DE2458685A1 - Tonerde-zirkoniumoxid-schleifmittel - Google Patents

Description

Tonerde-Zirkoniumoxid-Schleifmittel

In letzter Zeit wurden verbesserte Schleifmittel auf der
Basis von Tonerde und Zirkoniumoxid bekannt (US-PS 3 181 939)· Aufgabe vorliegender Erfindung ist nun eine weitere Verbesserung dieser Schleifmittel.

Es wurden bereits die verschiedensten Materialien zur Herstellung von Schleifkorn angewandt, z.B. Tonerde und Chromoxid mit einem nennenswerten Anteil von Magnesia (US-PS 2 279 260) oder auch geschmolzenes Zirkoniumoxid, gegebenenfalls mit Calcium- oder Magnesiumoxid stabilisiert, welches dann zerkleinert wird (US-PS 2 769 699). Aus der US-PS 2 768 887 ist ein Verfahren · zur Herstellung von Schleifmittel in einem Ofen bekannt, welches in der Hauptsache aus Tonerde und relativ geringen Anteilen an Chromoxid besteht und gegebenenfalls auch sehr kleine Anteile anderer Metalloxide wie von Zirkonium aufweisen kann. Das Einschmelzen geschieht hier unter reduzierenden Bedingungen oder zumindest unter Bedingungen,wo Graphit anwesend sein kann und eine Kohlenstoff-Infiltration in die Schmelzmasse aus den

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Elektroden stattfindet, worauf Chromoxid oder andere Metalloxide reduziert werden, um in der Schmelze nennenswerte Anteile an freiem Chrom bzw. anderem Metall zu haben. Dieser Metallgehalt verbleibt in der erstarrten Masse in interkristalliner Lage als Metall oder Metallcarbid. Mach diesem Verfahren sollen die zugesetzten Metalloxide vorzugsweise in Mengen unter 5 $, üblicherweise weniger als 5 % des Gesamtgewichts des Materials vorliegen.

Aus der US-PS 2 418 496 ist ein Schleifkorn bekannt, worin Tonerde-Schleifkorn zäher gemacht wird durch Zugabe von entweder der Oxide von Chrom, Vanadium, Eisen und/oder Mangan und zwar als feste Lösung in der Tonerde. Danach wird die Schmelze von Aluminium- und Chromoxid schnell abgeschreckt und zum Schleifkorn zerkleinert.

Aus der US-PS 2 877 104 ist ein Schleifkorn bekannt, welches neben in der Hauptsache Zirkonium und !Titanoxid noch geringe Anteile· anderer Oxide aufweist und zwar von dreiwertigen Metallen wie Chrom und Aluminium. Dafür werden jedoch keine Beispiele angegeben; auch wird nichts ausgesagt über das Erschmelzen der Oxide von Chrom, Aluminium und/oder Zirkonium. Das einzige in Beispielen genannte dreiwertige Metall wird zusammen eingeschmolzen mit Zirkonium und Titanoxid und ist FeO neben einem nennenswerten Anteil an Siliciumdioxid. Dieser Patentschrift geht nur ganz generell hervor, daß man Schleifmittel herstellen kann aus einer Masse enthaltend die Oxide von Chrom, Aluminium, Zirkonium und Silicium, jedoch werden keine Mengenangaben zu den einzelnen Komponenten gemacht.

Fach der DT-OS 2 160 705 gelingt die Herstellung von Schleifmitteln, dessen Korn hohe Zähigkeit besitzt, durch Schmelzen der Oxide von Aluminium, Zirkonium und Chrom? jedoch enthält diese auch keine Beispiele oder andere Details, weil sie sich im wesentlichen mit dem Abkühlen der Schmelze befaßt.

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Die Erfindung betrifft nun verbesserte Schleifmittel in Form von zerkleinerten Gemischen von geschmolzenen und erstarrten Oxiden des Aluminium, Zirkoniums und Chroms, welches im wesentlichen porenfrei ist und 70 bis 10 Gew.-^ ZrO₂, 5 bis 25 Gew.-^ Cr₂O, und O bis 85 Gew.-$ Al₂O., neben bis zu 5 $ üblicherweise vorhandenen Verunreinigungen aufweist. Der Anteil an natriumoxid oder freiem Chrom ist nur der allgemein zulässige. Die bevorzugten Schleifmittel nach der Erfindung enthalten 5 bis 25 $> Cr₂O, und 5 bis 85 $ Al₂O₅, oder auch 25 bis 50 $ Cr₂O₃ und O bis 30 ia Al₂O₅, Rest Zirkoniumoxid und Yerunreinigungen.

