Абразивные материалы играют решающую роль в различных отраслях промышленности, от производства и строительства до электроники и изготовления ювелирных изделий. Их твердость является одним из наиболее важных свойств, которые определяют их эффективность в таких приложениях, как измельчение, полировка и резка. Будучи абразивным поставщиком, я воочию стал свидетелем влияния абразивной твердости на различные процессы. В этом сообщении я углубится в то, что означает твердость абразивных материалов, как они измеряются и почему это имеет значение в практических приложениях.
Понимание твердости в абразивных материалах
Твердость в контексте абразивных материалов относится к их способности противостоять деформации, отступа или царапины. Это мера внутренней силы материала на атомном или молекулярном уровне. Когда для работы на поверхности используется абразивный материал, его твердость позволяет ему удалять материал из заготовки, разбивая его поверхностные слои. Чем сложнее абразив, тем эффективно он может прорезать или полировать целевой материал.
Существует несколько типов шкал твердости, используемых для количественной оценки твердости абразивных материалов. Наиболее широко известным является шкала MOHS, которая оценивает минералы по шкале от 1 (самый мягкий) до 10 (самый сложный). В этом масштабе тальк оценен как 1, в то время как Diamond, самый усердно известный натуральный материал, оценен как 10. Другие шкалы, такие как Vickers, Rockwell и Brinell Scales, более точные и часто используются в промышленных условиях для измерения твердости металлов и других инженерных материалов.
Измерение твердости абразивных материалов
Масштаб MOHS
Шкала MOHS - это качественная шкала, которая опирается на способность одного материала поцарапать другой. Чтобы определить твердость абразива MOHS, используется ряд эталонных минералов со значениями твердости. Если абразив может поцарапать эталонный минерал, но не более сложный, его твердость MOHS находится между ними. Например, если абразив может царапать флуорит (твердость MOHS 4), но не апатит (твердость MOHS 5), его твердость MOHS составляет приблизительно 4,5.
Тест на твердость Виккерса
Тест на твердость Vickers является более количественным методом. Квадратный инденс в форме пирамиды прижат к поверхности абразивного материала под определенной нагрузкой. Размер отступления, оставшегося на поверхности, измеряется, и количество твердости викерса (HV) рассчитывается на основе нагрузки и площади поверхности отступа. Этот тест обеспечивает более точную меру твердости, особенно для материалов с небольшими зернами или сложными микроструктурами.
Тест на твердость Роквелла
Тест на твердость Роквелла является еще одним широко используемым методом, особенно для металлов и некоторой твердой керамики. Алмазный конус или закаленная стальная шар вдавливается в материал под серьезной нагрузкой после небольшой предварительной нагрузки. Глубина проникновения интендера измеряется, и число твердости Роквелла определяется на основе разности глубины до и после применения основной нагрузки.
Важность твердости в абразивных приложениях
Шлифование и полировка
В операциях по шлифованию и полировке твердость абразивного материала напрямую влияет на скорость удаления материала и качество готовой поверхности. Более сложные абразивы могут быстрее удалять материал, но они также могут вызвать больше повреждения поверхности, если не использовать должным образом. С другой стороны, более мягкие абразивы лучше подходят для точной полировки и отделки, где требуется гладкая поверхность.
Например, при измельчивании высокопрочных металлов, таких как нержавеющая сталь или титан, абразивы с высокой твердостью, такие какЗеленый кремниевый карбид абразив, часто используются. Зеленый кремниевый карбид имеет твердость MOHS около 9,2, что делает его чрезвычайно эффективным для сокращения жестких металлов. Напротив, для полировки оптических линз или ювелирных изделий более мягкие абразивы, такие как оксид церия или оксид алюминия с более низкими значениями твердости, предпочтительнее достичь зеркальной отделки, не царапая поверхность.
Резка и бурение
В приложениях для резки и бурения твердость абразива определяет его способность проникать на заготовку. Более сложные абразивы могут прорезать более жесткие материалы, такие как бетон, стекло или камень. Например, Diamond, с его исключительной твердостью, является материалом для резки и бурения через твердые породы и высокопрочные композиты.
В случае песочной обработки, где абразивные частицы выдвигаются на высокой скорости на поверхность, чтобы очистить или тратить ее, твердость абразива имеет решающее значение.Гранатный песокявляется популярным выбором для песочной обработки, потому что у него твердость MOHS составляет около 7 - 7,5. Это достаточно сложно, чтобы удалить ржавчину, краску и другие загрязнения с металлических поверхностей, не вызывая чрезмерного повреждения основного материала.
