DE3610054C2

DE3610054C2 - Läpp-Werkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE3610054C2
Application number: DE3610054A
Authority: DE
Inventors: Toshio Shikata; Hirokazu Tokoro; Takanobu Nishimura; Masaharu Kinoshita; Norio Masuda
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2006-03-26
Also published as: KR920003213B1; JPH0480791B2; US5041173A; DE3610054A1; KR860007061A; US4867803A; JPS61219566A

Description

Die Erfindung betrifft ein Läpp-Werkzeug, das zum Läppen von Gegenständen, wie Siliziumplatten, optischen Linsen usw. verwendet wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Läpp-Werkzeuges.

Obwohl das erfindungsgemäße Läpp-Werkzeug für verschiedene Anwendungen brauchbar ist, wird die Erfindung beispielsweise zum Läppen von Siliziumplatten beschrieben.

Zum Läppen von Siliziumplatten wird diese Platte zwischen ein rotierendes, scheibenförmiges oberes Läpp-Werkzeug und ein rotierendes, scheibenförmiges unteres Läpp-Werkzeug eingelegt, und es werden Schleifteilchen in Form eines flüssigen Breies zwischen die obere Fläche und die untere Fläche der Platte und die Innenflächen der beiden Läpp-Werkzeuge eingebracht. Da die Läpp- Werkzeuge unter Druck gedreht werden, werden dünne Schichten der Platte durch die Schneidkraft der Schleifteilchen weggeschnitten, wodurch die Oberflächen der Platte abgeschliffen werden. Mit anderen Worten, es wird die Ebenheit der Läpp-Werkzeuge auf die Oberflächen der Platte übertragen.

Ein solches Läppen erfolgt zu dem Zwecke, die Oberfläche einer Siliziumplatte, eines Edelsteines, eines Metallgegenstandes, einer optischen Linse, von Gläsern oder keramischen Gegenständen usw. eben oder glatt zu machen, und es sind die Anforderungen an das Läppen mit der Zeit erhöht worden, und zwar infolge der schnelleren Entwicklung der elektronischen Technik.

Allgemein werden beim Läppen einer Siliziumplatte feine Tonerdeteilchen (Al₂O₃) oder Zirkonerdeteilchen (ZrO₂) als Schleifteilchen verwendet. Die Teilchengröße der Schleifteilchen hat eine unmittelbare Wirkung auf den Läpp-Wirkungsgrad, die Oberflächenrauhheit des Werkstückes und die Tiefe einer Oberflächenschicht des Werkstückes. Üblicherweise wird eine Korngröße von Nr. 1000 bis Nr. 1200 verwendet. Die Lappeigenschaft einer Siliziumplatte wird beeinflußt durch die Affinität oder Schmierung zwischen den Läpp-Werkzeugen und den Schleifteilchen. Wenn das Grundmaterial oder die Matrix des Läpp- Werkzeuges aus Stahl besteht, ist die Affinität zwischen den Schleifteilchen und dem Läpp-Werkzeug gering, so daß nach dem Läppen eine große Anzahl von Kratzern auf der Oberfläche des Werkstückes gebildet werden. Aus diesem Grunde ist in den letzten Jahren Graphit enthaltendes Gußeisen verwendet worden. Im einzelnen zeigen die Experimente, daß Kugelgraphit oder kugelähnliches Graphit enthaltendes Gußeisen zum Läppen einer Siliziumplatte besonders geeignet ist. Es hat also der Zustand der Kristallisation des Graphits einen großen Einfluß auf die Qualität der Oberfläche der geläppten Siliziumplatte, jedoch sind die optimalen Bedingung für die Beschaffenheit noch nicht deutlich verstanden worden.

Obwohl die Ebenheit des Läpp-Werkzeuges einen unmittelbaren Einfluß auf die Ebenheit einer Platte hat, und da die Ebenheit des Läppwerkzeuges auf die Oberfläche der Platte übertragen wird, wird die Ebenheit des Läpp-Werkzeuges durch die Härte und die Gleichförmigkeit des Läpp-Werkzeuges bestimmt. Die bekannten Läpp- Werkzeuge aus Kugelgraphit-Gußeisen verwenden ein Material mit einer Bullaugenform entsprechend JIS FCD 45 (JIS bedeutet japanischer Industriestandard) oder ein Material mit einer Ferritstruktur entsprechend JIS .FCD 40. Beide Materialien haben eine Vickers-Härte von etwa 100-200 (gemessen mit einem Vickers- Härtemeßapparat unter einer Belastung von 500 g), so daß sie weich sind und einer Abnutzung unterworfen sind. Aus diesem Grunde besteht bei diesen Materialien ein Problem, daß die Ebenheit verringert wird. Außerdem ist das bekannte Läpp-Werkzeug aus Gußeisen nicht homogen, so daß das Läpp-Werkzeug durch die Schleifteilchen ungleichförmig geläppt wird, wodurch ein weiteres Problem der Verringerung der Ebenheit auftritt.

Während des Läppvorganges wird das Läpp-Werkzeug selbst durch die Schleifteilchen abgeschliffen, so daß an den Enden der auf dem Läpp-Werkzeug gebildeten Nuten Grate gebildet werden. Diese Grate fallen auf die Oberfläche der Platte, wodurch deren Oberfläche beschädigt wird. Je größer die Dehnungseigenschaft der Matrix des Läpp-Werkzeuges ist, um so bedeutender ist die Bildung der Grate. Dieses bewirkt auch ein Problem für die Ferritstruktur der Materialien entsprechend FCD 45 und FCD 40. Wenn das Material des Läpp-Werkzeuges eine niedergeschlagene Phase aus harten und groben Karbiden aus beispielsweise Molybdän, Mangan oder Chrom enthält, fallen, wenn das Läpp-Werkzeug abgeschliffen ist, die Grate ab und beschädigen die Plattenoberfläche.

