BR112018016442B1 - Grão fundido, mistura de grãos e ferramenta abrasiva - Google Patents

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Abstract

A invenção se refere a um grão fundido possuindo a seguinte composição química em percentagem em peso em relação aos óxidos: ZrO2: 16 a 30%, contanto que HtO2 ; 2%, Al2O3: percentagem necessária para levar o total a 100%, Cr2O3: = 0,2%, TiO2: 0,5%, Cr2O3 + TiO2: ; 7%, outros elementos: ; 3%, contanto que SiO2 + CaO + MgO ; 1,5%.

Description

Campo Técnico
[0001] A presente invenção se refere a um grão cerâmico fundido, particularmente para aplicações como grãos abrasivos. A invenção também se refere a uma mistura de ditos grãos e também a uma ferramenta abrasiva compreendendo uma mistura de grãos de acordo com a invenção.
Estado da Técnica
[0002] Ferramentas abrasivas são geralmente classificadas de acordo com a forma na qual os grãos de cerâmica constituintes destas são formulados: abrasivos livres (uso em pulverização ou em suspensão, sem um suporte), abrasivos revestidos (suporte de tipo pano ou papel, onde os grãos são posicionados ao longo de várias camadas) e abrasivos aderidos (por exemplo, na forma de rebolos ou de varetas). Nos últimos casos, os grãos abrasivos são comprimidos com um ligante orgânico ou vítreo (neste caso, um ligante composto de óxidos que é essencialmente silicado). Esses grãos devem, eles mesmos, apresentar boas propriedades mecânicas na abrasão (particularmente dureza) e dar origem a uma boa coesão mecânica com o ligante (durabilidade da interface). Atualmente, diversas famílias de grãos abrasivos existem, o que torna possível cobrir um amplo intervalo de aplicações e de desempenho: grãos de óxidos sintetizados por fusão particularmente oferecem uma excelente relação qualidade/custo de fabricação.
[0003] Os grãos abrasivos à base de alumina normalmente utilizados na fabricação de rebolos ou de correias abrasivas reúnem três categorias principais de acordo com o tipo de aplicações e de condições de abrasão encontradas: grãos à base de alumina fundida, grãos fundidos à base de alumina-zircônia e grãos à base de alumina obtidos pelo processo sol-gel ou por extrusão e sinterização de pastas abrasivas.
[0004] Dentro do intervalo de grãos fundidos, materiais à base de alumina e de zircônia são conhecidos a partir de US-A-3 181 939. Esses grãos são geralmente compostos de 10% a 60% de zircônia e de 0% a 10% de um aditivo, o restante sendo alumina. Óxido de titânio em um teor entre 1,5% e 10%, de acordo com a patente US 5 143 522, ou os óxidos R2O3, R sendo escolhido dentre vanádio, cromo, manganês, cobalto e misturas dos mesmos, em um teor entre 0,1% e 12%, de acordo com a patente US 4 035 162, são conhecidos como aditivo.
[0005] É usual medir e comparar as qualidades de desempenho abrasivo de diferentes grãos pela razão do peso do aço usinado dividido pelo peso de grãos abrasivos consumidos durante dita usinagem, conhecida aqui como razão S, e também pela potência máxima desenvolvida pela ferramenta durante a usinagem, conhecida aqui como Pmáx, e o tempo de vida da ferramenta, conhecido aqui como tmáx.
[0006] Condições de usinagem são cada vez mais rigorosas.
[0007] Há, portanto, a necessidade de uma mistura de grãos abrasivos de alumina-zircônia fundidos, conferindo uma alta razão S e uma melhor potência máxima Pmáx e/ou um melhor tempo de vida tmáx. Um objetivo da invenção é atender a essa necessidade.
Resumo da invenção
[0008] De acordo com a invenção, esse objetivo é alcançado por meio de um grão fundido apresentando, em uma modalidade, a seguinte análise química, como percentagens em peso com base nos óxidos:
[0009] ZrO2: 16% a 30%, contanto que HfO2 <; 2%,
[0010] Al2O3: o restante para 100%,
[0011] Cr2O3: > 0,2%, preferencialmente >; 0,4%,
[0012] TiO2: > 0,5%,
[0013] Cr2O3 + TiO2: <; 7%,
[0014] Outros elementos: <; 3%, contanto que SiO2 + CaO + MgO <; 1,5%.
[0015] Em uma modalidade, o grão fundido apresenta a seguinte análise química, como percentagens em peso com base nos óxidos:
[0016] ZrO2: 16% a 30%, contanto que HfO2 <; 2%,
[0017] Al2O3: o restante para 100%,
[0018] Cr2O3: 0,2% a 4%,
[0019] TiO2: 0,5% a 6%,
[0020] Outros elementos : <; 3%, contanto que SiO2 + CaO + MgO <; 1,5%.