Факторы, влияющие на твердость абразивных материалов
Химический состав
Химический состав абразивного материала является одним из основных факторов, влияющих на его твердость. Материалы с сильными ковалентными или ионными связями, как правило, сложнее. Например, кремниевый карбид (sic) представляет собой соединение, состоящее из атомов кремния и углерода, связанных сильными ковалентными связями. Это приводит к очень твердому материалу с превосходной сопротивлением истиранию.
Кристаллическая структура
Кристаллическая структура абразива также играет роль в его твердости. Материалы с плотной и упорядоченной кристаллической структурой, такой как алмаз, который имеет тетраэдрическую кристаллическую структуру, как правило, сложнее, чем материалы с более открытой или неупорядоченной структурой. Расположение атомов в кристаллической решетке влияет на прочность связей между ними, что, в свою очередь, определяет твердость материала.
Размер и форма зерна
Размер зерна и форма абразива могут повлиять на его кажущуюся твердость. Меньшие зерна, как правило, имеют более высокую эффективную твердость, потому что они могут легче проникать в заготовку и приносить более высокое давление на единицу площади. Кроме того, угловые зерна, как правило, более агрессивны и сложнее с точки зрения способности к резкому по сравнению с округлыми зернами, которые лучше подходят для полировки.
Разные абразивные материалы и их твердость
Силиконовый карбид
Силиконовый карбид - это популярный абразивный материал, доступный в двух основных типах: черный кремниевый карбид и карбид зеленого кремния. Черный кремниевый карбид имеет твердость MOHS около 9, в то время как зеленый кремниевый карбид, который является более чистым и имеет более однородную кристаллическую структуру, имеет немного более высокую твердость MOHS около 9,2. Кремниевый карбид обычно используется в шлифовальных колесах, наждачной бумаге и режущих инструментах для работы над нерухозными металлами, керамикой и композитами.
Оксид алюминия
Оксид алюминия (al₂o₃) является еще одним широко используемым абразивным. Он имеет твердость MOHS около 9, что делает его универсальным материалом для различных применений. Оксид алюминия обычно используется при измельчающих и полировках металлов, древесины и пластмасс. Он доступен в разных классах, от грубых до мелкого, для соответствия различным уровням удаления и отделки материала.
Гранат
Гранат - это группа силикатных минералов с твердостью МОС, варьирующейся от 6,5 до 7,5.Гранатный песокявляется естественным абразивным, который широко используется в песочнице, резании водяных и абразивных взрывных применений. Он известен своей высокой твердостью, острыми краями и относительно низкой генерацией пыли, что делает его экологически чистым вариантом.
Выбор правильного абразива на основе твердости
При выборе абразивного материала для конкретного применения важно учитывать твердость как абразивной, так и заготовки. Общее эмпирическое правило состоит в том, чтобы выбрать абразив, который труднее, чем материал, над которым нужно работать. Тем не менее, другие факторы, такие как желаемая отделка, тип работы (шлифование, полировка, резка и т. Д.), А также необходимо учитывать стоимость.
Например, если вы работаете над мягким металлом, таким как алюминий, может быть достаточно мягким абразивным оксидом алюминия. Но если вы имеете дело с твердым сплавом или керамическим материалом, может потребоваться более сложный абразивный карбид или алмаз.
Заключение
Твердость абразивных материалов является критическим свойством, которое определяет их эффективность в различных промышленных приложениях. Понимание различных шкал твердости, факторы, влияющие на твердость и характеристики различных абразивных материалов, важно для выбора правильного абразива для определенной задачи. Как абразивный поставщик, я стремлюсь предоставлять высококачественные абразивные продукты, которые отвечают разнообразным потребностям наших клиентов. Если вы ищете жесткий и агрессивный абразив для тяжелых шлифований или мягкого и мягкого абразива для прекрасной полировки, у нас есть опыт и продукты, которые помогут вам достичь наилучших результатов.
Если у вас есть какие -либо вопросы о абразивных материалах или вам нужна помощь в выборе правильного абразива для вашего приложения, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы здесь, чтобы поддержать вас в процессе закупок и гарантировать, что вы получите наиболее подходящие абразивные материалы для ваших проектов.
Ссылки
- Callister, WD, & Rethwisch, DG (2014). Материаловая и инженерия: введение. Уайли.
- Shackelford, JF (2008). Введение в материалому науку для инженеров. Пирсон Прентис Холл.
- ASTM International. (2019). Стандартные методы испытаний для твердости Роквелла и поверхностной твердости металлических материалов. ASTM E18 - 19.
- ASTM International. (2018). Стандартный метод испытаний для твердости металлических материалов Vickers. ASTM E92 - 17E1.