Aus der DE-OS 24 28 822 ist eine verschleißfeste Sphäro gußeisenlegierung mit den üblichen Gehalten an Kohlenstoff von 2,5-4,5 Gewichtsprozent, an Silizium von 1,5-4,5 Gewichtsprozent und Schwefel von unter 0,1 Gewichtsprozent bekannt, bei welcher der Legierung die Elemente

Mangan
von 0-3 Gewichtsprozent
Chrom	von 0-1 Gewichtsprozent
Vanadium	von 0-3,5 Gewichtsprozent
Molybdän	von 0-2,5 Gewichtsprozent
Wolfram	von 0-2,5 Gewichtsprozent
Titan	von 0-1 Gewichtsprozent
Niob und/oder Tantal	von 0-2,5 Gewichtsprozent
Nickel und/oder Kobalt	von 0-1 Gewichtsprozent
und Kupfer	von 0-2 Gewichtsprozent

zugesetzt sind.

Diese Sphärogußeisenlegierung ist für die Herstellung von hochbeanspruchten Maschinenteilen, wie Kolbenringen für Verbrennungskraftmaschinen vorgesehen. In dieser Legierung sind verschleißtragende Karbidausscheidungen vorhanden, die für ein Läppwerkzeug untragbar wären, weil dadurch die Läppoberflächen geschädigt würden.

Weiterhin ist aus der DE-AS 20 34 702 die Verwendung einer Gußlegierung zur Herstellung von in am Unterteil mit einer Schreckplatte versehenen Sandformen vergossenen Läppwerkzeuge bekannt. Dort ist vorgesehen, daß sich ein feiner Schuppengraphit ausbildet, der dort für das Läppen von Scheiben für wesentlich angesehen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Läpp-Werkzeug aus Kugelgraphit-Gußeisen zur Verfügung zu stellen, das gute Ebenheit und Instandhaltungseigenschaften und eine lange Lebensdauer hat und keine Graten an den Enden von in dem Werkzeug vorgesehenen Nuten bildet.

Verbunden mit dieser Aufgabe ist es, auch ein Verfahren zur Herstellung des Läppwerkzeugs zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Läppwerkzeug gemäß Anspruch 1 und durch das Verfahren nach Anspruch 3 gelöst.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1a eine Draufsicht auf die Arbeitsfläche eines Läpp- Werkzeuges gemäß der Erfindung,

Fig. 1b einen Schnitt entlang dem Durchmesser des Läpp- Werkzeuges nach Fig. 1a,

Fig. 2a eine Draufsicht auf eine Gießform zur Herstellung des erfindungsgemäßen Läpp-Werkzeugs,

Fig. 2b einen Schnitt durch die Gießform nach Fig. 2a,

Fig. 3 und 4 grafische Darstellungen, welche die Wärmebehandlungsschritte für verschiedene Zusammensetzungen zeigen,

Fig. 5 eine grafische Darstellung, welche die Schritte der Wärmebehandlung zeigt, durch die das Werkstück nach der Bearbeitung erneut erhitzt wird und dann abgeschreckt wird, um eine Martensit-Struktur zu erhalten,

Fig. 6 eine grafische Darstellung, welche die Schritte der Wärmebehandlung zeigt, die erforderlich sind, um die getemperte Martensit-Struktur zu erhalten,

Fig. 7 eine grafische Darstellung, welche die Schritte der Wärmebehandlung zeigt, die zur Erzielung einer Bainit-Struktur erforderlich sind,

Fig. 8 Schliffbilder mit 100facher bzw. 400facher Vergrößerung, welche die Graphitverteilung in einer Matrix zeigen,

Fig. 9 die Beziehung zwischen der Änderung in der Ebenheit des Läpp-Werkzeuges und der Anzahl der geläppten Siliziumplatten,

Fig. 10 Schliffbilder mit 100facher bzw. 400facher Vergrößerung, welche die Graphitverteilung in einem bekannten Ferrit-Läpp-Werkzeug zeigen,

Fig. 11a und 11b Schliffbilder, welche die Nutenenden des Läppwerkzeuges zeigen,

Fig. 12 eine grafische Darstellung, welche den Prozentsatz an Ausschuß zeigt, die durch Plattenkratzer hervorgerufen sind, und

Fig. 13 Schliffbilder mit 100facher bzw. 400facher Vergrößerung, welche die Graphitverteilung in einer Perlit-Matrix zeigen.

Wie in den Fig. 1a und 1b gezeigt, besteht das Läpp-Werkzeug 10 nach der Erfindung beispielsweise aus einer ringförmigen flachen Scheibe mit einem Außendurchmesser von 500-1300 mm, einem Innendurchmesser von 100-500 mm und einer Dicke von 30-60 mm. Die Arbeitsfläche des Läpp-Werkzeuges 10 ist beispielsweise mit mehreren Nuten 11 in Form einer Matrix versehen, welche den Fluß von Schleifteilchen ermöglichen. Bevorzugte Abmessungen der Nuten 11 sind: Breite: 1,5-3,0 mm; Tiefe: 10-15 mm und Abstand: 20-40 mm.

