DE2450384C2 - Schleifmittel - Google Patents

Description

Gesinterte Schleifmittel, 'Jie durch Erhitzen von « feinem Bauxit oder anderen aluminumhaltigen Materialien auf Sintertemperaturen (z. B. von 1350 bis 1600⁰C) hergestellt wurden, und Schleifmittel, die durch Schmelzen von aluminiumhaltigen Materialien in einem Lichtbogenofen bei Temperaturen über 2000° C erhal- «o ten wurden, sind seit Jahren im Handel (US-PS 27 25 286. 30 79 243. 34 54 385. 33 87 957. 36 37 360 und 36 79 383). Aus der JP-AS 68-4595 ist ein gesintertes Schleifmittel auf Tonerde-Basis bekannt, das 4 bis 34% Zirkoniumoxid und 03 bis 4.5% Manganoxid enthält. « Die DE-OS 19 08 475 beschreibt ein gesintertes Schleifmittel, hergestellt aus Tonerde und Zirkonerde mit I bis 10% Zusätzen in Form von Erdalkalioxiden, -halogeniden, Chromoxiden. Manganoxiden, Kobaltoxid und/oder den Halogeniden von Aluminium. Mangan, w Kobalt und Chrom. Die HlJ-PS 1 58 576 betrifft keine Schleifmittel sondern aluminiumhaltige Massen auf der Basis von Tonerde und Zirkonerde mit zugesetzter Cererde. Magnesia und Kieselerde. Diese Massen werden bei Temperaturen über 1600⁰C zu Produkten « wie elektrische Isolierstoffe gesintert.

Gesinterte Tonerde-Zirkonerde (Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid) wurde vor kurzem als Schleifmittel für Schrupp- oder Abgratscheiben in den Mandel gebracht.

Es besteht ein Bedarf nach gesintertem AIjO >Schleif ■ mittel mit höherer Schlagfestigkeit und gleich guter oder besserer Abriebfestigkeit, als sie die bisher bekannten gesinterten Schleifmittel besitzen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Schleifmittel in Form gesinterter auf Maß geformter Teilchen, aus M denen sich mit Bindemitteln Schleifscheiben für das Grobschleifen wie Abgraten, Schruppen oder Putzen von rostfreiem Stahl herstellen lassen. Das einzelne Schleifkorn enthält Tonerde und Cererde und gegebenenfalls Zirkonerde in Mengenanteilen entsprechend der Grenzlinie AEBC des beigefügten Dreieck-Diagramms des ternären Gemisches, wobei Aluminiumoxid ( + Zirkoniumoxid)+ Ceroxid mindestens 95 Gew.-°/o der Gesamtmasse ausmachen.

Hergestellt wird das erfindungsgemäße Schleifmittel für Schleifscheiben zum Grobschleifen wie Abgraten usw., indem ein feines Pulvergemisch zu gröberen Teilchen geformt und diese bei Sintertemperaturen von' beispielsweise 1350bis I600°Cgebrannt werden.

Das Schleifmittel ist somit eine gesinterte Tonerde/ oder Tonerde/Zirkonerde, die 2 bis 25% Ceroxid enthält.

Zwar werden Schleifmittel mit wesentlichen Mengen an Zirkoniumoxid bzw. Zirkonerde, d. h. von 10 bis 45%, bevorzugt; es hat sich aber gezeigt, daß auch Ceroxid-Aluminiumoxid ausgezeichnete Schleifeigenschaften besitzt, wie sie bisher auf diesem Gebiet nicht bekannt waren.

In dem Dreiecks-Diagramm des ternären Systems Ceroxid, Aluminiumoxid. Zirkoniumoxid fallen die erfindungsgemäßen Schleifmittel in den von der Linie AEBC umschlossenen Bereich. Schleifmittel mit einer Zusammensetzung, die in den Bereich DEBF fallen, werden bevorzugt

