CH677928A5 - - Google Patents

Description

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CH 677 928 A5

Bei einem Zuschlagmittelgehalt über 7,5 Masseprozent nimmt die Schleiffähigkeit des Schleifkorns infolge der Verringerung des Anteils der festen Phase (Korund) im Korn wesentlich ab.

Das Schleifmittel wird wie folgt erzeugt. In einem Lichtbogenofen wird entsprechend dem bekannten Schmelzverlauf (A.P. Garshin und andere, «Abrazivnye materialy», 1983, Mashinostroenie (Leningrad), S, 119 bis 121 und 126 bis 131 ) Aluminiumoxid mit Zuschlagmitteln, die ein bzw. mehrere Oxide aus der Gruppe MgO, SÌO2, CaO, beispielsweise Magnesiummetasilikat, Kalziummetasilikat bzw. reine Oxide enthalten, aufgeschmolzen. Der prozentuale Anteil der zugesetzten Zuschlagmittel wird rechnerisch in Abhängigkeit von der gewünschten Zusammensetzung des Schleifmittels und des Masseanteils der Zuschlagmittelmineralien in dem Schleifmittel bestimmt. Beispielsweise wird ausgehend von der Berechnung des stöchiometrischen Verhältnisses für die Erzeugung eines Materials, das 5 Masseprozent Spinellzwischenschichten enthält, dem Ofensatz 1,4% Magnesiumoxid zugesetzt. Die Dicke der Mineralienzwischenschichten wird durch entsprechende Führung der Abkühlung der Schmelze beeinflusst. Beispielsweise wird bei einer verhältnismässig schnellen Abkühlung der Schmelze in kleinen Behältern, die mit Metallkörpern, beispielsweise Kugeln, gefüllt sind bzw. in Kristallisierwalzen ein Schleifmittel erzeugt, das aus Korundkristallen der Grösse von 5 bis 90 Mikrometer besteht und Mineralzwischenschichten mit einer Dicke von 0,3 bis 5,0 Mikrometer enthält. Bei einer verhältnismässig langsamen Abkühlung der Schmelze, beispielsweise in Blöcken mit einer Masse von 50 bis 500 kg, wird ein Schleifmittel mît einer Grösse der Korundkristalle von 280 bis 350 Mikrometer und einer Dicke der Zwischenschichten von 10 bis 20 Mikrometer erzeugt. Nach der Abkühlung des kristallisierten Materials wird es gebrochen, zerkleinert und nach Korngrösse ausgesiebt.

Die Qualität des erzeugten Schleifmittels wird nach der Festigkeit und der Schleiffähigkeit der aus diesem Mittel hergestellten Schleifkörner bewertet.

Unter anderem wurde das erzeugte Schleifmittel einer Festigkeitsprüfung durch Zerstörung von 100 Schleifkörnern mit einer Grösse von 1250 bis 1600 Mikrometer zwischen Hartmetallplatten unterzogen.

Die Schleiffähigkeit wurde nach dem bekannten Verfahren beim Zerreiben von Glasscheiben mittels einer Schleifkorneinwaage aus Schleifkörnern der Grösse von 120 bis 160 Mikrometern bestimmt.

Die Prüfungsergebnisse der Schleifmittel mit verschiedener Zussammensetzung und unterschiedlichen Gefügen sind in Tabelle I und 2 angeführt.

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CH677 928 A5

rend des Arbeitsgangs der Wärmebehandlung der Körner dieses Schleifmittels bei einer Temperatur von ca. 1100°G eine Oxydation der im Schleifmittel vorhandenen Titankarbide- und Nitride stattfindet, die von einer Änderung ihres Volumens begleitet wird, infolgedessen nimmt die Festigkeit der Schleifkörner ab. Schleifmittel, die mit Zusatz von Chromoxid gewonnen werden, enthalten Chromeinschlüsse in Metallform, welche die Schleifeigenschaften der aus diesen Schleifmitteln hergestellten Werkzeuge verschlechtern, d.h. die Wahrscheinlichkeit des Zustandekommens von Brandspuren während der Metallbearbeitung (Schleifen) vergrössern. Der Einsatz von Vanadium als Zuschlagmittel in Schleifmitteln erfolgte praktisch nicht infolge seiner Knappheit und seines hohen Preises,

Es ist ein Schleifmittel bekannt, das Korundkristalle und Baddeleyitkristalle (Zirkoniumoxid) enthält. In diesem Material sind die Korundkristalle mit einer Grösse von 10 bis 70 Mikrometer miteinander durch ein feinkristallines Korund-Baddeleyit-Eutektikum mit einer Kristallgrösse von 1 bis 5 Mikrometer verbunden (A.P. Garshin und andere, «Abrazivnye materialy», 1983, Mashinostroenie (Leningrad), S. 126 bis 131).

