Sposób wytwarzania tlenkowego scierniwa o okreslonej wielkosci krysztalów Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia tlenkowego scierniwa o okreslonej wielkosci krysztalów ze stopu tego scierniwa.Scierniwo tlenkowe, np. stopiony korund, pozo¬ stawia sie w pieou do topienia do zakrzepniecia w bloku, a ochlodzony blok rozdrabnia sie znany¬ mi sposobami na krysztaly o odpowiedniej wielr kosci ziarna. Otrzymywane przy tym ziarna scier¬ niwa sa grubokrystaliczne, przewaznie nawet po¬ jedynczymi krysztalami hub czesciami przelomowy¬ mi bloku.Po przeksztalceniu w tarcze scierne odpryskuja one podczas obciazen udarowych lub naciskowych i powoduja wyrabianie sie tarczy sciernej przez nadmierne scieranie.Przez odlewanie stopu w wózkach odlewniczych (opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2426643) lub w malych formach grafitowych lub stalowych (opis patentowy Republiki Federalnej Niemiec nr 1205882 lub brytyjski opis patentowy nr 993894) otrzymuje sie wprawdzie scierniwo, które w porównaniu z materialem zakrzepnietym w bloku wykazuje subtelniejsza strukture krysta¬ liczna i polepszone wlasciwosci scierne, jednak re¬ gulowanie wielkosci krysztalów nie jest tu mozli¬ we. Niedogodnosciami w tych sposobach sa po¬ nadto niewielkie masy odlewów i bardzo powazne róznice struktury krystalograficznej srodka i kra¬ wedzi odlewu. W celu zapobiezenia temu nalezy (opis patentowy Republiki Federalnej Niemiec nr 10 15 20 25 30 2 1259762) chlodzic stop w cienkiej warstwie mie¬ dzy dwoma, chlodzacymi walcami.Sposób ten wymaga znacznych nakladów apa¬ raturowych i pozwala na tylko nieznaczna szyb¬ kosc odlewania, która z powodu wysokiej tempe¬ ratury stopu i z nia zwiazanych strat przez wy- promieniowanie mozna z trudem utrzymac, a po¬ nadto przemiana ilosciowa w jednostce czasu jest bardzo niska.Zaproponowano odlewanie stopu na mase grud o jednakowym jak w stopie skladzie (opis patento¬ wy Republiki Federalnej Niemiec nr 1918759), przy czym wielkosc grud wynosila 6,3—609,6 mm.Przy zachowaniu stosunku wagowego grud do stopu równego od 0,35 do 2,0 srednia wielkosc krysztalów powinna wynosic ponizej 100 jx. Sposo¬ bem tym osiaga sie zarówno stosunkowo szybkie krzepniecie stopu jak i przetwarzanie wiekszych mas odlewów, natomiast wielkosci krysztalów za¬ krzepnietego stopu tworza szeroki rozrzut powy¬ zej i ponizej sredniej wielkosci krysztalów, która okreslono jako srednia arytmetyczna wielkosci otrzymanych krysztalów. Szeroki zakres rozrzutu wielkosci krysztalów jest niekorzystny, poniewaz obniza wydajnosc krysztalów dajacych sie wyko¬ rzystac i równoczesnie nie daje korzystnego dzia¬ lania ciernego drobnokrystalicznego ziarna o was¬ kim zakresie rozrzutu oraz nie daje wyraznego, korzystnego kierunku krystalizacji. 