[0021] Como será visto em mais detalhes na continuação da descrição, os inventores verificaram que, com a composição química acima e particularmente com a combinação de Cr2O3 e TiO2, a eficácia de usinagem é reforçada.
[0022] Um grão de acordo com a invenção também pode apresentar, qualquer que seja a modalidade acima, uma ou mais das seguintes características opcionais:
[0023] - O teor de ZrO2 é preferencialmente superior a 17%, preferencialmente superior a 18%, preferencialmente superior a 19%, preferencialmente superior a 20%, preferencialmente superior a 21%, preferencialmente superior a 22% e/ou inferior a 29%, preferencialmente inferior a 28%, preferencialmente inferior a 27%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
[0024] - O teor de Cr2O3 é preferencialmente superior a 0,5% e/ou inferior a 6,5%, preferencialmente inferior a 6%, preferencialmente inferior a 5,5%, preferencialmente inferior a 5%, preferencialmente inferior ou igual a 4%, preferencialmente inferior a 3,8%, preferencialmente inferior a 3,6%, preferencialmente inferior a 3,4%, preferencialmente inferior a 3,2%, preferencialmente inferior a 3%, preferencialmente inferior a 2,8%, preferencialmente inferior a 2,6%, preferencialmente inferior a 2,4%, preferencialmente inferior a 2,2%, preferencialmente inferior a 2%, preferencialmente inferior a 1,9%, preferencialmente inferior a 1,8%, preferencialmente inferior a 1,7%, preferencialmente inferior a 1,6%, preferencialmente inferior a 1,5%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
[0025] - Em uma modalidade preferencial, o teor de TiO2 é preferencialmente superior a 0,6%, preferencialmente superior a 0,7%, preferencialmente superior a 0,8%, preferencialmente superior a 0,9%, preferencialmente superior a 1% e/ou preferencialmente inferior a 6,5%, preferencialmente inferior ou igual a 6%, preferencialmente inferior a 5,8%, preferencialmente inferior a 5,6%, preferencialmente inferior a 5,4%, preferencialmente inferior a 5,2%, preferencialmente inferior a 5%, preferencialmente inferior a 4,8%, preferencialmente inferior a 4,6%, preferencialmente inferior a 4,4%, preferencialmente inferior a 4,2%, preferencialmente inferior a 4%, preferencialmente inferior a 3,8%, preferencialmente inferior a 3,6%, preferencialmente inferior a 3,4%, preferencialmente inferior a 3,2%, preferencialmente inferior a 3%, preferencialmente inferior a 2,9%, preferencialmente inferior a 2,8%, preferencialmente inferior a 2,7%, preferencialmente inferior a 2,6%, preferencialmente inferior a 2,5%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
[0026] - Em uma modalidade preferencial, o teor somado de Cr2O3 + TiO2 é preferencialmente superior a 0,9%, preferencialmente superior a 1%, preferencialmente superior a 1,2%, preferencialmente superior a 1,4% e/ou inferior a 6,8%, preferencialmente inferior a 6,6%, preferencialmente inferior a 6,4%, preferencialmente inferior a 6,2%, preferencialmente inferior a 6%, preferencialmente inferior a 5,8%, preferencialmente inferior a 5,6%, preferencialmente inferior a 5,4%, preferencialmente inferior a 5,2%, preferencialmente inferior a 5%, preferencialmente inferior a 4,8%, preferencialmente inferior a 4,6%, preferencialmente inferior a 4,4%, preferencialmente inferior a 4,2%, preferencialmente inferior a 4%, preferencialmente inferior a 3,8%, preferencialmente inferior a 3,6%, preferencialmente inferior a 3,4%, preferencialmente inferior a 3,3%, preferencialmente inferior a 3,2%, preferencialmente inferior a 3%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
[0027] - Em uma modalidade, o teor de TiO2 é preferencialmente superior a 4%, preferencialmente superior a 4,5%, preferencialmente superior a 5,0% e/ou inferior a 6,5%, preferencialmente inferior a 6%, e o teor somado de Cr2O3 + TiO2 é preferencialmente superior a 4,4%, preferencialmente superior a 4,8%, preferencialmente superior a 5%, preferencialmente superior a 5,5%, preferencialmente superior a 5,8% e/ou inferior a 6,9%, preferencialmente inferior a 6,6%, preferencialmente inferior a 6,4%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
[0028] - O teor de "outros elementos" é preferencialmente inferior a 2,8%, preferencialmente inferior a 2,5%, preferencialmente inferior a 2,3%, preferencialmente inferior a 2%, preferencialmente inferior a 1,5%, preferencialmente inferior a 1%, como percentagens em peso com base nos óxidos. Particularmente:
[0029] O teor de SiO2 é preferencialmente inferior a 1,4%, preferencialmente inferior a 1,3%, preferencialmente inferior a 1,2%, preferencialmente inferior a 1%, preferencialmente inferior a 0,8%, preferencialmente inferior a 0,6%, como percentagens em peso com base nos óxidos, vantajosamente, as qualidades de desempenho do grão são, desse modo, melhoradas, e/ou
[0030] O teor de MgO é preferencialmente inferior a 0,5%, preferencialmente inferior a 0,4%, preferencialmente inferior a 0,3%, preferencialmente inferior a 0,2%, como percentagens em peso com base nos óxidos e/ou
[0031] O teor de CaO é preferencialmente inferior a 0,5%, preferencialmente inferior a 0,4%, preferencialmente inferior a 0,3%, preferencialmente inferior a 0,2%, como percentagens em peso com base nos óxidos e/ou
[0032] O teor de Na2O é preferencialmente inferior a 0,1%, preferencialmente inferior a 0,05%, preferencialmente inferior a 0,03%, preferencialmente inferior a 0,01%, como percentagens em peso com base nos óxidos; vantajosamente, as qualidades de desempenho do grão são, desse modo, melhoradas, e/ou
[0033] O teor somado de SiO2 + CaO + MgO é preferencialmente inferior a 1,3%, preferencialmente inferior a 1%, preferencialmente inferior a 0,8%, preferencialmente inferior a 0,6%, preferencialmente inferior a 0,5%.
