BR112013025559A8 - Parte de desgaste para equipamento de movimentação de terra - Google Patents

Abstract

"PARTE DE DESGASTE PARA EQUIPAMENTO DE MOVIMENTAÇÃO DE TERRA".A presente invenção refere-se a um artigo, tal como uma parte de desgaste de superfície endurecida, inclui um substrato, um invólucro de chapa metálica conectado ao substrato para definir uma cavidade entre a superfície do substrato e o invólucro, e um material composto enchendo a cavidade, e formando um revestimento em pelo menos uma porção da superfície do substrato, o material composto incluindo um material particulado duro infiltrado com um material de brasagem metálico. O invólucro pode ser conectado ao substrato por soldagem ou brasagem ao substrato e pode se desgastar em uso. O invólucro e o substrato podem ser usados como parte de uma montagem para produzir o artigo, onde o invólucro é usado como molde para formar o material composto, enchendo o invólucro com material particulado duro, e subsequentemente infiltrando com o material de brasagem.

Description

Referência Cruzada ao Pedido Relacionado

[001] A presente invenção reivindica prioridade ao Pedido de Patente Provisional USCF N° 61/742472 depositado em 6 de abril de 2011, qual Pedido está incorporado nesta por referência, e faz parte desta.

Campo Técnico da invenção

[002] A presente invenção refere-se a várias modalidades de uma parte de superfície endurecida para uso em ambientes abrasivos usando brasagem de infiltração e outras técnicas de brasagem. Mais particularmente, a presente invenção relaciona-se a produtos sistemas e métodos que pertencem a tais partes de superfície endurecida. Por exemplo, tais partes de superfície endurecida podem incluir ferramentas resistentes ao desgaste usadas para maquinário para trabalhar com terra (e.g. um ponto para escavadeira), equipamento de processamento de mineral como uma ponta para esmagado de rolo duplo, telas de peneira tipo Trommel, e outras aplicações de abrasivos.

Antecedente

[003] Exemplos de partes de desgaste produzidas por infiltração de partículas duras estão descritas nas Patentes USCF US4884477, US4949598, e US6073518, e Publicações US20100278604, GB2041427, e W02008103688. Publicações mais antigas descrevendo mais geralmente a fabricação de carbetos cementados por um processo de infiltração incluem US1512191 e DE420689C (Schrõter, 1925, Deutsches Reich). As descrições destas e de outras Publicações referenciadas estão incorporadas por referência em sua integralidade para todos os propósitos. A presente invenção busca superar certas limitações destes dispositivos e de outros dispositivos existentes, e prover novos aspectos não disponíveis até agora.

Breve Sumário

[004] Partes de desgaste de superfície endurecida econômicas e efetivas são providas, que são formadas a partir de um substrato, um invólucro metálico fino, partículas duras mantidas em uma cavidade definida entre o substrato e o invólucro, um material de brasagem de infiltração que junta estes elementos em uma parte de desgaste composta. O invólucro metálico fino é descartável, em razão de erodir tipicamente muito rapidamente durante o uso das partes de desgaste de superfície endurecida. Métodos para fazer tais partes de desgaste usando brasagem de infiltração e caixas descartáveis finas também são providos.

[005] Aspectos da invenção relacionam-se a uma parte de desgaste de superfície endurecida, que inclui um substrato de aço, um invólucro de aço unido ao substrato para definir uma cavidade entre o substrato e o invólucro, e um composto duro enchendo a cavidade, o composto incluindo partículas endurecidas infiltradas por brasagem metálica. Esta parte de desgaste de superfície endurecida preferivelmente é aquela em que o invólucro pesa substancialmente menos que o substrato. Ademais, o invólucro preferivelmente define um reservatório no lado de fora da cavidade, e, mais especificamente, um reservatório expandido fora da cavidade. Em algumas modalidades, o invólucro define um reservatório em forma de funil fora da cavidade. Em algumas modalidades, o invólucro é soldado ao substrato.

[006] Aspectos da invenção também se relacionam a um artigo, tal como uma parte de desgaste endurecida incluindo um substrato, um invólucro de chapa metálica conectado ao substrato para definir uma cavidade entre a superfície do substrato e o invólucro, e um material composto enchendo a cavidade e formando um revestimento em pelo menos uma porção da superfície do substrato, o material composto incluindo um material particulado duro infiltrado com um material metálico de brasagem.

[007] De acordo com um aspecto, o invólucro tem uma abertura para dar acesso à cavidade, para facilitar a inserção do material de superfície endurecida e inclusão do material de brasagem. O invólucro também pode incluir um reservatório conectado ao invólucro e posicionado fora da cavidade, em comunicação com a abertura, para conter inicialmente o material de brasagem durante fabricação.

[008] De acordo com outro aspecto, o invólucro pode ser conectado à superfície do substrato por soldagem ou brasagem. O invólucro, adicionalmente, pode incluir uma banda conformável que contata, em contato superfície a superfície, uma porção da superfície do substrato em torno de toda a periferia do invólucro, de modo que o invólucro conecte o substrato por soldagem ou brasagem, pelo menos na banda conformável. Nesta modalidade, o substrato pode ter uma superfície de ligação em contato superfície a superfície com a banda conformável, e pelo menos uma porção do substrato dentro da cavidade pode ser aplicada à superfície de ligação, de modo que o material composto tenha a superfície externa alinhada com a superfície de ligação.

[009] De acordo com um aspecto, o material de brasagem pode ser ligado à superfície do substrato, e adicionalmente também ligado ao invólucro.

[0010] De acordo ainda com outro aspecto, o invólucro pode incluir uma peça frontal tendo um flange frontal se estendendo transversalmente a partir de uma borda posterior da peça frontal, e uma peça posterior tendo um flange posterior se estendendo transversalmente a partir de uma borda frontal da peça posterior, onde a peça frontal e a peça posterior são unidas para formar o invólucro, soldando ou brasando o flange frontal ao flange posterior.

[0011] De acordo com um aspecto adicional, o material particulado pode ser ou incluir carbeto de tungsténio e o material de brasagem metálico pode ser ou incluir pó de liga metálica de brasagem Ni-Cr-Si- B.

[0012] De acordo ainda com outro aspecto adicional, o substrato pode ter um furo na superfície e uma haste de inserto recebida no furo, de modo que o furo seja coberto pelo material composto.

[0013] Aspectos adicionais da invenção relacionam-se a uma ferramenta tendo uma superfície em um ponto da ferramenta e uma superfície de ligação localizada próxima da superfície, um material de endurecimento de superfície composto formando um revestimento em pelo menos uma porção da superfície, e um invólucro de chapa metálica em contato com o material composto e envolvendo o material composto. Os materiais de endurecimento composto incluem um material particulado duro infiltrado com material de brasagem metálico, onde o material metálico de brasagem é ligado à superfície para conectar o material de endurecimento composto à ferramenta. O invólucro tem uma banda conformável em contato com a superfície de ligação da ferramenta e o invólucro é conectado à ferramenta por soldagem ou brasagem, pelo menos entre a banda conformável e a superfície de ligação. Uma cavidade é definida entre a superfície do substrato e o invólucro, e o material composto enche o invólucro.

[0014] Outros aspectos da invenção relacionam-se a uma ferramenta composta resistente ao desgaste compreendendo um invólucro de aço que define uma cavidade, um substrato de aço que enche parcialmente a cavidade para definir um vazio entre o invólucro e o substrato, e um composto duro enchendo, pelo menos parcialmente, o vazio, e incluindo partículas endurecidas infiltradas por brasagem metálica.

[0015] Outros aspectos da invenção relacionam-se a uma parte de desgaste de superfície endurecida compreendendo um invólucro de aço, que define uma cavidade, um substrato de aço que enche apenas parcialmente a cavidade, um composto duro próximo do invólucro, e um substrato para definir uma camada dura para proteger o substrato contra o desgaste, o composto incluindo partículas endurecidas infiltradas por brasagem metálica.

[0016] Ainda outros aspectos da invenção relacionam-se a uma parte de desgaste de superfície endurecida para equipamentos de movimento (“engaging”) de terra compreendendo um substrato de aço, um invólucro de aço, que geralmente se conforma a pelo menos uma porção da superfície do substrato, definindo uma cavidade entre a superfície e o invólucro, e um composto duro que pelo menos parcialmente enche a cavidade, e ligando o substrato ao invólucro. Preferivelmente, o invólucro e o substrato têm uma espessura média, sendo que a espessura média do invólucro é substancialmente menor que a espessura média do substrato.

[0017] Aspectos adicionais da invenção relacionam-se a uma ferramenta resistente ao desgaste composta compreendendo um invólucro metálico fino definindo um perímetro externo para um composto duro, um substrato de metal grosso, definindo um corpo primário para a ferramenta, sendo que o substrato é, pelo menos parcialmente, envolvido pelo invólucro, e uma camada de material particulado duro infiltrado com a liga de brasagem, definindo um composto duro ligado a ambos, invólucro e substrato.

[0018] Ainda outras aspectos da invenção relacionam-se a um artigo que inclui um substrato, um invólucro metálico, conectado ao substrato para definir uma cavidade entre a superfície do substrato e o invólucro, um material duro posicionado dentro da cavidade, e um material de brasagem metálico ligando o material duro à superfície do substrato. Como descrito acima, o material duro e o material de brasagem composto podem formar um material de endurecimento de superfície composto cobrindo a superfície do substrato. Em uma modalidade, o material duro pode ser uma estrutura porosa, tal como um material particulado ou pré-formado poroso infiltrado pelo material de brasagem metálico para formar o material de endurecimento de superfície composto. Em outra modalidade, o material duro pode ter uma estrutura monolítica.

[0019] Aspectos da invenção também relacionam-se a um método para uso com um substrato incluindo: conectar um invólucro de chapa metálica à superfície do substrato para definir uma cavidade entre o invólucro e a superfície, colocar um material particulado duro dentro da cavidade próximo da superfície, colocar um material de brasagem metálico em comunicação com a cavidade, aquecer o material de brasagem a uma temperatura acima do ponto de fusão do material de brasagem, manter a temperatura por um tempo suficiente para o material brasagem infiltrar o material particulado em forma fundida, contatar a superfície do substrato, e resfriar o material de brasagem para solidificá-lo, e formar o revestimento composto resistente ao desgaste na superfície do substrato. O material de brasagem pode ser ligado à superfície e/ou invólucro depois do material de brasagem solidificar.

[0020] De acordo com um aspecto, o invólucro tem uma abertura para o lado de fora do invólucro, e um reservatório expandido é conectado ao invólucro e posicionado fora da cavidade em comunicação com a abertura, e o material de brasagem é colocado dentro do reservatório, em comunicação com a cavidade. O reservatório pode ser formado integrado com o invólucro.

[0021] De acordo com outro aspecto, conectar o invólucro ao substrato inclui soldar ou brasar o invólucro à superfície do substrato. O invólucro, adicionalmente, pode incluir uma banda conformável se estendendo em torno da periferia do invólucro. Nesta modalidade, conectar o invólucro ao substrato pode incluir soldar ou brasar a banda conformável à superfície do substrato, de modo que a banda conformável contate, em um contato superfície a superfície, a porção da superfície do substrato em torno da banda conformável inteira.

[0022] De acordo com um aspecto adicional, o invólucro inclui uma peça frontal tendo um flange frontal se estendendo transversalmente a partir de uma borda posterior da peça frontal, e uma peça posterior tendo um flange posterior se estendendo transversalmente a partir de uma borda frontal da peça posterior. O método, adicionalmente, pode incluir unir a peça frontal e peça posterior unidas para formar o invólucro soldando ou brasando a flange frontal ao flange posterior.

