BR112012014906B1 - artigo abrasivo e método de formar o mesmo - Google Patents

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Abstract

artigo abrasivo e método de formar o mesmo um artigo abrasivo inclui uma base , um membro abrasivo que compreende três fases distintas ligadas entre si que incluem partículas abrasiva , uma matriz de metal e um infiltrante. o artigo abrasivo inclui adicionalmente uma região de apoio entre membro abrasivo e a base, em que a região de apoio compreende uma junta ligada por soldagem a laser.

Description

"ARTIGO ABRASIVO E MÉTODO DE FORMAR O MESMO" CAMPO TÉCNICO 0 seguinte é geralmente direcionado a ferramentas abrasivas e processos para formar os mesmos e, mais particularmente, a ferramentas abrasivas que utilizam segmentos abrasivos infiltrados presos a uma base e métodos de montar tais ferramentas.
TÉCNICA ANTECEDENTE
As ferramentas necessárias para promover melhoras de infraestrutura, tal como construir estradas e edifícios adicionais, são vitais para a expansão econômica contínua das regiões de desenvolvimento. Adicionalmente, as regiões desenvolvidas têm uma necessidade contínua de substituir a infraestrutura antiga por estradas e edifícios novos e expandidos. A indústria de construção utiliza uma variedade de ferramentas para corte e moagem de materiais de construção. As ferramentas de corte e moagem são exigidas para remover ou dar novo acabamento às seções antigas de estradas. Adicionalmente, escavar e preparar materiais de acabamento, tal como lajes de pedra usadas para chãos e construir fachadas, exige ferramentas para perfuração, corte e polimento. Tipicamente, essas ferramentas incluem membros abrasivos ligados a um elemento de base, tal como uma placa ou uma roda. A ruptura da ligação entre o membro abrasivo e o elemento de base pode exigir substituir o membro abrasivo e/ou o elemento de base, resultando em tempo ocioso e perda de produtividade. Adicionalmente, a ruptura pode representar um perigo para a segurança quando as partes do membro abrasivo são ejetadas a uma velocidade alta da área de trabalho. Como tal, a ligação melhorada entre o membro abrasivo e o elemento de base é desejada.
REVELAÇÃO DA INVENÇÃO
De acordo com um aspecto, um artigo abrasivo inclui uma base e um membro abrasivo que inclui partículas abrasivas ligadas a uma matriz de metal, o membro abrasivo tendo uma rede de poros interconectados substancialmente preenchidos com um infiltrante que compreende um material infiltrante de metal. 0 artiqo abrasivo inclui adicionalmente uma região de apoio entre o membro abrasivo e a base, a região de apoio feita de uma composição de ligação que inclui pelo menos um elemento de metal, a região de apoio sendo uma região distinta da base e uma região distinta do membro abrasivo. 0 artigo abrasivo tem uma resistência à ruptura média na região de apoio de pelo menos cerca de 600 N/mm2 e uma variação de resistência à ruptura não maior que cerca de 150.
Em outro aspecto, um artigo abrasivo como uma base, um membro abrasivo que compreende três fases distintas ligadas entre si que incluem partículas abrasivas, uma matriz de metal e um infiltrante e uma reqião de apoio entre o membro abrasivo e a base. A região de apoio inclui uma primeira fase e uma segunda fase, em que a primeira fase e a sequnda fase são substancialmente distribuídas de modo uniforme dentro uma da outra e em que a primeira fase e a segunda fase são compostas de regiões discretas, em que as reqiões discretas têm um tamanho médio não maior que cerca de 50 mícrons.
De acordo com ainda outro aspecto, um artigo abrasivo inclui uma base e um membro abrasivo que inclui partículas abrasivas ligadas a uma matriz de metal, sendo que o membro abrasivo compreende adicionalmente uma rede de poros interconectados substancialmente preenchidos com um infiltrante que compreende um material infiltrante de metal. 0 artigo abrasivo inclui adicionalmente uma região de apoio entre o membro abrasivo e a base, a região de apoio formada de uma composição de ligação que inclui pelo menos um elemento de metal, a região de apoio sendo uma região distinta da base e uma região distinta do membro abrasivo. 0 artigo abrasivo tem uma velocidade de corte média de pelo menos cerca de 1.000 cm2/minuto para 50 cortes através de uma laje de pavimento feita de concreto e que tem uma espessura de 4 cm e um comprimento de 30 cm.
Em ainda outro aspecto, um artigo abrasivo inclui uma base, um membro abrasivo que compreende três fases distintas ligadas entre si que incluem partículas abrasivas, uma matriz de metal e um infiltrante e uma região de apoio entre o membro abrasivo e a base, em que a região de apoio compreende uma junta ligada por soldagem a laser.
De acordo com um aspecto, um método de formar artigo abrasivo inclui colocar um membro abrasivo em uma base, em que o membro abrasivo compreende partículas abrasivas liqadas a uma matriz de metal e compreende adicionalmente uma rede de poros interconectados substancialmente preenchidos com um infiltrante que compreende um material infiltrante de metal. O método inclui adicionalmente soldar o membro abrasivo à base.