Die Festigkeit der aus einem solchen Schleifmittel gewonnenen Schleifkörner ist grösser als bei den vorhergehenden Analogielösungen, was in erster Linie durch das Vorhandensein des Korund-Badde-leyit- Eutektikums bedingt wird.

Da aber die Härte des Baddeleyits kleiner ist als die Härte des Korunds, ist die Schleiffähigkeit der Schleifkörner unzulänglich.

Ausserdem gestattet das Vorhandensein von Baddeleyit in dem Schleifmittel den Einsatz dieses Schleifmittels nur für die Herstellung von Schleifwerkzeugen mit organischer Bindung, da bei der Temperatur von 1100°C (Temperatur der Wärmebehandlung bei der Herstellung des Schleifwerkzeugs) das Zirkoniumoxid Modifikationsumwandlungen erfährt, die von wesentlichen Volumenänderungen begleitet werden, infolgedessen nimmt die Festigkeit der Schleifkörner sogar bis zu ihrer Zerstörung ab. Noch ein Nachteil dieses Schleifmittels besteht in seiner Knappheit und dem hohen Preis infolge des Vorhandenseins von Zirkoniumoxid in diesem Schleifmittel.

Der Erfindung liegt die Augabe zugrunde, ein Schleifmittel auf der Basis von Korund zu schaffen, das als Zuschlagmittel solche Mineralien enthält und diese Mineralien derart gegenüber den Korund-kristallen angeordnet sind, wobei die Korundkristalle und die Zuschlagmittel solche Abmessungen aufweisen, dass bei verhältnismässig niedrigen Kosten und geringer Knappheit des Schleifmittels eine hohe Festigkeit und Schleiffähigkeit der aus diesem Schleifmittel erzeugten Schleifkörner gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Schleifmittel mit Korundkristallen und einem Zuschlagmittel erfindungsgemäss als Zuschlagmittel von 1,5 bis 7,5 Masseprozent eines Minerals enthält, das aus der Gruppe Spinell, Anorthitglas, Kordîeritglas, Mischungen des Spinells mit einer der angeführten Glasarten gewählt ist, wobei die Korundkristalle Abmessungen von 5 bis 350 Mikrometer aufweisen und das erwähnte Zuschlagmittei in Form von Zwischenschichten mit einer Dicke von bis zu 20 Mikrometer zwischen den Korundkristallen eingebettet ist.

Die Erfinder haben experimentell festgestellt, dass ein Schleifmittel auf der Basis von Korund, das als Zuschlagmittel Spinell (MgO • AI2O3), Anorthitglas (CaO • AI2O3 • 2SÌO2), Kordieritglas (2MgO • 5SÌO2 ■ 2AI2Q3) bzw. eine Mischung der angeführten Mineralien enthält, im Feingefüge Ausscheidungen der entsprechenden Phasen Magnesiospineil und/oder Anorthit- bzw. Kordieritglas aufweist, die zwischen den Kristallen in Form von Zwischenschichten eingebettet sind. Da alle angeführten Mineralien der Zuschlagstoffe bei einer Temperatur von 1000 bis 1300°C (Rösttemperatur bei der Herstellung der Schleifwerkzeuge) thermisch stabil sind, erfolgt keine Abnahme der Festigkeit des Werkzeugs während seiner Herstellung. Da ausserdem die als Zuschlagmittel verwendeten Mineralien sich durch eine hohe Mi-krohärte auszeichnen, die der Mikrohärte des Korunds näher ist als die Mikrohärte anderer Mineralien, weist das Schleifmittel, das solche Zuschlagmittel enthält, eine hohe Schieiffähigkeit auf.

Bei der Erzeugung des Schleifmittels beim Kristallisieren einer Korundschmelze, die Kalzium-, Magnesium- und Siliziumoxide enthält, fördern die Phasen der angeführten Mineralien, die sich zwischen den Korundkristallen ausbilden, die bevorzugte Bildung neuer Kristallisationskeime im Vergleich zur Fortsetzung des Wachstums der primären Korundkristalle, Dadurch wird ein isometrisches feinkristallines Gefüge des Schleifmittels erzielt, das sich positiv auf die Festigkeitskennwerte des aus ihm erzeugten Schleifkorns auswirkt.