[0023] De acordo ainda com outro aspecto, o material de brasagem é aquecido a uma temperatura suficiente para fundir o material de brasagem por um tempo suficiente para permitir que o material de brasagem infiltre nos espaços entre as partículas duras ligando-as entre si e ao substrato. Por exemplo, se forem usadas partículas duras de monocarbeto de tungsténio (WC) e cobre puro ou AWS BNi-2, o material brasagem pode ser aquecido a uma temperatura de cerca de 1394°K (2050°F) por 30 minutos a 1 hora em muitas aplicações. Este aquecimento, em uma modalidade, pode ser feito em um forno de vácuo.

[0024] De acordo com um aspecto adicional, o método também inclui formar um invólucro, tal como por soldagem ou brasagem de peças de chapa metálica. Outras técnicas podem ser usadas adicionalmente ou alternativamente.

[0025] Outros aspectos da invenção relacionam-se a um método para produzir uma ferramenta resistente ao desgaste composto incluindo a etapa de infiltrar uma camada de partículas duras confinada entre um substrato e um invólucro de chapa metálica descartável. O invólucro pode ser construído de modo a confinar as partículas duras em locais desejados no substrato, com espessura e forma específicas definidas pelos contornos de ambos, substrato e invólucro. O invólucro também pode ser construído de modo que defina um reservatório para conter material infiltrante que será fundido durante a etapa de infiltração. Quase qualquer tipo de ferramenta ou componente tendo a superfície endurecida por soldagem poderia ter a superfície endurecida pelos métodos descritos. Estes métodos podem incluir a etapa na qual o material particulado é selecionado com um tipo e distribuição de tamanho, de modo a prover o grau desejado de resistência ao desgaste para a aplicação pretendida. Estes métodos podem incluir a etapa na qual o material particulado, sua distribuição de tamanho, assim como o tipo de material infiltrante empregado sejam selecionados, de modo a prover o grau desejado de resistência ao desgaste para a aplicação pretendida, enquanto, ao mesmo tempo, acomoda as diferenças de expansão térmica e transformacionais entre a camada infiltrada e o substrato, de modo a minimizar ou eliminar o craqueamento ou descamação.

[0026] Outros aspectos da invenção relacionam-se a um método de endurecimento de superfície de partes metálicas para produzir produtos compostos resistentes ao desgaste, que envolvem a parte ou porção da parte a ter a de superfície endurecida, com um invólucro de chapa metálica, deixando uma cavidade, soldando ou brasando em alta temperatura o invólucro ao substrato, de modo que a cavidade retenha o metal fundido quando aquecido, pelo menos parcialmente enchendo a cavidade com partículas granuladas ou em pó de um material resistente ao desgaste, e, então, infiltrando as partículas com um material de baixo ponto de fusão, adequado para ligar por aquecimento as partículas entre si e ao substrato. Modalidades mais específicas de um método incluem: prover um reservatório integrado ao invólucro, colocar uma liga de brasagem no reservatório, aquecer a montagem combinada de substrato, invólucro, partículas de material resistente ao desgaste, reservatório e liga de brasagem, de modo que a liga de brasagem funde e flui para os interstícios dentro das partículas do material resistente ao desgaste, e resfriar a montagem, de modo que o substrato, invólucro, partículas de material resistente ao desgaste, e liga de brasagem sejam ligados para formar uma parte de desgaste resistente ao desgaste composta.

[0027] Outros aspectos da invenção relacionam-se a um método que inclui: conectar um invólucro metálico a uma superfície de um substrato, para definir uma cavidade entre o invólucro e a superfície; colocar um material duro dentro da cavidade; colocar um material de brasagem metálico em comunicação com a cavidade; aquecer o material de brasagem a uma temperatura acima do ponto de fusão do material de brasagem e manter a temperatura por um tempo suficiente para o material de brasagem contatar o material duro e a superfície do substrato em forma fundida; e, então, resfriar o material brasagem para solidificá-lo; e ligar o material duro à superfície da chapa metálica. Como descrito acima, o material duro pode ser infiltrado pelo material de brasagem fundido para formar um material composto resistente ao desgaste.

[0028] Aspectos da invenção também se relacionam a uma montagem incluindo uma ferramenta tendo uma superfície configurada para engatar e movimentar terra, e um invólucro de chapa metálica conectada à ferramenta e tendo uma banda conformável que se conforma a pelo menos uma porção da superfície para definir uma cavidade entre a superfície e o invólucro. O invólucro adicionalmente pode ter uma abertura para o lado de fora. O invólucro é conectado à ferramenta, soldando ou brasando a banda conformável a pelo menos uma porção da superfície.

[0029] De acordo com um aspecto, a montagem é configurada para formar um revestimento composto resistente ao desgaste na superfície, enchendo, pelo menos parcialmente, a cavidade por uma abertura com um material particulado duro, colocando um material de brasagem metálico em comunicação com a cavidade, aquecendo a montagem a uma temperatura acima do ponto de fusão do material de brasagem, e mantendo a temperatura por um tempo suficiente para permitir que o material de brasagem infiltre no material particulado em forma fundida, e contatando a superfície da ferramenta, e resfriando a montagem para solidificar o material de matriz e formar um revestimento composto resistente ao desgaste na superfície. A montagem também pode incluir um reservatório expandido conectado ao invólucro e posicionado fora da cavidade em comunicação com a abertura, onde o reservatório é configurado para conter o material de brasagem em comunicação com a cavidade. Depois deste processo, a montagem pode incluir um enchimento de material composto (ou parcial), na cavidade, formando um revestimento em pelo menos uma porção da superfície da ferramenta, onde o material composto inclui um material particulado duro infiltrado com um material de brasagem metálico. O material de brasagem pode ser ligado à superfície e/ou invólucro.

[0030] De acordo com outro aspecto, a montagem também inclui um reservatório expandido conectado ao invólucro e posicionado fora da cavidade, em comunicação com a abertura. O reservatório expandido pode ser integralmente formado com o invólucro.

[0031] De acordo com um aspecto adicional, a banda conformável se estende em torno de toda a periferia do invólucro e em torno de toda a periferia da superfície.

[0032] De acordo ainda com outro aspecto, o invólucro pode incluir uma peça frontal tendo um flange frontal se estendendo transversalmente a partir de uma borda posterior da peça frontal, e uma peça posterior tendo um flange posterior se estendendo transversalmente a partir de uma borda frontal de peça posterior, onde a peça frontal e a peça posterior são unidas para formar um invólucro, soldando ou brasando o flange frontal ao flange posterior.

[0033] De acordo com um aspecto adicional, a ferramenta tem um furo na superfície e a montagem adicionalmente inclui uma haste de inserto no furo. Nesta modalidade, podem ser definidos espaços entre a haste de inserto e a parede interna do furo.

[0034] Ainda aspectos adicionais da invenção relacionam-se a uma montagem incluindo uma ferramenta tendo uma superfície operativa, e definindo uma cavidade entre o invólucro e a superfície operativa, e uma pluralidade de espaçadores engatando a ferramenta e o invólucro, e separando a ferramenta do invólucro. O invólucro tem uma abertura para o lado de fora do invólucro.

[0035] De acordo com um aspecto, a montagem é configurada para formar um revestimento composto resistente ao desgaste na superfície operativa, enchendo, pelo menos parcialmente, a cavidade com um material particulado duro colocando um material de brasagem metálico em comunicação com a cavidade, aquecendo a montagem a uma temperatura acima do ponto de fusão do material de brasagem, e mantendo a temperatura por um tempo suficiente para o material de brasagem infiltrar no material particulado em forma fundida e contatar a superfície operativa da ferramenta, e resfriando a montagem para solidificar o material de matriz e formar o revestimento composto resistente ao desgaste. Depois deste processo, a montagem pode incluir um material composto, que, pelo menos parcialmente, enche a cavidade, e forma um revestimento em pelo menos uma porção da superfície operativa da ferramenta, sendo que o material composto compreende um material particulado duro infiltrado com um material de brasagem metálico, e o material de brasagem sendo ligado à superfície operativa.

[0036] De acordo com outro aspecto, a montagem também pode incluir uma parede se estendendo do invólucro e definindo um reservatório conectado ao invólucro e posicionado fora da cavidade, em comunicação com a abertura, onde o reservatório é configurado de modo a conter um material de brasagem, em comunicação com a cavidade.

[0037] Ainda outros aspectos adicionais da invenção relacionam-se a uma montagem que pode ser utilizável para formar um material de endurecimento de superfície na superfície de uma ferramenta ou de outro substrato. Um invólucro metálico é conectada ao substrato, e tem uma banda conformável se conformando com pelo menos uma porção da superfície do substrato, para definir uma cavidade entre a superfície e o invólucro. O invólucro adicionalmente tem uma abertura para o lado de fora. O invólucro pode ser formado com uma chapa metálica, em uma modalidade, e ser soldada ou brasada ao substrato, como mencionado acima.

[0038] Vantagens da presente apresentação serão mais prontamente entendidas depois de considerar os desenhos e Descrição Detalhada.

Descrição Resumida dos Desenhos

[0039] As Figs. 1 a 4 são vistas em perspectiva de uma modalidade de uma parte de desgaste com um invólucro afixada.

[0040] A Fig. 5 é uma vista de planta de topo da modalidade de uma parte de desgaste com um invólucro afixado, como mostrado nas Figs. 1 a 4.

[0041] A Fig. 6 é uma vista de planta de base da modalidade de uma parte de desgaste com um invólucro afixado, como mostrado nas Figs. 1 a 5.

[0042] A Fig. 7 é uma vista de elevação lateral esquerda de uma modalidade de uma parte de desgaste tendo um invólucro afixado, como mostrado nas Figs. 1 a 6.

[0043] A Fig. 8 é uma vista de elevação lateral direita da modalidade de uma parte de desgaste com um invólucro afixado, como mostrado nas Figs. 1 a 7.

[0044] A Fig. 9 é uma elevação frontal da modalidade de uma parte de desgaste com um invólucro afixado, como mostrado nas Figs. 1 a 8, com um material de endurecimento de superfície visível dentro do invólucro, protegendo o substrato.

[0045] A Fig. 10 é uma elevação frontal de uma modalidade alternativa de uma parte de desgaste, na forma de parte de desgaste de superfície endurecida acabada com um invólucro afixado, vista similarmente à modalidade da Figs. 9. Porções do invólucro da Fig. 9 tendo sido removidas.

[0046] As Figs. 11 a 17 são vistas que correspondem às vistas das Figs. 1 a 7, respectivamente, mas mostrando a parte de desgaste de superfície endurecida acabada da Fig. 10.

[0047] A Fig. 18 é uma vista em perspectiva de outra modalidade da parte de desgaste tendo um invólucro afixada, incluindo um reservatório formado como funil.

[0048] A Fig. 19 mostra uma vista em perspectiva de um invólucro de duas partes, de ainda outra modalidade, com um invólucro mostrada em orientação vertical.

[0049] A Fig. 20 é uma vista em planta de topo da modalidade de invólucro de acordo com a Fig. 19, mas incluindo uma parte de desgaste com um invólucro de duas partes afixado, e com parte de desgaste e invólucro mostradas em orientação vertical.

[0050] A Fig. 21 é uma elevação lateral esquerda da modalidade mostrada na Fig. 20 de uma parte de desgaste, com o invólucro de duas partes afixado.

[0051] A Fig. 21a é uma vista em seção transversal lateral esquerda da parte de desgaste das Figs. 20 e 21, mostrada com um invólucro de duas partes afixado tendo outra modalidade.

[0052] A Fig. 22 é uma vista em seção transversal da modalidade das Figs. 20 e 21, tomada geralmente ao longo da linha 22-22 na Fig. 20.