Bei den erfindungsgemäßen Schleifmitteln handelt es sich einerseits um ein geschmolzenes Produkt von Zirkonium-und Chromoxid und andererseits um Zirkoniumoxid mit einer festen Lösung von Chrom und Aluminiumoxid. Die erfindungsgemäßen binären Zirkoniumchromoxid-Schleifmittel eignen sich insbesondere für das Präzisionsschleifen; für Grobschleifen und dergleichen wendet man besser die ternären Produkte der Oxide von Zirkonium, Chrom und Aluminium an. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifmittel soll-soweit als möglich eine Reduktion des Chromoxids vermieden werden, so daß der Anteil an freiem Chrom in dem geschmolzenen Material für das für das Präzisionssohleifen angewandte eutektische und binäre Schleifmittel minimal ist. Geringe Metalleinschlüsse für Schleifkorn spezieller Anwendung auf dem Gebiet der Grobbearbeitung sind jedoch zulässig. Es ist wesentlich, daß keine gasbildenden Verbindungen vorhanden sind, so daß die Schmelze zu einem nahezu theoretisch dichtem Produkt erstarren kann. Es wird vorzugsweise schnell abgekühlt, um geringe Kristallgröße in der verfestigen Masse zu erreichen.

Es ist bekannt, daß beim Einschmelzen von Metalloxiden in großen Lichtbogenofen in Gegenwart von Cr₂O₅ aufgrund der hohen Leitfähigkeit von geschmolzenem Chromoxid der Chromoxidanteil praktisch begrenzt ist auf etwa 25 %; dies ist tragbar außer in unmittelbarer Nähe der eutektischen Zusammensetzungen, wo sich das Schmelzen viel leichter regeln lassen. Soll ein Material mit höheren Chromanteilen als etwa 25 bis 26 fo eingeschmolzen wer-

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den, so wird mit Ausnahme um die eutektische Zusammensetzung die Regelung des Lichtbogens außerordentlich schwierig. Der Elektrodenabstand in unmittelbarer Nähe der Badoberfläche ist kritisch; die Energieversorgung geschieht vorzugsweise mit relativ geringer Spannung und hoher Stromstärke, jedoch wird die Ofenführung bevorzugt mit maximalem Abstand zwischen Elektrode und Bad vorgenommen, um eine Reduktion von Chromoxid zu verhindern. Im Rahmen der Entwicklungsarbeiten für vorliegende Erfindung konnte festgestellt werden, daß man Chargen mit nur 0, 27 % Cr und andere wieder mit sogar 2,25 $ Cr erhalten kann. Bei Schleifmitteln für das Präzisionsschleifen ist - wie oben bereits angedeutet - ein minimaler Anteil an Chrommetall wünschenswert, wohingegen beim Grobschleifen höhere Metallgehalte bis etwa 2,25 ί° im Schleifmittel zulässig sind.

Das abgeschreckte geschmolzene Produkt enthält im wesentlichen zwei Phasen und zwar Zirkoniumoxid—Kristalle einerseits und andererseits eine feste Lösung von Chrom-und Aluminiumoxid.Bei den ternären nicht-eutektischen Produkten enthält die erstarrte Masse Primärkristalle von entweder ZrO_? oder einer festen Lösung CrgO^A^O., in einer zweiten eutektischen Phase, die ihrerseits wieder aufgebaut ist aus feineren Zirkoniumoxid-Kristallen, anscheinend in Form von Stäbchen oder Plättchen in paraleller

erptarrt
Anordnung innerhalb einer Masse aus fester Lösung von Chrom-und Aluminiumoxid. Produkte mit einer Zusammensetzung entsprechend der ternären eutektischen Linie haben keine Primärkristalle in Form von ZrO£ oder fester Lösung Cr^O^'AlpO,., sondern bestehen vollständig aus der eutektischen Phase. Über 5 Gew.-$ Chromoxid ist erforderlich für einen ausreichenden Chromoxidgehalt in der festen Lösung mit dem Aluminiumoxid; nur so wird ein nennenswerter Unterschied in den Eigenschaften beim Grobschleifen gegenüber den bekannten Grobschleifmitteln auf der Basis von Aluminium-Zirkoniumoxid erreicht.

