ความแข็งของวัสดุขัดคืออะไร?

วัสดุขัดมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ตั้งแต่การผลิตและการก่อสร้างไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเครื่องประดับ ความแข็งของพวกเขาเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดที่กำหนดประสิทธิภาพในการใช้งานเช่นการบดการขัดและการตัด ในฐานะซัพพลายเออร์ขัดฉันได้เห็นผลกระทบของความแข็งในกระบวนการที่แตกต่างกันโดยตรง ในโพสต์บล็อกนี้ฉันจะเจาะลึกลงไปในความแข็งของวัสดุที่มีความหมายว่ามันถูกวัดได้อย่างไรและทำไมมันถึงมีความสำคัญในการใช้งานจริง

ทำความเข้าใจกับความแข็งในวัสดุขัด

ความแข็งในบริบทของวัสดุขัดหมายถึงความสามารถในการต้านทานการเสียรูปการเยื้องหรือรอยขีดข่วน เป็นการวัดความแข็งแรงภายในของวัสดุในระดับอะตอมหรือระดับโมเลกุล เมื่อใช้วัสดุขัดที่ใช้ในการทำงานบนพื้นผิวความแข็งของมันจะช่วยให้สามารถลบวัสดุออกจากชิ้นงานโดยการทำลายชั้นพื้นผิวของมัน ยิ่งมีการขัดมากเท่าไหร่ก็ยิ่งสามารถตัดหรือขัดวัสดุเป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

มีหลายประเภทของเครื่องชั่งความแข็งที่ใช้ในการหาปริมาณความแข็งของวัสดุขัด ที่รู้จักกันมากที่สุดคือสเกล MOHS ซึ่งจัดอันดับแร่ธาตุในระดับตั้งแต่ 1 (อ่อนที่สุด) ถึง 10 (ยากที่สุด) ในระดับนี้แป้งได้รับการจัดอันดับเป็น 1 ในขณะที่ Diamond ซึ่งเป็นวัสดุธรรมชาติที่รู้จักกันดีที่สุดได้รับการจัดอันดับเป็น 10 เครื่องชั่งอื่น ๆ เช่น Vickers, Rockwell และ Brinell Scales มีความแม่นยำมากขึ้นและมักจะใช้ในการตั้งค่าอุตสาหกรรมเพื่อวัดความแข็งของโลหะและวัสดุที่ออกแบบมาอื่น ๆ

การวัดความแข็งของวัสดุขัด

สเกล Mohs

สเกล Mohs เป็นมาตราส่วนเชิงคุณภาพที่ต้องอาศัยความสามารถของวัสดุหนึ่งในการเกาอีกอย่าง ในการตรวจสอบความแข็งของ MOHS ของการกัดกร่อนจะใช้ชุดแร่อ้างอิงที่มีค่าความแข็งที่รู้จัก หากการขัดสามารถเกาแร่อ้างอิงได้ แต่ไม่ยากขึ้นความแข็งของ Mohs ของมันอยู่ระหว่างทั้งสอง ตัวอย่างเช่นหากการขัดสามารถรอยขีดข่วนฟลูออไรต์ (ความแข็งของ Mohs ที่ 4) แต่ไม่ใช่ apatite (ความแข็ง Mohs ที่ 5) ความแข็งของ Mohs อยู่ที่ประมาณ 4.5

การทดสอบความแข็งของ Vickers

การทดสอบความแข็งของ Vickers เป็นวิธีเชิงปริมาณมากขึ้น interenter รูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสจะถูกกดลงในพื้นผิวของวัสดุขัดภายใต้โหลดที่เฉพาะเจาะจง ขนาดของการเยื้องที่เหลืออยู่บนพื้นผิวถูกวัดและหมายเลขความแข็งของ Vickers (HV) จะถูกคำนวณตามโหลดและพื้นที่ผิวของการเยื้อง การทดสอบนี้ให้การวัดความแข็งที่แม่นยำยิ่งขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่มีธัญพืชขนาดเล็กหรือโครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อน

การทดสอบความแข็งของร็อคเวลล์

การทดสอบความแข็งของร็อคเวลล์เป็นอีกวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะและเซรามิกที่แข็ง กรวยเพชรหรือลูกบอลเหล็กแข็งจะถูกกดลงในวัสดุภายใต้โหลดที่สำคัญหลังจากโหลดล่วงหน้าเล็กน้อย ความลึกของการแทรกซึมของ intenter ถูกวัดและจำนวนความแข็งของ Rockwell จะถูกกำหนดขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความลึกก่อนและหลังการโหลดที่สำคัญถูกนำไปใช้