[0053] A Fig. 23 é uma vista em seção transversal da modalidade das Figs. 20 e 21, tomada geralmente ao longo da linha 23-23 nas Figs. 20e21.

[0054] A Fig. 24 mostra uma vista em seção transversal das modalidades da Fig. 18, tomada geralmente ao longo de um plano similar ao plano usado para definir a vista em seção transversal da Fig. 22, mas com substrato e invólucro mostrados em orientação horizontal.

[0055] A Fig. 25 mostra múltiplas vistas a-j como parte da fabricação de uma parte de desgaste geralmente de acordo com a modalidade das Figs. 19 a 23.

[0056] As Figs. 26 e 27 mostram uma vista em perspectiva de duas modalidades diferentes de um substrato subjacente, que pode ser usado para fabricar uma parte de desgaste de superfície endurecida. Nas Figs. 26 e 27, o substrato, e mais especificamente um ponto, é orientado verticalmente.

[0057] A Fig. 28 é uma elevação frontal de um substrato e invólucro afixado, visto similarmente às Figs. 20 e 25, com uma representação esquemática de dois furos, cada um deles incluindo um inserto endurecido e dois espaçadores

[0058] A Fig. 29 é uma fotografia de dois insertos endurecidos para uso, como com substratos mostrados na Fig. 28.

[0059] A Fig. 30 é uma vista em planta de um espaçador mostrado na Fig. 29.

[0060] A Fig. 31 é uma fotografia de dois exemplos de modalidade de um substrato mostrado na Fig. 27, cada exemplo mostrado com invólucro soldado no local, pronto para receber uma quantidade apropriada de partículas duras e pó de brasagem infiltrante.

[0061] A Fig. 32 é uma fotografia de dois exemplos da modalidade de um substrato e invólucro mostrados na Fig. 28, cada exemplo mostrado com o invólucro cheio de pó de brasagem infiltrante.

[0062] A Fig. 33 é uma fotografia de dois exemplos mostrados na Fig. 32, carregados em um forno,

[0063] A Fig. 34 é uma fotografia de um dos exemplos nas Figs. 32 e 33, depois do invólucro desgastado em uma escavação inicial.

[0064] A Fig. 35 é uma vista de elevação frontal de um substrato e invólucro afixado, como na Fig. 28, em uma representação esquemática de três furos, sendo que o furo central inclui um inserto endurecido.

[0065] A Fig. 36 é uma vista em seção transversal da modalidade da Fig. 35, tomada geralmente ao longo da linha 36-36 da Fig. 35.

[0066] A Fig. 37 é uma vista em seção transversal da modalidade da Fig. 36 com partículas de carbeto granuladas, enchendo uma cavidade definida entre o substrato e o invólucro.

[0067] A Fig. 38 é uma vista em seção transversal da modalidade da Fig. 37, com o material de brasagem enchendo o reservatório formado pelo invólucro, acima das partículas de carbeto.

[0068] A Fig. 39 mostra uma vista em seção transversal da modalidade das Figs. 35 a 38, depois do ciclo de brasagem de infiltração com material de endurecimento de superfície envolvendo e protegendo o substrato.

[0069] A Fig- 40 é uma fotografia de carbeto granular a direita, e pó de liga de brasagem à esquerda.

[0070] A Fig- 41 é um gráfico representando um ciclo de forno de amostra com a temperatura no eixo vertical e o tempo no eixo horizontal.

[0071] A Fig- 42 mostra múltiplas vistas a-k como parte da fabricação de outra modalidade de parte de desgaste. Os diferentes desenhos 42a a 42k ilustram etapas de processo selecionadas como parte de endurecimento de superfície de infiltração de uma ponta de esmagador de rolo duplo.

[0072] A Fig. 43 mostra múltiplas vistas a-k como parte de outra modalidade de fabricação de uma parte de desgaste. Os diferentes desenhos 43a a 43f ilustram etapas de processo selecionadas como parte de endurecimento de superfície de infiltração de uma ponta de esmagador de rolo duplo usando um invólucro formado com um tubo de ventilação.

[0073] A Fig. 44 mostra uma vista em perspectiva de outra modalidade de uma parte de desgaste de superfície endurecida com estrutura esférica tendo uma forma superficial particularmente complexa.

[0074] A Fig. 45 mostra múltiplas vistas a-k como parte de fabricação de outra modalidade de parte de desgaste. Os diferentes desenhos 45a-45k ilustram etapas de processo selecionadas como partes de endurecimento de superfície de infiltração de uma tela de peneira trommel para uso no processamento de minerais.

Descrição Detalhada

[0075] Conquanto a presente invenção seja suscetível de ser configurada em muitas diferentes formas, serão mostradas nos desenhos e serão descritas, em detalhes, as modalidades preferidas da invenção, e deve ser entendido que a presente apresentação deve ser tomada apenas como exemplificação dos princípios da invenção e não pretende limitar os aspectos gerais da invenção às modalidades ilustradas e descritas.

[0076] Em geral, a invenção relaciona-se ao uso de um invólucro metálico para formar um material composto, tal como uma parte de desgaste, usando técnicas de brasagem e/ou infiltração, assim como a artigos formados usando tais técnicas e métodos, e equipamentos incorporando tais técnicas. Por exemplo, um artigo (e.g. uma parte de desgaste de superfície endurecida), formada usando tais técnicas, pode incluir um substrato, um invólucro de chapa metálica conectado ao substrato para definir uma cavidade entre a superfície do substrato e o invólucro, e um material composto enchendo totalmente ou parcialmente a cavidade e formando um revestimento em pelo menos uma porção da superfície do substrato, o material composto incluindo um material particulado duro infiltrado com um material de brasagem metálico. Em um exemplo mais geral, um artigo formado usando tais técnicas pode incluir um substrato, um invólucro metálico conectado ao substrato para definir uma cavidade entre a superfície do substrato e o invólucro, um material duro e/ou resistente ao desgaste dentro da cavidade, e um material de brasagem metálico ligando o material duro à superfície do substrato.

[0077] Uma modalidade de um artigo na forma de parte de desgaste de superfície endurecida 10 é mostrada nas Figs. 1 a 9, na forma de ponto de mineração. A menos que especificado de forma diferente, uma parte de superfície endurecida pode conter pelo menos um de estrutura, componentes, funcionalidade, e/ou variações descritas, ilustradas, e/ou incorporadas nesta. Dois componentes básicos de partes de desgaste de superfície endurecida 10 incluem uma ferramenta primária, formando um componente estrutural 12, ou mais geralmente um substrato 12, e um invólucro metálico descartável externa 14 formando um molde para um material de superfície endurecida. Preferivelmente, o substrato é feito de um metal, tal como uma liga de aço, como conhecido na técnica, para ferramentas de escavação, e o invólucro 14 é feita de uma chapa metálica, tal como um aço de baixo carbono. A chapa metálica do invólucro 14 pode ser feita de qualquer material capaz de ser formado ou fabricado em uma forma particular desejada, e capaz de suportar dissolução, fusão, ou enfraquecimento indevido pelo material infiltrante, ou geralmente pela temperatura requerida para brasagem de infiltração, durante o processo de infiltração. Uma variedade de outras partes e estruturas pode ser usada para formar o substrato 12, e produzir a parte de desgaste de superfície endurecida 10 tendo o material de superfície de endurecimento. Exemplos de tais partes e estruturas incluem outros tipos de pontos, blindagem, calhas, dentes para caçambas ou cabeças de corte de dragagem; lâminas para escavadeiras, niveladoras, etc. revestimento de desgaste para várias aplicações, tais como calhas ou corpos de truque, equipamentos de movimento de terra usados e.g. em mineração, construção, ou furação, partes para equipamentos de processamento de minerais, tal como pontas de esmagadores de rolo duplo ou tela de peneira trommel, e quaisquer outras partes e estruturas desejadas. A invenção também pode ser usada para recuperar partes desgastadas; que podem ser partes de desgaste, tal como uma ferramenta de escavação ou estrutura de suporte, tal como bordas de uma caçamba.

[0078] O material de endurecimento de superfície liga e protege substrato 12, mas este material de endurecimento de superfície não é prontamente visível na Figs. 1 a 8, porque fica dentro do invólucro 14. Em geral, o material de endurecimento de superfície inclui um material duro e material de brasagem metálico, ligando o material duro ao substrato 12. O material duro geralmente tem uma dureza maior que a superfície do substrato 12, com a superfície endurecida. O material duro também pode ter uma resistência ao desgaste maior que da superfície do substrato 12. Como será discutido em mais detalhes abaixo, o material de endurecimento de superfície pode ser um composto formado de um material duro, na forma de partículas duras, tipicamente disponíveis em forma de particulado (e.g. em grão ou pó), tal como partículas de carbeto de tungsténio infiltradas com um material de brasagem metálico de infusão, tipicamente disponível em forma de grão ou pó, tal como uma liga de brasagem baseada em cobre ou níquel. Deve ser entendido que materiais metálicos podem incluir metais puros, assim como ligas e outros materiais, incluindo um ou mais metais. Em outra modalidade, o material duro pode estar na forma de material poroso, incluindo material particulado, pré-formados porosos (e.g. pré- formados sinterizados), e outras estruturas porosas, que podem ser infiltradas pelo material de brasagem. Preferivelmente, tal material poroso pode ter uma porosidade de 5 a 50%, mas pode ter uma porosidade diferente em outras modalidades. Em uma modalidade adicional, o material duro pode ter uma estrutura monolítica sólida (ou múltiplas estruturas), tal como pastilha, placa, ou outras estruturas monolíticas ligadas à superfície do substrato 12 pelo material de brasagem. Em cada uma destas modalidades, o invólucro 14 é usado para conter o material duro na cavidade 50 definida entre o invólucro 14 e a superfície externa do substrato 12 posicionado para brasagem, tal como próxima da superfície do substrato 12.

[0079] O invólucro 14 inclui um corpo de invólucro 16 com uma abertura 17 para o lado de fora do corpo de invólucro 16, cavidade 50 definida pelo corpo do invólucro 16 assim como um reservatório 18 em comunicação com a abertura 17. Em uma modalidade, o reservatório pode ser formado integrado com o corpo de invólucro 16, ou o reservatório 18 pode ser formado separado e unido ao corpo de invólucro 16, em outra modalidade. O reservatório 18 é usado apenas durante a fabricação da parte de desgaste 10, e pode ser removido ou simplesmente deixado erodir durante uso da parte de desgaste 10, como será discutido em mais detalhes abaixo. O invólucro 14 é unido ao substrato 12 por uma banda conformável 20, através da qual invólucro 14 pode ser solado ao substrato 12. A banda conformável 20 contata, em contato superfície a superfície, a porção do substrato. Alternativamente, o invólucro 14 pode ser brasado ao substrato 12, provido que qualquer material de brasagem usado para brasar o invólucro 14 ao substrato 12 tenha um ponto de fusão maior que a temperatura de fusão para infundir o material de brasagem. Em modalidades adicionais, o invólucro pode ser conectado ao substrato 12 de outra maneira. Por exemplo, o invólucro pode ser colocado sobre o substrato 12 usando uma gaxeta de tecido ou feltro cerâmico, para selar a cavidade, e impedir que o material de brasagem vaze durante a brasagem.

