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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schleifmaterial, bestehend aus Körnern aus eutektischem aluminiumoxyd-zirkondioxyd-Gemisch und auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.
In der USA-Patentschrift Nr. 3, 181, 939 ist die rasche Kristallisation von Tonerde und Zirkonerde enthaltenden Schmelzen mit einem Gehalt von 10 bis 60 Gew.-% Zirkonoxyd beschrieben. Die eutektische Zusammensetzung liegt bei 41 Gew.-% Zirkondioxyd (Schmid and Viechnicki, Journal of Materials Science 5 [1970] S. 470 bis 473) und kann auf Grund von Verunreinigungen etwas schwanken.
Es wird angenommen, dass der genauere Wert bei etwa 43 Gew.-% Zirkondioxyd liegt. Die vorerwähnte Patentschrift offenbart die rasche Abkühlung der Schmelzen durch Eingiessen in Formen mit einem Fassungsvermögen von 22 bis 136 kg. Das verfestigte Produkt wird zu Schleifkörnern gemahlen, welche sich zum Putzen (Rohschleifen) eignen, wenn sie mit Harz zu einer Schleifscheibe gebunden sind.
Es konnte bereits festgestellt werden, dass die Herabsetzung der Kristallgrösse der vorwiegend vorhandenen Aluminiumoxydkristalle auf eine Grössenordnurg von etwa 50je- durch raschere Abkühlung zu einem verbesserten Schleifmaterial für Anwendungszwecke führt, bei dem Aluminiumoxyd-Zirkonoxyd-Legierungsschleifmaterialien brauchbar sind, wie beispielsweise beim Schleifen unter Hochdruck. Das Schleifmaterial war jedoch nicht für Präzisionsarbeiten oder Halbpräzisionsarbeiten oder andere unter geringer Belastung durchzuführende Zwecke oder für den allgemeinen Gebrauch als Schleifmaterialschicht verwendbar.
Weiters ist die Verwendung von Schleifkörnern gemäss der USA-Patentschrift Nr. 3, 181, 939, die abge- kiihlt worden waren, um Aluminiumoxydkristalle von 50 Jl- oder weniger in Schleifmaterialschichten zu ergeben, für schwere Arbeiten bei der Entfernung von Metallen durch Abschleifen bekannt. Bei solchen Anwendungszwecken stellt das Schleifmaterial gegenüber den dem Stand der Technik angehörenden bekannten Schleifmaterialien eine Verbesserung dar.
Unter milderen Schleifbedingungen jedoch, wie sie beim Präzisionsschleifen und Halbpräzisionsschlei- fen sowie bei der Anwendung des Schleifmaterials in Schichtform vorherrschen, haben sich bisher Schleifmaterialien auf der Basis von monokristallinem Aluminiumoxyd oder Siliziumcarbid bestens bewährt und wurden Aluminiumoxyd-Zirkonoxyd-Schleifmaterialien nicht verwendet.
Im Zuge der Bestrebungen, eine noch feinere Mikrostruktur im Schleifmaterial durch noch rascheres Abkühlen zu erzielen, wurde das erfindungsgemässe Schleifmaterial gefunden. In Übereinstimmung mit dem Trend früherer Ergebnisse, gemäss welchen eine raschereAbkühlung zubesserenSchleifmaterialien für harte Schleifbedingungen führt als eine weniger rasche Abkühlung, war zu erwarten, dass auch das am raschesten abgekühlte Material diesem Trend folgen würde.
Unerwarteterweise wurde jedoch gefunden, dass bei der Verarbeitung nahezu eutektischer Zusammensetzungen das resultierende neue Schleifmaterial, welches den Gegenstand der Erfindung bildet, für mildere Schleifbedingungen und weitere Verwendungszwecke, für welche die bisherigen Aluminiumoxyd-ZirkonoxydSchleifmaterialien unbrauchbar waren, verwendbar ist.
Die Variation der Kühlgeschwindigkeiten und der Grenzen der Zusammensetzung hat gezeigt, dass nahezu eutektische Gemische von Aluminiumoxyd und Zirkonoxyd die neu gefundenen Eigenschaften nur dann aufweisen, wenn die Verfestigung so rasch erfolgt, dass ein wesentlicher Anteil des Zirkondioxyds in der tetragonalen Kristallform vorliegt, und wenn der durchschnittliche Durchmesser der Masse der Zirkonstäbchen im Material bei 1000 und feiner liegt.
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dioxyd zum Zweck der Herstellung von Schleifmaterialien, sie offenbart jedoch nicht die Anwendung einer nahezu eutektischen Zusammensetzung und die äusserst rasche Abkühlung derselben aus dem Schmelzzustand.
Die gemäss der brit. Patentschrift vorgeschlagene Kühlung würde nicht ausreichen, die erfindungsgemäss erhaltene Struktur zu erzielen, obgleich die Kühlung möglicherweise rascher ist als bei andern Methoden.
Die in dieser Patentschrift verwendete Form ist für eine ausreichend rasche Abkühlung der eutektischen Zusammensetzung ungeeignet.
Die rasche Kühlung bestimmt den Durchmesser und den Abstand der Zirkondioxydstäbchen voneinander sowie den Anteil an tetragonalem Zirkondioxyd im Endprodukt.
Bis zum Zeitpunkt der Erfindung war die tetragonale Form von Zirkonoxyd bei Raumtemperatur unbekannt, ausser es wurde in Pulverform in einer Kristallgrösse von 100 bis 300 A ohne Einsatz des Schmelzverfahrens hergestellt, oder wenn die Herstellung im Plasmasprühverfahren von nicht Aluminiumoxyd enthaltenden Zusammensetzungen oder von Aluminiumoxyd-Zirkonoxyd-Gemische mit einem Gehalt von mehr als 60 Mol-% (63 Gew.-%) Zirkonoxyd erfolgte, wie von A. Dietzel in Berichten der Deutschen Keramischen Gesellschaft e. V., 3. März 1965, S. 61 bis 102 berichtet wird.
Erfindungsgemäss wurde festgestellt, dass durch Modifizierung der Abkühlungsbedingungen bei diesen Schleifmaterialien und durch Anwendung eines nahezu eutektischen Gemisches von Aluminiumoxyd und Zirkonoxyd eine ganz neue Art von Schleifmaterialien erzeugt werden kann, die bei milderen Schleifbedingungen verwendbar ist, für welche Bedingungen bisher die Schleifmaterialien auf der Basis von Aluminiumoxyd und Zirkonoxyd sowohl in Form von Schichten als auch in gebundener Form als nicht geeignet angesehen wurden.
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teln auf Aluminiumoxyd-Zirkonoxyd-Basis durch seine Fähigkeit, Schneidkanten zu besitzen, was im Gegensatz zu den langsamer abgekühlten Materialien oder anders zusammengesetzten Materialien des Standes der Technik steht, welche die Tendenz besitzen, durch Abnützung Flachstellen zu bilden, wenn sie für Präzi- sions-oder Halbpräzisionszwecke eingesetzt werden, wie beispielsweise das spitzenlose Schleifen, Gewindeschleifen, Walzenschleifen, Aufwalzen, und wenn s ie als Beschichtungen vorliegen.
Die Mikrostruktur des neuen'Schleifmaterials ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Anhäufungen in der Grösse des Mikronbereiches bis zu 600 bu in einem willkürlichen Schnittdurchmesser (wie beispielsweise einem polierten Schnitt oder einem Dünnschnitt) aufgebaut ist und aus orientierten (in bezug auf sich selbst und das Aluminiumoxyd) stäbchenförmigen Kristallen von Zirkonoxyd, umgeben durch ein Gefüge von Aluminiumoxyd, besteht, wobei das Verhältnis von Aluminiumoxyd zu Zirkonoxyd jenes der eutektischen Zusammensetzung ist, nämlich 41 bis 43 Gew.-% Zirkonoxyd.