Die Außenfläche ist mit Öffnungen 12 zur Aufnahme von nicht gezeigten Montagebolzen versehen.

Das in den Fig. 1a und 1b gezeigte Läpp-Werkzeug ist unter Verwendung einer Gießform hergestellt worden, wie sie in den Fig. 2a und 2b gezeigt ist. Wie gezeigt, ist ein Kühler 15 mit einer Dicke von 50-200 mm vorgesehen. An der gegenüberliegenden Seite der Formhöhlung 18 ist eine übliche Sandform, wie beispielsweise eine Furan-Form 16 oder eine Sandform mit einem wärmeisolierenden Element 17 vorgesehen. Wenn das Gußeisen in die Formhöhlung 18 gegossen wird, erstarrt das Gießmetall, ausgehend von der läppenden Oberfläche 19 oder der Oberfläche in Kontakt mit der Schreckplatte 15, wodurch eine sogenannte einseitig gerichtete Erstarrung erfolgt.

In dieser Gießform wird die untere Hälfte des Gießrohlings des Läppwerkzeuges durch die Schreckplatte 15 gekühlt, wodurch nicht nur eine feine Verteilung des Graphits erreicht wird, sondern auch eine beschleunigte Zersetzung der kristallisierten Karbide während der Erstarrung. Insbesondere solche Elemente, wie Mangan und Molybdän, die zum Zwecke der Verbesserung der Warmhärtungseigenschaft zugesetzt sind, haben eine Tendenz, Karbide zu bilden, die mit einer üblichen Wärmebehandlung schwer zu zersetzen sind. Wenn aber eine gekühlte Anordnung mit der oben beschriebenen Gießform gebildet wird, ergibt sich ein Vorteil insofern, daß die Zersetzung der Karbide durch die Wärmebehandlung verbessert wird. Ferner wird durch eine einseitig gerichtete Erstarrung erreicht, daß Gießdefekte, wie Lunkerhöhlungen, Verschmutzungen, Gasporen oder dergleichen nur in dem abschließend verfestigten Teil (oberer Teil) auftreten, wodurch eine zufriedenstellende Struktur der Arbeitsfläche des Läpp-Werkzeuges sichergestellt ist.

Die Wärmebehandlung bei der Herstellung des Läpp-Werkzeugs wird in Verbindung mit den Wärmebehandlungsschritten beschrieben, wie sie in den Fig. 3-6 gezeigt sind. Natürlich unterscheiden sich die Wärmebehandlungen voneinander in Abhängigkeit davon, welche Matrixstruktur erhalten werden soll. Die Matrixstruktur des Materials, das zur Herstellung eines Läpp-Werkzeuges nach der Erfindung verwendet wird, ist eine feine Perlitstruktur, Martensitstruktur, getemperte Martensitstruktur oder eine Bainitstruktur. Es wird zuerst eine Wärmebehandlung zur Erzielung einer feinen Perlitstruktur in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 beschrieben.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, welche eine Wärmebehandlung zeigt, die erforderlich ist, um eine Perlitstruktur zu erhalten, wenn das Gußeisen kein Molybdän enthält, eines der die Wärmehärtung verbessernden Elemente, wie es durch eine Zusammensetzung Nr. 1 in der Tabelle I gezeigt ist. Zum Zwecke der Umwandlung oder Zersetzung der während der Gießzeit kristallisierten Karbide wird der gegossene Rohling während einer Zeit von etwa 7-10 Stunden auf einer Temperatur von 930-960°C gehalten, und er wird dann mit Luft gekühlt, und zwar mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200-250°C/Stunde. Zur Bewirkung der Luftkühlung wird ein Ventilator verwendet, um so eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 200-250°C/ Stunde zu erhalten. Ferner werden beide Oberflächen des gegossenen Rohlings gleichförmig gekühlt, um eine Deformation durch die Wärmebehandlung zu verhindern.

Fig. 4 zeigt die Wärmebehandlungsschritte für eine Zusammensetzung Nr. 2, wie sie in Tabelle I gezeigt ist, in welcher 0,1-0,5 Gewichts% Molybdän für die Legierung verwendet ist. Bei Verwendung einer üblichen Luftkühlung besteht die Gefahr der Bildung von Bainit, so daß der Gußrohling während 7-10 Stunden auf einer Temperatur von 930-960°C gehalten wird, dann in einem Ofen auf eine Temperatur von 750-850°C abgekühlt wird, und zwar mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 50°C/Stunde, und schließlich mit Luft gekühlt wird, und zwar mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 200-250°C/Stunde. Fig. 4 ist von Fig. 3 verschieden, weil die Ofenkühlung hinzugefügt ist.

Fig. 5 zeigt eine Wärmebehandlung zur Erzielung einer Martensitstruktur. Die Martensitstruktur hat eine extrem hohe Härte von Hv 550-650, so daß eine Bearbeitung schwierig ist, weshalb in diesem Falle der Gußrohling vorher wärmebehandelt wird, um die Perlitstruktur (siehe Fig. 4) zu erhalten, und er wird dann bearbeitet, wobei eine geringe Läpptoleranz ermöglicht wird. Darauf wird der gegossene Rohling erneut während 2-3 Stunden auf eine Temperatur von 850-960°C gehalten und dann in Öl abgeschreckt. Um beide Seiten gleichförmig abzukühlen, wird die Härtung so ausgeführt, daß die Richtung des Ölstromes in einem Ölbehälter und die Oberfläche des Gußeisens oder des Läppwerkzeuges parallel zueinander gehalten werden. In einem Intervall von weniger als 6 Stunden wird der Gußrohling bei einer Temperatur von 200-250°C während 2-4 Stunden getempert, um die Dehnbarkeit zu erhöhen. Wenn in der Zusammensetzung Nr. 2 in Tabelle I kein Molybdän hineinlegiert ist, ist es schwierig, die Martensitstruktur zu erhalten.