[0080] A Fig. 9 mostra claramente uma modalidade exemplar, onde o invólucro 14 tem uma espessura 22 substancialmente menor que a espessura nominal do substrato 12. Por exemplo, o invólucro 14 pode ter uma espessura média de aproximadamente 2,667 mm (0,105 pol), enquanto o substrato 12 nas Figs. 1 a 9 pode ter uma espessura variando de 25,4 a 87,63 mm (1,000 a 3,450 pol) na região coberta pelo invólucro. Em uma modalidade, o invólucro 14 pode ser feito de chapa metálica na faixa de 16 Ga (1,52 mm de espessura) (0,06 pol de espessura) a 10 Ga (3,429 mm de espessura) (0,135 pol de espessura) útil para uma ampla gama de aplicações. Em outras modalidades, o invólucro 14 pode ter outra espessura adequada. Por exemplo, em modalidades adicionais, o invólucro 14 pode ser feito de aço ou placa metálica com espessura de cerca de 0,25 pol, ou fundida, usinada a partir de uma material de estoque, ou formado de maneira diferente. Deve ser entendido que diferentes porções do invólucro 14 podem ter diferentes espessuras. Também visível na Fig. 9, uma camada de material de endurecimento de superfície composto, indicada geralmente por 24.

[0081] A espessura relativa do invólucro 14 em comparação com o substrato 12 significa que o invólucro pode ser formado facilmente de modo relativamente barato. Para formas simples de invólucro, um invólucro de custo relativamente baixo 14 pode ser feito, cortando peças de chapa e soldando ou brasando as mesmas. Formas ligeiramente mais complicadas podem ser providas dobrando as peças de chapa em modalidades particulares, e então soldando as peças dobradas. Formas mais complexas podem ser feitas através de processos de formação de chapas tal como, estampagem profunda, processo Guerin (formação por placas de borracha), hidroformação e/ou formação explosiva. Fundição de precisão (cera perdida) também poderia ser usada, embora seu custo frequentemente se mostre anti-econômico. Para formas mais complicadas, peças de invólucro poderiam ser feitas por um ou mais destes processos e unidas por soldagem ou brasagem.

[0082] Muito pouco material é requerido para formar um molde efetivo, mesmo para substratos relativamente grandes. Por exemplo, no caso de ponto de mineração 10, o peso do invólucro 14 seria apenas cerca de 4 % libras, enquanto 0 peso do substratos 12 seria 224 libras. Estes pesos do ponto de mineração e invólucro são meramente exemplares para um particular ponto de mineração. Grandes variações são possíveis com respeito ao tamanho de diferentes pontos em uso para diferentes operações. No entanto, em todas as modalidades incluindo substrato e invólucro, 0 invólucro pesa substancialmente menos que 0 substrato.

[0083] O invólucro é descartável e não realiza nenhuma função estrutural no produto acabado, e usualmente se desgasta muito rapidamente durante uso da parte de desgaste de superfície endurecida. Por conseguinte, 0 metal particular usado para formar 0 invólucro 14 apenas precisa ser suficientemente forte e resistente à dissolução, para sobreviver às altas temperaturas de brasagem de infiltração. Numerosas chapas de aço, relativamente baratas e prontamente disponíveis, atendem estes padrões. A combinação de quantidade mínima de material, por exemplo, menos que 2,27 kg (5 libras) de chapa de aço para um substrato de 101,61 kg (224 libras), uso de chapas metálicas prontamente disponíveis, uso de técnicas relativamente fáceis para fabricar um invólucro de chapa fina 14, torna o custo do invólucro 14 mínimo, em comparação com o valor de mercado da parte de desgaste de superfície endurecida resultante 10.

[0084] Em muitas aplicações, o substrato de ferramenta pode ser substancialmente grande e pesado, e o substrato da ferramenta frequentemente é transportado ou manuseado com um substrato em uma particular orientação em relação à gravidade. Por exemplo, um substrato muito pesado pode ser fixado com firmeza em uma caçamba/ dispositivo fixador com a região a ser endurecida voltada para cima. Outros substratos podem ser suportados em uma base ou superfície específica, com a região a ser endurecida voltada para cima, para o lado, ou para baixo. Ainda outros substratos podem ter múltiplas regiões separadas a serem superficialmente endurecidos, voltadas para múltiplas orientações diferentes.

[0085] O invólucro metálico leve da presente invenção pode ser prontamente movida para se alinhar precisamente com o substrato, e, então, se solidificando com o mesmo, a despeito da orientação do substrato. O invólucro metálico fino é fácil de ser afixada de modo confiável ao substrato subjacente por soldagem ou brasagem a alta temperatura, sem precisar ser afixada em dispositivos de fixação, e a junta criada é a prova de líquido, mesmo nas altas temperaturas requeridas para brasagem de infiltração. Em qualquer tipo de endurecimento de superfície por infiltração compreendendo moldes, o material fundido de brasagem metálica deve permanecer dentro do molde. Com as caixas de metálicas finas da presente invenção, uma afixação confiável ao substrato é realizada sem dispositivos adicionais. A montagem resultante, por contato, é mais fácil de colocar em um forno para brasagem de infiltração, tornando substancialmente mais fácil o endurecimento de superfície por infiltração de itens pesados.

[0086] Ademais, o invólucro metálico, que define o molde para endurecimento de superfície de infiltração pode ser montado confiavelmente a partir de múltiplas partes e tendo aberturas laterais e/ou inferiores que serão posteriormente seladas por um substrato subjacente, em combinação com soldagem ou brasagem em alta temperatura. Isto é muito diferente de moldes convencionais de grafite ou cerâmica para brasagem por infiltração que são muito mais difíceis de selar com um substrato subjacente, tipicamente requerendo superfícies de sobreposição extensiva, como mostrado na US4933240. Mesmo que tais moldes convencionais de grafite e cerâmica estejam selados a um substrato a temperatura ambiente, tal selagem provavelmente virá a falhar em decorrências das altas temperaturas requeridas para brasagem por infiltração, particularmente se o substrato e molde tiverem coeficientes de expansão térmica diferentes. Portanto, moldes de grafite e cerâmica convencionais frequentemente são providos com aberturas superiores pelas quais, o substrato deve ser colocado. Isto significa que o substrato no molde de técnica anterior deve ser suportado pelo molde, ou suspenso por dispositivos ou estruturas sobre o molde.

[0087] Suportar um substrato pesado com um molde é difícil e pode requerer o contato substrato-molde em locais onde seria melhor revestir com um material de endurecimento de superfície. O uso de dispositivos e estruturas pode deixar a montagem ainda mais pesada e maior, que torna ainda mais difícil colocar a montagem molde-substrato em um forno. O invólucro metálico fino da presente invenção não requer suportar substrato, permitindo um número de modalidades, com várias orientações alternativas de substrato e molde, e mesmo múltiplas orientações diferentes de molde em um único substrato.

[0088] A Fig. 10 mostra uma parte de desgaste 110, representando a parte de desgaste 10 da Fig. 9, depois da remoção do reservatório 18. Isto permite transporte e manuseio da parte de desgaste 110, sem qualquer interferência do reservatório 18. As Figs. 11 a 17 correspondem às Figs. 1 a 7, de novo, sem o reservatório 18. Para efeito de clareza, os números de parte usados nas Figs. 10 a 17 correspondem aos números de parte das Figs. 1 a 9, mas acrescentando o digito 1 na frente, incluindo substrato 112, invólucro 114, e camada de material de endurecimento de superfície 124.

[0089] Como pode ser visto nas Figs. 10 a 17, que a espessura do invólucro 114 resulta em uma parte de desgaste acabada 110, que corresponde proximamente à forma e peso desejados de uma parte de desgaste para uso operacional. Por exemplo, pontos de mineração são dimensionados e conformados para escavar tipos particulares de material terroso. A espessura do invólucro 114 é particularmente vantajosa porque um ponto não usado novo 110 encerrado em um invólucro descartável 114 tem uma forma externa que permite penetrar no material terroso, quase de modo idêntico à forma externa da parte de desgaste 110 depois do invólucro 114 desgastar. Similarmente, o equipamento de mineração opera em meios particulares baseado no peso de qualquer ferramenta afixada de trabalhar o solo, tal como pontos em uma caçamba. Um novo ponto não usado 110 encerrado com um invólucro descartável 114 tem um peso quase igual ao peso de parte de desgaste 110, depois do invólucro 112 desgastar. No exemplo discutido acima, o invólucro tem um peso de cerca de apenas 2% do substrato. Depois de adicionar o peso do material de endurecimento de superfície, a diferença em peso de uma parte de desgaste acabada de acordo com esta modalidade, com/ sem invólucro descartável, varia menos que 2%.

[0090] Na modalidade das Figs. 1 a 9, o reservatório 18 é mostrado como uma abertura expandida geralmente coaxial ao eixo longitudinal do substrato 12, assim como ao eixo longitudinal do corpo do invólucro 16 e do invólucro 14. Outra modalidade pode incluir um reservatório geralmente perpendicular ao eixo longitudinal de um substrato, assim como ao eixo longitudinal do corpo de invólucro e de um invólucro. Tal modalidade é mostrada na Fig. 18, na qual os números de parte usados correspondem aos números de parte das Figs. 1 a 9, acrescentando na frente dígito 2, incluindo substrato 112, invólucro 214, e reservatório 218 em comunicação com a abertura 217 do invólucro 212. O reservatório 218 preferivelmente tem uma forma substancialmente de funil com uma boca grande 218a, mas um gargalo relativamente pequeno 218b. Isto minimiza qualquer defeito resultante no invólucro 214, depois da remoção do reservatório 218, que pode ajudar a prover uma parte de desgaste visualmente mais atraente 210, quando nova. Isto também permite uma orientação do substrato 212 e invólucro 214 diferente durante brasagem por infiltração, como discutido abaixo, de modo que várias formas de substratos e caixas possam ser acomodadas em facilidades de processamento particulares, como também discutido abaixo. Finalmente, isto também pode permitir uma estrutura composta ligeiramente diferente depois da brasagem de infiltração, por causa de uma diferente orientação do substrato 212, invólucro 214, e reservatório 218, durante brasagem por infiltração, em relação à gravidade, em comparação com a orientação normal do substrato 12, invólucro 14 e reservatório 18, durante brasagem por infiltração.

[0091] Usualmente é mais simples localizar qualquer de tal porção de um invólucro acima do corpo do invólucro. Este arranjo é geralmente o mais favorável por permitir que a gravidade ajude a ação de capilaridade durante o processo de infiltração. O efeito de gravidade pode ser provido aumentando a altura 218H do gargalo de um funil aumentando a cabeça efetiva de um material de brasagem fundido contido em reservatório com forma de funil correspondente. No entanto, a ação de capilaridade sozinha, pode ser suficiente, em alguns casos, entre as partículas endurecidas e o material de brasagem fundido, e mesmo permitir que o material de brasagem fundido suba distâncias moderadas.

[0092] Ainda outra modalidade de invólucro é mostrada na Fig. 19, como um invólucro de duas partes tendo uma banda conformável de duas partes 320. O corpo de invólucro de duas partes 316 do invólucro 314 pode ser inicialmente formado a partir de uma meia peça frontal 326 e uma meia peça posterior 328, tendo um flange frontal 330 ou um flange posterior 332, respectivamente. O flange frontal 330 se estendendo transversalmente a partir da borda posterior da meia peça frontal 326 e o flange posterior 332 se estendendo transversalmente a partir da borda posterior da meia peça posterior 328. O flange frontal 330 pode ser unido ao flange posterior 332 por soldagem ou brasagem com um material de brasagem tendo uma temperatura de fusão mais alta que o material para infiltração. O invólucro de duas partes 314 pode ser mais facilmente formado que a correspondente invólucro de uma parte em certas modalidades. O invólucro de duas partes 314 também pode ser mais facilmente unido a um correspondente substrato em certas modalidades, em comparação com a correspondente invólucro de uma parte.