Die Abmessungen der Korundkristalle und die Dicke der Zwischenschichten hängen vom Gang der Kühlung der Schmelze bei der Erzeugung des Schleifmittels ab.

Bei Abmessungen der Korundkristalle unter 5 Mikrometer sinkt, wie die Erfinder festgestellt haben, die Schleiffähigkeit der Schleifkörner wesentlich ab, was auf die Änderung der Art ihrer Abnutzung zurückzuführen ist. Anstatt einer allmählichen Absplitterung der Korundkristallflächen bilden sich Ver-schleissflächen mit verhältnismässig ebenem Relief aus.

Bei Quermassen der Korundkristalle über 350 Mikrometer sinkt die Festigkeit der Schleifkörner scharf ab.

Bei einer Dicke der Zwischenschichten über 20 Mikrometer beginnt die Festigkeit des Schleifkorns scharf abzunehmen, da diese Zwischenschichten das Zustandekommen von Spannungsspitzen fördern.

Bei einem Zuschlagmittelgehalt unter 1,5 Masseprozent wird eine scharfe Abnahme der Festigkeit des Schleifkorns beobachtet.

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CH 677 928 A5

Tabelle 2

Abhängigkeit der Qualitätskennwerte der Schleifkörner von ihrer Zusammensetzung und ihrem Gefüge

Lfd.

Zusammensetzung des

Bevorzugte Dicke der

Korundkristall

Festigkeit

Schleif

Nr.

Schleifmittels

Zwischenschichten der abmessungen,

eines einzel fähigkeit,

Zuschlagmittelmineralien,

Mikrometer nen Korns,

g

Mikrometer

N

1-

Korund+Spinell

0,3-0,6

5-10

250

0,062

2.

3,0-5,0

40-90

180

0,067

3.

10,0-20,0

280-350

160

0,060

4.

10,0-20,0

400-600

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5.

0,3-0,6

3-5

100

0,047

6.

25,0-40,0

280-350

100

0,50

7.

Korund + Kordieritglas

0,3-0,6

5-10

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0,063

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40-90

270

0,073

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10-20

280-350

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0,068 "

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25-40

400-600

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0,048

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0,1-0,2

3-5

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0,047

12.

Korund + Kordieritglas +

0,3-0,6

5-10

320

0,062

Spinell

13.

4-7

35-80

290

0,070

14.

10-20

250-340

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0,067

15.

25-40

450-700

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0,1-0,2

3-5

130

0,049

17.

Korund + Anorthitglas

0,3-0,7

5-10

280

0,064

18.

4-8

40-90

260

0,073

19.

12-24

270-350

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20.

26-40

450-650

70

0,052

21,

0,1-0,2

3-5

180

0,049

22.

Korund + Zirkoniümoxid (bekannte Zusammensetzung)

2,0-5,0

20-40

240

0,048

23.

Korund + Titanoxid + Natriumaluminat (bekannte Zusammensetzung)

30-100

500-800

120

0,058

Aus der Tabelle I ist ersichtlich, dass bei einem Gehalt des erfindungsgemässen Zuschlagmittels unter 1,5 Masseprozent (Zeilen 4, 9, 14) die Festigkeit des Schleifkorns scharf abnimmt und bei einem Gehalt des Zuschlagmittels über 7,5 Masseprozent (Zeilen 5, 10, 15) die Schleiffähigkeit des Schleifkorns sich wesentlich verkleinert.

Aus der Tabelle 2 ist ersichtlich, dass bei Korundkristallabmessungen im erfindungsgemäss'en Schleifmittel unter 5 Mikrometer (Zeilen 5, 11, 16, 21) wesentlich die Schleiffähigkeit der Schleifkörner absinkt, und bei Korundkristallabmessungen über 350 Mikrometer (Zeilen 4, 10, 15, 20) und/oder bei der Dicke der Zwischenschichten der Zuschlagmittelmineralien über 20 Mikrometer (Zeilen 6,10,15,20) die Festigkeit des Schleifkorns wesentlich abnimmt.

Untersuchungen, die die Erfinder in bezug auf die Wärmebehandlung der Schleifkörner aus dem erfindungsgemässen Schleifmittel bei Temperaturen von 1100 bis 1300°C (Rösttemperatur bei der Herstellung des Schleifwerkzeuges) durchgeführt haben, ergaben, dass die Festigkeit der Schleifkörner hierbei nicht absinkt.

