NO138944B - Smeltede, knuste slipekorn. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår smeltede, knuste slipekorn.

Smeltede aluminiumoksyd-zirkoniumoksyd-legeringsslipe-

midler viste, sin overlegenhet allerede i de tidlige 1960-årene,

noe som fremgår f.eks. i US-patent nr. 3.181.939. Senere arbeider av R. E. Barks, ålment tilgjengelig norsk søknad nr. 7^3769, har vist at man kan oppnå forbedrede resultater ved å tilsette ceriumoksyd til en aluminiumoksyd- og zirkoniumoksydblanding som så sintres for dannelse av slipekorn. Tysk patentsøknad nr.

2.212.311» publisert 26.. oktober 1972, inneholder et eksempel på et aluminiumoksyd-zirkoniumoksyd-spinellslipemiddel som inne-

holder mindre enn 1% ceriumoksyd, og hvor sistnevnte oksyd åpen-

bart er tilsatt for å stabilisere zirkoniumoksydkornet.

I boken "Abrasives" av L. Coes Jr., Springer-Verlag New

York, 1971» side 124, som angår slipeteori, finner man følgende

ligning:

hvor M = metallfjerningshastigheten i pund/time

P = kraften i pund mellom slipehjulet og arbeidsstykket

V = den perifere hastighet i fot/minutt

K = slipbarhetskonstanten for metallet

W ■■= -volumhastigheten med hensyn til nedbrytning av hjulstruk-

turen i kubikktommer/time

a = destruerbarhetsfaktoren for slipemidlet.

På side 127- er følgende formel angitt for slipeomkost-

ningene:

hvor C = omkostninger i cents/pund fjernet metall A = slipemidlets pris i cents/kubikktomme

L = arbeidskraft pluss, administrasjon i cents/time.

Hvis man setter, inn i ligning (2) verdien M fra ligning (1), så gir dette følgende:

Minimumsverdien for slipeomkostningene vil følgelig være:

Det fremgår av ovennevnte ligninger at jo lavere "a" er for et slipemiddel, jo lavere vil slipeomkostningene være. Dette betyr at lavere hjulslipehastighet vil senke slipeomkostningene hvis hjulet dog fjerner metall med en rimelig hastighet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer smeltede, knuste slipekorn bestående av samsmeltet aluminiumoksyd, zirkoniumoksyd og ceriumoksyd, hvor zirkoniumoksydet er tilstede i mengder på fra 10-60 -vekt-/?, ceriumoksydet i mengder på fra 1 til 7 vekt-55, mens resten i alt vesentlig er aluminiumoksyd og en mindre mengde urenheter.

En vesentlig mengde ceriumoksyd (mellom 1 og 7%) inngår således i den sammensmeltede blanding av aluminiumoksyd og zirkoniumoksyd, og produktet kan så kjølestøpes for å oppnå en meget fin krystallstørrelse. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen blir kornene styrket ved oppvarming "til 800-1250°C i to timer. -Aluminium-zirkoniumoksydlegerings-slipemidler har vært smeltet og støpt tidligere, slik det generelt er beskrevet i US-Ser.ial 212.614 (Sydafrikansk patentsøknad 8975/72, publisert 26. september 1973)•

I det etterfølgende utførte man støpingen ved hjelp av en liten bueovn av støpetypen. Man brukte en utgangsblanding som er vist i det følgende eksempel.

Eksempel 1

Analyser av nevnte A10 og Zr02 er angitt nedenfor.