ความสำคัญของความแข็งในแอปพลิเคชัน

การบดและขัดเงา

ในการบดและการขัดเงาความแข็งของวัสดุขัดมีผลโดยตรงต่ออัตราการกำจัดวัสดุและคุณภาพของพื้นผิวสำเร็จรูป สารกัดกร่อนที่ยากขึ้นสามารถกำจัดวัสดุได้เร็วขึ้น แต่อาจทำให้เกิดความเสียหายบนพื้นผิวมากขึ้นหากไม่ได้ใช้อย่างถูกต้อง ในทางกลับกันการกัดกร่อนที่นุ่มกว่านั้นเหมาะกว่าสำหรับการขัดเงาและการตกแต่งที่ดีซึ่งจำเป็นต้องมีพื้นผิวเรียบ

ตัวอย่างเช่นเมื่อบดโลหะที่มีความแข็งแรงสูงเช่นสแตนเลสหรือไทเทเนียม, สารกัดกร่อนที่มีความแข็งสูงเช่นซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวขัดมักจะใช้ สีเขียวซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็ง Mohs ประมาณ 9.2 ทำให้มีประสิทธิภาพอย่างมากในการตัดผ่านโลหะที่ยากลำบาก ในทางตรงกันข้ามสำหรับการขัดเลนส์ออพติคอลหรือเครื่องประดับ, สารกัดกร่อนที่นุ่มกว่าเช่นซีเรียมออกไซด์หรืออลูมิเนียมออกไซด์ที่มีค่าความแข็งต่ำกว่าเป็นที่ต้องการเพื่อให้ได้ผิวคล้ายกระจกโดยไม่ต้องเกาพื้นผิว

การตัดและการขุดเจาะ

ในการตัดและการขุดเจาะแอปพลิเคชันความแข็งของการกัดกร่อนจะกำหนดความสามารถในการเจาะชิ้นงาน สารกัดกร่อนที่ยากขึ้นสามารถตัดผ่านวัสดุที่แข็งขึ้นได้เช่นคอนกรีตแก้วหรือหิน ตัวอย่างเช่นไดมอนด์ที่มีความแข็งเป็นพิเศษเป็นวัสดุที่เลือกสำหรับการตัดและขุดเจาะผ่านหินแข็งและคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูง

ในกรณีของการพ่นทรายที่อนุภาคขัดจะถูกขับเคลื่อนด้วยความเร็วสูงบนพื้นผิวเพื่อทำความสะอาดหรือแกะสลักความแข็งของการกัดกร่อนเป็นสิ่งสำคัญโกเมนทรายเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการพ่นทรายเพราะมีความแข็ง Mohs ประมาณ 7 - 7.5 มันยากพอที่จะกำจัดสนิมสีและสารปนเปื้อนอื่น ๆ จากพื้นผิวโลหะโดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายมากเกินไปกับวัสดุพื้นฐาน

ปัจจัยที่มีผลต่อความแข็งของวัสดุขัด

องค์ประกอบทางเคมี

องค์ประกอบทางเคมีของวัสดุขัดเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่มีผลต่อความแข็ง วัสดุที่มีพันธะโควาเลนต์หรือไอออนิกที่แข็งแกร่งมีแนวโน้มที่จะยากขึ้น ตัวอย่างเช่นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SIC) เป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยอะตอมซิลิกอนและคาร์บอนที่ถูกผูกมัดด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่ง สิ่งนี้ส่งผลให้วัสดุที่แข็งมากพร้อมการต้านทานการเสียดสีที่ยอดเยี่ยม

โครงสร้างผลึก

โครงสร้างผลึกของการกัดกร่อนยังมีบทบาทในความแข็งของมัน วัสดุที่มีโครงสร้างผลึกที่มีความหนาแน่นและสั่งซื้อเช่นเพชรซึ่งมีโครงสร้างผลึก tetrahedral โดยทั่วไปจะยากกว่าโครงสร้างที่มีโครงสร้างที่เปิดกว้างหรือไม่เป็นระเบียบมากขึ้น การจัดเรียงของอะตอมในโครงตาข่ายคริสตัลส่งผลกระทบต่อความแข็งแรงของพันธะระหว่างพวกเขาซึ่งจะกำหนดความแข็งของวัสดุ

ขนาดและรูปร่างของเม็ด

ขนาดและรูปร่างของเมล็ดของการขัดสามารถมีอิทธิพลต่อความแข็งที่ชัดเจนของมัน ธัญพืชขนาดเล็กมีแนวโน้มที่จะมีความแข็งที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าเพราะสามารถเจาะชิ้นงานได้ง่ายขึ้นและใช้แรงดันต่อหน่วยที่สูงขึ้น นอกจากนี้ธัญพืชเชิงมุมมักจะก้าวร้าวและยากขึ้นในแง่ของความสามารถในการตัดเมื่อเทียบกับธัญพืชโค้งมนซึ่งเหมาะสำหรับการขัด

