Uvod
Bijela topljena glinica (WFA)je industrijski materijal od taljenog aluminijevog oksida proizveden elektrolučnom fuzijom kalcinirane glinice. Koristi se u odabranim abrazivnim i vatrostalnim aplikacijama gdje svojstva kao što su hemijski sastav, tvrdoća, karakteristike čestica i ponašanje pri visokim temperaturama mogu biti relevantne.
Evaluacija WFA se može odvijati na dva različita nivoa:
1. Karakterizacija samog WFA zrna ili praha
2. Ispitivanje abrazivnog alata ili vatrostalne formulacije koja sadrži WFA
Ovo nisu zamenljive mere kvaliteta WFA. Karakterizacija materijala opisuje isporučeno zrno ili prah, dok testiranje na nivou aplikacije procenjuje ponašanje kompletnog abrazivnog ili vatrostalnog sistema pod definisanim uslovima.
Karakterizacija materijala u odnosu na testiranje na nivou aplikacije
Karakterizacija na nivou materijala pokriva svojstva i specifikacije mjerene na WFA zrnu ili prahu. Ovisno o vrsti proizvoda i namjeni, oni mogu uključivati veličinu čestica ili oznaku zrna, hemijski sastav, nasipnu gustinu, morfologiju čestica i tvrdoću kao referentnu karakteristiku materijala.
Testiranje na razini aplikacije procjenjuje proizvod ili formulaciju koja sadrži WFA. Primjeri uključuju omjer brušenja i hrapavost površine obratka za abrazivne sisteme i vatrostalnost pod opterećenjem (RUL) ili ispitivanje korozije za vatrostalna tijela. Ovi rezultati zavise od kompletnog alata ili vatrostalne formulacije, procedure ispitivanja i radnog komada ili radnog okruženja, a ne samo od WFA zrna.
Analiza veličine čestica i klasifikacija zrna
Veličina čestica je važan parametar WFA specifikacije. Njegov značaj zavisi od nameravane abrazivne ili vatrostalne primene, dizajna proizvoda i uslova obrade. Nijednodistribucija čestica po veličinioptimalan je za svaku primenu.
Ocjenjivanje na bazi sita
Za odgovarajuće grublje abrazivne vrste zrna, klasiranje na bazi sita je standardni pristup. Reprezentativni uzorak se propušta kroz seriju sita sa definisanim otvorima, a masa zadržana na relevantnim sitima se koristi za procenu raspodele veličine zrna.
Različiti rasponi veličina čestica i abrazivni sistemi klasiranja mogu koristiti različite postupke mjerenja ili klasifikacije. Oznake mreže, izmjerene vrijednosti veličine čestica i oznake abrazivnog zrna opisuju srodne, ali različite karakteristike i ne treba ih pretpostaviti da su direktno ekvivalentne.
Za vezana abrazivna zrna, ISO 8486-1 pokriva makrogranule F4 do F220, dok ISO 8486-2 pokriva mikrozrnce F230 do F2000 u okviru opsega definisanog tim standardima.
Laserska difrakcija za fine prahove
Laserska difrakcija se može koristiti za karakterizaciju finijih WFA prahova. U ovoj metodi, raspršene čestice stupaju u interakciju sa laserskim snopom, a rezultujući obrazac raspršenja svjetlosti se koristi za izračunavanje raspodjele veličine čestica kroz optički model.
Prijavljena veličina je zasnovana na ekvivalentnoj sfernoj predstavi, a ne na direktnom mjerenju trodimenzionalne geometrije svake nepravilne čestice. Rezultati stoga mogu zavisiti od pripreme uzorka, uslova disperzije, aglomeracije, optičkih postavki i postupka merenja.
ISO 13320:2020 pruža opšti okvir za analizu veličine čestica laserskom difrakcijom. To je standard za metodu mjerenja i sam po sebi ne definira WFA abrazivne razrede zrna.
Zašto metode veličine čestica nisu zamjenjive
Gradiranje zasnovano na situ i laserska difrakcija funkcionišu prema različitim principima merenja i njihovi rezultati ne treba da se tretiraju kao direktno zamenljivi.
Na primjer, D50 dobiven laserskom difrakcijom je statistički parametar unutar izmjerene raspodjele veličine čestica. Nije automatski ekvivalentno F-zrnatosti, P-zrnatosti ili drugoj oznaci abrazivnog kvaliteta.
Podatke o veličini čestica stoga treba tumačiti zajedno sa metodom ispitivanja, prijavljenim parametrom, sistemom ocjenjivanja i primjenjivom specifikacijom proizvoda.
Bulk Density
Nasipna gustina je masa količine abrazivnog zrna podijeljena sa zapreminom koju zauzima pod određenim uslovima ispitivanja. Budući da rezultat ovisi o načinu na koji se materijal unosi u mjernu posudu, pri upoređivanju vrijednosti zapreminske gustine treba navesti primjenjivu proceduru.
Nasipna gustina se razlikuje od gustine izrezivanja i od merenja gustine materijala kao što je skeletna ili prava gustina.