Ovnen ble vanligvis drevet ved 85 volt og 185 Kw når man smeltet aluminium-zirkoniumoksyd. Med tilsatt ceriumoksyd var det nødvendig å anvende 100 volt og 185 Kw for å få en minimal tendens til at ceriumoksydet ble redusert til en lavere oksydtil-stand. Det ble fremstilt seks porsjoner som ialt veide 215 kg, og produktet hadde en svak grønnaktig farge. Det resulterende smeltede, støpte produkt hadde følgende analyse:

Dette materiale ble så slagknust og formet under regulerte nedbrytningsbetingelser. En prøve av råproduktet ble oppsamlet under en vanlig kjeveknusing idet man tok ut en del fra hver knusing av den fraksjon som var mindre enn 1,25 cm. Denne prøve av råproduktet ble ytterligere redusert i størrelse ved vanlig standard prøverompraksis (kjever + valseknusing) slik at man fikk en 14 korns Tyler-siktprøve, og etter ytterligere pulverisering, ble en del av denne prøve, dvs. 140 mesh eller finere, oppsamlet, og det ble tatt to 56-grams prøver for analyse og mikroskopisk undersøkelse. Den gjenværende del av råprøven av slipeproduktét, som var ca. -1,25 cm, ble først veiet og så ført gjennom en slag-knuser av den type som er vist i US-patent nr. 2.644.644, som kan tilføres ved hjelp av en vibrerende føder i mengder på 18 kg/ min. Bladhastigheten på knuseren var satt til. 1500 omdr./min. med en bladradius på ca. 55 cm, slik-at ytterste del av bladet hadde en hastighet på ca. 258 m/min. Etter hver gjennomgang gjennom slagknuseren, ble produktet ført over en sikt på 0,6x1,8 m, utstyrt med en 6 mesh og 24 mesh Tyler-sikt. Dette ga tre produkter, nemlig +6, (-6+24) og (-24). +6-produktet ble sirku-lert gjennom slagknuseren. Etter hver gjennomgang gjennom knuseren, ble produktet siktet på nytt, og +6-størrelsen ble igjen resirkulert. Denne fremgangsmåte ble fortsatt inntil 95% av det opprinnelig tilførte materiale var knust til -6 mesh.

Det gjenværende +6-materiale ble valseknust til -6 mesh og tilsatt -6 mesh-produktene.

Nevnte (-6 + 24)-produktet, som var fremstilt som angitt ovenfor, ble ført gjennom knuseren tre ganger i rekkefølge ved 1500 omdr./min. En representativ prøve ble tatt ut, og slagstyrken ble målt ved k-verdien, slik denne er beskrevet ovenfor. Hvis 8/9- og 12/l4-fraksjonene hadde k-verdier som oppfylte en spesi-fisert verdi, ble det ikke utført noe ytterligere forming. Hvis k-verdiene stadig var for høye, ble materialet gitt en eller

- flere formende omganger inntil k-verdiene var akseptable.

Det endelige knuste og slagformede produkt ble igjen slått sammen, og det ble utført en siktanalyse for å bestemme kornstørrelsene som var blitt fremstilt og utbyttet av disse størrelser.

Det (-6+24) knuste og slagformede produkt ble så plassert i en 90 cm pannemølle (27 - 31,5 kg/porsjon) og tørrmalt fra 1-2 timer inntil kornet var tilstrekkelig avrundetslik at man fikk en forønsket vekt/liter. Spesifikasjonene ble selvsagt justert for tetthetsforskjeller. Det ferdige produkt ble så siktet til de forønskede kornstørrelser... Normalt brukte man 10, 12, 14 og 16 korn for slipeprøvér.. Det ble utført.målinger for. vekt/liter samt målinger av den virkelige tetthet.

Samtidig ble en representativ, prøve for støpt aluminiumoksyd-zirkoniumoksyd.med samme innhold av zirkoniumoksyd, men ,ikke

inneholdende noe ceriumoksyd, bearbeidet under identiske beting-,

.eiser.. Utbyttet av korn av begge produkter er sammenlignet i den etterfølgende tabell.