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Die Erfindung wird an beiliegenden Figuren näber erläuter.t:

ig. 1 zeigt das Dreiecksdiagramm der erfindungsgemäßen ge schmolzenen Schleifmittel;

ig. 2 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme 1OOOX eines erfindungsgemäßen Produkts und

Pig. 3 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnabme 2400X einer erfindungsgemäßen eutektischen Masse.

Nach Pig. 2 liegen in einem erfindungsgemäßen ternären Produkt Primärkristalle 10 in Porm einer festen Lösung von Chrom- und Aluminiumoxid vor, welche als erste aus der Schmelze beim Ab-

zu küblen auskristallisieren. Das Chromoxid bat die neigung einer ungenügenden Verteilung innerhalb des Kristalls der festen lösung und zu einer teilweisen Konzentration in geringem Ausmaß in einer inneren Phase der verschiedenen Primärkristalle ΑΙρΟ,-ΟϊρΟ Zirkoniumoxid kristallisiert aus dieser Schmelze in Porm von Stäbchen oder Plättchen 11 aus, die in der elektronenmikroskopischen Aufnahme der Pig_o 2 heller erscheinen. Diese Stäbchen oder Plättchen sind in Haufen oder Gruppen angeordnet, die sich in der erstarrten Masse in der extrem fein-kristallinen festen lösung aus Chromoxid und Aluminiumoxid*12 befinden, welche als dünklere Phase zwischen den Zirkoniumoxid-Plättchen oder -stäbchen erscheint»

Die eutektische Zusammensetzung mit etwa 56 % AIpO, und 44 i° ZrOp ergibt sich aus dem ternären Diagramm der Pig. 1 auf der linie Al₉O^/ZrO₉ als Punkt X. Das Eutektium auf der linie ZrO₀/ Cr₂O* entsprechend dem Punkt Y enthält etwa 54 i° ZrOp und 46 $> Cr₂O,. Die linie X-Y gibt die gesamten anscheinend eutektischen Zusammensetzungen an, die man aus den drei Komponenten durch Schmelzen erhalten kann.

Die erfindungsgemäßeη Schleifmittel für Grobschleifen liegen in dem Dreiecksdiagramm der Pig. 1 innerhalb des Bereiches ABDP, entsprechend einem Zirkoniumoxidgehalt von 10 bis etwa 70 Gew.-^, dazu kommen Ghromoxid und Aluminiumoxid in einer Menge von 5 %

und . , entsprechend der linie A-^B bis 25 i° Cr₂O, entsprechend der

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linie C-P. Der Aluminiumgehalt kann zwischen 5 f₀ (C) und vorzugsweise etwa 85 % (A) erreichen.

Erfindungsgemäße Schleifmittel, die insbesondere für· das Präzis ions sohle if en angewandt werden sollen, haben bevorzugt eine Zusammensetzung entsprechend dem Zirkonium-Chromoxid-Eutektikum und ein Gefüge im Sinne der Pig. 3 oder sie sind ternär aufgebaut und fallen auf die scheinbare eutektische Linie X-Y des Dreiecksdiagramms der Pig. 1. Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Schleifmittel für das Präzisionsschleifen liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs DEHG im Dreiecksdiagramm.,

Die Erfindung wird an den Beispielen weiter erläutert:

Beispiel 1

150 kg eines Gemisches von 56 Teilen Tonerde, 14 Teilen Chromoxid und 30 Teilen Zirkoniumoxid wurden in einen elektrischen Lichtbogenofen eingebracht und ein Kohlenstab zur Unterstützung des Uiederschmelzens angewandt. Man arbeitete mit relativ niederer Spannung (103 bis 135 Y) und niederer Stromstärke (130 bis 150 kV/), um einen entsprechenden Abstand der Kohleelektroden zum Bad zu ermöglichen, damit das Eindringen von Kohlenstoff und damit die Reduktion von Chromoxid minimal gehalten wird« Mach . dem Niederschmelzen wurde nochmals 200 kg obigen Gemisches nachchargiert unter soweit als möglich nieht-reduzierenden Bedingungen. Nach dem Einschmelzen wurde die Schmelze noch etwa 20 min gehalten, dann in eine Form zum Abschrecken gegossen, das abgekühlte Produkt wurde zerkleinert und auf übliche Weise auf verschiedene Korngrößen gebracht (2,36 bis 0,25 mm, 8-60 mesh)