[0034] - Os outros elementos são preferencialmente impurezas.
[0035] - O teor de óxidos é preferencialmente superior a 90%, preferencialmente superior a 95%, preferencialmente superior a 98%, preferencialmente superior a 99%, como percentagens em peso com base no peso do grão.
[0036] - O teor de carbono C é preferencialmente superior a 0,01%, preferencialmente superior a 0,03%, preferencialmente superior a 0,05% e/ou inferior a 0,6%, preferencialmente inferior a 0,5%, preferencialmente inferior a 0,4%, preferencialmente inferior a 0,3%, como percentagens em peso com base no peso do grão fundido.
[0037] A invenção também se refere a uma mistura de grãos compreendendo, como percentagens em peso, mais de 80%, preferencialmente mais de 90%, preferencialmente mais de 95%, preferencialmente mais de 99%, preferencialmente substancialmente 100%, de grãos abrasivos de acordo com a invenção.
[0038] Preferencialmente, a mistura de grãos de acordo com a invenção apresenta um tamanho máximo inferior a 4 mm e/ou um percentil 10 (Dio) superior a 50 μm.
[0039] Preferencialmente, a mistura de grãos de acordo com a invenção observa uma distribuição de tamanho de partícula de acordo com aqueles das misturas ou cascalhos medidos de acordo com o Padrão FEPA 43-GB-1984, R1993.
[0040] A invenção também se relaciona a um processo para a fabricação de uma mistura de grãos fundidos de acordo com a invenção, compreendendo as seguintes etapas sucessivas: a) misturar materiais de partida, de modo a formar uma matéria- prima, b) derreter as ditas matérias-primas até a obtenção de um material fundido, c) solidificar dito material fundido, d) opcionalmente e, particularmente, se a etapa c) não resultar em grãos sendo obtidos, moer dita massa sólida de modo a obter um pó de grãos, e) opcionalmente, a seleção do tamanho da partícula.
[0041] De acordo com a invenção, os materiais de partida são escolhidos na etapa a), de modo que a massa sólida obtida no final da etapa c) apresente uma composição em conformidade com aquela de um grão de acordo com a invenção.
[0042] A invenção também se refere a uma ferramenta abrasiva compreendendo grãos ligados por um ligante e aderidos, por exemplo, na forma de um rebolo, ou depositados em um suporte, por exemplo, depositados como uma camada sobre um suporte flexível, essa ferramenta sendo notável em que pelo menos uma porção, preferencialmente mais de 50%, preferencialmente mais de 70%, preferencialmente mais de 80%, preferencialmente mais de 90%, preferencialmente mais de 95%, preferencialmente mais de 99%, preferencialmente todos, dos ditos grãos estão de acordo com a invenção. A ferramenta abrasiva pode, particularmente, ser um rebolo de perfilamento ("truing"), um rebolo de precisão, um rebolo para afiação, um rebolo para recorte, um rebolo para a usinagem a partir do corpo, um rebolo para rebarbagem ou desbaste, um rebolo de regulagem, um rebolo portátil, um rebolo de fundição, um rebolo para brocas, um rebolo montado, um rebolo cilíndrico, um rebolo cone, um disco de rebolo ou um rebolo segmentado ou qualquer outro tipo de rebolo.
[0043] Geralmente, a invenção se refere ao uso de grãos de acordo com a invenção, particularmente em uma ferramenta abrasiva de acordo com a invenção, para abrasão.
