Tipos y características de los materiales abrasivos

En un gran número y diversidad de procesos industriales y artesanos se requieren abrasivos, sustancias de elevada dureza que actúan sobre las superficies de otros materiales menos duros para producir un desgaste en su superficie a partir de un esfuerzo mecánico. El proceso de abrasión se aplica para producir la forma final del material o mejorar su acabado mediante diferentes técnicas, como el bruñido, el amolado y el lapeado, según sea requerido. Estas sustancias pueden ser líquidas, en polvo, mixtas o aglutinadas con aleaciones metálicas, resinas sintéticas o bien, estar montadas en superficies rígidas o flexibles para producir movimientos oscilantes y giratorios. Para que conozcas más acerca de un abrasivo en esta ocasión hablaremos de las características que debe reunir y de los diferentes tipos de materiales de abrasión que existen hoy en día.

Como acabamos de mencionar, un material abrasivo presenta una alta dureza, la que le permite desgastar otros materiales de estructura menos dura a través de una acción mecánica. Es la dureza la propiedad más importante que debe tener un abrasivo y esta se define como la oposición o resistencia que presenta a sufrir alteraciones como abrasión, rayado y penetración, entre otras, por otro material. La dureza se mide utilizando diferentes escalas. La escala de Mohs es utilizada para ordenar diez minerales diferentes según su nivel de dureza, siendo el más duro el diamante, seguido del carburo de silicio, del óxido de aluminio, el esmeril y el granate hasta llegar al talco, que tiene una dureza nivel cero.

El principio empleado para ordenar los materiales por su dureza en esta escala se basa en la capacidad que tienen para rayar otro material más blando. La escala de Rosiwal es también utilizada para medir la dureza y con esta se parte de la pérdida de peso que tiene un material después de ser sometido a un proceso de abrasión bajo condiciones normalizadas para determinar la dureza en valores absolutos y no relativos, como ocurre con la escala de Mohs.

La escala de Knoop también mide la dureza en valores absolutos y para ello se basa en la profundidad que alcanza un grabado utilizando una punta de diamante al aplicar una fuerza estándar. Otra característica que distingue a un abrasivo es su friabilidad, es decir, la capacidad que tienen sus granos para romperse y afilarse al someterse a tensión, esto para producir nuevas aristas cortantes con ese material. La tenacidad es también una propiedad necesaria, entendiéndose esta como la capacidad de resistencia al desgaste del abrasivo. Finalmente la capacidad de corte, relacionada también con la friabilidad de la que acabamos de hablar, es una característica básica de cualquier material abrasivo y en todo caso las rayas que produce en la superficie de trabajo dependen de qué tan afiladas estén sus aristas.

Se identifican dos tipos de materiales abrasivos, los naturales y los sintéticos, con propiedades específicas que los hacen más o menos adecuados para determinadas aplicaciones. Los materiales naturales, como su nombre lo indica, se extraen de la naturaleza y entre los más importantes encontramos el cuarzo, el granate, el esmeril y el diamante. El cuarzo como abrasivo es conocido por el nombre de arena silícea y es de bajo costo, razón por la que sea el más utilizado. Este material se utiliza para fabricar lijas, bloques o discos y en sistemas de abrasión de chorro de arena a presión. La dureza del cuarzo en escala de Mohs es de 7 (recordemos que el 10 es el más alto nivel de dureza en esta escala) y en la escala de Knoop su dureza se encuentra entre 8.000 y 9.000.

El granate, también conocido como almandita se encuentra en diferentes variedades y en general se emplea para fabricar lijas, especialmente para la industria de la madera. La dureza del granate en la escala de Mohs es de 7.5-8, es decir, es más duro que el cuarzo. El esmeril, por su parte es el abrasivo más empleado a lo largo de la historia y se trata de una roca que se procesa para obtener polvo abrasivo. El esmeril se compone de óxido de aluminio y trazas de hierro, cromo, titanio, manganeso, níquel, silicato y vanadio, principalmente, y se utiliza en herramientas para cortar, en piedras de afilar o esmeriladoras y en herramientas para pulir metales, entre otras.

La clasificación de dureza en la escala de Mohs del esmeril es de 9. Finalmente, otro abrasivo natural es el diamante, considerado el material más duro conocido y al que se le otorga el 10 en la escala de Mohs y en la de Knoop de 70.000. El diamante es un cristal de tipo transparente compuesto por átomos de carbono que tiene un amplio uso en entornos industriales.

En el grupo de abrasivos sintéticos, fabricados a partir de procesos en los que se emplean diferentes materias primas y reactivos químicos encontramos el óxido de aluminio, el carburo de silicio, el nitruro de boro cúbico y el diamante sintético. El óxido de aluminio, también llamado corindón es el más utilizado para fabricar herramientas abrasivas. Se trata de un grano de alta dureza, 9,2 en escala de Mohs y de 20.000 en la escala de Knoop, de corte frío. Es un material de larga duración y puede fracturarse bajo presión para producir nuevas aristas cortantes, altamente recomendable para trabajar con materiales blandos. Por otra parte, el carburo de silicio o carborundo se procesa en un horno eléctrico a altas temperaturas a partir de arena de sílice, sal, aserrín y coque residual de petróleo dando como resultado una masa de cristales de dureza 9,6 en la escala de Mohs y de 25.000 en la escala de Knoop.

El carburo de silicio tiene un alto índice de fractura, lo que lo convierte en el abrasivo más cortante ideal para realizar acabados finos sobre piedra y otros materiales duros. Se utiliza para elaborar discos de corte de metal, lijas y pastas para esmeril, entre otros. El nitruro de boro cúbico se obtiene al someter a altas temperaturas y presiones al nitruro de boro hexagonal. Este abrasivo se caracteriza por tener una buena estabilidad al calor y dureza de 45.000 en la escala de Knoop, sin presentar reacciones químicas al trabajar con hierro, como es el caso de otros materiales empleados para la abrasión. Se utiliza con aglomerantes galvánicos, resinas cerámicas y sintéticas o con aglomerantes metálicos para mejorar su tenacidad y en general se emplea en la fabricación de herramientas de corte diseñadas para mecanizar aceros y hierros fundidos.

Mientras tanto, las propiedades del diamante sintético puede tener el mismo nivel de dureza que el diamante natural, pero en general los fabricantes varían sus propiedades a partir de las necesidades que desean cubrir. La limitación de usar este material como abrasivo es que no puede emplearse para trabajar con aleaciones ferrosas a altas velocidades pues el carbono que contiene es soluble en hierro a altas temperaturas. Además de estos materiales, se utiliza óxido cerámico y mezclas de óxido de circonio y de aluminio como nuevos abrasivos con aplicaciones en procesos en los que se necesita un gran arranque de material.

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