Es kann ein allgemeiner Überschuss an Aluminiumoxyd in der Zusammensetzung vorliegen. Auf der Oberfläche der Anhäufung ist ein Y-Muster zu ersehen, welches die Wachstumsgeschichte der Kolonie wieder-
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messer, obgleich auch einige wenige grössere Stäbchen, je nach der örtlichen Lage, während der Abkühlung zugegen sein können. Die Stäbchen erstrecken sich gewöhnlich in parallelen Gruppen senkrecht zu Stirnflächen der Anhäufung vom Mittelpunkt aus. Das heisst, dass die Stäbchen senkrecht zu den Grenzschichten einer Anhäufung wachsen.
Als Ergebnis hievon resultiert eine Stäbchenorientierung, welche von einer im wesentlichen senkrechten Anordnung zur Schnittebene in der Mitte der Anhäufung zu einer nahezu parallelen Anordnung zur Schnittebene nahe der Grenzflächen in einem idealen Schnitt parallel zur Kühlfläche, jedoch im Abstand zu derselben, verläuft.
Eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft dererfindungsgemässenSohleifmaterialien ist dieAssoziation von Gruppen oder Anhäufungen mit identischer Orientierung. Solche Gruppen oder Anhäufungen werden gemäss der Terminologie des Metallurgen als Kerne bezeichnet. Diese können 2 bis 100 oder mehr Anhäufungen umfassen.
Die Analyse mit dem Elektronenmikroskop zeigt, dass die grössere Anhäufung an Verunreinigungen (94% oder mehr) in den Grenzbereichen zwischen den Anhäufungen und den Kernen vorhanden ist. Das Grenzschichtmaterial besteht aus den Verunreinigungen in glasartiger und kristalliner Form und kann elementare Metalle und Verbindungen von Metallen mit Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff enthalten.
In der Grenzphase werden auch Aluminium und Zirkon in kombinierten Formen gefunden. Die Kolonien bestehen im wesentlichen aus Aluminiumoxyd und Zirkonoxyd, sie können auch TiO oder andere Materialien in Feststoff enthalten, ohne dadurch die Härte oder die Festigkeit nachteilig zu beeinflussen.
Schleifkörner, welche durch Zermahlen der verfestigten Schleifmasse resultieren, enthalten eine Vielzahl von Anhäufungen oder Zellen und können, je nach ihrer Grösse, eine Vielzahl von Kernen enthalten.
Handelsübliche Korngrössenbereiche liegen zwischen etwa 6 Grit und 180 Grit, wie beispielsweise herkömm- lichen Komgrossenbezeichnungen, z. B. dem U. S. DepartmentofCommerceCommercial Standard CS 271-65, 12. April 1965, zu entnehmen ist.
Die oben erwähnte parallele Orientierung von assoziierten Anhäufungen und Kernen äussert sich in den einmaligen Brucheigenschaften des erfindungsgemässen Materials, welches sich insbesondere zur Verwendung als Schichtschleifmaterial, beispielsweise hergestellt nach dem Verfahren gemäss Beispiel 1, eignet.
Ein solcher Bruch, der grösstenteils entlang der Anhäufungs- oder Kerngrenzbereiche stattfindet, resultiert in geriefelten oder säulenförmigen Flächen entlang der Bruchebene parallel zu den Längsachsen der Anhäufungen und in einer abgestuften Fläche bei Brüchen senkrecht zur Achse der erwähnten Anhäufungen. Die durch den Schnitt von zwei Flächen definierten Kanten sind diskontinuierlich, ausgezackt und scharf. Desgleichen ist bei einigen Brüchen ein zackiger und irregulärer Verlauf in der Säulenstruktur festzustellen, der offensichtlich aus einer schwachen Fehlausrichtung von Kolonien in benachbarten Kernen resultiert.
Die oben beschriebene Art des Bruchverlaufes, welche bei insbesondere für Schichtschleifmaterialien geeigneten Kernen auftritt, wird im Zusammenhang mit der Erfindung als"pseudohackig"bezeichnet, zum Unterschied vom Ausdruck"haokig", der zur Bezeichnung eines etwas andern Bruches verwendet wird, der bei Mineralien auftritt (einkristalline oder manchmal polykristalline Verbindungen oder Elemente) zum Unterschied von der (eutektischen) Zusammensetzung des feinkristallinen Schleifmaterials gemäss der Erfindung.
Wenn ein Grossteil des gekörnten Schleifmaterials in einem gegebenen Materialansatz gemäss der Erfindung den oben beschriebenen pseudohackigen Bruch besitzt, so eignet es sich besonders zur Anwendung als Schichtschleifmaterial.
Weiters wurde gefunden. dassbei einemSchleifmaterial, erzeugt durch Guss von mehrerenlOO kg, das Material gewöhnlich nicht zur Gänze homogen ist und Körner enthalten kann, welche die Gegenwart von primären (nicht eutektischen) Aluminiumoxydkristallen, Kernen, welche die Gegenwart von primären Zirkondioxyd-
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<tb>
<tb> EinSiO <SEP> 5, <SEP> 24% <SEP>
<tb> Fie203 <SEP> 0, <SEP> 14%
<tb> Ti02 <SEP> 0, <SEP> 24%
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 24% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 12% <SEP>
<tb> AlOg <SEP> 9, <SEP> 80% <SEP>
<tb> ZrO <SEP> 84, <SEP> 2% <SEP> (einschliesslich <SEP> Hafniumoxyd), <SEP>
<tb>
wobei die verbleibenden 32 1/4 Teile Zirkonoxyd folgende angenäherte Gewichtsanalyse haben :
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<tb>
<tb> Silo <SEP> 0, <SEP> 56% <SEP>
<tb> Fe2g <SEP> 0, <SEP> 10% <SEP>
<tb> TiO <SEP> 0, <SEP> 26% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 12% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 03% <SEP>
<tb> A1203 <SEP> 0, <SEP> 46% <SEP>
<tb> ZrO <SEP> 98, <SEP> 5% <SEP> (einschliesslich <SEP> Hafniumoxyd) <SEP>
<tb>
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In einem Lichtbogenofen, der für den Guss des geschmolzenen Inhaltes eingerichtet war, wurde die Mischung in üblicher Weise verschmolzen. In dem Ofen mit einem Fassungsvermögen von 113 dm3 wurden zwei Graphitelektroden mit einem Druckmesser von 100 mm, in einem Abstand voneinander von 200 mm (Mitte zu Mitte) verwendet, der Ofen wurde mit 85 V und 175 kW betrieben.
Die durchschnittliche Beschickungsgeschwindigkeit betrug 79 bis 136 kg/h. Das Produkt wurde in eine Gusseisenkokille vergossen, welche mit Stahlkugeln von 25, 4 mm Durchmesser gefüllt war. Insgesamt wurden 776 kg Material in einer Reihe von Güssen vergossen. Das Produkt hatte folgende durchschnittliche Analyse :
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<tb>
<tb> Nap <SEP> 0, <SEP> 04% <SEP>
<tb> Si02 <SEP> 0, <SEP> 25% <SEP>
<tb> Fe203 <SEP> 0, <SEP> 13% <SEP>
<tb> Tri02 <SEP> 0, <SEP> 16% <SEP>
<tb> Zr02 <SEP> 40, <SEP> 07% <SEP>
<tb> A1203 <SEP> 59, <SEP> 35% <SEP> (Rest) <SEP> :
<SEP>
<tb>
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ser des Zirkondioxyds im Eutektikum 2000 bei einem Minimaldurchmesser von 100 betrug, wobei die Stäbchen mit grösserem Durchmesser nur in geringen Mengen in den langsamsten Abkühlbereichen des Produktes vorlagen (am weitesten von der kühlenden Kugeloberf1äche entfernt).
