ES2280353T3 - Herramienta de carburo cementado y metodo de fabricacion. - Google Patents

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Abstract

Inserto de corte recubierto que comprende: un sustrato sustancialmente totalmente denso fabricado sinterizando una masa compacta de polvos de partida en una atmósfera que contiene una presión parcial, e incluyendo los polvos de partida los siguientes componentes: un aglutinante seleccionado de uno o más de cobalto, níquel, hierro y sus aleaciones, tungsteno, carbono, y uno o más de los siguientes: titanio, tántalo, niobio, hafnio, zirconio, y vanadio; teniendo el sustrato una superficie de desprendimiento y una superficie lateral, existiendo un borde de corte en la intersección de las superficies de desprendimiento y lateral; teniendo el sustrato una zona de enriquecimiento con aglutinante no estratificado de una profundidad generalmente uniforme que empieza adyacente a y que se extiende hacia el interior desde el borde de corte y al menos una de la superficie de desprendimiento y la superficie lateral hacia una región principal que tiene una porosidad según la designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996) que es superior a C00; conteniendo la región principal del sustrato, nitrógeno en un primer nivel y conteniendo la zona de enriquecimiento con aglutinante, nitrógeno en un segundo nivel, siendo el primer nivel de nitrógeno inferior que el segundo nivel de nitrógeno; no mostrando la zona de enriquecimiento con aglutinante ninguna precipitación de carbono; y un recubrimiento sobre el borde de corte y al menos una parte de una o ambas de la superficie de desprendimiento y la superficie lateral del sustrato.

Description

Herramienta de carburo cementado y método de fabricación.
La invención se refiere a un método para fabricar una herramienta de corte de carburo cementado, así como la propia herramienta de corte de carburo cementado.
Antecedentes de la invención
Existen insertos de corte de carburo cementado (por ejemplo, materiales a base de carburo de tungsteno con un aglutinante de cobalto) que muestran una zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante no estratificado tal como se describe en el documento US-A-4.610.931 (y la patente reexpedida de los EE.UU. nº 34.180) y el documento US-A-5.955.186.
El documento WO 93/17140 describe insertos de carburo cementado de recubrimiento con una zona de superficie enriquecida con fase de aglutinante y un proceso para fabricar los mismos. Un compacto sin tratar fabricado a partir de una mezcla en polvo se calienta hasta 450ºC para desparafinar, luego se sinteriza a vacío o en una atmósfera inerte a presión de nitrógeno muy baja que emana de un material que contiene nitrógeno presente en la mezcla en polvo. Se lleva a cabo una etapa de mantenimiento de la sinterización bajo un gas protector de argón a 1.450°C durante una hora. Después de sinterizar, se efectúa un enfriamiento con un mantenimiento de 30 minutos a 1.375°C a una presión parcial de nitrógeno después del que se continúa el enfriamiento en nitrógeno hasta 1.200°C en el que se realiza un cambio de gas a argón. El cuerpo sinterizado resultante tiene sobre la superficie del mismo partículas de fase cúbica junto con cobalto, carburo de tungsteno y grafito. La parte principal interna del inserto resultante muestra porosidad de tipo C.
El documento US-A-5 955 186 y su homólogo europeo EP-B-932 705 describen un inserto de corte revestido con un sustrato de porosidad C que tiene enriquecimiento con aglutinante superficial no estratificado, y un proceso para producir el mismo, en el que se sinterizan polvos comprimidos sin tratar a 1.456°C durante aproximadamente 30 minutos bajo vacío y luego se deja enfriar en el horno. En una etapa de tratamiento con calor después de la sinterización, después de pulir las caras de desprendimiento de las piezas en bruto de inserto de corte, se vuelven a calentar los cuerpos sinterizados y pulidos a 1.456°C durante aproximadamente 60 minutos bajo vacío seguido de un enfriamiento controlado de 56°C/h hasta alcanzar una temperatura objetivo de 1.149°C. la porosidad principal de los insertos de corte resultantes es superior a C00 mientras que la zona de enriquecimiento con aglutinante no estratificado tiene una porosidad de tipo A.
El documento US-A-4.548.786 describe un proceso para fabricar un inserto de corte de carburo cementado con enriquecimiento con aglutinante superficial en el que se expone una pieza en bruto desparafinada que no contiene nitrógeno durante el proceso de calentamiento a una atmósfera con una presión parcial de nitrógeno. El documento WO 98/16665 describe un inserto de corte de carburo cementado con enriquecimiento con aglutinante superficial que usa una atmósfera de nitrógeno durante una parte del proceso. El documento EP-B-0 569 696 se refiere a un inserto de corte de carburo cementado que contiene zirconio y/o hafnio y que tiene una zona de enriquecimiento con aglutinante superficial debajo del borde cortante. El documento EP-B-0 603 143 describe un método para producir un carburo cementado revestido con una zona de enriquecimiento con aglutinante estratificado que incluye sinterizar un cuerpo compacto que contiene nitrógeno en una atmósfera inerte (o un vacío) seguido por un enfriamiento a una velocidad específica.
El inserto de corte revestido de grado KC850 de Kennametal (KC850 es una marca comercial registrada de Kennametal Inc. de Latrobe, Pennsylvania, EE.UU., para insertos de corte) tiene una zona de enriquecimiento con aglutinante estratificado. El artículo de Nemeth et al. titulado "The Microstructural Features and Cutting Performance of the High Edge Strength Kennametal Grade KC850", Proceedings of Tenth Plansee Seminar, Reutte, Tirol, Austria, Metalwerke Plansee A.G. (1981), páginas 613-627 describe el inserto de corte de grado KC850 de Kennametal. El artículo por Kobori et al. titulado "Binder Enriched Layer Formed Near the Surface of Cemented Carbide", Funtai oyobi Funtai Yakin, Volumen 34, nº 3, páginas 129-132 (1987) describe el enriquecimiento con aglutinante estratificado.
Otros artículos discuten la existencia de una zona de enriquecimiento con aglutinante en carburos cementados. Estos artículos incluyen Schwarzkopf et al., "Kinetics of Compositional Modification of (W,Ti)C-WC-Co Alloy Surfaces", Materials Science and Engineering, A105/106 (1988) páginas 225-231, Gustafson et al., "Binder-Phase Enrichment by Dissolution of Cubic Carbides", Int. J. of Refractory Metals & Hard Materials, 12 (1993-1994), páginas 129-136, Suzuki et al., "The B-Free Layer Formed Near the Surface of Sintered WC-B-Co Alloy Containing Nitrogen", Nippon Kinzoku Gakkaishi, volumen. 45, nº 1 (1981), páginas 95-99, y Suzuki et al., "The B-Free Layer Formed Near the Surface of Vacuum-Sintered WC-B-Co Alloys Containing Nitrogen", Transactions of the Japan Institute of Metals, volumen 22, nº 11 (1981), páginas 758-764.
Mientras que algunos de los artículos, patentes y productos anteriores describen o comprenden insertos de corte que muestran un funcionamiento adecuado, se mantiene una necesidad de desarrollar procesos que producen productos (y los propios productos) que tienen mejores propiedades. A este respecto, sería deseable proporcionar un proceso (y el producto resultante) que sinteriza la pieza en bruto en una atmósfera que tiene casi siempre al menos una presión parcial de modo que puede controlarse la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante. Tal proceso proporcionaría un equilibrio óptimo entre la resistencia del borde y la resistencia a la deformación del sustrato. Tal proceso proporcionaría también una consistencia excelente en la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante para las partes durante el calor.
También sería deseable proporcionar un proceso, así como el producto resultante, en el que no hay precipitación de carbono en la zona de enriquecimiento con aglutinante, especialmente en un sustrato que tiene una porosidad de núcleo superior a C00 según la designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996). La ausencia de tal precipitación de carbono potenciaría la adhesión del recubrimiento al sustrato.
Sería ventajoso proporcionar un carburo cementado en estado sinterizado que muestra una zona superficial de enriquecimiento con aglutinante no estratificado (o esencialmente enriquecimiento con aglutinante no estratificado lo que quiere decir que la mayoría del enriquecimiento con aglutinante es del tipo no estratificado con una ligera (o pequeña) cantidad de enriquecimiento con aglutinante estratificado) en el que hay un endurecimiento en disolución sólida potenciado. A este respecto, un sustrato de carburo de tungsteno (cobalto) cementado que tiene átomos de nitrógeno presentes en los intersticios de los átomos de cobalto facilita el endurecimiento en disolución sólida. La potenciación del endurecimiento en disolución sólida es especialmente cierta para un sustrato que con una región principal que muestra una porosidad superior a C00 según la designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996). En tal caso, el radio atómico del nitrógeno (aproximadamente 0,75 Ángstrom) es inferior al radio atómico del carbono (aproximadamente 0,91 Ángstrom).
Sería ventajoso para aplicar un recubrimiento, y especialmente un recubrimiento que contiene nitrógeno (por ejemplo, nitruro de titanio o carbonitruro de titanio), directamente sobre la superficie de un sustrato que contiene nitrógeno. En el caso de la aplicación de un recubrimiento de nitruro de titanio sobre la superficie de un sustrato que tiene una región principal con una porosidad no superior a C00 según la designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996), la presencia de nitrógeno promovería la nucleación de nitruro de titanio. En el caso de la aplicación de carbonitruro de titanio a la superficie de un sustrato con una región principal que muestra una porosidad superior a C00 según la designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996), la presencia de carbono y nitrógeno ayudaría a promover la nucleación de carbonitruro de titanio.
Se cree que con la presencia de nitrógeno adicional en el aglutinante de cobalto para un sustrato de carburo de tungsteno (cobalto) cementado que tiene una zona superficial de enriquecimiento con cobalto, hay un incremento en la afinidad química entre el sustrato y un recubrimiento que contiene nitrógeno, tal como, por ejemplo, nitruro de titanio o carbonitruro de titanio. Se cree que tal incremento en la afinidad química llevaría a un incremento en la adhesión del recubrimiento al sustrato.
Se cree que un incremento en la disponibilidad de nitrógeno en el cobalto cerca de la superficie del sustrato reduciría el potencial para la formación de una fase eta frágil en la interfase entre el recubrimiento y el sustrato. La reducción en el potencial para formar una fase eta permite el uso de sustratos que tienen contenidos en carbono inferiores.
Se cree que un contenido en nitrógeno mayor en el sustrato también daría como resultado una disminución del tamaño de los granos del carburo de tungsteno. Un incremento en el contenido de N/(C+N) llevaría a una disminución el tamaño de grano del carburo de tungsteno. El contenido de la fase de carburo de tungsteno en la microestructura aumentaría hasta un máximo según aumenta la razón N/(C+N).
Por tanto puede verse que existe una creencia de que sería ventajoso para proporcionar un sustrato de carburo de tungsteno (cobalto) cementado en estado sinterizado que tiene un contenido en nitrógeno mayor. El mayor contenido en nitrógeno aumentaría la resistencia a la adhesión entre el recubrimiento (especialmente un recubrimiento tal como nitruro de titanio y carbonitruro de titanio) y el sustrato. El mayor contenido de nitrógeno en el aglutinante de cobalto cerca de la superficie del sustrato reduciría el potencial para la formación de una fase eta frágil en la interfase recubrimiento-sustrato. El mayor contenido en nitrógeno disminuiría el tamaño de grano del carburo de tungsteno.
Normalmente, ha sido necesario usar composiciones diferentes del polvo de partida para producir o bien un sustrato en estado sinterizado que muestra una zona superficial de enriquecimiento con aglutinante o bien un sustrato en estado sinterizado en el que hay una ausencia de una zona superficial de enriquecimiento con aglutinante. Como puede apreciarse, hay un aumento en el coste asociado con almacenar (y/o fabricar) dos o más composiciones diferentes en polvo de partida comparado con el coste de almacenar (y/o fabricar) sólo una composición en polvo de partida. Desde un punto de vista de la producción, sería ventajoso proporcionar un proceso que utilizara una composición en polvo de partida única para producir selectivamente o bien un sustrato en estado sinterizado de una calidad comercial con una zona superficial de enriquecimiento con aglutinante o bien un sustrato en estado sinterizado de una calidad comercial que no tiene una zona superficial de enriquecimiento con aglutinante.