Die Bewertung von Schleifmitteln für das Grobschleifen ist eine in Entwicklung begriffene Technik. Ein Maß dafür, ob sich ein bestimmtes Schleifmittel eignet, ist dessen Zerreibbarkeit oder Splitterfähigkeit. Diese Eigenschaft wird mit Hilfe verschiedener Methoden gemessen; diese erstrecken sich vom Prüfen, wie leicht ein gegebenes Korn von Hand zwischen den Backen einer Beißzange zerdrückt werden kann, bis /u empfindlicheren quantitativen Messungen der Abrieboder Bruchmenge einer Probe aus einer großen Anzahl von einzelnen Körnern des gegebenen Materials, die in einer Kugelmühle oder auf andere Weise dem Abrieb oder Verschleiß unterworfen wurde. Bei dieser Methode wird jedes einzelne Teilchen ei-er größeren Probe von gleichmäßig großen und geformten Teilchen einem einzelnen Stoß gegen bzw. Aufschlag auf eine schnell rotierende Stahlschaufel unterworfen, worauf von dem ganzen Material eine Siebanalyse gemacht wird. Ausgedehnte Prüfungen dieser Art über lange Zeiten ergaben, daß spröde Materialien — wie Schleifmittel — bei diesem Stoß- oder Schlagvenuch in einer Weise aufbrechen, die durch die Gleichung

wiedergegeben werden kann, in der /?der Gewichtsanteil Korn ist, der auf einem gegebenen Sieb mit einer Weite χ verbleibt; x_n ist die effektive Anfangsgröße der Körner oder Teilchen (vor dem Stoß) und k ist eine dimensionslose Zahl, die als repräsentativ für die Anzahl von Fehlstellen in dem zu prüfenden Material angesehen werden kann. Je kleiner der Zahlenwert von k ist. umso ferster ist das Material. Diese Schlag- oder Stoßtestmethode ist ausführlich in »Single Impact Testing of Brittle Materials« von Karpinski und Tervo, S. 126- 130 der ]uni-Ausgabe 1965 von »Transaction of Mining Engenieers« beschrieben.

Zur Durchführung einer Bestimmung des Ar-Wertes wird eine Probe durch Zerkleinern und Sieben des rohen Schleifmittels hergestellt, sie umfaßt denjenigen Teil des zerkleinerten Schleifmittels, der zwischen zwei

benachbarten Prüf-Sieöen zurückgchu'.ien wird, nachdem eine halbe Stunde am Rüttelsieb gesiebt worden ist. Das Probengewicht wird so gewählt, daß etwa 10 000 einzelne Schleifkörner vorliegen. Für eine Körnung 1,168 mm, die üblicherweise der Stoß- oder Schlagprüfung unterworfen wird, entspricht eine 100 g Probe. ·

Die Körner oder Teilchen werden im wesentlichen einzeln in eine evakuierte Kammer (z. B. 2,66 mbar) fallen gelassen; sie fallen darin direkt und zentral auf einen mit bestimmter Geschwindigkeit umlaufenden Flügel aus Weichstahl. Das Korn wird durch den Aufschlag in einen Sammelbehälter geführt. Sekundäre Aufschläge oder Stöße werden auf ein Minimum herabgedrückt, indem alle benachbarten Metallischen mit Dichtungsgummi belegt sind.

Das im Behälter gesammelte Korn wird dann eine halbe Stunde auf dem nächsten Pnifsieb (benachbarte Körnungsnummer) am Rütteltisch gesiebt, um die Verteilung des Korns nach dem Schlag oder Stoß auf jedem Sieb und in der Schale zu bestimmen. Bei der Bestimmung des Wertes k war die Mitte der Schaufel radial 30,5 cm vom Drehpunkt entfernt; die Umlaufgeschwindigkeit der Schaufel betrug 2000 UpM, ν js einer Geschwindigkeit von 62,7 m/s entsprach.

Für eine Ist-Bestimmung eines Jt-Wertes wird ein Siebsatz aus 4 Sieben und einer Schale in einer Rüttelmaschine angewendet, deren Maschenweite um jeweils den Faktor

1,189(V?)

30

abnimmt.

Das Gewicht des Korns auf den verschiedenen Sieben wird der Reihe nach aufgezeichnet Wird willkürlich für Xo beispielsweise 1,02 gewählt, so ergibt sich aus R für jedes Sieb

*=■

log/?

log 1-^-

40

Sind die Werte für k bei allen R gleich, dann wurde das richtige Xo gewählt und k und xo sind bekannt. Differieren die Werte für k um mehr als eine Einheit in der dritten Dezimalstelle, so wird ein neuer Wert für x₀ gewählt. Dies wird so lange wiederholt, bis k mit dem angestrebter. Maß an Genauigkeit best mmt ist.

