Абразивные частицы

Перечень минеральных частиц, относящихся к абразивным, чрезвычайно велик, но наибольшее распространение по изнашивающему эффекту на рабочие поверхности деталей машин и инструмента имеет кварц (речной песок). Он встречается в почвах, обрабатываемых сельскохозяйственной техникой, строительными, землеройными и дорожными машинами, в угольных шахтах, в карьерах различного рода, практически в каждом стратиграфическом горизонте при бурении скважин на нефть, газ, воду и иного назначения. Эффективность этого минерала очень велика и обусловлена достаточно высокой твердостью по Моосу, небольшими размерами около 1–1,5 мм и острыми режущими гранями, расположенными хаотично по всей поверхности частицы. Многочисленные другие минеральные абразивы уступают по твердости кварцу, а их распространенность в горных породах меньше (таблица 2). По этой причине речной песок – самый распространенный абразив в лабораторных опытах при изучении различных вариантов механического изнашивания.

Физико-механические свойства абразивов обусловлены структурно-текстурными особенностями, возрастом, генезисом, условиями деформирования, наличием внутренних дефектов, неоднородностью. В отличие от металлов горные породы являются материалами ограниченной пластичности, у большинства горных пород способность к остаточным деформациям проявляется лишь в условиях всестороннего сжатия при малой скорости деформации. Все минералы и горные породы при разных видах деформации в процессе испытаний являются упругохрупкими телами, в которых при нагружении не возникают пластические деформации: их разрушение наступает, когда напряжение достигает предела упругости.

Под абразивной способностью элементарной частицы следует понимать многофакторную функциональную зависимость, отражающую влияние природных физико-механических свойств, присущих этой частице. К факторам, влияющим на абразивную способность частицы, необходимо отнести: геометрический размер; микротвердость частицы; временное сопротивление частицы разрушению. К факторам, влияющим на абразивную способность массы, следует отнести: гранулометрический состав, микротвердость составляющих массу частиц, сопротивление абразивной массы разрушению, ее плотность.

В практике испытания материалов на механическое изнашивание известны примеры использования различных материалов в качестве изнашивающего контртела, в том числе металлических, например напильников.

Таблица 2 – Результаты определения твердости царапаньем

Различие свойств, применяемых в качестве абразива материалов, является одной из основных причин несопоставимости получаемых результатов по оценке износостойкости сталей и сплавов.

Помимо речного песка достаточно эффективным в методическом отношении является искусственный абразив – карбид кремния, применяемый в виде массы частиц или монолита, – шлифовальные круги. Применение этих абразивов дает хорошую сходимость и сокращает время проведения опытов.