Das erhaltene Produkte hatte folgende Zusammensetzung: <|mit ihrer Zusammensetzung^ . __„

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Tabelle I

O* = 59,64 io SiO₉ - 0,35 i> CaO -.0,14 # C -0,02

Cr₂O₅ = 9,81 .56 Pe₂O₅ - 0,4.6 $ MgO - 0,02 $> ■

ZrO₂ - 27,14 ^c/o TiO₂ - 0,13 $> Na₂O - 0,04 ^

Die Prüfung des erf indungsgemäßen Schleifmittels geschah in einer laboratoriumsanlage für das Grobschieifen im Vergleich zu handelsüblichem Aluminium-Zirkoniumoxid-Schleifkorn mit 25 i<> Zicütp· an Stangen von legiertem Stahl unter Anwendung des erfindungsgemäßen Schleifmittels als Schleifscheibe bei einem Anpreßdruck von 181,4 kg. ,

Den Untersuchungen wurden zwei Schleifscheiben unterworfen und zwar eine mit dem erfindungsgemäßen Schleifmittel· und eine mit dem üblichen Schleifmittel.. Bei den erfindungsgemäßen Scheiben wurden zwei hergestellt (406 mm) mit dem Korn zum Grobschleifen, bei dem handelsüblichen Produkt handelte es sich um ein geschmolzenes Material aus ionerde mit etwa 25 $> Zirkoniumoxid. Die Scheiben wurden hergestellt mit üblicher Harzbindung als Laminarscheiben. Der innere Teil der Scheiben war 25,4 mm stark, die Seitenteile hatten eine Dicke von etwa 13,5 mm. Die Korngröße des Schleifmittels im Mittenbereich für Vergleichsprodukt und erfindungsgemäßes. Produkt war 1,68 bis 2 mm (10 bis 12 grit) und in den Seitenteilen 1 ,19 mm (16 grit). Die Seitenteile bestanden aus zerkleinerter Schmelztonerde mit der gleichen Bindung.

Diese zusammengesetzten Scheiben wurden auf einer Schleifmaschine geprüft, die auf hydraulischem Wege einen Anpreßdruck von. 181 kg gegen das Werkstück sicherstell.is, Die Scheiben liefen unter simulierten Grobschleifbedingungen mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 48,5 m/s (9500 s.f.p.m.) während einer Einlaufzeit von 20 min und dann unter den gleichen Bedingungen nochmals Srei Schleifperioden von 20 min, Nach jeder

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Schleifperiode von 20 min wurde das Werkstück gewogen; für jede Schleifperiode wurde ein neues Werkstück eingesetzt. Die drei
Werkstücke wurden ausgewogen und der Gesamtabschliff bestimmt.
Die Schleifscheiben wurden nach den drei Schleifperioden ausgewogen und der gesamte Verschleiß der Scheiben ermittelt. Da die Seitenflächen der mehrteiligen Schleifscheibe aus feinerem Tonerdeschleifkorn bestehen, wirken sie nur als weiche Auflage und werden abgetragen, so daß die wesentliche Schleifarbeit am Werkstück von dem Mittelteil der untersuchten Schleifscheiben geleistet wird.

Während in der Praxis die Schleifscheiben für Grobarbeiten sehr viel höheren Anpreßdrucken und Geschwindigkeiten unterworfen
sind und die obigen Prüfbedingungen demnach nicht die in der
Praxis herrschenden Bedingungen nachahmen, so gestatten sie doch einen sehr exakten Vergleich für die Bewertung von neuentwickeltem Schleifkorn.