Das Zirkonoxyd lag zu 31% in der tetragonalen Form vor, der Rest war die monokline Form, wie durch Messung des Winkelteiles des Massenpunktes des Pulver-Röntgenstrahlenbrechungsmusters für die mono- klineDublettenspitzeunddietetragonaleSpitze, bei30, 30 (2 e) furdietetragonale Spitze und bei 28, 3 und 31, 50 für das monokline Dublett, bei Anwendung einer Kupfer K-Strahlung bestimmt wurde.
Der Massenpunkt des monoklinen tetragonalen Triplets wird durch herkömmliche mathematische Verfahren nach sorgfältigem Zählen des Profils des Triplets bestimmt, wobei der wahrscheinliche Zählfehler in der Grössenordnung von 2,5% oder weniger liegt.
Der Gewichtsprozentanteil an tetragonaler Form kann sodann von einer Kalibrierungskurve abgelesen werden, die auf folgenden Parametern basiert : Bereich (integrierte Intensität) des monoklinen Dubletts,
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Lage des tetragonalen Dubletts Xt, (gemessen aus 27, 000) = 3, 2660.
Diese Parameter wurden von bekannten Proben, enthaltend 100% tetragonale und 100% monokline Form des Zirkonoxyds, erhalten. Es ist offensichtlich, dass die spezifischen Werte für den Bereich und die Lage der Spitzen in der Röntgenstrahlenaufzeichnung etwas in Abhängigkeit von der instrumentellen Anordnung der Qualität der verwendeten Proben variieren.
Im Falle des tetragonalen Zirkonoxyds bestand die Probe aus 40% Zirkonoxyd und 60% Aluminiumoxyd.
Aus den Masseabsorptionskoeffizienten kann errechnet werden, dass die wirkliche Intensität der monoklinen Spitze im Bereich des 60% eigen Aluminiumoxyds 0,58 mal der gemessenen integrierten Intensität ist, wobei sich ein wirklicher relativer Wert von 72,73 Einheiten ergibt.
Es kann eine Kalibrierungskurve erhalten werden, bei welcher X die Winkelstellung (gemessen aus 27, 000) des Massenpunktes ist und w die Gewichtsfraktion des tetragonalen Zirkonoxyds aus folgender Gleichung darstellt :
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oder von der Kalibrierungskurve abgelesen werden.
Auf diese Weise wurden alle hier wiedergegebenen Prozentangaben der tetragonalen Form erhalten. Es wurde gefunden, dass eine Kühlgeschwindigkeit, die so gross ist, dass wenigstens 25% des Zirkonoxyds in der tetragonalen Form vorliegen, notwendig ist, um das erfindungsgemässe Schleifmaterial zu erhalten.
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tetragonalem Zirkonoxyd zunimmt. Es wurde gefunden, dass bei in Luft abgeschrecktem Material mit 100% tetragonalem Zirkonoxyd im wesentlichen das ganze Aluminiumoxyd in der Deltaform vorliegt, wie man durch Pulver-Röntgenbeugung nachweisen kann.
Das Produkt gemäss Beispiel 1 wurde in einem 508 x 152 mm Backenbrecher zerkleinert, wobei ein Produkt von einer Korngrösse von 12, 7 mm und weniger erhalten wurde. Dieses 12, 7 mm im Durchschnitt grosse Produkt wurde sodann weiter mittels Walzen oder durch Schlagzerkleinerung auf die gewünschte Grösse zur Verwendung in gebundenen oder geschichteten Schleifmaterialien gebracht. Das Schleifmaterial besitzt ausgezeichnete Eigenschaften in der Verwendung unter milden und etwa schärferen Schleifbedingungen.
Beispiel 2 : Ein Schmelzansatz ähnlich jenem gemäss Beispiel 1 wurde hergestellt, wobei ein Gemisch aus 60 GeW. -Teilen 90%igem Aluminiumoxyd, 10% Zirkonoxydmaterial und 42 3/4 Gew.-Teilen des reineren Zirkonoxydmaterials gemäss Beispiel 1 verwendet wurde. Es wurden drei Giessmethoden angewendet. 525 kg des Produktes wurden auf Stahlkugeln von einem Durchmesser von 25, 4 mm gegossen, 100 kg auf Stahlkugeln von einem Durchmesser von 15, 8 mm und 54 kg zwischen Stahlplatten, welche voneinander 4, 76 mm entfernt lagen. Die Analyse des Produktes war :
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<tb>
<tb> SiO <SEP> 0, <SEP> 18% <SEP>
<tb> Fe <SEP> 0, <SEP> 13%
<tb> Ti02 <SEP> 0, <SEP> 13% <SEP>
<tb> Zr02 <SEP> 40, <SEP> 40% <SEP>
<tb> NaO <SEP> 0, <SEP> 05% <SEP>
<tb> A1203 <SEP> 59, <SEP> 11%. <SEP>
<tb>
Die Mikrostruktur und der Gehalt an tetragonalem Zirkonoxyd waren gleich jenem des auf die Stahlkugeln mit 25, 4 mm Durchmesser in Beispiel 1 gegossenen Materials, die Mikrostruktur war jedoch feiner und der Gehalt an tetragonalem Zirkonoxyd höher.
Das zerkleinerte Schleifmaterial wurde zur Herstellung von Schleifscheiben für Testversuche verwendet.
Das Bindemittel in den Schleifscheiben bestand aus 75 Gew.-% pulverformigem 2-stufigem Phenol-Formaldehydharz und 25% Bariumsulfat als Füllstoff. Bei der Herstellung der Schleifscheiben wurden die Schleifmittelkörner mit einem flüssigen einstufigen Phenolformaldehydharz benetzt und mit dem gepulverten Harz (welches 8 bis 9% Hexamethylentetramin enthielt) und dem Füllstoff vermischt.
Zwei Arten von Schleifscheiben wurden durch Kaltpressen in einer Form und üblichem Aushärten bei einer oberen Temperaturgrenze von 1750C hergestellt, wobei eine Schleifscheibe 54% Schleifmittel, 22% Bindemittel und 24% Poren und die andere 54% Schleifmittel, 26% Bindemittel und 20% Poren (auf das Volumen bezogen) aufwies.
Eine ähnliche Reihe von Schleifscheiben unter Verwendung herkömmlichen geschmolzenen Aluminiumoxyds wurde zu Vergleichszwecken hergestellt und zum Putzen von Gussstücken unter Verwendung einer üblichen Handschleifmaschine verwendet.
In den Test wurde ein pneumatischer Gradschleifer mit einer Schleifscheibengeschwindigkeit von 5900 Umdr/min verwendet. Die Schleifscheiben hatten einen Durchmesser von 152 mm und eine Stärke von 25, 4 mm. Das Werkstück war ein Gussstahlzylinder mit einem Aussendurchmesser von 304 mm und einem Innendurchmesser von 273 mm, der auf einem rotierenden Tisch mit 12 Umdr/min montiert war. Der Schleifdruck (zwischen Schleifscheibe und der 15, 8 mm Wandfläche des Werkstückes) betrug 11, 8 kg.
Die Schleifscheibenabnutzung (W) in cm3/h, die Kilogrammenge des vom Werkstück entfernten Metalles (M) und das Schleifverhältnis (G) in kg an entferntem Metall pro cm3 Schleifscheibenabnutzung sind nachstehend für die Standard-Schleifscheiben und die beiden Testschleifscheiben angegeben.
