Учебное пособие

Шлифовальные работы

13.2. Абразивные материалы

Вещества природного или искусственного происхождения, содержащие минералы высокой твердости и прочности, зерна и порошки крторых способны обрабатывать поверхности других твердых тел путем царапания, скобления или истирания, называют абразивными материалами. Из природных абразивных материалов применяют алмаз, кварц, корунд, кремень и др. К искусственным абразивным материалам относятся, электрокорунд и его разновидности; карбиды кремния и бора; синтетические алмазы, кубический нитрид бора и др.

Корунд — минерал, состоящий из кристаллического оксида алюминия Аl₂О₃ (глинозем) с различными примесями. Запасы корунда в природе невелики, поэтому применяют его ограниченно, главным образом до доводочных операций и обработки оптического стекла.

Наибольшее применение в настоящее время получили искусственные электрокорундовые абразивные материалы, так как они обладают более высокими и стабильными качествами.

Электрокорунд, получающийся при плавке шихты, составленной из естественных бокситов и других веществ, представляет собой корунд с незначительными примесями других минералов и выпускается следующих разновидностей: нормальный; белый; моно-корунд; хромистый; титанистый; циркониевый.

Электрокорунд нормальный, получающийся в процессе плавки боксита в электродуговых печах, содержит главным образом оксид алюминия АЬОз. В зависимости от содержания оксида алюминия, а также примесей различают несколько марок нормального электрокорунда: 13А, 14А, 15А. Основную массу зерна выпускают марки 15А. Цвет зерен — от розового и светло-коричневого до темно-коричневого.

Электрокорунд белый получают в процессе плавки глинозема в электродуговых печах. Содержание оксида алюминия в нем от 98 до 99%, т. е. шачительно выше, чем в электрокорунде нормальном. Электрокорунд белый выпускают следующих марок: 23А, 24А, 25А. В настоящее время в основном выпускают электрокорунд белый марок 24А и 25А с содержанием АЬОз 99% и выше. Цвет зерен — бело-розовый или белый.

Электрокорунд хромистый (технический рубин) получают путем плавки в электродуговых печах глинозема с добавкой оксида хрома. Он содержит не менее 97% Аl₂О₃ и 0,4—1,2% Сг₂О₃. Зерна хромистого электрокорунда по цвету сходны с рубином, имеют розовую или темно-вишневую окраску, обладают более высокой по сравнению с электрокорундом белым стабильностью физико-механических свойств и содержат больший процент монокристаллов. Хромистый электрокорунд выпускают марок ЗЗА, 34А.

Электрокорунд титанистый (технический сапфир), выпускаемый марки 37А, получают также путем плавки глинозема, но с присадками диоксида титана. Форма зерен титанистого электрокорунда более изометричная, что позволяет повысить абразивную способность инструментов.

Электрокорунд циркониевый, выпускаемый марки 38А, получают путем плавки в электродуговых печах из сырья, в состав которого входит глинозем, циркониевая руда или чистый диоксид циркония, оксиды титана и восстановитель.

Карбид кремния (карборунд), содержащий около 97—99% SiC и незначительное количество других минералов, получают в электропечах сопротивления. Промышленность выпускает две разновидности карбида кремния — зеленый и черный; кроме цвета они различаются и некоторыми механическими свойствами. Зеленый карбид кремния имеет повышенную по сравнению с черным хрупкость, цвет —от светло-зеленого до зеленого с отдельными прозрачными кристаллами. Черный карбид кремния имеет черный или темно-синий цвет. Марки карбида кремния черного — 53С, 54С, карбида кремния зеленого — 63С, 64С.

Карбид бора, получаемый в дуговых электропечах, представляет собой твердый раствор бора в B₄C и содержит до 93% В₄С и 1,5% свободного углерода. В карбиде бора элементарного бора содержится до 74%.

В 1957 г. было получено новое вещество—кубический нитрид бора, который обладает весьма большой твердостью (царапает алмаз) и уникальными абразивными свойствами. Абразивный материал из кубического нитрида бора в СССР выпускают под названием зльбор (условное обозначение Л). В других странах кубический нитрид бора получил названия кубонит, боразон. Теоретическая плотность зльбора меньше плотности алмаза (3,48 и 3,51 г/см³ соответственно).

Природный алмаз, состоящий из углерода с незначительным количеством примесей, является минералом, добываемым в месторождениях. Многие сорта алмаза относятся к драгоценным камням первого класса, так как после огранки они по красоте и блеску превосходят другие драгоценные камни. Алмаз хрупок, но обладает наибольшей твердостью из всех известных веществ. Он способен царапать любые минералы и вещества, встречающиеся в природе. Добыча алмазов сопряжена с большими трудностями, так как даже в богатых месторождениях в 1 т породы содержится от 0,02 до 0,1 г алмазов. Поэтому для абразивных инструментов в основном используют искусственные алмазы, получаемые путем синтеза. Природный алмаз имеет условное обозначение А, синтетические — АС, синтетические поликристаллические материалы — АР (АРВ1, АРК4, АРСЗ) с добавлением условного обозначения типа алмазного поликристалла.

Сведения об основных физико-механических свойствах алмазноабразивных материалов приведены в табл. 13.4.

13.4. Физико-механические свойства
алмазно-абразивных материалов

Выбор круга по абразивному материалу

Измельченный и классифицированный абразивный материал носит название шлифовального материала. Область применения гого или иного шлифовального материала определяется физико-механическими свойствами обрабатываемой заготовки и условиями шлифования.

Круги из электрокорунда белого применяют в основном не чистовых и отделочных операциях обработки заготовок из закаленных сталей и инструментов из углеродистых, быстрорежущих, легированных и нержавеющих сталей. Абразивные зерна из электрокорунда белого имеют более высокую износостойкость по сравнению с зернами из электрокорунда нормального, большую хрупкость, в процессе шлифования инструментом из электрокорунда образуется меньшее количество теплоты и поэтому этот абразивный материал используют во всех случаях, где имеется опасность образования трещин и прижогов.

Круги из электрокорунда нормального широко применяют на обдирочных и черновых операциях обработки заготовок из материалов, имеющих высокий предел прочности на растяжение.

Абразивные инструменты из карбида кремния применяют в основном для обработки твердых материалов, так как абразивные зерна имеют более высокую микротвердость и прочность на изгиб по сравнению с зернами из электрокорунда, меньшие радиусы округления вершин зерен и низкую степень химического взаимодействия с твердыми сплавами и чугунами. Крупнозернистые круги из карбида кремния используют для обработки неметаллических материалов и правки шлифовальных кругов.

Круги из монокорунда используют в основном на получисто-вых и чистовых операциях обработки заготовок из средне- и высоколегированных сталей, подвергнутых поверхностной обработке (хромированию, азотированию и т. п.).

Круги из хромистых и титанистых электро-корундов обладают более высокими режущими свойствами и выделяют меньше теплоты при шлифовании по сравнению с кругами из обычного и белого электрокорунда. Это позволяет использовать эти инструменты на операциях, где имеется опасность появления прижогов или недостаточная стойкость инструментов (особенно по сохранению профиля рабочей поверхности).

Для заточки твердосплавных лезвийных инструментов, обработки заготовок из твердого сплава, технического стекла и керамики, для обработки камня, бетона, для обработки твердосплавных элементов правящего и бурового инструмента используют круги из природных и синтетических алмазов.

Для обработки труднообрабатываемых инструментальных сталей и сплавов используют эльбор. Рекомендации по выбору некоторых марок шлифовальных материалов приведены в табл. 13.5.

13.5. Применение шлифовальных материалов