Абразивные материалы
Абразивный материал - электрокорунд и карбид кремния
Электрокорунд - абразивный материал, который состоит из корунда (Al203) и примесей в небольшом количестве. Существует несколько видов электрокорунда: нормальный, белый, хромистый, титанистый, циркониевый, моно - и сферокорунд.
Электрокорунд нормальный
Электрокорунд нормальный состоит из 95% корунда (до 95%), шлака и ферросплава. В зависимости от состава и количества примесей изменяются цвет электрокорунда нормального (от светло - до темно-коричневого), его микроструктура и свойства. Наиболее распространен электрокорунд нормальный 14а.
Производство электрокорунда нормального представляет собой восстановительную плавку в дуговых печах шихты, состоящей из бокситового агломерата, малозольного углеродистого материала и железной стружки. В процессе производства примеси, содержащиеся в боксите, восстанавливаются и переходят в ферросплав, а окиси кальция (СаО) переходят почти полностью в электрокорунд, что приводит к образованию вредных минеральных образований, которые снижают качество электрокорунда. По этой причине содержание СаО в боксите должно быть минимальным.
Такие свойства, как высокая твердость и механическая прочность зерен электрокорунда нормального обеспечивают широкое применение его при шлифовании металлов. Электрокорунд нормальный обладает еще и значительной вязкостью, которая необходима при выполнении работ с переменными нагрузками. На изготовление обдирочных кругов идет электрокорунд нормальный поликристаллического строения, который обладает высокой прочностью. Размер кристаллов у него - 50 мкм.
Электрокорунд нормальный (электрокорунд нормальный 14а) используется в изготовлении многих видов абразивного инструмента, например, шлифзерно, шлифпорошки и микропорошки различных размеров.
Электрокорунд белый
Электрокорунд белый состоит из корунда (98-99%) и примесей (1-2%) в виде высокоглиноземистого алюмината натрия и других минералов. Наиболее распространен электрокорунд белый 25а.
Производство электрокорунда белого представляет собой процесс расплавления глинозема (чистой окиси алюминия) в дуговой печи, в результате чего γ - Al2O3 превращается в α -Al2O3. Плавка электрокорунда производится непрерывным способом с периодическим выпуском расплава в специальные изложницы.
Белый электрокорунд по химическому и физическому составу является более однородным, чем нормальный. Благодаря высокой прочности и острым кромкам зерна электрокорунда белого легко внедряются в твердые прочные металлы (азотированные, жаропрочные), дают меньший нагрев, чем зерна других разновидностей электрокорунда. Абразивные изделия из белого электрокорунда отличаются стабильными свойствами, обладают хорошей самозатачиваемостью и обеспечивают высокую чистоту обрабатываемой поверхности.
Электрокорунд белый (электрокорунд белый 25а) перерабатывают на шлифзерно, шлиф - и микропорошки, которые идут для изготовления абразивного инструмента на различных связках и шлифовальной шкурки.
Электрокорунд титанистый
Электрокорунд титанистый - абразивный материал, который получают плавкой в дуговой печи глинозема с полуторной окисью титана. Содержание окиси титана при производстве электрокорунда обычно не превышает 0,3-1,0%. Электрокорунд титанистый с содержанием 2-3% окиси титана по своему составу и микроструктуре аналогичен высококачественному нормальному электрокорунду, выплавленному из высокосортного боксита. В данном виде материала отсутствуют ферросплав и другие вредные примеси.
Электрокорунд титанистый выпускается в виде шлифзерна и шлифпорошков и предназначается для изготовления абразивных инструментов, применяемых при обработке углеродистых, конструкционных и других закаленных, и незакаленных сталей.
Электрокорунд хромистый
Электрокорунд хромистый - это разновидность абразивного материала, получаемого плавкой в дуговой печи глинозема с добавкой окиси хрома в количестве до 2%. По цвету электрокорунд хромистый напоминает рубин. Наличие в этом электрокорунде твердого раствора хрома существенно изменяет его микроструктуру и свойства: возрастают механическая прочность и абразивная способность зерна по сравнению с зерном электрокорунда белого. При увеличении содержания окиси хрома, растворенной в корунде, повышается интенсивность окраски, механическая прочность зерна уменьшается, а абразивная способность возрастает.
Абразивные инструменты из хромистого электрокорунда обеспечивают на 20-30% большую производительность обработки конструкционных и углеродистых сталей при интенсивных режимах работы, по сравнению с инструментом из электрокорунда белого.
Шлифзерно и шлифпорошки хромистого электрокорунда применяются для производства абразивного инструмента на различных связках и шлифовальной шкурки.
