Абразивы и их основные характеристики

Термин «абразивы» происходит от латинского слова abrasio, что в переводе на русский язык означает соскабливание.

Абразивами называют мелкозернистые кристаллические порошкообразные, а также и массивные твердые тела, применяе­мые в технике для механической обработки различных материалов.

Наиболее важным свойством абразивного минерала является прочность и связанная с ней твердость абразивных зерен. Она характеризуется сопротивлением зерна (минерала) поверхностно­му измельчению под действием внешних сил. Твердость мине­ралов определяют разными методами, наиболее простым из них

является метод царапания (метод Мооса), причем материал ца­рапающего тела должен быть тверже материала царапаемого. К более совершенным методам относится определение твердости абразивов при помощи приборов.

По десятибалльной шкале Мооса твердость алмаза равна 10, талька— 1, другие минералы занимают промежуточное место.

Мпкротвердость (твердость отдельных участков микро­структуры) абразивного материала (зерна минерала) более точно определяется методом вдавливания в него алмазного острия, име­ющего форму четырехгранной пирамиды с углом 136° при вер­шине.

Другими важными характеристиками абразивного материала являются: форма зерна (пластинчатая или многогранная), вид его поверхности (гладкая или шероховатая, с остры­ми і ранями или затупленная), размер зерна — зернистость.

Круглому зерну, естественно, значительно труднее проникать в обрабатываемое изделие, чем зерну с острыми гранями. Шерохо­ватому зерну обрабатываемая поверхность будет оказывать зна­чительное сопротивление в процессе снятия стружки. Но даже глад­кое зерно с острыми гранями и высокой твердости может оказать­ся непригодным для доводки, если оно слишком мелкое. Зерном абразивного материала называют его осколок, полученный дроб­лением или выращиванием. Размеры зерен характеризуются их длиной, высотой и шириной. Согласно ГОСТ 3647—59, обозначение номеров зернистости принято по величине отверстия сита (в сотых долях миллиметра), на котором задерживается зерно основной фракции.

Абразивные материалы (минералы) делятся на естественные (природные) и искусственные (рис. 18).

Естественный алмаз — минерал, состоящий из одного химического элемента глерода. Встречается в виде небольших кристаллов различной формы, как правило, от 0,005 до нескольких десятков каратов (карат равен 0,2 г). Алмазы бывают бесцветные или окрашенные в различные тона: желтые, темно-зеленые, серые, черные, фиолетовые, красные, голубые и др.

Высокая твердость обеспечивает алмазному зерну весьма высо­кие режущие свойства, способность разрушать поверхностные слои других очень твердых металлов и неметаллов. Прочность алмаза на изгиб невысокая. Одним из существенных недостатков алмаза является сравнительно низкая температурная устойчи­вость.

Естественный корунд (условное обозначение Е) пред­ставляет собой горную породу, состоящую в основном из кристал­лической окиси алюминия. В лучших образцах корунда содержит­ся до 95% окиси алюминия. Корунду в породе сопутствуют поле­вые шпаты, магнезит, пирит и другие минералы. Цвет корунда различный: розовый, бурый, синий, серый и др. Корунд более вя­зок и менее хрупок, чем наждак, и обладает значительной твер­достью. Корунд широко применяют в виде порошков и микропо­рошков; он входит в состав абразивных материалов, используемых для доводки и притирки.

Наждак (условное обозначение Н) представляет собой гор­ную породу, содержащую до 60% кристаллической окиси алюми­ния (глинозема). До получения искусственных абразивных мате­риалов наждак являлся одним из главных шлифующих и дово-

Рис. 18. Классификация твердых составляющих, используемых для приготов­ления абразивно-доводочных материалов

дочных материалов. Это мелкокристаллическое черного или черно­серого цвета вещество. Вследствие значительного содержания вредных примесей но абразивной способности наждак уступает корунду. Наждак идет на изготовление абразивно-доводочных ма­териалов. Крупнейшие месторождения наждака в СССР находят­ся на Урале и в Западной Сибири.

Известь — это мягкий и тонкий полирующий материал, ко­торый более известен под названием «венской извести». Получают в результате отжига известняка с последующей очисткой от при­месей песка и глины путем отмучивания.

Искусственные абразивные материалы, обладая высокой твер­достью, однородностью и постоянством состава, являются основ­ным полуфабрикатом для изготовления различных видов абра­зивных шлифпорошков и микропорошков. Из всех абразивных материалов, производимых промышленностью, наиболее широко применяются для приготовления абразивно-доводочных средств ис­кусственные алмазы, электрокорунды, карбиды кремния, карбид бора, окись хрома, окись алюминия. Перспективным абразивом является кубический нитрид бора (боразон).

Искусственный алмаз (синтетический алмаз—услов­ное обозначение АС) получают из графита в условиях больших давлений и высоких температур. Синтетический алмаз имеет то же строение, что и естественный. Физические и химические свойства хороших сортов синтетических алмазов тождественны свойствам естественных алмазов. Для приготовления абразивно-доводочных паст используется алмаз обычной прочности АСО.

Кубический нитрид бора (зльбор)—это новый аб­разивный материал, полученный в СССР, одним из достоинств которого является более высокая, по сравнению с алмазом, темпе­ратурная устойчивость (примерно в 2 раза). Зерна минерала эль — бора имеют преимущественно темно-коричневую окраску, разнооб­разны по форме. Физико-механические и химические свойства ку­бического нитрида бора хорошие.

