Абразивните материали играят решаваща роля в различни индустрии, от производството и строителството до електрониката и изработката на бижута. Твърдостта им е един от най -важните свойства, които определят тяхната ефективност в приложения като шлайфане, полиране и рязане. Като абразивен доставчик съм свидетел от първа ръка въздействието на абразивната твърдост върху различните процеси. В тази публикация в блога ще се задълбоча в това какво означава твърдостта на абразивните материали, как се измерва и защо има значение в практическите приложения.
Разбиране на твърдостта в абразивните материали
Твърдостта в контекста на абразивните материали се отнася до способността им да се противопоставят на деформация, вдлъбнатина или надраскване. Това е мярка за вътрешната сила на материала на атомно или молекулно ниво. Когато се използва абразивен материал за работа върху повърхност, неговата твърдост му позволява да премахне материала от детайла, като разгражда повърхностните му слоеве. Колкото по -трудно е толкова по -абразив, толкова по -ефективно може да прорязва или полира целевия материал.
Има няколко вида скали за твърдост, използвани за количествено определяне на твърдостта на абразивните материали. Най -често известната е скалата на MOHS, която класира минералите по скала от 1 (най -мека) до 10 (най -трудно). В този мащаб TALC е оценен като 1, докато Diamond, най -трудното известен естествен материал, е оценен като 10. Други мащаби, като скалата на Vickers, Rockwell и Brinell, са по -прецизни и често се използват в индустриални настройки за измерване на твърдостта на металите и други проектирани материали.
Измерване на твърдостта на абразивните материали
MOHS скала
Скалата на MOHS е качествена скала, която разчита на способността на един материал да надраска друг. За да се определи твърдостта на MOHS на абразив, се използват поредица от референтни минерали с известни стойности на твърдост. Ако абразив може да надраска референтен минерал, но не по -труден, неговата твърдост на MOHS се намира между двете. Например, ако абразив може да надраска флуорита (твърдост на MOHS от 4), но не и апатит (твърдост на MOHS от 5), неговата твърдост на MOHS е приблизително 4,5.
Тест за твърдост на Vickers
Тестът за твърдост на Vickers е по -количествен метод. В повърхността на абразивния материал се притиска квадратна на базата на абразивния индентор при определен товар. Размерът на вдлъбнатината, останал на повърхността, се измерва и броят на твърдостта на Викерс (HV) се изчислява въз основа на натоварването и повърхността на вдлъбнатината. Този тест осигурява по -точна мярка за твърдост, особено за материали с малки зърна или сложни микроструктури.
Тест за твърдост на Рокуел
Тестът за твърдост на Rockwell е друг широко използван метод, особено за метали и някои твърди керамики. Диамантен конус или втвърдена стоманена топка се притиска в материала при голямо натоварване след незначително предварително натоварване. Измерва се дълбочината на проникване на индентора и броят на твърдостта на Rockwell се определя въз основа на разликата в дълбочината преди и след прилагането на основното натоварване.
Значение на твърдостта в абразивните приложения
Смилане и полиране
При операции за смилане и полиране твърдостта на абразивния материал пряко влияе върху скоростта на отстраняване на материала и качеството на готовата повърхност. По -трудните абразиви могат да премахнат материала по -бързо, но те също могат да причинят повече повреди на повърхността, ако не се използват правилно. По -меките абразиви, от друга страна, са по -подходящи за фини операции за полиране и довършителни работи, където се изисква гладко покритие на повърхността.
Например, при смилане на метали с висока якост като неръждаема стомана или титан, абразиви с висока твърдост, катоЗелен силициев карбид абразив, често се използват. Зеленият силициев карбид има твърдост на MOHS около 9.2, което го прави изключително ефективен при прерязване на здрави метали. За разлика от това, за полиране на оптични лещи или бижута, по-меките абразиви като церей оксид или алуминиев оксид с по-ниски стойности на твърдост се предпочитат, за да се постигне огледално покритие, без да се надраска повърхността.
Рязане и пробиване
При приложенията за рязане и пробиване на твърдостта на абразивното определя способността му да прониква в детайла. По -твърдите абразиви могат да прорязват по -твърди материали, като бетон, стъкло или камък. Например, Diamond, с изключителната си твърдост, е материал за избор за рязане и пробиване през твърди скали и композити с висока якост.
В случай на пясъчно блокиране, където абразивните частици се задвижват с висока скорост върху повърхност, за да го почистят или оформят, твърдостта на абразивното е от решаващо значение.Гарнит пясъке популярен избор за пясъчно пластиране, тъй като има твърдост на MOHS от около 7 - 7,5. Достатъчно трудно е да премахнете ръжда, боя и други замърсители от метални повърхности, без да причините прекомерно увреждане на основния материал.