Eine andere meßbare Eigenschaft von Schleifmaterialien ist der »Zerstörbarkeitsfaktor« oder »a«-Wert. definiert durch die Gleichung

M"

KPVW W + a

50

Diese Gleichung gibt die Beziehung wieder zwischen π Scheiben·Abnutzungsgeschwindigkeit W in cmVh und Materiai-Abtragungsgeschwindigkeit M in kg/h, wobei P vertikal auf die Schleifscheibe einwirkend. V die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe und K eine Konstante betreffend die Schleifbarkeit des zu schlei- eo fenden Metalls und a der Zerstörbarkeits- oder Splittcrbarkeitsfaktor ist.

Die Konstante K lieg« im allgemeinen in der Größenordnung von 169kjf/mkg (sh. hierzu »Abrasives« von Loring Coes. Jr. 1971 Springer-Verlag. Wien und New York). Die durch obige Gleichung gegebene Metallabtragungsgescnwiruligkeit bzw. der Metallabschliff wird erreiehl, v-nn das Schleifmittel mit optimaler Wirksamkeit eingesetzt wird. Ist die Bindung oder das Schleifmittel selbst zu weich für die vorgegebenen Schleifbedingungen, so wird der Metallabtrag geringer sein, als sich aus der Gleichung ergibt; das Schleifmittel ist nicht entsprechend seiner wahren Leistungsfähigkeit eingesetzt.

Beispielsweise kann ein Schleifkorn während des Schleifvorganges so brechen, daß es in der Schleifscheibe nicht wirksam wird. Dies kann eintreten, weil das Schleifmittel von Haus aus zu weich ist oder weil es zu leicht splittert Das heißt, es kann eine zu weiche Form besitzen für die spezielle in der Schleifscheibe verwendete Bindung.

Die dem Schleifmittel eigene Schärfe oder Stärke ist daher eine wichtige Eigenschaft, die zusammen mit den Eigenschaften der Schleifscheiben-Bindung und des Zerstörbarkeits- oder Splitterbarkeitsfaktors a die Scheiben-Verschleißgeschwindigkeit (und der -Abschleifgeschwindigkeit) unter gegebenen Schleifbedingungen beeinflußt. Der dimensionslose Wert k oder die Schlagfestigkeit (nicht zu verwechseln mit der Schleifbarkeit K eines Metalls) ist ein Maß tor die Stärke des Schleifkorns. Der Wert k für ein gegebenes Schleifmittel hängt sowohl von seiner eigenen Stärke, Widerstandsfähigkeit gegen Bruch durch Stoß auch von der Korn-Form ab.

Aus ouigem ergibt sich, daß für Grobschleifen, bei dem hohe Geschwindigkeiten und Kräfte auftreten, die meßbaren Eigenschaften des Schleifmittels, die für die Leistung wichtig sind, die Schlagfestigkeit k und der Zerstörbarkeitsfaktor a sind. Wie aus obiger Literatur hervorgeht, lassen sich niedere Zerstörbarkeitsfaktoren (a-Werte) mit hohen Schmelzpunkten für bestimmte Klassen von Schleifmitteln in Beziehung setzen.

Die erfindungsgemäßen Schleifmittel sind eine Klasse von gesintertem Schleifkorn neuer Zusammensetzung mit hoher Festigkeit und niederem a-Wert, die sich besonders zur Verwendung in organisch gebundenen Schleifscheiben für schwere Schleifarbeiten wie Grobschleifen von Stahlknüppeln eignen.

Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Schlc^;fmittel k- Werte von 02 oder weniger bis herab auf 0,01 und a-Werte kleiner als von gesintertem Bauxit besitzen (bestimmt bei 62.7 m/s Stoß- bzw. Schlaggeschwindigkeit jnd mit Sieben der Nummern 8 bis 20 — 2.362 mm bis 0.833 mm -).

Zwar werden für die Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifmittel hochreine Roh- oder Ausgangsmaterialien bevorzugt; Ausgangsstoffe mit einer Reinheit > 98% sind aber sehr teuer. Es können daher bis zu 5 Gew.-% Verunreinigungen, Begleitstoffe oder Sinterhilfsmittel wie die Guide von Eisen. Silicium. Titan. Magnesium. Calcium. Chrom, Kobalt. Vanadium. Nickel und Mangan in dem Schleifmittel toleriert oder sogar bevorzugi werden. ^f

Zur Herstellung des Schleifkornes werden die Ausgangsstoffe gemischt, das Gemisch entsprechend geformt und dann die geformten Körner oder Teilchen getrocknet und gebrannt.