Sumario de la invención
La invención es un inserto de corte revestido tal como se reivindica en la reivindicación 1 y un método para fabricar el mismo tal como se reivindica en la reivindicación 3.
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Según una realización preferida, la invención es un inserto de corte revestido que comprende un sustrato sustancialmente totalmente denso fabricado sinterizando una masa compacta en polvo de partida en una atmósfera que contiene una presión parcial de nitrógeno. Los polvos de partida incluyen los siguientes componentes: un aglutinante seleccionado de uno o más de cobalto, níquel, hierro y sus aleaciones en los que el aglutinante está presente entre aproximadamente el 3 por ciento en peso y aproximadamente el 12 por ciento en peso, hasta aproximadamente el 95 por ciento en peso de tungsteno, hasta aproximadamente el 7 por ciento en peso de carbono, y hasta aproximadamente el 13 por ciento en peso de uno o más de los siguientes componentes: titanio, tántalo, niobio, hafnio, zirconio, y vanadio. El sustrato tiene una superficie de desprendimiento y una superficie lateral, y hay un borde cortante que está en la intersección de las superficies de desprendimiento y lateral. El sustrato tiene una zona de enriquecimiento con aglutinante no estratificado de una profundidad uniforme generalmente que empieza adyacente a y se extiende hacia el interior desde el borde cortante y al menos una de la superficie de desprendimiento y la superficie lateral hacia una región principal. La zona de enriquecimiento con aglutinante tiene un contenido en nitrógeno, y la región principal del sustrato tiene un alto contenido en nitrógeno. Hay un recubrimiento sobre el borde cortante y al menos una parte de una o ambas de la superficie de desprendimiento y la superficie lateral del sustrato.
En otra forma de la misma, la invención es un método para fabricar un inserto de corte de carburo cementado revestido que comprende las etapas de: mezclar los polvos de partida para formar una mezcla en polvo de partida en la que los polvos contienen los siguientes componentes: un aglutinante seleccionado de uno o más de cobalto, níquel, hierro y sus aleaciones, tungsteno, carbono, y uno o más de los siguientes: titanio, tántalo, niobio, hafnio, zirconio, y vanadio; prensar la mezcla en polvo de partida para formar una pieza en bruto de inserto de corte sin tratar; desparafinar la pieza en bruto de inserto de corte sin tratar para formar una pieza en bruto de inserto de corte desparafinada; calentar para sinterizar la pieza en bruto de inserto de corte desparafinada desde aproximadamente la temperatura de desparafinado máxima hasta al menos una temperatura de cierre de poro en una atmósfera que tiene una primera presión parcial de nitrógeno durante sustancialmente toda la etapa entera de calentamiento para sinterización para formar una pieza en bruto de inserto de corte presinterizada; mantener para sinterizar la pieza en bruto de inserto de corte presinterizada a una temperatura de mantenimiento de la sinterización en un atmósfera que tiene una segunda presión parcial de nitrógeno durante sustancialmente toda la etapa de mantenimiento de la sinterización para formar una pieza en bruto de inserto de corte sinterizada en la que la segunda presión parcial de nitrógeno es superior a la primera presión parcial de nitrógeno; enfriar la pieza en bruto de inserto de corte sinterizada desde la temperatura de sinterización hasta una temperatura objetivo inferior a la temperatura eutéctica para formar un sustrato de inserto de corte en estado sinterizado que tiene una superficie periférica con una zona de enriquecimiento con aglutinante no estratificado que empieza adyacente a y se extiende hacia el interior hacia una región principal del sustrato; y revestir el sustrato de inserto de corte en estado sinterizado con un recubrimiento que comprende una o más capas incluyendo una capa base sobre la superficie del sustrato, y comprendiendo la capa base un material que contiene nitrógeno.
Breve descripción de los dibujos
Lo siguiente es una breve descripción de los dibujos que forman parte de esta solicitud de patente:
la figura 1 es una vista isométrica de una realización específica de un estilo SPGN 432 del inserto de corte;
la figura 2 es una vista transversal del inserto de corte de la figura 1 tomada a lo largo de la línea de sección 2-2 de la figura 1;
la figura 3 es una vista isométrica de una realización específica de un estilo SNG 433 del inserto de corte;
la figura 4 es una vista transversal del inserto de corte de la figura 3 tomada a lo largo de la línea de sección 4-4 de la figura 3;
la figura 5 es un perfil de cobalto que muestra una concentración de cobalto con respecto a la concentración de cobalto principal tal como se mide mediante una técnica de análisis de barrido de línea de rayos X por dispersión de energía (EDX) a distancias seleccionadas en micrómetros desde la superficie periférica del sustrato de inserto de corte en estado sinterizado realizado según el ejemplo nº 1 del presente documento;
la figura 6 es una fotomicrografía (a una ampliación de 1500X) que muestra la microestructura cerca de la superficie del sustrato de inserto de corte en estado sinterizado realizado según el ejemplo nº 1 del presente documento; y
la figura 7 es una fotomicrografía (a una ampliación de 1500X) que muestra la microestructura cerca de la superficie del sustrato de inserto de corte en estado sinterizado realizado según el ejemplo nº 6 del presente documento;
la figura 8 es una fotomicrografía (a una ampliación de 1200 X) que muestra la microestructura en la esquina de un sustrato de inserto de corte en estado sinterizado realizado según el ejemplo 1;
la figura 9 es una fotomicrografía, que tiene un indicador de distancia de 10 micrómetros que muestra la microestructura cerca de la superficie del sustrato de inserto de corte en estado sinterizado realizado según el ejemplo X207-1 del presente documento;
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la figura 10 es una fotomicrografía, que tiene un indicador de distancia de 10 micrómetros que muestra la microestructura cerca de la superficie del sustrato de inserto de corte en estado sinterizado realizado según el ejemplo X207-2 del presente documento;
la figura 11 es una fotomicrografía, que tiene un indicador de distancia de 10 micrómetros que muestra la microestructura cerca de la superficie del sustrato de inserto de corte en estado sinterizado realizado según el ejemplo X207-3 del presente documento.
Descripción detallada de la invención
Haciendo referencia a las figuras de los dibujos, la figura 1 ilustra una realización específica de un inserto de corte orientado designado generalmente como 20. El inserto 20 de corte tiene bordes 22 cortantes en la coyuntura (o intersección) de la cara 24 de desprendimiento y las caras 26 laterales. Aunque el inserto de corte mostrado en la figura 1 es un estilo SPGN 432 del inserto de corte con un borde cortante afilado, se contempla por los solicitantes que la presente invención incluye otros estilos del insertos de corte con o sin bordes cortantes afilados.
Tal como se ilustra en la figura 2, los dos componentes básicos del inserto 20 de corte son el sustrato 30 y el recubrimiento 32 en la que el recubrimiento 32 (tal como se muestra entre paréntesis) puede comprender una o más capas. El sustrato 30 tiene una superficie 36 de desprendimiento y una superficie 38 lateral que se cortan para formar un borde 40 cortante de sustrato (o esquina). La superficie 36 de desprendimiento y las superficies 38 laterales comprenden las superficies periféricas del sustrato 30. El sustrato 30 tiene una zona 42 de enriquecimiento con aglutinante que empieza en las superficies periféricas del mismo y se extiende hacia el interior desde la superficie 36 de desprendimiento una distancia "A" (véase la figura 2) y desde la superficie 38 lateral una distancia "B". Aunque en la realización específica de las figuras 1 y 2 la zona de enriquecimiento con aglutinante se extiende desde la superficie periférica, se contempla por los solicitantes que en algunas circunstancias la zona de enriquecimiento con aglutinante puede extenderse hacia el interior empezando cerca (pero no en [por ejemplo, ligeramente por debajo]) de la superficie periférica del sustrato.
En la realización específica de las figuras 1 y 2 las distancias "A" y "B" son esencialmente aproximadamente iguales, pero dependiendo de la solicitud la magnitud de las distancias "A" y "B" puede no ser siempre igual. La zona de enriquecimiento con aglutinante se extiende hacia el interior desde el borde cortante una distancia "C" que se ilustra como superior a o bien la distancia "A" o bien la distancia "B"; sin embargo, se contempla por los solicitantes que este puede no ser siempre el caso. En otras circunstancias cada una de las distancias "A" y "B" pueden ser superiores a la distancia "C" o una o la otra de las distancias "A" y "B" puede ser superior a la distancia "C".
La zona 42 de enriquecimiento con aglutinante puede comprender o bien un tipo no estratificado de enriquecimiento con aglutinante o bien un tipo esencialmente no estratificado de enriquecimiento con aglutinante. Enriquecimiento con aglutinante esencialmente no estratificado quiere decir que la mayoría del enriquecimiento es del tipo no estratificado con una ligera presencia de enriquecimiento con aglutinante estratificado. El tipo no estratificado de enriquecimiento con aglutinante es de naturaleza generalmente homogénea. Se distingue el enriquecimiento con aglutinante no estratificado del enriquecimiento con aglutinante estratificado en que se forma el aglutinante como capas una sobre la otra. El enriquecimiento con aglutinante estratificado es un objeto de discusión en el artículo de Kobori et al. y el artículo de Nemeth et al. mencionados anteriormente, cada uno de los cuales se incorpora al presente documento como referencia en el presente documento.
En una realización preferida, el sustrato 30 es un material de carburo cementado a base de carburo de tungsteno que contiene al menos aproximadamente el setenta por ciento en peso de carburo de tungsteno, y más preferiblemente, al menos aproximadamente el ochenta por ciento en peso de carburo de tungsteno. El aglutinante es preferiblemente cobalto o una aleación de cobalto; sin embargo, el aglutinante puede comprender hierro y/o níquel y sus aleaciones. Cuando el aglutinante es cobalto (o una aleación de cobalto), la concentración de cobalto preferible para el sustrato principal, es decir, la concentración de cobalto en la región principal del sustrato, está entre aproximadamente el tres por ciento en peso y aproximadamente el doce por ciento en peso. La concentración de cobalto más preferible para el sustrato principal está entre aproximadamente el cinco por ciento en peso y aproximadamente el ocho por ciento en peso. Incluso más preferiblemente, la concentración de cobalto para el sustrato principal está entre aproximadamente el 5,6 por ciento en peso y aproximadamente el 7,5 por ciento en peso. Debe apreciarse que el contenido en cobalto específico del inserto de corte dependerá de la aplicación específica para el inserto de corte.
El sustrato 30 contiene también lo más preferiblemente carburos en disolución sólida y/o carbonitruros en disolución sólida. Más específicamente, los elementos que forman el carburo en disolución sólida y/o el carbonitruro en disolución sólida (por ejemplo, titanio, tántalo, niobio, hafnio, zirconio, vanadio) forman estas disoluciones sólidas entre sí y/o con tungsteno. Los elementos más preferibles para formar carburos en disolución sólida y/o carbonitruros en disolución sólida son titanio, tántalo y niobio. Se prefiere que la suma del contenido en tántalo y el contenido en niobio esté entre aproximadamente el tres por ciento en peso y aproximadamente el siete por ciento en peso, y el contenido de titanio está entre aproximadamente el 0,5 por ciento en peso y aproximadamente el cinco por ciento en peso. Lo más preferiblemente, la suma del contenido en tántalo y el contenido en niobio está entre el 5,0 por ciento en peso y aproximadamente el 5,9 por ciento en peso, y el contenido en titanio está entre aproximadamente el 1,7 por ciento en peso y aproximadamente el 2,3 por ciento en peso.
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En una realización específica, la mezcla en polvo de partida no contiene ninguna cantidad eficaz de nitrógeno en la que una cantidad eficaz de nitrógeno es la cantidad mínima de nitrógeno que provocará que se produzca cualquier cantidad de enriquecimiento con aglutinante medible (o perceptible). Por tanto, para esta realización, la única fuente de nitrógeno para la formación de cualquier carbonitruro durante el proceso de sinterización, y posiblemente presente en el sustrato 30 en estado sinterizado, proviene del nitrógeno en la atmósfera a la que se expone el sustrato durante el proceso de sinterización. Sin embargo, tal como se describe a continuación en el presente documento, otra realización específica contiene nitrógeno en la mezcla en polvo de partida.