Za abrazivna zrna, ISO 9136-1:2004 specificira metodu ispitivanja nasipne gustine za makrozrnce, dok se ISO 9136-2:1999 bavi mikrozrncima. Njihova upotreba treba da prati opseg materijala i opsega veličine definisan u odgovarajućim standardima.
Veća vrijednost zapreminske gustine ne bi se trebala automatski tumačiti kao superiorni materijal ili performanse aplikacije. Na rezultat može uticati distribucija veličine čestica, morfologija i specificirani postupak mjerenja.
Particle Morphology
Morfologija čestica, uključujući oblik zrna i karakteristike površine, također se mogu ocijeniti gdje je to relevantno.
Morfologija može stupiti u interakciju s distribucijom veličine čestica i drugim varijablama materijala kako bi utjecala na rukovanje prahom, ponašanje pakovanja i ponašanje u kontaktu s abrazivnim materijalom. Stoga bi ga trebalo razmatrati zajedno sa drugim karakteristikama razreda, a ne koristiti ga kao samostalan pokazatelj učinka.
Hemijski sastav i oksidni profili
Hemijski sastav je važna oblast specifikacije WFA kvaliteta. WFA se pretežno sastoji od aluminijum oksida (Al2O3), dok koncentracije sekundarnih sastojaka variraju u zavisnosti od vrste proizvoda i specifikacije.
U zavisnosti od klase, prijavljena hemija može uključivati parametre kao što su Na2O, SiO2, Fe2O3 i TiO2. Ovi primjeri nisu iscrpni, a relevantna ograničenja sastava zavise od primjenjive specifikacije proizvoda.
Rentgenska fluorescencija (XRF) se obično koristi za elementarnu analizu, sa analitičkim rezultatima koji se često prijavljuju kao koncentracije ekvivalentne oksidu. Vlažne hemijske metode se takođe mogu koristiti za odabrane analite koristeći pripremne uzorke i analitičke procedure koje odgovaraju materijalu i ciljnoj komponenti.
Hemijski sastav treba procijeniti u odnosu na zahtjeve specificirane WFA klase i predviđene primjene. Veća vrijednost Al2O3 sama po sebi ne uspostavlja superiorne abrazivne ili vatrostalne performanse.
Tvrdoća kao karakteristika materijala
Tvrdoćaje karakteristika WFA povezana sa njegovom strukturom korunda ili alfa-aluminijuma. Može se koristiti kao svojstvo referentnog materijala, ali nije nužno rutinski test specifičan za seriju za svaki komercijalni WFA razred.
Korundu se obično pripisuje tvrdoća od približno 9 po Mohsovoj skali. Mohsova skala je ordinalna, a ne linearna, tako da numeričke razlike između susjednih nivoa ne treba tumačiti kao jednake kvantitativne razlike u tvrdoći.
Vickersova tvrdoća udubljenja se također može mjeriti, ali to nije direktan test rastresitog praha i zahtijeva odgovarajuće pripremljen uzorak, kao što je montirana i polirana površina zrna ili pripremljenog materijala. Prijavljene vrijednosti zavise od faktora kao što su priprema uzorka i uvjeti ispitivanja.
Abrazivno testiranje na nivou aplikacije
Odnos brušenja
Odnos brušenja, koji se obično naziva G-omjer, jedna je metrika koja se koristi za procjenu ponašanja brusnog točka pod definiranim uvjetima. Obično se izražava kao zapremina uklonjenog materijala radnog komada u odnosu na zapreminu istrošenog brusnog točka.
G-odnos nije suštinsko svojstvo WFA zrna. Zavisi od kompletne specifikacije kotača, materijala izratka, radnih parametara, uslova rashladne tečnosti, prakse obrade i drugih varijabli procesa.
Veći G-razmjer ukazuje na više uklonjenog materijala obratka u odnosu na trošenje kotača pod uvjetima tog određenog testa. Treba ga tumačiti zajedno sa potrebnim ponašanjem pri uklanjanju materijala, stanjem površine i zahtjevima procesa, a ne tretirati ga kao univerzalnu mjeru kvaliteta abraziva.
hrapavost površine
Hrapavost površine je još jedan rezultat na razini primjene koji se može mjeriti nakon brušenja ili završne obrade. Može se koristiti kontaktna ili optička profilometrija, a parametri kao što je Ra se mogu izvesti tamo gdje je to prikladno.
Na hrapavost površine utiču abrazivni alat, radni komad, specifikacija zrna, parametri procesa i metoda merenja. Niža vrijednost hrapavosti nije inherentno poželjna u svakoj primjeni; kriterijumi prihvatljivosti zavise od zahtevanog stanja površine i cilja proizvodnje.
Ispitivanje vatrostalnosti na nivou aplikacije
Refraktornost pod opterećenjem
Vatrostalnost pod opterećenjem (RUL) procjenjuje deformacijsko ponašanje oblikovanog vatrostalnog proizvoda pod specificiranim tlačnim opterećenjem kako temperatura raste.
Pod definiranom procedurom ispitivanja, promjene dimenzija u vatrostalnom uzorku mjere se kao funkcija temperature. ISO 1893:2007 specificira diferencijalnu metodu za određivanje vatrostalnosti pod opterećenjem oblikovanih vatrostalnih proizvoda pod progresivno rastućom temperaturom.