[0093] O invólucro de duas partes 314 é mostrada unida a uma porção de um correspondente substrato 312 na forma de um ponto, nas Figs. 20 e 21. Detalhes de geometria externa para o substrato 312 são visíveis porque o invólucro 314 é representado como parcialmente transparente. Uma geometria externa para substrato 312 pode incluir um corpo primário 334 que define uma superfície de ligação 335 para soldar ou brasar com a banda conformável 320. O substrato 312 pode prover pelo menos algum recesso ou relevo para ligação do material duro. Por exemplo, na modalidade mostrada nas Figs. 20 e 21, o substrato 312 tem um platô 336 ligeiramente inserido a partir de uma superfície externa do corpo primário 334 e uma inserção adicional é um vale 338. O platô 336 pode definir uma borda 340 e rampa 342. Uma extremidade distal do substrato 312 pode ser conformada para definir borda angular 344 e/ou uma face arredondada 346. Em outra modalidade, o substrato 312 pode não prover qualquer recesso ou relevo para o material duro.

[0094] Vistas em seção transversal da modalidade das Figs. 20 e 21 são mostradas nas Figs. 22 e 23. O invólucro 314 se estende gradualmente a partir da banda conformável 320 definindo a cavidade 350 entre substrato 312 e invólucro 314. A cavidade 350 define o recesso definido pelo vale 338, e outros recessos relativos, onde a extremidade distal do substrato 312 é formada com espessura reduzida em relação ao invólucro 314. A cavidade 350 define uma espessura resultante de material de endurecimento de superfície ligada ao substrato 312, e a geometria interna do invólucro 314 define uma geometria externa extrema de um ponto acabado. Na modalidade das Figs. 20 a 23, o material de endurecimento de superfície que será ligada ao substrato 1312, geralmente se estende bastante gradualmente a partir de porções adjacentes do substrato 312 aproximadamente alinhado com a superfície externa do substrato 312 atrás do material de endurecimento de superfície resultante. Nas Figs. 22 e 23, as superfícies internas do invólucro 314 estão alinhadas com porções do substrato 312. Por exemplo, na banda conformável 320 isto provê um ajuste estreito com a superfície de ligação 335, para localizar o invólucro 314 com precisão em relação ao substrato 312. Em outras localizações, tal como platô 336, esta montagem alinhada é feita simplesmente porque o material de endurecimento de superfície não é necessário, ou mesmo porque o material de endurecimento de superfície é indesejado em certas localizações. O material de endurecimento de superfície 324 é alinhado com porções adjacentes do substrato 12. Por exemplo, nas modalidades ilustradas, o material de endurecimento de superfície 324 é alinhado com a superfície de ligação 335, assim como com outras superfícies de substrato 312, que contatam as superfícies internas do invólucro 314 (e.g. platô 336). Por não ter um material de endurecimento de superfície 324 se elevando mais alto da superfície adjacente do substrato 312, a força requerida para forçar o ponto 310 contra o material terroso é reduzida. A estética do ponto de superfície endurecida 310 também fica melhor sem uma camada de endurecimento de superfície visualmente grossa se estendendo sobre as superfícies circundantes do substrato 312. No entanto, em outra modalidade, mostrada na Fig. 21a, um invólucro 314 pode se expandir a partir de uma banda conformável 320, de modo que o material de endurecimento de superfície que será ligado ao substrato se acrescente substancialmente à espessura do ponto, expandindo a extremidade distal do ponto relativa às porções adjacentes do substrato, incluindo aquelas relativas às superfícies de ligação 335.

[0095] A Fig. 24 mostra uma vista em seção transversal da modalidade da Fig. 18, similar à vista em seção transversal da Fig. 22, mas com o substrato 212 mostrado na orientação horizontal.

[0096] A Fig. 25 mostra múltiplas vistas a-j como parte de fabricação de uma parte de desgaste 310. Os desenhos diferentes 25a a 25j ilustram etapas de processamento selecionadas como parte de endurecimento de superfície por infiltração de um ponto de caçamba de mineração. A Fig. 25a mostra um substrato em forma de ponto 312 de um tipo usado para caçambas de mineração, antes de afixar qualquer invólucro, e antes de formar qualquer camada de material de endurecimento de superfície no substrato 312.

[0097] As Figs. 25b, 25c, 25d correspondem às Figs. 19, 20, 21. O substrato 312 é referido acima mais geralmente como substrato 312. Apenas uma porção do substrato 312 é mostrada nas Figs. 25c e 25d, e esta porção é orientada geralmente verticalmente, em comparação com a orientação geralmente horizontal do substrato 312 na Fig. 25a. O invólucro 314 é formado em duas metades, que são soldadas ao longo de flanges, como discutido acima. O invólucro 314 é instalado no substrato 312, e, então, solidificada no lugar ao longo da sua borda de base, como chamado acima de banda conformável 320. Alternativamente, as duas metades de invólucro 31 podem primeiro ser fixadas com grampos no local ou de alguma forma fixadas ao substrato 312, e, então, soldadas entre si ou ao substrato 312, para se acomodar às várias geometrias de superfície do substrato 312 e invólucro 314. Quando o invólucro de aço 314 é unida ao substrato312, o invólucro de aço e o substrato definem uma cavidade 350 entre o substrato e o invólucro.

[0098] Na Fig. 25e, um material duro na forma de partículas duras 352 é introduzido na cavidade definida 350 vazando através das aberturas 317 em comunicação com a cavidade 350 com a abertura do reservatório 318, que torna mais fácil o vazamento nas partículas duras 352. As partículas duras 352 podem simplesmente encher a cavidade 350 pela ação da gravidade ou podem ser carregadas e/ou vibradas, ou de alguma forma condicionadas em um lugar dentro da cavidade definida 350. Em outra modalidade, um tipo diferente de material duro pode ser usado, incluindo aqueles descritos acima. Adicionalmente, em outra modalidade, as partículas 352 podem não encher completamente a cavidade 350 se desejado. Como mostrado na Fig. 25f, um material de brasagem infiltrante 354 na forma de pó, então pode ser vazado acima da camada de partícula dura mantida no reservatório 318 do invólucro 314. Em outra modalidade, o material de brasagem 314 pode estar em uma forma diferente (i.e. que não de pó) como descrito abaixo. Como mostrado na Fig. 25g, o reservatório 354 pode ser dimensionado para definir o volume correto de material de brasagem infiltrante 354, em relação ao volume definido da cavidade 350 e a camada de partícula dura 352 mantida na cavidade 350, provido que o pó de brasagem infiltrante 354 seja usado para substancialmente encher o reservatório 318. A montagem inteiro na Fig. 25g, incluindo substrato 312, invólucro 314, camada de partículas duras 352, e camada de pó de brasagem infiltrante 354, está pronta para um ciclo de infiltração, como descrito abaixo.

[0099] O ciclo de infiltração é executado em um forno do tipo representado na Fig. 25h. Preferivelmente, um forno de vácuo, embora outros tipos de forno possam ser usados. A montagem inteiro da Fig. 25g é colocado em tal forno para o ciclo de infiltração, durante qual tempo a montagem inteira é aquecido a uma temperatura suficientemente alta para fundir o pó de brasagem infiltrante 354. Isto faz o material de brasagem fundido infiltrar nas partículas duras 352 formando um composto 324 composto de partículas duras 354 infundidas com material metálico de brasagem de infusão 354. O material de brasagem de infusão se liga ao substrato 312 e às partículas duras 352.

[00100] O material de brasagem de infusão também pode ser colar ao invólucro 314 embora não sendo essencial. Depois da infiltração, por conseguinte, o invólucro 314 tipicamente se mantém permanentemente ligada ao substrato 312. Quando o ponto resistente ao desgaste resultante é usado para escavação, o invólucro 314 simplesmente se desgasta, expondo a camada infiltrada 413 para realizar sua função de resistir ao desgaste.

[00101] Na Fig. 25j, a porção de reservatório 318 do invólucro 314 foi removida, deixando um produto acabado como parte de desgaste de superfície endurecida 310 e mais especificamente um ponto de superfície endurecida 310.

[00102] As Figs. 26 e 27 mostram duas modalidades diferentes de um substrato subjacente, que pode ser usado para fabricar uma parte de desgaste de superfície endurecida. A Fig. 26 mostra substrato 312 da Fig. 25A orientado verticalmente. A Fig. 27 mostra uma modalidade alternativa de um substrato na forma de ponto 412, com dois furos 458 formados próximos de uma extremidade de escavação do substrato 412.

[00103] Nesta modalidade, os furos 456 provêem intrusões de superfície que ajudam a melhorar a ligação entre o substrato 412 e composto resultante de partículas duras e material de brasagem. O material duro infiltrado resultante nos furos 458 modifica como a parte de desgaste de superfície endurecida se desgasta em serviço. Em algumas modalidades, o material duro infiltrado resistente nos furos 458 ajuda a manter a afiação e eficiência de escavação. Benefícios adicionais desta natureza podem ser obtidos instalando insertos de metal duro pré-fabricados nos furos 458.

[00104] A Fig. 28 representa a modalidade da Fig. 27, com invólucro 414 solidificado ao substrato 412. Um inserto 460 é mostrado esquematicamente fixado em cada furo 458. Um espaçamento apropriado entre as paredes internas dos furos 458, e cada um destes insertos 460 podendo ser provido por um ou mais espaçadores 462. Dois espaçadores 462 são mostrados em cada inserto 460. Em outra modalidade, nenhum espaçador 462 é usado. O espaçamento criado pelos espaçadores 462 pode prover a transição entre substrato 412 e o inserto 460, para resistir ao craqueamento do inserto 460 devido às diferenças de expansão. O material de brasagem que forma no espaçamento pode deformar para acomodar diferenças de expansão e contração, se necessário. Em uma modalidade adicional, o coeficiente de expansão térmica do material infiltrado pode ser selecionado entre o coeficiente de expansão térmica do inserto 460 e o coeficiente de expansão térmica do substrato 412, para ajudar a reduzir o craqueamento devido às diferenças de expansão, como descrito abaixo.

[00105] Dois de tais insertos 460 são mostrados na Fig. 29 preferivelmente feitos a partir de carbeto de tungsténio. Em outra modalidade, os insertos 460 podem ser formas sinterizadas de um ou mais outros carbetos (egcf carbeto de cromo, carbeto de molibdênio, carbeto de vanádio etccf). Pré-formados porosos de vários carbetos também podem ser usados em outra modalidade, incluindo carbeto de tungsténio (WC/W2C), carbeto de cromo, carbeto de molibdênio, carbeto de vanádio, e outros carbetos. Tais pré-formados porosos podem ser providos na forma de carbeto puro, em uma modalidade. Em uma modalidade adicional, os insertos 460 podem ser formados de cerâmica ou de outros materiais. Se for usada cerâmica, podem ser usadas uma ou mais técnicas para melhorar umedecimento e/ou colagem do material de brasagem na superfície cerâmica (e.g. brasagem ativa), incluindo tais técnicas, como descrito abaixo. Preferivelmente, espaçadores 462 são feitos de aço com aro partido 464 e múltiplas pernas 466, e o aro partido 464 é similar a mola, de modo que o espaçador 462 fique no lugar quando desliza em um dos insertos 460. Um de tais espaçadores 462 é mostrado em detalhes na Fig. 30.

[00106] A Fig. 31 é uma representação de dois exemplos de outra modalidade alternativa, cada exemplo incluindo um substrato na forma de ponto 512, e cada exemplo mostrado com invólucro 514 solidificado no lugar pronto para receber uma quantidade apropriada de partículas duras e material de brasagem infiltrante, geralmente, como descrito acima. A Fig. 32 mostra dois conjuntos prontos para ciclo de infiltração, cada montagem tendo ponto 512 e invólucro 514 preenchido com partículas duras (não visíveis), e material de brasagem 554. Opcionalmente, um dispositivo de montagem 512 é afixado removivelmente a cada ponto 512, para ajudar a estabilizar cada ponto durante manuseio, e carregamento e descarregamento de um forno, como mostrado na Fig. 33.