Korn av det ceriumoksydholdige produkt ble opparbeidet til laminære- slipenjul, samtidig som korn fra standardprøven av aluminiumoksyd-zirkoniumoksyd-slipemidlet ble opparbeidet til tilsvarende slipehjul. I laboratoriesammenligningsprøver ble det fremstilt slike hjul med det nye slipemiddel og et standard-slipemiddel for sammenligning. I forbindelse med foreliggende oppfinnelse ble det fremstilt hjul med en diameter på 40 cm samt et tilsvarende hjul av et kommersielt samsmeltet aluminiumoksyd-zirkoniumoksyd-slipemiddel hvor ca. 25% zirkoniumoksyd var tilstede, samt andre hjul med de korn som skulle prøves, og hjulene ble fremstilt med en standardharpiks bundet i form av laminære hjul. Senterseksjonene av disse hjulene var 2,5 cm tykke med to sider som var 13,2 mm tykke. En typisk senterseksjon for hvert hjul innbefattet korn av kommersielt aluminiumoksyd-zirkoniumoksyd eller det korn som skulle prøves, i fra 10-12 kornområde, f.eks. med sideoverflåtene av 16 korn av smeltet, knust aluminiumoksyd i samme bindemiddel.

Under disse forsøk ble de laminære hjulene sammenlignet. i et slipeapparat som hadde anordninger for hydraulisk trykk av størrelsesorden på l80 kg/cm 2 fra hjulet mot arbeids'stykket.. Hjulene ble..kjørt med en hastighet på 2850 m/sekund i en første innslipingsperiode på 20 minutter, hvoretter samme hjul ble ført under samme trykk og hastighet i tre etterfølgende 20-minutters forsøk. Etter hver 20-minutters periode ble arbeidsstykket fjernet fra hjulet og veiet mens et annet arbeidsstykke av iden-tisk sammensetning ble satt under hjulet for hvert av de etter-følgende forsøk. - Hver av de tre arbeidsstykkene ble veiet, og den samlede vekt av det fjernede metall ble bestemt. Hjulet ble veiet en gang ved slutten av de tre forsøk for å bestemme mengden av hjulslit. Under forsøkene var sideoverflåtene på det. laminære hjul fremstilt av finere aluminiumslipemiddel slipt vekk, slik at at den vesentlige slipingen mot arbeidsstykket ble utført av senterseksjonen av de respektive hjul.

Skjønt kommersielle hjul underkastes langt hardere trykk og hastigheter i virkeligheten, og selv om ovennevnte prøvemeto-dikk ikke dupliserer slike virkelige slipebetingelser, så har man funnet at ovennevnte fremgangsmåte gir en meget nøyaktig sammen-lignende prøve for bestemmelse av utviklede slipemidler.

I nevnte prøver ble tilsvarende hjul fremstilt fra korn som var smeltet og knust såvel som korn som var blitt smeltet, knust og kalsinert i luft i to timer. Alle disse hjul ble prøvet slik det er beskrevet ovenfor.

Resultatene av prøven er angitt nedenfor.

Ww cm^/time MR = gram/time

Varmebehandling = 2 timer i luft ved 1250°C.

Det fremgår av Ww-kolonnen at ceriumoksydhjul har langt mindre hjulslitasje enn standardhjulet.

Fra MR-kolonnen fremgår det at skjæringshastigheten er lavere for ceriumoksydholdige hjul, men at ceriumoksydholdige hjul fremstilt av kalsinerte korn, har tilsvarende skjærings-hastighet som stadardhjulet, men har langt mindre hjulslitasje.

MR

Fra forholdet ^ er det innlysende at ceriumoksydholdige hjul fjerner mer metall pr. cm^ hjulslitasje og at varmebehandlingen bedrer dette forhold.

"a"-verdien for det varmebehandlede ceriumoksydholdige produkt- er lavere enn-for standard hjul inneholdende aluminiumoksyd-25/S zirkoniumoksyd-hurtigavkjølt materiale. Dette er et ønskelig trekk.

Dette angir at for samme hjulslitasje fjerner det ceriumoksydholdige hjul 1,24 ganger mer metall og med varmbehandlede korn fjernes 1,44 ganger mer metall. viser at det ceriumoksydholdige hjul skjærer langsommere enn standardhjulet, men at varmebehandlet hjul skjærer med omtrent samme hastighet som standardhjulet.

og dette viser at det ceriumoksydholdige hjul er langt mer holdbart enn standardhjulet.

Som et ytterligere bevis på at ceriumholdige produkter, er mer varige enn normale aluminiumoksyd-2 5% zirkoniumoksydproduk-ter, så er slagprøve-k-verdiene for disse to produkter vist både før og etter varmebehandling. (2 timer ved 1250°C).