Tabelle II

Ver- Ab- Ab- rel. rel. rel. schleiß schliff schliff Schleif- Schleif- Scheiben-

Yerschleiß verhält- geschwin-ver- »_aii nis ■ digkeit schleiß

Vergleich	78,	9	164	12	2,	08	1	,00	100	100
erf.gem.	72,	5	180	5	2,	48	1	,19	110	92

Die Bestimmung des Schleifwert "a" ist in "Abrasives" Springer-Verlag Wien 1971 ab Seite 122 beschrieben. Bei dem Schleifwert ' "a" handelt es sich um eine Konstante, die ein Maß für die Zerstörbarkeit von Schleifkorn beim Schleifen eines bestimmten Metallwerkstoffs ist. Je geringer . der Schleifwert "a" ist, umso besser ist das Schleifkorn. Ein Schleifwert "a", wie er in obiger literaturstelle, Seite 126, angegeben ist, ist umgekehrt proportional dem Schmelzpunkt des Materials des Schleifkorns
zum Schmelzpunkt des zu schleifenden Metalls. Die Dimension ist

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mm /ta (inctaes^/hr) und läßt sich für eine gegebene konstante Sohleifkraft wie folgt errechnen:

A =£« P.v. V/(V+a) ,

worin A der stündliche Materialabtrag (in lbs. ),k die Konstante die die Sohle ifbarkeit des Metalls angibt, P die Anpreßkraft in lbs, ν die Oberfläctaengesctawindigkeit der Scheibe in m/s (ft/min) und Y der Scheibenverschleiß in mnr/h (inyhr) bedeuten.

Tabelle III gibt einige Werte über die Zusammensetzung zünden erfindungsgemäßen Produkten, die in großtechnischen Lichtbogenofen erschmolzen und schnell in der Form zur Erstarrung gebracht wurden.

	Cr2O3	ZrO2	Tabelle	III	mitti.freier Weg /um
Gew. -$> Al2O3	5,3	30,3	Verunreinigungen	Schlag oder K bei 210Vs	11,3
62,2	13,1	27,6	2,2 ίο	0,08	13,6
56,3	15,9	29,4	3,0 ίο	0,08	15,0
51,2	23,7	25,7	3,5 ίο	0,08	16,2
48,6	11,1	43,8	2,0 %	0,08
42,0	7,6	41,7	3,1 ίο	0,12
47,8			0,08

Bei den Verunreinigungen handelt es sich um Reste aus den Erzen,, wie sie normalerweise für die Gewinnung der Metalloxide angewandt werden.

Zu "mittlerer freier Weg" siehe "Quantitative Microscopy" Robert T.DeHoff and Frederick F.Rhines,1968 McGraw Hill Book Company, New York, Kapitel 9, S. 283" und' R.L. Fullmann "Measurement öf Particle Sizes in Opaque Bodies" Trans.Met.Soc.AIME,197,-447 (1953) . Es handelt sich dabei um den mittleren Abstand der

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Zwisoh.enflachen von o^-Tonerde/Chrdmoxid-feste Lösung-Kristall/ Grutidmasse, gemessen durch die Kristalle in allen Richtungen. Der mittlere freie Weg stellt somit eine mittlere Kristallgröße der primären Tonerde/Chromoxid festen Lösung dar. Die Grundmasse in diesem lall ist die eutektische Phase, die sich zwischen dieser festen lösung und Zirkoniumoxid bildet.

Alle in Tabelle III aufgeführten Produkte wurden in einem Gießofen erschmolzen und in einer' Anzahl von Formen abgegossen, dann entformt, zerkleinert und die Fraktion zwischen etwa 0,7 und 3,3 mm (6 bis 24 mesh Tyler) ausgesiebt. In den einzelnen Versuchen wurden 84 bis 87 "/> des anfänglich angewandten Sohle if korns wiedergewonnen. Dieses Korn wurde dann einer weiteren Behandlung unterzogen, um das Korn zu formen und weiches Korn zu eliminieren» Vor dem Formen wurde aus obigem Schleifmaterial die Körnung > 1,2 mm (14 mesh) mit einem Gehalt an 62,2 % Al₂O₅, 5,3 $ Or₂O₅ und 30,3 # ZrO₂ untersucht und festgestellt, daß der k-Wert bei 0,13 liegt. Nach dem Formen wurde eine andere Probe dieser Körnung untersucht und ein k-Wert von 0,08 festgestellt. Der k-Wert wird ermittelt, indem man das Korn mit einem Schläger schlägt, welcher sich mit einer Geschwindigkeit von

dreht
21O^f/s ("Single Impact Testing of Brittle Materials", Karpinski

nd Tervo, 1964₄ Transaction of the Society of Mining Engineers, S.126 bis 130 ). Der k-Wert ist ein Maß für den Widerstand einer Kornprobe gegen Schlagzerkleinerung. Je kleiner der k-Wert ist, umso zäher ist das Korn, d.h. umso weniger Korn einer gegebenen Probe wird unter der Einwirkung der Schlagmaschine zerbrochen. Der k-Wert ist nur ein abstrakter Vergleichswert. Obiges gebrochenes Korn mit einem k-Wert von 0,13 wurde verbessert auf einen k-Wert von 0,08 nach dem Formen des Korns.