Em ainda outro aspecto, um artigo abrasivo inclui uma base, um membro abrasivo que inclui partículas abrasivas ligadas a uma matriz de metal, sendo que o membro abrasivo compreende adicionalmente uma rede de poros interconectados substancialmente preenchidos com um infiltrante que compreende um material infiltrante de metal, uma região de apoio entre o membro abrasivo e a base, sendo que a região de apoio compreende uma rede de poros interconectados substancialmente preenchidos com um infiltrante que compreende um material infiltrante de metal e uma junta de soldagem na região de apoio que liga a base e o membro abrasivo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A presente revelação pode ser mais bem entendida e seus inúmeros recursos e vantagens tornados aparentes àqueles versados na técnica por referência aos desenhos anexos. A FIGURA 1 inclui um fluxograma de um método de formar um artigo abrasivo em concordância com uma modalidade. A FIGURA 2 inclui uma ilustração de um artigo abrasivo em concordância com uma modalidade.
As FIGURAS 3A e 3B incluem imagens de seção transversal da parte de um artigo abrasivo que inclui uma parte de uma reqião de apoio em concordância com uma modalidade. A FIGURA 4 inclui uma imagem de seção transversal de um artigo abrasivo prensado a quente convencional que tem uma região de apoio exibindo pedras. 0 uso dos mesmos símbolos de referência em diferentes desenhos indica itens similares ou idênticos.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS
De acordo com uma modalidade, os artigos abrasivos na presente invenção podem incluir um elemento de base e um membro abrasivo. 0 artigo abrasivo pode ser uma ferramenta de corte para cortar materiais de construção, tal como uma serra para cortar concreto. Alternativamente, o artigo abrasivo pode ser uma ferramenta de moagem tal como para moer concreto ou argila queimada ou remover asfalto. A FIGURA 1 inclui um fluxograma de um método de formar um artigo abrasivo de acordo com uma modalidade. Conforme ilustrado, o processo pode ser iniciado na etapa 101 colocando-se um membro abrasivo em uma base. Será apreciado que o membro abrasivo pode ser inicialmente formado antes de ser colocado na base para fixação. Particularmente, o membro abrasivo pode ser um segmento abrasivo infiltrado que tem partículas abrasivas liqadas a uma matriz de metal e que compreende adicionalmente uma rede de poros interconectados, em que pelo menos uma parte dos poros é preenchida com um infiltrante feito de um material infiltrante de metal. 0 elemento de base pode estar na forma de um anel, uma seção de anel, uma placa ou um disco dependendo da aplicação pretendida do artigo abrasivo. 0 elemento de base pode ser feito de um metal ou liga de metal. Por exemplo, a base pode ser feita de um aço e, particularmente, ligas de aço tratáveis por calor, tal como 25CrMo4, 75Crl, C60 ou ligas de aço similares para os elementos de base com seções transversais finas ou aço de construção simples como St 60 ou similar para elementos de base grossos. O elemento de base pode ser uma resistência à tração de pelo menos cerca de 600 N/mm2. 0 elemento de base pode ser formado por uma variedade de tecnologias metalúrgicas conhecidas na técnica.
Notavelmente, o material de base pode ser um material do tipo de baixo teor de carbono, o que facilitará um processo de soldagem de acordo com as modalidades na presente invenção. 0 material de base pode ter menos que cerca de 10% de teor de carbono, tal como menos que cerca de 8%, menos que cerca de 6%, menos que cerca de 4%, menos que cerca de 2% e mesmo menos que cerca de 1%, para facilitar o processo de formação.
Em uma modalidade exemplificativa, um membro abrasivo inclui partículas abrasivas incorporadas em uma matriz de metal que tem uma rede de poros interconectados. As partículas abrasivas podem incluir um material abrasivo que tem uma dureza de Mohs de pelo menos cerca de 7. Em ocorrências particulares, as partículas abrasivas podem incluir um material superabrasivo, tal como diamante ou nitreto de boro cúbico. As partículas abrasivas podem ter um tamanho de partícula de não menos que cerca de 400 US mesh, tal como não menos que cerca de 100 US mesh, tal como entre cerca de 25 e 80 US mesh. Dependendo da aplicação, o tamanho pode ser entre cerca de 30 e 60 US mesh.
As partículas abrasivas podem estar presentes em uma quantidade entre cerca de 2 % em volume a cerca de 50 % em volume. Adlcionalmente, a quantidade de partículas abrasivas pode depender da aplicação. Por exemplo, um membro abrasivo para uma ferramenta de polimento ou moagem pode incluir entre cerca de 3,75 % em volume e cerca de 50 % em volume de partículas abrasivas do volume total do membro abrasivo. Alternativamente, um membro abrasivo para uma ferramenta de corte pode incluir entre cerca de 2 % em volume e cerca de 6,25 % em volume de partículas abrasivas do volume total do membro abrasivo. Ademais, um membro abrasivo para perfuração de núcleo pode incluir entre cerca de 6,25% em volume e cerca de 20% em volume de partículas abrasivas do volume total do membro abrasivo. A matriz de metal pode incluir um elemento de metal ou liga de metal que inclui uma pluralidade de elementos de metal. Para certos segmentos abrasivos, a matriz de metal pode incluir elementos de metal tal como ferro, tungstênio, cobalto, níquel, cromo, titânio, prata, e uma combinação dos mesmos. Em ocorrências particulares, a matriz de metal pode incluir um elemento de terra raro tal como cério, lantânio, neodímio e uma combinação dos mesmos.
Em um exemplo particular, a matriz de metal pode incluir um componente resistente a desqaste. Por exemplo, em uma modalidade, a matriz de metal pode incluir carboneto de tungstênio e, mais particularmente, pode consistir essencialmente em carboneto de tungstênio.
Em certos projetos, a matriz de metal pode incluir partículas de componentes individuais ou partículas pré-ligadas. As partículas podem ser entre cerca de 1,0 mícron e cerca de 250 mícrons.
