АБРАЗИВНІ МАТЕРІАЛИ (абразиви) (від лат. Abrasio - зіскоблювання), речовини підвищеної твердості, застосовувані в масивному або здрібненому стані для механічної обробки (шліфування, різання, стирання, заточення, полірування і т. д.) інших матеріалів. Природні абразивні матеріали - кремінь, наждак, пемза, корунд, гранат, алмаз і ін; штучні - електрокорунд, монокорунд, карбід кремнію, боразон, ельбор, синтетичний алмаз і ін
Абразивним може бути будь-який природний або штучний матеріал, зерна якого володіють певними властивостями: твердістю, міцністю і в'язкістю; формою абразивного зерна; зернистістю, абразивною здатністю, механічною і хімічною стійкістю, т. е. здатністю різання та шліфування інших матеріалів. Головною особливістю абразивних матеріалів є їх висока твердість у порівнянні з іншими матеріалами й мінералами. Саме на розходженні у твердості засновані всі процеси шліфування і різання матеріалів.
Твердість абразивних матеріалів визначають або за шкалою Мооса, або методом вдавлення алмазної піраміди в поверхню випробуваного матеріалу.
Під абразивною здатністю розуміють можливість одного матеріалу обробляти іншої або групу різних матеріалів. Абразивна здатність характеризується масою знімається при шліфуванні матеріалу до затуплення зерен, або визначається кількістю сошлифовать за певний час матеріалу. Для визначення абразивної здатності досліджуваний матеріал поміщають між двома металевими або скляними дисками, які обертаються в протилежних напрямках. За кількості знімання металу або стекол з поверхні дисків за певний проміжок часу судять про абразивної здатності досліджуваного матеріалу.
Якщо прийняти абразивну здатність алмаза за одиницю, абразивна здатність карбіду бору - 0,6, карбіду кремнію - 0,5. За абразивної здатності абразивні матеріали розташовуються в наступному порядку: алмаз, кубічний нітрид бору (боразон), карбід кремнію, монокорунд, електрокорунд, наждак, кремінь. Абразивна здатність залежить від виду шліфованих матеріалів, режиму роботи, в'язкості і міцності зерен. Чим менше в абразивному матеріалі домішок, тим вище його абразивна здатність.
Під механічною стійкістю розуміють здатність абразивного матеріалу витримувати механічні навантаження і не руйнуватися при різанні, шліфуванні й поліруванні. Механічна стійкість абразивних матеріалів характеризується межею міцності при стисненні, який визначають, розчавлюючи зерно абразивного матеріалу і фіксуючи навантаження в момент його руйнування. При підвищенні температури межа міцності абразивних матеріалів знижується, тому в процесі шліфування необхідно контролювати температуру.
Під хімічною стійкістю розуміють здатність абразивних матеріалів не змінювати своїх механічних властивостей у розчинах лугів, кислот, а також у воді і органічних розчинниках. Абразивні матеріали часто використовують у вигляді суспензій мікропорошків певної зернистості в різних розчинах.
Розмір зерен абразивних матеріалів робить істотний вплив на глибину залягання механічно порушеного шару на поверхні матеріалу при різанні, шліфуванні й поліруванні. Абразивне зерно - кристалічний осколок (кристаліт), рідше монокристал або агрегат, що складається з безлічі дрібних кристалів (полікристал). Ріжуча кромка зерна - ребро, утворене будь-якою парою пересічних кристалографічних площин. Зерно може мати приблизно рівні розміри по висоті, ширині і товщині (ізометрична форма) або володіти мечевидной і пластинчастої формою, що визначається родом абразивного матеріалу і ступенем подрібнення вихідного зерна. Раціональна ізометрична або близька до неї форма зерна, тому що кожне зерно є різцем. Найменш вигідна форма - Голчаста. За розміром і однорідності зерен абразивні матеріали повинні бути однорідними. Зернистість абразивних матеріалів визначається класифікацією зерен по лінійних розмірах методом ситового аналізу, осадженням у рідині або ін Зернистість абразивного матеріалу регламентується стандартом. Номер зернистості встановлюється відповідно до лінійними розмірами зерна основної фракції. Чим однорідніше за формою і розміром зерен абразивний матеріал, тим вище його експлуатаційні якості. Абразивні матеріали відрізняються між собою розміром (крупністю) зерен і підрозділяються на чотири групи: шліфзерно, шліфпорошкі, мікропорошки і тонкі мікропорошки. Кожен номер зернистості абразивних матеріалів цих груп характеризується п'ятьма фракціями: граничної, великої, основний, комплексної, і дрібної.
В залежності від номера зернистості застосовують різні методи контролю. Для абразивних матеріалів з зернистістю від номера 200 до 5, як правило, використовують ситової, а для абразивних мікропорошків із зернистістю від М40 до М5 - мікроскопічний аналіз.
Абразивні матеріали широко застосовуються при механічній обробці. Абразивні матеріали використовуються у вигляді зерен, скріплених зв'язуванням у різні за формою і призначенням абразивні інструменти, або нанесеними на гнучку основу (тканину, папір та ін) у вигляді шліфувальної шкурки, а також в незв'язаному стані в вигляді порошків, паст і суспензій.
Основні характеристики твердих складових абразивно-полірувальних матеріалів
Основними характеристиками абразивного матеріалу є форма абразивних зерен, їх крупність, твердість і механічна міцність, абразивна здатність, мінеральний і гранулометричний склади.
Форма абразивних зерен визначається природою абразивного матеріалу, характеризується їхньою довжиною, висотою і шириною. Абразивні зерна можна звести до наступних видів: ізометричні, пластинчасті, мечоподібні. Для оздоблювальних робіт перевага віддається ізометричний формі зерен.
Абразивні зерна характеризуються станом поверхні (гладка, шорсткувата), крайок і виступів (гострі, закруглені, прямолінійні, зазубрені та ін.) Зерно з гострими кутами значно легше проникає в оброблюваний матеріал. Зерна - зростки, нещільні за структурою, витримують менші зусилля різання і швидше руйнуються.
Для визначення твердості встановлені шкали, в яких певні матеріали розташовані в порядку зростаючої твердості, де будь-яке подальше твердіше попереднього й може його дряпати (Таблиця).
Порівняльні дані про твердості за різними шкалами
Матеріал
Твердість
по Моосу
по Хрущову М. М., Беркович Є. С.
Тальк
1
2,4
Гіпс
2
36
Кальцит
3
109
Флюорит
4
189
Апатит
5
536
Ортоклаз
6
795
Кварц
7
1120
Топаз
8
1427
Корунд
9
2060
Алмаз
10
10060
Алмаз і кубічний нітрид бору володіють найбільшою твердістю. Нижче наведена середня мікротвердість алмазу, кубічного нітриду бору, а також інструментальних і конструкційних матеріалів (у МН/м2 при 20 В° 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. Так наприклад, при нагріва...
