EXAMENSARBETE. Slipning av rostfritt kromstål Sandvik 12C27 i skridskoskenor. Jonas Nilsson. Civilingenjörsprogrammet Maskinteknik

Transkript

1 2001:085 EXAMENSARBETE Slipning av rostfritt kromstål Sandvik 12C27 i skridskoskenor Jonas Nilsson Civilingenjörsprogrammet Maskinteknik Institutionen för Material- och produktionsteknik Avdelningen för Materialteknik 2001:085 ISSN: ISRN: LTU-EX--01/085--SE

2 FÖRORD Som avslutning på civilingenjörsutbildningen i maskinteknik vid Luleå tekniska universitet ingår ett obligatoriskt 20 veckor långt examensarbete. Mitt examensarbete valde jag att göra på AB Sandvik Steel i Sandviken. Arbetet behandlar slipning av Sandviks rostfria kromstål 12C27 i skridskoskenor. Jag skulle vilja tacka mina handledare Sven-Inge Mattsson på Sandvik Steel och Esa Vuorinen vid Luleå tekniska universitet. Förutom dem vill jag även tacka Lennart Törngren, som har hjälpt mig med mikrostrukturanalyser. Göran Jerner, som frikostigt lånade ut en slipmaskin för slipförsök. Olle Wardhammar och Peter Franzén, båda slipare som öppet har delat med sig av sin stora kunskap. Sten-Inge Ström som har låtit mig göra en rad slipförsök vid hans slipmaskin. Slutligen alla övriga slipare, slipskivetillverkare och maskintillverkare som har hjälpt till i intervjuer och med material. Sandviken den Jonas Nilsson i

3 SAMMANFATTNING Martensitiska rostfria kromstål som Sandvik 12C27 har, tack vare små hårda karbider i strukturen, en förmåga att hålla skärpan längre än ett kolstål. Trots detta så möter skridskoskenor av kromstål motstånd från slipare. Detta främst beroende på att det uppför sig annorlunda när man slipar det, jämfört med ett mer traditionellt kolstål. Framförallt gnistbildningen upplevs som annorlunda. Syftet med arbetet var att identifiera vilka problem man har vid slipningen idag samt ta fram förslag på hur man minskar dessa problem. Initiativtagare till examensarbetet är Sandvik Steel som tillverkar och säljer band av kromstål till flera stora skridskotillverkare. Sandvik Steel ingår som en del i Sandvik koncernen. För att se hur stor skillnad i avverkning det blir vid slipning på olika skenor och med olika slipskivor så gjordes ett antal slipförsök. Försöken utfördes på tre vanligt förekommande slipmaskiner för skridskoslipning. Några av de parametrar som varierades var sliptrycket, skärpningen av slipskivorna, sammansättningen hos slipskivorna, slipriktningen och skärhastigheten. Förutom slipförsök gjordes intervjuer med yrkesmässiga skridskoslipare för att få en uppfattning om hur man slipar idag, vilka problem man har och samtidigt få tips på vad som är viktigt att tänka på. Dessutom gjorde två duktiga slipare en bedömning av olika slipskivor. Ugns- och svetsförsök gjordes också för att studera påverkan på materialet vid olika temperaturer samt att koppla en anlöpningsfärg till en temperaturcykel, en mikrostruktur och en hårdhet. Slipförsöken visar att skillnaderna i avverkning på olika skenor och med olika slipskivor är väldigt små. Försöken där varaktigheten hos skivorna studerades visade att kolstål sliter mer på slipskivorna än kromstål. Tvärslipning, med slipskivan tvärställd mot skenan, visar sig ge bra avverkning och rekommenderas för profilering av skenan. Det är viktigt att vara lätt på handen och kontrollera temperaturen på skenorna under slipningen. Redan en svag gulfärgning av skenan kan betyda att friktionsmartensit har bildats i ytan eller att man har fått en överanlöpning, båda delarna kan ge dåliga materialegenskaper. Ytfinheten påverkas i försöken mer av skärpningen än av slipskivans kornstorlek. Intervjuerna visar att injustering av maskiner, balansering av slipskivor och en korrekt skärpning med en vass diamant är viktigt för resultatet. Bryningen av skridskon efter slipning för att få bort grader är också viktigare än man tror. Man kan lätt bryna sönder en fin egg genom att använda ett slitet bryne eller bryna på fel sätt. Gnistbildningen vid slipning beror mer av legeringsämnen i materialet än av den egentliga avverkningen. Man kan alltså få god avverkning trots svag gnistbildning på kromstål. Det är viktigt att inte trycka på för hårt vid slipning av kromstål för att få mer gnistor, man riskerar då att få friktionsmartensit eller en överanlöpning i ytan. Arbetet har resulterat i ett datablad som skall kunna användas av skridskoslipare. ii

4 ABSTRACT Martensitic stainless chromium steels such as Sandvik 12C27 has, due to small hard carbides in the structure, an ability to stay sharp longer than carbon steel. In spite of this, skate blades made from chromium steel account for only 20% of the market. This is, in part, due to resistance from people who grind the skates since it behaves different when you grind it, compared to traditional carbon steel. For example, the sparks produced when grinding look different. The purpose with the work was to identify the problems with grinding chromium steel today and to give suggestions as to how to reduce them. Sandvik Steel was the initiator of this master s thesis. Sandvik Steel, part of the Sandvik group, supplies many big skate producers stainless strip steel. Grinding tests were performed to determine the amount of material removed from the skate blades after grinding different steels with different grinding wheels. The tests were carried out on three common skate grinding machines. Some of the parameters that were varied were the grinding pressure, the dressing of the grinding wheel, the composition of the grinding wheels, the grinding direction and the cutting speed. Interviews were performed with professional skate grinders to get a picture of how they grind today, the problems they have and to get hints about important things to think of. Furthermore, two professional grinders compared different grinding wheels. Tests were also performed concerning heat treatment and welding to see how the material was influenced by high temperature and to develop a correlation between tempering colour, temperature, microstructure and hardness. The grinding tests showed that the difference in the amount of material removed from the different blades with different grinding wheels was very small. The test where the durability of the grinding wheel was compared under different circumstances showed that carbon steel causes more wear on the grinding wheel than the chromium steel. Cross grinding, with the grinding wheel perpendicular to the skate blade, is recommended for shaping of the blade. It is important not to push too hard when grinding and to check the temperature on the blade now and then during the grinding. A pale yellow oxide deposit on the blade is the first indication that the temperature has been too high, which can cause friction martensite or over tempering. The surface finish is affected more by how the wheel is dressed than by the grain size in the grinding wheel. The interviews showed that adjustments of the machines, balancing of the grinding wheels and correct dressing with a sharp diamond tool are very important for a good result. The honing after grinding is also very important for the result, it is easy to destroy a good edge by using a worn whetstone or simply by honing incorrectly. The amount of sparks seen when grinding depends on the alloying elements in the blade material and not so much on the amount of material removed. Chromium steel produces fewer sparks than carbon steel and it is therefore important not to push too hard when grinding chromium iii