Definições
[0044] - Os teores de óxidos de um grão de acordo com a invenção referem-se aos teores globais para cada um dos elementos químicos correspondentes, expressos na forma do óxido mais estável, de acordo com a convenção padrão da indústria; os subóxidos e, opcionalmente, nitretos, oxinitretos, carbonetos, oxicarbonetos, carbonitretos ou até mesmo as entidades metálicas nos elementos mencionados acima são, portanto, incluídos. O carbono faz parte dos "outros elementos"; o seu teor é, portanto, expresso pelo teor de CO2.
[0045] - O termo "impurezas" é entendido como os constituintes inevitáveis necessariamente introduzidos com os materiais de partida. Particularmente, os compostos que fazem parte do grupo dos óxidos, nitretos, oxinitretos, carbonetos, oxicarbonetos, carbonitretos e entidades metálicas de sódio e outros metais alcalinos, ferro e vanádio são impurezas. Pode ser feita menção, por meio de exemplos, a CaO, MgO ou Na2O. Óxido de háfnio não é considerado uma impureza.
[0046] - O termo "precursor" de um óxido é entendido como um constituinte capaz de prover dito óxido durante a fabricação de um grão ou de uma mistura de grãos de acordo com a invenção.
[0047] - O termo "grão fundido" ou, mais amplamente, "produto fundido" é entendido como um grão (ou produto) sólido obtido por solidificação, por resfriamento, de um material fundido.
[0048] - Um "material fundido" é um corpo, tornado líquido por aquecimento de uma matéria-prima, a qual pode compreender algumas partículas sólidas, mas em uma quantidade insuficiente para que elas sejam capazes de proporcionar estrutura para dito corpo. A fim de manter seu formato, um material fundido precisa ser contido dentro de um recipiente. Os produtos fundidos à base de óxidos de acordo com a invenção são convencionalmente obtidos por fusão a mais de 1400 °C.
[0049] - Os percentis ou "centis" 10 (D10), 50 (D50) e 99,5 (D99,5) de um pó são os tamanhos de partículas correspondentes às percentagens em peso, de 10%, de 50% e de 99,5%, respectivamente, sobre a curva de distribuição de tamanho de partícula cumulativa das partículas do pó, os tamanhos de partículas sendo categorizados por ordem crescente. Por exemplo, 10% em peso das partículas do pó têm um tamanho inferior a D10 e 90% das partículas em peso têm um tamanho superior a D10. Os percentis podem ser determinados usando uma distribuição de tamanho de partícula produzida usando-se um medidor de partículas a laser.
[0050] - "Tamanho máximo" refere-se ao percentil de 99,5 (D99,5) do dito pó.
[0051] - "Tamanho mediano" refere-se ao percentil de D50, isto é, ao tamanho que divide as partículas em primeira e segunda populações iguais em peso, estas primeira e segunda populações compreendendo apenas partículas apresentando um tamanho superior a, ou, respectivamente, inferior ao, tamanho mediano.
[0052] - Na presente descrição, a menos que mencionado de outra forma, todas as composições de um grão são dadas como percentagens em peso, com base no peso total dos óxidos do grão.
Descrição detalhada
[0053] A descrição a seguir é provida para fins ilustrativos e não limita a invenção.
[0054] Grãos fundidos de acordo com a invenção podem ser fabricados de acordo com as etapas mencionadas acima a) a e), que são convencionais para a fabricação de grãos de alumina-zircônia. Os parâmetros podem, por exemplo, tomar os valores do processo utilizado para os exemplos abaixo.
[0055] Na etapa a), materiais de partida são convencionalmente medidos, de modo a obter a composição desejada, e, em seguida, são misturados a fim de formar a matéria-prima.
[0056] Os metais Zr, Hf, Al e Ti na matéria-prima são encontrados substancialmente inteiros nos grãos fundidos.
[0057] No entanto, o elemento cromo pode ser parcialmente volatilizado, particularmente em uma forma de óxido, durante o derretimento. Uma pessoa versada na técnica sabe como, consequentemente, ajustar a composição da matéria-prima.
[0058] Os metais, Zr, Hf, Al, Cr e Ti são, preferencialmente, introduzidos na matéria-prima na forma de óxidos ZrO2, HfO2, Al2O3, Cr2O3 e TiO2. Eles também podem ser convencionalmente introduzidos na forma de precursores destes óxidos.
[0059] Em uma modalidade, a matéria-prima consiste em óxidos ZrO2, HfO2, Al2O3, Cr2O3 e TiO2 e/ou em precursores destes óxidos, e em uma fonte de carbono.
[0060] Preferencialmente, a matéria-prima compreende uma quantidade de carbono, preferencialmente na forma de coque, entre 1% e 4%, com base no peso da matéria-prima.
[0061] É considerado que um teor de "outros elementos" inferior a 3% nos grãos não suprima o efeito técnico provido pela invenção, contanto que SiO2 + CaO + MgO <; 1,5%.