Fig. 6 ist eine grafische Darstellung, welche eine Wärmebehandlung zeigt, in welcher der gegossene Rohling getempert und dann einer Wärmebehandlung unterworfen wird, um eine Martensitstruktur zu erhalten. Die Härte der getemperten Martensitstruktur wird so gesteuert, daß sie etwa HV 330-400 beträgt, um eine Bearbeitung nach der Wärmebehandlung zu ermöglichen, und zwar zur Verbesserung der Qualität des Werkstückes, zur Aufrechterhaltung der Ebenheit des Läpp-Werkzeuges und zur Verlängerung der Lebensdauer des Werkzeuges.

Fig. 6 zeigt einen Fall, bei welchem der gegossene Rohling während 7-10 Stunden auf einer Temperatur von 930-960°C gehalten wird, dann in Öl abgeschreckt wird und zur Bewirkung einer Temperung während 2-4 Stunden auf einer Temperatur von 500-600°C gehalten wird. Dann wird der gegossene Rohling in einem Ofen langsam auf 350°C abgekühlt, und zwar mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 50°C/Stunde. Wenn die Temperung unter den oben beschriebenen Bedingungen erfolgt, wird die Härte des Läpp-Werkzeuges gleichförmig, und es kann die durch die Wärmebehandlung hervorgerufene Spannung entfernt werden, wodurch nach der Bearbeitung eine hohe Genauigkeit erreicht werden kann.

Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, welche die Schritte der Wärmebehandlung zur Erzielung einer Bainitstruktur zeigt. Mit der Bainitstruktur können ähnliche Eigenschaften wie diejenigen der getemperten Martensitstruktur erreicht werden. Wie bei anderen Strukturen wird zum Zwecke der Zersetzung von Karbiden der gegossene Rohling während 7-10 Stunden auf einer Temperatur von 930-960°C gehalten und dann in einem Salzbad gehärtet. Bei Anwendung dieser Schritte kann eine Härte von etwa HV 400 erhalten werden. Um aber die Härte gleichförmig zu machen und die Spannung zu entfernen, ist es vorteilhaft, den gegossenen Rohling oder das Läpp-Werkzeug während 2-4 Stunden auf eine Temperatur von 500-600°C zu erhitzen und dann langsam auf eine Temperatur von 350°C bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 50°C/Stunde abzukühlen.

Um durch die oben beschriebene Wärmebehandlung die gewünschten Eigenschaften zu erhalten, ist es erforderlich, Zusammensetzungen zu verwenden, wie sie in der folgenden Tabelle I gezeigt sind.

Nr. 1 zeigt Zusammensetzungen, die erforderlich sind, um 100% der Matrix durch Wärmebehandlung in eine Perlitstruktur umzuwandeln, während Nr. 2 Zusammensetzungen zeigt, bei denen die Matrix in eine Martensitstruktur, eine getemperte Martensitstruktur oder eine Bainitstruktur durch Wärmebehandlung umgewandelt wird.

Es wird im folgenden der Grund dafür beschrieben, warum diese Zusammensetzungsbereiche ausgewählt worden sind. Bei der Zusammensetzung Nr. 1 ist bei einem Gehalt an C von weniger als 3,0% die Menge an kristallisiertem Graphit zu klein, so daß die Zusammensetzung nicht mehr die gewünschten Eigenschaften für ein Läpp-Werkzeug aufweist. Wenn die Größe des Kohlenstoffäquivalents (C%+0,3Si%) größer ist als etwa 4,7%, wird Garschaumgraphit gebildet, in welchem Falle ein einwandfreier Gußrohling nicht mehr zu erhalten ist. Üblicherweise werden C und Si in solchen Mengen verwendet, daß das Kohlenstoffäquivalent sich in einem Bereich von 4,3-4,5% befindet. Andererseits erhöht Si die Graphitbildung, so daß dann, wenn die Kristallisation von Karbiden beträchtlich ist, Si eine Rißbildung in dem Gußrohling wirksam verhindert. Eine solche Rißbildung wird dadurch hervorgerufen, daß bei zu kleiner Menge an kristallisiertem Graphit an einem Teil nahe der Oberfläche des gegossenen Rohlings auf der Seite, an der der Kühler vorgesehen wird, in einem hohen Temperaturbereich eine große Schrumpfung auftritt, was zu einer Karbidstrukturbildung mit geringer interkristalliner Festigkeit führt. Andererseits besitzt Mn eine große karbidbildende Wirkung. Aus diesem Grunde werden zur Verhinderung einer Rißbildung des Gußrohlings die Mengen an Mn und Si so gewählt, daß sie die Beziehung Mn% < 0,5 × Si% - 0,6% erfüllen. Ni und Cu werden als perlitstabilisierende Elemente zugesetzt, wobei Mengen von (Ni+Cu) von 0,5-1,0% ausreichend sind. Wenn die Menge an (Ni+Cu) 1,2% überschreitet, ergibt sich eine Rest-Austenitphase, welche die Bearbeitbarkeit verringert. Es ist bekannt gewesen, daß die Komponentenbereiche von P, S und Mg der ersten Zusammensetzung notwendige Bedingung sind, um die gewöhnlichen Eigenschaften des Kugelgraphit-Gußeisens zu erhalten. Mo ist ein Verunreinigungselement ohne spezifischen Einfluß, so daß seine Menge so gewählt ist, daß sie geringer ist als 0,05%.