83 55083 550 *3 Wytwarzanie scierniwa o okreslonej wielkosci krysztalów, to znaczy o nieznacznym stosunku naj¬ mniejszych do najwiekszych wielkosci krysztalów, nie jest mozliwe za pomoca tego sposobu.Celem wynalazku jest wyeliminowanie omówio¬ nych niedogodnosci znanych sposobów.Cel ten osiaga sie w sposobie wytwarzania tlen¬ kowego scierniwa o okreslonej wielkosci kryszta¬ lów ze stopu tego scierniwa, polegajacym wedlug wynalazku na tym, ze stop scierniwa szybko chlo¬ dzi sie az do jego zakrzepniecia za pomoca meta¬ lowych ksztaltek, wylewajac stop tlenkowego scier¬ niwa na ksztaltki metalowe, albo do odlanego ale jeszcze cieklego stopu scierniwa tlenkowego wpro¬ wadzajac ksztaltki metalowe, albo równoczesnie ze stopem podczas odlewania go do wanny odlew¬ niczej wprowadzajac do niej metalowe ksztaltki, nastepnie po udarowym rozdrobnieniu zakrzepnie¬ tego bloku oddziela sie ksztaltki metalowe od stwardnialego stopu, a oddzielone scierniwo odpo¬ wiednio rozdrabnia sie w znany sposób. Jako- ksztaltki metalowe najkorzystniej stosuje sie kule, odcinki pretów o przekroju kolowym, odcinki pre¬ tów ksztaltowych lub szesciany z zaokraglonymi wierzcholkami, korzystnie ksztaltki ferromagne¬ tyczne. Jako stop scierniwa stosuje sie np. elek- ' trokorund (Al2Os), korund cyrkonowy (A1203—ZrO^ lub tlenek glinu, tlenek magnezu i tlenek cyr¬ konu.W nizej podanym objasnieniu sposobu wedlug wynalazku w celu dostepniejszego przedstawienia istoty, opisano odlewanie scierniwa na kulach ze- • laznych, co nie ogranicza jednak istoty wynalazku.W przechylnym lub spustowym lukowym piecu elektrycznym stapia sie wsad skladajacy sie ko¬ rzystnie z boksytu, tleku glinowego, zwyklego korundu, tlenku cyrkonowego i piasku cyrkono¬ wego, pojedynczych lub zmieszanych, zawierajacy lub nie zawierajacy dodatek koksu, wiórków ze¬ liwa, tlenku magnezu, tlenku tytanu, stabilizato¬ rów itp., az do chwili, gdy zachodzace przy tym reakcje zakoncza sie. Otrzymany stop scierniwa nastepnie wlewa sie nieprzerwanie do wypelnio¬ nej zelaznymi kulami wanny odlewniczej ze stali lanej.Stop wypelnia wówczas w calej wannie odlew¬ niczej przestrzenie miedzy kulami i krzepnie w ekstremalnie krótkim czasokresie. Dzieki geome¬ trycznej strukturze wypelnienia kulowego powsta¬ ja w wannie odlewniczej przestrzenne ksztaltki scierniwa o bardzo waskich tolerancjach wielkosci krysztalów. Ostudzona zawartosc wanny odlewni¬ czej przechylnie usuwa sie z wanny, rozbija a ku¬ le oddziela sie za pomoca separatora magnetycz¬ nego.W przypadku nieferromagnetycznych ksztaltek metalowych oddzielanie ich prowadzi sie na sicie kratowym. Przestrzenne ksztaltki scierniwa po tym wstepnym rozdrobnieniu poddaje sie znanemu rozdrabnianiu uderzeniowemu, otrzymujac zwarte krysztaly scierniwa 2 niespodziewanie wysoka wy¬ dajnoscia odpowiadajaca do 75% frakcji scierni¬ wa o ziarnie 6—20 wedlug normy FEPA. Otrzy¬ mane maksymalne wielkosci krysztalów sa co naj¬ wyzej 20-krotnie wieksze od wielkosci najmniej¬ szych krysztalów. Przewaznie jednak stosunek: wielkosci nie przekracza wartosci 1:10, podczas gdy w sposobach dotychczasowych stosunek wiel¬ kosci krysztalów przekracza nawet wartosc 1:50. 