CN1135195A - 改进的金属粘结料和金属粘结磨料制品 - Google Patents

改进的金属粘结料和金属粘结磨料制品 Download PDF

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Abstract

本发明是一种含有维克斯硬度约为300～800kg/mm2的填料的金属粘结料，该粘结料经700℃以上的温度烧结至少约10分钟后，其中填料的维克斯硬度保持在300kg/mm2以上。本发明还是一种由金属芯子和含金刚石和上述金属粘结料的、粘结在金属芯子上的磨料组合物构成的磨具。

Description

改进的金属粘结料和金属粘结磨料制品
【发明领域】
本发明涉及一种金属粘结料，它在用于高温下制造金属粘结制品时仍能保持其中使用的填料的硬度等机械性质。本发明还涉及一种用该种金属粘结料制成的磨具。
【发明背景】
金属粘结的金刚石磨轮用于玻璃的磨边。这些磨轮通常含有涂敷在金属芯子上的金属粘结的金刚石磨料。为制造磨轮，金属粘结的金刚石磨料是通过热压法粘结在金属芯子上。
用于金刚石磨料制品的金属粘结料一般是几种金属和一种钢质填料的组合。金属粘结料的组成的选择应使磨削效率和磨轮寿命均达到最优化。为增加磨轮寿命，该粘结料宜含有硬度高的填料和经处理后几乎没有孔隙的粘结金属。磨削效率是衡量一给定长度的玻璃边缘上进行磨削加工的速率的尺度，为提高磨削效率，粘结相中宜含有一定的硬物相，例如铜-钛相，它可使粘结相经久耐用，但又会定期碎裂，从而改善粘结相露出磨钝的或磨损的磨料颗粒的能力，提高研磨速率即磨削效率。
通常用于磨轮的钢质填料是合金钢。含这些填料的磨轮不能同时具有最佳的磨削效率和磨轮寿命。这是由于这些合金钢原来的300～700kg/mm2硬度，当使用该填料的金属粘结的金刚石磨料在要求从制成品中消除孔隙所需的较高温度下热压时会下降。若金属粘结的金刚石磨料在较低温度下热压以保持钢质填料的硬度，则制成品中的孔隙无法消除。在较低温度下这些孔隙只能使用更高的热压压力来加以消除，但更高的热压压力会导致石墨热压模具寿命的缩短和较高的工艺成本。
在较低温度下制造金属粘结的金刚石磨料制品的另一缺点，是粘结相中不存在某种脆的物相，如可使粘结相定期断裂，从而改善其露出磨钝的磨料颗粒的能力的铜-钛相。这种脆物相易在较高温度下形成，而在较低温度下不会出现或仅以较低浓度出现，这就降低了磨削效率。
因此，本发明的目的在于研制一种可掺入磨轮中使磨轮的寿命和磨削效率均有提高的金属粘结料。
【发明概述】
本发明是一种含有填料的金属粘结料，经过700℃以上的温度下粘结料烧结至少约10分钟后，填料的维克斯硬度仍保持在300kg/mm2以上。在本发明中还有一种磨具，其中有金属芯子和由金刚石和上述金属粘结料组成的粘结在金属芯子上的磨料组合物。
【发明的详细描述】
本发明是一种含有填料的金属粘结料。它还可含有铜、钛、银和碳化钨。在粘结料烧结前该填料的维克斯硬度宜为约300～800kg/mm2，较佳地为约300～700kg/mm2，最好为约300～600kg/mm2。在这种金属粘结料中的填料的作用是独特的，因为经过700℃以上的温度焙烧至少约10分钟后，较好的是金属粘结料中填料的维克斯硬度保持在300kg/mm2以上，更好的是经过750℃以上的温度焙烧至少约10分钟后，保持在300kg/mm2以上，最好的是经过800℃以上的温度焙烧至少约10分钟后，保持在300kg/mm2以上。
填料可以是陶瓷、金属或它们的组合，以用钢为宜。钢质填料宜在高温和还原性气氛中先进行还原。钢质填料中更好的是用组成为约5.1重量％Co、4.1重量％Cr、4.9重量％V、12.2重量％W、0.34重量％Mn、0.24重量％Si、1.43重量％C、0.02重量％S、其余为Fe的T15钢。
填料的用量宜占金属粘结料总体积的约10～70％，更好地为约20～60％，最好为约30～55％。填料颗粒的平均粒径宜约1～400微米，更好约10～180微米，最好约20～120微米。
粘结料中还可含有铜和银。除填料之外，粘结料中较佳的是含有占总的粘结组合物体积的约20～52体积％银和约1～14体积％铜；更佳的是含有约20～45体积％银和约5～12.5体积％铜；最佳的是含有约21～41体积％银和约8～11.5体积％铜。总的粘结组合物由填料、金属和其他添加剂组成。粘结料中宜还含有钛和碳化钨。它们的较佳含量为约5～50体积％的钛和约0.5～25体积％的碳化钨；最佳含量为约5～30体积％的钛和约5～20体积％的碳化钨。较佳的是，经烧结后的粘结相中含约2～60体积％的铜钛相，更佳的是，含约2～50体积％的铜钛相，最佳的是，含约5～35体积％的铜钛相。
粘结料被用于形成磨具。磨具包括一个金属芯子和粘结在金属芯子上的磨料组合物，磨料组合物即由磨料和上述金属粘结料组成。所用金属芯子的形状取决于磨具所要发挥的功能。例如，在一较佳实施方式中，磨具是用于研磨玻璃的磨轮。其金属芯子2呈环形，金属芯子的外围3上就固定着磨料组合物4。金属芯子的成形可采用本领域技术人员熟悉的方法，如锻造法、切削加工法和铸造法等。