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<tb>
<tb>
Schleifscheibe <SEP> W <SEP> M <SEP> G
<tb> Standard <SEP> (22% <SEP> Binder) <SEP> 148, <SEP> 62 <SEP> 3, <SEP> 31 <SEP> 0, <SEP> 200 <SEP>
<tb> Standard <SEP> (26% <SEP> Binder) <SEP> 116, <SEP> 30 <SEP> 3, <SEP> 08 <SEP> 0, <SEP> 236 <SEP>
<tb> Test <SEP> (22% <SEP> Binder) <SEP> 73, <SEP> 60 <SEP> 3, <SEP> 20 <SEP> 0, <SEP> 419 <SEP>
<tb> Test <SEP> (26% <SEP> Binder) <SEP> 68, <SEP> 69 <SEP> 3, <SEP> 41 <SEP> 0, <SEP> 488 <SEP>
<tb>
Obige Angaben zeigen, dass die weichere Testschleifscheibe mehr als zweimal so wirksam war wie die Standardschleifscheibe, wogegen die härtere Schleifscheibe fast zweimal (1, 89 mal) wirksamer war als die härtere Standardschleifscheibe.
Diese Angaben veranschaulichen die unerwarteten Vorteile des neuen
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Schleifmaterials unter milden Schleifbedingungen (geringe Drücke, weichere Scheiben).
Das in diesem Test verwendete Schleifmaterial wurde zuerst in einem Backenbrecher, wie in Beispiel 1, zerkleinert und sodann einer Schlagzerkleinerung unterworfen, so dass ein Material erhalten wurde, welches durch ein 6-Maschensieb hindurchging und von einem 24-Maschensieb zurückgehalten wurde, wobei die durch 6 Maschen hindurchgehende und auf 10 Maschen zurückgehaltene Fraktion der Körnung sodann mit Walzen zerkleinert und gesiebt wurde, um ein Schleifmaterial von einer Korngrösse von 24 Grit zu ergeben, welches zur Herstellung der Schleifscheiben verwendet wurde.
Im wesentlichen gleichwertige Ergebnisse werden erhalten, wenn man den Backenbrecher und/oder den Walzenbrecher an Stelle des Schlagbrechers einsetzt. Bei den Standard-Schleifscheiben wurde regulär geschmolzenes und auf einen Walzenbrecher zerkleinertes Aluminiumoxyd verwendet, welches durch Schmelzen von Bauxit hergestellt wurde und typische Analysenwerte von 95% oder mehr AI, % und einem Rest von 5% oder weniger aus hauptsächlich Kieselsäure, Eisen und Titanoxyd hatte.
Das auf Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 15, 8 mm gegossene Material gemäss Beispiel 2 hatte eine etwas feinere Mikrostruktur als das Material, welches auf Kugeln mit einem Durchmesser von 25, 4 mm gegossen wurde, und hatte einen höheren Gehalt an tetragonalem Zirkonoxyd. Das zwischen Stahlplatten ge-
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Bei dieser Giessmethode wird das geschmolzene Schleifmaterial von oben in eine Vielzahl von im Abstand gehaltenen vertikalen Stahlplatten eingegossen, wobei jede Platte eine Stärke von 12 mm oder mehr besitzt und beispielsweise von der andern 4, 7 mm entfernt ist. Das Produkt wird aus dem Zwischenraum zwischen den Flächen der Stahlplatten entfernt. Der Gehalt an tetragonalem Zirkonoxyd beträgt 67%, die Schleifeigen- schaften dieses Produktes sind ausgezeichnet.
Beispiel 3 : DieOfenbeschickung bestand aus 60 Gew. -Teilen 90%igemAluminiumoxyd, 10% Zirkon- oxyd und 42 3/4 Teilen des in Beispiel 1 verwendeten reinerem Zirkonoxyds.
Das Gemisch wurde in üblicher Weise mit durchschnittlich 175 kW und 85 V geschmolzen. Es wurde ein
Produkt in der Menge von 142, 3 kg, gegossen auf Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 25, 4 mm, erhal- ten. Das Produkt hatte folgende durchschnittliche Analysenwerte :
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<tb>
<tb> Si02 <SEP> 0, <SEP> 17% <SEP>
<tb> Fep3 <SEP> 0, <SEP> 15% <SEP>
<tb> TiO <SEP> 0, <SEP> 13% <SEP>
<tb> zr02 <SEP> 38, <SEP> 09% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 09% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 02% <SEP>
<tb> Na <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 03% <SEP>
<tb>
Der als Unterschied errechnete Gehalt an Aluminiumoxyd beträgt in diesem Falle 61, 32%. Die Verunreinigungen sind im wesentlichen in den Grenzschichten zwischen Anhäufungen und Kern zugegen.
Wenngleich die Bestandteile in der Analyse alle als Oxyde angegeben sind, sind gewöhnlich im Grenzschichtmaterial einige Carbide, Oxycarbide, Nitride, Carbonitride, Oxynitride, Suboxyde und manchmal elementares Metall zugegen. Die Analyse eines typischen Produktes zeigte einen Gehalt von etwa 0, 1% Stickstoff und 0, 02 bis 0, 1% Kohlenstoff.
Dies kann auch durch den Gewichtsanstieg des Materials, wenn es Oxydationsbedingungen ausgesetzt wird, demonstriert werden. Es wird angenommen, dass ein Teil dieses Gewichtsanstieges auf die Aufnahme von Sauerstoff durch nichtstöchiometrisches Zirkonoxyd in den Anhäufungen zurückzuführen ist. Wenn elementare Metalle oder Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen abwesend sind, kann ein gewisser Gewichtsanstieg festgestellt werden.
Beispiel 4 : Nach dem Bayer-Verfahren hergestelltes Aluminiumoxyd und Baddeleyit wurden im Ver- hältnis von 44, 4 Teilen Baddeleyit zu 60, 5 Teilen Bayer-Aluminiumoxyd zusammen mit 2 Teilen Anthrazitkohle verwendet und das geschmolzene Gemisch wurde auf 25, 4 mm Stahlkugeln gegossen.
Die angenäherte Produktanalyse war folgende
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<tb>
<tb> SiO <SEP> 0, <SEP> 11%
<tb> Fep3 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> % <SEP>
<tb> TiO <SEP> 0, <SEP> 36% <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> ZrO <SEP> 40, <SEP> 36% <SEP>
<tb> Nap <SEP> 0, <SEP> 08% <SEP>
<tb> MgO, <SEP> CaO <SEP> 0, <SEP> 08% <SEP>
<tb> und <SEP> andere
<tb> Oxyde
<tb> A1203 <SEP> 58, <SEP> 2% <SEP>
<tb>
Der als Quelle für Zirkonoxyd verwendete Baddeleyit hatte folgende durchschnittliche Analysenwerte
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<tb>
<tb> Si02 <SEP> 0, <SEP> 63% <SEP>
<tb> Fe203 <SEP> 0, <SEP> 53% <SEP>
<tb> Ti02 <SEP> 0, <SEP> 67% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 63% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 70% <SEP>
<tb> pro <SEP> 96, <SEP> 8 <SEP> %. <SEP>
<tb>
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gestellt nach der Arbeitsweise gemäss Beispiel l, wurde in einem Walzenbrecher zerkleinert.
Das zerkleinerte Material wurde sodann gesiebt (um Körner mit einer Korngrösse von 36, wie in P. S. 8-67, U. S. Department of Commerce definiert ist, auszuscheiden), und das gesiebte Material wurde sodann mit Wasser gewaschen. Sodann wurde das Schleifmaterial einem Magnetfeld ausgesetzt, um alle magnetischen Teilchen daraus zu entfernen.
