硬度世界上排名

【專(zhuān)家解說(shuō)】：　　一、 天然磨料 　　自然界一切可以用于磨削或研磨的材料統(tǒng)稱(chēng)為天然磨料。常用的天然磨料有以下幾種： 　　1． 金剛石 　　金剛石是目前已知最硬的物質(zhì)，其顯微硬度為98.59Gpa。金剛石是碳的同素異型體，主要成份是碳，另外還含有0.02~4.8%的雜質(zhì)，比重為3.15~3.53g/cm3。其產(chǎn)地非常有限，不但價(jià)格昂貴，而且極為缺乏。 　　金剛石因含雜質(zhì)的不同而呈黑色、黑褐色、灰黑色等，脆性較大，易沿結(jié)晶面裂開(kāi)，結(jié)晶越大抵抗外力的作用越強(qiáng)，金剛石的計(jì)量單位是克拉，1克拉=0.2g。 　　天然金剛石作為磨料主要用途有兩個(gè)方面： 　　（1） 用于修整砂輪； 　?。?） 磨削和研磨難加工材料（如硬質(zhì)合金、寶石、玻璃、石料等）。 　　2． 天然剛玉 　　天然剛玉的主要礦物成份為α——Al2O3,其顯微硬度為20.58Gpa，比重為3.93~4.00g/cm3。自然界存在的天然剛玉主要有以下三種： 　?。?）優(yōu)質(zhì)剛玉（俗稱(chēng)寶石）有藍(lán)寶石（含鈦）、紅寶石（含鉻）等； 　?。?）普通剛玉，呈黑色或棕紅色； 　?。?）金剛砂，可分為綠寶石金剛砂和褐鐵礦金剛砂，它是一種集合晶體，硬度較低。 　　在上述三種天然剛玉中，第一種主要用于首飾，而后二種可以作為磨料，用來(lái)制造砂輪、油石、砂紙、砂布或微粉、研磨膏等。 　　3．石榴石 　　石榴石的晶形較好，顯微硬度為13.33Gpa。屬于石榴石的礦物種類(lèi)很多，但適合于作磨料的僅有鐵鋁石榴石一種，其礦物組成這：3FeO.Al2O3.3SiO2,含量不低于85~90%。 　　4。石英 　　石英的化學(xué)成份為SiO2，常夾雜有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等。顯微硬度為8.04 Gpa，可用作磨料的石英礦有脈石英、石英巖及石英砂等。 　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人造磨料的品種已達(dá)幾十種之多，天然磨料由于自身的缺陷，已被越來(lái)越多的人造磨料所取代，目前除了天然金剛石、石榴石外，其它種類(lèi)的天然磨料用量甚微。 　　二、 人造磨料 　　人造磨料分剛玉系列、碳化物系列、超硬系列等幾大類(lèi)?，F(xiàn)將各類(lèi)磨料的簡(jiǎn)要制造方法、特性及磨削對(duì)象分別敘述如下。 　　1． 剛玉系列人造磨料 　　屬于剛玉系的人造磨料有棕剛玉、白剛玉、鋯剛玉、微晶剛玉、單晶剛玉、鉻剛玉、鐠釹剛玉、黑剛玉及礬土燒結(jié)剛玉等。 　?。?）棕剛玉（A） 　　棕剛玉是以鋁礬土、無(wú)煙煤和鐵屑為原料，在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成。在冶煉過(guò)程中，無(wú)煙煤中的碳將礬土中的氧化硅、氧化鐵和氧化鈦等雜質(zhì)還原成金屬，為些金屬結(jié)合在一起成為鐵合金，由于其比重較剛玉熔液大而沉降至爐底與剛玉熔液分離。僅有少量的雜質(zhì)夾雜在剛玉熔快中。 　　棕剛玉的主要礦物成份為物理剛玉，三方晶系，少量的礦物雜質(zhì)有：硅酸鈣、鈣斜長(zhǎng)石、富鋁紅柱石（又稱(chēng)莫來(lái)石）、鈦化物、玻璃體及少量鐵合金等。 　　棕剛玉的抗破碎能力較強(qiáng)，抗氧化、抗腐蝕，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是一種用途廣泛的磨料。適用于磨削抗張強(qiáng)度高的金屬材料，如普通碳素鋼、硬青銅、合金鋼的細(xì)磨和精磨，磨加工螺紋和齒輪等，白剛玉還可用于精密鑄造及高級(jí)耐火材料。 　