Die Zusammensetzung Nr. 2 unterscheidet sich von der Zusammensetzung Nr. 1 durch die Menge an Mo. Mo hat eine große Wirkung zur Verzögerung der Anfangszeit der Perlitumwandlung des isothermischen Umwandlungsdiagramms von Gußeisen. Diese Wirkung wird verstärkt, wenn Ni oder Cu in einer Menge von mehr als 0,5% vorhanden ist. Wenn Gußeisen der Zusammensetzung Nr. 1 mit Wasser gehärtet wird, werden Risse gebildet, so daß eine Abschreckung mit Öl zu bevorzugen ist. Wenn der Gußrohling eine Dicke von mehr als 60 mm hat, wird auch dann, wenn eine Martensitstruktur gebildet wird, diese bis zu einer Tiefe von etwa 5 mm von der Oberfläche aus gebildet. Jedoch kann bei Einbringung von Mo in einer Menge von 0,1-0,5% in die Zusammensetzung Nr. 2 eine ausgezeichnete Härtung mit einer Dicke von 120 mm erreicht werden. Der Grund für die Begrenzung von Mo auf 0,5% liegt darin, daß Molybdänkarbid, das durch die Karbidzersetzungs-Wärmebehandlung schwer zu zersetzen ist, zum Kristallisieren neigt.

Nach den genannten Verfahren kann ein Gußrohling erhalten werden, der frei von Gußdefekten, wie Lunkerhöhlungen, Rissen, Gasporen und Schadstoffen und der für die Verwendung als Läpp-Werkzeug geeignet ist. Zusätzlich kann eine feine und gleichförmige Graphitverteilung durch Kühlungserstarrung herbeigeführt werden. Ferner kann dadurch, daß der Gußrohling einer für die gewünschte Matrixstruktur geeigneten Wärmebehandlung unterworfen wird, eine feine und gleichförmige Matrix mit kontrollierter Härte erreicht werden. Mit diesen Behandlungen können eine feine Perlitmatrix frei von grobem Karbid, eine feine Perlitmatrix, Martensitmatrix, getemperte Martensitmatrix und eine Bainitmatrix erhalten werden. Diese Gefüge enthalten keine Karbide, die Kratzer in der Oberfläche des Werkstücks hervorrufen, und sie bilden keine Grate an den Enden der Nuten auf dem Läpp-Werkzeug. Da diese Gefüge die Abnutzungsfestigkeit und die Ebenheit verbessern, wird die Lebensdauer des Läpp-Werkzeugs wesentlich verlängert.

Beispiel 1

Kugelgraphit-Gußeisen mit der in Tabelle II gezeigten Zusammensetzung Nr. 2 wurde einem Standardschmelzverfahren einer Behandlung zur Bildung von Kugelgraphit und einer Impfbehandlung unterworfen, und es wurde das Gußeisen in die oben beschriebene Gießform gegossen. Die in diesem Beispiel verwendete Schreckplatte war eine Graphitplatte mit einer Dicke von 100 mm, und es wurde eine Furan-Gießform als Sandform verwendet. Der Gußrohling hatte einen äußeren Durchmesser von 1200 mm, einen inneren Durchmesser von 400 mm und eine Dicke von 60 mm. Der Gußrohling wurde während 8 Stunden auf einer Temperatur von 930°C gehalten, um Karbide zu zersetzen, und er wurde dann unmittelbar in einem Ölbad bei einer Temperatur von etwa 60°C gehärtet. Da Öl von unten nach oben strömt, wurde der Gußrohling in das Ölbad getaucht, wobei die Oberfläche des Gußrohlings unter einem rechten Winkel zur Öloberfläche gehalten wurde und in dem Öl gekühlt wurde, bis die Temperatur des Gußrohlings auf etwa 150°C abnahm. Nach der Härtebehandlung wurde der Gußrohling durch Erhitzung für drei Stunden auf eine Temperatur von 570°C getempert, und zwar innerhalb von 5 Stunden nach der Wärmebehandlung.

Wie in Fig. 8 gezeigt, war nach der oben beschriebenen Behandlung eine Graphitstruktur, in welcher die Teilchengröße des Graphits 20-40 µm betrug und bei der die Dichte des Graphits etwa 90/mm² betrug, gleichmäßig zwischen einer in Kontakt mit einem Graphitkühler und einer Tiefe von etwa 40 mm verteilt. Die Matrixstruktur erstreckte sich über die gesamte Tiefe, und es wurde die Härte nur etwas geändert, nämlich HV 380 ± Hv 10, wodurch eine homogene Struktur erhalten wurde. Aus diesem Grunde wurde nicht nur eine plane Bearbeitung ermöglicht, sondern es war auch möglich, Nuten und Öffnungen einzuarbeiten. Mit anderen Worten, es konnten nach der Wärmebehandlung die Endprodukte so bearbeitet werden, daß sie die gewünschten Abmessungen besitzen.