Auf eine 0, 75 mm starke Vulkanfiberunterlage (254 x 279 mm) (13 kg Sandpapier-Ries) wurde ein Kleb-
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<tb>
<tb> :Bestandteile <SEP> Gewicht
<tb> 1) <SEP> Flüssigharz <SEP> Nr. <SEP> l, <SEP> einPhenolformaldehyd-Resolharz <SEP>
<tb> mit <SEP> einem <SEP> Verhältnis <SEP> von <SEP> Formaldehyd <SEP> zu <SEP> Phenol <SEP> von
<tb> 1, <SEP> 7 <SEP> zu <SEP> 1, <SEP> kaustisch <SEP> katalysiert, <SEP> Feststoffgehalt <SEP> 73%. <SEP> 1644 <SEP> g
<tb> 2) <SEP> Flüssigharz <SEP> Nr.
<SEP> 2, <SEP> ein <SEP> Phenol-Formaldehyd-Resolharz
<tb> mit <SEP> einem <SEP> Verhältnis <SEP> von <SEP> Formaldehyd <SEP> zu <SEP> Phenol <SEP> von
<tb> 0, <SEP> 94 <SEP> zu <SEP> 1, <SEP> kaustisch <SEP> katalysiert <SEP> mit <SEP> einem <SEP> Feststoffgehalt <SEP> von <SEP> 78,4% <SEP> 650 <SEP> g
<tb> 3) <SEP> CaCO <SEP> (14 <SEP> jn) <SEP> 3300g <SEP>
<tb> 4) <SEP> Wasser <SEP> 165 <SEP> g,
<tb> um <SEP> eine <SEP> Viskosität
<tb> von <SEP> 8000 <SEP> ePs <SEP> bei
<tb> 370C <SEP> zu <SEP> ergeben.
<tb>
Auf den Klebstoff wurde sodann im Elektrobeschichtungsverfahren das vorerwähnte Zirkondioxyd - Alu - miniumdioxyd-Schleifkorn aufgebracht. Die Menge an niedergeschlagenem Schleifmittel betrug 26, 7 kg pro Ries. Die auf diese Weise beschichtete Unterlage wurde sodann 45 min lang auf 60OC, 45 min lang auf 79 C, 60 min auf 104 C und 90 min lang auf IZlc erhitzt.
Auf die aus dem Schleifkorn bestehende Oberfläche wurde sodann eine Leimschicht von der obigen Zusammensetzung aufgebracht, welche jedoch einen Zusatz von Wasser (200 g HO) enthielt, um eine verdiinntere Zusammensetzung zu bilden. Diese Zusammensetzung wurde in einer Menge aufgebracht, die ausreicht, einen Leimüberzug von 12, 2 bis 13, 3 kg pro Ries (Nassgewicht) zu bilden. Das beschichtete Substrat wurde 45 min auf 46 C, 60 min auf 650C, 45 min auf 79 C, 45 min auf 930C, 180 min auf 107 C und 45 min auf 1120C erhitzt und auf diese Weise getrocknet und gehärtet.
Das auf diese Weise hergestellte Schleifmaterial wurde sodann über Nacht bei 210C einer relativen Luft-
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feuchtigkeit von 50% ausgesetzt, wonach aus ihm zum Zwecke der Bewertung eine Scheibe ausgeschnitten wurde. Vor der Bewertung wurde das runde Schleifpapier von Wellungen befreit, indem es in üblicher Weise doppelt gebogen wurde, wobei eine Biegung senkrecht zur andern durchgeführt wurde.
Beispiel 5a : Die Schleifscheibe gemäss Beispiel 5 wurde auf einer Standmaschine auf Stahl mit 0,2% C gewertet. Bei dieser Maschine bewegt sich ein Werkstück (3, 17 x 25, 4 x 25, 4 x 247 mm - Winkeleisen) über eine Entfernung von 197 mm vor und zurück, wobei die 3, 17 mm-Flächen mit dem mit einer Geschwindigkeit von 3450Umdr/min rotierenden Schleifscheibe geschliffenwerden. Gegen die Oberfläche der Schleifscheibe bzw. gegen das Werkstück wurde mittels eines Phenolharzkissens ein Druck von 5, 44 kg aufrecht erhalten. Die Oberfläche der Schleifscheibe lag in einem Winkel von 100 zu der zu schleifenden Oberfläche.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Schleifscheibe wurde mit einem ähnlichen Schleifprodukt verglichen, bei dem jedoch das aufgebrachte Schleifkorn aus herkömmlichem hochreinemAluminiumoxyd bestand. Nach einer Zeitdauer von 10 min wurden durch die erfindungsgemässe Schleifscheibe 166% im Vergleich zur Kontrollschleifscheibe geschnitten.
Beispiel 5b : Die gemäss Beispiel 5 hergestellte Schleifscheibe wurde in der in Beispiel 5a erwähnten Standmaschine bewertet, mit der Ausnahme, dass ein Werkstück aus rostfreiem Stahl (C max. 0, 8% ; Mn max 2, 0% ; P max 0, 045%, S max 0, 03% ; Si max 1, 0% ; Cr 18 bis 20% ; Ni 8 bis 12%) verwendet und die Schleif- scheibe gegen das Werkstück mit einer Kraft von 45,3 kg gedruckt wurde.
Das erfindungsgemässe aufgeschichtet Schleifmaterial schnitt in 6 min 154% im Vergleich zu der aus äusserst reinem Aluminiumoxyd bestehenden Kontrollscheibe.
Beispiel 5c : Ein Zirkonoxyd-Aluminiumoxyd-Schleifkornmaterial (40% ZrO), hergestellt in der in den Beispielen 1 und 2 angegebenen Weise (Guss auf Stahlkugeln von 25,4 mm Durchmesser), wurde in einem Backenbrecher zu Klumpen von etwa 12,7 mm zerkleinert. Dieses Schleifmaterial wurde sodann in einem Walzenbrecher auf eine Grösse von 36 grit gebracht, gesiebt, mit Wasser gewaschen und von magnetischen Teilchen befreit.
Es wurde ein herkömmlicher Phenol- Formaldehyd-Klebstoff durch Zusammenmischen der folgenden Bestandteile hergestellt.
EMI9.1
<tb>
<tb>
Bestandteile <SEP> Gewicht
<tb> Phenolformaldehydharz <SEP> (ein <SEP> Harz <SEP> mit <SEP> einem
<tb> Feststoffgehalt <SEP> von <SEP> 78%, <SEP> einem <SEP> Verhältnis <SEP>
<tb> von <SEP> Formaldehyd <SEP> zu <SEP> Phenol <SEP> von <SEP> 2, <SEP> 01 <SEP> zu <SEP> 1,
<tb> kaustisch <SEP> katalysiert <SEP> und <SEP> mit <SEP> Dipropylenglykol <SEP> modifiziert. <SEP> 8, <SEP> 16 <SEP> kg
<tb> Harz <SEP> Nr. <SEP> 2 <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 40 <SEP> kg
<tb> CaCO <SEP> (14 <SEP> un) <SEP> 14, <SEP> 06 <SEP> kg
<tb> H20 <SEP> 1, <SEP> 01kg
<tb> Brauner <SEP> Azofarbstoff <SEP> 24 <SEP> g <SEP>
<tb>
Diese Zusammensetzung (Viskosität von 7000 cPs, bei 370C) wurde auf die Vorderseite eines gewebten Baumwolltuches als Unterlage (238 g/mm2) aufgebracht.
Letzteres hatte eine Körperstruktur, eine Garnzahl von 48 im Schuss und 76 in der Kette, Garnzahlen von 17 s im Baumwollschuss von 12 s in der Kette und war mit einer Leim-Stärke-Appretur versehen. Es wurde soviel Zusammensetzung auf die Unterlage aufgebracht, dass beim Trocknen und Härten eine Haftschicht von 9,5 kg pro Ries entstand.
