідкові та полірувальні пасти (пасти «Ельбора», пасти «Кубоніту»).
Карбід боруявляє собою з'єднання бору з вуглецем. Твердість і абразивна здатність зерен карбіду бору нижче твердості алмазів та зерен з КНБ, але вище зерен з електрокорунду та карбіду кремнію. Карбід бору використовується в порошках та пастах для доведення виробів із твердих матеріалів. Практикою встановлено, що карбід бору, раціонально застосовувати для притирання точних конічних та фасонних поверхонь.
Електрокорунди, куди входять електрокорунд білий, електрокорунднормальний та електрокорунд з присадкою хрому - електрокорунд хромистий, з присадкою титану - електрокорунд титанистий та ін.
Завдяки високій твердості, міцності та гострим краям зерна, електрокорунд білий інтенсивно знімає шар металу з поверхонь загартованих, цементованих та азотованих сталей. Електрокорунд білий використовують для виготовлення абразивно-доводочних абразивних матеріалів.
Електрокорунд титанистийблизький до електрокорунду нормального, але відрізняється від останнього великою сталістю властивостей. Присадки титану збільшують в'язкість абразивного матеріалу.
Електрокорунд нормальний- штучний абразивний матеріал, що має високу твердість (нижче алмазів, зерен КНБ та карбіду бору), застосовується при приготуванні полірувальних паст.
Карбід кремніюявляє собою хімічну сполуку вуглецю з кремнієм. Залежно від вмісту домішок карбід кремнію буває двох марок: зелений, що містить не менше 97% карбіду кремнію, і чорний, в якому карбіду кремнію - 95-97%.
Зелений карбід кремнію в порівнянні з чорним більш крихкий. Можливо, що це і визначає перевагу зеленого карбіду кремнію над чорним при обробці твердих та надтвердих матеріалів. Абразивна здатність зеленого карбіду кремнію приблизно на 20% вища, ніж чорного.
Природний корундє гірську породу, що складається в основному з кристалічного окису алюмінію. У найкращих зразках корунду міститься до 95% окису алюмінію. Колір корунду різний: рожевий, бурий, синій, сірий та ін. Корунд більш в'язаний і менш тендітний, ніж наждак, і має більшу твердість. Корунд широко застосовують у вигляді порошків та мікропорошків; він входить до складу абразивних сумішей, що використовуються при доведенні та поліруванні, а також чищенняповерхні.
Наждакявляє собою гірську породу, що містить до 60% кристалічного окису алюмінію (глинозему). Це вид абразивного матеріалу чорного або чорно-сірого кольору. Внаслідок значного вмісту домішок за абразивною здатністю наждак поступається корунду. Наждак йде виготовлення абразивно-доводочных матеріалів.
Окис хромуявляє собою порошок темно-зеленого кольору. У вигляді порошків використовується для приготування м'яких полірувальних паст, що застосовуються при тонкій обробці сталевих деталей та деталей із кольорових металів та неметалів (наприклад, полірувальна паста ГОІ).
Окис алюмінію(глинозем) являє собою порошок білого кольору, отриманий прожарюванням окису алюмінію з домішкою інших речовин. Розмелений, промитий і добре відшліфований порошок просушують. Окис алюмінію у вигляді порошків іде для приготування тонких паст, що використовуються для обробки сталевих, чавунних деталей, а також деталей зі скла та пластмас.
Крокусв основному складається з окису заліза (до 75-97%), є дуже тонким полірувальним технологічним матеріалом, використовується при поліруванні оптичних шибок і шляхетних металів.
Діатоміт(кізельгур, інфузорна земля) дуже легка осадова порода, яка складається головним чином з кремнезему у вигляді скелетів макроскопічних водоростей, що частково або повністю збереглися, — діатомей. Хороші сорти діатомітів містять 80% і більше крем'яної кислоти, що мають різне забарвлення: біле, сіре, жовте, коричневе і зелене. Для отримання високоякісного діатоміту його розмелюють, відмочують, сушать та обпікають.
Трепелскладається в основному з кремнієвої кислоти, часто зустрічається разом з діатомітом і дуже схожий з ним, але відрізняєтьсятим, що інтенсивно поглинає вологу. Трепел розрізняють за забарвленням: золотистий, сріблястий, білий, жовтий, сірий, червоний тощо. Для отримання високоякісного дрібнозернистого трепелу його, як і діатоміт, піддають перемелюванню, збагаченню та обробці.
Технічний крейдаявляє собою порошкоподібний продукт, який отримують з природного вапняку або крейди. Він складається переважно з найдрібніших аморфних частинок вуглекислого кальцію. При хімічному способі крейда одержують осадженням при насиченні вапняного молока вуглекислим газом або змішуванням розчинів хлористого кальцію з вуглекислим натрієм. Крейда буває комова і мелена, а залежно від фізико-хімічних властивостей поділяється на три марки (А, Б, В). Крейда використовують для приготування полірувальних матеріалів з обробки благородних, а також кольорових металів та їх сплавів.
Талькє мінералом вторинного походження з силікатів магнезії, який зустрічається у вигляді волокнистих агрегатів або шестикутних листочків. Тальк дуже м'який абразив, який застосовується для полірування гальванічних покриттів.