ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ТВЕРДОСТЬ

Главной особенностью абразивных материалов, как природных, так и синтетических, является их высокая, по сравнению с другими материалами и минералами, твердость. На использовании разницы в твердости обрабатываемого материала и материала режущего инструмента и построены главным образом все процессы шли­фования.

Твердость абразивных материалов обычно измерялась методом царапания, заключающимся в том, что острием одного тела с опре­деленным усилием проводили по поверхности другого, и более твердое тело при этом оставляло на поверхности более мягкого царапину определенной глубины, в зависимости от свойств испы­туемого тела. Таким образом, по этому методу определяют зна­чения поверхностных натяжений твердых тел. Чем больше натяже­ние поверхностного слоя, тем выше считается его твердость.

В составленной на основе этого принципа Моосом шкале твер­дости корунд занимает девятое и алмаз десятое месте. На этом основании говорят, что твердость абразивных материалов равна 9. В действительности твердость различных абразивных материалов значительно отличается друг от друга и лежит в пределах между 9 и 10.

Шкала Мооса дает весьма слабое представление о величине твердости абразивных материалов, поэтому Риджвей, Баллард и Биллей расширили ее и предложили свою шкалу, по которой электрокорунд, твердый сплав карбида вольфрама, карбид крем­ния, карбид бора и алмаз занимают с двенадцатого по пятнадцатое место соответственно. Однако и эта шкала не дает нужного пред­ставления о величине твердости абразивных и других материалов, а показывает только, какой материал мягче или тверже и какое порядковое место он занимает в данной шкале. Так, например, по некоторым данным, .твердость алмаза в 140 раз выше твердости корунда. В действительности твердость алмаза выше твердости абразивных материалов и, в частности, электрокорунда в значи­тельно меньшее число раз.

Определенная методом царапания твердость электрокорунда несколько выше твердости лучших сортов корунда; твердость кар­бида кремния на 10—15% выше твердости электрокорунда, так же как твердость карбида бора выше твердости карбида кремния на 15—20%.

Исследования микротвердости абразивных материалов, про­веденные в ВНИИАШе на приборе ПМТ-3, работающем по прин­ципу вдавливания алмазной пирамиды в поверхность испытуемого материала, показали, что твердость абразивных материалов, опре­деленная при одинаковой нагрузке в 200 г, находится в пределах: кварц 1100—ИЗО кГ/мм2; электрокорундЧвОО—2400, чаще 2200— 2300 кПмм2; монокорунд 1900 —

2600 /сГ/хш2; белый электрокорунд 2400—2600 кГ! мм2; карбид крем­ния (черный и зеленый) 3100—

3300 кГ/мм2; карбид бора 3335—

4300 кГ/мм2; алмаз 10 060 кГ/мм2.

Таким образом, по этим данным, алмаз тверже корунда в 5 раз и тверже карбида кремния в 3 раза, а карбид кремния тверже электро­корунда в 1,6 раза.

Итак, каждый метод дает свои значения твердости. По нашему мнению, разница в твердости алмаза и указанных выше абразивных материалов значительно больше. Значительная разница в твер­дости указанных абразивных материалов, несомненно, суще­ствует и объясняется различием их состава и строения их атомной или ионной решетки.

Природный корунд, как и электрокорунд, принадлежит к числу трехвалентных соединений. Однако корунд по своему составу содержит больше примесей, чем электрокорунд, причем эти при­меси, растворенные в корунде (особенно ТЮ2), снижают его микро­твердость.

Строение корунда в зависимости от условий его образования различное. Кристаллы корунда имеют различную форму: пирами­дальную (рис. 7, а), призматическую (рис. 7, б) и др. Каждый кри­сталл представляет собой тело той или другой внешней формы но его внутренняя структура остается неизменной.

Твердость электрокорунда и карбида кремния зависит от со­держания составляющих их основных компонентов и примесей. Установлено, что повышение в электрокорунде содержания окиси алюминия вызывает увеличение его твердости, а повышение окиси кольция и магния уменьшает твердость и увеличивает хрупкость. Поэтому белый электрокорунд и монокорунд, содержащие 96— 99% А1,03, обладают более высокой твердостью. Эти положения подтверждены исследованиями микротвердостн нормального и

белого электрокорунда. Примеси окиси алюминия в карбиде крем­ния, наоборот, снижают его твердость.

Опытом установлено также, что увеличение содержания окиси алюминия повышает режущую способность электрокорунда так же, как и повышение содержания карбида кремния в карбиде кремния увеличивает его шлифующую способность.

Не следует смешивать твердость абразивных материалов с твердостью абразивных инструментов (шлифовальных кругов, брусков, сегментов). Из абразивного материала самой высокой твердости можно изготовить очень мягкий абразивный инструмент и наоборот.

Твердость абразивных материалов тесно связана с их работо­способностью. Поэтому наряду с изложенным выше определением твердости существует и другое понятие твердости, которое опреде­ляет твердость как работу, затрачиваемую на единицу объема сошлифованного металла. Такое определение твердости, по на­шему мнению, нельзя считать правильным, так как шлифование разных металлов требует различного объема работы. Если принять такое определение, то получается, что один и тот же абразивный материал при обработке разных металлов и материалов будет иметь разную твердость.

Для сравнения твердости абразивных и обрабатываемых ими материалов приведем значения микротвердости некоторых наи­более широко применяемых в машиностроении металлов (табл. 2).

Марка металла	В состоянии	Марка металла	В состоянии
поставки	после закалки	поставки	после закалки
У12	380	1033	Ст.4	234	560
У10	292	909	Ст. З	163	520
У8	351	810

Значения микротвердости в кГ/мм2

Таблица 2

Микротвердость карбидов элементов, легирующих стали, при­ближается к микротвердости абразивных материалов. Так, напри­мер, микротвердость карбидов вольфрама 1730 ±51; ванадия 2094 ± 56, титана 2850 ± 40. Этим объясняется более трудная обрабатываемость легированных сталей и сплавов.