Claims (1)

1. Patentanspruch

   Schleifmittel welches für die Herstellung von Schleifkörnern mittels seiner Zerkleinerung bestimmt ist, mit

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   Tabelle 1

   Abhängigkeit der Qualitätskennwerte der Schleifkörner von dem Anteil der Zuschlagmittelmineralien

   Zusammenset

   Bevorzugte Dicke

   Korundkristall

   Gehalt an

   Festigkeit

   . Schleif zung des der Zwischenschich abmessungen,

   Zuschlagmittel eines einzel fähigkeit,

   Schleifmittels ten der Zuschlagmittelmineralien, Mikrometer

   Mikrometer mineralien, Masseprozent nen Korns, N

   g

   Korund +

   Kordieritglas

   1.

   10-20

   280-350

   1,5-2,0

   290

   0,063

   2.

   270-330

   3-4

   280

   0,061

   3.

   250-300

   7-7,5

   260

   0,059

   4.

   280-350

   0,6-1,0

   190

   0,057

   5,

   250-300

   8-10

   200

   0,048

   Korund+

   Spinell

   6.

   10-20

   280-350

   1,5-2,0

   200

   0,061

   7.

   260-320

   3-4

   160

   0,060

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   250-300

   7-7,5

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   9.

   290-350

   0,6-1,0

   120

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   240-300

   8-10

   130

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   Korund*

   Spinell +

   Kordieritglas

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   290

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   40-80

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   CH 677 928 A5

   Beschreibung

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Schleifmittel, das das Produkt der elektrothermischen Produktion darstellt und als Basisstoffe hochharte und hochfeste Korundkristalle (a-AlgOs) enthält Das Schleifmittel ist für die Herstellung von Schleifkörnem mittels seiner Zerkleinerung bestimmt. Die Schleifkörner werden am meisten für die Herstellung eines Schleifwerkzeuges mit keramischer und organischer Bindung verwendet, das man zur Metallbearbeitung benutzt.

   Die Schleifkörner, die durch Zerkleinerung des Schleifmittels gewonnen werden, kann man in zwei Gruppen unterteilen. Die erste Gruppe sind Einkristallkörner, die aus einem einzelnen Korundkristall bestehen. Die zweite Gruppe sind Aggregatkörner, die aus mehreren Korundkristallen bestehen, an den Grenzen zwischen denen bzw. in deren Innerem Einschlüsse von Begleitmineralien eingelagert sind.

   Hauptkenngrössen, die das Schleifmittel kennzeichnen, sind die Festigkeit und die Schleiffähigkeit daraus diesem Schleifmittel erzeugten Schleifkörner, sowie sein Preis und seine Knappheit.

   Die Festigkeit der Einkristall-Schleifkörner wird durch die Festigkeit der Korundkristalie bestimmt. Die Festigkeit dieser Körner ist in der Regel höher als die der Aggregatkörner. Die Festigkeit der Aggregatkörner ist von den Abmessungen der Korundkristalle abhängig, die Bestandteile dieser Körner sind, von der Menge und der Art der Begleitmineralien, beispielsweise Beimengungen bzw. speziai zugegebene, die in Form von Einschlüssen an den Grenzen zwischen den Korundkristallen in Erscheinung treten, von den Abmessungen dieser Einschlüsse. In der Regel ist die Festigkeit der Aggregatkörner desto grösser, je kleiner die Abmessungen der Korundkristalle und die Menge sowie die Abmessungen der Einschlüsse der beigemengten Mineralien und auch je höher die Festigkeit dieser Mineralien sind.

   Die Schleiffähigkeit der Körner wird durch die Härte der Korundkristalie, der Beimengungen und der Fremdstoffbeimischungen bedingt und hängt von der Fähigkeit der Körner zum Selbstschärfen ab, d.h. zur Bildung neuer Schneidkanten bei der Zerstörung der Körner während der Metallbearbeitung.

   Sämtliche Schleifmittel werden durch Schmelzen der Rohstoffe für das Schleifmittel mit nachfolgender Abkühlung der erzeugten Schmelze produziert, während der sich die Schmelze kristallisiert. Das gewünschte Gefüge des Schleifmittels (Abmessungen der Körner der Hauptkristalle, Abmessungen der Einschlüsse usw.) wird durch entsprechende Führung des Abkühlvorgangs erzielt.