Das in Tabelle III aufgeführte Material wurde einer Formbehandlung unterworfen und damit 42 bis 58 $ der verschiedenen Produkte wiedergewonnen.

Die zwei letzten Produkte der Tabelle III sollten im wesentlichen auf die Linie X-Y der Fig. 1 fallen. Eine eutektische Masse ist in Fig. 3 gezeigt. Im wesentlichen die gesamten eutektischen

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Zusammensetzungen enthalten keine Primärkristalle aus der "Schmelze wie sie auftreten, wenn ein Überschuß an Tonerde oder Zirkoniumoxid vorliegt. Die eutektischen Zusammensetzungen erstarren zu einem Produkt aus einem Eutektikum von Chromoxid 12 oder einer festen Lösung von Aluminium- und Chromoxid (dünklere Bereiche der Pig. 3) mit Zirkoniumoxid-Kristallen 11 (hellere Bereiche der Pig. 3) dispergiert darin in Porm.von paralellen Stäbchen oder Plättchen. Das Eutektikum erstarrt in sogenannten Kolonien mit einem geschätzten mittleren Durchmesser von 35,1 mr bei einer Zusammensetzung von 42 % Al₀O₇, 11,1 $ Cr_nO.* und

<L 2⁷ ' 2 3

43,8 <fo ZrO₂ bzw. 3"[,9 um bei einer Zusammensetzung von 47,8 $ Al₂O₅, 7,6 $ Cr₂O₅ und 41,7 f° ZrO₂.

Es wurde Schleifkorn aus einer Schmelzmasse von Zirkoniumoxid und Chromoxid im eutektischen Mengenverhältnis entsprechend dem Punkt Y in Pig. 1 hergestellt mit etwa 48 °/o Cr₂O^ und etwa 52 fo ZrO₂, wobei bis zu 3 $ Verunreinigungen vorliegen können. Aus der erstarrten Masse wurde ein Schleifkorn etwa 0,25 mm hergestellt und daraus eine harzgebundene Schleifscheibe, Durchmesser 127mm. Zum Vergleich diente handelsübliche Scheif i_e Qualität aus Schmelztonerde gleicher Körnung für das Präzisionsschleifen. Die Untersuchungen wurden durchgeführt auf einer Oberflächenschleifmaschine, bei der die Schleifscheibe eine Oberflächengeschwindigkeit von 28 m/s (5500 s.f.p.m.) hatte, bei 50^!/^m längs und 25 /um Vorschub. Es wurden naß zwei verschiedene Stähle mit einem Rand von harzgebunde:nem Schleifmaterial auf der Oberfläche einer Schleifscheibe Ί27 χ 4,7 x 31,7 mm geschiiffejiJDie Verunreinigungen bestanden aus 0,28 ^c/o SiO₂, 0,14 % ITa₂O, 0,06 % C und 2,8 $ Pe₂O₅. ■

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	Stahl I	Verschleiß (mills) /Um	615	C	250	Abschliff (mills) /um	230	G-Verhält~ tiis	mittl.max· Leistung
	(24,2)	775	287	( 8)	140	3,60	1350
Vergleich	(30,5)	710	305	(5,5)	137	2,00	1850
erf«gem.	(28,0)		(5,4)		2,05	2000
Il		Stahl II	356
	( 9,8)	(14,0)	366	15,3	1000
Vergleich	(11,3)	(14,4)	350	13,7	1150
erf.gem.	(12,0)	(13,8)		11,9	1350
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Während das Sohle ifverhältnis der eutektischen Zusammensetzung geringer ist als des Vergleichsproduktes, so sollte beachtet werden, daß beträchtliche Anteile sowohl an Natriumoxid als auch an Siliciumdioxid vorliegen, die bei üblicher Entfernung die Schleifleistung des Produktes verbessern würden. Daraus ergibt sich, daß Produkte mit eutektischer Zusammensetzung für Präzisionsschleifen gut geeignet sind.

