Абразивный порошок: классификация, виды, марки и области применения

Абразивный порошок — зернистый материал высокой твёрдости, применяемый для механической обработки поверхностей: шлифования, полирования, очистки от ржавчины и окалины, подготовки под окраску. В промышленности используются десятки видов абразивов, различающихся по химическому составу, твёрдости, форме зерна и зернистости. Выбор конкретного материала определяется типом обрабатываемой поверхности, требуемой шероховатостью и экономической целесообразностью.

Классификация абразивных материалов

Согласно ГОСТ 28818-90 «Материалы абразивные. Классификация», абразивные материалы подразделяются на две основные группы по происхождению: природные и искусственные (синтетические).

Природные абразивы

К природным абразивным материалам относятся минералы, добываемые из горных пород:

• Природный алмаз — твёрдость 10 по шкале Мооса (≈100 ГПа по Кнупу). Применяется для обработки твёрдых сплавов, керамики, оптического стекла. Высокая стоимость ограничивает применение прецизионными операциями.
• Природный корунд — оксид алюминия Al₂O₃, твёрдость 9 по Моосу. Используется редко из-за неоднородности свойств.
• Гранат — силикат железа и алюминия, твёрдость 7–7,5 по Моосу. Применяется в гидроабразивной резке и пескоструйной очистке.
• Кварцевый песок — диоксид кремния SiO₂, твёрдость 7. Ограниченно применяется из-за содержания свободного кварца (пылевая опасность — силикоз).

Искусственные (синтетические) абразивы

Синтетические абразивы производятся промышленным способом и обладают стабильными, воспроизводимыми свойствами:

• Электрокорунд — синтетический оксид алюминия, получаемый плавкой боксита в электродуговых печах. Твёрдость 9 по Моосу (≈20–23 ГПа). Основные марки: электрокорунд нормальный (марки 13А–16А), электрокорунд белый (марки 23А–25А), монокорунд (марки 43А–45А).
• Карбид кремния — SiC, твёрдость 9,5 по Моосу (≈24–28 ГПа). Марки: карбид кремния чёрный (52С–55С), карбид кремния зелёный (62С–64С). Применяется для обработки чугуна, цветных металлов, твёрдых сплавов.
• Карбид бора — B₄C, твёрдость ≈35 ГПа. Применяется для доводки твёрдых сплавов и керамики.
• Синтетический алмаз — твёрдость ≈100 ГПа. Выпускается по ГОСТ 9206-80 в различных модификациях: АС2, АС4, АС6, АС15, АС20, АС32 и др.
• Кубический нитрид бора (эльбор, CBN) — твёрдость ≈45–50 ГПа. Используется для шлифования закалённых сталей и жаропрочных сплавов, где алмаз неприменим из-за графитизации.

Абразивы для струйной очистки поверхностей

Для абразивоструйной (пескоструйной) обработки металлоконструкций, трубопроводов, резервуаров и бетонных поверхностей применяются специализированные абразивные материалы:

Никельшлак и купрошлак

Никельшлак (отход никелевого производства) и купрошлак (отход медеплавильного производства) — гранулированные абразивы, широко применяемые для струйной очистки:

• Класс опасности — IV (малоопасные вещества)
• Содержание свободного кварца — отсутствует (в отличие от кварцевого песка, что исключает риск силикоза)
• Твёрдость — 6–7 по Моосу
• Форма зерна — остроугольная, обеспечивает высокую режущую способность
• Фракции — от 0,1 до 3,0 мм в зависимости от назначения

Эти абразивы экономически выгодны, не токсичны, не горючи и не взрывоопасны. Эффективны для удаления ржавчины, окалины, старых лакокрасочных покрытий. Повышают адгезию защитных покрытий за счёт создания необходимой шероховатости (профиля поверхности).

Корунд (оксид алюминия)

Электрокорунд для струйной очистки применяется при повышенных требованиях к чистоте поверхности и возможности регенерации абразива. Используется в закрытых камерах с рециркуляцией. Стоимость выше, чем у шлаковых абразивов, но компенсируется многократным использованием.

Стальная и чугунная дробь

Металлическая дробь (стальная колотая, стальная литая, чугунная) применяется для дробеструйной обработки. Отличается высокой ударной прочностью и возможностью многократной регенерации (до 2000–3000 циклов для литой стальной дроби). Размеры — от 0,3 до 2,0 мм.

Зернистость абразивных порошков по ГОСТ

Классификация абразивов по размеру зерна регламентируется ГОСТ 3647-80 «Материалы шлифовальные. Классификация. Зернистость и зерновой состав» и ГОСТ Р 52381-2005. Абразивные материалы подразделяются на четыре группы:

Шлифзерно

Крупные фракции с размером основного зерна от 2000 до 160 мкм. Обозначение: номер зернистости соответствует размеру в десятках микрометров.