Conforme notado acima, o membro abrasivo pode ser formado de tal modo que um infiltrante está presente dentro da rede interconectada de poros dentro do corpo do membro abrasivo. 0 infiltrante pode preencher parcialmente, preencher substancialmente ou mesmo preencher completamente o volume dos pores estendendo-se através do volume do membro abrasivo. Em concordância com um projeto particular, o infiltrante pode ser um metal ou liga de metal material. Por exemplo, alguns elementos de metal adequados podem incluir cobre, estanho, zinco e uma combinação dos mesmos.
Em ocorrências particulares, o infiltrante pode ser um material de bronze feito de uma liga de metal e particular uma liga de metal de cobre-estanho, de tal modo que o mesmo é particularmente adequado para soldagem de acordo com as modalidades na presente invenção. Por exemplo, o material de bronze pode consistir essencialmente de cobre e estanho. Certos materiais de bronze podem incorporar teores particulares de estanho, tal como não maior que cerca de 20%, não maior que cerca de 15%, não maior que cerca de 12% ou mesmo não maior que cerca de 10% da quantidade total de materiais dentro da composição. Em concordância com uma modalidade, o material de bronze pode incluir uma quantidade de estanho dentro de uma faixa entre cerca de 5% e cerca de 20%, tal como entre cerca de 8% e cerca de 15% ou mesmo entre cerca de 8% e cerca de 12%.
Além disso, certos materiais de bronze podem ser usados como material infiltrante e podem ter uma quantidade de cobre de pelo menos cerca de 80%, pelo menos cerca de 85% ou mesmo pelo menos cerca de 88% da quantidade total de materiais dentro da composição. Alguns materiais de bronze podem utilizar uma quantidade de cobre dentro de uma faixa entre cerca de 80% e cerca de 95%, tal como entre cerca de 85% e cerca de 95% ou mesmo entre cerca de 88% e cerca de 93% .
Adicionalmente, o material de bronze pode conter um teor particularmente baixo de outros elementos, tal como zinco para facilitar a formação apropriada do artigo abrasivo de acordo com os métodos de formação das modalidades na presente invenção. Por exemplo, o material de bronze pode utilizar não mais que cerca de 10%, tal como não mais que cerca de 5% ou mesmo não mais que cerca de 2% de zinco. De fato, certos materiais de bronze podem ser essencialmente livres de zinco. 0 membro abrasivo pode ser fabricado, de tal modo que as partículas abrasivas possam ser combinadas com uma matriz de metal para formar uma mistura. A matriz de metal pode incluir uma mistura de partículas dos componentes da matriz de metal ou podem ser partículas pré-ligadas da matriz de metal. Em uma modalidade, a matriz de metal pode obedecer à fórmula (WC) wWxFeyCrzX (i_w_x_y_z) , em que 0úwú0,8, 0<x<0,7, 0^yd0,8, 0dzú0,05, w+x+y+z<l e X pode incluir outros metais tal como cobalto e níquel. Em outra modalidade, a matriz de metal pode obedecer à fórmula (WC) wWxFeyCrzAgvX (i-v-w-x-y_z), em que 0<w<0,5, 0<x<0,4, 0<y<l,0, 0<z<0,05, 0<v<0,l, v+w+x+y+z^l e X pode incluir outros metais tal como cobalto e níquel. A mistura da matriz de metal e partículas abrasivas pode ser formada em um pré-molde abrasivo por uma operação de prensagem, particularmente uma operação de prensagem a frio, para formar um membro abrasivo poroso. A prensagem a frio pode ser executada a uma pressão de entre cerca de 50 kN/cm2 (500 MPa) a cerca de 250 kN/cm2 (2.500 MPa) . O membro abrasivo poroso resultante pode ter uma rede de poros interconectados. Em um exemplo, o membro abrasivo poroso pode ter uma porosidade entre cerca de 25 e 50 % em volume. O membro abrasivo poroso resultante pode, então, ser submetido a um processo de infiltração, em que o infiltrante material é disposto dentro do corpo do membro abrasivo e, particularmente, disposto dentro da rede interconectada de poros dentro do corpo do membro abrasivo. 0 infiltrante pode ser puxado para os poros do membro abrasivo prensado a frio através da ação capilar. Após o processo de infiltração, o membro abrasivo densificado resultante pode ser não menos que cerca de 96% de densidade. A quantidade de infiltrante que infiltra o membro abrasivo pode ser entre cerca de 20 % em peso e 45 % em peso do membro abrasivo densificado. 0 membro abrasivo pode incluir uma região de apoio, disposta entre o membro abrasivo e a base, o que facilita a junção do membro abrasivo e da base. De acordo com uma modalidade, a região de apoio pode ser uma região distinta do membro abrasivo e da base. Ainda, a região de apoio pode ser inicialmente formada como parte do membro abrasivo e, particularmente, pode ser uma região distinta do membro abrasivo que tem características particulares que facilitam a junção do membro abrasivo e da base. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, a região de apoio pode ter uma porcentagem menor (% em volume) de partículas abrasivas em comparação à quantidade de partículas abrasivas dentro do membro abrasivo. De fato, em certas ocorrências, a região de apoio pode ser essencialmente livre de partículas abrasivas. Isso pode ser particularmente adequado para formar métodos que utilizam um feixe de energia (por exemplo, um laser) usado para soldar o membro abrasivo à base.
Pelo menos uma parte da região de apoio pode incluir uma composição de ligação. A composição de ligação pode incluir um metal ou liga de metal. Alguns materiais de metal adequados podem incluir elementos de metal de transição que incluem, por exemplo, titânio, prata, manganês, fósforo, alumínio, cromo, ferro, chumbo, cobre, estanho e uma combinação dos mesmos.
