Abrazívne materiály zohrávajú rozhodujúcu úlohu v rôznych odvetviach, od výroby a konštrukcie po elektroniku a výrobu šperkov. Ich tvrdosť je jednou z najdôležitejších vlastností, ktoré určujú ich účinnosť v aplikáciách, ako je brúsenie, leštenie a rezanie. Ako abrazívny dodávateľ som bol svedkom z prvej ruky vplyv drsnej tvrdosti na rôzne procesy. V tomto blogovom príspevku sa ponorím do toho, čo znamená tvrdosť abrazívnych materiálov, ako sa meria a prečo je dôležitý v praktických aplikáciách.
Pochopenie tvrdosti v brúsnych materiáloch
Tvrdosť v kontexte abrazívnych materiálov sa týka ich schopnosti odolávať deformácii, odsadeniu alebo poškriabaniu. Je to miera vnútornej pevnosti materiálu na atómovej alebo molekulárnej úrovni. Ak sa na prácu na povrchu používa abrazívny materiál, jeho tvrdosť mu umožňuje odstrániť materiál z obrobku rozdelením jeho povrchových vrstiev. Čím ťažšie je abrazívne, tým efektívnejšie môže prerezať alebo vyleštiť cieľový materiál.
Na kvantifikáciu tvrdosti abrazívnych materiálov sa používa niekoľko typov stupníc tvrdosti. Najčastejšie známa je Mohsova stupnica, ktorá radí minerály na stupnici od 1 (najjemnejšie) do 10 (najťažšie). V tomto meradle je mastenec hodnotený ako 1, zatiaľ čo Diamond, najťažšie známy prírodný materiál, je hodnotený ako 10. Ostatné stupnice, ako sú Vickers, Rockwell a Brinell Scales, sú presnejšie a často sa používajú v priemyselnom prostredí na meranie tvrdosti kovov a iných inžinierskych materiálov.
Meranie tvrdosti abrazívnych materiálov
Mohsova stupnica
Mohsova stupnica je kvalitatívna stupnica, ktorá sa spolieha na schopnosť jedného materiálu poškriabať druhý. Na určenie tvrdosti MOHS abrazívnej, používa sa séria referenčných minerálov so známymi hodnotami tvrdosti. Ak brúsivo dokáže poškriabať referenčný minerál, ale nie ťažší, jeho tvrdosť MOHS leží medzi nimi. Napríklad, ak abrazívny môže škrabance fluorit (MOHS tvrdosť 4), ale nie apatitu (MOHS tvrdosť 5), jeho tvrdosť MOHS je približne 4,5.
Test tvrdosti vickers
Test tvrdosti Vickers je kvantitatívnejšia metóda. Štvorcový pyramídový inscenter je pritlačený na povrch brúsneho materiálu pri špecifickom zaťažení. Meria sa veľkosť odsadenia ponechaná na povrchu a číslo tvrdosti Vickers (HV) sa vypočíta na základe zaťaženia a povrchovej plochy odsadenia. Tento test poskytuje presnejšiu mieru tvrdosti, najmä pre materiály s malými zrnami alebo zložitými mikroštruktúrami.
Test tvrdosti Rockwell
Test tvrdosti Rockwell je ďalšou široko používanou metódou, najmä pre kovy a nejakú tvrdú keramiku. Diamantový kužeľ alebo kalená oceľová guľa sa po menšom predpätí pritlačí do materiálu pod hlavným zaťažením. Meria sa hĺbka penetrácie inscenta a číslo tvrdosti Rockwell je určené na základe rozdielu v hĺbke pred a po použití hlavného zaťaženia.
