Das Bindemittel von Schleifscheiben

Das Bindemittel spielt eine entscheidende Rolle bei der sicheren Bindung der Schleifkörner und stellt so sicher, dass der Schleifstein wichtige mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit besitzt. Es verleiht dem Schleifmittel während des Schleifvorgangs außerdem die nötige Haltekraft. Es gibt drei Haupttypen von Schleifsteinbindungen: keramikbasiert, metallbasiert und harzbasiert. Keramikbindungen zeichnen sich durch ihre stabilen chemischen Eigenschaften und außergewöhnliche Hitzebeständigkeit aus. Ihre Sprödigkeit und schlechte Wärmeleitfähigkeit machen sie jedoch für die anspruchsvollen Bedingungen des Schienenschleifens mit hohen Geschwindigkeiten, schweren Lasten, erhöhten Temperaturen und starken Vibrationen ungeeignet. Derzeit sind keine Fälle bekannt, in denen Schleifsteine ​​mit Keramikbindung beim Schienenschleifen eingesetzt werden.

Metallgebundene Werkstoffe verleihen Schleifsteinen hohe Festigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Verschleißfestigkeit. Jiang et al. stellten mittels Pulvermetallurgie metallgebundene Schleifsteine ​​auf Kupfer- [1] und Eisenbasis [2] her. Schleifexperimente ergaben ein Schleifverhältnis von eisenbasierten Schleifsteinen, das etwa 15-mal höher war als das von harzbasierten Schleifsteinen und bis zu 686 erreichte. Die hohe Festigkeit der Metallbindung erschwert jedoch deren Verschleiß während des Schleifprozesses, wodurch das Schleifmittel freigelegt wird und die Selbstschärfung des Schleifsteins beeinträchtigt wird. Da Schienenschleifwagen zudem die Bedingungen für das Schärfen von Passivierungsschleifsteinen nicht erfüllen, sind metallbasierte Schleifsteine ​​beim Streckenschleifen nicht vorteilhaft. Zudem ist die Sintertemperatur metallgebundener Schleifsteine ​​hoch, der Prozess ist komplex, die Herstellungskosten hoch und die Wirtschaftlichkeit des Schleifsteins ist gering. Derzeit werden metallgebundene Schleifsteine ​​beim Streckenschleifen noch nicht eingesetzt. Zukünftige Forschungsschwerpunkte sind die Abstimmung von Festigkeit und Selbstschärfung metallischer Schleifsteine, die Ermittlung kostengünstiger Produktionsrohstoffe und die Optimierung des Herstellungsprozesses. Harzbindemittel, die sich durch hohe Festigkeit und Zähigkeit sowie niedrige Rohstoffpreise auszeichnen und sich zudem einfach formen lassen, finden breite Anwendung bei der Herstellung von Schleifmitteln. Derzeit bestehen alle Schleifsteine ​​(Aktivschleifen und Hochgeschwindigkeits-Passivschleifen), mit denen Schienenschleiffahrzeuge im Schienenverkehr im In- und Ausland ausgerüstet sind, aus Harz [3,4]. Die Bedingungen beim Schienenschleifen sind hart, und im Trockenschliff treten hohe Schleiftemperaturen auf. Daher werden für die Schleifsteine ​​im Allgemeinen Phenolharze mit hoher Temperaturbeständigkeit, guter Haftung und einfacher Formbarkeit sowie neu modifizierte Varianten wie Epoxidharze, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyvinylether, Bismaleimid und andere modifizierte Phenolharze verwendet [5]. Polyphenoletherharze und Polyimidharze mit höherer Hitzebeständigkeit und besseren mechanischen Eigenschaften werden ebenfalls häufig verwendet [6]. Zhang et al. [4] untersuchten die Schleifeigenschaften von vier Phenolharz-Schleifsteinen und fanden heraus, dass die Sicherstellung der Festigkeit, Zähigkeit und Hitzebeständigkeit des Harzes bei hohen Temperaturen entscheidende Faktoren für die Herstellung von Hochleistungs-Schleifsteinen sind. Die Ergebnisse von Zhang et al. [7] zeigten, dass Schleifsteine ​​mit geringer Festigkeit (niedriger Bindemittelgehalt) eine gute Selbstschärfung und einen großen Materialabtrag aufwiesen, jedoch zum Verbrennen der Schiene neigten und eine geringe Verschleißfestigkeit aufwiesen. Umgekehrt zeigten Schleifsteine ​​mit hoher Festigkeit (hoher Bindemittelgehalt) eine gute Verschleißfestigkeit und ein hohes Schleifverhältnis, aber ein geringes Selbstschärfen. Zhang et al. [8] vermuteten, dass die Entbindung der Schleifmittel-/Bindemittel-Grenzfläche der Hauptgrund für das vorzeitige Ablösen des Schleifmittels aus braunem Edelkorund-Schleifstein war, was zu einer geringen Abtragsmenge und einem geringen Schleifverhältnis führte. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Festigkeit, Zähigkeit, Hitzebeständigkeit und Benetzbarkeit des Harzes auf der Oberfläche heterogener Materialien (Schleifmittel, Füllstoffe usw.) die Gesamteigenschaften des Schleifsteins direkt beeinflussen. Daher ist es von großer wissenschaftlicher Bedeutung, Harze mit hoher Festigkeit, Zähigkeit, thermischer Zerfallsbeständigkeit und starker Benetzbarkeit auszuwählen und den Bindungsmechanismus von Harz/Schleifmittel, Harz/Füllstoff und anderen heterogenen Schnittstellen innerhalb des Schleifsteinsystems aufzuklären.

[1]SUN Daming, JIANG Xiaosong, SUN Hongliang, et al. Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften von Cu-ZTA-Cermet, hergestellt durch Vakuum-Heißpressen-Sintern[J]. Materials Research Express, 2020, 7(2): 26530.

[2]SUN Daming, JIANG Xiaosong, SUN Hongliang, et al. Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften von Fe-ZTA-Cermet, hergestellt durch Vakuum-Heißpress-Sintern[J]. Materials Research Express, 2020, 7(2): 26518.

[3]Chinesische Eisenbahngesellschaft. Q/CR 1-2014. Unternehmensstandard der China Railway Corporation: Technische Spezifikationen für die Beschaffung von Schleifscheiben für Schienenschleifzüge[S]. Peking: China Railway Publishing House Co., LTD., 2014: 1-13.

[4]JI Yuan. Systematische Studie zur Bewertungstechnologie von Schleifscheiben für das Schienenschleifen[D]. Peking: Chinesische Akademie der Eisenbahnwissenschaften, 2019.

[5]ZHANG Guowen, HE Chunjiang, PEI Dingfeng. Untersuchung der Auswirkung von Phenolharz auf die Schleifleistung von Schienenschleifscheiben[J]. Railway Quality Control, 2015, 43(02): 21-24.

[6]WU Leitao. Studie über den Einfluss von Kupfer-Zinn-Legierungspulver auf die mechanischen Eigenschaften und die Schleifleistung von superharten Harzbindungsprodukten[D]. Zhengzhou: Henan University of Technology, 2011.

[7]ZHANG Wulin, FAN Xiaoqiang, ZHANG Pengfei, et al. Untersuchung des Einflusses der Schleifsteinstärke auf das Schienenschleifverhalten[J]. Tribologie, 40(03): 385-394

[8]ZHANG Wulin, LIU Changbao, YUAN Yongjie, et al. Untersuchung des Einflusses von Abrasivverschleiß auf die Schleifleistung von Schienenschleifsteinen[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2021, 64: 493-507.