Em ocorrências particulares, a composição de ligação pode ser similar ao infiltrante, de tal modo que a composição de ligação e o infiltrante são diferentes um do outro por não mais que uma única espécie elementar. Em ocorrências ainda mais particulares, a composição de ligação pode ser a mesma que o infiltrante. Por exemplo, a composição de ligação pode ser um material de bronze, e mais particularmente, pode consistir essencialmente de um material de bronze conforme descrito na presente invenção.
De acordo com as modalidades na presente invenção, a composição de ligação pode ser relacionada à composição de infiltrante em ter um certo grau de comunalidade de espécie elementar. Quantitativamente, uma diferença porcentual de peso elementar entre a composição de ligação e a composição de infiltrante pode ser não maior que cerca de 20 % em peso. A diferença porcentual de peso elementar é definida como o valor absoluto da diferença em teor ponderai de cada elemento contido na composição de ligação em relação à composição de infiltrante. Outras modalidades têm relações composicionais mais próximas entre a composição de ligação e a composição do infiltrante. A diferença porcentual de peso elementar entre a composição de ligação e a composição de infiltrante pode, por exemplo, não exceder 15 % em peso, 10 % em peso, 5 % em peso ou pode não exceder 2 % em peso. Uma diferença porcentual de peso elementar de cerca de zero representa a mesma composição preparando a região de apoio e o infiltrante. Os valores elementares antecedentes podem ser medidos por qualquer meio analítico adequado, incluindo análise elementar de micro-sonda e ignoram a liga que pode ocorrer ao longo de áreas em que o infiltrante faz contado com a matriz de metal. A região de apoio pode ter um teor particular de porosidade. Por exemplo, a região de apoio pode ter uma porosidade que é menos que a porosidade do membro abrasivo. De fato, a quantidade de porosidade na região de apoio pode ser significantemente menos em comparação à quantidade de porosidade dentro do membro abrasivo. Em alguns casos, a região de apoio compreende pelo menos 2% menos porosidade em comparação em uma base por cento em volume entre as duas regiões. Em outras ocorrências, a diferença pode ser maior, tal como pelo menos cerca de 4% menos porosidade, pelo menos cerca de 5% menos, pelo menos cerca de 7% menos, pelo menos cerca de 10% menos ou mesmo pelo menos cerca de 15% menos porosidade que o membro abrasivo. AM diferença na porosidade pode facilitar a infiltração apropriada da reqião de apoio e membro abrasivo. A região de apoio pode ter não mais que cerca de 40 % em volume de porosidade para o volume total da região de apoio. Em outras ocorrências, a quantidade de porosidade dentro da região de apoio pode ser não maior que cerca de 38 % em volume, não maior que cerca de 34 % em volume ou mesmo não maior que cerca de 30 % em volume. Ainda, a quantidade de porosidade dentro da região de apoio pode ser pelo menos cerca de 7 % em volume, pelo menos cerca de 8 % em volume, pelo menos cerca de 10 % em volume, pelo menos cerca de 12 % em volume ou mesmo pelo menos cerca de 15 % em volume de infiltrante. 0 teor de porosidade da região de apoio pode estar dentro de uma faixa entre qualquer uma das porcentagens máxima e mínima notadas acima.
Será apreciado adicionalmente que uma parte significante da porosidade total dentro da região de apoio pode ser a porosidade interconectada. Isto é, pelo menos uma maioria ou mesmo pelo menos cerca de 75%, pelo menos cerca de 80%, pelo menos cerca de 90%, pelo menos cerca de 95% ou essencialmente toda a porosidade pode ser a porosidade interconectada. A região de apoio pode incluir pelo menos cerca de 5 % em volume de porosidade para o volume total da região de apoio. Em outras ocorrências, a região de apoio pode incluir pelo menos cerca de 7 % em volume, pelo menos cerca de 8 % em volume, pelo menos cerca de 10 % em volume, pelo menos cerca de 12 % em volume ou mesmo pelo menos cerca de 15 % em volume de infiltrante. Ainda, a quantidade de infiltrante pode ser limitada, de tal modo que a mesma não é maior que cerca de 40 % em volume, não maior que cerca de 38 % em volume, não maior que cerca de 34 % em volume ou mesmo não maior que cerca de 30 % em volume. A quantidade de infiltrante pode estar dentro de uma faixa entre qualquer uma das porcentagens máxima e mínima notadas acima.
Consequentemente, a região de apoio pode incluir uma rede de poros interconectados formada entre um metal de matriz e em que o material infiltrante substancialmente preenche os poros interconectados. A região de apoio pode conter quantidades similares de metal de matriz e infiltrante. Notavelmente, a região de apoio pode ser essencialmente livre de partículas abrasivas. Em tais modalidades em que a região de apoio inclui poros interconectados substancialmente preenchidos com o infiltrante, o infiltrante material pode agir como um material de bronze na formação de uma junta (por exemplo, uma junta soldada) entre a base e o membro abrasivo.
Consequentemente, a formação da região de apoio e, particularmente, controle da natureza e tamanho da porosidade dentro da região de apoio pode ser controlada para facilitar a infiltração apropriada. A infiltração apropriada garante as características de material apropriadas da região de apoio e a formação de uma região de junta de soldagem adequada entre a região de apoio e a base. Por exemplo, a região de apoio é formada de tal modo que o tamanho de poro médio dos poros dentro da região de apoio não seja maior em tamanho e, mais particularmente, menor em tamanho que o tamanho de poro médio dos poros dentro do membro abrasivo. Tal distinção pode facilitar a infiltração total e apropriada da região de apoio e a formação de uma região de junta de soldagem forte.