Stoga je RUL svojstvo vatrostalnog tijela prije nego rutinski test rastresitog WFA zrna. Rezultati zavise od kompletne vatrostalne formulacije, poroznosti, sistema faza i veziva, istorije obrade i uslova ispitivanja.
Ispitivanje otpornosti na kemikalije i šljaku
Hemijsko ispitivanje ili ispitivanje korozije na šljaku procjenjuje interakciju između gotove vatrostalne formulacije i specificiranog korozivnog medija pod definiranim uvjetima izlaganja.
Rezultati mogu zavisiti od vatrostalnog sastava, poroznosti, distribucije faza, hemije korozivnog medija, temperature, atmosfere, trajanja izlaganja i postupka ispitivanja. Takvi rezultati karakteriziraju vatrostalni sistem i ne treba ih pripisivati samo sadržaju WFA.
Šta bi kupci trebali provjeriti na TDS ili COA
Za potrebe nabavke i specifikacije, informacije relevantne za WFA proizvod zavise od njegove klase i predviđene upotrebe.
Korisna dokumentacija i podaci mogu uključivati:
- WFA razred i oblik proizvoda
- Hemijski sastav
- Oznaka granulacije ili veličine čestica
- Raspodjela veličine čestica i metoda mjerenja
- Primjenjivi standard za klasiranje abraziva
- Zapreminska gustina gdje je relevantno
- Morfologija čestica gdje je relevantno
- Podaci ispitivanja specifičnih za aplikaciju gdje su potrebni
- Tehnički list (TDS)
- Certifikat o analizi (COA)
- Sigurnosni list (SDS)
TDS općenito pruža tipične ili nominalne tehničke informacije o proizvodu, dok COA izvješćuje o specificiranim analitičkim ili inspekcijskim rezultatima za određenu seriju ili seriju. SDS pruža informacije o sigurnosti i komunikaciji o opasnostima.
Za svaki WFA proizvod nije potreban svaki parametar ili dokument. Kriterijumi prihvatanja treba da budu zasnovani na primenljivoj specifikaciji kvaliteta, dogovorenim zahtevima kupaca i nameravanoj primeni.
Zašto je uporedivost metoda ispitivanja bitna
Smisleno poređenje testnih vrednosti zahteva dovoljno uporedive metode merenja i uslove ispitivanja.
na primjer:
- Gradiranje na bazi sita i mjerenja veličine čestica laserskom difrakcijom nisu direktno zamjenjiva.
- Vrijednosti zapreminske gustine treba uporediti koristeći kompatibilne procedure.
- Rezultati tvrdoće zavise od metode tvrdoće i pripreme uzorka.
- G-odnos zavisi od brusnog kola, radnog komada i radnih uslova.
- RUL rezultati se odnose na ispitano vatrostalno tijelo i definiranu proceduru ispitivanja.
Numerička vrijednost bez metode mjerenja ili konteksta ispitivanja može stoga pružiti nepotpunu osnovu za poređenje WFA ocjena ili sistema koji sadrže WFA.
Zaključak
Bijela topljena glinica može se ocijeniti i na nivou materijala i na razini primjene. Specifikacija veličine čestica ili zrna, hemijski sastav, nasipna gustina, morfologija i referentne karakteristike tvrdoće opisuju sam WFA zrno ili prah.
Omjer brušenja, hrapavost površine obratka, vatrostalnost pod opterećenjem i otpornost na šljaku ili koroziju umjesto toga opisuju ponašanje abrazivnih alata ili vatrostalnih sistema koji sadrže WFA pod određenim uvjetima.
Za smisleno poređenje, kupci i inženjeri bi trebali procijeniti rezultate testiranja zajedno sa relevantnom metodom, standardom ocjenjivanja, specifikacijom proizvoda i zahtjevima primjene umjesto da se oslanjaju na izolirane numeričke vrijednosti.
Reference
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 8486-1:1996. Vezani abrazivi - Određivanje i označavanje distribucije veličine zrna - Dio 1: Macrogrits F4 do F220.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 8486-2:2007. Vezani abrazivi - Određivanje i označavanje distribucije veličine zrna - Dio 2: Microgrits F230 do F2000.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 13320:2020. Analiza veličine čestica - Metode laserske difrakcije.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 9136-1:2004. Abrazivna zrna - Određivanje nasipne gustine - Dio 1: Makrogriti.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 9136-2:1999. Abrazivna zrna - Određivanje nasipne gustine - Dio 2: Microgrits.
- Međunarodna organizacija za standardizaciju. ISO 1893:2007. Vatrostalni proizvodi - Određivanje vatrostalnosti pod opterećenjem - Diferencijalna metoda sa porastom temperature.
- Malkin, S. i Guo, C. (2008). Tehnologija brušenja: teorija i primjena obrade abrazivima. 2nd ed. Industrial Press.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J., & Aneziris, CG (2017). Vatrostalni materijali koji sadrže fuzionisane i sinterovane agregate glinice: Istraživanja obrade, raspodjele veličine čestica i morfologije čestica. Ceramics International, 43(5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.