En la zona de enriquecimiento con aglutinante, los carburos y/o carbonitruros en disolución sólida se han empobrecido total, o en algunos casos parcialmente, de tal forma que el carburo de tungsteno y el cobalto comprende la mayoría (y en algunos casos todo) de la composición de la zona de enriquecimiento con aglutinante. Se cree generalmente que un nivel inferior de carburos y/o carbonitruros en disolución sólida da como resultado un aumento en la resistencia (o tenacidad) de borde.
También la zona de enriquecimiento con aglutinante generalmente no contiene nada de carbono libre porque existe una ausencia de cualquier partícula de carbono (es decir, penetración de carbono o precipitación de carbono) en la zona de enriquecimiento con aglutinante. La presencia de precipitación de carbono en la zona de enriquecimiento con aglutinante puede dar como resultado poca adhesión del recubrimiento al sustrato de tal manera que es deseable la ausencia de precipitación de carbono.
En la zona de enriquecimiento con aglutinante, la concentración de aglutinante (por ejemplo, cobalto o una aleación de cobalto) debe alcanzar preferiblemente un valor máximo que está entre aproximadamente un ciento veinticinco por ciento y aproximadamente el trescientos por ciento de la concentración de aglutinante en la región principal del sustrato, es decir, el sustrato principal. Un intervalo más preferible del máximo nivel de concentración de aglutinante en la zona de enriquecimiento con aglutinante está entre aproximadamente un ciento veinticinco por ciento y aproximadamente el trescientos por ciento de la concentración de aglutinante en el sustrato principal. El intervalo más preferible del máximo nivel de concentración de aglutinante en la zona de enriquecimiento con aglutinante está entre aproximadamente el doscientos por ciento y aproximadamente el doscientos cincuenta por ciento de la concentración de aglutinante en el sustrato principal.
La zona de enriquecimiento con aglutinante empieza preferiblemente en y se extiende hacia el interior desde la(s) superficie(s) periférica(s) del sustrato. Sin embargo, en algunos casos, puede haber una capa delgada adyacente a la(s) superficie(s) periférica(s) en la que se ha reducido (o incluso eliminado) la concentración de aglutinante debido a la evaporación de aglutinante. En tal caso, la zona de enriquecimiento con aglutinante empieza cerca de la superficie periférica y se extiende hacia el interior desde la misma. Se considera por los solicitantes que la caracterización de que la zona de enriquecimiento con aglutinante empieza adyacente a la(s) superficie(s) significa que la zona de enriquecimiento con aglutinante empieza o bien en o cerca de la(s) superficie(s).
El espesor de la zona de enriquecimiento con aglutinante puede extenderse hacia el interior empezando en o cerca de la superficie periférica (por ejemplo, la superficie de desprendimiento, la superficie lateral, y/o el borde de corte) una distancia de hasta aproximadamente cincuenta micrómetros. Un intervalo preferido del espesor de la zona de enriquecimiento con aglutinante está entre aproximadamente cinco micrómetros hasta aproximadamente cincuenta micrómetros. Un intervalo más preferido está entre aproximadamente diez micrómetros y aproximadamente cuarenta micrómetros. El intervalo más preferido está entre aproximadamente veinte micrómetros y aproximadamente treinta micrómetros. En la selección de la profundidad preferida de la zona de enriquecimiento con aglutinante, se equilibra normalmente la resistencia a la deformación y la resistencia del borde del sustrato. La resistencia del borde aumenta, pero la resistencia a la deformación disminuye, con un aumento en la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante.
Es deseable poder proporcionar un procedimiento para fabricar el sustrato de inserto de corte en estado sinterizado mediante el que pueda controlarse el espesor de la zona de enriquecimiento con aglutinante. Variando los parámetros del procedimiento (por ejemplo, la magnitud de la presión parcial de nitrógeno en la atmósfera, la temperatura, la duración) junto con la composición de los polvos de partida, puede controlarse la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante tanto en las superficies lisas (por ejemplo, la superficie de desprendimiento y la superficie lateral) como en el/los borde(s) de corte del sustrato de inserto de corte en estado sinterizado.
Controlando los parámetros del procedimiento, también puede controlarse la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante. Se cree también que el control de los parámetros del procedimiento debe controlar el contenido en nitrógeno en el sustrato. Controlando el contenido en nitrógeno, debe poder proporcionarse un sustrato que tiene un contenido en nitrógeno alto de manera deseable en la región principal del mismo y un contenido en nitrógeno alto de manera deseable en la zona superficial de enriquecimiento con aglutinante del mismo.
Tal como se ilustra en las figuras 1 y 2, unido sobre la superficie periférica del sustrato hay un recubrimiento 32 duro que tiene tres capas. Estas capas comprenden la capa 52 base aplicada directamente a la superficie periférica del sustrato, la capa 54 intermedia aplicada a la superficie de la capa 52 base y la capa 56 exterior aplicada directamente a la superficie de la capa 54 intermedia. Aunque la figura 2 ilustra que cada una de estas capas es de un espesor diferente, debe apreciarse que se contempla por los solicitantes que el espesor de cada capa, el número específico de capas, y la composición de cada capa pueden variar dependiendo de la aplicación específica para el inserto de corte.
Un esquema de recubrimiento preferido comprende una capa base de carbonitruro de titanio de 4,5 micrómetros de espesor aplicada a la superficie del sustrato, una capa intermedia de alúmina (alfa) de 8,5 micrómetros de espesor aplicada a la superficie de la capa base, y una capa exterior de carbonitruro de titanio y nitruro de titanio de 1,5 de espesor aplicada a la superficie de la capa intermedia, en el que se aplican todas las capas anteriores mediante deposición química en fase de vapor (CVD). Otro esquema de recubrimiento preferido comprende una capa base de nitruro de titanio que tiene 0,5 micrómetros de espesor aplicada mediante CVD a la superficie del sustrato, una capa de carbonitruro de titanio de 7 micrómetros de espesor aplicada mediante deposición química en fase de vapor a temperatura moderada (MT-CVD) a la superficie de la capa base, una capa de carbonitruro de titanio de 0,5 micrómetros de espesor aplicada mediante CVD a la superficie de la capa de MT-CVD de carbonitruro de titanio, una capa de alúmina (kappa) de 4 micrómetros de espesor aplicada mediante CVD a la superficie de la capa de carbonitruro de titanio de CVD, y una capa ex-
terior de nitruro de titanio de 1 micrómetro de espesor aplicada mediante CVD a la superficie de la capa de alúmina.
Además de las composiciones anteriores, composiciones a modo de ejemplo para estas capas incluyen nitruro de aluminio y titanio aplicado mediante deposición física en fase de vapor (PVD), diboruro de titanio aplicado mediante PVD, carburo de titanio, y otros materiales adecuados para su uso como un recubrimiento para insertos de corte. Estas capas de recubrimiento pueden aplicarse mediante una o más técnicas conocidas que incluyen, sin limitación, técnicas de PVD, CVD y/o MT-CVD.
Tal como se ilustra en la figura 2, para un inserto 20 de corte usado en aplicaciones de fresado, se prefiere que la zona 42 de enriquecimiento con aglutinante se extienda hacia el interior desde la superficie 36 de desprendimiento y las superficies 38 laterales del sustrato. La zona 42 de enriquecimiento con aglutinante es generalmente paralela a la superficie 36 de desprendimiento y las superficies 38 laterales del sustrato. La zona de enriquecimiento con aglutinante también se extiende hacia el interior desde el borde 40 de corte del sustrato.
En otras aplicaciones de eliminación de material, tales como, por ejemplo, torneado, se prefiere que la zona de enriquecimiento con aglutinante esté presente sólo en la superficie de desprendimiento del sustrato, es decir, la zona de enriquecimiento con aglutinante sólo se extiende hacia el interior empezando en o cerca de la superficie de desprendimiento del sustrato de inserto de corte. En tal caso, es normal que se haya eliminado la zona de enriquecimiento con aglutinante mediante pulido (o similar) de las otras superficies (por ejemplo, la superficie lateral) de sustrato de inserto de corte al completar el proceso de consolidación.
Haciendo referencia a las figuras 3 y 4, el inserto de corte designado generalmente como 70 tiene cuatro caras 72 laterales que cortan una cara 74 de desprendimiento (superior) y otra cara de desprendimiento (inferior) para formar ocho bordes 78 de corte. El inserto 70 de corte tiene un sustrato designado generalmente como 79 (véase la figura 4) con una superficie periférica en el que la superficie periférica incluye una superficie 80 de desprendimiento y una superficie 82 lateral pulida. El sustrato 79 tiene una región 84 principal, que comprende una mayoría del volumen del sustrato 79. El sustrato 79 tiene además una zona 86 de enriquecimiento con aglutinante que se extiende hacia el interior desde la superficie 80 de desprendimiento del sustrato 79. Cualquier zona de enriquecimiento con aglutinante está ausente de cualquier parte de la región principal cerca de las superficies 82 laterales.
El sustrato 79 para el inserto 70 de corte tiene esencialmente la misma composición que la composición del sustrato 30 de la primera realización del inserto 20 de corte. Los niveles de enriquecimiento con aglutinante en la zona 86 de enriquecimiento con aglutinante son esencialmente los mismos que aquellos niveles de enriquecimiento con aglutinante que están en la zona 42 de enriquecimiento con aglutinante de la primera realización del inserto 20 de corte. El esquema de recubrimiento básico, que se muestra con una llave 90, es esencialmente el mismo que el esquema 32 de recubrimiento para la primera realización del inserto 20 de corte de modo que tiene una capa 92 base, una capa 94 intermedia, y una capa 96 exterior.
Los solicitantes no pretenden restringirse, o limitarse por, la discusión de la teoría científica siguiente que puede aplicarse a esta invención. Se cree por los solicitantes que la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante puede predecirse, y por tanto controlarse, teniendo en cuenta la composición del polvo de partida y junto con los otros parámetros de procesamiento (por ejemplo, temperatura y duración del mantenimiento) proporcionando una atmósfera que tiene una(s) presión/presiones parcial(es) de nitrógeno durante las diferentes fases del proceso de sinterización que incluye las etapas de calentamiento para sinterización, mantenimiento de la sinterización y enfriamiento controlado. La magnitud de la presión parcial de nitrógeno en la atmósfera para cada fase puede determinarse a través de un cálculo usando las energías libres de Gibbs. El cálculo determina la presión parcial de nitrógeno en equilibrio necesaria para o bien permitir la difusión de nitrógeno al interior de la pieza en bruto o el desprendimiento de nitrógeno al exterior de la pieza en bruto. Proporcionando una atmósfera que tiene una presión parcial de nitrógeno para el cálculo, se ha podido controlar por los solicitantes la cantidad de nitrógeno que se introduce en la pieza en bruto durante la fase de calentamiento para sinterización del proceso de sinterización, así como controlar el grado con que el nitrógeno se desprende de la pieza en bruto durante las fases de mantenimiento de la sinterización y de enfriamiento controlado del proceso de sinterización, de modo que esencialmente se controla la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante en el sustrato de inserto de corte en estado sinterizado. Sigue ahora una breve discusión de las fórmulas usadas para realizar el cálculo anterior.
Haciendo referencia a las bases esenciales del cálculo en el que para todas las fórmulas (1) a (8) "T" es la temperatura en grados Kelvin, la fórmula (1) expuesta a continuación expresa el cambio en la energía libre de Gibbs para la reacción de 2 TiN = 2 Ti + N_{2}:
(1)\Delta G_{1}{}^{o} = 161700-45 . 54T.
La fórmula (2) expuesta a continuación expresa el cambio en la energía libre de Gibbs para la reacción TiC = Ti + C:
(2)\Delta G_{2}{}^{o} = 44600-3 . 14T.