5 steel to get more sparks since there is a risk that the blade will be overheated. The work was summarised in the form of a datasheet that grinders can use as a guide when grinding skates made of chromium steel. iv

6 VARIABLER OCH ORDFÖRKLARINGAR CLA Centerline average är detsamma som den aritmetiska medelytavvikelsen, R a. Diameter, D Diameter på slipskivan. Eggvinkel, β 0 Vinkeln på eggen på slipkornet, se Figur 15. Hastighet, V Svetshastighet i mm/min. Karbid Små, hårda partiklar som är uppbyggda av kol och någon metall. De kan vara mycket hårda och öka nötningsbeständigheten hos ett material. Maskin a till c De tre slipmaskiner som användes. Maskin a och b gav möjlighet till slipning med konstant slipkraft och konstant matning. Maskin c helt manuell. Mikrokristallin Mikrokristallin korund eller sinterkorund är ett tufft slipmedel i ren aluminiumoxid där mycket små partiklar har sintrats ihop till slipkorn. Monokristallin Monokristallin korund är ett skarpt och hållfast slipmedel i ren aluminiumoxid där varje slipkorn består av endast en kristall. Nötningsbeständighet Ett mått på hur mycket ett material slits eller nöts då det utsätts för abrasivt slitage. Högre nötningsbeständighet betyder bättre motstånd mot nötning. Planslipning En planslipad skridsko slipas så att man får två vinkelräta hörn att åka på. Relativ nötningshastighet Viktförlust på en provbit / viktförlust på en referensbit. Ett lägre värde betyder en bättre nötningsbeständighet. Skena 1 till 4 Fyra skridskoskenor som har slipats olika hårt med ökande grad av värmepåverkan. Skena 1 normalslipad, Skena 2 svagt gulfärgad upp till Skena 4 blåanlöpt. Skena A, B och C Skridskoskenor i rostfritt kromstål av tre olika sorter. Skena D och E Skridskoskenor i kolstål av två olika sorter. Skenprofil Den form som en skridskoskena har om man tittar på den från sidan. Skjuvplanvinkel, φ Vinkeln mellan skjuvplanet i ett slipspån och arbetsytan, se Figur 15. Skålslipning Slipytan på skridskor för bland annat hockey slipas ofta något konkav i tvärriktningen och eggvinkeln i hörnen man åker på blir då något mindre än 90 och ger därmed bättre grepp i isen. Skärdjup, a e Det material som tas bort av ett slipkorn, se Figur 15. Skärphastighet, V d Den hastighet med vilken man för skärpdiamanten över slipskivans yta. Skärpningsdjup, a d Djupet på spåren i slipskivan efter skärpningen. v

7 Slipbarhet Slipning I till IV Slipyta Släppningsvinkel, α 0 Spånvinkel, γ 0 Spänning, U Stigning, s d Ström, I T1 T4 Varvtal, n s Åkyta Ädelkorund Ett mått på hur lätt ett material avverkas genom slipning. Slipning med olika slipskivor, olika skärpning och olika sliptryck för jämförelse av slipytor. Den yta på skridskoskenan som slipas mot slipskivan, den yta som är nedåt på skridskon. Vinkel mellan baksidan på eggen på ett slipkorn och arbetsstycket, se Figur 15. Vinkel mellan normalplan till arbetsstycket och eggen på slipkornet, se Figur 15. Elektrisk spänning i volt. Avståndet mellan toppen på två spår i slipskivan direkt efter skärpning. Elektrisk ström i ampere. De fyra termoelement som användes vid svetsförsöken. T1 satt närmast svetsen och kom upp i högst temperatur, T2, T3 och T4 var placerade i nummerordning ut från svetsen. Hur fort slipskivan snurrar. En plan yta som ofta slipas mitt på skenan på framförallt hockeyskridskor för att få bra åkegenskaper på skridskon. Ren aluminiumoxid, det vanligaste slipmedlet för slipning av kromstål. vi

8 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 INLEDNING Syfte och mål Sandvik Steel FÖRUTSÄTTNINGAR OCH BAKGRUND Rostfritt kromstål, Sandvik 12C Tillverkning Värmebehandling Mikrostruktur Egenskaper Kolstål Mikrostruktur Anlöpning Slipbarhet Allmänt om slipning Slipverktyg Slipmedel Kornstorlek Hårdhetsgrad och kornspridning Bindemedel Kontroll och balansering av slipskivor Förslitning av slipskivor Nötning Underhåll av slipskivor Diamantverktyg Skärpning Brynen Användning av slipmaskiner Ytkaraktär Gnistbildning Friktion mellan stål och is Isens uppbyggnad Friktionen Skenprofiler och skålradier Hockey Bandy Hastighetsåkning Långfärdsskridskor Konståkning Skridskoslipning Vanliga fel vid slipning GENOMFÖRDA FÖRSÖK Materialförsök Ugnsförsök Svetsförsök Slipförsök Slipskivor Slipmaskiner Korrosionstest...39 vii

9 3.6 Intervjuer RESULTAT Materialförsök Hårdhet Kemisk sammansättning Mikrostruktur Kolstålsskenor Ugnsförsök Anlöpningsfärger Hårdhet Mikrostruktur Svetsförsök Slipförsök Ytkaraktär Avverkningshastighet Bedömning av slipskivor Korrosionstest Intervjuer Slipning idag Viktigt att tänka på DISKUSSION AV RESULTAT Materialförsök Ugnsförsök Svetsförsök Slipförsök Korrosionstest Intervjuer SLUTSATSER FORTSATT ARBETE REFERENSER BILAGOR Bilaga 1. TTT-diagram för Sandvik 12C Bilaga 2. Vickers till Rockwell C, tabell Bilaga 3. Grundstruktur Bilaga 4. Hårdhet och karbidtäthet hos nya skenor Bilaga 5. Hårdhetsprofiler på nya skenor Bilaga 6. Hårdheter på nya skenor, tabellform Bilaga 7. Mikrostruktur efter ugnsförsök Bilaga 8. Hårdhet efter ugnsförsök Bilaga 9. Temperaturkurva från svetsförsök Bilaga 10. Värde på skala till temperatur Bilaga 11. Hårdhetsprofil efter svetsning, tabellform Bilaga 12. Hårdhetsprofil efter slipning Bilaga 13. Olika grad av slipning, mikrostruktur Bilaga 14. Ytfinhetsmätningar Bilaga 15. Olika slipytor, mikrostruktur Bilaga 16. Avverkningsmätningar, tabeller Bilaga 17. Instruktion för skridskoslipning viii