?。?）鉻剛玉（PA） 　　鉻剛玉中由于引入Cr3+改善了磨料的韌性，其韌性較白剛玉高，而硬度與白剛玉相近，用于加工韌性較大的材料時(shí)，其加工效率比白剛玉高，并且工件表面的光潔度也較好，鉻剛玉適應(yīng)于加工韌性高的淬火鋼、合金鋼、精密量具及儀表零件等光潔度要求較高的工件。 　　（4）微晶剛玉（MA） 　　微晶剛玉所采用的原材料及冶煉方法與棕剛玉基本相同，在停爐后立即把熔液通過(guò)流放或傾倒的方法倒入枝模子內(nèi)急速冷卻（一般在30分釧以?xún)?nèi)），因而得到微細(xì)結(jié)晶的集合體。 　　微晶剛玉在冶煉過(guò)程中，雜質(zhì)的還原程度較差，Al2O3含量為94~96%，晶體尺寸一般在80~300微米，晶體占57~85%，最大晶體尺寸不超過(guò)400~600微米。它具有強(qiáng)度高，韌性較大的特點(diǎn)。適用于重負(fù)荷磨削，可以磨削不銹鋼、碳素鋼、軸承鋼以及特種球墨鑄鐵等材料，由于磨粒在磨削過(guò)程中呈微刃破碎狀態(tài)，也被用于精密磨削甚至鏡面磨削。 　?。?）單晶剛玉（SA） 　　單晶剛玉是以礬土、無(wú)煙煤、鐵屑和黃鐵礦為原材料，在電弧爐內(nèi)共熔，礬土中的氧化鐵、二氧化硅和氧化鈦先后被還原并組成鐵合金從熔液中沉降至爐底。一小部分氧化鋁與碳、硫化亞鐵起復(fù)分解反應(yīng)，生成少量的硫化鋁填充在單晶顆粒之間，當(dāng)熔塊冷卻后放入水中時(shí)，硫化鋁被溶解，而被硫化鋁隔開(kāi)的單晶剛玉即可分散開(kāi)成為自然粒度的磨料。 　　單晶剛玉呈灰白色，其顆粒形狀多為等積形，晶體內(nèi)不含雜質(zhì)，具有多棱角的切削刃，在同樣的磨削力作用下，所形成的力矩小于其它磨料，因此它不易折碎，機(jī)械強(qiáng)度較高，單顆?？箟簭?qiáng)度為22~38kg，而棕剛玉僅為10~20kg。單晶剛玉由于有較高的硬度和韌性，所以切削能力較強(qiáng)，可用來(lái)加工工具鋼、合金鋼、不銹鋼、高鋇鋼等韌性大、硬度高的難磨材料。 　　(6)鋯剛玉（ZA） 　　鋯剛玉是以鋁氧粉和鋯英石為原料，在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成，整個(gè)過(guò)程基本上是一個(gè)熔化再結(jié)晶的過(guò)程。它是一種由α——Al2O3,與ZrO2組成的共晶集合體，在冶煉過(guò)程中應(yīng)盡可能使兩種結(jié)晶相互交錯(cuò)構(gòu)成微晶型晶體。 　　鋯剛玉適用于高速重負(fù)荷磨削，可荒磨鑄鐵、鑄鋼、合金鋼和高速鋼等，特別適合于鈦合金、耐熱合金、高釩鋼、不銹鋼的磨加工。 　?。?）鐠釹剛玉（NA） 　　鐠釹剛玉的制造工藝與白剛玉相似，其差異是在冶煉過(guò)程中加入約0.175%的鐠釹富集物（氧化鐠、氧化釹、氧化鑭）。大量的磨削試驗(yàn)證明其磨削性能優(yōu)于白剛玉，適用磨削不銹鋼、高速鋼、球磨鑄鐵、高錳鑄鋼及某些耐熱合金等。 　?。?）黑剛玉（BA） 　　黑剛玉的冶煉方法與棕剛玉相同，是以三水鋁礬土為原料，加少量還原劑，經(jīng)溶煉而成，其耗電量約為棕剛玉的三分之二。呈黑色，主要化學(xué)成分：Al2O3不低于77%，SiO2含量為10~12%， 　　Fe2O3含量為7~10%，TiO2約為3%，比重不小于3.61. 　　黑剛玉具有很好的自銳性，磨削時(shí)發(fā)熱量少，加工件的光潔度較好，適用于零件電鍍前底面拋光，鋁制品和不銹鋼的拋光，也可用于拋光光學(xué)玻璃、加工木材等。由于它的親水性好，可用在制造砂紙、砂布和樹(shù)脂磨具，還可以作研磨膏和拋光粉。黑剛玉由于鐵含量高，因而不宜用于制造陶瓷磨具。 　?。?）