содержание   ..  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..

§ 28. Характеристика, свойства и применение абразивных материалов

Абразивными материалами или абразивами (от латинского «абразио» — соскабливание) в современной технике называют обширную группу веществ, отличающихся повышенной твердостью и режущей способностью п используемых в рабочем слое инструмента для резания п шлифовки, как правило, в измельченном порошкообразном состоянии.

Различаются природные абразивные материалы (природный алмаз, кварц, корунд и т. п.) и искусственные (синтетический алмаз, карбид кремния, электрокорунд и др.). Усредненные физико-механические свойства абразивных материалов приведены в табл. 17.

При изготовлении инструмента для фрезерно-окантовочных и шлифовально-полировальных работ по камню используются: природный алмаз, синтетический алмаз, карбид кремния и электрокорунд.
 

Природный алмаз (от греческого «адамас» и арабского «алмас»—твердый, непреклонный)—-самый твердый из известных минералов, представляющий собой одну из кристаллических модификаций углерода с небольшим количеством примесей. Алмаз резко отличается от других модификации углерода — графи га и угля благодаря особенности  кристаллического строения. Если у графита атомы в структурной решетке образуют плоские слоистые шестигранники, структурная решетка алмаза имеет кубическую форму и содержит 18 атомов углерода (рис. 57). Близость взаимного расположения атомов в кристаллической решетке и высокая степень их прочности предопределяет исключительно высокую твердость алмаза. Природный алмаз добывается из коренных или россыпных месторождений. Кристаллы природных алмазов имеют разнообразную геометрическую форму, лишь приближающуюся к геометрически правильной.
 

Для изготовления камнеобрабатывающего инструмента применяются порошки дробленых сортированных алмазов, представляющие собой совокупность алмазных зерен различных размеров и формы в виде монокристаллов, их осколков и поликристаллов (рис. 58). Действующим стандартом (ГОСТ 206—80) предусмотрена классификация порошков природных алмазов по качеству на пять марок в зависимости от содержания в них наиболее прочных зерен изотермической формы: Al, А2, АЗ, А5 и А8. Число после А означает содержание в порошках зерен изометрической формы, выраженное десятками процентов. Например, в порошках марки АЗ содержится пе менее 30 % алмазных зерен изометричной формы.

Природные алмазы широко используются при изготовлении инструмента для окантовки, резки, фрезеровки и шлифовки-полировки камня.

Отрезные круги и фрезы, работающие в более тяжелых условиях, чем шлифопально-полировальный инструмент, требуют использования алмазов повышенного качества, особенно при обработке прочного камня (высокопрочные хорошо ограниченные алмазы с формами кубооктаэдров, октаэдров и т. п. кристаллы с большими внутренними углами). Кроме того, для этого инструмента могут успешно использоваться несколько уступающие им по качеству дробленые зерна изометрической формы с большим числом режущих кромок. Рекомендуемые для использования в рабочем инструменте марки алмазов в зависимости от его назначения и вида горной породы приведены в табл. 18.

Таблица 18. Рекомендуемые марки алмазов

Учитывая уникальные свойства алмазов и, прежде всего, их исключительно высокую твердость, алмазы иногда выделяют из группы абразивов в самостоятельную группу, хотя правильнее их считать разновидностью абразивов.

Синтетический алмаз — искусственный абразивный материал, получаемый в высокопрочных сосудах-автоклавах синтезом из графита при высоких давлениях 10 ГПА и температуре 2000 °С с добавлением химических катализаторов (железа, хрома, никеля, кобальта и др.). Указанные режимы синтеза обеспечивают подвижность атомов углерода и возможность перестройки структуры графита в структуру алмаза.

В нашей стране синтетические алмазы производятся в крупных масштабах, превышающих в несколько раз объемы добычи природных алмазов. Преимуществами искусственных алмазов являются: меньшая стоимость (за счет невысокой стоимости исходного сырья и массовости производства) и возможность получения алмазов с заданными свойствами, соответствующими их назначению (путем управления режимом кристаллизации в процессе производства). Разработанные в СССР разнообразные порошки из синтетических алмазов с различными физико-механическими и эксплуатационными свойствами подразделяются, согласно ГОСТ 9206—80, на две основные группы: из монокристаллических алмазов (марки

АС2, АС4, АС6, АС 15, АС20, АС32, АС50) и из поликристаллических алмазов (марки АРВ1, АРК4, АРСЗ).