10 Inledning 1 INLEDNING Marknadsansvariga för knivstål på Sandvik Steel har märkt ett motstånd från skridskoslipare mot det sandviksmaterial som används i skridskoskenor idag, nämligen Sandvik 12C27. Stålsorten 12C27 är ett martensitiskt rostfritt kromstål med 0,6% kol och 13,5% krom. Stålet används främst i olika knivapplikationer som jaktknivar och fickknivar men även i skridskoskenor, se Figur 1. Figur 1. Användningsområden för Sandvik 12C27 [R 1]. Det är materialförvaltare i hockey- och bandyklubbar samt slipare i sportaffärer som upplever skridskoskenorna i rostfritt kromstål som svårslipade och hårda. Detta bland annat beroende på att de ger en helt annan gnistbildning än vad ett låglegerat kolstål gör. Man får i stort sett inga gnistor alls vid slipning av rostfritt. Man upplever också att de sätter igen slipskivorna i större utsträckning än vad kolstålen gör. Anledningen till att Sandvik rekommenderar kromstålen är att de har ett mycket bra nötningsmotstånd, vilket gör att de håller skärpan länge. Att de inte rostar är ytterligare en fördel jämfört med kolstål. Initiativ till examensarbetet togs av Sandvik Steel. 1.1 Syfte och mål Syftet var att identifiera vilka problem man har vid slipningen idag samt ta fram förslag på hur man minskar dessa problem. Målet med arbetet var att ta fram en instruktion för hur de rostfria kromstålen bör slipas för att uppnå bästa resultat. 1

11 Inledning 1.2 Sandvik Steel Sandvik Steel ingår som en del i Sandvik koncernen. Hela koncernen har cirka anställda i 130 olika länder världen över. Cirka 4 % av koncernens omsättning investeras årligen i forskning och utveckling av nya produkter och produktionsmetoder. Sandvik grundades i Sandviken 1862 av Göran Fredrik Göransson. Koncernen består av tre separata affärsområden nämligen Sandvik Tooling, Sandvik Mining and Construction och Sandvik Specialty Steels. Sandvik Specialty Steels är i sin tur uppdelat i Sandvik Steel, Kanthal och Sandvik Process Systems. Sandvik Steel tillverkar rör, band, tråd och stång. Produkterna tillverkas framförallt i rostfria stål. Förädlingen är i genomsnitt hög i förhållande till råvaruinnehållet. 2

12 Förutsättningar och bakgrund 2 FÖRUTSÄTTNINGAR OCH BAKGRUND Slipbarheten hos ett rostfritt kromstål är ett mycket komplext problem. Den beror på väldigt många faktorer. En av de viktigaste är naturligtvis stålets sammansättning, hårdhet och mikrostruktur. En annan faktor är vilket slipverktyg som används, men även slipparametrarna tryck, skärhastighet och matningshastighet är viktiga för resultatet. Det är viktigt att stålet inte blir värmepåverkat under slipningen eftersom det kan äventyra dess egenskaper. Standardiserade stålsorter som kan jämföras med Sandvik 12C27 är bland annat ASTM TP 420 eller 440 A eller werkstoff nummer eller Rostfritt kromstål, Sandvik 12C27 Sandvik 12C27 är ett martensitiskt rostfritt kromstål med en optimerad kemisk analys. Riktanalysen innehåller 0,6 % kol, 13,5 % krom, 0,40 % kisel och 0,40 % mangan. Stålet består i härdat och anlöpt tillstånd av en matris (grundmassa) av anlöpt martensit i vilken olika karbider är fördelade, se Figur 2. Figur 2. Strukturbild 12C27, grundstruktur i härdat och anlöpt tillstånd, Skena B. Korrosionsegenskaperna och hårdheten för stålet beror på värmebehandlingen och den kemiska sammansättningen i matrisen, stålet är rostfritt endast i härdat tillstånd. Normalt sett levereras stålet från Sandvik i kallvalsat tillstånd (brottgräns på MPa och hårdhet på mellan HV) eller i glödgat tillstånd (brottgräns på max 750 MPa och hårdhet på max 240 HV). Stålets kemiska analys i kombination med en korrekt värmebehandling ger bland annat nedanstående egenskaper. Mycket hög hårdhet. Bra korrosionsmotstånd. Mycket bra nötningsmotstånd. Dessa egenskaper gör stålet lämpligt för användning i bland annat jaktknivar, fickknivar, slaktknivar, saxar och i knivar till köksmaskiner men även i skridskoskenor. 3

13 Förutsättningar och bakgrund Tillverkning Stålet tillverkas genom smältning av skrot. Slutjusteringen av den kemiska sammansättningen görs i AOD-konverter och skänkugn. Smältan stränggjuts sedan till ämnen. Ämnena värms till valsningstemperatur i en stegbalksugn. Efter varmvalsning så betas banden i syra för att ta bort bildat glödskal. Kallvalsning i flera steg med mellanglödgningar görs sedan till slutdimension. Slutligen görs eventuella värmebehandlingar för att stålet skall fungera så bra som möjligt i kundernas tillverkning Värmebehandling För att få fram de egg- och korrosionsegenskaper man vill ha hos stålet, så gör man en värmebehandling som består av härdning och anlöpning. Härdning Härdning görs genom austenitisering följt av en snabb kylning till rumstemperatur och eventuellt djupkylning. Om kylning sker till rumstemperatur så rekommenderas en härdningstemperatur mellan 1060 och 1090 C, se Figur 3. Vid djupkylning till cirka -70 C så bör man austenitisera vid C för att få maximal hårdhet. Hålltiden i härdningsugn är beroende av bandtjockleken men cirka 6-7 minuter är lagom för 3mm tjocka band. För att undvika utskiljning av karbider i korngränserna så bör kylningen ske relativt snabbt, gärna i varm olja (60-70 C). Materialet bör komma under 600 C inom 2 minuter från austenitisering. Vid långsam avsvalning finns även risk för bildning av perlit se Bilaga 1. Figur 3. Hårdhetens beroende av härdningstemperatur och typ av kylning på 12C27 [R 2]. Anlöpning Efter härdningen måste man göra en anlöpning för att öka segheten hos stålet. Hårdheten minskar successivt upp till 350 C samtidigt som segheten ökar, se Figur 4. Runt 450 C så minskar segheten och man får en så kallad 4

