Абразивные материалы

 Общие сведения

Абразивные материалы и инструмент дают большую точность обработки металлов, поэтому применение их позволяет значительно улучшать технологию металлообработки и машиностроения. Абразивные материалы, представляющие собой твердые кристаллические или порошкообразные минералы либо сходные с ними материалы, применяются в обработанном виде для обдирки, зачистки металла, шлифования, заточки, притирки и отделки поверхностей металлорежущего инструмента и деталей машин. Во всех этих операциях абразивный материал, обладающий большей твердостью, чем обрабатываемые им поверхности, работает острием своих граней как режущий инструмент.

Так как абразивные материалы, как указано выше, являются либо минералами, либо сходны с ними, то их твердость определяется по принятой в минералогии десятибалльной шкале твердости. Твердость, принятая за единицу шкалы, соответствует твердости талька; далее следуют:

2	—	гипс
3	—	известковый шпат
4	—	плавиковый шпат
5	—	апатит
6	—	полевой шпат
7	—	кварц
8	—	топаз
9	—	корунд
10	—	алмаз

Абразивные материалы бывают естественные и искусственные.

К естественным относятся: корунд, наждак, кварц, кремень, пемза, гранат, песчаник и алмаз.

К искусственным относятся: электрокорунд, карбид кремния и карбид бора.

 Естественные абразивные материалы

Корунд представляет собой минерал, состоящий в основном из кристаллической окиси алюминия (Аl₂O₃); твердость его составляет 9 единиц. Корунд имеет различную окраску в зависимости от содержания примесей – титана, хрома и окиси железа – от синевато-серого до коричневого цвета. С повышением, содержания окиси железа твердость корунда уменьшается, а следовательно, его режущая способность снижается. Корунд применяется для изготовления шлифовальных кругов, мелкозернистых порошков и микропорошков.

Наждак – горная порода, состоящая из смеси зерен корунда с магнезитом и другими минералами. Наждак также имеет различную окраску в зависимости от содержания окиси железа из других примесей; твердость его составляет примерно 9 единиц. Наждак применяется для изготовления жерновов и шлифовальных порошков.

Кварц – горная порода, встречающаяся в массивах и россыпью; представляет собой кремнезем (SiO₂) в кристаллической форме, твердость кварца составляет 7 единиц. Его используют главным образом для изготовления кругов, предназначенных для заточки и правки инструмента, а также для изготовления шлифовальной шкурки и ведущих, кругов при бесцентровом шлифовании.

Кремень – минерал, состоящий главным образом из кремнезема (SiO₂) и представляющий собой разновидность кварца, встречается в природе в виде массивных горных пород; твердость кремня находится в пределах 7–7,5 единиц. Кремень применяется в измельченном виде для изготовления шлифовальных шкурок.

Пемза – пористая масса вулканического происхождения, состоящая в основном из кремнезема (SiO₂) и глинозема (Аl₂O₃); обладает небольшой твердостью – около 6 единиц. Пемза применяется для изготовления зачищающих брусков, особых шкурок и в виде порошков различной крупности.

Гранат – минерал, состоящий из алюмосиликатов извести, магнезии и других примесей; твердость его колеблется от 6,5 до 7 единиц. В зависимости от примесей окрашен почти во все цвета, кроме синего. Гранат применяется в измельченном виде для приготовления шлифовальных шкурок.

Песчаник – горная порода, состоящая из связанных между собой зерен кварца. Песчаник используется для изготовления кругов неответственного назначения (ручная заточка топоров и другого инструмента).

Алмаз – наиболее твердый из встречающихся природных минералов, состоит из чистого углерода и встречается, большей частью в россыпях в виде кристаллов. Алмазы делятся на ювелирные и технические.

К техническим относятся те из алмазов, которые по цвету, форме и структуре не пригодны для изготовления бриллиантов. Они делятся на три сорта: карбонаты, балласы и бортсы. Карбонаты имеют овальную форму зерна, балласы имеют форму почти правильного шара, а бортсы представляют собой граненые зерна с притуплёнными ребрами.

Технические алмазы применяются для заточки твердосплавных инструментов, правки шлифовальных кругов и в виде шлифующих паст для обработки оптических стекол.

 Искусственные абразивные материалы

К искусственным материалам относятся электрокорунд, карбид кремния и карбид бора.

Электрокорунд выпускают двух видов: нормальный и белый. Нормальный получают в электропечах методом восстановительной плавки из боксита. Твердость его при содержании до 93% кристаллической окиси алюминия достигает 9 единиц. В зависимости от содержания примесей нормальный электрокорунд может быть от серо-коричневого до буро-красного цвета. Он применяется главным образом при изготовлении жесткого абразивного инструмента, требующегося для обработки углеродистых и легированных сталей, марганцовистой бронзы, ковкого чугуна и т. д.

Белый электрокорунд (коракс) получают в электропечах путем переплавки чистого глинозема. Твердость белого электрокорунда при содержании в нем до 99 % кристаллической окиси алюминия составляет 9 единиц. В зависимости от содержания окиси алюминия и примесей белый электрокорунд может быть, серовато-белого и светло-розового цветов. Его используют главным образом также для изготовления жесткого абразивного инструмента, требующегося для отделочных и профильных шлифовальных работ.

Карбид кремния (карборунд, SiC) выпускают двух видов: черный – КЧ и зеленый – КЗ. По химическому составу они мало отличаются друг от друга, но зеленый содержит меньше примесей, чем черный. Карбид кремния получают восстановлением кремневой кислоты углеродом в специальных электропечах. При содержании кремневой кислоты до 97 % твердость его составляет 9,15 единицы, однако, несмотря на такую твердость, карбид кремния вследствие повышенной хрупкости и высокой стоимости меньше применяется, чем электрокорунд. Его используют как в порошках, так и в виде инструмента для обработки главным образом хрупких и вязких материалов (чугун, латунное и бронзовое литье, алюминий и его сплавы, стекло, фарфор и т. д.).

Карбид бора (B₄C) является наиболее твердым из искусственных абразивных материалов. Твердость его достигает 9,5 единицы. Применяется в виде пасты вместо алмазной пыли при шлифовке очень твердых материалов, например фильер волочильных станов.

 Литература

1. Материаловедение / Под общ. ред. Ю.К. Файнберга. М.: Металлургиздат. 1961. – 474 с.