[0062] Se SÍO2 + CaO + MgO > 1,5%, as qualidades de desempenho abrasivo serão inadequadas.
[0063] Os "outros elementos" são preferencialmente impurezas. Preferencialmente, o teor de impurezas é inferior a 2%, inferior a 1%, de fato até mesmo inferior a 0,5%.
[0064] Na etapa b), uso é preferencialmente feito de um forno elétrico a arco, preferencialmente de tipo Héroult com eletrodos de grafite, mas qualquer forno conhecido pode ser previsto, tal como um forno de indução ou um forno de plasma, contanto que ele torne possível derreter a matéria-prima. Os materiais de partida são, preferencialmente, derretidos em um ambiente redutor (particularmente com uma adição de uma fonte de carbono, por exemplo, coque de petróleo, piche ou carvão, ao forno), preferencialmente à pressão atmosférica.
[0065] Preferencialmente, é feito uso de um forno elétrico a arco, compreendendo um reservatório com uma capacidade de 80 litros, com uma energia de fusão antes de derramar pelo menos 1,5 kWh por kg de materiais de partida para uma potência de pelo menos 150 kW ou um forno elétrico a arco com uma capacidade diferente empregada em condições equivalentes. Uma pessoa versada na técnica sabe como determinar tais condições equivalentes.
[0066] Na etapa c), a refrigeração precisa ser rápida, isto é, de modo que o material fundido tenha sido completamente solidificado em menos de 3 minutos. Por exemplo, pode resultar de um derramamento dentro de moldes, como descrito em US 3 993 119, ou a partir de uma têmpera.
[0067] Se a etapa c) não possibilita obter um pó de grãos, ou se estes grãos não apresentam uma distribuição de tamanho de partícula adequada para a aplicação visada, uma moagem (etapa d)) pode ser realizada, de acordo com técnicas convencionais.
[0068] Na etapa e), se as etapas anteriores não possibilitarem a obtenção de um pó de grãos apresentando uma distribuição de tamanho de partícula adequada para a aplicação visada, uma seleção de tamanho de partícula, por exemplo, por peneiramento ou ciclonagem, poderá ser realizada.
[0069]
[0070] Os processos para a fabricação das ferramentas abrasivas de acordo com a invenção são bem conhecidos.
[0071] As ferramentas abrasivas aderidas, particularmente um rebolo, podem ser formadas por prensagem dentro de um formato de uma mistura de grãos abrasivos e de um ligante. Em uma ferramenta abrasiva de acordo com a invenção, o ligante pode ser vitrificado (por exemplo, um ligante consistindo em óxidos, essencialmente silicatos) ou orgânico. Um ligante orgânico é altamente adequado.
[0072] O ligante pode particularmente ser uma resina termofixa. Ele pode ser escolhido a partir do grupo que consiste em resinas fenólicas, epóxi, de acrilato, poliéster, poliamida, polibenzimidazol, poliuretano, fenóxi, fenol-furfural, anilina-formaldeído, ureia-formaldeído, cresol-aldeído, resorcinol-aldeído, ureia-aldeído ou melamina-formaldeído, e misturas destas.
[0073] Normalmente, o ligante representa entre 2% e 60%, preferencialmente entre 20% e 40%, em volume da mistura. O ligante também pode incorporar agentes preenchedores orgânicos ou inorgânicos, tais como agentes preenchedores inorgânicos hidratados (por exemplo, trihidrato de alumina ou boehmita) ou agentes preenchedores inorgânicos não hidratados (por exemplo, óxido de molibdênio), criolita, um halogênio, fluorspar, sulfeto de ferro, sulfeto de zinco, magnésia, carboneto de silício, cloreto de silício, cloreto de potássio, dicloreto de manganês, fluoroborato de zinco ou potássio, fluoroaluminato de potássio, óxido de cálcio, sulfato de potássio, um copolímero de cloreto de vinilideno e cloreto de vinila, cloreto de polivinilideno, cloreto de polivinila, fibras, sulfetos, cloretos, sulfatos, fluoretos e misturas destes. O ligante também pode conter fibras de reforço, tais como fibras de vidro.
Exemplos
[0074] Os exemplos não limitantes seguintes são dados com o propósito de ilustrar a invenção.