[00107] Um substrato parcialmente desgastado acabado na forma de ponto de superfície endurecida 510, de acordo com a modalidade das Figs. 31 a 33, está mostrado na Fig. 34. O ponto de superfície endurecida 510 foi feito colocando a montagem das Figs. 32 e 33 em um forno e então aquecendo e resfriando a montagem como parte do ciclo de infiltração, como será descrito abaixo. O ponto de superfície endurecida resultante 10 foi usado em escavação para desgastar o invólucro descartável 514, não mais visível na Fig. 34. O ponto de superfície endurecida circundante de fundo cinza 510 é um medidor removível, que mede o quanto material se desgastou no ponto de superfície dura 510. Como mostrado, o ponto de superfície endurecida teve a superfície endurecida de modo que o material de endurecimento de superfície 514 fique no topo das superfícies primárias do ponto 512, formando uma transição angular afiada da superfície externa avançando do ponto 512 para o material de endurecimento de superfície 524, como indicado em 524a. Em certas aplicações, esta modalidade de superfície angular oferece benefícios específicos. Em particular, a extremidade de escavação expandida resultante de um ponto, no qual o material de endurecimento de superfície 524, acima da superfície circundante do ponto 512, pode efetivamente proteger as superfícies não endurecidas adjacentes de um efeito de sombreamento, sem incorrer em gasto ou peso de um material de endurecimento de superfície. Uma adição seletiva de material de superfície endurecida pode proteger áreas sujeitas a desgaste substancial, ou um material de endurecimento de superfície pode ser desnecessário em outras regiões do uso.

[00108] As caixas metálicas finas da presente invenção são particularmente úteis quando é adicionado um material de endurecimento de superfície a pontos produzidos por fundição em areia. É típico que pontos de mineração, usando um processo de areia verde, tenham substanciais variações dimensionais, tal como espessura, que pode variar de 0,06 pol em uma região que corresponde à banda conformável discutida onde o invólucro da presente invenção seria afixada. Tais pontos de função em areia verde são particularmente difíceis de selar com moldes não curváveis, tais como moldes cerâmicos e moldes de grafite. No entanto, o metal fino de várias caixas descritas aqui pode ser prontamente deformado e curvado, como necessário, para permitir a soldagem apropriada do invólucro metálico fino para um ponto de fundição em areia verde.

[00109] Ainda outra modalidade é mostrada esquematicamente na Fig. 35, incluindo um substrato 612c na forma de ponto com três furos 658, mas apenas um único inserto 660 no furo central dos furos 658, sem qualquer espaçador. Enchendo o invólucro 614 com uma mistura de partículas duras e material de brasagem, e aquecendo e resfriando a montagem através de um ciclo de infiltração, provê uma parte de desgaste de superfície endurecida. As Figs. 26 a 39 mostram seções através do furo central dos furos 658 e ilustram as etapas de processamento através das quais o inserto de metal duro 650 é ligado ao furo 658, ao mesmo tempo em que o endurecimento de superfície externa é aplicado ao substrato 612. Estas etapas são representadas em vistas em seção transversal nas Figs. 36 a 39, com a Fig. 39 mostrando uma seção transversal de uma parte de desgaste de superfície endurecida acabada 610 incluindo uma camada de material de endurecimento de superfície 624 envolvendo e protegendo a extremidade distal do substrato 612. Em outras modalidades, o inserto 660 pode ser recebido em um furo diferente 658 e/ou o substrato 612 pode incluir insertos 660 em múltiplos furos.

[00110] Espessuras relativamente próximas são mostradas na Fig. 39 de substrato 612, invólucro 614, e camada de material de endurecimento de superfície 624. Por exemplo, uma espessura 672 é identificada para camada de material de endurecimento de superfície 624. A espessura 676 também representa espessura para a cavidade 650. Valores de amostra para estas espessuras são as seguintes:

[00111] Espessura de Substrato 672 perto da banda conformável: 87,632 mm (3,450 pol);

[00112] Espessura de Substrato 674 através do invólucro: 2,7 mm (0,105 pol)

[00113] Espessura de Substrato 676: 16,16 mm (0,636 pol).

[00114] 111A Fig. 40 mostra dois pós, incluindo carbeto granular 52a direita, e pó de liga de brasagem 54 a esquerda.

[00115] 1120 carbeto de tungsténio é um exemplo de partícula duraparticularmente adequada para uso como parte de uma parte de desgaste de superfície endurecida feita de acordo com a presente invenção. Carbetos puros tal como WC ou WC/W2C podem ser usados, assim como a mistura de vários carbetos. Também um material granular adequado pode ser feito a partir de material de carbeto sinterizado moído, tal como insertos de ferramenta de máquina reciclada. O tamanho mais adequado de material particulado depende do uso pretendido da parte de desgaste, mas tamanhos na faixa de -50 a +70 de malha são adequados para muitas aplicações. Descobriu-se que a seguinte liga de carbeto de tungsténio, carbeto de titânio e cobalto produz partes de desgaste de superfície endurecida particularmente efetivas, tais como pontos de mineração ou pontas de ferramenta:

[00116] Outros carbetos que pode ser usados como partículas duras no material composto incluem carbeto de tungsténio fundido WC/W2C mono carbeto de tungsténio (WC) carbeto de cromo, carbeto de titânio, carbeto de molibdênio, carbeto de vanádio, carbeto de colúmbio (nióbio), ferro branco de cromo injeção/ areia dentro de outros materiais, incluindo misturas de tais materiais. Como descrito acima, o material duro pode ser usado de forma diferente, tal como um pré-formado poroso, uma peça monolítica, ou em outra estrutura. Em uma modalidade adicional, o material duro pode ser feito de material cerâmico. Se uma cerâmica for usada, uma ou mais técnicas pode ser incorporadas para aumentar umedecimento e/ou colagem da superfície cerâmica pelo material de brasagem. Por exemplo, a superfície da cerâmica pode ser revestida com material metálico ou outros materiais para aumentar umedecimento com material de brasagem. Em outro exemplo, uma técnica de brasagem ativa pode ser usada onde o material de brasagem inclui um material que deposita na superfície cerâmica (e.g. titânio) para aumentar umedecimento e colagem do material de brasagem no material cerâmico. Ainda tipos adicionais de materiais duros podem ser usados em outras modalidades. Como descrito acima, o material duro preferivelmente confere mais dureza e resistência ao desgaste à superfície do substrato ao qual o material duro é aplicado.

[00117] Uma escolha particularmente boa de pó de liga de brasagem inclui

[00118] Ni-Cr-Si-B, de acordo com Classe BNI 2 perAWS A5-18.

[00119] Outros tipos de material de brasagem possivelmente podem ser usados, desde tais materiais sejam compatíveis com ambos, substrato de partículas duras, e tais materiais sendo adequados para um particular método de brasagem. Materiais de brasagem podem incluir metais puros como cobre prata, mas, mais tipicamente, ligas de brasagem padrão têm base de níquel, base de cobre, ou base de prata. Materiais de brasagem também podem incluir outras ligas ricas em cobre e ligas de cobre níquel com baixo ponto de fusão. Outros tipos de material de brasagem que pode ser usados incluem cobre puro, silício bronze, titânio cobre, cromo cobre, bronze espinodal, estanho bronze, ligas de brasagem comerciais baseados em níquel, (BMNio-1, Bni-2, etc.), ligas de brasagem comerciais baseados em cobalto (e.g. BCo-1) ou outros tipos de metais e ligas de brasagem. Como descrito acima, o material de brasagem pode ser provido em pó ou em forma de particulado, em uma modalidade. O material de brasagem pode estar em uma forma diferente (i.e. não em pó), em outra modalidade. Por exemplo, em uma modalidade, o material de brasagem pode ter a forma de um ou mais tarugos de material fundido ou forjados. Tais tarugos podem ser feitos com um pré-determinado peso pretendido para uma aplicação de brasagem específica provendo uma instalação rápida e eficiente do material de brasagem na montagem.

[00120] A Fig. 41 mostra um exemplo de ciclo de forno para operação de brasagem usando material duro incluindo carbeto de tungsténio e pó de liga de brasagem Ni-Cr-Si-B, com temperatura ao longo do eixo vertical. Em geral, o ciclo térmico para operação de brasagem compreende primeiro aquecer a uma temperatura ligeiramente abaixo da temperatura de fusão do material de brasagem e manter a temperatura para estabilizá-la na montagem inteira (incluindo seções grossas e finas). Então, a montagem é aquecida (preferivelmente rapidamente) a uma temperatura mais alta, acima do ponto de fusão do material de brasagem, para fundir o material de brasagem, e permitir que o material de brasagem infiltre nos espaços entre as partículas duras. Este período de tempo pode ser relativamente curto, tal como de 30 minutos a 1 hora em uma modalidade. A temperatura então é resfriada para logo abaixo da temperatura sólida do material de brasagem, para permitir que o material de brasagem solidifique e cole nas partículas duras do substrato e manter a temperatura até que a temperatura estabilizar ao longo da montagem. Finalmente, a temperatura é resfriada, de modo que a parte possa ser removida do forno. Deve ser entendido que a extensão de tempo em que a temperatura deve ser mantida para estabilizar ao longo da montagem é afetada pelo tamanho e geometria do substrato e invólucro, uma vez que componentes maiores e/ou mais grossos requerem mais tempo para aquecer ou resfriar. A temperatura do forno e fundidos (i.e. montagem de substrato, invólucro, partículas duras, e material de brasagem) aumenta e diminui ao longo do tempo, como mostrado. O ciclo de forno da Fig. 41 leva aproximadamente 7 horas, como representado ao longo do eixo horizontal e a etapa de brasagem pode ser feita a cerca de 1394 °K (2050°F) por 30 a 60 minutos, em uma modalidade.

[00121] A Fig. 42 mostra múltiplas vistas a-k, como parte de outra modalidades de fabricação de uma parte de desgaste 710. Os diferentes desenhos 42a a 42k ilustram etapas selecionadas de processo como parte de endurecimento de superfície por infiltração de uma ponta de esmagador de rolo duplo. A ponta de esmagador de rolo duplo resultante tem substrato e invólucro metálico fino substancialmente separados, mas ligados por um material de endurecimento de superfície composto infundido com contato mínimo entre o substrato e o invólucro metálico fino.

[00122] A Fig. 42a mostra um substrato 712 preparado por usinagem, fundição ou forjamento. Furos de pino de espaçamento de invólucro 780 são furados, formados, ou conformados em um substrato 712, como mostrado na Fig. 42b, e espaçadores de invólucro correspondentes, em forma de pinos 782, são instalados nos furos 780, como mostrado na Fig. 42c. Pinos 782 serão usados para suspender o substrato 712 em um invólucro metálico fino com espaçamento desejado entre substrato 712 e o invólucro definido pelo comprimento dos pinos 782. O propósito primário dos pinos 782 é manter o invólucro 714 e substrato 712 apropriadamente espaçados até cavidade 750 encher de partículas duras 752. Os pinos 712 apropriadamente precisam ser suficientemente grandes para sobreviver a esta etapa de enchimento dos métodos descritos aqui. Por conseguinte, pinos 782 podem ser feitos de vários materiais, variando de pinos de aço mole a pinos de carbeto de tungsténio sinterizados endurecidos pré-fabricados.