Em certas ocorrências, o tamanho de· poro médio dos poros dentro da região de apoio é pelo menos cerca de 1% menor que o tamanho de poros médio dos poros dentro do membro abrasivo. Em outras modalidades, a diferença no tamanho de poro médio pode ser maior, tal como pelo menos cerca de 3%, pelo menos cerca de 5%, pelo menos cerca de 10% ou mesmo pelo menos cerca de 20% menor. Ainda, a diferença pode ser limitada, de tal modo que a mesma não é maior que cerca de 80%, não é maior que cerca de 70%, não é maior que cerca de 50% ou mesmo não é maior que cerca de 40%. A diferença no tamanho de poro médio pode estar dentro de uma faixa entre qualquer um dos valores mínimo e máximo. 0 controle da natureza e tamanho da porosidade dentro do membro abrasivo e da região de apoio pode incluir a aplicação altamente uniforme de pressão durante a formação do artigo abrasivo que inclui o membro abrasivo e a região de apoio. A pressão uniforme ao longo do comprimento e volume inteiro dos dois componentes pode facilitar a compressão homogênea dos corpos e tamanhos de poro substancialmente uniformes. Os tamanhos de pó do material em pó usado para formar o membro abrasivo e a região de apoio podem ser particularmente selecionados para controlar adicionalmente o tamanho de poro.
Em uma modalidade, a região de apoio pode incluir um material de bronze particular que facilita uma operação de soldagem para unir o membro abrasivo e a base. De fato, certas regiões de apoio podem consistir essencialmente de um material de bronze de cobre-estanho. Alguns materiais de bronze adequados podem incluir pelo menos cerca de 80% de cobre, tal como pelo menos cerca de 82% de cobre, pelo menos cerca de 85% de cobre, pelo menos cerca de 87% de cobre, pelo menos cerca de 88% de cobre, pelo menos cerca de 90% de cobre, pelo menos cerca de 93% de cobre ou mesmo pelo menos cerca de 95% de cobre. Como tal, o material de bronze pode incluir uma quantidade equilibrada de estanho, de tal modo que os materiais de bronze adequados podem incluir não mais que cerca de 20% de estanho, não mais que cerca de 18% de estanho, não mais que cerca de 15% de estanho, não mais que cerca de 13% de estanho, não mais que cerca de 12% de estanho, não mais que cerca de 10% de estanho, não mais que cerca de 8% de estanho, não mais que cerca de 5% de estanho.
Após colocar o membro abrasivo na base na etapa 101, o processo pode continuar na etapa 103 soldando-se o membro abrasivo à base. Em ocorrências particulares o processo de soldagem inclui colidir um feixe de energia na base e, mais particularmente, pode incluir colidir um feixe de energia na região de apoio entre o membro abrasivo e a base. Em ocorrências particulares, o feixe de energia pode ser um laser, de tal modo que o segmento abrasivo é preso à base através de uma junta ligada por soldagem a laser. O laser pode ser uma fonte de laser Roffin comumente disponível junto a Dr. Fritsch. A FIGURA 2 ilustra um artigo abrasivo exemplificativo 200 que inclui um membro abrasivo densificado 202 ligado a uma base 204. O membro abrasivo densificado 202 inclui partículas de matriz de metal 206 e partículas abrasivas 208 ligadas entre si e uma rede interconectada de poros que se estende entre as partículas de matriz de metal 206 que é preenchida com um infiltrante 210. Conforme ilustrado adicionalmente, o artigo abrasivo pode incluir uma região de apoio 212 disposta entre o membro abrasivo 202 e a base 204. A região de apoio 212 pode incluir uma composição de ligação que pode ser contínua com a composição do membro abrasivo densificado 202.
Em concordância com uma modalidade, a região de apoio do artigo abrasivo é formada de tal modo que a região de apoio 212 possa incluir uma primeira fase e uma segunda fase uniformemente distribuídas uma dentro da outra. As FIGURAS 3A e 3B incluem imagens de seção transversal da parte de um artigo abrasivo que inclui uma parte de uma região de apoio em concordância com uma modalidade. Conforme ilustrado, a imagem da FIGURA 3A inclui uma parte de uma base 301, uma parte de uma região de apoio 302 e uma parte de um segmento abrasivo 303. Conforme ilustrado adicionalmente na FIGURA 3B, a região de apoio 302 pode incluir fases distintas, particularmente uma primeira fase 305 e uma segunda fase 306 que são substancialmente misturadas de modo uniforme.
Além disso, a primeira fase 305 e a segunda fase 306 podem ter regiões discretas conforme ilustrado na imagem ampliada. As regiões discretas podem ser regiões policristalinas que têm um tamanho médio não maior que cerca de 50 mícrons conforme medido ao lonqo da dimensão mais longa em uma imagem ampliada similarmente. Isso pode ser facilitado pelo uso de um material de metal que tem um tamanho de pó médio particular e que tem um formato substancialmente esférico. Em certas modalidades, as reqiões discretas das primeira e segunda fases 305 e 306 podem ser menores, tal como na ordem de não maior que cerca de 40 microns, não maior que cerca de 30 mícrons, não maior que cerca de 25 mícrons ou mesmo não maior que cerca de 20 mícrons. Em ocorrências particulares, as reqiões discretas das primeira e segunda fases 305 e 306 podem ter um tamanho médio dentro de uma faixa entre cerca de 1 mícron e cerca de 50 mícrons, tal como entre cerca de 5 mícrons e cerca de 50 mícrons, tal como entre cerca de 10 mícrons e cerca de 40 mícrons ou mesmo entre cerca de 10 mícrons e cerca de 30 mícrons.
