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biden, Carbonitriden und Nitriden bis zu einem Gehalt von max. 5%, vorzugsweise weniger als 2%, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es auf Grund einer Kornzähigkeit von zumindest 24200, bestimmt nach der in der Beschreibung angegebenen Methode, weitgehend spannung-un spannungsrissfrei als auch feinkristallin
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Die zwischen den !-A10 -Kristalliten befindliche eutektische Phase dient als Einbettmittel für das spröde, aber sehr schleiffähige A12 Os'Von der Zähigkeit der eutektischen Phase, die im wesentlichen von der Grösse der stäbchenförmigen ZrQ-Kristallite abhängig ist, hängt in hohem Masse die Kornzähigkeit des erfindungsgemässen Schleifmittels ab.
Um die Vorteile des erfindungsgemässen Schleifmaterials voll ausnützen zu können, sind Begleitstoffe wie Titan, Eisen, Chrom, Silicium, Vanadin, Calcium, Magnesium, Eisen und/oder Seltene Erden usw. in Form von Metallen, Oxyden, Carbiden, Nitriden oder Carbonitriden auf eine Menge von maximal 5%, vorzugsweise 2%, zu beschränken.
i Um ein erfindungsgemässes Schleifmittel herzustellen, das sowohl feinkristallin als auch spannung-un spannungsrissfrei ist und erhöhte Kornzähigkeit und Standzeit aufweist, ist es demnach notwendig, einen derartigen Abkühlverlauf zu gewährleisten, dass die Ausgleichstemperatur von Kühlmittel und erstarrter Schleifmittelschmelze 50 bis 250 C, vorzugsweise jedoch 100 bis 150 C, unter der Erstarrungstemperatur der Schleifmittelschmelze liegt, Es muss also bis zu einem Bereich von etwa 1400 bis 1550 C, vorzugsweise etwa 1450 bis 1500oC, je nach Reinheit und damit Erstarrungspunkt der Schmelze rasch abgekühlt werden.
Die weitere Abkühlung bis etwa 500 bis 6000C muss hingegen sehr langsam, das ist mit einer Geschwindigkeit von höchstens 400C pro Minute, vorzugsweise jedoch höchstens 20 C pro Minute erfolgen, um Spannungen und Spannungsrisse zu vermeiden.
Im folgenden werden mehrere Varianten von Herstellungen beschrieben, die zu dem erfindungsgemässen Schleifmittel führen.
Um einen geeigneten Abkühlungsverlauf zu erhalten, ist es besonders vorteilhaft, das im Lichtbogenofen geschmolzene Oxydgemisch durch Guss in eine Vorlage, in welcher sich ein geschmolzenes Salz oder Salzgemisch befindet, abzukühlen ; dieses Verfahren ist nicht vorbeschrieben. Der Vorteil desselben besteht darin, dass die vorgelegte Salzmenge so gewählt werden kann, dass deren Wärmekapazität ausreicht, um bis zirka 1400 bis 15000C eine sehr rasche Abkühlung der Schleifmittelschmelze zu bewirken. Dieser Abkühleffekt bis zur Erstarrung der Schleifmittelschmelze wird dadurch erhöht, dass geringe Teile der Salzschmelze durch lokale Überhitzung verdampfen und diese Verdampfung eine Zerteilung der Schleifmittelschmelze, verbunden mit einer ausserordentlich raschen Durchmischung hervorruft.
Der weitere Abkühlverlauf erfolgt sehr langsam, wobei die Salzschmelze vom Schleifmaterial vorteilhaft bei zirka 1200 C abgegossen wird. Danach wird das granulatförmige Schleifmaterial auf einen Siebrost aus Kohlenstoff gekippt, wo die restliche Salzschmelze abtropfen kann und das Schleifmaterial weiter langsam, d. i. höchstens 400C pro Minute, besser höchstens 200C pro Minute, abkühlen kann. Reste des Salzes können nach beendeter Abkühlung mit Wasser ausgewaschen werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Abkühlung von Schleifmittelschmelzen zwecks Herstellung eines erfindungsgemässen Schleifmaterials besteht darin, dass schmelzflüssige Schleifmittel in eine Kokillenform aus Graphit zu giessen, wobei der Abstand der Kokillenplatten nicht mehr als 3 mm betragen darf und die Stärke der Kokillenplatten so bemessen ist, dass die rasche Abführung der Wärme vom Schleifmaterial bis 1400 bis 15000C gewährleistet wird. Die Kokillenplatten sollen für den vorliegenden Fall eine Stärke von 4, 3 mm haben. Die weitere sehr langsame Abkühlung kann durch verschiedene Massnahmen, wie Einhüllen mit Asbestwolle, beeinflusst werden.