วัสดุขัดที่แตกต่างกันและความแข็งของพวกเขา

ซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุขัดที่ได้รับความนิยมในสองประเภทหลัก: ซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำและซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว ซิลิคอนสีดำคาร์ไบด์มีความแข็ง Mohs ประมาณ 9 ในขณะที่ซิลิคอนสีเขียวคาร์ไบด์ซึ่งบริสุทธิ์กว่าและมีโครงสร้างผลึกที่สม่ำเสมอมากขึ้นมีความแข็ง Mohs ที่สูงขึ้นเล็กน้อยประมาณ 9.2 ซิลิคอนคาร์ไบด์มักใช้ในล้อบดกระดาษทรายและเครื่องมือตัดสำหรับการทำงานกับโลหะที่ไม่ใช่เหล็กกล้าเซรามิกและคอมโพสิต

อลูมิเนียมออกไซด์

อลูมิเนียมออกไซด์ (Al₂o₃) เป็นอีกหนึ่งการขัดที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย มันมีความแข็ง Mohs ประมาณ 9 ทำให้เป็นวัสดุที่หลากหลายสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย อลูมิเนียมออกไซด์มักใช้ในการบดและการขัดโลหะไม้และพลาสติก มันมีให้ในเกรดที่แตกต่างกันตั้งแต่หยาบไปจนถึงค่าปรับเพื่อให้เหมาะกับระดับการกำจัดวัสดุและข้อกำหนดการตกแต่งในระดับที่แตกต่างกัน

โกเมน

Garnet เป็นกลุ่มของแร่ธาตุซิลิเกตที่มีความแข็ง Mohs ตั้งแต่ 6.5 ถึง 7.5โกเมนทรายเป็นสิ่งที่มีการขัดด้วยธรรมชาติที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการพ่นทรายการตัดวอเตอร์เจ็ทและการประยุกต์ใช้การระเบิด เป็นที่รู้จักกันดีว่ามีความแข็งสูงขอบคมและการสร้างฝุ่นที่ค่อนข้างต่ำทำให้เป็นตัวเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

การเลือกการขัดที่ถูกต้องตามความแข็ง

เมื่อเลือกวัสดุขัดสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะสิ่งจำเป็นที่จะต้องพิจารณาความแข็งของทั้งการขัดและชิ้นงาน กฎทั่วไปของหัวแม่มือคือการเลือกการขัดที่ยากกว่าวัสดุที่จะทำงาน อย่างไรก็ตามปัจจัยอื่น ๆ เช่นการเสร็จสิ้นที่ต้องการประเภทของการดำเนินการ (การบดการขัดการตัด ฯลฯ ) และค่าใช้จ่ายก็ต้องนำมาพิจารณาด้วย

ตัวอย่างเช่นหากคุณกำลังทำงานกับโลหะอ่อนเช่นอลูมิเนียมการขัดที่ค่อนข้างอ่อนเช่นอลูมิเนียมออกไซด์อาจเพียงพอ แต่ถ้าคุณกำลังจัดการกับโลหะผสมที่แข็งหรือวัสดุเซรามิกอาจจำเป็นต้องมีการขัดอย่างหนักเช่นซิลิกอนคาร์ไบด์หรือเพชร

บทสรุป

ความแข็งของวัสดุขัดเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพของพวกเขาในการใช้งานอุตสาหกรรมต่างๆ การทำความเข้าใจกับเครื่องชั่งความแข็งที่แตกต่างกันปัจจัยที่มีผลต่อความแข็งและลักษณะของวัสดุขัดที่แตกต่างกันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเลือกการขัดที่เหมาะสมสำหรับงานเฉพาะ ในฐานะซัพพลายเออร์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนฉันมุ่งมั่นที่จะจัดหาผลิตภัณฑ์ขัดคุณภาพสูงที่ตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของลูกค้าของเรา ไม่ว่าคุณกำลังมองหาการขัดอย่างหนักและก้าวร้าวสำหรับการบดหนักหรือการขัดที่นุ่มและอ่อนโยนสำหรับการขัดอย่างดีเรามีความเชี่ยวชาญและผลิตภัณฑ์เพื่อช่วยให้คุณได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

หากคุณมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับวัสดุขัดหรือต้องการความช่วยเหลือในการเลือกการขัดที่เหมาะสมสำหรับใบสมัครของคุณโปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา เราอยู่ที่นี่เพื่อสนับสนุนคุณในกระบวนการจัดซื้อของคุณและตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้รับวัสดุขัดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับโครงการของคุณ

การอ้างอิง

• Callister, WD, & Rethwisch, DG (2014) วัสดุศาสตร์และวิศวกรรม: บทนำ ไวลีย์
• Shackelford, JF (2008) รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับวัสดุวิทยาศาสตร์สำหรับวิศวกร Pearson Prentice Hall
• ASTM International (2019) วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับ Rockwell Hardness และ Rockwell ความแข็งผิวเผินของวัสดุโลหะ ASTM E18 - 19
• ASTM International (2018) วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับความแข็งของ Vickers ของวัสดุโลหะ ASTM E92 - 17E1