Dôležitosť tvrdosti v abrazívnych aplikáciách
Brúsenie a leštenie
V operáciách brúsenia a leštenia tvrdosť abrazívneho materiálu priamo ovplyvňuje rýchlosť odstraňovania materiálu a kvalitu hotového povrchu. Tvrdšie brúsivy môžu materiál odstrániť rýchlejšie, ale môžu tiež spôsobiť väčšie poškodenie povrchu, ak sa nepoužívajú správne. Na druhej strane sú mäkšie brúsire vhodnejšie na jemné leštenie a dokončenie operácií, kde je potrebný hladký povrch povrchu.
Napríklad pri brúsení vysoko pevných kovov, ako je nehrdzavejúca oceľ alebo titán, brúsivy s vysokou tvrdosťou, ako napríkladZelený kremíkový karbid, často sa používajú. Zelený karbid kremíka má tvrdosť MOHS okolo 9,2, vďaka čomu je mimoriadne efektívny pri prerezaní tvrdých kovov. Naopak, pri leštení optických šošoviek alebo šperkov sa uprednostňujú mäkšie brúsivy, ako je oxid cerium alebo oxid hlinitý s nižšími hodnotami tvrdosti, aby sa dosiahla zrkadlová povrchová úprava bez poškriabania povrchu.
Rezanie a vŕtanie
Pri aplikáciách na rezanie a vŕtanie tvrdosť brúsiva určuje svoju schopnosť preniknúť do obrobku. Tvrdšie brúsivy môžu prerezať tvrdšie materiály, ako je betón, sklo alebo kameň. Napríklad Diamond, s výnimočnou tvrdosťou, je materiálom voľby na rezanie a vŕtanie cez tvrdé horniny a vysoké pevné kompozity.
V prípade piesočnatého bludu, kde sú brúsne častice poháňané vysokou rýchlosťou na povrch, aby sa vyčistili alebo vylepšili, je tvrdosť brúsu rozhodujúca.Šašpetje obľúbenou voľbou pre pieskové bludy, pretože má tvrdosť MOHS okolo 7 - 7,5. Je dosť ťažký na odstránenie hrdze, farby a iných kontaminantov z kovových povrchov bez toho, aby spôsobil nadmerné poškodenie podkladového materiálu.
Faktory ovplyvňujúce tvrdosť abrazívnych materiálov
Chemické zloženie
Chemické zloženie abrazívneho materiálu je jedným z hlavných faktorov ovplyvňujúcich jeho tvrdosť. Materiály so silnými kovalentnými alebo iónovými väzbami majú tendenciu byť ťažšie. Napríklad karbid kremíka (SIC) je zlúčenina zložená zo atómov kremíka a uhlíka viazaných spolu silnými kovalentnými väzbami. Výsledkom je veľmi tvrdý materiál s vynikajúcou odolnosťou proti oderu.
Kryštalizácia
Kryštálová štruktúra brúsiva tiež hrá úlohu v jeho tvrdosti. Materiály s hustou a usporiadanou kryštálovou štruktúrou, ako je diamant, ktorý má štruktúru tetraedrálnej kryštálovej štruktúry, sú vo všeobecnosti ťažšie ako tie, ktoré majú otvorenejšiu alebo neusporiadanejšiu štruktúru. Usporiadanie atómov v kryštálovej mriežke ovplyvňuje pevnosť väzieb medzi nimi, čo zase určuje tvrdosť materiálu.
Veľkosť a tvar zŕn
Veľkosť a tvar zrna môže ovplyvniť jeho zjavnú tvrdosť. Menšie zrná majú tendenciu mať vyššiu účinnú tvrdosť, pretože môžu ľahšie preniknúť do obrobku a vyvíjať vyšší tlak na jednotku plochy. Okrem toho sú uhlové zrná vo všeobecnosti agresívnejšie a ťažšie, pokiaľ ide o schopnosť rezania v porovnaní so zaoblenými zrnami, ktoré sú vhodnejšie na leštenie.