Einen ähnlichen Abkühlverlauf kann man erhalten, wenn man das schmelzflüssige Schleifmaterial auf vorgewärmte Stücke des gleichen Materials giesst, wobei die Vorwärmung der Stücke so gewählt werden muss, dass einerseits das vorgelegte Stückgut nicht schmilzt und anderseits eine ausreichend schnelle Ab-
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den.
Die Vorteile von erfindungsgemässen Schleifmaterialien sollen an Hand von Beispielen und Versuchsergebnissen näher aufgezeigt werden, wobei die Beispiele 1 und 2 die herkömmliche Herstellung von Schleifmaterialien betreffen und zum Vergleich der Eigenschaften von herkömmlichen und erfindungsgemässen Schleifmitteln dienen sollen.
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schnittlichen Grösse von 5 bis 20 mm vorlagen, gegossen. Nach dem Erkalten des Stück- und Schmelzgutes wurde nach der groben Vorzerkleinerung ein Teil des Stückgutes für neue Güsse absortiert und der Rest mit
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und WalzenmühlenKornzähigkeitstest, der in der Industrie eingeführt ist, geprüft.
Die Modifizierung des Battelle-Tests war notwendig, um bei den sehr zähen Zirkonkorundschleifmitteln bei geringeren Umlaufzahlen nach verkürzter Testzeit eine Aussage machen zu können.
Von dem zerkleinertenSchleifmaterial wurden die Kornfraktionen 10 und 12 (FEPA-Norm) mittels einer Rotap-Siebmaschine abgesiebt und je 50 g der beiden Kornfraktionen in eine Labor-Eisenkugelmühle eingefüllt, in welcher sich fünf Stahlkugeln mit 35 mm Durchmesser befanden. Im Innern der Eisenkugelmühle waren drei im Winkel von 120 zueinander versetzte Hubleisten angebracht.
Auf einem Walzenstuhl mit Umdrehungszählwerk wurde darauf die Kugelmühle so lange gedreht, bis zwei Drittel des eingesetzten Korns durch das Sieb 14 durchgingen. Die Kornzähigkeit wird durch die Anzahl der Umdrehungen definiert, die notwendig sind, um zwei Drittel der eingesetzten Kornfraktionen 10 und 12 so zu zerkleinern, dass das Produkt mit dem Sieb 14 abgesiebt werden kann.
Das Ergebnis des Kornzähigkeitstests ist in der Tabelle 1 enthalten. Da das Ergebnis der Kornzähigkeitsbestimmung in gewissem Masse von der Kornform abhängt und die Kornform das Schüttgewicht beein- flusst, ist in der Tabelle 1 auch das jeweilige Schüttgewicht des Schleifkorns angegeben.
Um eine Aussage über die Grösse der Gefügebestandteile machen zu können, wurde das Schleifmaterial mittels eines Rasterelektronenmikroskopes untersucht. Im besonderen wurde der mittlere Durchmesser der meist stäbchenförmigen ZrO -Kristallite in der eutektischen Phase des Gefüges bestimmt und festgestellt, dass diese im Bereich von 1000 bis 6000 , vornehmlich jedoch im Bereich von 1000 bis 3000 , liegt. Die Grösse der primär ausgeschiedenen a-A1203 -Kristallite lag im vorliegenden Beispiel zwischen 1 und 50jim.
Beispiel 2 : Ein geschmolzenes Oxydgemisch, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist, wurde durch Guss in eine Eisenkokille mit 3 mm Plattenabständen und 10 mm Plattenstärken gegossen.
Die weitere Verarbeitung und Prüfung erfolgte wie im Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 enthalten.
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Beispiel 3 : Ein Oxydgemisch nach Beispiel 1 wurde, wie dort beschrieben, geschmolzen und die Schmelze in eine kohleausgekleidete Vorlage gegossen, in welcher 1200 kg vorgeschmolzenes Calciumchlo- rid bei einer Temperatur von 8000C vorlagen. Nach Beendigung des Eingiessens war die Temperatur der Salzschmelze innerhalb von 5 sec auf zirka 14000C gestiegen.
Die Calciumchloridschmelze wurde vom erstarrten Schleifmaterial bei einer Temperatur von 1200 C, welche nach 40 min erreicht war, abgegossen und das in der Vorlage verbliebene Schleifmittel auf einen Siebrost gekippt, wo der Grossteil des noch anhaftenden Calciumchloride abtropfen konnte und das Schleifmittel weiter langsam abkühlte, d. h. die Temperatur fiel von 1200 auf 5000C in einer Zeit von zirka 3 h ab.
