浅谈磨料特性与外观

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浅谈砂轮磨料特性

磨料作为砂轮的重要组成之一，不同种类的磨料有着其不一样的加工特性。普通磨料可分为刚玉系和碳化物系，其使用场景有交叉，但不能完全通用。一、刚玉系1．棕刚玉（A）（1）配料与烧制

棕刚玉的主要生产原料是无烟煤、矾土和铁屑。矾土的主要化学成分是AL2O3，含有较多杂质。因此，在烧制过程中，无烟煤作为还原剂还原矾土中的杂质氧化物，并且与铁屑结合形成铁合金沉降在炉底。刚玉熔液冷却后形成晶体材料，由于含有杂质而成棕褐色。棕刚玉的主要化学成分为93.5%~97.5%的AL2O3，少量的氧化钛、氧化钙、氧化硅、氧化铁。

棕刚玉硬度高(HV=1800~2200 kg/mm2)，韧性好，熔点高(1800~2000℃)，故可作磨削材料。

（2）适用场景

棕刚玉磨料韧性大，硬度高，颗粒锋锐。适合于磨削抗拉强度较高的材料，如碳素钢、普通合金钢、可锻铸铁、硬青铜等，也可做耐火材料。

（3）棕刚玉磨料产品代号

配料	代号
陶瓷结合剂磨具用棕刚玉	A
高速砂带（含机加工砂页）用棕刚玉	A-P1
页状纱布用棕刚玉	A-P2
有机结合剂磨具用棕刚玉	A-B
喷砂抛光用棕刚玉	A-S

1．白刚玉（WA）（1）配料与烧制

白刚玉的生产原料主要是含量AL2O398%以上的矾土矿，经高温熔炼结晶而成。白刚玉杂质相较于棕刚玉、杂质少，故呈白色（粒度越细越白，粗粒度的呈现青白色）。且比棕刚玉硬(HV=2200~2300kg/mm2)，但是韧性略有不足。

（2）适用场景

由于白刚玉中的AL2O3含量及纯度高且晶体中存有气孔，因此白刚玉磨料硬、脆性高。在磨削时，磨粒容易碎裂。因其磨削时发热量小，适用于磨削淬火钢，高碳钢，高速钢及薄壁零件等烧伤易变形的工件。而且由于白刚玉有微刃结构，所以适合镜面磨削。

（3）白刚玉磨料产品代号

配料	代号
陶瓷结合剂磨具用白刚玉	WA
有机结合剂磨具用白刚玉	WA-B
涂附磨具用棕刚玉	WA-P

2．单晶刚玉（SA） （1）配料与烧制

单晶刚玉的制造方法有：化学气相沉积法、火焰熔化法、电弧炉冶炼法。电弧炉冶炼法主要原料是以矾土、黄铁矿、无烟煤、铁屑为原料。其AL2O3的含量一般在98%以上，颗粒是完整的晶体。硬度(HV=2300~2400 kg/mm2)和韧性都比白刚玉高，颗粒呈球状、大部分是等轴晶体，单晶体数量达80%以上。单晶刚玉磨料的外观特征是砂粒表面油亮、有树脂光泽。这是因为单晶刚玉在制造过程中经过酸洗处理的缘故。单晶刚玉呈浅玫瑰色，但有时也近似白刚玉呈白色或浅灰色。

（2）适用场景

单晶刚玉磨料具有良好的多角多棱切刃，还具有较高的硬度及韧性不易破碎，使用寿命长，切削能力强。适用于加工较硬的金属材料，如高钒高速钢、耐热合金钢、钴(镍)合金钢、不锈钢等材料。

3．微晶刚玉（MA）（1）配料与烧制

微晶刚玉的生产原料以及冶炼过程与棕刚玉基本类似，二者的区别主要是由于冷却方法和条件的改变，其磨粒颗粒由许多微小晶体集合而成（多晶结构）。色泽和化学成分与棕刚玉相似。晶体尺寸小，韧性大，自锐性好。

（2）适用场景

微晶刚玉具有强度高、韧性大、自锐性好、磨具磨损小以及微刃切削等特点。适于磨削不锈钢、碳素钢、轴承钢、特种球墨铸铁等材料，也用于精密磨削和重负荷磨削。

4．铬刚玉（PA）（1）配料与烧制

铬钢玉由在熔炼白刚玉基础上加入一定比例的氧化铬制作而成，呈玫瑰色或者紫红色，含铬量越高，其颜色越深。

（2）适用场景

铬钢玉的硬度与白刚玉相近，韧性比白刚玉略高，强度和脆性适中，具有更高的磨削性能。由于铬钢玉磨具形状保持性好，因而可用于成型磨削，并且能获得较低的表面粗糙度值，广泛用于磨削淬火钢、合金钢刀具、螺纹等，以及仪表零件的精密磨削。

（3）物理特性①高硬度：铬刚玉的硬度很高，显微硬度可达 2200-2300Kg/mm²，硬度值可达到 2500-2600HV，比一般金刚石砂轮的硬度高出 15%-20% 左右，仅次于金刚石、立方氮化硼等少数几种超硬材料。②颜色与外观：通常呈现出粉红色至深红色，颜色均匀鲜艳，晶体结构致密，表面光滑，具有一定的光泽度。③良好的韧性：其韧性比白刚玉高，比棕刚玉稍低，在磨削过程中不易崩碎，能够保持较好的磨粒形状和切削刃，从而保证了磨削效果和加工质量。④高体密度：铬刚玉体密度可达 3.7g/m³，高体密使得产品气孔少，致密度高，比普通刚玉生产出的耐火材料强度更高，稳定性更好。5．锆刚玉（ZA）（1）配料与烧制