[0075] Os produtos dados como exemplos foram preparados a partir dos seguintes materiais de partida:
[0076] - Pó de alumina vendido sob o nome AR75 por Alteo, apresentando um teor de alumina superior a 99,4% e um teor de óxido de sódio inferior a 2500 ppm;
[0077] - Pó de zircônia possuindo um teor de zircônia médio superior a 85%, contendo em média 5% de sílica, um teor de alumina inferior a 10%, um teor de óxido de háfnio inferior a 2%, um teor de outros óxidos inferior a 1% e um tamanho máximo igual a 13 mm;
[0078] - Pó de óxido de titânio, "Rutile Sand Premium Grade", vendido pela Traxys FrancePra, apresentando um teor de TiO2 >; 95% e 80% em peso das partículas das quais apresentam um tamanho inferior a 106 μm;
[0079] - Pó de óxido de cromo pigmentado Cr2O3 vendido sob o nome Bayoxide® C GN-R por Lanxess, apresentando um teor de Cr2O3 superior a 98,5% em peso;
[0080] - Coque de piche vendido por Altichem, com um tamanho entre 1 e 4 mm.
[0081] Os grãos foram preparados de acordo com o seguinte processo convencional, bem conhecido por uma pessoa versada na técnica: a) misturar os materiais de partida, de modo a formar uma matéria-prima, b) derreter em um forno elétrico a arco de fase única de tipo Héroult compreendendo eletrodos de grafite, com um reservatório de forno possuindo uma capacidade de 80 litros e um diâmetro de 0,8 m, uma tensão de 145-150V, uma corrente de 1700 A e uma energia elétrica específica fornecida igual a 1,7 kWh/kg carregada, c) súbito resfriamento do material fundido por meio de um dispositivo para moldagem entre placas de metal finas, tais como aquelas apresentadas na patente US-A-3 993 119, de modo a obter uma folha completamente sólida, constituindo uma massa sólida, d) moagem da dita massa sólida resfriada na etapa c), de modo a obter uma mistura de grãos, e) seleção por peneiragem dos grãos entre 500 e 600 μm.
[082] As composições das matérias-primas, como percentagens em peso, utilizadas na etapa a) para a fabricação dos grãos dos diferentes exemplos são providas na tabela 1 a seguir.
Figure img0001
Tabela 1
[0083] A fim de avaliar as qualidades de desempenho e as vidas úteis das misturas de grãos, rebolos com diâmetro de 12,6 cm, contendo 1,02 gramas de grãos de cada exemplo, foram produzidos de acordo com o seguinte método: um disco feito de aço de classificação 4140, com um diâmetro de 12,6 cm e com uma espessura igual a 6 mm, é limpo. A face de borda do disco (que define a sua espessura) é então coberta com uma resina fenólica. Uma camada única de grãos de teste é subsequentemente depositada de maneira uniforme ao longo da dita resina, que ainda está suficientemente quente para permanecer pegajosa. Após secagem em um ciclo apresentando uma duração total igual a 17 horas e uma temperatura máxima alcançada igual a 175 °C, uma camada de resina fenólica é aplicada sobre os grãos de teste e, em seguida, o conjunto é colocado em um forno em um ciclo apresentando uma duração total igual a 17 horas e uma temperatura máxima alcançada igual a 175 °C, de modo a obter-se o rebolo de teste.
[0084] Placas feitas de aço inox 304, com dimensões de 20,5 cm x 7,6 cm x 6 cm, foram posteriormente usinadas na superfície com esses rebolos, com um movimento de ir-e-vir a uma velocidade constante, mantendo uma profundidade de corte constante de 40 μm e uma velocidade de rotação do rebolo de 3600 rev/min. A potência máxima desenvolvida pelo rebolo durante a usinagem, Pmáx, foi registrada.
[0085] Após o rebolo ter sido completamente desgastado, o peso do aço usinado (isto é, o peso do aço removido pelo processo de moagem), "Ma", e o peso do rebolo consumido, "Mm", foram medidos. A razão S é igual à razão Ma/Mm.
[0086] A eficiência de corte é determinada medindo-se a potência máxima desenvolvida pelo rebolo durante o teste de usinagem, Pmáx, e a vida útil do rebolo, tmáx, a vida útil de um rebolo sendo considerada como completa quando todos os grãos do rebolo tiverem sido consumidos.
[0087] As composições químicas de diferentes misturas de grãos testados são providas na tabela 2. Os resultados obtidos com estas misturas são providos na tabela 3.
[0088] Para realçar os respectivos efeitos do óxido de titânio e do óxido de cromo, os exemplos a serem comparados devem apresentar o mesmo teor total desses dois óxidos. Exemplo 1 deve, portanto, ser comparado com exemplo comparativo 1 ou exemplo comparativo 2. Exemplo 2 deve, assim, ser comparado com exemplo comparativo 3 ou exemplo comparativo 4. Exemplo 3 deve, portanto, ser comparado com exemplo comparativo 5 ou exemplo comparativo 6.
[0089] O percentual de melhoria na razão S é calculado pela seguinte fórmula: 100.(razão S do produto do exemplo considerado - razão S do produto do exemplo de referência)/razão S do produto do exemplo de referência, o exemplo de referência sendo exemplo comparativo 1 ou exemplo comparativo 2, por exemplo, 1, exemplo comparativo 3 ou exemplo comparativo 4, por exemplo, 2, e exemplo comparativo 5 ou exemplo comparativo 6, por exemplo, 3.