Conforme ilustrado, as primeira e segunda fases 305 e 306 podem ser finamente misturadas uma com a outra e finamente marmoreado. Além disso, as regiões distintas que identificam a primeira fase 305 podem ser definidas por uma morfologia alongada, fibrosa e/ou dendrítica, em que filamentos fibrosos podem se estender através da segunda fase 306 e mesmo tornam-se entrelaçados uns com os outros. Adicionalmente, a região de apoio 302 pode incluir poros fechados finos 307, que podem ser separados uniformemente uns dos outros através do volume inteiro da região de apoio 302. Em ocorrências particulares, os poros fechados 307 podem ter formatos particularmente arredondados e, geralmente, o tamanho de poro médio é menos que cerca de 50 microns, tal como menos que cerca de 40 microns, menos que cerca de 25 microns ou mesmo menos que cerca de 15 microns. A região de apoio pode ter uma espessura média não maior que cerca de 400 microns, tal como na ordem de não maior que cerca de 300 microns, não maior que cerca de 200 microns. A região de apoio média pode ser medida tomando-se pelo menos cerca de 10 medições diferentes com o uso de imagens ampliadas tal como ilustradas na FIGURA 3A ao longo de um comprimento da interface da região de apoio e membro abrasivo de pelo menos cerca de 1 mm. Em outras ocorrências, a região de apoio 302 pode ser formada para ter uma espessura média de pelo menos cerca de 50 microns, tal como pelo menos cerca de 100 microns, pelo menos cerca de 150 mícron ou mesmo pelo menos cerca de 175 microns. Ainda, projetos particulares podem utilizar uma região de apoio que tem uma espessura média dentro de uma faixa entre cerca de 50 microns e cerca de 400 microns, tal como entre cerca de 100 microns e cerca de 300 microns.
Além disso, a região de apoio 302 pode ser essencialmente livre de pedras, o que pode ser comum em mais artigos abrasivos convencionais (por exemplo, segmentos abrasivos prensados a quente ligados à base através de soldagem). As pedras são geralmente identificadas como regiões de composição não homogênea em comparação à região circundante e podem apresentar regiões que são mais propensas a induzir a falha de fratura através da região. A FIGURA 4 inclui uma imagem de seção transversal de um artigo abrasivo convencional que tem uma região de apoio 401 exibindo pedras 403, que estão presentes como partículas grandes e arredondadas que são cercadas por uma sequnda fase distinta 404. Além disso, a reqião de apoio 401 exibe poros 405 que não são uniformemente dispersos por todo o volume da reqião de apoio, mas são concentrados em regiões particulares, tal como em regiões próximas às pedras 403 e, ainda mais particularmente, nas interfaces entre as pedras 403 e a segunda fase distinta 404 que cerca as pedras 403. O artigo abrasivo formado de acordo com as modalidades na presente invenção pode ter características mecânicas particulares e, particularmente, resistência adequada de ligações e consistência na resistência de ligações entre o segmento abrasivo e a base conforme medida na região de apoio. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, o artigo abrasivo pode ter uma resistência à ruptura média na região de apoio de pelo menos cerca de 600 N/mm2, que pode ser medida de acordo com procedimentos de teste de padrão europeu esquematizados em EN13236. Em certas ocorrências, a resistência à ruptura média pode ser pelo menos cerca de 600 N/mm2, tal como pelo menos cerca de 700 N/mm2, pelo menos cerca de 800 N/mm2, pelo menos cerca de 925 N/mm , tal como pelo menos cerca de 950 N/mm2 ou mesmo pelo menos cerca de 975 N/mm2. Em modalidades ainda mais particulares, o artigo abrasivo pode ter uma resistência à ruptura média dentro de uma faixa entre cerca de 600 N/mm2 e cerca de 1.400 N/mm2, entre cerca de 700 N/mm2 e cerca de 1.400 N/mm2 e mesmo entre cerca de 800 N/mm2 e cerca de 1.400 N/mm2. Em certas modalidades, o artigo abrasivo pode ter uma resistência à ruptura média com uma faixa entre cerca de 900 N/mm2 e cerca de 1.400 N/mm2, tal como entre cerca de 925 N/mm2 e cerca de 1.350 N/mm2, entre cerca de 950 N/mm2 e cerca de 1.300 N/mm2 ou mesmo entre cerca de 975 N/mm2 e cerca de 1.250 N/mm2.
Além disso, os artigos abrasivos das modalidades na presente invenção podem exibir resistência à ruptura consistente conforme medida pela variação de resistência à ruptura, que é calculada como o desvio padrão de pelo menos 100 medições. Os artigos abrasivos das modalidades na presente invenção podem ter uma variação de resistência à ruptura não maior que cerca de 150, tal como não maior que cerca de 125, não maior que cerca de 120 ou mesmo não maior que cerca de 110. Em certas ocorrências, a variação de resistência à ruptura pode estar dentro de uma faixa entre cerca de 25 e cerca de 150, tal como entre cerca de 25 e cerca de 125, ou mesmo entre cerca de 25 e cerca de 110.