Порошки АС2 (АСО), зерна в которых представлены преимущественно агрегатами с развитой поверхностью (см. рис. 58), имеют повышенную хрупкость, применяются главным образом в инструменте на органических связках для доводочной шлифовки и полировки камня. Порошки АС4 (АСР), состоящие из зерен в виде агрегатов и сростков, применяются и инструменте для доводочной шлифовки камня,  АС6 (АСВ), содержащие более прочные зерна в виде несовершенных кристаллов, их обломков и сростков, могут использоваться в инструменте на металлических связках для шлифовки камня. Порошки АС15 (АСК) представлены зернами высокой прочности в виде целых кристаллов несовершенной формы, их обломков и сростков с коэффициентом формы зерен не более 1,6, который принимают как среднеарифметическое значение отношения длины проекции
 

зерна к ширине его проекции по данным не менее 50 измерений. Эти порошки применяются в инструменте на металлических связках для различных операций шлифовки камня средней твердости. У порошков АС20 зерна также состоят из целых кристаллов, их обломков и сростков повышенной прочности с коэффициентом формы зерен не более 1,5. Порошки используются в инструменте для резки и шлифовки камня. Порошки АС32 (АСС) представлены зернами главным образом в виде хорошо ограненных целых кристаллов и их обломков повышенной прочности с коэффициентом формы зерен не более 1,2. Применяются они в инструменте для распиловки, окантовки и фрезеровки камня средней прочности. Порошки АС50 в основном представлены зернами высокой прочности в виде хорошо ограненных целых кристаллов и их обломков с коэффициентом формы зерен не более 1,18. Используются в инструменте для окантовки, фрезеровки и шлифовки камня высокой прочности.

Из рассмотренных марок порошков наиболее прочны марки АС32 и АС50, которые соответственно используются в камнеобрабатывающем инструменте, предназначенном для наиболее тяжелых условий работы (в дисковых пилах, фрезах, шлифовальных кругах для камня высокой прочности и т. п.).

Для применения в камнеобрабатывающем инструменте весьма перспективны также порошки из синтетических поликристаллических алмазов (поликристаллов). Поликристаллы — это конгломераты из мелких, сросшихся между собой алмазов, связанных материалом шихты, которая использовались при их синтезе (железо, никель, хром и т. п.). Такое строение поликристаллов обусловливает их высокую прочность, значительную стойкость к ударным нагрузкам и меньшую хрупкость по сравнению с монокристаллами синтетического алмаза. Дополнительным преимуществом поликристаллических алмазов является их способность хорошо удерживаться в связке инструмента благодаря неровной шероховатой поверхности зерен поликристаллов после дробления.

Из трех указанных ранее марок порошков поликристаллических алмазов в камнеобрабатывающем инструменте используются две: АРК4(АСПК) и

АРСЗ(СВСП). Порошки АРК4, являющиеся продуктом дробления алмазов типа «карбонадо», широко применяются в дисковых пилах и фрезах для окантовки и фрезеровки низкопрочного камня, а АРСЗ, полученные путем дробления алмазов типа «спеки», — в дисковых пилах, фрезах и шлифовальных кругах соответственно для распиловки и окантовки, фрезеровки и шлифовки камня средней прочности.

Поликристаллическим алмазом присущи некоторые характерные свойства, влияющие на изготовление и эксплуатацию камнеобрабатывающего инструмента. В частности, особая структура таких алмазов предопределяет их характерный абразивный износ при эксплуатации, в результате которого они приобретают округлую форму без острых кромок и худшую режущую способность (монокристаллические алмазы изнашиваются за счет скалывания по плоскости спайности). Порошки АРК4 имеют относительно невысокую термостойкость (700—750°С), что требует применения низкоплавких связок при изготовлении из них инструмента, а также накладывает ограничения на режимы его эксплуатации. Порошки АРСЗ обладают достаточной термостойкостью (свыше 900 °С), что позволяет изготовлять из них инструмент на любых связках.

Карбид кремния — искусственный абразивный материал, представляющий собой химическое соединение кремния с углеродом SiC, получаемый плавкой в электропечах при температуре около 2200 °С (сырьем для получения карбида кремния являются кварцевый песок и углеродистые вещества — нефтяной кокс и антрацит). Отечественная абразивная промышленность производит два вида карбида кремния: черный (КЧ) с содержанием SiC не менее 95% и зеленый (КЗ) с содержанием SiC не менее 97 %. Из карбида кремния получают шлифзер-но, шлифпорошки и микропорошки, используемые при изготовлении различного инструмента для шлифовки, калибровки и профилировки камня.

Электрокорунд — искусственный абразивный материал на основе оксида алюминия (AI2O3) в ее кристаллической форме, получаемый путем восстановительной плавки в электропечах пород, богатых глиноземом (бокситы, чистый глинозем) при температуре около 2000°С. В зависимости от содержания оксида алюминия электрокорунд имеет различные цвет, структуру, свойства и выпускается трех основных разновидностей: нормальный, белый и монокорунд.

Нормальный электрокорунд содержит 93—95 % корунда и характеризуется высокой механической прочностью зерен при их повышенной вязкости, что обеспечивает эффективную работу инструмента с переменными нагрузками. Используется в производстве инструмента на керамических и органических связках для шлифовки, калибровки и профилировки камня (преимущественно марки 13А и 14А).

Белый электрокорунд является более однородным по своему химическому составу и физическим свойствам по сравнению с нормальным электрокорупдом, содержание корунда составляет 98—99 %. Область применения та же-, что и у нормального электрокорунда.

Монокорунд (содержание корунда до 99%) обладает повышенной режущей способностью. Его выпускают в виде шлифзерна и шлифпорошков, используемых для тех же целей, что и другие разновидности электрокорунда.