磨料组合物4是磨料和上述金属粘结料的混合物。磨料占整个磨料组合物的比例，较佳的是约5～50体积％；更好的是约5～35体积％；最好的是约5～20体积％。可以使用的磨料包括例如金刚石、立方碳化硼、溶胶凝胶法氧化铝、熔凝氧化铝、碳化硅、燧石、石榴石和空心氧化铝。磨具可以含这些磨料中的一种或几种。较佳的磨料是金刚石。磨料所用的粒度视磨具的功能即用途而定，有时磨具需用一种以上粒度的磨料。上述粘结料占整个磨料组合物的比例，较佳的是约50～95体积％；更佳的是约65～95体积％；最佳的是约80～95体积％。
可使用本领域技术人员熟悉的现有技术将磨料组合物进行混合。然后通过本领域技术人员熟悉的方法，将经过混合的磨料组合物粘结在金属芯子上。其较佳方法是将磨料组合物与金属芯子一起热压，使磨料组合物在压力条件下烧结到金属芯子上，在此过程中金属芯子和磨料组合物间既产生化学结合，又产生机械结合。磨轮的热压温度较佳的是约700℃以上，更佳的是约750℃以上，最佳的是约800℃以上。较佳的是磨轮的热压压力低于约4吨/平方英吋，更佳的是低于约3.5吨/平方英吋，最佳的是低于约3吨/平方英吋。
本发明还包括一种使用本发明的磨具对玻璃进行研磨的方法。该方法包括下述步骤：用由金属芯子和粘结在金属芯子上的磨料组合物构成的磨具来研磨一块玻璃的边缘。所述磨料组合物含有金刚石和金属粘结料。金属粘结料含有维克斯硬度约300～800kg/mm2的填料，在700℃以上的温度下烧结粘结物至少约10分钟后，该填料的维克斯硬度仍能保持在约300kg/mm2以上。
玻璃宜用平板玻璃，用本领域技术人员熟悉的方法研磨此平板玻璃。其边缘厚度宜约0.040～0.500英吋，更佳约0.040～0.320英吋，最佳约0.040～0.250英吋。对其玻璃边缘研磨的线速度宜约3.5英吋/秒以上，更佳约4.5英吋/秒以上，最佳约5.5英吋/秒以上。
为了使本领域的人员更好地理解本发明的实施，提供了下述一些实施例，但这些实施例仅用于说明本发明，而不对本发明起限定作用。关于此一领域中的另一些背景资料可参见此处参考引用的文献和专利。
                    实施例1
制造了大小为10.040×0.620×7.530(英吋)用于玻璃磨边的金属粘结金刚石磨轮。通过供应商购得商品化的T15钢粉。用美国30/40目筛将T15钢粉过筛，除去钢粉中的小片块。然后在氢和氮的控制气氛中将T15钢粉在200℃的炉中还原6小时。再将T15钢粉与表1中所示的其它成份混合。
              表1
     成  份          重量(克)
T15钢粉(30～80微米)   114.0
TiH2(1～3微米)        31.1
WC(3.5～3.8微米)       40.7
银粉(1微米)            87.7
铜粉(30微米)           33.9
然后将粘结混合料用美国16/18目筛过筛，将团聚物破碎。再将粘结料与磨料粒度为180的金刚石磨料16.5克混合，在Bachofen公司生产的Turbula Orbital混合器中掺混约5分钟。
用去油液将模具和钢芯上的污垢和油污除去，以避免它们影响钢芯与磨料组合物间的粘结。模具和钢芯干燥以后，将磨料组合物(金刚石和金属粘结料的混合物)倾入模腔中并刮平。将一钢环放置在模腔顶部，预先施加3吨的压力。再将模具组件置入热压机中，施加5吨的压力。然后将热压温度升至820℃。当模具温度达到770℃时，随着温度继续升高，逐渐升压直至达到28吨的热压最后压力。
然后令模具组件在大气中冷却至室温。将组件拆开，把磨轮切削加工成其成品尺寸。这些加工包括切削其侧面、车削其内径、车削和研磨其外径以及研磨出一给定半径和深度的沟模供磨边之用。
                    实施例2
将按实施例1中所述方法制成的试验磨轮与伊利诺伊州芝加哥市Universal超级磨料公司生产的含合金钢的Zurite-X10LTM磨轮进行了比较。对实施例1中所述的磨轮和对比用磨轮进行的试验均在得克萨斯州休斯敦市的Sun模具公司生产的玻璃磨边机上进行。使用的磨轮直径为10英吋。其结果如表2所示。
                      表2
磨  轮    修整前的磨轮寿命(英吋)   线速度(英吋/秒)T15钢             383,000                 4.1低合金钢          270,000                 3.5
本实施例显示，T15钢使磨轮寿命和磨削效率均有提高。
                     实施例3
将按实施例1中所述方法制成的试验磨轮与伊利诺伊州芝加哥市Universal超级磨料公司生产的、含合金钢的Zurite-X10LTM磨轮进行了比较。对实施例1中所述磨轮和对比用磨轮进行的试验均在德国Technoglass公司生产的玻璃磨边机上进行。使用的磨轮直径为10英吋。其结果如表3所示。
                   表3磨轮        磨轮总寿命(英吋)    线速度(英吋/秒)T15钢          2,376,000            8.2～9.5合金钢         1,584,000            8.2～9.5
本实施例显示，在磨削效率相同的条件下，T15钢提高了磨轮的总寿命。
应该明白，本领域的技术人员可在不偏离本发明范围和实质的情况下对本发明进行各种变换是显而易见的和容易做到的。因此，不应将所附的权利要求书范围局限于上述描述，而应将权利要求书解释为包含存在于本发明中的所有具有专利新颖性的特征，包括本领域技术人员可视为与本发明特征等价的一切特征。