Eine Siliziumplatte wurde unter Verwendung eines Läpp-Werkzeuges geläppt, das nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist. Das Ergebnis wird in Verbindung mit den Fig. 9 und 10 beschrieben, von denen Fig. 9 die Beziehung zwischen der Änderung in der Flachheit des Läpp-Werkzeuges und der geläppten Siliziumplatten zeigt, wobei jede Platte einen Durchmesser von 9,16 cm hat. Ein Vergleich des getemperten Martensit-Läpp- Werkzeuges nach der Erfindung mit einem Ferrit-Läpp-Werkzeug (dessen Struktur in Fig. 10 gezeigt ist) zeigt, daß die die Ebenheit stabilisierende Zeitspanne zu Beginn des Gebrauches bei der Erfindung länger ist und daß die Gesamtänderung in der Ebenheit weniger als die Hälfte als beim Stand der Technik ist. Die Lebensdauer des Läpp-Werkzeuges hängt stark von der Änderung der Ebenheit ab, und es wurde festgestellt, daß die Lebensdauer des getemperten Martensit-Läpp-Werkzeuges 2,2 mal länger ist, als die Lebensdauer des Ferrit-Läpp-Werkzeuges.

Die Fig. 11a und 11b sind Schliffbilder, welche die Nutenenden des Läpp-Werkzeuges nach dem Läppen von 5000 Siliziumplatten zeigen. Fig. 11a zeigt das Nutenende eines Ferrit-Läpp-Werkzeuges der Zusammensetzung Nr. 3 in der folgenden Tabelle II, und es zeigt die Bildung von Graten aufgrund der Reibung mit den Schleifteilchen, während Fig. 11b das getemperte Martensit-Läpp- Werkzeug nach der Erfindung zeigt, von dem festgestellt werden kann, daß kein Grat vorhanden ist. Wie in der Technik allgemein bekannt, bilden solche Grate Kratzer in der Oberfläche der Siliziumplatte. Andere Gründe bringen grobe Karbide mit sich, die in dem Läpp-Werkzeug niedergeschlagen sind, und ferner harte Verunreinigungen und abgebrochene Teile der Siliziumplatte.

Fig. 12 ist eine grafische Darstellung, welche den Prozentsatz an Ausschuß zeigt, der durch Plattenkratzer bewirkt worden ist, die bei dem Läpptest von 10 000 Siliziumplatten erhalten worden ist. Bei einem getemperten Martensit-Läpp-Werkzeug des Beispiels 1 betrug der Prozentsatz von Ausschuß aufgrund von Kratzern etwa 2%, was ein Viertel des Ausschußprozentsatzes von 8% des Ferrit-Läpp- Werkzeuges ist.

Beispiel 2

Ein Läpp-Werkzeug der gleichen Abmessung wie in Beispiel 1 wurde hergestellt unter Verwendung einer Zusammensetzung Nr. 1 wie sie in Tabelle II gezeigt ist. Obwohl das gleiche Gießverfahren angewendet wurde, wurde der Gußrohling während 8 Stunden bei einer Temperatur von 930°C wärmebehandelt, um die Karbide zu zersetzen, und er wurde dann mit Luft gekühlt. Die Kühlung erfolgte bei an einem Kran aufgehängtem Läpp-Werkzeug, wobei die ebenen Oberflächen vertikal gehalten wurden. Während das so hängende Läpp-Werkzeug gedreht wurde, wurde von unten mit einem Ventilator Luft angeblasen. Es wurde eine Matrix einer feinen Teilchenstruktur mit einer Härte von etwa 250 Hv und ± 20 Hv erhalten, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. Dieses Perlit-Läpp- Werkzeug besaß eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, und es konnte mit Arbeitsschritten von etwa ein Viertel derjenigen des Läpp- Werkzeuges nach Beispiel 1 aus getemperten Martensit arbeiten. Ferner war die Ebenheit hoch, und zwar in der Größenordnung von 20 µm.

Wie in Fig. 12 gezeigt, betrug die Änderung in der Ebenheit des Läpp-Werkzeuges nach diesem Beispiel etwa 75% derjenigen des Ferrit-Läpp-Werkzeuges. Der Prozentsatz an Ausschuß, der durch Kratzer der Platte hervorgerufen wurde, betrug etwa 3,5%. Dies bedeutet, daß der Prozentsatz an Ausschuß, hervorgerufen durch Kratzer, auf weniger als eine Hälfte bei dem Ferrit-Läpp-Werkzeug reduziert werden kann.

Das Läppen wird ausgeführt durch Zuführung von Schleifteilchen zwischen die Arbeitsfläche des Läpp-Werkzeuges und die Oberfläche des Werkstückes. Um ein wirksames Läppen auszuführen, ist es wesentlich, daß die Oberfläche des Läpp-Werkzeuges eben und glatt ist, daß die Schleifteilchen gleichförmig sind und fein verteilt sind und daß sie ruhig strömen. Die Ebenheit wird beeinflußt durch die Abnutzung des Läpp-Werkzeuges, während die Gleichförmigkeit und die feine Verteilung der Schleifteilchen durch die Form, den Teilchendurchmesser und die Teilchenverteilung des Kugelgraphits beeinflußt wird.