Карбид кремния - абразивный материал, представляющий собой химическое соединение кремния с углеродом (SiC); твердость по Моосу 9,1; микротвердость 3300-3600 кГс/мм2. Получают его в электрических печах сопротивления силицированием частиц углерода парами кремниевой кислоты. Сырьем служат материалы, богатые кремнеземом: жильный кварц, кварцевые пески и кварциты, содержащие не менее 99,0-99,5%, SiO2, а также углеродистый материал - нефтяной кокс. Для улучшения хода реакции к шихте добавляют некоторое количество опилок, а при производстве зеленого карбида кремния еще и поваренную соль. Нагревательным элементом печи является токопроводящий керн из углеродистых материалов. Карбид кремния образуется при температуре 1500-2300 °С. Наиболее вредной примесью является углерод, который понижает абразивную способность карбида кремния и адгезию его со связкой.
Хрупкость карбида кремния является следствием кристаллической структуры и типа химической связи и сочетается в нем с высокой твердостью. Карбид кремния имеет три полиморфные модификации: гексагональную и тригональную (α-SiC), а также кубическую (β-SiC). Мелко- и крупнокристаллический карбид кремния абразивного назначения относится к α-SiC-структуре (политипы 4Н, 6Н, 15R и др.). В этом типе карбида кремния полностью отсутствует модификация β-SiC. Микротвердость монокристаллов наиболее высокая у политипа 15R, ниже у политипа 6Н и еще ниже у политипа 4Н.
Химически чистый карбид кремния бесцветен и прозрачен, а технический окрашен от светло-зеленого до черного цветов, в зависимости от состава и содержания примесей.
Промышленность производит два вида карбида кремния промышленного назначения: зеленый и черный. В процессе производства наиболее часто встречаются структурные типы 6Н (бесцветные или светло-зеленые кристаллы), 4Н (темно-синие, черные, почти непрозрачные кристаллы), реже 15R (кристаллы желтоватого оттенка). Промышленный зеленый карбид кремния почти целиком состоит из α-SiС 6H; черный на 60% представлен политипом 6Н и на 40% политипом 4Н. По химическому составу и физическим свойствам зеленый и черный карбиды кремния отличаются незначительно, однако зеленый карбид кремния содержит меньше примесей, имеет несколько большую хрупкость и более высокую абразивную способность.
Из карбида кремния получают шлифзерно, шлиф - и микропорошки, которые применяются для изготовления абразивного инструмента на твердой и гибкой основах, а также паст. Для производства многих видов шлифовальной шкурки карбид кремния черный предпочитают зеленому.
Абразивный инструмент из зеленого карбида кремния используется для тонкого шлифования металлообрабатывающего инструмента, твердых сплавов, керамики, камня и для правки шлифовальных кругов. Инструмент из черного карбида кремния применяется для шлифования твердых сплавов, чугуна, цветных металлов, стекла, пластмасс, кожи, резины. Пасты из карбида кремния применяются для доводочных работ. Отдельные разновидности карбида кремния используются в электротехнической, металлургической и огнеупорной промышленности. В зерне и порошках карбид кремния применяется в промышленности стройматериалов для изготовления аэродромных покрытий, нескользких плиток, лестничных ступеней и других изделий.
Связка для абразивного инструмента из электрокорунда или карбида кремния
Вид связки абразивного инструмента имеет большое значение для его прочности и режима работы. В производстве абразивных инструментов применяются два вида связок: неорганические (минерального происхождения) и органические.
Органическая связка
К органическим связкам относятся бакелитовая, вулканитовая, глифталевая, эпоксидная и поливинилформалевая.
Неорганическая связка
Неорганическая связка или керамическая связка представляет собой многокомпонентные смеси, составленные в определенных пропорциях из измельченных сырых материалов: огнеупорной глины, плавней (полевого шпата, борного стекла), талька и ряда других материалов. В целях повышения пластичности и формуемости в абразивно-керамические массы добавляются клеящие вещества: растворимое стекло, декстрин и др.
Керамические связки обладают высокой огнеупорностью, водоупорностью, химической стойкостью и относительно высокой прочностью. В зависимости от поведения в процессе термической обработки они делятся на плавящиеся (стекловидные) и спекающиеся (фарфоровидные). Плавящиеся связки после остывания превращаются в стекло, спекающиеся расплавляются только частично и по своему составу и состоянию близки к фарфору.
Абразивный инструмент из электрокорунда (электрокорунд белый 25а, электрокорунд нормальный 14а и другие) изготовляется на плавящейся, а из карбида кремния - на спекающейся связках. Плавящиеся связки взаимодействуют с абразивными зернами и поэтому обеспечивают большую прочность абразивного инструмента. Этим, в частности, объясняется более высокая прочность электрокорундовых кругов, чем кругов из карбида кремния.
Абразивный инструмент на керамической связке в настоящее время имеет несколько большее применение, чем инструмент на органической связке, хотя технология его изготовления сложнее и отличается более длительным циклом по сравнению с технологией изготовления инструмента на других связках. Недостатком керамической связки является ее высокая хрупкость, вследствие чего круги на этой связке не могут использоваться при ударных нагрузках (обдирочное и силовое шлифование). Относительно низкий предел прочности при изгибе ограничивает применение таких кругов для отрезных работ, так как они тонкие (менее 3 мм) и могут легко разрушаться от боковой нагрузки.