La combinación de estas dos reacciones y las dos formulas anteriores da como resultado que la fórmula (3) siguiente para el cambio en la energía libre de Gibbs de la reacción 2 TiC + N_{2} = 2 TiN + 2C sea como a continua-
ción:
(3)\Delta G_{3}{}^{o} = -72500 + 39 . 22T
La siguiente fórmula (4) expresa la condición cuando la reacción 2 TiC + N_{2} + 2 TiN + 2C alcanza el equilibrio:
(4)\Delta G_{3}{}^{o} = -RT\cdot lnk_{p} = -RT\cdot ln \ ([a_{c}]{}^{2}\cdot [a_{T1N}]{}^{2}) / ([a_{N2}]\cdot \ [a_{TiC}]{}^{2}),
en la que K_{p} es la constante de equilibrio, a_{i} es la actividad del componente "i". Se toman los datos para \DeltaGº del texto de Kubaschewski et al. titulado "Metallurgical Thermo-Chemistry", 5ª Edición, Pergamon Press (1979).
Haciendo la aproximación de que (a_{TiN})/(a_{TiC}) = 1 y que R = 2 calorías/K\cdotmol e igualando las ecuaciones (3) y (4) anteriores, se llega a la ecuación (5) expuesta a continuación:
(5)-72500 + 39 . 22T = -2T\cdot lnk_{p} = -2T\cdot ln (a_{c}{}^{2} / a_{N2})
A partir de la ecuación (5) anterior se obtiene la siguiente ecuación (6):
(6)K_{p} = a_{c}{}^{2} / a_{N2} = exp[(72500/2T)-(39 . 22/2)]
A la luz de la siguiente fórmula (7):
a_{N2} = P^{o}{}_{N2}/P(=1 \ atm . ) = P^{o}{}_{N2} \ (\text{Las unidades están en atmósferas})
La siguiente fórmula (8) expresa por tanto la presión parcial en equilibrio:
(8)P^{o}_{N2} = a_{c}{}^{2}/K_{p}
Lo que esto significa es que a una temperatura específica, puede calcularse la constante de equilibrio K_{p}. La actividad de carbono, a_{c}, es una variable en la pieza en bruto del carburo cementado que se somete a sinterización, pero oscila entre aproximadamente 0,3 y aproximadamente 1. Calculando las presiones parciales de nitrógeno en equilibrio que oscilan en temperaturas entre la temperatura máxima de desparafinado y la temperatura de mantenimiento de la sinterización, la formación y profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante puede controlarse de tal manera que el procedimiento produce un sustrato de inserto de corte en estado sinterizado con una zona de enriquecimiento con aglutinante de una profundidad preseleccionada.
El procedimiento comprende normalmente las siguientes etapas de procesamiento.
En primer lugar, la mezcla en polvo se combina (o mezcla) a fondo junto con un aglutinante fugaz mediante un proceso tal como molienda de bolas. En una realización, el polvo de partida no contiene una cantidad eficaz de nitrógeno. En otra realización, el polvo de partida contiene una cantidad eficaz de nitrógeno añadida normalmente como un aditivo tal como nitruro de titanio. Se prensa a continuación la combinación en polvo para dar una pieza en bruto de inserto de corte sin tratar. La pieza en bruto de inserto de corte sin tratar tiene una densidad parcial (por ejemplo, aproximadamente el cincuenta y cinco por ciento) y una porosidad abierta.
A continuación, se somete la pieza en bruto de inserto de corte sin tratar a una etapa de desparafinado (o eliminación de lubricantes) mediante calentamiento (normalmente en una atmósfera con una presión parcial de hidrógeno o algunas veces en una atmósfera con una presión de hidrógeno positiva) desde la temperatura ambiente hasta una temperatura máxima de desparafinado para evaporar el aglutinante fugaz desde la pieza en bruto y formar así una pieza en bruto de inserto de corte desparafinada. En esta solicitud de patente, el término "presión parcial" significa una presión inferior a una atmósfera y el término "presión positiva" significa una presión superior a una atmósfera. Aunque estos parámetros pueden variar, una velocidad de calentamiento típica es de 2,78 grados Centígrados por minuto y una temperatura máxima de desparafinado típica es de aproximadamente 450 grados Centígrados.
Como una etapa opcional posterior, la pieza en bruto de inserto de corte desparafinada puede someterse a un mantenimiento (por ejemplo, de diez minutos de duración) bajo un vacío a la temperatura máxima de desparafinado.
La siguiente etapa es someter la pieza en bruto de inserto de corte desparafinada a una etapa de calentamiento para sinterización calentando la pieza en bruto a una velocidad típica de 2,78 grados Centígrados por minuto desde la máxima temperatura de desparafinado, pasando la temperatura en la que la pieza en bruto muestra cierre de la porosidad continua, y hasta la máxima temperatura de sinterización que es normalmente de aproximadamente 1483 grados Centígrados. Aunque los parámetros específicos dependen de la composición de los polvos de partida (y específicamente el nivel de carbono y la extensión, si existe, a la que hay nitrógeno en ellos) toda, o posiblemente parte de, la etapa de calentamiento para sinterización se produce durante una duración predeterminada a través de un intervalo de temperatura preseleccionado en una atmósfera con una presión parcial de nitrógeno seleccionada. La presión parcial de nitrógeno puede oscilar normalmente entre 2 kPa (quince torr) y aproximadamente 9,3 kPa (setenta torr); sin embargo, una presión parcial de nitrógeno demasiado alta puede provocar que demasiado gas nitrógeno difunda al interior de la pieza en bruto de modo que se afecta de manera adversa la capacidad para alcanzar una porosidad continua cerrada. Como resultado de la etapa de calentamiento para sinterización, la pieza en bruto de inserto de corte desparafinada se transforma en una pieza en bruto de inserto de corte presinterizada que contiene nitrógeno, que es normalmente una cantidad de nitrógeno preseleccionada.
Se cree por los solicitantes que mediante calentamiento de la pieza en bruto de inserto de corte desparafinada en una atmósfera con una presión parcial de nitrógeno, el nitrógeno puede difundir al interior de la pieza en bruto de inserto de corte desparafinada siempre que hay tanto porosidad abierta como un gradiente de concentración de nitrógeno favorable entre la pieza en bruto y la atmósfera para permitir tal difusión. A medida que la etapa de calentamiento para sinterización continúa bajo presión parcial de nitrógeno, el nitrógeno continúa difundiendo en toda la masa de la pieza en bruto de inserto de corte. En el momento en que la temperatura alcanza el punto en el que hay cierre de la porosidad abierta continua en la pieza en bruto, el contenido en nitrógeno es generalmente uniforme en toda la masa de la pieza en bruto presinterizada.
En la realización en la que está ausente una cantidad eficaz de nitrógeno de los polvos de partida, esencialmente todo el nitrógeno contenido en la pieza en bruto de inserto de corte presinterizada proviene de la atmósfera de la etapa de calentamiento para sinterización. En la realización en la que la mezcla en polvo de partida contiene una cantidad eficaz de nitrógeno, sólo parte del nitrógeno contenido en la pieza en bruto de inserto de corte presinterizada proviene de la atmósfera de la etapa de calentamiento para sinterización. Normalmente, el nitrógeno forma carbonitruros en disolución sólida con los elementos que forman carbonitruros tales como titanio, tántalo, niobio, zirconio, hafnio y vanadio que pueden estar en la pieza en bruto de inserto de corte presinterizada en la que el titanio, tántalo y niobio son los elementos que forman carbonitruros preferidos.
Cuando la mezcla en polvo de partida contiene nitrógeno, es posible que la atmósfera durante la etapa de calentamiento para sinterización pueda no contener ninguna presión parcial de nitrógeno o puede tener una presión parcial de nitrógeno sólo durante una parte de esta etapa. Sin embargo, la atmósfera debe tener una presión parcial en toda la etapa de calentamiento para sinterización de modo que no permita el desprendimiento incontrolado de nitrógeno desde la pieza en bruto.
También puede controlarse la profundidad de la zona superficial de enriquecimiento con aglutinante (cobalto) variando la velocidad en rampa de la etapa de calentamiento para sinterización. Normalmente, una disminución de la velocidad en rampa durante la etapa de calentamiento para sinterización cuando se lleva a cabo bajo una presión parcial de nitrógeno aumenta la profundidad de la zona superficial de enriquecimiento con aglutinante. Un aumento en la velocidad en rampa durante la etapa de calentamiento para sinterización cuando se lleva a cabo bajo una presión parcial de nitrógeno disminuye normalmente la profundidad de la zona superficial de enriquecimiento con aglutinante (cobalto).
Tras completarse la etapa de calentamiento para sinterización, se somete la pieza en bruto de inserto de corte presinterizada a una etapa de mantenimiento de la sinterización, en la que la pieza en bruto se mantiene a una temperatura de sinterización máxima durante una duración predeterminada. Para toda, o al menos una parte, de la etapa de mantenimiento de la sinterización, la atmósfera contiene una presión parcial de nitrógeno. Durante la etapa de mantenimiento de la sinterización, se desprende el nitrógeno en la pieza en bruto de inserto de corte presinterizada desde la pieza en bruto. Se cree que el desprendimiento de nitrógeno facilita la formación de la zona de enriquecimiento con aglutinante que empieza en (o cerca de) la superficie periférica de la pieza en bruto y se extiende hacia el interior hacia el sustrato de la pieza en bruto.
La duración de la etapa de mantenimiento de la sinterización, la temperatura de sinterización máxima, la magnitud de la presión parcial de nitrógeno durante la etapa de calentamiento para sinterización, y la magnitud de la presión parcial de nitrógeno durante la etapa de mantenimiento de la sinterización pueden desempeñar cada una un papel fundamental para controlar la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante. El resultado de la etapa de mantenimiento de la sinterización es una pieza en bruto de inserto de corte sinterizada que muestra una zona de enriquecimiento con aglutinante no estratificado de una profundidad controlada.
Controlando los parámetros de la etapa de calentamiento para sinterización y la etapa de mantenimiento de la sinterización, se cree que puede controlarse también la concentración de nitrógeno en la región principal y la zona superficial de enriquecimiento con aglutinante del sustrato, así como controlar la profundidad de la zona superficial de enriquecimiento con aglutinante. Tal como se menciona en el presente documento, se cree por los solicitantes que la presencia de nitrógeno en la zona superficial de enriquecimiento con aglutinante (cobalto) proporcionó ciertas ventajas.
Como una opción, se contempla por los solicitantes que una vez que la pieza en bruto de inserto de corte presinterizada alcanza la etapa de fase líquida durante la etapa de mantenimiento de la sinterización, la pieza en bruto puede someterse a un proceso de sinterización a presión o prensado isostático en caliente (HIP).
Tras completarse la etapa de mantenimiento de la sinterización, la pieza en bruto de inserto de corte sinterizada experimenta una etapa de enfriamiento controlado a una velocidad de enfriamiento específica desde la temperatura de sinterización máxima hasta una temperatura objetivo por debajo de la temperatura eutéctica. Durante la etapa de enfriamiento controlado, la atmósfera no debe ser un vacío, sino que debe tener una presión parcial de un gas tal como argón o nitrógeno, de tal manera que no haya ningún desprendimiento incontrolado de nitrógeno. Sin embargo, es preferible que durante toda o parte de la etapa de enfriamiento controlado, la atmósfera contenga una presión parcial de nitrógeno que es normalmente la misma que la presión parcial de nitrógeno durante la etapa de mantenimiento de la sinterización. Una velocidad de enfriamiento típica es de aproximadamente 1,0 grados Centígrados por minuto, una temperatura eutéctica típica es de aproximadamente 1316 grados Centígrados, y una temperatura objetivo típica es de aproximada-
mente 1150 grados Centígrados, en la que la temperatura objetivo es al final de la etapa de enfriamiento controlado.
Se cree por los solicitantes que durante la etapa de enfriamiento controlado se desprende poco o nada de nitrógeno desde el sustrato de tal manera que no debería haber un cambio en la profundidad y magnitud de la zona de enriquecimiento con aglutinante. También se cree por los solicitantes que la menor velocidad de enfriamiento (por ejemplo, de aproximadamente 1,0 grados Centígrado por minuto) permite la difusión uniforme de carbono en la zona de enriquecimiento con aglutinante de tal manera que no hay precipitación de carbono (es decir, penetración de carbono) en la zona de enriquecimiento con aglutinante. El resultado de la etapa de enfriamiento controlado es una sustrato de inserto de corte de manera sustancial totalmente denso en estado sinterizado.