Die Roh- oder /* isgangsstoffe sollen gut gemischt und fein sein. Die Korngröße für Aluminiumoxid. Ccroxid und Zirkoniumoxid soll 0,5 bis ΙΟμτη oder feiner betragen, im Mitlei S 4 μιη. Das Brenren soll kein Kristallwachstum > 5 μιη im Mittel verursachen.

Aus obiger Patentliteratur sind mehrere Formgebungsmelii'\vn beka ,nt. die auch zur Herstellung r\er erfindungsgemäßen Schleifmittel angewandt werden können, beispielsweise Pressen /.u Fonnkörnern, die

dann zu Schleifkorn entsprechender Größe granuliert wurden: Strangpressen: Ausgießen in dünne Schichten. die getrocknet und dann zerkl, inert werden; Formen u.dgl. Vorzugsweise werden Aufschlämmungcn hergestellt, die Ausflockungsmittel enthalten und in Formen der gewünschten Größe gegossen werden, ohne Pressen, wie dies für trockenere Gemische nötig ist. Geeignete Ausflockungsmittel sind Ferriammoniumcitrat (US-PS 2b 37 360) oder handelsübliche Flockungsmittel. Eine zweckmäßige Methode hierfür bedient sich eines Lochbleches auf einer Plasterplattc.

Das Brennen erfolgt bei Temperaturen im Rereich von I 350 bis iöOO" C während I bis 24 Stunden.

Das gebrannte Schleim;:t'el eignet sich für harzgebundenc Schleifscheiben, die für hohe Umfangsgeschwindigkeiten und hohe Anpreßdrücke vorgesehen sind.

Messungen der Ar-Werte von erfindungsgemäßen .Schleifmitteln mit Körnung im Bereich der Siebnum- > 1.651 mm wurde 10 min gcstür/i und erncui gesiebt. Die Fraktion > 1.651 mm wurde in einem Ofen mit Heizstäben bei I 580 C an der Luft 2 h gebrannt. Das gebrannte Korn wurde dann in eine stark geformte oder scharfe Fraktion und eine schwach geformte oder weiche Fraktion auf einem Sutton-Tisch getrennt. Das RöntgenbciiguiiL'sdiagramin zeigte folgende kristalline Phasen: X-Al₂O₁. teiragonale feste Lösung von Zirkonerdc-Ccroxid. monoklines Zirkoniumoxid und C erzirkonat (CCiZr₂O;). das letztere in kaum nachweisbaren Spuren.

Der A'-Wert dieses Produkts wurde an einci' Probe von etwa 100 g bei einer Geschwindigkeit von 2 000 UpM (62.7 m/s) bestimmt. Der λ-Wert ist für die stark geformte Fraktion 0.013 und für die schwach geformte Fraktion 0.050.

Beispiel 2 Aus gleichen Ausgangsmatcrialien wurde ein Schleif

IIIClll O UIS \c [i.JUi UiS l.ti iViiVij /.CtgCi't, uüfj c.S cii'lC extrem hohe Schlagfestigkeit besitzt und sich im Vergleich mit geschmolzenen hochfesten Schleifmitteln und mit anderen gesinterten Schleifmitteln als vorteilhaft und in der Regel überlegen erweist. Schleifversuche an rostfreiem Stahl und Kohlenstoff-Stählen haben ergeben, daß das erfindungsgemäße Schleifmittel einen geringeren Zerstörbarkeitsfaktor (a-Wert) besitzt als die handelsüblichen gesinterten Schleifmittel.