Nach der Aufbringung der Klebstoffzusammensetzung wurde regeneriertes Schleifmaterial (hochreines Aluminiumoxyd, 36 grit) durch Schwerkraft auf die Schicht der Klebstoffzusammensetzung aufgebracht (9,43 kg pro Ries). Diese mit Schleifmaterial und Klebstoff beschichtete Unterlage wurde sodann 25 min auf 760C, 25 min lang auf 870C und 47 min lang auf 1070C erwärmt. Sodann wurde eine zweite Klebstoffschicht auf die Unterlage aufgebracht (9,97 kg Trockengewicht pro Ries), welche im wesentlichen die Zusammensetzung der ersten Beschichtung hatte und auf welche sodann in an sich bekannter Weise elektrostatisch pro Ries 23,5 kg des oben beschriebenen Zirkonoxyd-Aluminiumoxyd-Schleifmaterials aufgebracht wurden. Die mit Schleifmaterial und Klebstoff beschichtete Unterlage wurde sodann wie oben beschrieben erhitzt.
Es wurde sodann eine Leimungszusammensetzung aus denselben Komponenten wie die des Klebstoffes hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Zusammensetzung mit so viel Wasser versetzt wurde, dass sie bei 370C eine Viskosität von 1100 oPs hatte. Nach Aufbringung dieser Leimungszusammensetzung wurde die so beschichtete Unterlage 25 min auf 510C, 25 min auf 570C, 18 min auf 820C, 25 min auf 870C und 15 min auf
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1100C erhitzt.
Es wurde soviel Leimungszusammensetzung aufgebracht, dass ein Nassgewicht von 12, 7 kg pro Ries resuliterte. Die mit Schleifmaterial und Klebstoff beschichtete Unterlage wurde sodann durch 8 h langes Erhitzen auf 1100C endgültig ausgehärtet, wonach sie zu Schleifgegenständen für verschiedene Verwendungszwecke verarbeitet werden konnte.
EMI10.1
5d :geschnitten und in an sich bekannter Weise zu endlosen Bändern (63, 5 x 1524 mm) verarbeitet.
Diese Bänder wurden sodann unter kontrollierten Bedingungen in einem sogenannten"Bandtest"bewertet, bei welchem ge- wöhnlich ein horizontal angeordnetes Band nach einwärts mit einem konstanten Druck und in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur 12, 7mm-Fläche eines Werkstückes (12, 7 x 50 x 247 mm) bewegt wird, welch letzteres sich über eine Entfernung von 247 mm mit einer Geschwindigkeit von 2, 13 m pro min hin-und her- bewegt wird.
Bei diesem Test wird das Schleifband mit einer Geschwindigkeit von 1524 m pro min über eine vertikal angeordnete, eingespannte Kautschukdurometerscheibe 55 (177 mm Durchmesser) bei einem auf ein Werk- stück aus A-6-Stahl wirkendem Totgewicht von 6, 80 kg geführt.
Zu Vergleichszwecken wurde in derselben Weise ein Kontrollband mit herkömmlichem hochreinen Alu- miniumoxyd als Schleifmaterial bewertet. Die Schleifmaterialschicht für das Kontrollband war von der oben beschriebenen Art, also eine Doppelschicht aus aufgebrachtem Schleifmaterial, mit der Ausnahme, dass das
Gewicht des Schleifkornes (1900Alundum-hochreines Aluminiumoxyd) in der zweiten Schicht 17, 8 kg pro
Ries betrug. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst :
EMI10.2
<tb>
<tb> Band <SEP> Zeit <SEP> (min) <SEP> Abtrag, <SEP> g
<tb> Kontrolle <SEP> 40 <SEP> 677
<tb> Zirkonoxyd-Aluminiumoxyd <SEP> 40 <SEP> 1235
<tb> 120 <SEP> 2350
<tb>
Obige Angaben zeigen, dass das Kontrollband nach 40 min nur einen Abtrag von 677 g ergab.
In derselben
Zeitperiode jedoch ergab das Band mit dem erfindungsgemässen Schleifmaterial einen A btrag von 1235 g (etwa
180% des Kontrollbandes). Das Kontrollband fiel bereits nach 40 min aus, das mit dem erfindungsgemässen
Schleifmaterial versehene hingegen erst nach 120 min, nach welcher Zeitdauer der Gesamtabtrag 2350 g be- trug.
Beispiel 5e : Schleifbänder wurden wie in Beispiel 5d bewertet, jedoch mit der Ausnahme, dass das
Werkstück ein rostfreier Stahl Nr. 304 war und die Riemengeschwindigkeit 914 m pro min betrug. In einem begrenzten Zeittest wurden vom Kontrollband 140 g abgetragen, vom Band mit dem erfindungsgemässen
Schleifmaterial hingegen 178 g.
Beispiel 5f : Schleifbänder gemäss Beispiel 5e wurden im Bandtest bewertet, mit der Ausnahme, dass zu Vergleichszwecken der Schleifvorgang unter Verwendung eines aus Schwefel und chloriertem Öl bestehen- den Produktes als Schmiermittel durchgeführt wurde. Nach dem 30 min Test betrug der Abtrag durch das
Kontrollband 145 g. Im Vergleich hinzu betrug der Abtrag unter Verwendung eines mit dem erfindungsgemä- ssen Zirkonoxyd-Aluminiumoxyd-Schleifkorn versehenen Bandes 279 g.
Beispiel 5g : Ein Schleifmaterial gleich dem gemäss Beispiel 2 wurde wie in Beispiel 5 beschrieben auf
36 grit in der Walzenmühle zerkleinert und zur Verwendung bei der Herstellung von Schleifscheiben in der oben beschriebenen Art herangezogen. Die so hergestellten Scheiben wurden im Standversuch und unter den oben angegebenen Bedingungen bei den jeweiligen Werkstückarten getestet. Die Ergebnisse sind in der Folge angegeben.
EMI10.3
<tb>
<tb>
Scheibe <SEP> Zeit, <SEP> min <SEP> Werkstück <SEP> Abtrag, <SEP> %
<tb> Kontrolle <SEP> * <SEP> 10 <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> 0, <SEP> 2% <SEP> C <SEP> 100
<tb> Zirkonoxyd-Aluminiumoxyd <SEP> 10 <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> 0, <SEP> 2% <SEP> C <SEP> 155
<tb> Kontrolle <SEP> 6 <SEP> Rostfreier <SEP> Stahl
<tb> wie <SEP> im <SEP> Beispiel <SEP> 5b <SEP> 100
<tb> Zirkonoxyd-Aluminium- <SEP> Rostfreier <SEP> Stahl
<tb> oxyd <SEP> 6 <SEP> wie <SEP> im <SEP> Beispiel <SEP> 5b <SEP> 162
<tb>
* Die Kontrollseheiben enthielten übliches hochreines Aluminiumoxyd als Schleifmaterial.
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Beispiel 5h : Eine Schmelze, enthaltend etwa 40% Zirkonoxyd, wurde zwischen Stahlplatten eingegos- sen, die in einemAbstandvon4, 7 mm voneinander entfernt waren. Die durchschnittliche Analyse des Produktes war :
EMI11.1
<tb>
<tb> Si02 <SEP> 0, <SEP> 21% <SEP>
<tb> Fep3 <SEP> 0, <SEP> 15% <SEP>
<tb> Tri02 <SEP> 0, <SEP> 15% <SEP>
<tb> zr02 <SEP> 40, <SEP> 56% <SEP>
<tb> Nap <SEP> 0, <SEP> 04% <SEP>
<tb> Alzo <SEP> 58, <SEP> 89% <SEP> (durch <SEP> Unterschied). <SEP>
<tb>
Hinsichtlich der geringen Mengen an Kalk und Magnesia wurde keine Analyse durchgeführt.