[0090] O percentual de redução na potência máxima desenvolvida pelo rebolo durante o teste, Pmáx, é calculado pela seguinte fórmula:
[0091] 100.(Pmáx com o produto do exemplo de referência - Pmáx com o produto do exemplo considerado)/Pmáx do produto do exemplo de referência,
[0092] o exemplo de referência sendo exemplo comparativo 1, exemplo comparativo 2, exemplo comparativo 3, exemplo comparativo 4, exemplo comparativo 5 ou exemplo comparativo 6, como para a determinação da percentagem de melhoria na razão S. Um valor positivo e alto para a percentagem de redução na potência máxima desenvolvida pelo rebolo durante o teste, Pmáx, é desejado.
[0093] A percentagem de melhoria na vida útil do rebolo, tmáx, é calculada pela seguinte fórmula:
[0094] 100. (tmáx do produto do exemplo considerado - tmáx do produto do exemplo de referência)/tmáx do produto do exemplo de referência, o exemplo de referência sendo exemplo comparativo 1, exemplo comparativo 2, exemplo comparativo 3, exemplo comparativo 4, exemplo comparativo 5 ou exemplo comparativo 6, como para a determinação da percentagem de melhoria na razão S. Um valor positivo e alto para a percentagem de melhoria na vida útil do rebolo, tmáx, é desejado.
[0095] Os resultados obtidos são resumidos nas seguintes tabelas 2, 3 e 4.
[0096] Exemplos comparativos 2, 4 e 6 são misturas de grãos de acordo com US 5 143 522 e exemplos comparativos 1, 3 e 5 são misturas de grãos de acordo com US 4 035 162.
[0097] Os grãos dos exemplos comparativos foram peneirados entre 500 e 600 μm.
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Tabela 2
[0098] Em todos os exemplos, Na2O <; 0,05%, MgO <; 0,05%, CaO <; 0,05%, SiO2 + CaO + MgO <; 0,8%, com base nos óxidos.
[0099] Carbono C sempre representa menos de 0,20% do peso dos grãos.
Figure img0003
Figure img0004
Tabela 3
Figure img0005
Tabela 4
[00100] Os inventores consideram que existe uma boa relação entre a razão S, a potência máxima desenvolvida pelo rebolo durante o teste de usinagem, Pmáx, e a vida útil do rebolo, tmáx, quando:
[00101] - por um lado, a razão S é idêntica ou superior aos produtos dos exemplos de referência, e
[00102] - por outro lado
[00103] - a potência máxima desenvolvida, Pmáx, é reduzida em pelo menos 5%, no que diz respeito aos produtos dos exemplos de referência, e/ou
[00104] - a vida útil do rebolo, tmáx, é melhorada em pelo menos 6%, no que diz respeito aos produtos dos exemplos de referência.
[00105] Preferencialmente, a razão S é melhorada em pelo menos 5%, preferencialmente em pelo menos 10%, preferencialmente em pelo menos 15%, preferencialmente em pelo menos 20%, de fato até mesmo em pelo menos 25% e/ou a potência máxima desenvolvida, Pmáx, é reduzida em pelo menos 10%, preferencialmente em pelo menos 15%, de fato até mesmo em pelo menos 20%, de fato até mesmo em pelo menos 25%, e/ou a vida útil do rebolo, tmáx, é melhorada em pelo menos 10%, preferencialmente em pelo menos 15%, de fato até mesmo em pelo menos 20%.
[00106] Uma comparação de exemplos 1 e comp1 mostra a importância de um teor de TiO2 mínimo, para uma soma Cr2O3 + TiO2 de aproximadamente 2,7%: a razão S é melhorada em 40%, Pmáx é reduzida em 23% e tmáx é melhorada em 14%.
[00107] Uma comparação de exemplos 2 e comp3 mostra a importância de um teor de TiO2 mínimo, para uma soma Cr2O3 + TiO2 de aproximadamente 2,1%: a razão S é melhorada em 56%, Pmáx é reduzida em 33% e tmáx é melhorada em 37%.
[00108] Uma comparação de exemplos 3 e comp5 também mostra a importância de um teor de TiO2 mínimo, para uma soma Cr2O3 + TiO2 de aproximadamente 7,0%: a razão S é melhorada em 25%, Pmáx é reduzida em 14% e tmáx é melhorada em 20%.
[00109] Uma comparação de exemplos 1 e comp2 mostra a importância de um teor de Cr2O3 mínimo: a razão S é melhorada em 3%, Pmáx é reduzida em 9% e tmáx é melhorada em 17%.
