磨料作為研磨加工中的核心材料，其種類與特性對加工效率與品質起著至關重要的作用。根據材料的性質、加工需求以及操作條件，選擇合適的磨料能有效提升加工性能，降低能源消耗，並延長工具壽命。常見的磨料包括氧化鋁系、碳化矽系、鋯氧以及超級磨料（如鑽石、CBN），它們在硬度、韌性、耐磨性等方面各具特色，廣泛應用於不同行業和工件材料中。
本文將結合磨料的特性與應用，分析其在不同材質加工中的選擇。
目錄
磨料 分類及代號
天然普通磨料: 古代使用較多。因硬度較低、組織不均勻、含雜質多以至於磨削性能較差，現已很少應用。
人造普通磨料: 現代工業中主要使用。主要有氧化鋁系及碳化矽兩種類別。
超硬磨料:具有極高的硬度和耐磨性，適用於加工高硬度和難加工材料的高精度研磨與切削。主要有鑽石或立方氮化硼（CBN）兩種類別。
(延伸閱讀:研磨-磨料 介紹)
※本篇文章注重講解氧化鋁系及碳化矽系的應用
氧化鋁系磨料的結構
氧化鋁系磨料（如A及WA磨料）具有特定方向的劈開線，這種劈開線使得磨料在該方向上較易產生裂紋，但其劈開通常並不完全，破裂表面呈現出貝殼狀的特徵。當切刃鈍化時，施加在磨料上的研磨阻力會增大，導致磨料進一步破碎，從而產生新的切刃。同時，部分結合劑和破碎的磨料碎片被帶走，在此處形成新的切屑空隙。
由於砂輪中的磨料在破碎過程中能持續生成銳利的切刃，因此砂輪可以不斷保持其研磨能力。這種特性使氧化鋁系磨料非常適合用於高效研磨，尤其是在需要自生銳利切刃以維持穩定研磨性能的場合。
碳化矽磨料的結構
在碳化矽磨料（如C及GC磨料）中，其切刃破碎的機制與氧化鋁系磨料類似，也是在研磨過程中因為阻力增大而發生破碎，產生新切刃。然而，碳化矽磨料的破碎特性有所不同：它在破碎時完全劈開，破裂面不呈貝殼狀，而是形成更加銳利的切刃。
這種完全劈開的特性使碳化矽磨料能夠迅速產生極為鋒利的研磨刃，特別適合抗拉強度較低的材料。
磨料韌性的高低排行
磨料在破碎時會顯露出新的研磨刃，但其破碎的難易程度取決於磨料的韌性。韌性由高到低的順序為：A磨料 > WA磨料 > C磨料 > GC磨料。然而，就新生研磨刃的容易程度而言，順序正好相反，依次為：GC磨料最容易，其次是C磨料、WA磨料，最後是A磨料。
我們可以依據工件的材質韌性，來選擇適合的磨料獲得更好的的研磨效率。
- GC磨料（韌性最低）：適合加工硬而脆的材料，如玻璃、陶瓷及硬質合金，能快速形成銳利的切刃以達到高效研磨效果。
- C磨料：適合加工稍微韌性較高但仍較硬的材料，如某些金屬和非金屬材料。
- WA磨料：適用於加工韌性較大的中硬度材料，例如普通合金鋼或工具鋼。
- A磨料（韌性最高）：適合加工韌性較高的材料，如碳鋼、不銹鋼等，因其較難破碎而能保持穩定的切削壽命。
A與C磨料研磨不同金屬的差異性
以A與C磨料研磨軟鋼與鑄鐵為例:
A磨料對軟鋼的優勢：
- 軟鋼具有高抗拉強度，使用韌性高的A磨料可以避免切刃因脆性破碎而失效。
- A磨料的切刃更耐磨且不易破缺，能夠更穩定地插入工件，充分發揮其研磨能力。
C磨料對鑄鐵的優勢：
- 鑄鐵具有低抗拉強度且較脆，C磨料（脆性高）容易形成銳利的新切刃。
- C磨料切刃在研磨中能充分插入工件材料，快速破碎並新生切刃，提升研磨效率。
因此我們可以得出以下結論
對抗拉強度高的材料（如軟鋼）適合使用A磨料：
- 使用C磨料時，因其脆性切刃易破缺，無法穩定插入工件，導致研磨效率低。
- 使用A磨料則可利用其韌性高的特性，切刃穩定插入工件，充分發揮研磨能力。
對抗拉強度低的材料（如鑄鐵）適合使用C磨料：
- 使用C磨料，切刃能夠快速新生且保持銳利，提升研磨效率。
- A磨料因不易破碎，難以快速新生切刃，效率不如C磨料。
但是如果我們遇到中間性質的材料如:軋鋼等，無論是A或是C磨料都得不到良好的切削效率，在這個範圍的材料用什麼磨料，都不會有最佳解，因此會推薦使用廉價的A磨料比較經濟、有利。
那韌性低於A磨料的WA磨料是用於何種場合?