Scheiben aus Schleifmaterial, hergestellt nach der in Beispiel 5 beschriebenen Weise, mit der Ausnahme, dass als Schleifmaterial das oben beschriebene verwendet wurde, wurden durch Schleifen von Werkstücken aus den in Beispiel 5 g genannten Stahlsorten bewertet.
Die Ergebnisse sind mit denen in Beispiel 5 g erhaltenen vergleichbar. Die unter Verwendung von Zirkonoxyd und Aluminiumoxyd als Schleifmaterial hergestellten Scheiben schnitten um 162% besser als die Vergleichsscheibe (hochreines Aluminiumoxyd) im Falle von Stahl mit 0, 2% C und um 154% besser als die Vergleichsscheibe im Falle von rostfreiem Stahl Nr. 304.
Beispiel 5i : Einschichtschleifmaterial wurde in der in Beispiel 5c beschriebenen Weise hergestellt.
Das dabei verwendete Schleifmaterial (36 grit) war das gemäss Beispiel 5 h.
Es wurde auf übliche Weise Schleifbänder hergestellt und wie oben beschrieben in einem Versuchsstand getestet. Es wurden die in Beispiel 5d angegebenen Bedingungen eingehalten. Die bei den verschiedenen Werkstücken erzielten Ergebnisse sind nachstehend angegeben. Wenn nicht anders angegeben, wurden die Tests trocken durchgeführt.
EMI11.2
<tb>
<tb>
Band <SEP> Werkstück <SEP> Zeit <SEP> (min) <SEP> Abtrag <SEP> (g) <SEP> Abtrag
<tb> Kontrolle <SEP> * <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> 0, <SEP> 18% <SEP> C <SEP> 30 <SEP> 591 <SEP> 100
<tb> Zirkonoxyd-30 <SEP> 1410 <SEP>
<tb> Aluminiumoxyd <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> 0, <SEP> 18% <SEP> C <SEP> 60 <SEP> 2027 <SEP> 343
<tb> Kontrolle <SEP> * <SEP> rostfreier <SEP> Stahl
<tb> wie <SEP> in <SEP> Beispeil <SEP> 5 <SEP> b <SEP> 30 <SEP> 133 <SEP> 100
<tb> Zirkonoxyd- <SEP> rostfreier <SEP> Stahl
<tb> Aluminiumoxyd <SEP> wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 5 <SEP> b <SEP> 30 <SEP> 222 <SEP> 167
<tb> Kontrolle <SEP> * <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> 1, <SEP> 3% <SEP> C <SEP> 60 <SEP> 1050 <SEP> 100
<tb> Zirkonoxyd- <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> 1, <SEP> 3% <SEP> C <SEP> 60 <SEP> 2215 <SEP> 211
<tb> Aluminiumoxyd
<tb> Kontrolle <SEP> ** <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> 0,
<SEP> 18% <SEP> C <SEP> 16 <SEP> 208 <SEP> 100
<tb> Zirkonoxyd-16 <SEP> 455 <SEP>
<tb> Aluminiumoxyd** <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> 0, <SEP> 18% <SEP> C <SEP> 40 <SEP> 728 <SEP> 350
<tb> Kontrolle <SEP> ** <SEP> rostfreier <SEP> Stahl
<tb> wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 5 <SEP> b <SEP> 30 <SEP> 153 <SEP> 100
<tb> Zirkonoxyd- <SEP> rostfreier <SEP> Stahl
<tb> Aluminiumoxyd** <SEP> wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 5 <SEP> b <SEP> 30 <SEP> 358 <SEP> 234
<tb>
* Alle Kontrollbänder bestanden aus herkömmlichem hochreinem Aluminiumoxyd (35 grit) und sind in derselben Weise wie die erfindungsgemässen Bänder hergestellt worden, mit Ausnah- me der Zusammensetzung des Schleifmaterials.
** Nassschleifen unter Verwendung eines Schwefel-Öl-Gemisches als Schmiermittel.
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Beispiel 5j : Aus dem neuen Schleifmaterial wurde ein beschichtetes Schleifband hergestellt und mit einem Standard-Schleifband unter den in Beispiel 5c angegebenen Bedingungen beim Schleifen eines Stahles mit 0, 18% C verglichen.
Die Unterlage war dieselbe wie bei den andern Bandproben. Die stirnseitige Zurichtung des Stoffes war ein mit Kalziumcarbonat gefülltes Phenol-Formaldehydharz und die Rückseitenappretur eine Leim-StärkeKombination ohne Füllstoff.
Die Zusammensetzung des Klebstoffes war folgende :
EMI12.1
<tb>
<tb> Bestandteile <SEP> Gewicht <SEP> kg
<tb> Phenolformaldehydharz <SEP> 8, <SEP> 16 <SEP>
<tb> Flüssigharz <SEP> Nr. <SEP> 2 <SEP> von
<tb> Beispiel <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 53 <SEP>
<tb> CaCO3 <SEP> (14 <SEP> 11) <SEP> 14,06
<tb> brauner <SEP> Farbstoff <SEP> 9, <SEP> 52 <SEP>
<tb> Wasser <SEP> 1, <SEP> 36, <SEP> um <SEP> eine
<tb> Viskosität <SEP> von
<tb> 5000 <SEP> cP <SEP> bei
<tb> 370C <SEP> zu <SEP> ergeben.
<tb>
Die aufgebrachte Gewichtsmenge betrug 9, 98 kg pro Sandpapier-Ries für die Kontrollprobe und 10, 25 kg pro Ries für dieVersuchsprobe. Das Schleifmaterial enthielt 40% Zirkonoxyd, war auf Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 25, 4 mm gegossen, wonach es im Backenbrecher und Walzenbrecher auf 36 grit verkleinert wurde.
Das Schleifmaterial wurde elektrostatisch nach oben in einer Menge von 26, 3 kg pro Sandpapier-Ries für die Kontrollprobe und in einer Menge von 26, 21 kg für die Versuchsprobe aufgetragen. Die Leimungsbeschichtung war dieselbe wie oben angegeben, jedoch wurde sie verdünnt, so dass sie bei 370C eine Viskosität von 1100 cP hatte. Diese Beschichtung wurde in einer Menge von 12, 7 kg pro Ries Sandpapier (Nassgewicht) aufgebracht. Die mit Schleifmaterial und Klebstoff beschichtete Unterlage wurde 25 min auf 420C, 25 min auf 870C und 47 min auf 1070C erhitzt, bevor die Leimschicht aufgebracht wurde. Nach dem Leimen wurde 25 min
EMI12.2
gehärtet.
Die Testbedingungen waren dieselben wie in Beispiel 5d, als Werkstück wurde 1018-Stahl verwendet.
Nach 40 min war das Standard-Kontrollschleifmittel aufgebraucht, wobei 886 g Stahl entfernt wurden. Nach 40 minkonnten bei dem erfindungsgemässen Schleifmaterial 2196 g abgetragen werden, das Schleifmaterial wurde jedoch noch weitere 32 min verwendet, wobei insgesamt ein Abtrag von 2912 g in 72 min erzielt wurde.
Beispiel 5k : Zwecks Herstellung der Standard-Proben wurden Bänder unter Verwendung von normalem geschmolzenen Aluminiumoxyd in Doppelbeschichtung verwendet. Als Versuchsprobe wurde ein Band mit dem Schleifmittelkorn gemäss der Erfindung verwendet, wobei die Unterschicht aus dem normalen geschmolzenen Aluminiumoxyd und die zweite Schicht aus Aluminiumoxyd-Zirkonoxyd-Schleifkorn, wie es in den vorhergehenden Beispielen verwendet wurde, bestand.