A continuación, hay una etapa de enfriamiento en horno en la que el sustrato de inserto de corte de manera sustancial totalmente denso se enfría en un horno hasta temperatura ambiente. Una atmósfera típica para enfriamiento en horno es helio.
En algunos casos, se pule el sustrato de inserto de corte totalmente denso en estado sinterizado en una o más superficies (o áreas) para eliminar la zona de enriquecimiento con aglutinante. De nuevo, dependiendo de las circunstancias el sustrato pulido puede someterse a un tratamiento térmico tal como sinterización a vacío o sinterización, es decir, resinterización, en una atmósfera con al menos una presión parcial tal como una presión parcial de nitrógeno. Para algunos estilos de inserto de corte, el inserto de corte resinterizado puede tener al menos una parte de una o más superficies (por ejemplo, la superficie lateral) pulidas.
El sustrato de inserto de corte en estado sinterizado o el sustrato pulido (o pulido resinterizado o pulido-resinterizado-pulido) se recubre normalmente con un recubrimiento resistente al desgaste para formar un inserto de corte recubierto. El proceso de recubrimiento puede ser una o una combinación de técnicas conocidas que incluyen CVD, PVD y MTCVD. El propio recubrimiento puede contener una o más capas de composiciones variables tal como se identifican a continuación en el presente documento.
La presente invención se describe además mediante los siguientes ejemplos. Se proporcionan estos ejemplos únicamente con el fin de la descripción. Estos ejemplos no tienen la intención de restringir, o limitar el alcance de la invención puesto que el verdadero espíritu y alcance de la invención se indican mediante las reivindicaciones expuestas a continuación en el presente documento.
Para todos los ejemplos que muestran una microestructura que tiene una zona de enriquecimiento con aglutinante superficial, debe apreciarse que la zona de enriquecimiento con aglutinante estaba esencialmente libre de cualquier carburo en disolución sólida y cualquier carbonitruro en disolución sólida de tal forma que el carburo de tungsteno y el cobalto eran esencialmente los únicos componentes de la zona de enriquecimiento con aglutinante. Además, no había carbono libre, es decir, penetración de carbono o precipitación de carbono, en la zona de enriquecimiento con aglutinante.
Ejemplo Nº 1
Para el ejemplo Nº 1, la mezcla en polvo de partida contenía los siguientes componentes: 6 por ciento en peso de cobalto, 2,7 por ciento en peso de tántalo, 2 por ciento en peso de titanio, 0,8 por ciento en peso de niobio y el resto de la mezcla en polvo de partida era tungsteno y carbono, en la que el carbono se ajustó a un nivel del 6,18 por ciento en peso. La mezcla en polvo de partida no contenía nada de nitrógeno, excepto posiblemente en pequeñas cantidades traza. Estas cantidades traza eran suficientemente pequeñas de forma que el polvo de partida no contenía ninguna cantidad eficaz de nitrógeno en el que el nitrógeno (incluso si estaba presente) en el polvo de partida no ayudó de ninguna forma medible (o perceptible) en la formación de la zona de enriquecimiento con aglutinante.
Se añadieron cinco kilogramos (kg) de carga de mezcla en polvo para el ejemplo inventivo Nº 1 a un diámetro interno de 19 cm (7,5 pulgadas) mediante un molino de trituración de acero de 22,9 cm (9 pulgadas) junto con 21 kilogramos de cicloides de carburo cementado de diámetro de 0,8 cm (5/16 pulgadas). Se añadió heptano hasta la parte superior del molino de tal manera que el molino estaba completamente lleno. Se hizo girar la mezcla durante cuarenta horas a cincuenta y dos revoluciones por minuto (rpm) a temperatura ambiente. Se vació a continuación la suspensión de la carga del molino y se secó, se añadió parafina como un aglutinante fugaz, y se granularon los polvos para proporcionar propiedades de flujo adecuadas. Se prensaron a continuación estos polvos granulados para dar piezas en bruto de inserto de corte (torneado) sin tratar de estilo SNG433, es decir, una masa compactada de polvos de partida, que muestran densidad parcial así como porosidad abierta.
Se calentaron (o desparafinaron) las piezas en bruto de inserto de corte sin tratar bajo una presión parcial de gas hidrógeno desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente 450 grados Centígrados para formar piezas en bruto de inserto de corte desparafinadas. Durante la etapa de desparafinado, se evaporó el aglutinante fugaz de las piezas en bruto de inserto de corte sin tratar.
Se mantuvieron las piezas en bruto de corte desparafinadas a aproximadamente 450 grados Centígrados durante diez minutos a vacío.
Tras la etapa de mantenimiento de vacío había una etapa de calentamiento para sinterización en la que se introdujo gas nitrógeno fluyente de manera que la atmósfera tenía una presión parcial de nitrógeno de aproximadamente 9,3 kPa (70 torr) durante todo el tiempo que se calentaron las piezas en bruto de inserto de corte desparafinadas a una velocidad de aproximadamente 2,78 grados Centígrados por minuto desde aproximadamente 450 grados Centígrados hasta la temperatura de sinterización máxima de aproximadamente 1483 grados Centígrados. Se transformaron las piezas en bruto de inserto de corte desparafinadas en piezas en bruto de inserto de corte presinterizadas.
Una etapa de mantenimiento de la sinterización siguió a la etapa de calentamiento para sinterización. Al principio de la etapa de mantenimiento de la sinterización, se redujo la presión parcial de nitrógeno hasta aproximadamente 2 kPa (15 torr) y se mantuvo la temperatura en aproximadamente 1483 grados Centígrados durante un periodo de aproximadamente 90 minutos. Se transformaron las piezas en bruto de inserto de corte presinterizadas en piezas en bruto
de inserto de corte en estado sinterizado en las que estas piezas en bruto mostraban una densidad sustancialmente total.
Una etapa de enfriamiento controlado siguió a la etapa de mantenimiento de la sinterización. En la etapa de enfriamiento controlado, la presión parcial de nitrógeno permaneció en aproximadamente 2 kPa (15 torr) y se enfriaron las piezas en bruto de inserto de corte en estado sinterizado a una velocidad de aproximadamente 1,0 grados Centígrados por minuto hasta alcanzar una temperatura de aproximadamente 1150 grados Centígrados que estaba por debajo de la temperatura eutéctica de aproximadamente 1315 grados Centígrados.
La siguiente etapa fue una etapa de enfriamiento en horno bajo una presión parcial de helio en la que se permitió que las piezas en bruto de inserto de corte en estado sinterizado se enfriasen en un horno hasta una temperatura ambiente de 38 grados Centígrados. El producto resultante de las etapas de procesamiento anteriores fue un sustrato de inserto de corte en estado sinterizado.
Tal como se muestra en la figura 5 y la figura 6, la microestructura del sustrato de inserto de corte en estado sinterizado mostró una zona de enriquecimiento con aglutinante esencialmente no estratificado que empezaba en y se extendía hacia el interior desde una superficie periférica del sustrato en una distancia de aproximadamente treinta micrómetros. A este respecto, la mayoría de todo el enriquecimiento es del tipo no estratificado de enriquecimiento con aglutinante y hay una pequeña cantidad del tipo estratificado de enriquecimiento con aglutinante. Haciendo referencia al perfil de cobalto de la figura 5, el nivel máximo de concentración de cobalto en la zona de enriquecimiento con aglutinante estaba entre aproximadamente el 200 por ciento y aproximadamente el 250 por ciento de la concentración de cobalto del sustrato principal. Haciendo referencia a la fotomicrografía de la figura 5, el grado de porosidad para la zona de enriquecimiento con aglutinante era C00. El grado de porosidad para el sustrato principal era C02.
Tal como se muestra en la figura 8, la microestructura en la esquina de un sustrato de inserto de corte en estado sinterizado fabricado según la etapa del ejemplo 1 mostró una zona de enriquecimiento con aglutinante esencialmente no estratificado (es decir, cobalto) que empieza en y se extiende hacia el interior desde la esquina del sustrato una distancia de aproximadamente 8 micrómetros. Incluso si el sustrato específico mostrado en la figura 8 no es exactamente el mismo sustrato representado por las figuras 5 y 6, se espera por los solicitantes que el nivel máximo de la concentración de cobalto en la zona de enriquecimiento con aglutinante debe estar entre aproximadamente el 200 por ciento y el 250 por ciento del contenido en cobalto principal.
Ejemplo Nº 1A
Se preparó una mezcla en polvo de la misma composición que el ejemplo Nº 1, se prensó y se procesó de la misma forma que en el ejemplo Nº 1, excepto que durante la etapa de enfriamiento controlado, la presión parcial de nitrógeno fue de 9,3 kPa (70 torr). Un análisis mostró que había una zona de enriquecimiento con aglutinante esencialmente no estratificado que empezaba en la superficie periférica del sustrato y se extendía hacia el interior hasta una profundidad de aproximadamente veintinueve micrómetros. La porosidad aparente de la zona de enriquecimiento con aglutinante era C00 y la del sustrato principal era C02.
Ejemplo Nº 2
Para el ejemplo Nº 2, se prensaron piezas en bruto de inserto de corte sin tratar a partir de la misma mezcla en polvo del ejemplo Nº 1 para dar piezas en bruto de inserto de corte sin tratar de estilo SNG432. Las etapas de procesamiento fueron las mismas que aquellas usadas para procesar el ejemplo Nº 1, excepto que la etapa de mantenimiento de la sinterización tuvo una duración de aproximadamente cuarenta y cinco minutos. La profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante esencialmente no estratificado era de aproximadamente veintitrés micrómetros y el nivel máximo de la concentración de cobalto en la zona de enriquecimiento con aglutinante estaba entre aproximadamente el 200 por ciento y aproximadamente el 250 por ciento de la concentración de cobalto del sustrato principal. El grado de porosidad para la zona de enriquecimiento con aglutinante era C00 y la del sustrato principal era C02.
Ejemplo Nº 2A
Se preparó una mezcla en polvo igual que la mezcla en polvo del ejemplo Nº 2 y se procesó de la misma forma que el ejemplo Nº 2, excepto que se realizó la etapa de enfriamiento controlado a una presión parcial de nitrógeno de 9,3 kPa (70 torr). Había una zona de enriquecimiento con aglutinante esencialmente no estratificado que empezaba en y se extendía hacia el interior desde la superficie del sustrato hasta una profundidad de aproximadamente 23 micrómetros. La porosidad evidente de la zona de enriquecimiento con aglutinante fue C00 y la del sustrato principal fue C02.
Ejemplos Nº 3, 3A y 3B
Para los ejemplos Nº 3, 3A y 3B se prensaron las piezas en bruto de inserto de corte sin tratar a partir de una mezcla en polvo como la mezcla en polvo del ejemplo Nº 1. Se procesaron las piezas en bruto de inserto de corte sin tratar como en el procedimiento del ejemplo Nº 1, excepto que se mantuvo la atmósfera de nitrógeno a 9,3 kPa (70 torr) durante la etapa de calentamiento para sinterización, la etapa de mantenimiento de la sinterización, y la etapa de enfriamiento controlado. Para los ejemplos Nº 3, 3A y 3B, cada uno de estos sustratos de inserto de corte en estado sinterizado tenía una zona de enriquecimiento con aglutinante esencialmente no estratificado que comenzaba en y se extendía hacia el interior desde la superficie periférica hacia el sustrato principal hasta una profundidad de aproximadamente 10, 10 y 10,4 micrómetros, respectivamente. Para cada uno de los sustratos, el grado de porosidad para la zona de enriquecimiento con aglutinante fue C00 y para el sustrato principal fue C02.