Os artigos abrasivos das modalidades na presente invenção podem ter certos recursos de desempenho. Por exemplo, os artigos abrasivos podem ter uma velocidade de corte média de pelo menos cerca de 1.000 cm2/minuto para 50 cortes através de uma laje de pavimento feita de concreto agregado usada para pavimentar estradas e que tem uma espessura de 4 cm e um comprimento de 30 cm. De fato, certos artigos abrasivos podem ter uma velocidade de corte média de pelo menos cerca de 1.050 cm2/minuto, tal como pelo menos cerca de 1.100 cm2/minuto ou mesmo pelo menos cerca de 1.125 cnf/minuto. As modalidades particulares na presente invenção podem utilizar o artigo abrasivo que tem uma velocidade de corte média dentro de uma faixa entre cerca de 1.000 cm2/minuto e cerca de 1.400 cm2/minuto, tal como entre cerca de 1.050 cm2/minuto e cerca de 1.400 cm2/minuto ou mesmo entre cerca de 1.100 cm2/minuto e cerca de 1.300 cm2/minuto.
Exemplos Quatro amostras são formadas e testadas. A Amostra 1 é uma parte infiltrada formada inicialmente através da prensagem a frio a aproximadamente 1.000 MPa e, posteriormente, infiltrada com um material de bronze particular. O membro abrasivo inclui uma matriz de metal com base em carboneto de tungstênio (pode incluir outros metais de cobalto e níquel) e partículas abrasivas de diamante. O artigo abrasivo da amostra 1 também inclui uma região de apoio que é essencialmente livre de partículas abrasivas. O infiltrante é um material de bronze de cobre/estanho 80/20 que tem um tamanho de partícula médio de menos que cerca de 45 microns. A amostra 2 é formada de acordo com o processo da amostra 1, exceto que o material de bronze é um material de bronze de cobre/estanho 85/15 que tem um amanho de partícula médio de menos que 63 microns. A amostra 3 é formada de acordo com o processo da amostra 1, exceto que o material de bronze é um material de bronze de cobre/estanho 90/10 que tem um amanho de partícula médio de menos que 45 microns. A amostra 4 é formada de acordo com o processo da amostra 1, exceto que o material de bronze é um material de bronze de cobre/estanho 95/5 que tem um amanho de partícula médio de menos que 74 mícrons.
Os testes de velocidade e vida útil foram conduzidos nas Amostras 1 a 4, os resultados dos quais são resumidos na Tabela 1 abaixo.
Tabela 1 Conforme notado acima, a velocidade de corte e a vida útil dos artigos abrasivos formados de acordo com as amostras 1 a 4 demonstraram capacidades padrão de indústria. A velocidade para as amostras 1 a 4 foi maior que certas peças prensadas a quente padrão de indústria convencionais. A vida útil também foi melhorada para certos artigos convencionais Ademais, muitas peças foram formadas de acordo com as amostras acima (Amostras 1 a 4) . De fato, 16 segmentos foram formados para cada uma das amostras (isto é, amostras 1 a .4) , que foram soldados a laser a aço de baixo teor de carbono. A resistência de soldagem de cada uma das amostras e a resistência à ruptura média e desvio padrão são fornecidos abaixo na Tabela 2, com base no torque medido necessário para romper o segmento da base.
Tabela 2 Como pode ser visto, os segmentos para as amostras 1 a 4 demonstraram resistência à ruptura média adequada para uso industrial. Talvez mais notável seja que o desvio padrão para todas as amostras testadas foi significantemente baixo, particularmente em comparação às peças convencionais, em que os desvios padrões são tipicamente muito mais altos.
As amostras 5 e 6 são formadas de acordo com a modalidade da amostra 2 acima. Cada amostra 5 e 6 inclui 16 segmentos independentes infiltrados e prensados a frio que são soldados a laser a uma base de aço de baixo teor de carbono. A resistência à ruptura média e a variação de resistência à ruptura são medidas para cada um dos 16 segmentos para as amostras 5 e 6. Os resultados são resumidos abaixo.
Tabela 3 A resistência à ruptura média gravada para as amostras 5 e 6 cumpre com os padrões industriais. Mais particularmente, a variação de resistência à ruptura é melhor que outras amostras convencionais, que foram testadas e tipicamente tinham valores maiores que 120, se não 150. Claramente, a combinação da soldagem a laser e artigo abrasivos infiltrados facilita um artigo ligado fortemente, que tem uma interface de junta mais consistente na base, levando a menos falhas catastróficas e ruptura dos segmentos abrasivos ligados à base.
De acordo com uma modalidade, a ferramenta abrasiva inclui um elemento transportado e um componente abrasivo. A ferramenta abrasiva pode ser uma ferramenta de corte para cortar materiais de construção, tal como uma serra para cortar concreto. Alternativamente, a ferramenta abrasiva pode ser uma ferramenta de moagem tal como para moer concreto ou argila queimada ou remover asfalto. Particularmente, as seguintes modalidades formularam um método para a soldagem de segmentos abrasivos infiltrados em uma base para uso em um artigo abrasivo. Certas referências na técnica reconheceram de modo geral a soldagem como um processo de junção adequado. Algumas referências fizeram ainda grandes relatos de que uma peça infiltrada pode ser unida a uma base por uma variedade de processos e listam aleatoriamente a soldagem como um dentre muitos processos. Entretanto, essas referências não são nem mesmo remotamente direcionadas à soldagem de peças infiltradas e tal processo ou artigo não é capacitado pelas referências. Os inventores do presente pedido, são especialistas no campo, note que a soldagem de artigos infiltrados não é um processo trivial. Além disso, com base em seu conhecimento, nenhum artigo na indústria tem como base as peças infiltradas soldadas de modo bem sucedido. Com o sucesso do artigo abrasivo demonstrado pelos Requerentes, a demanda da indústria para tal artiqo cresceu. Além disso, certos problemas precisaram ser identificados e superados a fim de formar um produto comercialmente bem sucedido de acordo com as modalidades na presente invenção. Certa combinação de recursos concedendo a esse sucesso inclui o tamanho e formato das matérias-primas usadas para formar a região de apoio, a composição da região de apoio, o tipo, comprimento de onda e a potência do feixe usado para a soldagem, o tipo e posicionamento dos grãos abrasivos dentro do segmento abrasivo. Além disso, os segmentos abrasivos das modalidades na presente invenção demonstraram características mecânicas e propriedades de desempenho inesperadas.