5 Podane nizej przyklady objasniaja blizej sposób wedlug wynalazku.Przyklad I. 1150 kg odpadów korundu zwy¬ klego stapia sie w trójfazowym piecu lukowym z 350 kg tlenku cyrkonowego i po zakonczeniu io procesu stapiania i reakcji, elektrody wylacza sie.Otrzymany stop przelewa sie nieprzerwanym stru¬ mieniem do 800-litrowej stalowej wanny odlew¬ niczej wypelnionej uprzednio zelaznymi kulami o srednicy 30 mm do wysokosci 50 mm ponizej 15 krawedzi wanny. Po ostudzeniu wanne opróznia sie przez przechylenie a blok rozbija sie przez jednokrotne uderzenie gruszka udarowa.Za pomoca separatora magnetycznego oddziela sie kule od scierniwa, a scierniwo rozdrabnia sie 20 udarowo od odpowiednich frakcji scierniwa o ziar¬ nie 6—20 wedlug normy FEPA. 68% wprowadzo¬ nego, surowego scierniwa otrzymuje sie w posta¬ ci blokowego, zwartego ziarna o odpowiedniej wielkosci. Wielkosc krysztalów a — A120, w ziar- 25 nie scierniwa wynosi 3—28 m a wiec zawiera sie w dotychczas meosiaganym waskim przedziale wielkosci. Stosunek wielkosci minimalnego ' do maksymalnego krysztalu nie przekracza wartosci 1:10. 30 Przyklad II. W piecu do stapiania o zwy¬ klym rodzaju konstrukcji (opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2426643) stapia sie; 1000 kg boksytu z dodatkiem 40 kg koksu i 20 kg wiórków zeliwa. Otrzymany stop spuszcza i wpro- 85 wadza sie poprzez grafitowa rynne posredniczaca do wanny odlewniczej. Na wózku odlewniczym ustawia sie dwie stalowe wanny odlewnicze o po¬ jemnosci po 200 litrów, przy czym pierwsza wan¬ ne przez zwyczajne wsypywanie napelnia sie 20 mm 40 odcinkami stalowego preta kolowego, a druga wan¬ ne 100 mm odcinkami okraglaków, az do krawe¬ dzi wanien.Obie przesuwajace sie powolnym stalym ruchem wanny napelnia sie za posrednictwem rynny sto- 45 pem, a po ostudzeniu postepuje sie dalej analo¬ gicznie jak w przykladzie I. W przypadku odlewu na 20 mm odcinkach stalowego preta kolowego otrzymuje sie 72% frakcji scierniwa 6—20 wedlug normy FEPA o wielkosci a — A1208 — krysztalów 50 równej 1,5—1,7 pi, a w przypadku odlewu na 100 mm odcinkach okraglaków otrzymuje sie 67% frakcji scierniwa 6—20 wedlug normy FEPA o wielkosci a — A1203 — krysztalów równej 27— —110 pi. Stosunek wielkosci krysztalów minimalnych 55 do maksymalnych otrzymanych na 20 mm odcin¬ kach stalowego preta kolowego wynosi 1:11,4 a dla drugiego przypadku wynosi 1:4,08.Przyklad III. 1200 kg tlenku glinowego sta¬ pia sie z 800 kg tlenku cyrkonowego i 20 kg tlen- 60 ku tytanu w piecu lukowym, analogicznie jak w przykladzie I, a otrzymany stop wlewa sie w taki sposób do dwóch stalowych wanien o pojemnosci 250 litrów kazda, aby wanny byly napelnione do polowy. W trzeciej 250 litrowej wannie odlewa 65 sie warstwe stopu o grubosci 3 cm. Nieco stopu.5 83 550 6 pozostawia sie w piecu dla ulatwienia rozruchu.Nastepnie do pierwszej wanny szybko wsypuje sie za pomoca rynny blaszanej kule zelazne