Das Unterlagsmaterial war dasselbe wie in Beispiel 5c, die Leimungsschicht entsprach jener des Beispiels 5j. Der Klebstoff wurde in einer Menge von 12, 42 kg pro Sandpapier-Ries sowohl beimKontrollmate- rial als auch beim Versuchsmaterial aufgetragen.
Die erste Schleifmittelschicht wurde durch Schwerkraft in einer Menge von 15, 9 kg pro Ries aufgetragen.
Die zweite Schicht war in einer Menge von 9, 88 kg pro Ries für die Kontrollprobe und 8, 07 kg pro Ries für die Versuchsprobe bemessen. Die Leimungsschicht wurde in einer Menge von 12, 7 kg (Nass) pro Ries aufgetragen und entsprach in ihrer Zusammensetzung jener des Beispiels 5 j. Desgleichen wurden dieselben Er- hitzungs-und Härtezyklen angewendet.
Unter denselben Bedingungen wie im vorhergehenden Beispiel wurden während einer Zeitspanne von 16 min von der Kontrollprobe 310 g an niedriggekohltem Stahl Nr. 1018 entfernt, wogegen der Abtrag mit der Versuchsprobe 494 g betrug.
Zum weiteren Vergleich des erfindungsgemässen Schleifmittel mit einem hochqualitativen Schleifmittel aus geschmolzenem Aluminiumoxyd, welches speziell zur Verwendung für Präzisionsschleifzwecke erzeugt wurde, wurden spezielle harzgebundene (Phenolharz) Schleifscheiben durch Heisspressen und Härten eines Gemisches hergestellt, welches aus 32 Vol-% Schleifmittel und 68 V 01. -% eines zweistufigen pulverfôrmigen
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Phenol-Formaldehydharzes bestand (im Harz waren 30% Aluminiumpulver von 600 grit enthalten). Bei der Bildung des Gemisches wurde zum Zwecke der Benetzung der Schleifkörper eine geringe Menge Furfurol angewendet.
Die Schleifscheiben waren gerade Scheiben mit einem Durchmesser von 127 mm und einer Stärke von 4,7 mm sowie einer zentralen Öffnung von 31,7 mm. Der Schleifquerschnitt war ein 3, 17 mm starker Rand, der auf eine Stahlvorform aufgeformt wurde. Als Schleifarbeit wurde das nasse Oberflächenschleifen gewählt. Die Schleifscheibengeschwindigkeit an der Oberfläche war 1615 m pro min. Die Tischgeschwindigkeit betrug 15,2 m pro min, der Quervorschub 1, 25 mm, der Vertikalvorschub 0, 025 mm. Die geschliffenen Materialien waren Werkzeugstahl, Rockwell-C-Härte 55) und Weichstahl mit 0, 45% C (Rockwell-b-Härte 89) Breite 30,8 mm, Länge 406 mm. Der gesamte Vorschub nach unten betrug 0,5 mm pro Arbeitsgang bei einem Arbeitsgang pro Scheibe. Als Kühlmittel wurde Wasser mit Korosionsinhibitoren verwendet.
Das zur Kontrolle dienende Schleifmaterial war hochreines geschmolzenes Aluminiumoxyd, kristallisiert aus einem Aluminiumsulfidgefüge gemäss der in der USA-Patentschrift Re 20. 547 beschriebenen Arbeitsweise und vertrieben von der Norton Company, Woreester, Massachusetts, unter der Bezeichnung 32 Alundum. Diese Art von Schleifmaterial ist frei von thermischen Spannungen, es ist im wesentlichen monokristallin und es gibt bei dieser Art des Präzisionsschleifens hohe Schleifwerte, die denen irgendeines bekannten handelsüblichen Aluminiumoxyd-Schleifmaterials entsprechen.
Der durchschnittliche Wert für dasG-Verhältnis beim Kontrollschleifmaterial betrug 15, 7 V an entferntem Metall pro Volumen Schleifscheibenabnutzung beim Weichstahl. Das nahezu eutektische ZirkondioxydAluminiumoxyd gemäss der Erfindung, zwischen zwei voneinander 4,7 mm entfernte Stahlplatten gegossen, ergab G-Verhältnisse von 29 beim Schleifen von Weichstahl. In beiden Fällen wurde ein Schleifmaterial mit einer Korngrösse von 60 grit verwendet. Ein Material gemäss der Erfindung, auf Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 25, 4 mm gegossen, ergab bei 13 Testscheiben einen G-Wert von durchschnittlich 24.
Beim Werkzeugstahl betrugen die G-Werte 4,0 für die Kontrollscheibe und 6, 7 für das erfindungsgemässe Schleifmaterial, zwischen zwei 4,7 mm voneinander entfernte Stahlplatten gegossen. Beim Material, hergestellt durch Giessen auf Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 25, 4 mm, betrug der G-Wert 4,6.
Es wurde gefunden, dass der oben beschriebene Schleiftest eine brauchbare Massnahme für das Aussieben der verschiedenen modifizierten Formen des neuen Schleifmaterials hinsichtlich seiner Verwendung ist.
Diese Tests haben ergeben, dass die minimale Korngrösse, welche einen besseren Arbeitsverlauf abgibt als dievergleichsprobe, mit einer Abnahme der Kühlgeschwindigkeit grosser wird (oder dass eine Erhöhung der Mikrogrösse der Kolonien oder Stäbchen eintritt).
Beispielsweise konnte bei einem auf der 25, 4mm Stahlkugeln gegossenen Material gemäss der Erfindung festgestellt werden, dass es seine Vorteile gegenüber dem Kontrollmaterial bei Korngrössen von 80 grit und feiner verliert, wogegen das rascher abgekühlte Material gegenüber dem Kontrollmaterial bei Korngrössen bis zu wenigstens 100 grit Vorteile ergibt.
Solchen Tests ist auch die Auswirkung von Verunreinigungen zu entnehmen, wobei festgestellt werden konnte, dass der Sodagehalt des Schleifmaterials 0, 1 Gew.-% oder weniger betragen soll. Die höchsten Spitzen wurden bei einem Zirkongehalt von 38 bis 44%, insbesondere von 40,5 bis 43, 2% erhalten, was die Leistung anbetrifft. Gute Ergebnisse werden bereits von 35 bis 44% erzeilt und Gehalte an Zirkondioxyd in der Grössenordnung von 50% sind anwendbar. Eine Probe mit einem Gehalt von 68% Zirkonoxyd war für Präzisionsschleifzwecke unbrauchbar.
Es ist offensichtlich, dass die Erfindung in vieler Hinsicht modifiziert werden kann. Obgleich Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 25, 4 und 15, 8 mm erwähnt wurden, konnten auch gute Ergebnisse mit Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 38 mm erhalten werden. Obgleich weiters der in der Beschreibung geoffenbarte Abstand der Stahlplatten 4, 7 mm betrug, können auch beispielsweise bei einem Abstand von 9, 5mm gute Ergebnisse erzielt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schleifmaterial, bestehend aus Körnern aus eutektischem Aluminiumoxyd-Zirkondioxyd-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumoxyd-Zirkondioxyd in eutektischen Anhäufungen vorliegt, wobei diese eutektischen Anhäufungen Zirkondioxyd in mikrokristalliner orientierter Stäbchenform, worin der mittlere Maximaldurchmesser der Stäbchen höchstens 2000 und der kleinste Durchmesser 100 beträgt, enthalten und entlang ihrer Grenzbereiche Verunreinigungen aus Metallen, Metalloxyden, Metallcarbiden und Metallnitriden oder Gemischen derselben aufweisen.