14 Förutsättningar och bakgrund anlöpningsförsprödning. Sandvik rekommenderar därför en maximal anlöpningstemperatur på 450 C. Figur 4. Hårdhetens och seghetens beroende av anlöpningstemperaturen på 12C27 [R 2]. Vid anlöpning så bildas en tunn film av oxid på ytan. När ljuset kommer in mot detta oxidskikt får man ett brytningsfenomen som gör att olika tjocka skikt ger olika färg. Tjockleken och därmed färgen på skiktet beror av anlöpningstemperaturen, tiden, atmosfären och legeringshalten i stålet Mikrostruktur Mikrostrukturen i ett stål beskriver vilka komponenter som stålet är uppbyggt av. Ofta studerar man mikrostrukturen med optiskt mikroskop efter att ha polerat och etsat en yta på den provbit man har. Vid etsning av härdat rostfritt kolstål används oftast Kallings etsmedel enligt nedan: Kallings etsmedel blandas ihop av: 15 g kopparklorid 300 ml saltsyra (30 %) 300 ml etanol (99,9 %) 300 ml destillerat vatten Vid etsning av kolstål används 1 %-ig nital vilket innebär 1 % HNO 3 och resten 99 %-ig etanol. När karbidtätheten skall studeras på kromstål etsas proverna med elektrolytisk etsning i 0,5 % kromsyra (CrO 3 ). Jämviktsstrukturen för materialet 12C27 (13,5 % krom) vid en given temperatur får man på ett ungefär ur nedanstående ternära fasdiagram för kromstål med 13 % krom se Figur 5. 5

15 Förutsättningar och bakgrund % C Figur 5. Ternära systemet för kromstål med 13 % krom. Sm = smälta, α = ferrit och γ = austenit [R 3]. Martensit Martensiten är en rymdcentrerad, tetragonal struktur med tvångsinlöst kol. Den bildas då en austenitstruktur med tillräcklig kolhalt kyls snabbt. I härdat Sandvik 12C27 kommer man att ha en matris av martensit med hårda karbider i. Hårdheten på martensiten bestäms till största delen av kolhalten i densamma, se Figur 6. Vid högre austenitiseringstemperatur eller längre tid så löses fler karbider upp och kolhalten i martensiten ökar. 6

16 Förutsättningar och bakgrund Figur 6. Martensitens hårdhet beroende på kolhalt i matrisen (förutsatt max 15 % restaustenit) [R 4]. Restaustenit Efter härdning och anlöpning kommer det fortfarande finnas en viss del austenit kvar som inte har omvandlats till martensit. Denna austenit kallas för restaustenit. Sandvik rekommenderar en restaustenithalt på runt 15% i 12C27 för att uppnå de bästa egg- och korrosionsegenskaperna. Vid djupkylning kan den vara något lägre, se Figur 7. Figur 7. Restaustenithaltens beroende av austenitiseringstemperatur och typ av kylning [R 4]. 7

17 Förutsättningar och bakgrund Karbider Karbider är små, hårda korn i strukturen som består av kol och någon metall. Karbiderna kan ha hårdheter mellan 1100 och 2800 Knoop, se Tabell 1. Tabell 1. Jämförelse mellan hårdheter för slipmedel och karbider [R 5], [R 6]. Hårdhet, [Knoop] Värmebeständighet, [ C] Aluminiumoxid Kubisk bornitrid Kromkarbid, Cr 7 C Cementit, Fe 3 C Vanadinkarbid, VC Härdat stål, 60 HRC I vanliga kolstål består karbiderna av kol och järn (Fe 3 C - cementit) och i kromstål består de till största delen av kol och krom (Cr 7 C 3 eller Cr 23 C 6 ). Man brukar skilja på primär- och sekundärkarbider. Primärkarbider bildas redan i samband med stålets stelning under stränggjutning och påverkas inte av härdningen. Dessa karbider är mellan µm i diameter och försämrar i allmänhet stålets egenskaper. Genom att värma stålet högt i temperatur kan man lösa upp stor del av dessa karbider. Sekundärkarbider bildas under värmebehandlingsoperationer vid tillverkningen. Dessa karbider är bara runt 1 µm i diameter. En jämn fördelning av små sekundärkarbider ger bra egenskaper åt Sandvik 12C Egenskaper Martensitiskt kromstål som är värmebehandlat på ett korrekt sätt har en bra kombination av hög hårdhet, bra korrosionsmotstånd och mycket bra nötningsmotstånd. Hårdheten rekommenderas vanligtvis till 59 HRC efter styckehärdning med djupkylning. Nötningsmotstånd Nötningsmotståndet beror till stor del på hårdheten men kanske framförallt på de karbider som finns i stålet. Man kan testa nötningsmotståndet genom uppställningen nedan i Figur 8. Man jämför där ett rent kolstål med 0,95 % kolhalt (vanlig kolhalt i kolstålsskenor) med kromstålet 12C27. Det visar sig att kromstålet har runt 10 gånger bättre nötningsmotstånd än kolstålet, trots att kolstålet är hårdare. I skridskoskenor brukar man säga att kromstålet håller skärpan 3 till 5 gånger längre än motsvarande kolstål. 8

18 Förutsättningar och bakgrund Figur 8. Jämförelse av kolstål AISI 1095 (0,95 % kol) och Sandviks 12C27. Testet visar en nästan 10 gånger bättre nötningsmotstånd för 12C27 [R 4]. Korrosionshärdighet Korrosionshärdigheten beror av kromhalten i grundmassan. Man säger att ett stål är rostfritt om det har mer än 11 % krom i grundmassan [R 7]. Krom tillsammans med syre i omgivningen bildar ett tunt men tätt oxidskikt på ytan som hindrar vidare korrosion. Vid härdningen kan man få en försämrad korrosionshärdighet om man inte kyler stålet tillräckligt snabbt. Detta beror på att man kan få utskiljning av karbider på korngränserna. Samma effekt kan man också få vid slipning om stålet blir för varmt. När karbiderna utskiljs så utarmas området runt omkring på krom och risken för korrosion ökar. Korrosionsmotståndet hos Sandvik 12C27 är väldigt fördelaktigt i skridskoskenor. En kolstålsskena med korrosion på sidorna kommer aldrig att få lika bra skärpa som en blank skena, se Figur 9. Figur 9. Skridskoskena i kolstål med korrosionsangrepp på sidorna. Värmeledningsförmågan Värmeledningsförmågan hos en metall beror av bindningarna i materialet och renheten hos materialet. Värmen sprids genom vibrationer i gittret och med fria elektroner. I rena metaller finns ett stort antal fria elektroner som hjälper till i värmetransporten. När metallerna legeras minskar värmeledningsförmågan på grund av att atomer i fast lösning i metallen 9