K-verdien er .omvendt proporsjonal med styrken og hold-barheten på kornet. Denne k-verdi bestemmes på følgende måte: Bedømmelse av slipemidler for material-fjernende sliping er en vitenskap under utvikling. Et mål man kan bruke for å finne ut hvorvidt et spesielt slipemiddel er egnet eller ikke, er å måle slipemidlets sprøhet. Denne egenskap kan måles på forskjellige måter som varierer fra hvor lett det er å knuse et gitt korn mellom kjevene i en tang, eller mer utviklede kvant-itative målemetoder hvor man måler hvor mange korn som brytes ned når en prøve inneholdende et stort antall korn av et gitt materiale, underkastes slitasje i en kulemølle eller på annen måte. Den fremgangsmåte som brukes for å bestemme k-verdien, innbefat-ter at man underkaster hver kornpartikkel, i en stor prøve med ensartet størrelse og form, et enkelt slag mot et raskt roterende stålblad, hvoretter man siktanalyserer de oppståtte partikler. Langvarig prøving på denne måte over lange tidsrom har vist at sprøtt materiale, slik som slipemidler, når disse slåes på denne måte, brytes ned på en måte som kan beskrives ved hjelp av følg-ende ligning:

hvor R er den vektfraksjon av kornet som blir igjen på en gitt sikt med åpninger med dimensjoner x; xQ er den effektive begyn-nende størrelse på kornene (før slag), og k er et tall som kan anses å være representativt for det antall dårlige korn som finnes i det prøvede materiale. Jo lavere k-verdi, jo sterke vil materialet være. Denne slagmetode er beskrevet i "Single Impact Testing of Brittle Material" av Karpinski og Tervo, sidene 126-130 i juni l'965-utgaven av "Transactions of the Society of Mining Engineers".

Når man skal bestemme k-verdien, blir en prøve opparbeidet ved at man først knuser og sikter slipemidlet. Selve prøven vil så utgjøres av den del av de knuste partikler som holdes tilbake mellom to spesifiserte tilstøtende sikter i Tyler-serien etter en halvtimes sikting i en ristemaksin. Prøvens vekt velges slik at man får ca. 10.000 individuelle slipekorn. Por 14 korn vil f.eks. en passende prøve utgjøre ca. 100 g.

Kornene slippes et for et inn i et evakuert kammer

(f.eks. 2 mm Hg), hvor de treffes sentralt av et mykt stålblad som beveger seg med en forutbestemt hastighet. Kornet kastes ved hjelp av slaget over i et oppsamlingskammer. Sekundære slag nedsettes til et minimum"ved å fore alle tilstøtende metallover-flater med gummi.

De korn som er oppsamlet i kammeret, siktes i en halv time på neste sikt i Tyler-serien i en ristemaskin for å bestemme fordelingsstørrelsen på partiklene etter slaget med hensyn til vekten av korn på hver enkelt sikt og på oppsamlingspannen. Ved bestemmelse av k, slik det er angitt her, vil stålbladets sentrum ligge 30 cm radialt fra rotasjonssentret, og stålbladets hastighet er 2000 omdr./min., noe som tilsvarer en hastighet på 62,7 m/sek.

Ved en bestemmelse av en k-verdi vil man typisk bruke fire sikter som plasseres med en oppsamlingspanne i en Ro-Tap-maskin. Den første sikt(som vilkårlig angis som "0"-sikten), er den sikt hvor prøvematerialet tile holdt tilbake under selve sikt-ingen. De etterfølgende sikter som angis 1, 2, 35 4 etc., er hver mindre enn den foregående sikt ved en faktor på 1,189 (fjerde rot av 2) i Tyler-siktsystemet. Nevnte faktor kan brukes for å forenkle beregninger ved å fremstille tabeller for den resiproke verdi for logaritmen av 1 - — for forskjellige verdier av xQ (som normalt vil være mellom ° 1 og 1,5 når "0"-sikten vilkårlig gis en verdi på 1 enhet for sin åpningsstørrelse).