Bei dem Vergleichsprodukte handeltees sich um ein qualitativ hochwertiges monokristallines· Schleifkorn, kristallisiert mit einer zersetzbaren Sulfidgrundmasse.

In weiteren Versuchen wurde reineres eutektiuches Korn _n0 obigem ^ *-

mit handelsüblichen Schleifkorn wie auch mit einem anderen handelsüblichen Schleifmittel für Präzisionsschleifen verglichen, letzteres war ein zerkleinertes Korn von Schmelztonerde und wird für Präzisionsschleifen und andere Anwendungsgebiete empfohlen und enthält etwa 50 fo monokristallines Korn (zum Vergleich mit dem 1. Handelsprodukt, welches 1OO$ig monokristallin ist). Das erfindungsgemäße eutektische Sohle if-

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mittel enthielt 52,46 fo ZrO₂, 43,8 % Cr₃O₅, 2,5 % ₃ 0,14 fo SiO₂, 0,36 °/o Fe₂O₃, 0,08 % TiO₂, 0,06 <fo CaO, 0,02 <fo MgO, 0,02 io Na₂O und 0,56 $ metallisches Chrom. Hier liegt der Natriumoxidgehalt wesentlich niederer als oben. Die eutektische Masse wurde an obigen beiden Stählen geprüft.

Stahl Γ

Verschleiß Abschliff G-Verhältnis mittl.max, (in) mm (in) mm

1.Vergleich(O,O232) 0,59 (0,0077)0,195 erf.gem. (0,027) 0,685(0,0080)0,2 2

Stahl II

1. Vergleich^, 0076) O,197(O,O155.)O,-394 2.Vergleicht,0110) 0,28 (0,0130)0,36
erf.gem. (0,0080) 0,202(0,0160)0,406

	Leistung
3,88	1250
3,67	1650
24,3*	500
14,3	800
25,2	950

* Dieses G-Verhältnis ist nicht typisch für das 1₀Vergleicbspro· dukt und scheint ein "Ausreißer" zu sein, für den es momentan keine Erklärung gibt. Das normale G-Verhältnis für Stahl II mit diesem Schleifmittel liegt in der Größenordnung von 15 bis 17.

Im allgemeinen kann man sagen, daß das erfindungsgemäße Schleifmittel für Grobschleifen geeigneter ist. Die Zusammensetzung entspricht demBereich ABDP des Dreiecksdiagramms der Fig. 1 für ternäre Systeme. Für Präzisionsschleifarbeiten sind erfindungsgemäße Schleifmittel innerhalb des Bereichs DEHG der.Fig.1 anzuwenden,

Die Reinheit der für die erfindungsgemäßen Schleifmittel anzuwendenden Aluminium- und Zirkoniumoxide sollte so eingestellt sein, daß nicht mehr Verunreinigungen vorliegen, als man sie in normalen Aluminium-Zirkoniumoxid-Produkten aus einem Lichtbogen-

von
ofen normalerweise erhält, wenn man handelsüblicher Tonerde und

Zirkoniumoxid, wie Bayer-Tonerde und verschiedene.Sorten von

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Zirkonen und Bauxiten, wie man sie im allgemeinen in der Schleifmittelindustrie anwendet, ausgeht. Es ist wesentlich, daß das Rohmaterial für Chromoxid sorgfältig auszuwählen ist und insbesondere ein hochreines Produkt zur Anwendung gelangt, so daß im Endprodukt der Anteil an Na₂O minimal gehalten wird.

Das Schmelzen geschieht unter geregelten Bedingungen, die su keinem nennenswerten Anteil von metallischem Chrom im Endprodukt führen, wenn dieses für das Präzisionsschleifen angewandt werden soll, bzw, einen Betrag von etwa 2 bis 2,25 % nicht übersteigt, wenn es sich um ein Schleifmittel für das Grobarbeiten handelt.