[00123] A Fig. 42d mostra um invólucro metálica fina 714, que pode ser preparada por estampagem profunda, hidroformação, e/ou corte e soldagem como conhecido na técnica de formar moldes de chapa metálica. O substrato 712 com pinos protuberantes 782, então, é colocado dentro do invólucro 714, como mostrado na Fig. 42e. Passando para a Fig. 42f, partículas duras 752 podem ser colocadas em uma cavidade 750 definida entre substrato 712 e invólucro 714, e, opcionalmente, carregada, vibrada, ou de alguma forma condicionada na cavidade 750, de modo a definir uma camada de partícula dura entre substrato 712 e invólucro 714. Na Fig. 42g, um pó de material infiltrante 754 é mostrado sendo colocado acima desta camada de partícula dura mantida em um volume pré-definido em um reservatório 718, preferivelmente integrado com o invólucro 714. O reservatório 718 pode ser dimensionado em relação à cavidade 750 para prover uma quantidade ótima de material de brasagem de infiltração 754 para infiltrar e ligar as partículas duras 752 em uma camada de endurecimento de superfície composto. Isto está representado graficamente na Fig. 42h, com montagem pronta para um ciclo de infiltração.

[00124] A Fig. 42i é um forno pronto para realizar um ciclo de infiltração, tal como aquele descrito acima. A Fig. 42j mostra a montagem da Fig. 42i depois de ciclo de infiltração completo (j), com o reservatório ainda no lugar. Preferivelmente, o reservatório 718 é removido do invólucro 714 por alguma técnica de corte ou outras técnicas, deixando o produto composto resistente ao desgaste 710, como mostrado na Fig. 42k.

[00125] Conquanto o invólucro 714 tenha sido mostrada com uma superfície inferior esférica, tipicamente necessária ser suportada em um dispositivo de fixação, outra modalidade de invólucro similarmente conformada pode ser autoportante. Ademais, pinos de espaçamento de invólucro 782 podem ser omitidos se o substrato 712 for suportado por um dispositivo de fixação de liga resistente ao calor, que também localiza o invólucro 714 em uma posição desejada em relação ao substrato 712. O substrato 712, desta forma, é suspenso acima e dentro do invólucro de chapa metálica 714 durante o processo de infiltração. Em ainda outras modalidades, quaisquer de tais dispositivos de fixação que localizam o invólucro 714 em uma posição desejada em relação ao substrato 712 podem ser removidos depois de as partículas duras 752 terem sido condicionadas no lugar. As partículas duras 752 geralmente não dissolvem ou fundem durante o processo de infiltração. Isto permite que tais dispositivos de fixação venham a ser removidos antes de colocar qualquer montagem de componentes em um forno, tal como a montagem de substrato 712, invólucro 714, partículas duras 752, e material de brasagem 754. Ainda outras modalidades podem incluir invólucro suspenso 714 do substrato 712. Por exemplo, o invólucro 714 poderia ser suspenso de uma ranhura (não mostrada) em uma haste de cubo, formada como parte de substrato 712.

[00126] Métodos de acordo com a invenção podem ser usados com um forno ou retorta que emprega atmosfera de hidrogênio, argônio, ou outro tipo de atmosfera redutora ou inerte, ao invés de um forno a vácuo. Quando a brasagem é feita em tais fornos de não vácuo, é melhor impedir o aprisionamento do gás dentro das partículas duras, enquanto a infiltração é realizada. O pó de brasagem pode fundir razoavelmente simultaneamente, percolando a camada de fundido contíguo através das partículas duras. Adicionando ventilação em pontos baixos no invólucro fino permite que os gases aprisionados nas partículas duras escapem quando da percolação do material brasagem fundido. Preferivelmente, um tubo de ventilação ou múltiplos tubos de ventilação são afixados ao invólucro metálico fino em pontos baixos apropriados e o tubo ou tubos se estendem para cima para um nível mais alto que o nível final do material de brasagem fundido durante estágios finais da brasagem de infiltração.

[00127] Uma modalidade de invólucro de aço 814 para uso em fornos de não vácuo é mostrada nas Figs. 43a a 43f. Um tubo de ventilação 884 se estende de um ponto baixo do invólucro 814 para impedir o aprisionamento de gás durante infiltração de brasagem. O tubo de ventilação 884 é afixado o invólucro 814 em um local ou locais sujeitos ao aprisionamento de gás. A Fig. 43b representa uma vista em seção transversal de substrato 812, invólucro 814, e tubo de ventilação 884. Material de particulado duro 852 é vazado na cavidade 850 entre o substrato 812 e o invólucro 814, como mostrado na Fig. 43c. O material infiltrante fundido 854 então é adicionado acima da camada de partícula dura 852, como mostrado na Fig. 43d. O material infiltrante fundido 854 é mostrado parcialmente penetrando a camada de partícula dura 852 com o gás escapando do tubo de ventilação 884, na Fig. 43e. Depois do resfriamento, a camada de partícula dura e o material infiltrante formam o composto 824, sendo que pelo menos uma parte do material infiltrante 854 enche o tubo de ventilação 884, como mostrado na Fig. 43f. O tubo de ventilação 884 e o material infiltrante 854 são tipicamente facilmente cortados da parte de desgaste da superfície endurecida resultante 810.

[00128] A Fig. 44 mostra uma estrutura esférica tendo uma forma de superfície particularmente complexa. Esta parte de desgaste não pretende representar qualquer ferramenta particular, diferente de uma ferramenta complexa que tenha a superfície endurecida de acordo com a invenção. Por exemplo, pode representar uma esfera de polimento de superfície endurecida por infiltração com uma forma externa particularmente complicada. Um produto composto resistente ao desgaste acabado 919 inclui insertos de carbeto de tungsténio sinterizados endurecidos pré-fabricados, dois dos quais são mostrados esquematicamente em linhas tracejadas 960, ligados a um substrato subjacente com um material de endurecimento de superfície composto infundido. A fabricação de esfera de polimento 10 usando técnicas de técnica anterior requereria um molde multipeça complicado, provavelmente feito de material cerâmico ou grafite. A combinação - molde metálico fino, substrato pré-formado, partículas de carbeto endurecidas, e brasagem por infiltração cria um processo muito mais econômico para fabricar ferramentas de superfície endurecida com geometria superficial complicada.

[00129] A Fig. 45 mostra múltiplas vistas a- k, como parte de fabricação de outra modalidade de uma parte de desgaste 1010. Os diferentes desenhos 45a a 45k b ilustram etapas de processamento selecionadas como parte uma tela de peneira trommel para uso em processamento de minerais. A tela de peneira trommel de superfície endurecida resultante pode ter um substrato e invólucro metálico fino, substancialmente separadas, mas ligados por um material de endurecimento de superfície composto infundido com mínimo contato entre o substrato e o invólucro metálico fino. Alternativamente, o substrato e o invólucro metálico fino podem contatar em locais selecionados com o invólucro que suporta o substrato durante o ciclo de infiltração. Por exemplo, uma pluralidade ombros (não mostrados) pode ser formada em locais selecionados do invólucro 1014 e o substrato pode se apoiar e ser suportado por estes ombros. Em outros exemplos, bandas ou porções conformais (não mostradas) do invólucro 1014 podem ser soldadas ao substrato 1012.

[00130] A Fig. 45a mostra um substrato tipicamente preparado por usinagem, fundição, forjamento. A Fig. 45b mostro invólucro correspondente 1014, e o substrato 1012 é mostrado suportado no invólucro 1014 na Fig. 45c. Pinos não mostrados podem ser usados para suspender o substrato no invólucro metálico 1014, com o espaçamento desejado entre substrato 1012 e invólucro 1014 definido pelo comprimento dos pinos (não mostrados), como mostrado na Fig. 42.

[00131] A Fig. 45d mostra partículas duras 1052 sendo vazadas no substrato 1012. As partículas duras 1052 podem ser forçadas para cavidade 1050 definida entre substrato 1012 e invólucro 1014 e opcionalmente carregadas, vibradas, ou de alguma forma condicionadas na cavidade 1050, para definir uma camada de partícula dura entre o substrato 1012 e invólucro 1014. Na Fig. 45e, um pó de material infiltrante 1054 é mostrado sendo colocado em um reservatório 1018 acima da camada de partícula dura 1052. A Fig. 45f mostra montagem de forno pronta para um ciclo de infiltração. A Fig. 45g mostra montagem da Fig. 45e e depois de sido aquecido e resfriado em um ciclo de infiltração completa. Preferivelmente, porções selecionadas da chapa metálica são removidas do invólucro 1014 por corte ou outras técnicas, deixando um produto composto resistente ao desgaste acabado 1010, como mostrado na Fig. 45h. Por exemplo, as bordas superiores 1018a de uma parede circundante podem ser cortadas, e as capas de extremidade 1018b definindo furos passantes podem ser cortadas.

[00132] Se escolhas apropriadas forem feitas com respeito ao material de substrato para uma ferramenta, material de invólucro, e material de brasagem, assim como tipo e distribuição de tamanho do material particulado na camada endurecimento de superfície, é possível acomodar tensões térmicas e transformacionais, de modo a impedir o craqueamento da camada de endurecimento de superfície, assim como de qualquer inserto de metal duro. Em uma modalidade, o processo de brasagem pode ser designado, de modo que o material infiltrado tenha um coeficiente global entre o coeficiente de expansão térmica das partículas duras e o coeficiente de expansão térmica do substrato. Por exemplo, muitas das modalidades descritas aqui incluem um produto tendo um substrato de aço e invólucro de aço mole com uma camada de endurecimento de superfície de partículas de carbeto de tungsténio fundido infiltrado. Certos aços têm um coeficiente de expansão térmica de aproximadamente 0,65 micromilímetro por milímetro por °K (6,5 micropolegada per polegada per °F) em temperaturas abaixo da faixa austenita- aço Al SI 1008. Selecionando cobre ou ligas baseadas em cobre como material infiltrante e selecionando a distribuição de tamanho de partícula dando 50% de carbeto de tungsténio fundido, resulta um coeficiente médio de expansão térmica de 0,31 micromilímetro por milímetro por °K ( 3,1 micropolegada per polegada per °F) para o material infiltrado. Prover material infiltrado tendo um coeficiente médio de expansão térmica relativamente similar ao coeficiente de expansão térmica do substrato subjacente e camada externa da chapa metálica, resulta que todos componentes se expandem e contraem aproximadamente nas mesmas taxas. Isto limita qualquer tendência de o material infiltrado trincar ou descamar durante o resfriamento depois do ciclo de infiltração, ou durante o aquecimento, que poderia vir a ocorrer posteriormente durante uso da ferramenta de superfície endurecida.

[00133] Tela de peneira trommel, tal como o exemplo ilustrado na Fig. 45h, pode frequentemente exceder 1 metro de comprimento e largura. Itens como estes provêem uma clara ilustração com respeito a onde a presente invenção pode oferecer significativas vantagens, em termos de superar problemas de expansão térmica, que podem ocorrer durante o processo de infiltração. Materiais duros que poderiam ser selecionados com respeito à resistência ao desgaste podem ter características de expansão térmica marcantemente diferentes daquelas de materiais de aço endurecido que poderíam ser usados como substrato, materiais de aço de baixo carbono que poderíam ser usados como invólucro descartável ou liga de brasagem cobre-níquel, que poderíam ser usados como material de brasagem. À medida que estes itens crescem, tal como, chegando a 1 metro de comprimento e largura, as taxas de expansão térmica de diferentes elementos se tornam mais importantes.

