从1970年代起,已大量生产人造磨料,其中主要的有碳化矽和氧化铝两种。碳化矽俗称金刚砂,将纯矽石砂与焦炭混合加入少量木屑后,放入电炉中,在2,200~2,480℃焙烧约36小时而制得。氧化铝俗称刚玉,工业上常用电弧炉加热熔化铝矾土制成,雪白透明的用作热敏金属的磨料,黑色的用于加工铸件和钢材。人造金刚石砂轮是硬度高的磨具,为硬质合金刀具的刃磨所必需。人造金刚石还可制成各种形状和大小的工具,以适用于切割玻璃和陶瓷。碳化硼的硬度碳化矽,不适用于制作砂轮,在抛光硬质材料时可用它代替价格昂贵的金刚石。立方碳化硼的硬度是碳化矽的两倍,氧化铝的2.5倍,用它磨削某些工具钢很有效。
磨料的粒度指的是磨料的颗粒尺寸。磨料可按其颗粒尺寸的大小分为磨粒、磨粉、微粉和超微粉四组。其中,磨粒和磨粉这两组磨料的粒度号数用每一英寸筛网长度上的网眼数目表示,其标志是在粒度号数的数字右上角加“#”符号。比如240#,是指每一英寸筛网长度上有240个孔,粒度号的数值越大,表明磨粒越细小。而微粉和超微粉这两组磨料的粒度号数是以颗粒的实际尺寸来表示的,其标志是在颗粒尺寸数字的前面加一个字母“W”。有时也可将其折合成筛孔号。例如W20,是表示磨料颗粒的实际尺寸在20μm~14μm之间,这和筛孔号为500#。
在各种磨料的粒度中又有粗、中、细不同的颗粒。中粒是研磨粉中的基本粒度,是决定磨料研磨能力的主要因素,在粒度组成中占有较大的比例。实践证明:经过离心分选后的研磨粉其研磨能力将比分选前提高20%。细粒在研磨中起很小的磨削作用,粒度除对研磨工件的质量不利外,而且还会降低研磨效率,应在粒度组成中尽量减少它们的数量。因此,从研磨的效率和工作的质量来说,都要求磨料的颗粒均匀。粒度在12#~80#的磨粒组,颗粒尺寸较大,不适用于作研磨加工的磨料。
磨料的强度
磨料的强度指的是磨料本身的牢固程度。也就是当磨粒锋刃还相当尖锐时,能承受外加压力而不被破碎的能力。强度差的磨料,它的磨粒粉碎的快,切削能力低,使用寿命短。这就要求磨粒除了具有较高的硬度外,还应具有足够的强度,才能更好地进行研磨加工。
磨料的主要用途是研磨应用。大多数磨料被制成研磨用磨料。由于该磨料具有较高的硬度和耐热性,因此在加工速度、切削深度和工件表面粗糙度方面具有的性能。此外,磨料也可直接用于磨削,如研磨膏、喷砂切割、喷砂清理等。随着冶金、化工、建材、电气、航空航天、交通运输等新兴行业的发展,对材料性能的要求不断提高。除了研磨应用,更多的人造普通磨料用于非研磨目的。如今,用于耐火材料、钢脱氧剂和碳化硅棒的碳化硅量已经超过了研磨量。碳化硅增强金属材料具有的抗热蠕变和抗热震性。它已成为航天和火箭发动机外壳的基本材料。刚玉和碳化硅制成的耐火材料和工程陶瓷具有良好的抗氧化性、抗冲击性和导热性。它们将成为21世纪汽轮机、发动机和热交换器的关键部件。
磨料的破碎是指在抛喷丸清理设备中,磨料颗粒以的速度抛喷出,冲击到工件表面上,完成清理、强化任务时,磨料本身受到撞击消耗,同时对设备造成磨损。通过连续循环和重复冲击,由大颗粒变成小颗粒、由小颗粒变到更小的颗粒、后由于颗粒太小(小于0.2mm)而不能使用,通过抛喷丸设备分丸除尘系统被清除。磨料的破碎率还决定了操作中形成新的尖角颗粒的数量。尖角造成阻力大,导致磨料循环流动不畅,易产生划痕,对设备部件造成损伤。因此磨料的破碎性能是衡量磨料的一个重要标准。
磨料中的圆形及棱角形的粒度分级,是根据筛选后筛网尺寸确定的。根据工件种类的不同,磨料粒度的选择十分重要,不宜太小,也不宜太大。直径过小,则冲击力小,清理效率低,清理不干净,工件表面的粗糙度减小,涂装后涂料的附着力也小,容易剥落。直径过大,单位时间内喷打在工件表面的颗粒数就少,也会降低效率,并使钢材表面的粗糙度增大,增加其后涂装过程中涂料的消耗量。