Um die Schleifteilchen gleichförmig zu verteilen und den gleichförmigen Strom zu verbessern, ist es wesentlich, Kugelgraphit-Gußeisen statt Gußeisen mit flockenförmigem Graphit zu verwenden und den Durchmesser der Graphitteilchen kleiner zu machen als denjenigen der Schleifteilchen. Ferner ist es erwünscht, daß die Graphitteilchen klein sind und soweit wie möglich gleichmäßig verteilt sind. Insbesondere für die Bearbeitung einer Siliziumplatte werden Schleifteilchen mit einem mittleren Durchmesser von 16 µm verwendet, so daß der Durchmesser des Kugelgraphits größer sein sollte als derjenige der Schleifteilchen. Insbesondere zur gleichförmigen Verteilung der Graphitkugeln sollte deren Durchmesser kleiner sein als 100 µm, vorzugsweise 30-50 µm. Ferner sollen vorzugsweise Graphitteilchen in einer Dichte von 50/60 mm² vorliegen, und es sollte der Prozentsatz der Sphärizität höher sein als 80%. Um die Lebensdauer des Läpp-Werkzeugs zu verlängern, ist es wesentlich, daß das Werkzeug die oben beschriebenen Eigenschaften haben sollte, und zwar bis zu einer Tiefe von 15 mm von der Arbeitsfläche des Werkzeugs.

Um die Wirksamkeit des Läpp-Werkzeuges nach der Erfindung zu demonstrieren, werden die folgenden Beispiele 3-6 und ein Kontrollbeispiel gegeben.

Beispiel 3

Kugelgraphit-Gußeisen mit einer Zusammensetzung, wie sie in der folgenden Tabelle III gezeigt ist, wurde gegossen, um einen für das Läpp-Werkzeug nach der Erfindung verwendeten Gußrohling zu erhalten. Vor der Bildung von Nuten wurde der Gußrohling auf 930°C erhitzt und dann in Luft abgekühlt. Die Struktur des Gußrohlings wurde mit einem Mikroskop bis auf eine Tiefe von 20 mm geprüft, und es wurde festgestellt, daß der Prozentsatz an Kugelgraphit 90% betrug, daß der Durchmesser der Graphitteilchen 30-50 µm betrug und daß die Dichte 150/mm² war. Als Ergebnis der Luftkühlung hatte die Matrix eine feine Perlitstruktur, und es betrug die Härte Hv 250. Dieses Material wurde bearbeitet, um ein Läpp-Werkzeug zu erhalten, das zum Läppen einer Siliziumplatte verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV gezeigt. Ein Vergleich dieses Materials mit dem Stand der Technik JIS FCD 45 zeigt, daß die Anzahl von Ausschuß auf 75% von JIS FCD 45 herabgesetzt wurde und daß der Betrag der Abnutzung auf 40% von JIS FCD 45 verringert wurde. Diese Eigenschaften sind die für ein Läpp-Werkzeug gewünschten Eigenschaften.

Beispiel 4

Kugelgraphit-Gußeisen mit der Zusammensetzung, wie sie in Tabelle III gezeigt ist, wurde gegossen, und es wurde der Gußrohling zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Läpp-Werkzeugs verwendet. 85% des Graphit lag bis zu einer Tiefe von 20 mm als Kugelgraphit vor. Der Durchmesser des Kugelgraphits betrug 30-50 µm, und er lag in einer Dichte von 70/mm² vor.

Der Gußrohling wurde erhitzt auf 930°C und dann in einem Ofen abgekühlt, um eine Ferritstruktur zu erhalten. Nach der Bildung von Nuten und Löchern wurde der Gußrohling auf 930°C erhitzt, um eine Austenitstruktur zu erhalten, und er wurde dann bei 300°C getempert, um eine Bainitstruktur zu erhalten. Das resultierende Material hatte eine Härte von HV 350, und es wurde die Änderung der Oberflächenebenheit, die durch die Temperung bewirkt wurde, durch Läppen korrigiert. Es wurde eine Siliziumplatte mit dem Läpp-Werkzeug geläppt. Wie in Tabelle IV gezeigt, wurden die Oberflächenkratzer der Siliziumplatte auf 65% derjenigen von JIS FCD 45 reduziert, und es wurde die Lebensdauer um 70% erhöht. Ferner wurde die Größe der Abnutzung auf 50% derjenigen von JIS FCD 45 reduziert. Diese Eigenschaften sind die für ein Läppwerkzeug gewünschten Eigenschaften.

Beispiel 5

Durch Verwendung der Zusammensetzung, wie sie in Tabelle III gezeigt ist, wurde Kugelgraphit-Gußeisen gegossen, und es wurde der Gußrohling zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Läpp- Werkzeuges verwendet. Im Gußrohling lag der Graphit zu 40% bis zu einer Tiefe von 20 mm als Kugelgraphit vor. Der Durchmesser der Graphitteilchen betrug 30-50 µm, und die Graphitteilchen lagen in einer Dichte von 70/mm² vor.

Der Gußrohling wurde auf 930°C erhitzt und dann in einem Ofen abgekühlt, um eine Ferrit-Struktur zu erhalten. Nach der Bildung der Nuten auf der Oberfläche des Läpp-Werkzeuges wurde der Gußrohling auf 930°C erhitzt, um die Struktur in eine Austenitstruktur umzuwandeln. Dann wurde der Gußrohling bei einer Temperatur von 350°C ausgetempert, um eine Bainitstruktur zu erhalten. Die Härte dieses Materials betrug HV 300. Die Änderung in der Oberflächenebenheit, die durch die Temperung hervorgerufen wurde, wurde durch Läppen korrigiert. Wie in Tabelle IV gezeigt, wurde der Oberflächendefekt der Siliziumplatte auf 70% herabgesetzt. Die Lebensdauer des Läpp-Werkzeuges wurde um 60% erhöht, und es wurde die Abnutzung um 50% verringert.