19 Förutsättningar och bakgrund skapar spridning av de fria elektronerna och minskar effektiviteten hos dessa i att transportera värmen. Detta betyder att värmeledningen i rostfritt kromstål är lägre än i ett låglegerat kolstål [R 7], [R 8]. Nedan några värden för jämförelse. Stålsort Värmeledning (W/m*K) Rent järn stål, (0,95 % kol) 46,7 440 A, (0,6-0,75 % C, % Cr) 24,2 440 A är relativt likt Sandvik 12C27 i sammansättningen och är här jämförbart med det. 2.2 Kolstål Kolstål är traditionellt det vanligaste materialet i skridskoskenor. Fördelen med kolstål är att det i de flesta fall sliter mindre på stansverktygen. Det är också ofta billigare i inköp än rostfritt kromstål. Vanligtvis tillverkas det ungefär på samma sätt som kromstålet. Även härdning och anlöpning utförs på liknande sätt. Kolstålet behöver dock inte austenitiseras vid lika hög temperatur som kromstålet. Det räcker att man kommer över den horisontella linjen (A1) vid 723 C i järn-kol-diagrammet, se Figur 10. Figur 10. Järn-kol-diagrammet. α = ferrit och γ = austenit Fe 3 C = cementit [R 9]. 10

20 Förutsättningar och bakgrund Kolstålet behöver inte heller djupkylas efter austenitisering utan det räcker med kylning till rumstemperatur. Det måste dock kylas mycket snabbt, gärna med vatten eller olja. Anlöpningen sker på samma sätt som för kromstålen men vid andra temperaturer, se Mikrostruktur Ett härdat och anlöpt kolstål med över 0,8% kol kommer att bestå av en matris med anlöpt martensit. Vid de tidigare austenitkorngränserna kommer det att finnas rester av oupplöst cementit (Fe 3 C) Anlöpning Anlöpningen av kolstål utförs på ungefär samma sätt som för kromstålen. Kolstålen är dock mycket känsligare för överanlöpning. Hårdheten sjunker snabbt redan vid anlöpning över 300 C, se Figur 11. Figur 11. Hårdhet som funktion av anlöpningstemperatur för kolstål med 1 % kol. 1: utskiljning av ε-karbid, 2: sönderfall av restaustenit till bainit, 3a: bildning och tillväxt av cementit från ε-karbid och 3b: fortsatt tillväxt och sferodisering av cementiten [R 10]. Anlöpningsfärgerna på kolstål kommer vid lägre temperaturer än för kromstål, se Figur 12. Detta beror på att materialet inte innehåller några legeringsämnen som hindrar bildningen av oxidskikt på ytan av materialet. 11

21 Förutsättningar och bakgrund Figur 12. Anlöpningsfärger för kolstål [R 11]. 2.3 Slipbarhet Slipbarhet kan i det här fallet sägas vara motsatsen till nötningsbeständighet. Både slipning och normal skridskoförslitning mot isen kan sägas vara abrasiv nötning. Det betyder att två ytor nöts mot varandra, till skillnad från adhesiv nötning som är när små nötande partiklar ligger mellan två ytor. Legeringsämnena i materialet påverkar slipbarheten bland annat genom förmågan att bilda karbider. Karbider är föreningar av en metall och kol. Deras hårdhet är nästan lika stor som till exempel aluminiumoxidens, se Tabell 1 [R 5], [R 6]. Sekundärhårdnande stål som till exempel Sandvik 12C27 med utskilda karbider kommer teoretiskt sett att ha en lägre slipbarhet än ett låglegerat kolstål med motsvarande hårdhet. Oupplösta karbider i materialet kommer också att ge en minskad slipbarhet [R 12]. En av de få teoretiska modeller [R 13] för slipbarhet på martensitiskt stål som är gjorda ser ut så här där dm = ( A B HRC ) ( 1 C f HV d ) (Formel 1) dl dm/dl = Det avverkade materialets massa per längdenhet som slipkornet har färdats. HRC = Stålets hårdhet. f = Volymandelen hårda karbider. HV = Hårdheten på karbiderna. d = Den genomsnittliga diametern på karbiderna. A,B,C = Systemkonstanter som bestäms av slipparametrarna och slipmedlet. Man ser i formeln ovan att en ökad hårdhet på stålet ger mindre avverkat material. Samma sak gäller även för ökande volymandel karbider, hårdare karbider och större karbider. Formeln är verifierad för fyra stålsorter (AISI H13, A2 och D2 och 10V - en höglegerad testkvalitet med bland annat mycket vanadin). Man fick i de praktiska försöken en mycket bra överensstämmelse med formelns beräknade värden [R 13]. Andra försök som är gjorda på höglegerade verktygsstål som till exempel D2 / SS2310 (1,42 % C, 0,24 % V, 12,0 % Cr, 0,83 % Mo) visar i motsägelse till ovanstående resonemang att ökande halt av primärkarbider ger en ökande nötningshastighet, se Figur 13. Man såg sprickor runt karbiderna efter slipförsöket vilket tyder på att karbiderna skulle slitas loss 12

22 Förutsättningar och bakgrund och därmed ge en ökande avverkningshastighet. Detta stål innehåller dock en stor andel primärkarbider till skillnad mot Sandvik 12C27. Figur 13. Den relativa nötningshastighetens beroende av volymandelen primärkarbider i D2 [R 14]. En ökande hårdhet ger däremot en minskande nötningshastighet på dessa stål, se Figur 14 [R 14]. Även ökande halt av restaustenit ger en minskad nötningshastighet. Figur 14. Den relativa nötningshastighetens beroende av hårdheten i D2 [R 14]. 2.4 Allmänt om slipning Slipning är historiskt sett en av de äldsta bearbetningsmetoderna. Redan stenåldersmänniskan slipade sina träspjut och stenverktyg mot någon lämplig sten för att få dem vassare. Den moderna slipningen som produktionsmetod fick sitt stora genombrott i och med införandet och utvecklandet av de syntetiska slipmedlen som till exempel framställningen av syntetisk aluminiumoxid Bilindustrin och framställningen av förbränningsmotorer med höga krav på precision påskyndade slipteknikens utveckling under slutet av 1800-talet. Ett stort steg i utvecklingen var även kommersialiseringen av den keramiskt bundna slipskivan på 1870-talet. [R 5], [R 15]. 13