o sred¬ nicy 30 mm, a do drugiej wainny tak samo szyb¬ ko wprowadza sie kule zelazne o srednicy 60 mm, az do krawedzi wanien.Poziom stopu w wannach podwyzsza sie przy tym prawie do krawedzi wanny, a sam stop krzep¬ nie natychmiast. Dalej postepuje sie z otrzyma¬ nym blokiem scierniwa analogicznie jak w przy¬ kladzie I.W przypadku kul o srednicy 30 mm otrzymuje sie 74%regularnych, zwartych ziarn o uziarnieniu 6—20 wedlug normy FEPA, zawierajacych eutek- tyczno powstale krysztaly mieszane o wielkosci 6—24 ^i .W przypadku 60 mm kul otrzymuje sie 69% ziarn 6—20 wedlug normy FEPA, zawieraja¬ cych eutektyczno powstale krysztaly mieszane o wiel¬ kosci 12—38 ii. Z odlewu plytkowego otrzymuje sie tylko 48% dajacych sie wykorzystac ziarn scierniwa 6^20 wedlug normy FEPA o wielkosci powstalych krysztalów mieszanych równej od 10 do powyzej 800 \i w postaci pierzastych aglomeratów. Stosunek wielkosci krysztalów minimalnych do maksymalnych wynosi 1:4 wzglednie 1:3,17, a w przypadku od¬ lewania plytkowego tylko 1:80. Sklad tego scier¬ niwa jest prawie eutektyczny, stad tez pojedyn¬ cze krysztaly sa nadzwyczaj male (do 1 (ii). W wyz¬ szych temperaturach krysztal mieszany A1208—Zr02 jest trwaly, przy ostudzeniu powstajac w punkcie eutektycznym, utrzymuje jednak swa regularna postac.. Wielkosc tych auasiregularnych krysztalów sta¬ nowi o jakosci ziarna scierniwa, stad tez sa one cenne przy mikroskopowym okreslaniu wielkosci krysztalów w szlifie. To samo dotyczy oktaedrycz- nych krysztalów scierniwa z korundu spinelowe- go, np. spinelu MgO—Al2Os w macierzystym Al2Os—Zr02, które równiez podczas chlodzenia stopu powstaja w punkcie eutektycznym.Przyklad IV. 800 kg korundu zwyklego, 800 kg tlenku cyrkonowego i 240 kg magnezytu, analogicznie jak w przykladzie I w piecu luko¬ wym, stapia sie z 15 kg tlenku cerytu (mieszaniny tlenków ziem rzadkich, odpowiadajacej ich zawar¬ tosci w zlozach naturalnych), stosowanym jako stabilizator, utrzymujac temperature stapiania az do zakonczenia reakcji. Nastepnie stop zlewa sie do 4 form ustawionych analogicznie jak w przy¬ kladzie II na jednym wózku odlewniczym, a mia¬ nowicie : a) w wannie odlewniczej o pojemnosci 250 litrów odlewa sie warstwe o grubosci 3 cm, b) zlewa sie stop do wanny odlewniczej o po¬ jemnosci 250 litrów uprzednio wypelnionej gru¬ dami o takim skladzie jak stop i o wielkosci 1—5 cm (opis patentowy Republiki Federalnej Niemiec nr 1918759), c) zlewa sie stop do wanny odlewniczej o pojem¬ nosci 250 litrów uprzednio wypelnionej kulami ze¬ laznymi o srednicy 3 cm, oraz d) zlewa sie stop do wanny odlewniczej o pojem¬ nosci 250 litrów uprzednio wypelnionej kulami ze¬ laznymi o srednicy 6 cm.Po oddzieleniu kul z odlewów c) i d), 4 próbki po wystepnym rozdrobnieniu w lamaczu szczeko¬ wym poddaje sie znanemu rozdrabnianiu uderze¬ niowemu, frakcje ziarn 6—20 wedlug normy FEPA odsiewa sie na sitach i oznacza sie; srednie war¬ tosci wielkosci ziarn scierniwa. Otrzymane wyniki podano nizej w tablicy 1.Tablica. 