Back

6.4.6. Uzura suprafeţelor. Abraziunea

 

Alegerea incorectă a materialelor aduse în contact şi a tipului de lubrifiere conduce la uzura şi la degradarea suprafeţelor. În funcţie de rezultatele sale, fenomenul poate fi clasificat în:

-         uzură uşoară care apare la suprafeţe cu asperităţi mari când, la pornire, are loc îndepărtarea sau presarea acestora astfel încât suprafeţele rezultate au un aspect neted. Acest tip de uzură apare de exemplu în rodaj;

-         uzură medie care apare între filmele de oxizi existente pe suprafeţele metalice;

-         uzură severă, datorată adeziunii reciproce a suprafeţelor aflate în contact, urmată de forfecare. Ea poate fi cu transfer de material care este preluat de lubrifiant dar poate lăsa suprafeţele dezgolite, neprotejate sau cu deformare plastică (oţel, sticlă) sau elastică (polimeri).

În funcţie de mecanismul de acţiune, uzura poate fi abrazivă datorată particulelor smulse din material sau chimică prin modificarea suprafeţei materialului determinată de procese de oxidare (cu fragilizare), de clorurare, de sulfonare, de degradare oxidativă (în cazul polimerilor).

Adeseori nedorită, uzura stă şi la baza unor procese de prelucrare a suprafeţelor numite procese de abraziune. Acestea constau în separarea de straturi din corpul materialului supus abraziunii, datorită muchiilor şi a vârfurilor ascuţite ale granulei de material abraziv.

Materialele abrazive sunt substanţe cristaline naturale sau sintetice, cu duritate mare, utilizate la şlefuirea sau la polizarea materialelor (metale, sticlă, lemn, minerale, pietre preţioase). Abraziunea este un proces reciproc, în sensul că şi colţurile abrazivului se tocesc. Din acest motiv abrazivul trebuie să fie sfărâmicios pentru a permite granulelor tocite să fie distruse sub presiunea de şlefuire şi pentru a favoriza regenerarea noilor muchii. Abrazivii trebuie să aibă temperaturi de topire ridicate, întrucât în timpul frecării se degajă o cantitate mare de căldură şi trebuie să fie rezistenţi la acţiunea agenţilor chimici. În Tabelul 6.6 sunt prezentate principalele tipuri de materiale abrazive:

 

Tabel 6.6. Materiale abrazive

 

Natură chimică

Materiale abrazive

Naturale

Sintetice

Bogate în alumină

şmirgel, corindon

Corindon (electrocorindon, electrocorund, aloxită), electro-rubin (alundur, abrazit)

Silicaţi puri

cuarţ, cremene, kiselgur, gresie

Sticle (flint)

Silicaţi micşti

tripoli (diatomit), piatra ponce, argila sticloasă, feldspaţi, granit

 

Cu conţinut de carbon sau carburi

diamant

Carbura de siliciu (carborund), carbura de bor (metalita), diamant

Oxizi, hidroxizi

Oxid roşu de fier (ocru)

Dioxid de ceriu, hidroxid de ceriu, oxid de calciu

Siliciuri, boruri, nitruri

 

Siliciură de bor (cristalon), nitrură de bor (elbor, carbobor), nitrură de siliciu

 

      Dintre abrazivii sintetici cei mai utilizaţi sunt:

-         Carbura de siliciu, CSi, numită şi carborund. Ea se obţine prin topirea nisipului cuarţos, a cuarţului măcinat sau a deşeurilor din cuarţ, cu materiale carbonifere ca antracitul sau cocsul de petrol. Se prezintă sub forma unor cristale cubice galbene în lumină reflectată sau hexagonale incolore. Impurităţile îi pot conferi şi alte culori. Materialul are punct de topire ridicat, 2700oC, nu reacţionează cu apa şi cu acizii minerali cu excepţia HF. Materialul are densitate mică (d = 1,75 g/cm3) iar la temperaturi de peste 1000oC poate reacţiona cu azotul, cu clorul, cu monoxidul de carbon, cu oxizi metalici, cu metale topite ca Mg, Fe, Co, Ni, Cr, Pt. Zincul, plumbul şi cuprul nu reacţionează cu CSi şi de aceea carbura de siliciu se recomandă în şlefuirea acestor metale 

-         Azotura (nitrura) de siliciu, Si3N4, se obţine prin sinteză la 1300 – 1500oC sau în reacţia dintre SiO2 cu cărbune, în atmosferă de azot, sub formă de pulbere albă, microcristalină, cu punct de topire de 2800oC Este rezistentă la acţiunea agenţilor chimici. La temperaturi peste 400oC reacţionează cu topiturile alcaline şi cu unii oxizi metalici.

-         Carbura de bor, B4C numită şi metalită, se obţine sub forma unor cristale romboedrice, de culoare neagră, extrem de dure şi greu fuzibile (Tt = 2350oC), cu mare inerţie chimică.

-         Azotura de bor, BN, este un compus polimeric cu structură hexagonală stratificată, numită de aceea şi grafit alb; ea poate prezenta şi o formă polimorfă similară cu a diamantului, de culoare cenuşie. Se obţine prin topirea boraxului (Na2B4O7) cu clorură de amoniu (NH4Cl) la 1500 – 2000oC, la presiuni ridicate de (5…9).104atm.

-         Siliciura de bor, SiB3 şi SiB6, cu aspect metalic şi conductibilitate electrică se obţine în cuptoare electrice prin sinteză din elemente (Si + B).

Materialele abrazive se livrează sub formă de paste sau corpuri abrazive.

Pasta abrazivă este un produs consistent, format din pulberi abrazive aglomerate cu un liant.

Corpurile abrazive sunt produse fasonate, obţinute din granule de material abraziv, legate între ele prin intermediul unui liant. Lianţii au proprietatea de a lega granulele abrazive între ele. Se utilizează în acest scop lianţi anorganici (ceramici, minerali, sticloşi sau magnezieni) sau organici (lacuri, răşini sintetice, cauciuc natural sau sintetic). Ele pot avea diferite forme: disc (pietre de polizor), disc lamelar, manşon cilindric, con spiralat, spirală, sfoară.

Abrazivii pe suport se obţin prin fixarea granulelor cu ulei sau cu alt liant pe suport de hârtie sau pe ţesătură apretată obţinându-se foi, coli, rulouri, benzi sau discuri.

Alegerea tipului de abraziv este dictată de caracteristicile materialului de prelucrat (duritate, fragilitate, punct de topire, proprietăţi chimice). Astfel, carbura de siliciu se utilizează pentru şlefuirea materialelor mai puţin rezistente (materiale neferoase, fierul de turnare, piatra, marmura, lemnul) în timp ce dioxidul de ceriu, CeO2, ocrul de fier şi corindonul se pot utiliza la şlefuirea sticlelor şi a oţelurilor speciale iar materialele foarte dure se şlefuiesc cu pulbere de diamant.

Granulaţia pulberilor abrazive influenţează aspectul suprafeţei şlefuite, astfel încât fluxul operaţiilor de corectare a dimensiunilor şi a aspectului unei piese porneşte cu atacul cu particule grosiere şi se sfârşeşte cu utilizarea unor granulaţii foarte fine.