23 Förutsättningar och bakgrund Slipning definieras vanligen som en skärande bearbetning där ett mycket stort antal små skärande eggar samtidigt är i kontakt med arbetsstycket. De skärande eggarna är spetsarna på de slipkorn som är bundna antingen till ett band eller i en skiva med hjälp av ett bindemedel, se Figur 15. Man kan säga att bindemedlet utgör verktygshållaren. Det som skiljer slipning från andra skärande bearbetningsmetoder är bland annat att ingen skäregg är den andra lik eftersom slipkornen är oregelbundna och ligger slumpvis placerade. Skäreggarna är relativt trubbiga och deras utseende förändras under skärförloppet. Slitna slipkorn splittras eller slits loss från slipskivan, detta kallas att man får en självskärpning av skivan. Figur 15. Skärgeometrin vid slipning, slipkornet rör sig från höger till vänster i bilden och bildar en spåna framför sig [R 16]. Spånbildningen är ett mycket komplext förlopp, en kombination av nötning, plogning och spånskärning. På grund av variationen i utseende hos de skärande eggarna kommer spånorna att variera i tjocklek och form. Medelvärdet av tjockleken på de bortslipade spånorna kommer dock att vara relativt konstant i varje ögonblick. Denna tjocklek kallas medelspåntjockleken. Vid en ökning av medelspåntjockleken kommer kraften på varje enskild skäregg att öka det vill säga den specifika skärkraften ökar och detta medför att man får en ökad självskärpning på slipskivan. En ökning av medelspåntjockleken kommer även medföra att man får en grövre yta på den slipade detaljen. [R 17], [R 18] Storleken på kontaktytan mellan slipskiva och arbetsstycke, i det här fallet skridskoskenan, har också den stor betydelse för hur skivan arbetar och hur den upplevs. En större kontaktyta ger en mindre specifik skärkraft och därmed en mindre medelspåntjocklek, detta gör att skivan känns hårdare. Man brukar skilja mellan med- och motslipning beroende på om arbetsstycket rör sig i samma riktning som slipskivans periferi eller i motsatt riktning, se Figur 16. Figur 16. Medslipning till vänster och motslipning till höger. 14

24 Förutsättningar och bakgrund Det optimala för att slipa härdat stål är oftast våtslipning med ordentlig kylning, detta för att undvika värmepåverkan på stålet. Vid skridskoslipning används idag trots detta nästan uteslutande torrslipning med slipskivor. Anledningen till detta är framför allt att man vill ha en liten och enkel maskin som man kan ta med sig till bortamatcher och som inte kräver så mycket plats eller underhåll. De maskiner som finns på marknaden idag är avsedda för torrslipning och därför kommer framförallt denna slipning att beröras här. 2.5 Slipverktyg Slipverktyg definieras av sin typ, alltså formen på verktyget, sin dimension och sin sammansättning. Det slipverktyg som används mest för skridskoslipning är en rak slipskiva med ISO-typnummer 1, se Figur 17. Figur 17. Slipskiva för skridskoslipning, 150x6x32. Svensktillverkade skridskoslipmaskiner är designade för att använda slipskivor med dimensionen 150x6x20, 150x6x32 eller 150x6x38. I dessa beteckningar står 150 för diametern på hela skivan i mm, 6 står för tjockleken på skivan och 20, 32 respektive 38 står för diametern på hålet i mm. Sammansättningen på slipskivan är en kombination av slipmedel, kornstorlek, hårdhetsgrad och bindemedel. Det är slipskivans sammansättning som ger den dess egenskaper. Man använder ett ISO-standardiserat märkningssystem för att beskriva skivsammansättningen. På en slipskiva kan man till exempel hitta en märkning som nedan. 43A 60 J6 VM 32mm 150mm 6mm 43 är här tillverkarens exakta specifikation på typen av slipmedel. A betyder att slipmedlet är någon typ av aluminiumoxid. 60 är kornstorleken. J beskriver hårdhetsgraden på slipskivan, A mjuk, Ö - hård. 6 är ett mått på kornspridningen i skivan, 1 tät, 7 - öppen. V står för keramiskt bindemedel. M är tillverkarens exakta specifikation på bindemedlet. Olika fabrikat kan skilja lite i sina bedömningar av skivornas hårdhetsgrad och kornspridning. Man kan även se tillägg till ovanstående i vissa fabrikat, till exempel om skivan innehåller flera kornstorlekar kan detta märkas ut. Vissa fabrikat anger inte kornspridningen i sina beteckningar, detta gäller framförallt standardsammansättningarna Slipmedel Slipmedlet är själva verktyget, som avskiljer material i form av slipspån. De slipmedel som normalt sett anses lämpliga för slipning av härdade stål är 15

25 Förutsättningar och bakgrund aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) och kubisk bornitrid (CBN). Övriga slipmedel som till exempel kiselkarbid (SiC) och diamant är av olika anledningar olämpliga för denna typ av slipning och kommer endast att beröras kort i detta arbete. Aluminiumoxid Aluminiumoxiden räknas till de konventionella slipmedlen och är i de flesta fall det lämpligaste slipmedlet för slipning av härdat stål. Ett annat namn på aluminiumoxid är korund. Den internationella beteckningen på aluminiumoxid är bokstaven A. Det finns många olika slags aluminiumoxid med skilda egenskaper. Tillverkningen av aluminiumoxid (normalkorund) sker genom smältning av mineralen bauxit (aluminiumhydroxid) och koks vid cirka 2200 C. Koksen tillsätts för att reducera bauxiten. Generellt sett kan man säga att ju renare aluminiumoxid man har ju hårdare och sprödare blir den. Tillsatser och föroreningar ger en höjning av segheten [R 19]. Aluminiumoxiden har en ungefärlig hårdhet på 2100 Knoop och är värmebeständig upp till 2000 C [R 17]. Normalkorund eller grå aluminiumoxid innehåller bland annat ungefär 3 % titanoxid vilket höjer segheten. Denna typ är lämplig där man har stora specifika skärkrafter. De sega kornen gör dock att man får en dålig självskärpning. Kornen hinner därför bli slitna och risken finns att arbetsstycket blir överhettat. Ädelkorund finns som vit eller rosa aluminiumoxid. Dessa typer är relativt lika i egenskaperna och den rosa färgen beror på en liten tillsats av kromoxid, detta ger en liten ökning av segheten. Den vita aluminiumoxiden är den renaste och sprödaste typen med upp till nära 100 % ren aluminiumoxid. Genom detta håller den sig mycket vass och är därmed lämplig för slipning av känsliga material och slipning där man vill minimera materialpåverkan. Halvädelkorund är en blandning av normalkorund och ädelkorund. Man blandar dem för att uppnå önskade egenskaper. Monokristallin aluminiumoxid eller monokristallin korund är en typ av aluminiumoxid där kornen består av endast en kristall. Detta ger ett skarpt men hållfast slipmedel. Mikrokristallin aluminiumoxid (keramisk aluminiumoxid, keramisk korund eller sinterkorund) är en relativt ny typ av slipmedel som kom ut på marknaden Norton gjorde upptäckten och kallade kornen SG-korn. Grundmaterialet tillverkas genom en process kallad seeded gel. Man utgår i nästa steg från de framställda partiklarna som är mindre än en mikrometer och har hög renhet. Dessa små partiklar sintras sedan ihop till slipkorn. Varje slipkorn består på grund av detta av en massa små partiklar och fungerar som en slipskiva i sig. När ett korn blir slött bryts mikroskopiska bitar loss och nya vassa skäreggar bildas. Detta ger SG-kornen mycket bra slipegenskaper och möjlighet att skära med mindre värmepåverkan än andra typer av aluminiumoxid, se Figur