Ejemplos Nº 3C y 3D
Se preparó una mezcla en polvo de la misma composición que en el ejemplo Nº 3 y se procesó igual que en el ejemplo Nº 3, excepto que la velocidad de enfriamiento controlado fue 11,1 grados Centígrados por minuto. Los ejemplos Nº 3C y 3D mostraban una zona de enriquecimiento con aglutinante que empezaba en y se extendía hacia el interior desde la superficie periférica hasta una profundidad de diez micrómetros y trece micrómetros, respectivamente. Para cada ejemplo, La porosidad evidente de la zona de enriquecimiento con aglutinante fue C00 y la porosidad del sustrato principal fue C02.
Ejemplo Nº 6
Para el ejemplo Nº 6, se procesó la misma mezcla en polvo del ejemplo 1 de la misma forma que en el ejemplo 1 para conseguir el sustrato de inserto de corte en estado sinterizado. El sustrato de inserto de corte en estado sinterizado se pulió de tal manera que se presentaron la superficie de desprendimiento y las superficies laterales como superficies en estado pulido. Las piezas en bruto de inserto de corte en estado sinterizado pulidas se resinterizaron a vacío a una temperatura de 1483 grados Centígrados durante una duración de aproximadamente cuarenta y cinco minutos.
El producto resultante fue un sustrato de inserto de corte pulido resinterizado con superficies pulidas. El sustrato de inserto de corte pulido resinterizado tiene una zona de enriquecimiento con aglutinante esencialmente no estratificado que empezó en y se extendió hacia el interior desde la periferia de la superficie pulida durante una profundidad de aproximadamente treinta micrómetros. El nivel máximo de concentración de cobalto en la zona de enriquecimiento con aglutinante estaba entre aproximadamente el 200 por cien y aproximadamente el 250 por cien. Haciendo referencia a la figura 7, la fotomicrografía muestra que el grado de porosidad para la zona de enriquecimiento con aglutinante fue C00 y para el sustrato principal fue C02.
Ejemplo Nº 1057A a ejemplo 1059C
Se prepararon los ejemplos adicionales 1057A-C, los ejemplos 1058A-C, y los ejemplos 1059A-C con el polvo de partida como el ejemplo 1 en el que los niveles de carbono para los ejemplos 1057A-C, 1058A-C y 1059A-C fueron del 6,24, 6,21, y 6,18% en peso, respectivamente.
Para los ejemplos 1057A, 1057B, 1058A, 1058B, 1059A, 1059B, el procesamiento comprendió las siguientes etapas: etapa de desparafinado de calentamiento a una velocidad de 2,78 grados Centígrados por minuto hasta 450 grados Centígrados en una atmósfera que tiene una presión positiva de hidrógeno; calentamiento para sinterización desde 450 hasta 1483 grados Centígrados en una atmósfera que tiene o bien una presión parcial de nitrógeno de 2 kPa (15 torr) (para los ejemplos 1057-59A) o una presión parcial de nitrógeno de 9,3 kPa (70 torr) (para los ejemplos 1057-59B); mantenimiento de la sinterización durante 45 minutos a 1483 grados Centígrados en una atmósfera que tiene una presión parcial de nitrógeno de 2 kPa (15 torr); enfriamiento controlado a una velocidad de 11,1ºC por minuto desde 1483 hasta 1149 grados Centígrados en una atmósfera que tiene una presión parcial de nitrógeno de 2 kPa (15 torr); y enfriamiento en horno hasta la temperatura ambiente. El procesamiento fue el mismo, excepto que en los ejemplos 1057-59A se realizó la etapa de mantenimiento de la sinterización en una atmósfera con una presión parcial de nitrógeno de 2 kPa (15 torr) y los ejemplos 1057-59B se realizaron en una atmósfera con una presión parcial de nitrógeno de 9,3 kPa (70 torr). Cada uno de los ejemplos 1057A-1059B tenía una porosidad del núcleo de C00. La tabla I a continuación expone la profundidad (en micrómetros) desde la superficie de la zona de enriquecimiento con aglutinante no estratificado.
TABLA I
1
La tabla I muestra que cuando se realiza la etapa de calentamiento para sinterización en una atmósfera con una presión parcial de nitrógeno superior de 9,3 kPa frente a 2 kPa (10 torr frente a 15 torr), había un aumento en la profundidad promedio de la zona de enriquecimiento con aglutinante (23 micrómetros frente a 15,7 micrómetros).
Se procesaron los ejemplos 1057C, 1058C y 1059C en la misma forma que los ejemplos 1057B a 1059B, excepto que el desparafinado se produjo en una atmósfera con una presión parcial de hidrógeno y se producía la etapa de enfriamiento controlado a una velocidad de 0,94 grados Centígrados por minuto. La tabla II a continuación muestra la profundidad de un enriquecimiento con aglutinante en micrómetros y la porosidad del sustrato principal. Los resultados en la tabla II muestran que mientras que estas diferencias en estos parámetros no cambiaban la profundidad del enriquecimiento con aglutinante, daban como resultado la estabilización del sustrato principal con porosidad de tipo C que se formó durante la etapa de desparafinado bajo la presión parcial de hidrógeno.
TABLA II
2
Ejemplos TC1198 a TC1211
Se realizaron seis ejemplos adicionales (TC1209, TC1211, TC1205, TC1198 y TC1200) de insertos de corte y se sometieron a pruebas de funcionamiento frente a insertos de corte comerciales. Para cada uno de los ejemplos, los polvos de partida fueron los mismos que en el ejemplo 1 en el que se ajustaron los niveles de carbono tal como se expone en la tabla III a continuación.
TABLA III
3
Se prensaron las mezclas en polvo anteriores en piezas en bruto de inserto de corte sin tratar que eran insertos de corte de estilo CNMG432-MG. Las piezas de insertos de corte sin tratar tenían una densidad parcial de aproximadamente el 55% y tenían porosidad abierta.
Se procesaron todos los compactos sin tratar según las etapas siguientes: (1) etapa de desparafinado de dos partes que comprendía: (a) calentar desde 18 grados Centígrados hasta 400 grados Centígrados a una velocidad de 2,78 grados Centígrados por minuto bajo una presión parcial de hidrógeno y mantener a 400 grados Centígrados durante ciento veinte minutos, y (b) calentar desde 400 grados Centígrados hasta 510 grados Centígrados a una velocidad de 2,78 grados Centígrados por minuto bajo una presión parcial de hidrógeno y mantener durante ciento veinte minutos; (2) una etapa de calentamiento para sinterización que comprendía calentar desde 510 grados Centígrados hasta 1470 grados Centígrados a una velocidad de 2,78 grados Centígrados por minuto bajo una presión parcial de nitrógeno de 9,3 kPa (70 torr); (3) una etapa de mantenimiento de la sinterización a 1470 grados Centígrados durante 90 minutos bajo una presión parcial de nitrógeno de 2 kPa (15 torr); (4) una etapa de enfriamiento controlado desde 1470 grados Centígrados hasta 1150 grados Centígrados a una velocidad de 0,94 grados Centígrados por minuto bajo una presión parcial de nitrógeno de 2 kPa (15 torr); y (5) enfriar en horno desde 1150 grados Centígrados hasta 38 grados Centígrados bajo una presión parcial de helio; y (6) recubrir mediante CVD los sustratos de modo que tuvieran una capa interna de carbonitruro de titanio que tenía un espesor de 4,5 micrómetros, una capa media de alúmina que tenía un espesor de 8,5 micrómetros, y una capa exterior de carbonitruro de titanio que tenía un espesor de 1,5 micrómetros. La tabla III anterior expone los espesores de la zona de enriquecimiento con aglutinante en micrómetros desde una superficie plana periférica del sustrato tal como se determinó a partir de una observación visual, y la porosidad del sustrato principal, es decir, la porosidad del núcleo.
La tabla 4 a continuación expone los resultados de la prueba de la barra de acero ranurado para los ejemplos explicados en ésta. La tabla IV presenta la vida promedio de la herramienta en minutos para una prueba de torneado de barra de acero ranurado realizada según un primer juego de parámetros, y la vida promedio de la herramienta en minutos para una prueba de torneado de la barra de acero rasurado (AISI 41L50) realizada según un segundo conjunto de parámetros. Los primeros parámetros de prueba comprenden una velocidad de 450 pies superficiales por minuto. Se inició la alimentación a 0,38 mm (0,015 pulgadas) por revolución y se aumento hasta 1,27 mm (0,050 ipr) en incrementos de 0,127 mm (0,005 pulgadas) por 100 impactos. La profundidad del corte fue de 2,54 mm (0,100 pulgadas). El torneado fue en seco. Los segundos parámetros de prueba comprenden una velocidad de 228,75 m (750 pies superficiales) por minuto. La alimentación empezó a 0,38 mm (0,015 pulgadas) por revolución y se incrementó hasta 1,27 mm (0,050 ipr) en incrementos de 0,127 mm (0,005 ipr) por cada 100 impactos. La profundidad del corte fue de 2,54 mm (0,100 pulgadas). El torneado fue en seco.
La tabla IV también expone los resultados de funcionamiento para los dos grados comerciales identificados para los fines de estas pruebas como KMT A y KMT B. Para el inserto de corte KMT A, el sustrato mostró una zona de enriquecimiento (con aglutinante) de cobalto no estratificado de una profundidad de aproximadamente veinticinco micrómetros con un contenido máximo en cobalto de aproximadamente el doscientos por ciento del contenido en cobalto principal, y tenía una porosidad principal de A00-B00-C00. El esquema de recubrimiento para el inserto de corte KMT A comprendió: una capa base de carbonitruro de titanio que tenía un espesor de aproximadamente dos micrómetros, una capa intermedia de carburo de titanio que tenía un espesor de aproximadamente cuatro micrómetros, y una capa exterior de alúmina que tenía aproximadamente 1,5 micrómetros de espesor en el que se aplicaron las tres capas mediante técnicas de CVD.
Para el inserto de corte KMT B, el sustrato mostró una zona de enriquecimiento con aglutinante estratificado de una profundidad de veinte micrómetros con un contenido en cobalto máximo de aproximadamente el trescientos por ciento del contenido principal, y tenía una porosidad principal de C04 a C06. El esquema de recubrimiento para el inserto de corte KMT B comprendió: una capa base de carburo de titanio que tenía 4,5 micrómetros de espesor, una capa intermedia de carbonitruro de titanio que tenía 3,5 micrómetros de espesor, y una capa exterior de nitruro de titanio que tenía 3 micrómetros de espesor en el que se aplicaron todas las capas mediante técnicas de
CVD.
La tabla IV a continuación expone la vida y modo de fallo de la herramienta para los ejemplos TC1209, TC1211, TC1205, TC1207, TC1198, y TC1200. La tabla IV presenta la porosidad del sustrato principal, los resultados en minutos y los criterios de vida de la herramienta para cada una de las tres series, y la vida promedio de la herramienta en minutos. Se realizó la prueba de torneado sobre una pieza de trabajo de acero AISI 4340 a una velocidad de 152,5 m (500 pies superficiales) por minuto, una alimentación de 0,35 mm (0,014 pulgadas) por revolución, una profundidad de corte de 2,54 mm (0,100 pulgadas), y se realizó el torneado en seco, es decir, sin refrigerante. Los criterios de vida de la herramienta comprendían el desgaste lateral (fw) de 0,38 mm (0,0015 pulgadas); desgaste lateral máximo (mfw) de 0,76 mm (0,030 pulgadas); desgaste de la punta (nw) de 0,76 mm (0,030 pulgadas); profundidad de la muesca de corte (dn) de 0,76 mm (0,030 pulgadas), y profundidad de descarte de cráter (cr) de 0,1 mm (0,004
pulgadas).
TABLA IV Resultados de la prueba para la prueba de torneado sobre una pieza de trabajo de acero AISI 4340
5 
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Ejemplos TC1247A hasta TC1247C
Se prepararon los ejemplos adicionales TC1247A hasta TC1247C, TC1248A hasta TC1248C, y TC1249A hasta TC1249C en los que la mezcla en polvo de partida contenía los siguientes componentes (en porcentaje en peso): 6,0 de cobalto, 2,59 de tántalo, 2,00 de titanio, 0,91 de niobio, y el resto tungsteno y carbono en el que se ajustaron los niveles de carbono de modo que los ejemplos TC1247A-C, TC1248A-C y TC1249A-C tenían niveles de carbono del 6,15, 6,10 y 6,07 por ciento en peso, respectivamente. La mezcla en polvo de partida contenía el 0,63 por ciento en peso de nitruro de titanio, que contribuía en un 0,5 por ciento en peso del contenido en titanio, de tal manera que una cantidad eficaz de nitrógeno estaba en la mezcla en polvo de partida para estos ejemplos.