1 Pró¬ ba a) b) c) d) % wydajnosci frakcji ziarn 6—20 wedlug normy FEPA 45 64 73 71 Wielkosci eutektyczno powstajacych oktaedrycz- nych krysztalów miesza¬ nych oraz ich stosunek wielkosci podzialu piórowato uksztaltowane krysztaly o wielkosci 12— —670 ii, stosunek 1:55,8 piórowato uksztaltowane i czesciowo nieregularnie uformowane krysztaly o wielkosci 8—530 m sto¬ sunek 1:66,3 1 nieregularnie uformowane krysztaly o wielkosci 4— —38 \x, stosunek 1:9,5 nieregularnie uformowa¬ ne krysztaly o wielkosci 8—84n, stosunek 1:10,5 Piórowate uksztaltowanie krysztalów (próbki a i b) prowadza do niekorzystnego odpryskiwania 35 ziarn scierniwa, które podczas rozdrabniania ude¬ rzeniowego pekaja i lamia sie, tworzac przy tym nieodpowiednie frakcje podziarna. Tym samym wydajnosc dajacego sie wykorzystac ziarna frak¬ cji 6—20 wedlug normy FEPA znacznie obniza 40 sie. Dzieki natomiast nieregularnej strukturze krysztalów w próbach c) i d) otrzymuje sie z bar¬ dzo wysoka wydajnoscia nadzwyczaj zwarte ziar¬ no scierniwa.W celu wyrazniejszego wykazania wyzszosci spo- 45 sobu wedlug wynalazku w porównaniu ze znany¬ mi sposobami, ziarna scierniwa odsianych frakcji 14 wedlug normy FEPA, otrzymane w podanych przykladach I—IV poddano zmodyfikowanej pró¬ bie — FEPA i porównywano wartosci dla ziarn 50 scierniwa o jednakowym skladzie i okreslonym sposobie ich wytwarzania. Sposób oznaczania w mlynie kulowym ciagliwosci luznych ziarn scier¬ niwa wedlug metody Forschungsgemeinschaft Schleifscheiben im Verein Deutscher Schleifmittel- 55 werke eAf. technischer Forschungsauschuss (Czer¬ wiec 1962 r.) musial, w przypadku badania ziarn scierniwa wytworzonego sposobem wedlug wyna¬ lazku, zostac zmodyfikowany przez wbudowanie na calej dlugosci mlyna kulowego trzech, rozmie- 60 szczonych co 120° listw dewiacyjnych, poniewaz z powodu dotychczas nieosiagalnej, wysokiej ciagli¬ wosci otrzymanych zi«arn scierniwa kule ze stali chromowej w znormalizowanym sposobie oznacza¬ nia pokrywaly sie warstowa proszku scierniwa i 1/3 65 rozpadu ziarn nie uzysikiwano wówczas nawet po7 83 550 8 20 000 obrotów. W zmodyfikowanej próbie, te nie¬ dogodnosc usunieto, otrzymujac porównywalne wy¬ niki oznaczen przy liczbach obrotów mlyna odpo¬ wiednich do przyjeola. Wyniki badan omówionych ziarn scierniw podaino nizej w tablicy 2. lowe od stwardnialego stopu, a oddzielone scier¬ niwo 'rozdrabnia sie. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako ksztaltki metalowe stosuje sie kule, odcinki pretów o przekroju kolowym, odcinki pretów Tablica 2 Ciagliwosc ziarn scierniwa = liczba obrotów przy 1/3 rozpadu ziarn Przyklad I Przyklad II Przyklad III Przyklad IV Znane sposoby wytwarzania Odlewanie warstwy o grubosci 3 cm 4700 1700 5100 2250 Odlewanie z gru¬ dami wedlug opisu patentowego RFN nr 1918759 7950 2100 8100 2800 Sposób wedlug wynalazku Odlewanie na ksztaltki metalowe 8800 2400 9050 3100 PL PL