Das Schleifmittel sollte weniger als etwa 0,15 °/o Na₂O, vorzugsweise möglichst wenig,enthalten und darüberhinaus soll der Anteil an Chrommetall unter 0,3 fo für Feinschleifen und für das Grobschleifen etwas höher bis zu 2,25 fo liegen, was dort nicht nachteilig ist. Im allgemeinen sollte der Anteil an Verunreinigungen in den Ausgangsmaterialien entsprechend eingestellt und durch Regelung der Ofenbedingungen so gehalten werden, daß vorzugsweise folgende Maximalwerte erreicht werdend

SiO₂ 1 %

Pe₂O₃ (PeO) 2,3 $

Der Gesamtanteil der Verunreinigungen einschließlich CaO, MgO, C, TiO₂, SrO, V₂O₅, MnO₂, IaO, I₂O₅, Ia₃O₅, CeO₂ und andere seltene Erden soll nicht mehr als 5 % ausmachen. Ein gewisser Eisengehalt,;ober dem der normalerweise in den Rohmaterialien vorliegt, kann aus Bohrspänen stammen, die man zum Anfahren des lichtbogenofens beim Einschmelzen anwendet.

Darüberhinaus ist es van besonderer Bedeutung, daß das Material extrem kleine Zirkoniumoxid-Kristalle enthält. Durch schnelles Abschrecken, wie man dies für Aluminium-Zirkoniumoxid-Schleifkorn macht, erhält-rman ausreichende Kristallfeinheit. Bei einer

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bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung erreicht man diese geringe Kristallgröße durch ein schnelles Abkühlen,wobei die Schmelze in einen Behälter gegossen wird, der mit im Abstand angeordneten Platten versehen ist, um ein möglichst plötzliches Erstarren des Produktes zu erreichen.

Obwohl oben die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Schleifmittel nur im Rahmen von Schleifscheiben diskutiert worden ist, ist es selbstverständlich, daß es sich auch für Schleifpapiere und Sohleifleinen eignet.

Patentansprüche

/ 8143

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Claims (11)

8 MÜNCHEN 9O SCHWEIGERSTHASSE 2 TELEPOK <089) 66 20 31 TELEX 5 24 070 TELEGHAMME : 1A-45 844 Paten tan s pir ü c la e

1. Schleifmittel in Form einer geschmolzenen !zerkleinerten Mischung von Oxiden des Aluminiums und Zirkoniums, dadurch gekennzeichnet , daß es im wesentlichen porenfrei ist und 70 bis 10 Gew.~% ZrO₉, 5 bis 25 Gew.-^ Cr₉O,-

C- C-J

und O bis 85 fo Al₂O₃ neben maximal 5 % Verunreinigungen und einem zulässigen Anteil an Na₉O und metallischem Chrom ent

2. Schleifmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von etwa 10 $ Or₉O,,, etwa 30 fo ZrO₂, etwa 60 i* Al₂O₃, Rest Verunreinigungen·

3. Schleifmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein ternäres System in Form eines Gemisches von Zirkoniumoxid und einer festen Lösung von Chrom- und Aluminiumoxid ist und die Zusammensetzung dem Dreiecksdiagramm Alp0₃/Zr0₂/Cr₂0₃ ABCF in Fig. 1 entspricht.

4· Schleifmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß primäre Kristalle der festen Lösung sich id 3inem Eutektikum von Zirkoniumoxid-Kristallen in der festen Lösung befinden.

5. Schleifmittel nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von weniger als 0,15 % Na₉O, weniger als 3 f< > Eisenoxid und weniger als 2,25 $> metallisches Chrom.

6. Schleifmittel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen an ZrO₂ und Cr₂O₃ der ternären eutektischen Linie XrSf der Fig. 1 entsprechen

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und der Anteil an Cr₀O,, 5 bis 25 ^,von ZrO₀ 45 bis 50 % und von Al₉O_x 25 bis 49 $ ist.

7. Schleifmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch.einen Gehalt von 25 bis 50 $ C3?pO und O bis 30 fo Al₂O₅.

8. Schleifmittel nach Anspruch 1 bis 7» ge.kennzeichnet durch einen Gehalt an Cr₂O₅ von etwa 48 '%' und ZrO₂ von etwa 52 fo, Rest Verunreinigungen.

9. Schleifmittel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung dem Bereich DEHG der Pig» 1 entspricht,,

10. Schleifmittel nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung etwa der ternären eutektischen Linie X-Y der Pig. 1 entspricht und 25 bis 50 $ Cr₂O₇, 45 bis 58 % ZrO₂ und O bis 30 # Al₂O₅

11. Verwendung des Schleifkorns nach Anspruch 1 bis 10

in Schleifscheiben zum Präzisionsschleifen oder Grobschleifen Harzbindung.>

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