El procesamiento de estos ejemplos comprendió las etapas de: una etapa de desparafinado en dos fases en una presión parcial de hidrógeno que comprendía calentar a una velocidad en rampa de 5,36 grados Centígrados por minuto desde temperatura ambiente hasta 400 grados Centígrados, a continuación mantener durante 30 minutos, después calentar desde 400 hasta 510 grados Centígrados a una velocidad en rampa de 5,36 grados Centígrados, y después mantener durante 15 minutos; una etapa de calentamiento para sinterización de calentamiento desde 510 hasta 1468 grados Centígrados en una atmósfera con una presión parcial de nitrógeno de 9,3 kPa (70 torr); una etapa de mantenimiento de la sinterización de mantenimiento a 1468 grados Centígrados bajo una atmósfera que tenía una presión parcial de nitrógeno de o bien 2 kPa (15 torr) (ejemplos TC1247A, TC1248A y TC1249A), 6 kPa (45 torr) (ejemplos TC1247B, TC1248B, y TC1249B) o 9,3 kPa (70 torr) (ejemplos TC1247C, TC1248C, y TC1249C); una etapa de enfriamiento controlado de enfriamiento a una velocidad de 0,94 grados Centígrados por minuto desde 1468 hasta 1149 grados Centígrados (una temperatura por debajo de la temperatura eutéctica) bajo una atmósfera que tenía una presión parcial de nitrógeno de o bien 2 kPa (15 torr) (ejemplos TC1247A, TC1248A y TC1249A), 6 kPa (45 torr) (ejemplos TC1247B, TC1248B, y TC1249B) o 9,3 kPa (70 torr) (ejemplos TC1247C, TC1248C, y TC1249C); y una etapa de enfriamiento en horno bajo una atmósfera de helio de enfriamiento desde 1149 grados Centígrados hasta temperatura ambiente.
La tabla V siguiente expone el contenido en carbono en porcentaje en peso de la mezcla en polvo de partida, la presión parcial de nitrógeno en kPa (en torr) en la etapa de mantenimiento de la sinterización, la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante en micrómetros, y la porosidad del sustrato principal para los ejemplos TC1247, TC1248 y TC1249.
TABLA V
6
Una revisión de los resultados anteriores muestra que para una mezcla en polvo de partida que contiene algo de nitrógeno, la presión parcial de nitrógeno superior durante la etapa de mantenimiento de la sinterización da como resultado una disminución en la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante. Estos resultados muestran también que la porosidad del sustrato principal permanece generalmente sistemáticamente aun cuando la etapa de mantenimiento de la sinterización se produzca a diferentes presiones parciales de nitrógeno. Finalmente, estos resultados muestran que el nivel de carbono de la mezcla en polvo de partida tiene efectos sobre la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante.
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Los ejemplos TC1247D, TC1248D, TC1249D, que tenían la misma composición que la mezcla en polvo de partida que los ejemplos TC1247A, TC1248A, y TC1249A, respectivamente, se procesaron según las siguientes etapas (1): una etapa de desparafinado que comprende calentar en una presión parcial de hidrógeno, 0,67-4 kPa, por ejemplo, (5 a 30 torr), desde temperatura ambiente hasta 593 grados Centígrados y mantener durante 15 minutos; (2) calentar para sinterización en un vacío (75 micrómetros o inferior) desde 593 grados Centígrados hasta 1121 grados Centígrados y mantener durante 10 minutos; (3) calentar para sinterización todavía en un vacío desde 1121 grados Centígrados hasta 1288 grados Centígrados y mantener durante 10 minutos; (4) calentar para sinterización bajo atmósfera de argón de 15 torr desde 1288 hasta 1482 grados Centígrados; (5) mantener la sinterización en una atmósfera de argón de 15 torr durante 45 minutos a 1482 grados Centígrados; y (6) enfriar desde 1482 grados Centígrados hasta 52 grados Centígrados a una velocidad de enfriamiento de 277 grados Centígrados por minuto. La tabla VI expone el nivel de carbono en porcentaje en peso en el polvo de partida, la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante en micrómetros, y la porosidad principal.
TABLA VI
7
Estos resultados muestran que cuando el procesamiento incluye un vacío, entonces la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante llega a ser menor que cuando se procesa bajo una atmósfera con una presión parcial de nitrógeno.
Se utilizaron piezas en bruto de inserto de corte de Calor 5821 de la misma composición, pero de diversas geometrías y tamaños, para determinar la consistencia del enriquecimiento y la porosidad del sustrato principal para piezas en bruto en diferentes ubicaciones en el calor. La composición de la mezcla en polvo de partida contenía los componentes siguientes: 6,00 por ciento en peso de cobalto, 2,61 por ciento en peso de tántalo, 2,00 por ciento en peso de titanio, 0,88 por ciento en peso de niobio, y el resto tungsteno y carbono, en el que el nivel de carbono se ajustó para que fuera igual al 6,13 por ciento en peso. El procedimiento comprendía etapas para fabricar el sustrato similares a las expuestas para los Ejemplos TC1198-TC1211.
Una toma de muestras de sustratos de inserto de corte en estado sinterizado procedentes de varias ubicaciones en la totalidad del calor demostró que la profundidad de enriquecimiento con aglutinante sólo varió entre veintitrés y veintiséis micrómetros y que la porosidad del sustrato principal sólo varió entre A00-B00-C04 y A00-B00-C06, La regularidad de estas propiedades para sustratos de inserto de corte en estado sinterizado tomados de diversas ubicaciones en la totalidad del calor fue excelente.
Para los ejemplos anteriores expuestos en esta solicitud de patente, las composiciones de las mezclas en polvo de partida se expresaron en términos del porcentaje en peso del componente. Sin embargo, en la práctica sería típico que algunos de los elementos estuvieran presentes en polvos de compuestos. Por ejemplo, un polvo de carburo de tungsteno-titanio realizaría una contribución de tungsteno, titanio y carbono a la mezcla en polvo, un carburo de tántalo-niobio realizaría una contribución de tántalo, niobio y carbono a la mezcla en polvo, y un polvo de carburo de (cobalto) tungsteno cementado realizaría una contribución de tungsteno, cobalto y carbono a la mezcla en polvo.
Tal como se mencionó anteriormente en el presente documento, los solicitantes creen que la presencia de nitrógeno en la región principal del sustrato, así como en la zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante, debe proporcionar ciertas ventajas. Los solicitantes no pretenden limitarse a la siguiente explicación de una posible teoría científica que pudiera tener aplicación en un procedimiento que produce un sustrato de carburo de tungsteno (cobalto) cementado en estado sinterizado con una zona de superficie de enriquecimiento con cobalto esencialmente no estratificada y que los solicitantes creen que posee niveles superiores (o deseablemente altos) de nitrógeno en la región principal y en la zona de enriquecimiento con aglutinante.
Los solicitantes creen que para obtener un nivel superior de nitrógeno en el sustrato en estado sinterizado, y especialmente en la zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante, debe mantenerse una alta presión parcial de nitrógeno durante la etapa de mantenimiento de la sinterización. Una presión parcial de nitrógeno más alta de este tipo debe evitar, o al menos limitar, el desprendimiento de los átomos de nitrógeno del aglutinante (por ejemplo, cobalto).
La actividad del nitrógeno en el aglutinante de cobalto de un carburo de (cobalto) tungsteno cementado puede calcularse basándose en las siguientes ecuaciones:
(1A)^{1}/_{2} \ N_{2} \ (p_{N2}) \leftrightarrow N \ (a_{N})
(2A)\Delta G = \Delta G^{o} \ + \ RTlnK
en las que p_{N2} es la presión parcial de nitrógeno, K es la constante de la velocidad de la reacción química, y G es la energía libre de Gibb. En el equilibrio, cuando \DeltaG=0, K se expresa mediante la ecuación:
(3A)K=exp[-\Delta G^{o}/RT]=a_{N}/(p_{N2})^{1/2}
A determinadas temperaturas (T) de sinterización, por ejemplo, la temperatura de la etapa de mantenimiento de la sinterización, la actividad del nitrógeno (a_{N}) se determina mediante la presión parcial de nitrógeno. En la práctica, un aumento en la actividad del nitrógeno desde a_{1} hasta a_{2} puede determinarse mediante un aumento en la presión parcial de nitrógeno desde P1 hasta P2 mediante la siguiente ecuación:
(4A)P2/P1 = (a_{2}/a_{1})^{2}
Por ejemplo, a una temperatura constante, para duplicar la actividad del nitrógeno de un tratamiento, es decir, la razón a_{2}/a_{1} ratio es igual a 2, a una presión parcial de nitrógeno de 2 kPa (15 torr), sería necesario aumentar la presión parcial de nitrógeno cuatro veces hasta 8 kPa (60 torr) de manera que se satisficiera la ecuación (4A).
Ejemplos X207-1 a X207-3
Para los ejemplos X207-1 a X207-3, la mezcla en polvo de partida contenía los componentes siguientes: 6 por ciento en peso de cobalto, 2,7 por ciento en peso de tántalo, 2,0 por ciento en peso de titanio, 0,8 por ciento en peso de niobio y el resto de la mezcla en polvo de partida era tungsteno y carbono. En la mezcla en polvo de partida, el 2 por ciento en peso del titanio, es decir, aproximadamente el 100 por cien del titanio, procedía del nitruro de titanio en la mezcla en polvo de partida, de modo que la mezcla en polvo de partida contenía una cantidad eficaz de nitrógeno en la que el nitrógeno ayudaba en la formación de la zona de enriquecimiento con aglutinante.
Se añadieron cinco kilogramos (kg) de la carga de la mezcla en polvo para los ejemplos X207-1 a X207-3 a un molino de trituración de acero inoxidable de (7,5 pulgadas) 19,05 cm de diámetro interno por (9 pulgadas) 22,9 cm junto con cicloides de carburo cementado de 21 kilogramos de 8 mm (5/16 pulgadas) de diámetro. Se añadió heptano a la parte superior del molino, modo que el molino estuviera completamente lleno. La mezcla se hizo girar durante cuarenta horas a cincuenta y dos revoluciones por minuto (rpm) a temperatura ambiente. La suspensión de la carga se vació entonces del molino y se secó, se añadió parafina como un aglutinante fugaz, y los polvos se granularon de manera que se proporcionaran propiedades de flujo adecuadas. Estos polvos granulados se prensaron entonces en piezas en bruto de inserto de corte (giro) sin tratar de estilo SNG433, es decir, una masa compactada de polvos de partida, que mostraron densidad parcial así como porosidad abierta.
Los parámetros generales del procedimiento para la producción de los ejemplos X207-1 a X207-3 se explican más adelante en el presente documento.
Para todos los ejemplos X207-1 a X207-3, las piezas en bruto de inserto de corte sin tratar se calentaron (o desparafinaron) bajo una presión parcial de gas hidrógeno desde temperatura ambiente hasta aproximadamente 510 grados Centígrados (950 grados Fahrenheit) para formar piezas en bruto de inserto de corte desparafinadas. Durante la etapa de desparafinado, el aglutinante fugaz se evaporó de las piezas en bruto de inserto de corte sin tratar. Las piezas en bruto de inserto de corte desparafinadas se mantuvieron a aproximadamente 510 grados Centígrados durante diez minutos en un vacío.