Rôzne drsné materiály a ich tvrdosť
Karbid kremíka
Silikónový karbid je populárny abrazívny materiál dostupný v dvoch hlavných typoch: karbid kremíka a zelený karbid kremíka. Karbid čierneho kremíka má MOHS tvrdosť okolo 9, zatiaľ čo karbid zeleného kremíka, ktorý je čistejší a má rovnomernejšiu kryštálovú štruktúru, má mierne vyššiu MOHS tvrdosť asi 9,2. Karbid kremíka sa bežne používa v brúsnych kolesách, brúsnom papieri a rezných nástrojoch na prácu na neželezných kovoch, keramikach a kompozitoch.
Oxid hliníka
Oxid hliníka (al₂o₃) je ďalší široko používaný brúsny. Má Mohsovu tvrdosť okolo 9, čo z neho robí všestranný materiál pre rôzne aplikácie. Oxid hliníka sa bežne používa pri mletí a leštení kovov, dreva a plastov. Je k dispozícii v rôznych stupňoch, od hrubých po pokutu, aby vyhovoval rôznym úrovniam odstraňovania a dokončovania materiálu.
Granát
Granet je skupina kremičitanových minerálov s tvrdosťou Mohs v rozmedzí od 6,5 do 7,5.Šašpetje prírodné brúsivo, ktoré sa široko používa pri pieskových bludníkoch, rezaní vodných látok a abrazívnych výbuchových aplikácií. Je známy pre svoju vysokú tvrdosť, ostré hrany a relatívne nízku výrobu prachu, vďaka čomu je ekologicky šetrná.
Výber správneho brúsenia na základe tvrdosti
Pri výbere abrazívneho materiálu pre konkrétnu aplikáciu je nevyhnutné zvážiť tvrdosť abrazívneho aj obrobku. Všeobecným pravidlom je zvoliť si brúsu, ktorý je ťažší ako materiál, na ktorom sa dá spracovať. Je však potrebné zohľadniť aj ďalšie faktory, ako je požadovaný povrch, typ prevádzky (brúsenie, leštenie, rezanie atď.) A náklady.
Napríklad, ak pracujete na mäkkom kovu, ako je hliník, môže stačiť relatívne mäkký abrazívny oxid hlinitý. Ale ak máte čo do činenia s tvrdou zliatinou alebo keramickým materiálom, môže sa vyžadovať tvrdší drsný karbid kremíka alebo diamant.
Záver
Tvrdosť abrazívnych materiálov je kritickou vlastnosťou, ktorá určuje ich výkon v rôznych priemyselných aplikáciách. Pochopenie rôznych stupníc tvrdosti, faktorov ovplyvňujúcich tvrdosť a charakteristiky rôznych abrazívnych materiálov je nevyhnutné na výber správneho drsného pre konkrétnu úlohu. Ako drsný dodávateľ som odhodlaný poskytovať kvalitné abrazívne výrobky, ktoré vyhovujú rôznym potrebám našich zákazníkov. Či už hľadáte tvrdé a agresívne drsné drsné brúsenie alebo mäkké a jemné drsné na jemné leštenie, máme odborné znalosti a výrobky, ktoré vám pomôžu dosiahnuť najlepšie výsledky.
Ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa abrazívnych materiálov alebo potrebujete pomoc pri výbere správneho brúsenia pre vašu žiadosť, neváhajte nás kontaktovať. Sme tu, aby sme vás podporili vo vašom procese obstarávania a zabezpečili, aby ste pre vaše projekty dostali najvhodnejšie abrazívne materiály.
Odkazy
- Callister, WD a Rethwisch, DG (2014). Materiálová veda a inžinierstvo: Úvod. Wiley.
- Shackelford, JF (2008). Úvod do vedy o materiáloch pre inžinierov. Pearson Prentice Hall.
- ASTM International. (2019). Štandardné testovacie metódy pre tvrdosť Rockwell a povrchová tvrdosť kovových materiálov Rockwell. ASTM E18 - 19.
- ASTM International. (2018). Štandardná skúšobná metóda pre tvrdosť kovových materiálov Vickers. ASTM E92 - 17E1.