Die abgegossene Schmelze von Calciumchlorid beinhaltet soviel Wärmeenergie, dass sowohl für eine notwendige Ergänzung durch frisches Calciumchlorid als auch für die Stehzeit bis zum nächsten Guss keine Wärme zugeführt werden musste. Nach der groben Zerkleinerung des Schleifmittels wurde dieses mit fliessendem Wasser zur Entfernung des restlichen Calciumchlorids gelaugt.
Die nach der Trocknung und Zerkleinerung erfolgte Prüfung der im Beispiel 1 beschriebenen Kornzähigkeit ergab die in der Tabelle 1 angeführten Werte.
Die elektronenmikroskopische Untersuchung ergab, dass der mittlere Durchmesser der im Eutektikum
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zwischen 1 und 50 jum.
Beispiel 4 : Ein nach Beispiel 1 geschmolzenes Oxydgemisch wurde durch Guss in eine Kokille aus 4, 3 mm starken Graphitplatten gegossen, wobei der Abstand der Platten voneinander 3 mm betrug.
Das erhaltene Schleifmaterial wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, auf seine Kornzähigkeit geprüft.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 enthalten.
Der mittlere Durchmesser der im Eutektikum vorliegenden ZrC -Kristallite lag zwischen 2000 und 8000 , vorzugsweise jedoch zwischen 4000 und 6000 . Die primär ausgeschiedenen a-Al 0-Kristallite hatten eine Grösse von 1 bis 40 jim.
Beispiel 5 : Ein Oxydgemisch, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist, wurde geschmolzen und auf ein Bett von Stücken desselben Materials, welche vorher auf eine Temperatur von zirka 700 bis 7500C vorgewärmt wurde, gegossen. Die Grösse der Stücke lag zwischen 0, 5 und 20 mm. Nach Abkühlen des erhaltenen Stückes und Schmelzgutes auf eine Temperatur von 700 bis 8000C wurde eine grobe Zerkleinerung vorge-
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nommen und ein Teil davon zum Abkühlen neuer Güsse absortiert.
Die weitere Verarbeitung des restlichen Materials und Prüfung derselben erfolgte wie im Beispiel l.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 enthalten.
Die elektronenmikroskopische Untersuchung ergab eine ZrO-Kristallitengrösse zwischen 5000 bis 11000 , vorzugsweise zwischen 6000 bis 8000 . Die Grösse der primär ausgeschiedenen Q !-Al203-Kri- stallite lag zwischen 1 und 50 yam.
Beispiel 6 : Ein Oxydgemisch, bestehend aus 23,6% ZrO2, 73,8% Al2O3, 1,5% TiO2, 0,08% SiO2, 0, 2% CaO, 0, 15% MgO, Rest andere Oxyde, wurde geschmolzen und wie im Beispiel 4 beschrieben, abge- kühlt.
Die Ergebnisse der nach Beispiel l geprüften Schleifmittel sind in Tabelle 1 enthalten.
Die Bestimmung der Kristallitengrösse ergab ähnliche Werte wie im Beispiel 4 angegeben.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> Schüttgewicht <SEP> in <SEP> Kornzähigkeit
<tb> g/cm3
<tb> Schleifmittel <SEP> nach <SEP>
<tb> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 22 <SEP> 21 <SEP> 540
<tb> Schleifmittel <SEP> nach
<tb> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP> 22 <SEP> 700
<tb> Schleifmittel <SEP> nach
<tb> Beispiel <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 28 <SEP> 27 <SEP> 300 <SEP>
<tb> Schleifmittel <SEP> nach
<tb> Beispiel <SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 400 <SEP>
<tb> Schleifmittel <SEP> nach
<tb> Beispiel <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 24 <SEP> 26100 <SEP>
<tb> Schleifmittel <SEP> nach
<tb> Beispiel <SEP> 6 <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP> 24 <SEP> 200 <SEP>
<tb>
Nach den vorliegenden Ergebnissen wird eine deutliche Zunahme der Kornzähigkeit, womit eine Erhöhung der Standfestigkeit im Einsatz verbunden ist, durch das Fehlen von Spannungen und Spannungsrissen erreicht.
Verunreinigungen, soferne sie nicht in das Kristallgitter eingebaut werden, scheiden sich an den Korngrenzen ab und beeinflussen, wie im Beispiel 6 ersichtlich, negativ die Kornzähigkeit.
Die obigen nach der vorstehend beschriebenen Methode erhaltenen Kornzähigkeitswerte gelten mit Bezug auf die Schleifmittel 1 bis 6 annähernd auch bei geänderten, jedoch im Bereich von 20 bis 30% liegendem ZrO-Gehalt.