   Es sind Schleifmittel bekannt, die aus Korundkristallen bestehen. Ein typischer Vertreter solcher Schleifmittel ist der weisse Elektrokorund. Dieser Eiektrokorund enthält Einschlüsse des Begleitminerals NazO-llAlzQs, die eine Grösse von 50 bis 700 Mikrometer aufweisen (A.P. Garshin und andere, «Abrazivnye materialy», 1983, Mashinostroenie (Leningrad), S.119 bis 123).

   Zur Erzeugung des weissen Elektrokorunds wird als Rohstoff technisch reines Aluminiumoxid-Tonerde eingesetzt

   Bei der Verarbeitung des weissen Elektrokorunds zu Schleifkörnern wird ein Teil des Begleitminerals, insbesondere derjenige, der grosse Einschlüsse mit den Abmessungen von 300 bis 700 Mikrometer bildet, bis zu Schlammteilchen zerkleinert und abgeführt. Infolgedessen sind die gewonnenen Schleifkörner gegenüber dem Ausgangsschleifmittel mit Korundkristallen etwas angereichert, d.h. sie sind fester. Ein Teil der bei der Verarbeitung des weissen Elektro-Korunds erzeugten Schleifkörner stellt Einkristallkörner dar, und der andere Teil sind Aggregatkörner, die NaaO HAIzOs-Einschlüsse der Grösse von 50 bis 250 Mikrometer enthalten.

   Der Nachteil solcher Schleifmittel, die auf der Basis von Tonerde erschmolzen werden, besteht im Vorhandensein stark tonerdehaltiger Natriumaluminateinschlüsse NaaO-11AI2O3, die sich bei der Erzeugung des Schleifmitttels infolge des Vorhandenseins Natriumoxidbeimengungen in der Tonerde bilden und an den Grenzen zwischen den Korundkristallen kristallisieren, im Schleifmittel. Das Vorhandensein stark tonerdehaltiger Natriumaluminateinschlüsse an den Grenzen zwischen den Korundkristallen, die Spannungsspitzen verursachen, führt zur Herabsetzung der mechanischen Festigkeit der Aggregatkörner, die aus diesem Werkstoff erzeugt werden. Ausserdem, da die Härte des stark tonerdehaltigen Natriumaiuminats kleiner ist als die Härte des Korunds, setzten die angeführten Einschlüsse die Schleiffähigkeit der Schleif körner herab.

   Es sind Schleifmittel bekannt, die durch Schmelzen von Tonerde mit Zugabe von Titan-, Chrom-, Vanadiumoxiden bzw. deren Mischungen zur Schmelze und durch nachfolgendes Abkühlen der erzeugten Schmelze erzeugt werden (A.P. Garshin und andere, «Abrazivnye materialy», 1983, Mashinostroenie (Leningrad), S.123 bis 126).

   Jedes der angeführten Zuschlagmittel bildet während der Erzeugung der Schleifmittel feste Lösungen dieser Verbindungen im Aiuminiumoxid, (wodurch die Festigkeit der Korundkristalie grösser wird, d.h. die Festigkeit der aus diesem Schleifmittel gewonnenen Schleif körner sich vergrössert.

   Die Schleiffähigkeit der Körner, die aus diesem Schleifmittet gewonnen sind, ist aber auch wie bei der vorhergehenden Analogielösung ungenügend hoch infolge von NaaO-IIAlaOs-Einschlüssen mit der Grösse von 50 bis 250 Mikrometer.

   Das Vorhandensein jedes der angeführten Zuschlagmittel im Schleifmittel hat auch seine Nachteile. Schleifmittel, die mit Zusatz von Titanoxid gewonnen werden, enthalten Einschlüsse aus Titannitriden und Titankarbiden, was zu einer Herabsetzung der Festigkeit der Schleifkörner bei der Herstellung des Schleifwerkzeugs führt. Dies ist dadurch bedingt, dass bei der Herstellung des Schleifwerkzeugs wäh-

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   - Korundkristallen und

   - einem Zuschlagmittel, dadurch gekennzeichnet, dass

   - die Korundkristalie Abmessungen von 5 bis 350 Mikrometer aufweisen,

   - das Schleifmittel als Zuschlagmittel ein aus der Gruppe Spinell, Anorthitglas, Kordieritglas, Mischung des Spinells mit einer der angeführten Glasarten gewähltes Mineral enthält,

   - dessen Anteil von 5 bis 7,5 Masseprozent der Schleifmittelmasse beträgt, und

   - das zwischen den Korundkristallen in Form von Zwischenschichten mit einer Dicke von bis zu 20 Mikrometer angeordnet ist.

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