礬土燒結(jié)剛玉 　　礬土燒結(jié)剛玉是唯一不用電爐冶煉的剛玉，它是用優(yōu)質(zhì)熟礬土（Al2O3含量85%以上）經(jīng)濕法球磨至3微米的微粒料漿（球磨時(shí)應(yīng)加粘結(jié)劑），再經(jīng)壓濾成型為各種幾何形狀的磨粒，在1500℃下燒結(jié)。 　　礬土燒結(jié)剛玉的主要化學(xué)成份是：Al2O3（85~88%）、SiO2（3~4%）、TiO2（3.5~4.5%）、Fe2O3（5.6~6.5%）。它具有α——Al2O3微晶結(jié)構(gòu)，韌性高，可承受較大的磨削壓力而不至于破碎，并能切削較厚的金屬層，橫向進(jìn)給可高達(dá)6mm以上。磨料的形狀可制成各種柱形體，這是所有磨料中唯一的特例，適用于重負(fù)荷荒磨。 　　2． 碳化物系列人造磨料 　　（1）碳化桂 　　碳化硅是以石英、石油焦炭為主料，水粉、食鹽為輔料按一定比例混勻后裝入電阻爐內(nèi)，通過(guò)高溫冶煉而制成的人造磨料。 　　碳化硅分黑綠兩種：黑碳化硅呈黑色或藍(lán)黑色，綠碳化硅呈綠色或藍(lán)綠色。在制造過(guò)程中，生產(chǎn)綠色碳化硅的特點(diǎn)在于采用較純的原材料，爐料中加入食鹽，它可促進(jìn)產(chǎn)品呈綠色。綠色碳化硅的純度要高于黑色碳化硅。 　　碳化硅不與任何酸起反應(yīng)，但堿性氧化物的熔體能促使碳化硅的分解。 　　黑色碳化硅與剛玉系人造磨料相比，硬度較高、脆性較大，適用于加工抗張強(qiáng)度較低的金屬及非金屬材料，如灰鑄鐵、黃銅、鉛等有色金屬，以及陶瓷、玻璃廠(chǎng)料等硬質(zhì)脆性材料。 　　綠色碳化硅與黑色碳化硅相比，其純度、硬度、脆性稍大，適用于加工硬而脆的材料，如硬質(zhì)合金、玻璃、瑪瑙等，也廣泛用于量具、刃具、模具的精磨及飛機(jī)、汽車(chē)、船舶等發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的珩磨。 　　隨著工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，碳化硅的非磨削用途在不斷擴(kuò)大，在耐炎材料方面用于制作各種高級(jí)耐炎制品，如墊板、出鐵槽、坩鍋熔池等；在冶金工業(yè)上作為煉鋼脫氧劑，可以節(jié)電，縮短冶煉時(shí)間，改善操作環(huán)境；在電氣工業(yè)方面利用碳化硅導(dǎo)電、導(dǎo)熱及抗氧化性來(lái)制造發(fā)熱元件——硅碳棒。碳化硅的燒結(jié)制品可作固定電阻器，在工程上還可作防滑防腐蝕劑。碳化硅與環(huán)氧樹(shù)脂混合可涂在耐酸容器中、蝸輪機(jī)葉片上起防腐耐磨作用。 　　（2） 鈰碳化硅（CC） 　　鈰碳化硅是在碳化硅的爐料內(nèi)不加食鹽而添加微量的氧化鈰（CeO2）冶煉出來(lái)的,其外觀(guān)和綠碳化硅相似,顯微硬度為36.29Gpa。與綠碳化硅相比，其鈰碳化硅的顯微硬度、單顆?？箟簭?qiáng)度、韌性等均比綠碳化硅高。 　　由于鈰碳化硅的物理性能有所改彎，因此，其磨削效果也得到了一定的改善。試驗(yàn)證明磨鈦合金時(shí)，鈰碳化硅與綠碳化硅相比，切削效率提高近一倍，并且火花較小；磨鑄鐵時(shí)，當(dāng)進(jìn)刀量為0.01mm時(shí)，鈰碳化硅的耐用度比綠碳化硅砂輪提高18.9%，磨削比提高9.6%，當(dāng)進(jìn)刀量為0.02mm時(shí)，其耐用度提高27.4%，磨削比提高74.1%。由此可見(jiàn)，用鈰碳化硅磨削鑄鐵進(jìn)刀量時(shí)，其效果比綠碳化硅提高的更顯著。磨硬質(zhì)合金的效果與綠碳化硅相近，磨削CO5Si M5Al 5F-6等難磨高速鋼，其效果與單晶剛玉相似。 　　（3） 碳化硼（BC） 　　碳化硼（B4C）是以硼酸（H3BO3）和炭素材料為原料，在電弧爐內(nèi)經(jīng)1700~2300℃的高溫冶煉，由碳直接還原熔融的硼酐（B2O3）而制得。 　　