26 Förutsättningar och bakgrund Figur 18. Jämförelse mellan till vänster ett vanligt aluminiumoxidkorn och till höger ett SG-korn. Mikroskopiskt små bitar bryts loss från SG-kornet och gör att det håller sig vasst [R 19]. Denna typ av slipmedel ger också normalt sett en längre livslängd, detta till stor del beroende på att man ofta inte behöver skärpa slipskivorna lika ofta. SG-kornen blandas ofta in i skivor med för övrigt vit ädelkorund. För torrslipning rekommenderas mellan % SG-korn där 50 % inblandning ger bäst slipekonomi [R 19]. CBN, Kubisk bornitrid Den kubiska bornitriden utvecklades 1957 under General Electrics försök att skapa en konstgjord diamant. CBN räknas inte till de konventionella slipmedlen. Den tillverkas genom att hexagonal bornitrid utsätts för ett tryck på atmosfärer vid en temperatur på 1650 C. CBN betecknas internationellt med ett B. Den är ungefär dubbelt så hård som aluminiumoxid nämligen 4700 Knoop. Dess prestanda vid bearbetning av höglegerat, härdat stål är mycket bättre än för aluminiumoxiden. Detta beror bland annat på den höga hårdheten, som gör att kornen mycket bra behåller skärpan, även vid bearbetning av material med hög karbidtäthet. CBN är dessutom relativt kemiskt okänslig och klarar arbetstemperaturer upp till 1400 C innan den bryts ner. Nackdelarna med CBN är det mycket höga priset (som är många gånger högre än för en aluminiumoxidskiva i samma storlek) samt problem att skärpa om skivorna till önskad profil för till exempel olika skålradier. Priset vägs till viss del upp av den bättre livslängden men det krävs slipning i industriell skala för att kunna motivera det. CBN används ofta med mycket bra resultat vid slipning av bland annat härdat snabbstål [R 20], [R 17], [R 19]. Kiselkarbid Kiselkarbid (SiC) är något hårdare än aluminiumoxid men har en sämre värmebeständighet. Den används för slipning av gråjärn, austenitiskt rostfritt stål och andra icke järnmetaller. Kiselkarbid är dyrare än aluminiumoxid och betecknas med bokstaven C. Diamant Diamant är det hårdaste material som finns, men det är känsligt för överhettning. Användningen begränsas därför till hårda och spröda material som hårdmetall och keramer. 17

27 Förutsättningar och bakgrund Slipmedel kontra karbider Här är en liten sammanfattning av de olika slipmedlens egenskaper jämförda med karbider som finns i de stål som används i skridskoskenor, se Tabell 1, sid 8. Kromkarbiden som finns i kromstålen har en något högre hårdhet än cementiten som finns i vanligt kolstål. Vanadinkarbiderna som ofta finns i olika snabbstål är mycket hårda och här räcker inte längre aluminiumoxiden till som slipmedel [R 5], [R 6] Kornstorlek Vid tillverkningen av vit aluminiumoxid krossas den stelnade smältan gradvis till mindre och mindre korn. Kornen siktas sedan och betecknas enligt den internationella siktskalan ASTME-11. Kornen benämns alltså efter antalet rutor per längdtum i den sikt där de precis skulle passera. Ett 60-korn skulle till exempel passera genom en sikt med 56 rutor per tum och fastna på en sikt med 64 rutor per tum [R 21], [R 18]. Ett slipkorn i en 60- korns skiva är således ungefär 315µm i diameter [R 5]. Storleken på kornen i en CBN-skiva betecknas ofta enligt FEPA, det vill säga med diametern i µm [R 17] Hårdhetsgrad och kornspridning Hårdheten på en slipskiva bestäms genom förhållandet mellan bindemedelsmängd, slipmedelsmängd och volymen luftporer, se Figur 19. Luftporernas uppgift i slipskivan är att bilda ett lämpligt utrymme för spånorna då de skärs loss från arbetsstycket. Figur 19. Uppbyggnaden hos en slipskiva [R 18]. Om man ökar mängden bindemedel och minskar volymen luftporer så säger man att man ökar graden på slipskivan och resultatet är en skiva som känns hårdare. Graden betecknas med en bokstav. En bokstav tidigt i alfabetet betyder att det är en lös slipskiva medan en bokstav senare i alfabetet visar att det är en hård skiva. L till O brukar betecknas som medelhårda skivor. Om man ökar bindemedelsmängden och minskar slipmedelsmängden så säger man att man ökar kornspridningen. Kornspridningen betecknas med en siffra, där en högre siffra anger en ökad kornspridning och alltså en öppnare struktur. 4 och 5 brukar anses vara en medelkornspridning medan 6 och 7 anger en mer öppen struktur [R 5] Bindemedel Keramiska bindemedel betecknas internationellt med bokstaven V (vitrified = keramiskt bunden på engelska). Denna typ av slipmedel används vanligen 18

28 Förutsättningar och bakgrund till all precisionsslipning både tillsammans med konventionella slipmedel och med CBN. Keramiska skivor tål långvarig förvaring, har bra mekaniska egenskaper och är kemiskt stabila. Keramiska bindemedel är mest lämpliga för skridskoslipning. Det finns många andra bindemedel som till exempel fenoplastbindemedel, gummibindemedel och metallbindemedel men de har andra egenskaper som gör dem bra vid till exempel stor avverkningshastighet eller vid stort specifikt sliptryck [R 17]. 2.6 Kontroll och balansering av slipskivor En slipskiva med en spricka i är farlig eftersom den kan gå sönder vid slipning och kastas ut med hög hastighet, detta kallas för skivsprängning. När man sätter in en ny slipskiva i en maskin så måste man därför först göra ett klangprov för att upptäcka eventuella sprickor i slipskivan. Detta gör man lättast genom att sticka ett finger genom hålet i skivan och sedan hålla den fritt i luften framför sig, se Figur 20 nedan. Man knackar sedan försiktigt mot sidan på skivan med till exempel skaftet på en skruvmejsel. Är skivan hel så ger den ifrån sig en ren, metallisk klang. Om den innehåller någon spricka så blir det bara ett dovt ljud. Figur 20. Klangprovning med skruvmejsel på en stor slipskiva [R 17]. För att man skall kunna få ett bra slipresultat och fina ytor så är en av de viktigaste faktorerna att man inte har några vibrationer i maskinen. Vibrationerna kommer till viss del från obalans i motorn men framförallt från obalans i slipskivorna. Obalansen i slipskivorna beror på att man vid tillverkningen inte lyckas lägga materialet helt jämnt i formen som slipskivan pressas i. Slipskivan blir på grund av detta lite tyngre i en kant och lite lättare i en annan kant. I de flesta maskiner kan man balansera skivan, till exempel genom att flytta en balansbricka så att vibrationerna minimeras. Maskintillverkarna har instruktioner på hur detta skall göras. I en del maskiner kan man dock inte balansera skivan manuellt och då bör man köpa skivor med snäva obalanskrav, gärna genom maskintillverkaren som vet vilka gränser som gäller. Man kan få ett mått på obalansen i en skiva genom att känna efter vibrationer med en hand på maskinen när skivan snurrar. Det optimala är när man inte känner att det vibrerar. 2.7 Förslitning av slipskivor Efterhand som slipskivan används kommer dess egenskaper att förändras. Man upplever att den blir slöare och att den tar sämre. Slipskivan kommer 19

