Abrazivni materijali igraju ključnu ulogu u raznim industrijama, od proizvodnje i izgradnje do elektronike i izrade nakita. Njihova tvrdoća jedno je od najvažnijih svojstava koje određuju njihovu učinkovitost u aplikacijama kao što su mljevenje, poliranje i rezanje. Kao abrazivni dobavljač, iz prve sam ruke bio svjedok utjecaja abrazivne tvrdoće na različite procese. U ovom postu na blogu udubit ću se u to što tvrdoća abrazivnih materijala znači, kako se mjeri i zašto je to važno u praktičnim primjenama.
Razumijevanje tvrdoće u abrazivnim materijalima
Tvrdoća u kontekstu abrazivnih materijala odnosi se na njihovu sposobnost odupiranja deformaciji, uvlačenju ili grebanju. To je mjera unutarnje čvrstoće materijala na atomskoj ili molekularnoj razini. Kad se abrazivni materijal koristi za rad na površini, njegova tvrdoća omogućuje uklanjanje materijala s obrađivanja razbijajući svoje površinske slojeve. Što je teže abrazivno, to je učinkovitije prorez ili poliranje ciljanog materijala.
Postoji nekoliko vrsta ljestvica tvrdoće koje se koriste za kvantificiranje tvrdoće abrazivnih materijala. Najčešće poznata je Mohsova ljestvica koja rangira minerale na skali od 1 (najmekši) do 10 (najteže). Na ovoj skali, talk je ocijenjen kao 1, dok je dijamant, najznačajnije prirodni materijal, ocijenjen kao 10. Druga ljestvica, poput ljestvice Vickers, Rockwell i Brinell, preciznije su i često se koriste u industrijskim postavkama za mjerenje tvrdoće metala i drugih inženjernih materijala.
Mjerenje tvrdoće abrazivnih materijala
Mohs ljestvica
Mohsova ljestvica je kvalitativna skala koja se oslanja na sposobnost jednog materijala da ogrebe drugi. Da bi se odredila MoHS tvrdoća abraziva, koristi se niz referentnih minerala s poznatim vrijednostima tvrdoće. Ako abraziv može ogrebati referentni mineral, ali ne i tvrđi, njegova Mohsova tvrdoća leži između njih dvoje. Na primjer, ako abraziv može ogrebati fluorit (tvrdoća MOHS od 4), ali ne i apatit (tvrdoća MOHS od 5), njegova MoHS tvrdoća je približno 4,5.
Vickers test tvrdoće
Vickersov test tvrdoće je kvantitativnija metoda. Kvadratni uvlačenje u obliku piramide pritisnut je na površinu abrazivnog materijala pod određenim opterećenjem. Mjeri se veličina uvlačenja ostavljene na površini, a Vickersov broj tvrdoće (HV) izračunava se na temelju opterećenja i površine uvlačenja. Ovaj test pruža precizniju mjeru tvrdoće, posebno za materijale s malim zrncima ili složenim mikrostrukturama.
Rockwell test tvrdoće
Rockwell test tvrdoće je još jedna široko korištena metoda, posebno za metale i neku tvrdu keramiku. Dijamantni konus ili očvrsnuta čelična kuglica pritisnuta je u materijal pod velikim opterećenjem nakon malog prednaprezanja. Mjeri se dubina prodiranja udubljenja, a broj tvrdoće Rockwell određuje se na temelju razlike u dubini prije i nakon primjene glavnog opterećenja.
Važnost tvrdoće u abrazivnim primjenama
Mljevenje i poliranje
U operacijama mljevenja i poliranja, tvrdoća abrazivnog materijala izravno utječe na brzinu uklanjanja materijala i kvalitetu gotove površine. Teži abrazivi mogu brže ukloniti materijal, ali mogu također uzrokovati više oštećenja površine ako se ne koriste pravilno. S druge strane, mekši abrazivi bolje su prikladniji za fino poliranje i završne operacije, gdje je potreban glatki završni sloj.
Na primjer, prilikom mljevenja metala visoke čvrstoće poput nehrđajućeg čelika ili titana, abrazivi s velikom tvrdoćom, poputZeleni silicijski karbid abraziv, često se koriste. Zeleni silicijski karbid ima Mohsovu tvrdoću od oko 9,2, što ga čini izuzetno učinkovitim u rezanju teških metala. Suprotno tome, za poliranje optičkih leća ili nakita, poželjni su mekši abrazivi poput cerijskog oksida ili aluminijskog oksida s nižim vrijednostima tvrdoće kako bi se postigla zrcalna završna obrada bez grebanja površine.
Rezanje i bušenje
U primjenama rezanja i bušenja, tvrdoća abraziva određuje njegovu sposobnost prodrije u obraz. Tvrdi abrazivi mogu se probiti kroz teže materijale, poput betona, stakla ili kamena. Na primjer, Diamond je, sa svojom izuzetnom tvrdoćom, materijal izbora za rezanje i bušenje kroz tvrde stijene i kompoziti visoke čvrstoće.
U slučaju pijeska, gdje se abrazivne čestice velike brzine na površini čiste ili jezgavaju, tvrdoća abraziva je presudna.Granatirani pijesakPopularni je izbor za pješčanak jer ima Mohsovu tvrdoću od oko 7 - 7,5. Dovoljno je teško ukloniti hrđu, boju i druge onečišćenja s metalnih površina bez nanošenja pretjeranog oštećenja na temeljnom materijalu.