Beispiel 6

Es wurde Kugelgraphit-Gußeisen mit einer Zusammensetzung, wie sie in Tabelle III gezeigt ist, gegossen. Der Graphit lag bis auf eine Tiefe von 20 mm zu 80% als Kugelgraphit vor. Der Durchmesser der Graphitteilchen betrug 30-50 µm, und es betrug die Dichte der Graphitteilchen 100/mm². Der Gußrohling wurde auf 930°C erhitzt und dann in einem Ofen abgekühlt, um eine Ferritmatrix zu erhalten. Nach der Bildung der Nuten und Bearbeitung des Läpp- Werkzeuges wurde dieses auf 930°C erhitzt und dann in Öl gehärtet. Das sich ergebende Läpp-Werkzeug hatte eine Härte von 550 Hv. Nach der Härtung wurde das Werkzeug geläppt, um die Oberflächenebenheit zu korrigieren.

Dieses Läpp-Werkzeug wurde zum Läppen einer Siliziumplatte verwendet. Wie in Tabelle IV gezeigt, konnte das Läpp-Werkzeug dieses Beispiels im Vergleich mit dem Stand der Technik JIS FCD 45 die Anzahl an Ausschuß aufgrund von Oberflächenkratzern auf 45% verringern, während die Lebensdauer um 220% erhöht wurde und der Betrag der Abnutzung auf 20% verringert wurde.

Beispiel 7

Es wurde wiederum ein Gußrohling unter Verwendung des Kugelgraphit-Gußeisens der Zusammensetzung nach Tabelle III hergestellt. Der Prozentsatz an Kugelgraphit betrug 80% bis auf eine Tiefe von 20 mm. Der Durchmesser der Graphitteilchen betrug 50-100 µm, und es betrug die Dichte der Graphitteilchen 100/mm². Der Gußrohling wurde auf 930°C erhitzt und in einem Ofen abgekühlt, um eine Ferritmatrix zu erhalten. Nach der Bildung der Nuten wurde der Gußrohling mit einem Läpp-Werkzeug bearbeitet. Dann wurde das Werkzeug wieder auf 930°C erhitzt und in Öl gehärtet, um eine Härte von 500 Hv zu erhalten. Nach der Härtung wurde das Werkzeug geläppt, um die Oberflächenebenheit zu korrigieren. Dieses Werkzeug wurde zum Läppen einer Siliziumplatte verwendet. Wie in Tabelle IV gezeigt, wurde die Anzahl an Ausschuß aufgrund von Oberflächenkratzern auf 50% verringert. Die Lebensdauer des Werkzeuges wurde auf 200% erhöht, und es wurde der Betrag der Abnutzung auf 25% verringert.

Kontrollbeispiel

Es wurde Kugelgraphit-Gußeisen der Zusammensetzung nach Tabelle III (siehe Kontrollbeispiel) gegossen. Der Prozentsatz an Kugelgraphit des Gußrohlings betrug 75% bis auf eine Tiefe von 20 mm. Der Durchmesser der Graphitteilchen betrug 100-150 µm, und es betrug die Dichte der Graphitteilchen 60/mm². Der Gußrohling wurde auf 930°C erhitzt und dann in einem Ofen abgekühlt, um eine Ferritmatrix mit einer Härte von 140 Hv zu erhalten. Nach der Wärmebehandlung wurde der Gußrohling zu einem Läpp-Werkzeug bearbeitet. Dieses Werkzeug wurde zum Läppen einer Siliziumplatte verwendet. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV gezeigt. Wie ersichtlich, waren die Anzahl an Ausschuß aufgrund von Oberflächenkratzern, die Lebensdauer des Werkzeuges und der Betrag der Abnutzung dieses Werkzeuges schlechter als bei den Werkzeugen bei den Beispielen 3-7.

Claims

1. Scheibenförmiges Läpp-Werkzeug aus Kugelgraphit-Gußeisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphit zu mehr als 80% sphärolithisch ist, der Durchmesser der Graphitteilchen kleiner ist als 100 µm, die Graphitteilchen in einer Dichte von mehr als 70/mm² vorliegen, und das Kugelgraphit-Gußeisen eine Vickers- Härte von mehr als 200 hat und frei von niedergeschlagenen groben Karbiden ist.

2. Scheibenförmiges Läpp-Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Arbeitsfläche mit Nuten (11) zur Entfernung von beim Läpp-Vorgang entsorgten Schleifteilchen versehen ist.

3. Verfahren zur Herstellung des Läpp-Werkzeuges gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schmelze bestehend aus 3,0 bis 3,8 Gewichts % Kohlenstoff,
2,0 bis 2,9 Gewichts % Silicium,
0,3 bis 0,9 Gewichts % Mangan,
weniger als 0,05 Gewichts % Phosphor,
weniger als 0,03 Gewichts % Schwefel,
0,2 bis 1,0 Gewichts % Nickel,
0 bis 0,8 Gewichts % Kupfer,
0,1 bis 0,5 Gewichts % Molybdän,
0,03 bis 0,09 Gewichts % Magnesium
und Rest Eisenin eine Gießform mit Abschreckplatte gießt, den gegossenen Rohling während 7 bis 10 Stunden auf eine Temperatur von 930 bis 960°C glüht, anschließend in einem Ofen auf eine Temperatur von 750 bis 850°C abkühlt und danach an der Luft abkühlt unter Erhalt einer Perlitstruktur.