锆刚玉是由氧化铝粉、锆英石精矿（提供氧化锆的主要原料）、外加碳酸钠做辅助（促进原料的熔化和反应）在三相电弧炉中烧制而成。其外观一般呈现棕褐色，也有部分呈现棕褐色或白色。

（2）适用场景

锆刚玉是AL2O3和ZrO2的共晶化合物，磨料韧性较好，适于重负荷磨削以及耐热合金钢、钛合金、奥氏体不锈钢等材料的磨削。

（3）物理特性①高硬度：锆刚玉的莫氏硬度可达 9 左右，仅次于金刚石、立方氮化硼等少数几种物质，高硬度使其具有良好的耐磨性能，在研磨、切削等应用中能保持较好的形状和锋利度，有效提高加工效率和质量。②高熔点：熔点高达 2200℃以上，这使得锆刚玉在高温环境下能保持稳定的物理形态，不易熔化变形，可广泛应用于高温窑炉、玻璃熔窑等高温设备的内衬材料。③高密度：密度一般在 4.0-4.6g/cm³ 之间，较高的密度使其结构更加致密，有助于提高材料的强度和抗侵蚀性能。6．黑钢玉（BA）（1）配料与烧制

黑钢玉又称人造金刚砂，生产原料主要是由高铁铝矾土（可提供AL2O3、铁铝尖晶石等矿相的物质基础）和锆英砂经熔炼获得。黑刚玉通常呈现黑色或黑灰色，颜色均匀，其晶体形态一般为不规则的块状或粒状，表面具有一定的光泽度，但相较于一些光泽度较高的宝石或金属材料，其光泽相对较暗。

（2）适用场景

黑钢玉具有一定的韧性，硬度较低，切削性能较差，价格低廉。多用于自由磨削、喷砂、制作纱布、砂纸等。

（3）物理特性

硬度与耐磨性：黑刚玉的莫氏硬度在 9 左右，具有较高的硬度，使其具有良好的耐磨性能，能够抵抗外界物体的刮擦和磨损，在研磨和抛光等应用中表现出色。

一、陶瓷微晶刚玉磨料（SG）（1）技术特征1）陶瓷微晶刚玉（SG）由高纯度氧化铝微粒经特殊引晶凝胶系统高温烧结而成，具有微晶结构，显微组织均匀，是新一代氧化铝磨料，具有高硬度、韧性好、锋利度强等优点。2）与普通刚玉磨料相比，SG磨料具有磨耗比高，保形性强，工件表面加工质量好，砂轮修整量小，磨削效率高等优越性。（2）适用场景

SG磨料砂轮特别适用于航空航天用合金、工具钢、淬火钢件、硬铬、硬铸铁等的磨削。SG磨料的化学成分与白刚玉类似，硬度也与白刚玉相当，由于它具有均匀细小的微晶结构、高的韧性和微破碎性能，使它在磨削工具钢、韧性不锈钢、耐热合金钢等难加工材料方面得到广泛应用。

（3）SG磨料脱粒对比

在磨削时，SG磨料只是表面微晶颗粒逐渐脱落，同时出现新的磨削刃，随着微晶颗粒的脱落，也带去了大量的磨削热，大幅度提高了SG砂轮的抗烧伤能力。

在普通刚玉磨削中，磨料钝化后产生高温，在磨削压力和局部高温作用下，磨削颗粒晶体界面破裂变钝，要通过修整，磨料整个颗粒脱落后才能形成新的切削刃。

（4）SG磨料的优点

1、SG磨料有着与超硬材料聚晶类制品的类似性能，在具有高硬度的同时，还具有极高的锋利性、自锐性，形状保持性好，使用寿命长，产品磨削热量小；

2、SG砂轮修整工具及工装与普通砂轮相同，但SG砂轮的修整次数可比普通砂轮减少80%，而其进刀量却可达普通砂轮的2倍以上；

3、SG砂轮适用范围广，常用于各种成形磨削、切断及切入磨削，尤其对于齿轮磨削、丝杠磨削、螺纹磨削、蜗杆磨削及各种轧辊与胶辊磨削更具优势。

二、碳化物系磨料1．碳化硅（1）配料与烧制

碳化硅的生产原料主要是硅砂（SiO2）、碳素材料（焦炭等）以及辅助材料（木屑）、食盐（NaCL），经高温（1700℃以上）冶炼而成。食盐一般只在绿碳化硅生产炉中使用。

①黑碳化硅（C）

黑碳化硅磨料的硬度高于刚玉类磨料，脆性较大，导热性及自锐性也优于工业磨料。一般适合于加工抗拉强度较低的材料。如灰口铸铁、铜合金、石材、陶瓷、玻璃、塑料等。可用于干磨和自由研磨。

②绿碳化硅（GC）

绿碳化硅磨料的硬度和脆性高于黑碳化硅，磨刃锋利，但韧性不高，应用领域基本和黑碳化硅相同，但更主要适用于硬质合金刀具和工件磨削、螺纹磨削，其价格一般高于黑碳化硅磨料。

（2）碳化硅磨料产品代号

配料	代号
陶瓷结合剂磨具、砂带用黑碳化硅	C
陶瓷结合剂磨具、砂带用绿碳化硅	GC
有机结合剂磨具用黑碳化硅	C-B
有机结合剂磨具用绿碳化硅	GC-B
手工打磨的砂页用黑碳化硅	C-P
手工打磨的砂页用绿碳化硅	GC-P

2．碳化硼（BC）

碳化硼磨料呈黑色，脆性较大，自锐性较好，是一种高硬度的硼化物。工业生产规模较小，磨料粒度较细，磨料本身耐热性较差，与酸碱不起反应。容易制造，而且价格相对便宜，广泛应用与自由磨削。适用于硬质合金、宝石、陶瓷、磨具、精密元器件的磨削、自由研磨和抛光等。

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