Claims (19)

1.一种磨具，包括：
金属芯；
粘结在金属芯上的含金刚石和金属粘结料的磨料组合物，该金属粘结料含有一种填料，其特征在于，粘结料经700℃以上的温度烧结至少约10分钟后，其中填料的硬度保持在约300kg/mm2以上。
2.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，粘结料烧结之前其填料的维克斯硬度为约300～800kg/mm2。
3.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，金属芯子是钢。
4.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，磨料组合物包含约5～50％(体积)的金刚石和约50～95％(体积)的金属粘结料。
5.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，填料是钢。
6.如权利要求5所述的磨具，其特征在于，钢质填料用的是T-15钢。
7.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，粘结料经750℃以上的温度烧结至少约10分钟后，其中填料的硬度保持在约300kg/mm2以上。
8.如权利要求7所述的磨具，其特征在于，粘结料经800℃以上的温度烧结至少约10分钟后，其中填料的硬度保持在约300kg/mm2以上。
9.一种包含填料的粘结料，其特征在于，粘结料经700℃以上的温度烧结至少约10分钟后，填料硬度保持在300kg/mm2以上。
10.如权利要求9所述的粘结料，其特征在于，粘结料烧结之前其填料的维克斯硬度为约300～800kg/mm2。
11.如权利要求9所述的粘结料，其特征在于，填料是钢。
12.如权利要求11所述的粘结料，其特征在于，钢质填料用的是T-15钢。
13.如权利要求9所述的粘结料，其特征在于，粘结料经750℃以上的温度烧结至少约10分钟后，其中填料的硬度保持在约300kg/mm2以上。
14.如权利要求13所述的粘结料，其特征在于，粘结料经800℃以上的温度烧结至少约10分钟后，其中填料的硬度保持在约300kg/mm2以上。
15.一种研磨玻璃的方法，包括下述步骤：
用一种由金属芯子和粘结在金属芯子上的磨料组合物构成的磨具研磨玻璃的边缘，该磨料组合物包含有金刚石和金属粘结料，金属粘结料中含有一种填料，其特征在于，该粘结料经700℃以上的温度烧结至少约10分钟后，其中填料的维克斯硬度保持在约300kg/mm2以上。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，粘结料烧结之前其填料的维克斯硬度为约300～800kg/mm2。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述玻璃是平板玻璃。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，以约3.5英吋/秒以上的线速度研磨玻璃的边缘。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述玻璃的边缘厚度为约0.040～0.500英吋。
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