Beispiel 1

Als Ausgangsmaterial wurden in der Kugelmühle zerkleinerte handelsübliche Bayer-Tonerde, eine handelsübliche Zirkonerde und ein handelsübliches Ceroxid gemischt. Dieses Pulvergemisch im Gewichtsverhältnis 71.25% Tonerde, 23.75% Zirkonerde und 5.0% CeO₂ wurde in einer Walzenmühle trocken ! h gemischt und anschließend in einer Schwingmühle naß gemahlen bis auf eine mittlere Teilchengröße von 2 bis 3 μπι. Die erhaltene Aufschlämmung wurde bei etwa 95'C getrocknet, das getrocknete Material durch leichtes Walzen mit einer Metallwalze zu einem Pulver zerdrückt und das Pulver zu Körpern mit Durchmesser 6.25 cm unter einem Preßdruck von 1890 kg/cm² gepreßt. Es war keinerlei Bindemittel vorhanden außerdem Wasser, das während des Trocknens noch nicht entfernt worden war. Die Preßkörper wurden einem Granulator aufgegeben und das Granulat durch Siebe der Nummer 8 und 10 (2.362 mm bzw. 1.65ΐ mm) gegeben. Dieses Korn wurde in einer Trommel oder einem Walzenmischer gestürzi. um ein stark geformtes Korn zu erhalten unter Anwendung folgender Prozedur: die Fraktion > 2.362 mm des Granulats wurde 5 bis 10 min gestürzt und dann erneut gesiebt. Etwa zurückbleibende Fraktion > 2,363 mm wurde von Hand durch das Sieb Nr. 8 gedrückt. Die gesamte Fraktion LIIlI ItIIHfIU KJt ,^

IIUItlUAIU. t.i.

Gew.-% Zirkonoxid und 10.0 Gew.-% Ceroxid nach Beispiel I hergestellt. Das Römgenbeugungsdiagramni ergab keinerlei monoklines Zirkoniumoxid im gebrannten Korn. Die Ar-Werte für die stark und die schwach geformten Fraktionen waren 0.046 bzw.0.107.

Beispiel 3

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schleifmittels w..,den 40,4 kg gebrannte handelsübliche

jo Bayer-Tonerde. 13.5 kg ZrOi-Pulver und 2,81 kg Ceroxid-Pulver verwendet. Das Zirkoniumoxid enthielt 98,6% ZrO:+ Hafniumoxid (etw., 3% Hafniumoxid), Rest jeweils 1% Kalk, Kieselerde, Titanoxid. Eisenoxid und Tonerde. Die Korngröße des trocknen Pulvergemisches wurde durch Naß- oder Trockenmahlen auf im Mittel 2 bis 4 μιη verringert. Eine Aufschlämmung wurde hergestellt durch Zugabe von 200 Teilen Wasser und 25 Teilen eines handelsüblichen Flockungsmittels zu 850 Teilen trocknes Pulvergemisch. Um die Porosität in den geformten Produkten herabzusetzen, wurden zweckmäßigerweise etwa vorhandene I uftblasen aus der Aufschlämmung entfernt durch Mischen in Vakuum oder Sieben der Aufschlämmung.

Die Aufschlämmung wurde dann in Formen gegossen, die den einzelnen Schleifkörnern entsprachen, und getrocknet. Die einzelnen Körner wurden aus ihren Formen genommen und gebrannt, und zwar während längerer Zeit, beispielsweise 24 h. bei 1350⁰C oder 1 bis 2 h bei I580'C; für dazwischenliegende Temperaturen gelten entsprechend dazwischenliegende Brennzeiten. Die auf diese Weise hergestellten Produkte wurden in Gegenwart von Luft in einem elektrisch beheizten Ofen und/oder in einem Gasofen in oxidierender Atmosphäre gebrannt. Die mittlere Krisiallgröße der gebrannten Produkte sollte < 5 μηι sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schleifmittel auf der Basis von gesinterter Tonerde und gegebenenfalls Zirkonerde für gebun- ϊ dene Schleifscheiben zum Grobschleifen insbesondere von korrosionsbeständigem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß es Aluminiumoxid, Ceroxid und gegebenenfalls Zirkoniumoxid in einem Mengenverhältnis entsprechend der Fläche AEBC des Dreieckdiagramms enthält und die Summe Aluminiumoxid + Ceroxid bzw. Aluminiumoxid + Zirkoniumoxid+Ceroxid mindestens 95 Gew.-% ausmach L

2. Schleifmittel nach Anspruch 1, dadurch '5 gekennzeichnet, daß es Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid und Ceroxid in Mengen entsprechend DEBF des Dreieckdiagramms enthält.

3. Schleifmittel nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Oxide von *> Silicium, 7tun. Eisen, Calcium, Magnesium, Mangan, Vanadium, Chium, Nickel und/oder Kobalt enthält.

4. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kristallgröße <" 5 μιτι ist.

5. Schleifmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß -s bei einer Korngröße von 2.362 mm eine Schlagfestigkeit entsprechend einem Ar-Wert <Q2 unter einer Umfangsgeschwindigkeit von 62,7 m/s besitzt, w