[00110] Uma comparação de exemplos 2 e comp4 também mostra a importância de um teor de Cr2O3mínimo: a razão S é melhorada em 5%, Pmáx é reduzida em 25% e tmáx é melhorada em 28%.
[00111] Uma comparação de exemplos 3 e comp6 também mostra a importância de um teor de Cr2O3 mínimo: a razão S é melhorada em 1%, Pmáx é reduzida em 13% e tmáx é melhorada em 22%.
[00112] Exemplos 1, 2 e 3 de acordo com a invenção, portanto, observam a relação desejada.
[00113] Essas comparações mostram claramente a vantagem da presença simultânea de Cr2O3 e TiO2 dentro dos intervalos reivindicados.
[00114] Como é agora evidente, a invenção provê uma mistura de grãos abrasivos de alumina-zircônia fundidos apresentando um desempenho abrasivo excepcional, uma resistência excepcional e uma eficiência de corte excepcional.
[00115] Certamente, a presente invenção não é, no entanto, limitada às modalidades descritas e representadas, as quais são providas por meio de exemplos ilustrativos e não limitantes.

Claims (17)

1. Grão fundido, caracterizado pelo fato de que apresenta a seguinte análise química, como percentagens em peso com base nos óxidos: ZrO2: 16% a 30%, contanto que HfO2 <; 2%, Al2O3: o restante para 100%, Cr2O3: > 0,2%, TiO2: > 0,5%, Cr2O3 + TiO2: <; 7%, Outros elementos: <; 3%, contanto que SiO2 + CaO + MgO <; 1,5%.
2. Grão, de acordo com a reivindicação anterior! caracterizado pelo fato de que C2O3 >; 0,4%.
3. Grão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anterioresa reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o teor de Cr2O3 é inferior ou igual a 4% e o teor de TiO2 é inferior ou igual a 6% como percentagens em peso com base nos óxidos.
4. Grão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anterioresl a 3, caracterizado pelo fato de que o teor de ZrO2 é superior a 18% e/ou em que o teor de Cr2O3 é superior a 0,5% e/ou em que o teor de TiO2 é superior a 0,8%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
5. Grão, de acordo com a reivindicação imediatamente anterior4, caracterizado pelo fato de que o teor de ZrO2 é superior a 20%, e/ou em que o teor de TiO2 é superior a 1%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
6. Grão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anterioresl a 5, _caracterizado pelo fato de que o teor de ZrO2 é inferior a 29%, e/ou em que o teor de C2O3 é inferior a 3,2%, e/ou em que o teor de TiO2 é inferior a 4,4%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
7. Grão, de acordo com a reivindicação imediatamente anterior6, caracterizado pelo fato de que o teor de ZrO2 é inferior a 27% e/ou em que o teor de Cr2O3 é inferior a 2,2% e/ou em que o teor de TiO2 é inferior a 2,8%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
8. Grão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anterioresl a 7, caracterizado pelo fato de que o teor somado de C2O3 + TiO2 é superior a 1,5% e inferior a 3,3%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
9. Grão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor de TiO2 é superior a 4% e inferior a 6,5%, e em que o teor somado de Cr2O3 + TiO2 é superior a 4,4% e preferencialmente inferior a 6,9%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
10. Grão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores1 a 9, caracterizado pelo fato de que o teor de outros elementos é inferior a 2%, preferencialmente inferior a 1%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
11. Grão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anterioresl a 10, caracterizado pelo fato de que o teor de SiO2 + CaO + MgO é inferior a 1%, preferencialmente inferior a 0,8%.
12. Grão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anterioresl a 11, caracterizado pelo fato de que o teor de SiO2 é inferior a 1%, e/ou o teor de MgO é inferior a 0,5%, e/ou o teor de CaO é inferior a 0,5%, e/ou o teor de Na2O é inferior a 0,1%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
13. Grão, de acordo com a reivindicação anterior12, caracterizado pelo fato de que o teor de SiO2 é inferior a 0,8%, e/ou o teor de MgO é inferior a 0,3%, e/ou o teor de CaO é inferior a 0,3%, e/ou o teor de Na2O é inferior a 0,05%, como percentagens em peso com base nos óxidos.
14. Mistura de grãos caracterizada pelo fato de que compreende, como percentagens em peso, mais de 80% de grãos abrasivos conforme definido em qualquer uma das reivindicações anterioresl a 13.
15. Ferramenta abrasiva caracterizada pelo fato de que compreende grãos ligados por um ligante, aderidos ou depositados sobre um suporte, pelo menos uma porção de ditos grãos sendo conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 13.
16. Ferramenta abrasiva, de acordo com a reivindicação anterior15, caracterizada pelo fato de que compreende mais de 80% de grãos conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 13.
17. Ferramenta abrasiva, de acordo com qualquer uma dasa reivindicações reivindicação 15 eou 16, caracterizada pelo fato de que é provida na forma de um rebolo.
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