Карбид бора представляет собой соединение бора с угле­родом, получаемое электроплавкой борной кислоты с малозольным углеродистым материалом (коксом, сажей и др.). По внешнему виду карбид бора в куске представляет собой плотную, частично сплавленную массу, после дробления которой получаются зерна с острыми режущими гранями. Карбид бора имеет темно-серый цвет с металлическим блеском.

Твердость и абразивная способность зерен карбида бора, ис­пользуемого в порошках и пастах для доводки изделий из твер­дых материалов, приближаются к одноименным характеристикам алмаза. Практикой установлено, что карбид бора рационально применять для притирки точных конических и фасонных поверх­ностей, погрешности предыдущей обработки которых особенно велики.

Электрокор у иды объединяют электрокорунд белый, эле­ктрокорунд нормальный (Э) и электрокорунд с различными при­садками: с присадкой хрома—■ электрокорунд хромистый (ЭХ), с присадкой титана — электрокорунд титанистый (ЭТ).

Электрокорунд белый получают плавкой глинозема в электро­печах; состоит из корунда и небольшого количества сопутствую­щих ему высокоглиноземного алюмината-натрия (бетаглинозема) и других материалов. Зерна электрокорунда белого имеют различ­ную геометрическую форму: изометрическую, удлиненно-пластин­чатую и др.

Благодаря высокой твердости, прочности и острым кромкам зерна электрокорунда белого интенсивно снимают слой металла с поверхностей закаленных, цементированных и азотированных сталей. Для приготовления абразивно-доводочных материалов ис­пользуются электрокорунды белые Э8 и Э9.

В микропорошках Э9 содержится больше окиси алюминия, чем в Э8. Электрокорупд белый Э9А — повышенного качества, получа­ют его плавлением низкощелочного глинозема или рафинирова-

ниєм хлористым аммонием со вторичным подогревом расплава в изложницах.

.Электрокорунд нормальн’ый — искусственный абра­зивный материал с высоким содержанием корунда, который полу­чают плавкой в электропечах боксита (алюминиевые водные ми­нералы) в смеси с восстановителями (антрацитом или коксом). Окрашивают в различные цвета: синий, коричневый, малиновый и др. Высокая твердость и механическая прочность зерен электро­корунда нормального обеспечивает ему достойное место при при­готовлении абразивно-доводочных материалов. В Советском Сою­зе микропорошки изготавливают в основном из электрокорундов Э4, ЭЗ и Э2. С увеличением содержания корунда абразивная спо­собность электрокорунда повышается, но повышается и стоимость абразива.

Электрокорунд хромистый — искусственный абра­зивный материал, получаемый при плавке в электропечи глинозе­ма с добавкой хромистой руды. Микропорошки электрокорунда хромистого, как и других корундов, получают путем дробления, рассева и гидравлической классификации в конусах с восходящей струей. Электрокорунд хромистый имеет розовую окраску, обла­дает постоянством физико-механических свойств и высоким содер­жанием монокристаллов. Форма зерен преимущественно изомет­рическая.

Электрокорунд титанистый получают плавлением в электрической печи глинозема с добавкой соединений титана. Эле­ктрокорунд титанистый близок к электрокорунду нормальному, но отличается от последнего большим постоянством свойств. Присад­ки титана увеличивают вязкость абразивного материала, что очень важно для машинных доводочно-притирочных работ по обработке стальных деталей.

Карбид кремния зеленый представляет собой хими­ческое соединение углерода с кремнием. Получают карбид крем­ния в электрических печах сопротивления путем сплавления квар­цевого песка с угольным порошком и небольшой примесью метал­лических опилок при высокой температуре (1920—2200°С). В зависимости от содержания примесей карбид кремния бывает двух марок: зеленый, содержащий не менее 97% корунда, черный карбид кремния, в котором корунда 95—97%.

Цвет зеленого карбина кремния зеленый, а черного — темно­синий с блеском цветов побежалости или черный. По химическому составу и физическим свойствам различие между зеленым и чер­ным карбидом кремния незначительное. В зеленом карбиде крем­ния меньше вредных примесей, по сравнению с черным он более хрупок. Возможно, что это и определяет превосходство зеленого карбида кремния над черным при обработке твердых и сверхтвер­дых материалов. Абразивная способность зеленого карбида крем­ния примерно на 20% выше, чем черного. Из черного карбида кремния изготавливают шлифзерно и шлифпорошки, а из зелено­го — шлифзерно, шлнфпорошки и микропорошки, применяющиеся для обработки твердых и сверхтвердых материалов.

Окись хрома представляет собой порошок темно-зеленого цвета, полученный из бихромата натрия обжигом и последующей промывкой в кипящей воде. Промытый осадок тщательно от­фильтровывают и высушивают. Окись хрома в виде порошков ис­пользуют для приготовления мягких абразивно-доводочных мате­риалов — паст, применяющихся при тонкой обработке стальных деталей и деталей из цветных металлов и неметаллов. На ЯЗТА используется окись алюминия МРТУ 6-09 № 2046—64, которая подвергается переработке с целью получения окиси алюминия с размером частиц 3 мк.

Окись алюминия представляет собой порошок белого цвета, полученный прокаливанием гидрата окиси алюминия с при­месью других веществ. Процесс получения окиси алюминия слож­ный и длительный. Размолотый, промытый и хорошо отфильтрован­ный порошок просушивают. Окись алюминия в виде порошков идет для приготовления тонких абразивно-доводочных паст, использу­емых для доводки стальных, чугунных деталей, а также деталей из стекла и пластмасс.