No que precede, a referência a modalidades específicas e as conexões de certos componentes é ilustrativa. Será apreciado que a referência a componentes como sendo acoplados ou conectados deve revelar ou a conexão direta entre os ditos componentes ou a conexão indireta através de um ou mais componentes de intervenção conforme será apreciado para executar os métodos conforme discutidos na presente invenção. Como tal, o assunto revelado acima deve ser considerado ilustrativo e não restritivo e as reivindicações anexas devem cobrir todas tais modificações, aprimoramentos e outras modalidades, que estão dentro do verdadeiro escopo da presente invenção. Dessa forma, até a extensão máxima permitida por lei, o escopo da presente invenção deve ser determinado pela interpretação permissível mais ampla das seguintes reivindicações e seus equivalentes e não deve ser restrito ou limitado pela descrição detalhada antecedente. 0 Resumo da Revelação é fornecido para cumprir com a Regra de Patente e é submetido com o entendimento de que não será usado para interpretar ou limitar o escopo ou significado das reivindicações. Adicionalmente, na Descrição Detalhada dos Desenhos antecedente, vários recursos podem ser agrupados ou descritos em uma única modalidade para o propósito de simplificar a revelação. Esta revelação não deve ser interpretada como refletindo uma intenção de que as modalidades reivindicadas exigem mais recursos dos que são expressamente citados em cada reivindicação. Ao invés disso, como as seguintes reivindicações refletem, o assunto inventivo pode ser direcionado a menos que todos os recursos de qualquer uma das modalidades reveladas. Dessa forma, as reivindicações são incorporadas na Descrição Detalhada dos Desenhos, com cada reivindicação por si própria como definindo separadamente o assunto reivindicado.
REIVINDICAÇÕES

Claims (11)

1. Artigo abrasivo (200) compreendendo: uma base (204); um membro abrasivo (202) que inclui partículas abrasivas (208) ligadas a uma matriz de metal (206), sendo que o membro abrasivo (202) compreende adicionalmente uma rede de poros interconectados substancialmente preenchido com um infiltrante (210) que compreende um material infiltrante de metal; uma região de apoio (212) entre o membro abrasivo (202) e a base (204), sendo que a região de apoio (212) compreende uma rede de poros interconectados substancialmente preenchidos com um infiltrante que compreende um material infiltrante de metal; e uma junta de soldagem na região de apoio (212) que liga a base (204) e o membro abrasivo (202) entre si, caracterizado pelo fato de que a porosidade interconectada da região de apoio (212) possuiu um tamanho de poro médio que não é maior que um tamanho de poro médio da porosidade interconectada do membro abrasivo.
2. Artigo abrasivo (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma diferença no tamanho de poro médio da porosidade interconectada da região de apoio (212) é de pelo menos cerca de 1% menos que o tamanho de poro médio da porosidade interconectada do membro abrasivo (202).
3. Artigo abrasivo (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a base (204) compreende um material de baixo teor de carbono, que tem um teor de carbono de menos que cerca de 20%.
4. Artigo abrasivo (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material infiltrante de metal do membro abrasivo (202) é o mesmo material infiltrante de metal da região de apoio (212).
5. Artigo abrasivo (200), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o material infiltrante de metal compreende um material de bronze.
6. Artigo abrasivo (200), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o material de bronze compreende uma liga de metal que inclui cobre e estanho.
7. Artigo abrasivo (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro abrasivo (202) tem uma porosidade de entre cerca de 25% em volume e 50% em volume para o volume total do membro abrasivo (202).
8. Artigo abrasivo (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a região de apoio (212) compreende uma porosidade menor que uma porosidade do membro abrasivo (202).
9. Artigo abrasivo (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o infiltrante (210) age como um material de bronze para formar a junta de soldagem entre a base (204) e o membro abrasivo (202) na região de apoio (212).
10. Artigo abrasivo (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o artigo abrasivo (200) tem uma média de resistência à ruptura na região de apoio (212) de pelo menos cerca de 600 N/mm2 e uma variação de resistência à ruptura de não mais que cerca de 150.
11. Método de formar um artigo abrasivo (200), conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por compreender: formar um seguimento abrasivo incluindo: um membro abrasivo incluindo partículas abrasivas ligadas a uma matriz de metal e que compreende adicionalmente uma rede de poros interconectados substancialmente preenchido com um infiltrante que compreende um material infiltrante de metal; e uma região de apoio compreendendo uma rede de poros interconectados substancialmente preenchidos com um infiltrante que compreende um material infiltrante de metal, em que a porosidade interconectada da região de apoio possuiu um tamanho de poro médio que não é maior que um tamanho de poro médio da porosidade interconectada do membro abrasivo; colocar o seguimento abrasivo sobre uma base de modo que a região de apoio esteja entre o membro abrasivo e a base; e soldar o membro abrasivo à base.
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