[00134] Moldes cerâmicos ou moldes de grafite têm taxas de expansão térmica muito diferentes da taxa de expansão térmica dos tipos de liga de aço usados como substrato para a parte de desgaste. Isto acarreta problemas, tais como distorção da parte acabada, variações inesperadas de espessura, endurecimento de superfície ou mesmo separação de várias partes da montagem de molde durante o processo térmico, permitindo que o material infiltrante fundido vaze no forno. Materiais de aço baixo carbono da presente invenção mais provavelmente têm taxas de expansão térmica mais similares que a taxa de expansão térmica das ligas de aço tipicamente usadas como tais substratos. Assim, a combinação de um substrato de liga de aço, invólucro metálico fino de aço baixo carbono, partículas duras tendo uma distribuição de tamanho de partícula de aproximadamente 50% de carbeto de tungsténio fundido e cobre como material infiltrante, oferece uma significativa vantagem em relação ao endurecimento de superfície de técnica anterior de substratos de aço que requeriam moldes cerâmicos ou de grafite.

[00135] A tabela abaixo provê diversos exemplos de coeficientes de expansão térmica para materiais duros selecionados, para aço baixo carbono (material típico de invólucro), e cobre (material típico de brasagem). Deve ser entendido que a tabela provê exemplos apenas para efeito de ilustração, e outros materiais também podem ser empregados como material duro, invólucro, material de brasagem, etc.

[00136] A combinação de substrato de aço, invólucro metálico fino, e mistura apropriadamente selecionada de partículas duras com distribuição de tamanho específica e material infiltrante provê substanciais benefícios. Esta combinação provê uma grande capacidade de acomodar tensões térmicas e transformacionais e mudanças dimensionais resultantes, particularmente em comparação com moldes de grafite e cerâmica convencionais. Os produtos e métodos da invenção amenizam o risco de empenamento, variações indesejadas de espessura no endurecimento de superfície resultante e minimizam o risco de o material de brasagem metálica fundido escapar do molde no forno em um ciclo de infiltração.

[00137] Em adição, materiais como aço sofrem transformações de fase acompanhadas por mudanças dimensionais. Por exemplo, em aços carbono e aços de baixa liga, o aço expande com o aumento de temperatura. No entanto, em aproximadamente 996°K (1333°F), começa a transformação do aço para uma estrutura cristalina diferente. Esta transformação diminui as dimensões até completar a transformação, e, então, o material de novo expande (com uma taxa diferente) com o aumento adicional de temperatura. No resfriamento, a transformação volta a ocorrer com a associada expansão-contração- expansão das dimensões, até o ciclo de infiltração terminar. Acomodar todas estas expansões-contrações é mais fácil com os métodos descritos, usando um invólucro metálico fino como molde, que com um molde de grafite ou cerâmica. Com os métodos da presente invenção, ambos substrato a ter a superfície endurecida e molde contendo os componentes do material de endurecimento de superfície são feitos de aço, de modo que ambos substrato e invólucro sofram transformações, expansões, e contrações similares. Embora possa haver algumas variações com respeito aos coeficientes de expansão térmica e temperaturas de transformação, tais variações para um molde fino e substrato de metal são substancialmente menores que as variações entre um molde de grafite ou cerâmica e o substrato metálico. Por conseguinte, é muito difícil usar um molde de grafite ou cerâmica com substrato de metal, para fazer grandes telas de peneira trommel planas, tal como, no exemplo ilustrativo na Fig. 45h, sem um risco substancial de ocorrer trincas e descamação no revestimento de endurecimento de superfície.

[00138] Ademais, se o material particulado pretende realizar uma função resistente ao desgaste, deve se levar em conta a distribuição de tamanho de partícula para prover uma adequada resistência ao desgaste. Para tais casos, em geral, a distribuição de tamanho deve ser tal que o espaçamento de partícula seja menor que o tamanho dos grãos abrasivos encontrados nesta aplicação. Isto impede que as partículas duras sejam enfraquecidas ou perdidas. Em uma modalidade, um tamanho de partícula de malha 50 a 70 (como descrito acima) pode ser suficiente para a maior parte das aplicações, tal como, se os grãos abrasivos na aplicação não forem apreciavelmente menores que malha 70. Para abrasivos mais finos, a distribuição de tamanho de partícula deve ser dimensionada, aproximadamente igual ou menor que o tamanho de abrasivo.

[00139] As modalidades descritas também podem ser usadas para recuperar ou recondicionar uma parte de desgaste de superfície endurecida desgastada, previamente usada. Por exemplo, em uma modalidade, um invólucro, como descrito acima, é conectado a um substrato na forma de parte de desgaste de superfície endurecida, e um material duro (e.g. partículas duras) é introduzido no invólucro para ser localizado próximo do substrato. O material duro, então, pode ser ligado ao substrato por brasagem, como descrito acima. Deve ser entendido que o material de brasagem pode ser ligado ao material de endurecimento de superfície previamente existente (desgastado), ao substrato original subjacente, ou ambos. O material duro e/ou material de brasagem podem ser os mesmos que o usado no material de endurecimento de superfície original, em uma modalidade.

[00140] Diversas das modalidades descritas mostram um substrato de aço usado para formar uma parte de desgaste com um material duro cobrindo toda ou substancialmente toda a superfície operativa externa (e.g. superfície de engatar o solo). Isto pode permitir o uso de um aço mais mole, porque todo o aço está protegido pelo material endurecido de superfície. Estas modalidades oferecem vantagens, particularmente, se um aço mais mole tiver maior resistência à ruptura, tal como onde o aço mais mole tem uma tenacidade mais alta que materiais duros. Materiais de substrato mais mole também têm uma melhor soldabilidade. Ademais, materiais de substrato mais moles são usualmente mais fáceis de fazer em um substrato inicial cuja superfície será endurecida e tais substratos iniciais feitos a partir de aços mais moles, portanto, sua fabricação é mais barata que substratos iniciais similarmente conformados, mas feitos a partir de aços mais duros.

[00141] Deve ser entendido que o invólucro em qualquer das modalidades descritas não necessariamente se conforma exatamente à forma do substrato. Por exemplo, o invólucro poderia ser formado de modo a prover uma maior espessura nas localizações de desgaste mais acentuado, tal como nos cantos ou em bordas angulares dos pontos. Similarmente, palhetas e nervuras poderiam ser criadas pela camada de endurecimento de superfície resultante em localizações particulares no substrato da ferramenta. Tais palhetas e nervuras podem ser úteis para controlar o fluxo de material abrasivo, onde o componente pode ser operativo para direcionar o movimento do material terroso impactado pela ferramenta resistente ao desgaste composto resultante.

[00142] Também deve ser entendido que quaisquer aspectos, componentes, estruturas técnicas, etc. descritos com respeito a uma modalidade nesta podem ser usados ou serem utilizáveis em conexão com quaisquer outras modalidades descritas nesta, a menos que explicitamente indicado de forma diferente.

[00143] Acredita-se que a apresentação estabelecida acima englobe múltiplas invenções com utilidades independentes. Conquanto cada uma destas invenções tenha sido descrita em sua forma preferida, as modalidades específicas das mesmas descritas e ilustradas não devem ser tomadas em sentido limitante, uma vez que numerosas variações são possíveis. Cada exemplo definindo uma modalidade descrita na descrição acima, mas qualquer exemplo não necessariamente engloba todos os aspectos e combinações que eventualmente podem ser reivindicados. Onde a descrição cita "um" ou "primeiro" elemento ou equivalente deste, tal descrição inclui um ou mais de tais elementos, não requerendo nem excluindo dois ou mais de tais elementos. Adicionalmente, indicadores ordinais, tal como primeiro, segundo, ou terceiro para elementos identificados, são usados para distingui-los e não indicam um número requerido ou limitado de tais elementos e nem uma posição ou ordem particular de tais elementos, a menos que expresso de forma diferente.

Claims (13)

1. Parte de desgaste (10) para equipamento de movimentação de terra que compreende:um substrato (12) incluindo uma porção de base para fixação ao equipamento de movimentação de terra e uma porção de trabalho (334) para movimentar o material de terra durante a operação do equipamento de movimentação de terra, em que a porção de trabalho (334) inclui uma superfície;caracterizada pelo fato de que:um invólucro de chapa metálica expansível (14), conectado por soldagem ou brasagem ao substrato (12) para formar um molde, em que uma porção do invólucro de chapa metálica é espaçado do substrato (12) para definir uma cavidade (50) entre a superfície do substrato (12) e o invólucro, eum material composto (324) substancialmente enchendo a cavidade e formando um revestimento em pelo menos uma porção da superfície do substrato (12), o material composto (324) compreendendo um material particulado duro (352) infiltrado com um material de brasagem metálico (354), em que o material de brasagem é ligado ao substrato (12) e ao invólucro.

2. Parte de desgaste para equipamento de movimentação de terra, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o invólucro de chapa metálica expansível (14) substancialmente circunda o substrato (12).

3. Parte de desgaste para equipamento de movimentação de terra, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o invólucro de chapa metálica expansível (14) compreende uma banda conformável (20) ao redor de uma periferia inteira do invólucro de chapa metálica expansível (14) em contato de superfície a superfície com o substrato (12), em que o invólucro de chapa metálica expansível (14) está conectado ao substrato (12), por soldagem ou brasagem, ao longo da banda conformável.

4. Parte de desgaste para equipamento de movimentação de terra, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o substrato (12) tem uma superfície de ligação (335) em contato superfície a superfície com a banda conformável, e em que a pelo menos uma porção (336) do substrato (12) dentro da cavidade é inserida com respeito à superfície de ligação de modo que o material composto (324) tenha uma superfície externa geralmente nivelada com a superfície de ligação.

5. Parte de desgaste para equipamento de movimentação de terra, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o invólucro compreende uma peça frontal tendo um flange frontal (330) se estendendo transversalmente a partir de uma borda posterior da peça frontal e uma peça posterior tendo um flange posterior (332) se estendendo transversalmente a partir de uma borda frontal da peça posterior, em que a peça frontal e peça posterior são unidas para formar o invólucro por soldagem ou brasagem do flange frontal (330) ao flange posterior (332).

6. Parte de desgaste para equipamento de movimentação de terra, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o material particulado compreende carbeto de tungsténio, e o material de brasagem metálico (354) compreende uma liga de brasagem Ni-Cr-Si-B

7. Parte de desgaste para equipamento de movimentação de terra, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o substrato (12) tem um furo (458) na superfície, compreendendo ainda uma haste de inserto (460) recebida no furo, em que o furo e a haste são revestidos pelo material composto (324).

8. Parte de desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a porção de base inclui uma cavidade para montar o substrato (12) no equipamento de movimentação de terra.

9. Parte de desgaste, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a porção de trabalho (334) inclui um pedaço de estreitamento (524a) facilitar a escavação, e o invólucro de chapa metálica expansível (14) e o material composto (324) cobre uma porção do pedaço.

10. Parte de desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que a porção de trabalho (334) inclui uma pluralidade de superfícies (336, 338, 340, 342) voltadas para orientações diferentes e cada uma delas está parcialmente coberta pelo material composto (324).

11. Parte de desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que o material composto (324) é um revestimento contínuo e ininterrupto na superfície da porção de trabalho (334).

12. Parte de desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a porção de trabalho (334) inclui uma extremidade frontal que está voltada para a orientação do movimento da parte de desgaste referente ao material de terra durante da operação do equipamento de movimentação de terra, e o material composto (324) e o invólucro de chapa metálica expansível (14) cobrem e revestem a extremidade frontal.

13. Parte de desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que o substrato (12) inclui uma primeira superfície (336) sobre a qual o material composto (324) é recebido e uma segunda superfície (335) adjacente à primeira superfície, na qual o invólucro de chapa metálica expansível (14) é protegido, e em que a primeira superfície é recuada referente à segunda superfície de modo que o material composto (324) é geralmente nivelado com a segunda superfície.

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