Шлифпорошки

Средние фракции с размером зерна от 160 до 40 мкм. Применяются для изготовления мелкозернистых шлифовальных кругов, брусков и как свободный абразив для доводки.

Микропорошки

Тонкие фракции с размером зерна от 63 до 1 мкм. Обозначаются буквой «М» и числом, соответствующим максимальному размеру зерна в микрометрах. Применяются для тонкого шлифования, доводки и полирования.

Алмазные микропорошки

Алмазные порошки по ГОСТ 9206-80 имеют собственную систему обозначения зернистости в виде дроби, где числитель — максимальный, знаменатель — минимальный размер зерна в микрометрах. Примеры: 630/500, 400/315, 250/200, 160/125, 100/80, 63/50, 40/28, 28/20, 14/10, 7/5, 3/2, 1/0.

Сверхтвёрдые абразивные материалы

Сверхтвёрдые материалы (СТМ) применяются для обработки труднообрабатываемых материалов: закалённых сталей, твёрдых сплавов, керамики, камня.

Синтетический алмаз

Синтетические алмазные порошки производятся методом синтеза при высоких давлениях и температурах (HPHT). Марки по ГОСТ 9206-80:

• АС2 — для связанного абразивного инструмента на органических связках
• АС4 — для инструмента на металлических и органических связках
• АС6 — для инструмента на металлических связках
• АС15, АС20, АС32 — высокопрочные марки для бурового инструмента

Алмазные порошки эффективны для обработки твёрдых сплавов групп ВК и ТК, керамики, стекла, камня. Не применяются для обработки сталей при высоких температурах из-за графитизации углерода.

Кубический нитрид бора (CBN, эльбор)

Кубический нитрид бора — второй по твёрдости материал после алмаза (≈45–50 ГПа). В отличие от алмаза, химически инертен к железу и сохраняет твёрдость при высоких температурах (до 1200°C). Основное применение — шлифование закалённых легированных и быстрорежущих сталей, жаропрочных никелевых сплавов.

Карбид бора

Карбид бора B₄C — третий по твёрдости абразив (≈35 ГПа). Применяется в виде свободного абразива для доводки и притирки твёрдых сплавов, технической керамики, полупроводниковых материалов.

Методы абразивной обработки

Выбор абразивного порошка зависит от технологии обработки.

Абразивоструйная очистка

Метод очистки поверхностей струёй абразива под давлением сжатого воздуха. Применяется для подготовки металлоконструкций, резервуаров, трубопроводов под окраску. Достигаемая степень очистки — Sa 2½ или Sa 3 по ISO 8501-1. Абразивы: никельшлак, купрошлак, электрокорунд, стальная дробь.

Гидроабразивная резка

Резка материалов струёй воды с абразивом под давлением 300–600 МПа. Позволяет резать металлы толщиной до 200 мм без термического воздействия. Абразив: гранатовый песок фракций 80–120 mesh (120–180 мкм).

Шлифование связанным абразивом

Обработка шлифовальными кругами, брусками, лентами. Абразивные зёрна закреплены в керамической, бакелитовой или вулканитовой связке. Применяются электрокорунд, карбид кремния, алмаз, CBN.

Доводка и притирка свободным абразивом

Финишная обработка с использованием абразивных паст и суспензий. Абразивные микропорошки подаются в зону обработки в смеси с маслом или водой. Достигается шероховатость Ra 0,01–0,04 мкм.

Выбор абразива: рекомендации

При выборе абразивного порошка учитываются:

• Твёрдость обрабатываемого материала — абразив должен быть твёрже обрабатываемого материала минимум на 2–3 единицы по Моосу
• Требуемая шероховатость — определяет зернистость абразива
• Производительность — крупнозернистые абразивы дают высокий съём материала
• Стоимость — для грубой очистки экономичны шлаковые абразивы, для прецизионных операций оправданы СТМ
• Санитарные требования — для открытых работ недопустимы абразивы с содержанием свободного кварца более 1%

Хранение абразивных порошков

Абразивные порошки хранятся в сухих закрытых помещениях при относительной влажности не более 80%. Микропорошки и алмазные порошки — в герметичной таре. Шлаковые абразивы допускается хранить на открытых площадках в биг-бэгах с защитой от атмосферных осадков.

Нормативные документы

Основные стандарты на абразивные материалы:

• ГОСТ 3647-80 — Материалы шлифовальные. Классификация. Зернистость и зерновой состав
• ГОСТ 28818-90 — Материалы абразивные. Классификация
• ГОСТ 9206-80 — Порошки алмазные. Технические условия
• ГОСТ Р 52381-2005 — Материалы абразивные. Зернистость и зерновой состав шлифовальных порошков
• ГОСТ 25594-83 — Материалы абразивные из карбида кремния и электрокорунда