碳化硼是一種具有金屬光澤的灰黑色粉末，是一種超硬材料。在空氣中加熱至500℃時(shí)，碳化硼開(kāi)始氧化當(dāng)溫度達(dá)到800~900℃時(shí)，其氧化作用更為顯著。碳化硼曾用來(lái)代替金剛石研磨硬質(zhì)合金刀具。其燒結(jié)制品可以代替金剛石作為砂輪的修整工具，適用于精磨碳鎢合金、碳鈦合金、燒結(jié)剛玉、人造寶石和特殊陶瓷等硬質(zhì)材料制品。 　?。?） 碳硅硼 　　碳硅硼是以硼酸、石英砂、石墨為原料，在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成，呈灰黑色，其硬度次于氮化硼高于碳化硼，脆性大，適用于硬質(zhì)合金、半導(dǎo)師體、人造寶石和特殊陶瓷等硬質(zhì)材料的加工。 　　3． 超硬系列人造磨料 　　（1）金剛石（JR） 　　金剛石是以石黑為原料，以某些金屬或合金為觸媒，在高溫（1000~2000℃）、高壓（557~608Mpa）下，使石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸Y(jié)構(gòu)而成。金剛石是已知的最硬物質(zhì)，具有較高的抗壓強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性，以及較強(qiáng)的切削能力。 　　金剛石可分為JR1、JR2、JR3、JR4、JR5五個(gè)牌號(hào)，其特點(diǎn)和用途如下： 　　1．JR1型：晶體多為針片狀，晶面粗糙，用于制造樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石磨具，主要用于硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃及難磨材料的精磨工序，加工效果好，表面光漫無(wú)邊際度高，有時(shí)也用于半精磨，但不適于重負(fù)荷磨削。 　　2．JR2型：晶體大部分為等積形，適于制造金屬結(jié)合劑及陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具。它可承受較大的負(fù)荷，用于粗磨、半精磨硬質(zhì)合金及非金屬材料，也可切割光學(xué)玻璃、寶石、高硬巖石等。 　　3．JR3型：晶體較完整，晶面光滑，抗壓強(qiáng)度高，用于制造金屬結(jié)合劑地質(zhì)鉆頭、修整工具和切割工具等。 　　4．JR4型：晶體完整，抗壓強(qiáng)度高于JR3，用于制造地質(zhì)鉆頭、修整工具和切割工具等。 　　5．JR5型：顆粒為淺黃或淡黃綠色，多為透明無(wú)雜質(zhì)的完整八面晶體，強(qiáng)度高，適于制造切割鋸片，鉆頭及修整工具等，用于加工硬脆非金屬材料。 　　（2）立方氮化硼 　　立方氮化硼是以六方氮化硼為原料，減金屬或堿土金屬或它們的氮化物作觸媒，在高壓高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w的氮化硼。這一轉(zhuǎn)變與石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸嗨啤? 　　立方氮化硼是一種新型的超硬磨料，其硬度僅次于金剛石，而熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性均優(yōu)于金剛石，特別是對(duì)鐵族金屬的化學(xué)惰性好，不易與鋼材起反應(yīng)，磨既硬又韌的鋼材時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，耐磨性比普通磨料高30~40倍，在加工高速鋼、合金鋼、耐熱鋼時(shí)，其工作能力在大超過(guò)金剛石磨具的工作能力。亦可作為磨加工硬質(zhì)合金及非金屬材料使用。