29 Förutsättningar och bakgrund även att ändra sin form beroende på att den slits. Vid slipoperationer med höga specifika skärkrafter kan man få skivan att självskärpa sig i stor utsträckning. Men för finare slipning så måste skivan skärpas manuellt med jämna mellanrum för att få ett bra slipresultat Nötning Slipkornen i skivan nöts under slipningen mot arbetsstycket, detta gör att de blir slöa med tiden. Efter en viss tid kommer kornen att vara så slöa att de inte längre kan tränga ner i materialet. Då kommer de bara att gnidas mot ytan och alstra värme. När detta sker vill man att skivan till viss del skall självskärpa sig. Detta sker antingen genom att slipkornen splittras eller genom att hela korn slits loss ur skivan. Skivan kan slitas på olika sätt enligt Figur 21 nedan. Figur 21. Förslitningsmekanismer [R 18]. 1. Nötning kommer man alltid att få även om man inte vill ha det, men genom att använda hårda slipkorn som till exempel CBN kan man minska den. Genom att skärpa skivan relativt ofta kan man se till att nötningen inte går för långt. 2. Kornsplittring uppkommer när de specifika skärkrafterna överstiger kornens hållfasthet. Detta ger nya vassa eggar på kornen och är önskvärt i viss utsträckning. 3. Kornutbrytning sker när skärkrafterna i stället överstiger bindemedlets hållfasthet. 4. Korngruppsutbrytning är när hela grupper av korn lossnar och detta är ej önskvärt. 2.8 Underhåll av slipskivor När slipskivan används kommer slipkornen att bli slöare och slipskivans profil kommer att ändras. För att återfå de egenskaper man vill ha på skivan så skärper man den med jämna mellanrum. Genom att skärpa olika kan man få helt olika egenskaper på samma slipskiva. Man kan skärpa på ett sätt när man vill avverka mycket material och på ett annat sätt när man vill få en fin yta. På grund av detta så bör man vara mycket noga med hur man skärper Diamantverktyg Dessa skärpverktyg är de vanligaste för skärpning av slipskivor för skridskoslipning. Man skiljer i huvudsak på två typer av diamanter nämligen enstensdiamant och polykristallin diamant, se Figur

30 Förutsättningar och bakgrund Figur 22. Exempel på polykristallin diamant till vänster och enstensdiamant till höger. Enstensdiamant Denna typ av diamant är den vanligaste och fungerar bra på lite mjukare slipskivor med vanlig aluminiumoxid som slipmedel. Det är viktigt att den monteras i cirka 15 vinkel mot slipskivan, se Figur 23, och att den vrids med jämna mellanrum för att den skall hålla sig skarp. Risken är annars att diamanten slits till en plan yta i spetsen och en sådan diamant ger ett mycket dåligt skärpresultat. Figur 23. Diamanten skall monteras med en viss vinkel mot slipskivan för att fungera på ett bra sätt. [R 17]. Polykristallin diamant De syntetiska, polykristallina diamanterna har en bättre homogenitet och värmebeständighet än naturdiamanterna. Detta gör att de ger ett jämnare skärpresultat och en längre livslängd. Man kan generellt säga att de polykristallina diamanterna är lättare att använda och bättre i de flesta applikationer. De kommer särskilt till sin rätt om man använder slipskivor med inblandning av mikrokristallin aluminiumoxid. Man kan jämföra en polykristallin diamant med en enstensdiamant som en stiftpenna med en gammal hederlig blyertspenna. Den enkla blyertspennan blir trubbig ganska snabbt och då måste man vässa den medan stiftpennan är vass tills stiftet tar slut Skärpning I princip så för man diamanten över slipskivans periferi. Det bildas då en fin gänga i skivan av det spår som diamanten lämnar efter sig, se Figur

31 Förutsättningar och bakgrund Figur 24. Skärpning med enstensdiamant [R 17]. En snabbare matning av diamanten ger en mer öppen struktur på skivan som gör att skivan känns grövre. En grovskärpt skiva avverkar mer material och ger en mindre värmepåverkan än en finskärpt skiva, medan den senare ger en finare yta. Detta beror på att det specifika yttrycket på varje enskilt slipkorn blir större när färre korn är i ingrepp samtidigt. Man kan utnyttja detta genom att grovskärpa skivan för grövre slipning och sedan göra en finskärpning inför sista dragen mot skivan för att få en bättre yta. Tabell 2. Skärphastighet beroende på slipskivans varvtal [R 17]. Slipskivans varvtal, Diamantens sidomatning, V d (mm/min) n s (r/min) Finskärpning Grovskärpning Eftersom slipskivor för skridskoslipning är 6 mm tjocka så bör en finskärpning ta mellan 1,2 och 2,4 sekunder och en grovskärpning 0,6 till 0,9 sekunder. Diamanten förs antingen endast i en riktning över slipskivan för en grövre struktur eller fram och tillbaka för en finare struktur. 2.9 Brynen Brynen för skridskoslipning kan gärna vara i kiselkarbid och ha en finare och en grövre sida. Lämplig kornstorlek på den grova sidan är 80 korn och på den finare sidan korn. Man bör ha ett mindre bryne för bortbryning av grader på sidan av skenan. Lämplig storlek för det är cirka 90x20x15 mm. För bryning i brynställ bör man ha ett större bryne minst 200x50x15 mm. För den som slipar mycket skridskor rekommenderas diamantbrynen som alltid håller sig vassa och plana. Dessa brynen är tyvärr något dyrare än kiselkarbidbrynena. Lämplig grovlek på ett diamantbryne för bortbryning av råegg är 600 korn, för polering av hastighetsåkningsskridskor kan man tänka sig kornstorlekar på 1200 korn. Diamantbrynen rekommenderas framför allt till slipare som slipar mycket kromstål, detta för att ett diamantbryne på ett bättre sätt skär av de något segare graderna på dessa stål. 22