- 切刃新生能力強：相比A磨料，WA磨料更容易形成新切刃，因此其切削能力更優。
- 適合接觸面積大的場合：在工件與砂輪接觸面積較大時，WA磨料能夠有效避免因接觸面積增大而導致的磨削性能下降。例如以直徑6mm以下的砂輪研磨鋼之類的抗張力高的工件內面時，用A磨料，砂輪直徑增大的的話，接觸面積增大，宜用WA磨料。
- 降低研磨發熱：切刃新生順利，能減少研磨過程中產生的熱量，特別適用於需要避免過度發熱的加工情況。
那GC磨料是用於何種場合?
- 適合硬而脆的材料:對工件的選擇基準與C磨料相同即可。
- 適合接觸面積大及熱敏感的場合:GC磨料因為脆性更高，在鈍化後能更快破碎生成新的切刃，有效降低研磨時的發熱量，從而減少龜裂風險。
GC磨料比起C磨料的應用場合大致相同，但多了一個降低研磨發熱的特性，這在硬脆材料並且不耐熱的場合多了一個很好的選擇，可以避免材料龜裂的風險，相對的，在對於較耐熱的材料就適合C磨料。
如何選擇磨料?
1. 氧化鋁系磨料（A、WA）
- 抗拉強度高的工件材料（如軟鋼、不鏽鋼）。
- WA磨料在原有的特性上特別適合大面積加工及不耐熱的場合。
2. 碳化矽系磨料（C、GC）
- 抗拉強度低的工件材料（如鑄鐵、硬脆材料）。
- 硬脆材料（如陶瓷、玻璃）。
- 接觸面積大及需要低溫的作業，使用GC磨料效果更佳。
3.鋯氧、氧化鋁系磨料、鋯氧磨料
- 具有較高的耐高溫、耐磨性、良好的研磨性能、高韌性，適合高強度負荷。
- 提供比氧化鋁磨料更高的研磨比，可用於磨削鋼、鑄鐵、耐熱鋼、鈦、鎳合金、鋁合金、鈦合金、鎢等。
- 特別是研磨沃斯田鐵系不鏽鋼等韌性高的材料。
補充:沃斯田鐵系不鏽鋼:強度較低但加工性能一般，其塑性和韌性良好，並且在高低溫環境下具有穩定的力學性能，同時具備優異的耐酸性，因此被廣泛應用於工業設備、能源電力以及醫藥衛生等領域。
4. 超級磨料（鑽石、立方氮化硼/CBN）
- 鑽石磨料：適用於超硬合金、陶瓷及其他硬脆材料，但研磨鋼材時易熱磨耗，尤其是不可研磨鐵族元素。
- CBN磨料：適合含硬質粒子的金屬，如高速鋼、難削鋼，研磨效率極高，研磨比可達1000以上。
最後我們可以依據以下材料的特性來去選擇適合的磨料
- 軟韌材料（如軟鋼、不鏽鋼）：選用A或WA磨料。
- 硬脆材料（如鑄鐵、陶瓷）：選用C或GC磨料。
- 特殊難削材料（如高速鋼、超硬合金）：選用鑽石或CBN磨料。
- 接觸面積大及不耐高溫的作業：優先選擇WA或GC磨料。
- 研磨比需求高：鋯氧磨料、CBN磨料為更高效選擇。
結論
不同磨料根據其特性和適用範圍都有不同優勢。氧化鋁系磨料（A、WA）憑藉其韌性和穩定性，適合加工高抗拉強度材料，如軟鋼和不鏽鋼；碳化矽系磨料（C、GC）因脆性高，適合加工硬脆材料，如鑄鐵和陶瓷，尤其是接觸面積大的作業。鋯氧磨料則因其強韌性在高負荷研磨中表現卓越，特別適用於韌性高的沃斯田鐵系不鏽鋼。超級磨料（鑽石、CBN）則因其極高硬度，成為加工超硬合金、陶瓷和難削材料的理想選擇。選擇合適的磨料不僅能提升研磨效率，還能降低加工成本，滿足多樣化加工需求。
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