Čimbenici koji utječu na tvrdoću abrazivnih materijala
Kemijski sastav
Kemijski sastav abrazivnog materijala jedan je od glavnih čimbenika koji utječu na njegovu tvrdoću. Materijali s jakim kovalentnim ili ionskim vezama obično su teže. Na primjer, silicij -karbid (sic) je spoj sastavljen od atoma silicija i ugljika povezanih jakim kovalentnim vezama. To rezultira vrlo tvrdim materijalom s izvrsnom otpornošću na abraziju.
Kristalna struktura
Kristalna struktura abraziva također igra ulogu u njegovoj tvrdoći. Materijali s gustom i uređenom kristalnom strukturom, poput dijamanta, koji ima tetraedarsku kristalnu strukturu, općenito su teže od onih s otvorenijom ili neuređenom strukturom. Raspored atoma u kristalnoj rešetki utječe na snagu veza između njih, što zauzvrat određuje tvrdoću materijala.
Veličina i oblik zrna
Veličina zrna i oblik abraziva mogu utjecati na njegovu prividnu tvrdoću. Manja zrna imaju tendenciju da imaju veću učinkovitu tvrdoću jer mogu lakše prodrijeti u radni komad i primijeniti veći tlak po jedinici površine. Uz to, kutna zrna su općenito agresivnija i teža u pogledu sposobnosti rezanja u usporedbi sa zaobljenim žitaricama, koja su prikladnija za poliranje.
Različiti abrazivni materijali i njihova tvrdoća
Silikonski karbid
Silicijski karbid je popularni abrazivni materijal dostupan u dvije glavne vrste: crni silicijski karbid i zeleni silikonski karbid. Crni silicijski karbid ima Mohsovu tvrdoću od oko 9, dok zeleni silicijski karbid, koji je čistiji i ima ujednačeljujuću kristalnu strukturu, ima nešto veću MoHS tvrdoću od oko 9,2. Silicijski karbid se obično koristi u mljevenim kotačima, brusnom papiru i alatima za rezanje za rad na obojenim metalima, keramici i kompozitima.
Aluminijski oksid
Aluminijski oksid (al₂o₃) je još jedan široko korišteni abraziv. Ima tvrdoću MOHS -a od oko 9, što ga čini svestranim materijalom za različite primjene. Aluminijski oksid obično se koristi u mljevenju i poliranju metala, drva i plastike. Dostupan je u različitim razredima, od grubog do finog, kako bi odgovarao različitim razinama uklanjanja materijala i zahtjeva za doradom.
Granat
Garnet je skupina silikatnih minerala s MoHS tvrdoćom u rasponu od 6,5 do 7,5.Granatirani pijesakje prirodni abraziv koji se široko koristi u primjeni pješčane, rezanja vode i abrazivne eksplozije. Poznat je po visokoj tvrdoći, oštrim rubovima i relativno niskom stvaranju prašine, što ga čini ekološki prihvatljivom opcijom.
Odabir pravog abraziva na temelju tvrdoće
Kada odaberete abrazivni materijal za određenu primjenu, ključno je razmotriti tvrdoću i abrazivnog i radnog komada. Općenito pravilo je odabir abraziva koji je teže od materijala na kojem treba raditi. Međutim, druge čimbenike kao što su željeni završetak, vrsta operacije (mljevenje, poliranje, rezanje itd.) I troškova također treba uzeti u obzir.
Na primjer, ako radite na mekom metalu poput aluminija, može biti dovoljan relativno mekani abraziv poput aluminij oksida. Ali ako se bavite tvrdom legurom ili keramičkim materijalom, možda će biti potreban tvrđi abraziv poput silicij -karbida ili dijamanta.
Zaključak
Tvrdoća abrazivnih materijala kritična je svojstvo koje određuje njihov učinak u različitim industrijskim primjenama. Razumijevanje različitih skala tvrdoće, čimbenici koji utječu na tvrdoću i karakteristike različitih abrazivnih materijala ključni su za odabir pravog abraziva za određeni zadatak. Kao abrazivni dobavljač posvećen sam pružanju visokokvalitetnih abrazivnih proizvoda koji zadovoljavaju različite potrebe naših kupaca. Bez obzira tražite li tvrd i agresivan abraziv za teški mljevenje ili mekani i nježni abraziv za fino poliranje, imamo stručnost i proizvode koji će vam pomoći da postignete najbolje rezultate.
Ako imate bilo kakvih pitanja o abrazivnim materijalima ili vam je potrebna pomoć u odabiru pravog abraziva za vašu prijavu, ne ustručavajte se kontaktirati nas. Ovdje smo da vas podržimo u vašem postupku nabave i osiguramo da dobijete najprikladnije abrazivne materijale za svoje projekte.
Reference
- Callister, WD, & Rethwisch, DG (2014). Znanost i inženjerstvo materijala: Uvod. Wiley.
- Shackelford, JF (2008). Uvod u znanost o materijalima za inženjere. Pearson Prentice Hall.
- ASTM International. (2019). Standardne metode ispitivanja za tvrdoću Rockwella i Rockwell površnu tvrdoću metalnih materijala. ASTM E18 - 19.
- ASTM International. (2018). Standardna metoda ispitivanja za Vickers tvrdoću metalnih materijala. ASTM E92 - 17E1.