Vekten av korn på de forskjellige sikter angis idet man starter med "0"-sikten, og de samlede fraksjoner."R" for den totale prøve for hver.sikt.kan så beregnes. En verdi for xQ, f.eks. 1,02, velges så vilkårlig og fra R for hver enkelt sikt kan så k, beregnes ved hjelp av følgende formel:

Hvis verdiene, for k er de samme for hver R, så har man valgt den korrekte xq, og k og xq er kjente. Hvis verdiene for k skiller seg med.mer enn en enhet ved tredje desimal, så må man velge en ny verdi for xQ. Dette gjentas inntil k er bestemt med den forønsk-ede nøyaktighetsgrad....

Det fremgår av data i tabell 4 at stadardproduktet blir svakere etter varmebehandlingen, mens det ceriumoksydholdige produkt får øket styrke. Denne k-verdi reflekteres i de slipe-data som er vist i den foregående tabell 3. Ved å fremstille et enda sterkere ceriumoksydholdig korn ved hjelp av modifikasjoner i finmalingsprosessen, kan man fremstille et mer holdbart produkt enn det som er vist ovenfor. Hvis således det ceriumholdige produkt ble slagknust og formet inntil det hadde en k-verdi som tilsvarte det man fant i standard aluminiumoksyd- 25% zirkoniumoksyd (=0,058), og så ble varmebehandlet, ville resterende korn være langt mer harde og holdbare og gi enda bedre sliperesultater.

Eksempel 2

Det ble fremstilt en ny serie smelter med følgende mengder ceriumoksyd .i det ferdige produkt:

De smeltede produkter blir kjølestøpt idet man brukte den kulestøpingsteknikk som er beskrevet i kanadisk patent nr. 924. 112, idet man brukte stålkuler med en diameter på 5 cm. Produktene ble så opparbeidet til korn, og man målte utbyttet og k-verdien. Alle produkter ble opparbeidet ved hjelp av den samme

.pulyeriseringsteknikk.

Denne tabell viser at man får en bemerkelsesverdig økning i utbyttet av.grove korn ved tilsetning av 1,45$ og 4,33$ ceriumoksyd. En økning i utbyttet koblet med god kornholdbarhet (slik dette kan vises ved k-verdien), angir tydelig at disse produkter ville være meget gode slipemidler.

Når det i det ovenstående er henvist til en siktstørr-else, så er det underforstått at man bruker Tyler-mesh. Alle %-satser som er angitt, er også pr. vekt. Mens de ovennevnte eksempler beskriver samsmeltede produkter av aluminiumoksyd, zirkoniumoksyd og ceriumoksyd med fra 1- 7% ceriumoksyd og ca. 25% zirkoniumoksyd hvor resten er aluminiumoksyd og en mindre mengde inerte urenheter, så kan man fremstille et tilsvarende forbedret slipekorn med.et innhold, av zirkoniumoksyd i området fra 10-60$ hvor resten er Al^ O^.

Den ovenstående beskrivelse dekker en foretrukken form av oppfinnelsen. Man kan lett utføre modifikasjoner som faller innenfor oppfinnelsens intensjon slik den er beskrevet i de etterfølgende krav.

Claims (4)

1.. Smeltet, knust slipekorn bestående av samsmeltet aluminiumoksyd, zirkoniumoksyd og ceriumoksyd, karakteris-é-.r t ved at zirkoniumoksyd er tilstede i mengder på fra 10-60 vekt-55, ceriumoksydet er tilstede i mengder pa fra 1- 7% mens resten i alt vesentlig er aluminiumoksyd samt en mindre mengde urenheter.

2. Korn ifølge krav 1,karakterisert ved at zirkoniumoksyd er tilstede i mengder på fra 21-26%.

3. Korn ifølge krav 1-eller 2, karakterisert ved at kornet har vært kalsinert for å bedre dets seighet.

4. Korn ifølge krav 3, karakterisert ved at kornet er.kalsinert i luft ved temperaturer fra 800-1250°C i to timer..