Фактори, влияещи върху твърдостта на абразивните материали
Химичен състав
Химичният състав на абразивен материал е един от основните фактори, влияещи върху неговата твърдост. Материалите със силни ковалентни или йонни връзки са склонни да бъдат по -трудни. Например, силициев карбид (SIC) е съединение, съставено от силициеви и въглеродни атоми, свързани заедно от силни ковалентни връзки. Това води до много твърд материал с отлична устойчивост на абразия.
Кристална структура
Кристалната структура на абразив също играе роля в неговата твърдост. Материали с плътна и подредена кристална структура, като диамант, който има тетраедрична кристална структура, обикновено са по -трудни от тези с по -отворена или нарушена структура. Подреждането на атомите в кристалната решетка влияе върху силата на връзките между тях, което от своя страна определя твърдостта на материала.
Размер и форма на зърното
Размерът на зърното и формата на абразив могат да повлияят на очевидната му твърдост. По -малките зърна са склонни да имат по -висока ефективна твърдост, тъй като те могат да проникнат по -лесно в детайла и да прилагат по -високо налягане на единица площ. Освен това ъгловите зърна обикновено са по -агресивни и по -трудни по отношение на способността за рязане в сравнение със заоблените зърна, които са по -подходящи за полиране.
Различни абразивни материали и тяхната твърдост
Силициев карбид
Силиконов карбид е популярен абразивен материал, предлаган в два основни типа: черен силициев карбид и зелен силиконов карбид. Черният силициев карбид има твърдост на MOHS около 9, докато зелен силициев карбид, който е по -чист и има по -равномерна кристална структура, има малко по -висока твърдост на MOHS от около 9,2. Силиконов карбид обикновено се използва при шлифовъчни колела, шкурка и инструменти за рязане за работа върху цветни метали, керамика и композити.
Алуминиев оксид
Алуминиевият оксид (al₂o₃) е друг широко използван абразив. Той има твърдост на MOHS от около 9, което го прави универсален материал за различни приложения. Алуминиевият оксид обикновено се използва при смилане и полиране на метали, дърво и пластмаси. Предлага се в различни степени, от груби до фини, за да отговаря на различни нива на изисквания за отстраняване на материали и довършителни изисквания.
Гранат
Гарнет е група от силикатни минерали с твърдост на MOHS, варираща от 6,5 до 7,5.Гарнит пясъке естествен абразив, който се използва широко при пясъчни блокиращи, изрязване на водите и абразивни приложения за взривяване. Известен е със своята висока твърдост, остри ръбове и сравнително ниско генериране на прах, което го прави екологично чист вариант.
Избор на правилния абразив въз основа на твърдостта
При избора на абразивен материал за конкретно приложение е от съществено значение да се вземе предвид твърдостта както на абразивния, така и на детайла. Общо правило е да се избере абразив, който е по -труден от материала, върху който трябва да се работи. Въпреки това, други фактори като желания завършек, вида на работата (смилане, полиране, рязане и т.н.), а разходите също трябва да се вземат предвид.
Например, ако работите върху мек метал като алуминий, може да е достатъчен сравнително мек абразив като алуминиев оксид. Но ако се занимавате с твърда сплав или керамичен материал, може да се наложи по -труден абразив като силициев карбид или диамант.
Заключение
Твърдостта на абразивните материали е критично свойство, което определя тяхната работа в различни индустриални приложения. Разбирането на различните скали на твърдост, факторите, влияещи върху твърдостта, и характеристиките на различните абразивни материали е от съществено значение за избора на правилния абразив за конкретна задача. Като абразивен доставчик, аз се ангажирам да предоставя висококачествени абразивни продукти, които отговарят на разнообразните нужди на нашите клиенти. Независимо дали търсите твърд и агресивен абразив за смилане на тежко натоварване или меко и нежно абразивно за фино полиране, ние разполагаме с експертиза и продуктите, които да ви помогнат да постигнете най-добри резултати.
Ако имате въпроси относно абразивните материали или се нуждаете от помощ при избора на подходящия абразив за вашето приложение, моля, не се колебайте да се свържете с нас. Ние сме тук, за да ви подкрепим в процеса на възлагане на поръчки и да гарантираме, че ще получите най -подходящите абразивни материали за вашите проекти.
ЛИТЕРАТУРА
- Callister, WD, & Rethwisch, DG (2014). Материалознание и инженерство: Въведение. Уайли.
- Shackelford, JF (2008). Въведение в науката за материалите за инженерите. Pearson Prentice Hall.
- ASTM International. (2019). Стандартни методи за изпитване за твърдост на Рокуел и повърхностна твърдост на Рокуел от метални материали. ASTM E18 - 19.
- ASTM International. (2018). Стандартен метод за изпитване за твърдост на Vickers от метални материали. ASTM E92 - 17E1.