Tras la etapa de mantenimiento a vacío hubo una etapa de calentamiento para sinterización (o calor para sinterización) en la que una vez introducido gas nitrógeno de modo que la atmósfera tuviera una presión parcial de nitrógeno (es decir, una presión parcial de nitrógeno de calor para sinterización [P1] en la tabla VII]) durante todo el tiempo en que las piezas en bruto de inserto de corte desparafinadas se calentaron a una velocidad de aproximadamente 2,78 grados Centígrados por minuto desde aproximadamente 510 grados Centígrados hasta la temperatura de sinterización máxima de aproximadamente 1468 grados Centígrados. Estas presiones parciales de nitrógeno de calor para sinterización (P1) fueron diferentes para los ejemplos, y las presiones parciales de nitrógeno específicas, se exponen en la tabla VII más adelante en el presente documento. Las piezas en bruto de inserto de corte desparafinadas se transformaron en piezas en bruto de inserto de corte presintetizadas.
Una etapa de mantenimiento de la sinterización siguió a la etapa de calentamiento para sinterización. Al comienzo de la etapa de mantenimiento de la sinterización, la presión parcial de nitrógeno aumentó, permaneció igual o se redujo hasta las presiones parciales de nitrógeno de mantenimiento de la sinterización (P2), tal como se expone en la tabla VII y la temperatura se mantuvo a aproximadamente 1468 grados Centígrados (2675 grados Fahrenheit) durante un periodo de aproximadamente 90 minutos. Las piezas en bruto de inserto de corte presinterizadas se transformaron en piezas en bruto de inserto de corte en estado sinterizado en las que estas piezas en bruto mostraron sustancialmente densidad completa.
Una etapa de enfriamiento controlado siguió a la etapa de mantenimiento de la sinterización. En la etapa de enfriamiento controlado, la presión parcial de nitrógeno permaneció a aproximadamente 2 kPa (15 torr) y las piezas en bruto de inserto de corte en estado sinterizado se enfriaron a una velocidad de aproximadamente 1,0 grados Centígrados por minuto (1,7 grados Fahrenheit por minuto) hasta que alcanzaron una temperatura de aproximadamente 1150 grados Centígrados (2100 grados Fahrenheit) que era inferior a la temperatura eutéctica de aproximadamente 1315 grados Centígrados.
La siguiente etapa fue una etapa de enfriamiento en horno bajo una presión parcial de helio en la que se permitió que las piezas en bruto de inserto de corte en estado sinterizado se enfriaran en el horno hasta temperatura ambiente de 38 grados Centígrados. El producto resultante de las etapas de procesamiento anteriores fue un sustrato de inserto de corte en estado sinterizado.
Además de la presión parcial de nitrógeno de calor para sinterización y la presión parcial de nitrógeno de mantenimiento de la sinterización (ambas expresadas en torr), la tabla VII expone otras propiedades, incluyendo la porosidad de la región principal del sustrato, la profundidad (en micrómetros) de la zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante, y el máximo nivel de cobalto en la zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante. El máximo nivel de cobalto en la zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante se expresa como un porcentaje del contenido en cobalto de la región principal. La porosidad de la región principal se determinó según la Designación B-276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996).
TABLA VII
8
9
En referencia a los ejemplos X207-1 a X207-3, es evidente que la profundidad de la zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante puede controlarse seleccionando la presión parcial de nitrógeno de mantenimiento de la sinterización y/o la presión parcial de nitrógeno de calor para sinterización. Los solicitantes observan que todavía se produce enriquecimiento con aglutinante incluso en el caso en el que la presión parcial de nitrógeno de mantenimiento de la sinterización (P2) es superior a cuatro veces la presión parcial de nitrógeno de calentamiento para sinterización (P1). Para los ejemplos X207-1 a X207-3, la naturaleza del enriquecimiento con aglutinante en la zona de superficie es enriquecimiento con aglutinante esencialmente no estratificado.
Ejemplos 1059-4 a 1059-6
Los ejemplos 1059-4 a 1059-6 tenían una composición igual que la del ejemplo 1 del presente documento, excepto en que el contenido en carbono se ajustó a igual al 6,18 por ciento en peso. Los ejemplos 1059-4 a 1059-6 se procesaron de igual manera que en los ejemplos X207-1 a X207-3, respectivamente. La tabla VIII expone la presión parcial de nitrógeno para la etapa de calentamiento para sinterización (P1) y la presión parcial de nitrógeno para la etapa de mantenimiento de la sinterización (P2), así como otras propiedades, incluyendo la porosidad de la región principal del sustrato, la profundidad (en micrómetros) de la zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante, y el máximo contenido en cobalto en la zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante. El máximo contenido en cobalto en la zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante se expone como un porcentaje del contenido en cobalto de la región principal. La porosidad de la región principal se determinó según la Designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996).
TABLA VIII
10
En referencia a los ejemplos 1059-4 a 1059-6, estos ejemplos muestran que la profundidad de la zona de enriquecimiento con cobalto puede controlarse (es decir, variarse de una forma predecible) mediante el ajuste de la presión parcial de nitrógeno en la etapa de calentamiento para sinterización y/o la etapa de mantenimiento de la sinterización. Además, estos ejemplos 1059-4 a 1059-6 demuestran que los sustratos en estado sinterizado que muestran que puede formarse, o bien una zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante de al menos 5 micrómetros de profundidad, o bien una ausencia de una zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante, a partir de un polvo de partida con la misma composición. Tal característica del procedimiento permite almacenar o formar únicamente una mezcla en polvo de partida para producir dos sustratos diferentes en estado sinterizado en los que uno de los sustratos en estado sinterizado tiene una zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante y el otro sustrato en estado sinterizado no muestra una zona de superficie de enriquecimiento con aglutinante.
Ejemplos de Calor 1723 y Calor 1660
Los seis ejemplos de Calor 1723 se identifican en la tabla IX a continuación. Estos ejemplos de Calor 1723 se procesaron de forma similar al ejemplo 1 del presente documento, excepto en que la presión parcial de nitrógeno durante la etapa de calentamiento para sinterización fue de 9,3 kPa (70 torr), la presión parcial de nitrógeno durante la etapa de mantenimiento de la sinterización fue de 2 kPa (15 torr), y la velocidad en rampa para la etapa de calentamiento fue de 1,11 grados Centígrados por minuto (2 grados Fahrenheit por minuto). La composición de los ejemplos de Calor 1723 fue la misma que en el ejemplo 1 del presente documento, excepto en que el nivel de carbono para cada ejemplo se ajustó a los valores tal como se expone en la tabla IX. Los ejemplos TC1206/RH-1723 y TC1199/RH-1723 comprendían sustratos en estado sinterizado que tenían al menos una superficie pulida antes del proceso de sinterización. Las propiedades correspondientes a la zona de enriquecimiento con aglutinante se determinaron a partir de la superficie pulida.
La tabla IX a continuación expone la profundidad de enriquecimiento con cobalto en micrómetros, la porosidad de la región principal del sustrato se determinó según la Designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996), el valor de saturación magnética (gauss\bulletcm^{3} por gramo), la fuerza coercitiva (Hc) en oersteds, y la densidad del material en gramos por centímetro cúbico.
TABLA IX
11
Se procesaron los seis ejemplos de Calor 1660 igual que los ejemplos de Calor 1723, excepto en que la velocidad en rampa para la etapa de calentamiento para sinterización fue de una velocidad más rápida de 2,78 grados Fahrenheit (5 grados Centígrados) por minuto. Los ejemplos TC1206/RH-1660 y TC1199/RH-1660 comprendían sustratos en estado sinterizado que tenían al menos una superficie pulida antes del proceso de sinterización. Las propiedades correspondientes a la zona de enriquecimiento con aglutinante se determinaron a partir de la superficie pulida. La tabla X a continuación expone la profundidad de enriquecimiento con cobalto en micrómetros, la porosidad de la región principal del sustrato según la Designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996), el valor de saturación magnética (gauss\bulletcm^{3} por gramo), la fuerza coercitiva (H_{c}) en oersteds, y la densidad del material en gramos por centímetro cúbico.
TABLA X
12
En referencia a los ejemplos de Calor 1723 y Calor 1660, se hace evidente que la velocidad en rampa durante la etapa de calentamiento para sinterización afecta a la profundidad del enriquecimiento con aglutinante cuando la etapa de calentamiento para sinterización se produce en una presión parcial de nitrógeno. Para todos los ejemplos, la profundidad del enriquecimiento con cobalto aumentó con la velocidad en rampa más lenta (1,11 grados Centígrados por minuto frente a 2,78 grados Centígrados por minuto) durante la etapa de calentamiento para sinterización.
Ejemplos de Calor 1724
Se procesaron los seis ejemplos de Calor 1724 de una manera similar a los ejemplos de Calor 1660, excepto en que la presión parcial de nitrógeno durante la etapa de mantenimiento de la sinterización fue de 200 Pa (1,5 torr). Los ejemplos TC1206/RH-1724 y TC1199/RH-1724 comprendían sustratos en estado sinterizado que tenían al menos una superficie pulida antes del proceso de sinterización. Las propiedades correspondientes a la zona de enriquecimiento con aglutinante se determinaron a partir de la superficie pulida. La tabla XI a continuación expone la profundidad de enriquecimiento con cobalto en micrómetros, la porosidad del sustrato principal según la Designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996), el valor de saturación magnética (gauss\bulletcm^{3} por gramo), la fuerza coercitiva (H_{c}) en oersteds, y la densidad del material en gramos por centímetro cúbico.
TABLA XI
13
Una comparación de los ejemplos de Calor 1724 con los ejemplos de Calor 1660 muestra que la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante puede aumentarse con una disminución en la presión parcial de nitrógeno durante la etapa de mantenimiento de la sinterización.
En general, resulta evidente que los solicitantes han inventado un procedimiento nuevo y útil para la producción de un inserto de corte, así como el propio inserto de corte. Mediante la realización de un cálculo de la presión parcial de nitrógeno de equilibrio a diversas temperaturas, los solicitantes pueden controlar la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante que se forma en un sustrato de inserto de corte en estado sinterizado de carburo cementado. Los solicitantes también pueden evitar la precipitación del carbono en la zona de enriquecimiento con aglutinante a través del uso de una etapa de enfriamiento controlado. Los solicitantes también pueden proporcionar un sustrato de inserto de corte con una porosidad principal sistemática.
Mediante el cálculo de la actividad del nitrógeno en la etapa de calentamiento para sinterización y la etapa de mantenimiento de la sinterización, los solicitantes pueden controlar la profundidad de la zona de enriquecimiento con aglutinante. Los solicitantes creen además que puede controlarse (por ejemplo, aumentar) el contenido en nitrógeno en el sustrato en estado sinterizado que se incluye en la región principal y la zona de enriquecimiento con aglutinante. Un sustrato en estado sinterizado que tiene un contenido en nitrógeno deseablemente alto tiene átomos de nitrógeno presentes en los intersticios de los átomos de cobalto que deben facilitar el endurecimiento de la disolución sólida, especialmente para un sustrato con la región principal que muestra una porosidad mayor de C00 según la Designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996).
Se cree que un sustrato en estado sinterizado que tiene la región principal con una porosidad no superior a C00 según la Designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996) y una zona del enriquecimiento con aglutinante con un contenido en nitrógeno deseablemente alto ayuda a mejorar la nucleación del nitruro de titanio durante la aplicación de nitruro de titanio como la capa sobre la superficie del sustrato. Un sustrato en estado sinterizado que tiene la región principal con una porosidad superior a C00 según la Designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996) y una zona del enriquecimiento con aglutinante con un contenido en nitrógeno deseablemente alto debe ayudar a mejorar la nucleación del carbonitruro de titanio durante la aplicación de carbonitruro de titanio como la capa sobre la superficie del sustrato.
Se cree que proporcionando nitrógeno adicional en el aglutinante de cobalto debe haber un aumento en la afinidad química entre el sustrato y el recubrimiento que contiene nitrógeno, tal como, por ejemplo, nitruro de titanio o carbonitruro de titanio. Un aumento en la disponibilidad de nitrógeno en el cobalto cerca de la superficie del sustrato debe reducir la posibilidad de formación de una fase eta frágil en la interfase entre el recubrimiento y el sustrato.
Se cree que un mayor contenido en nitrógeno en el sustrato también debe dar como resultado una disminución en el tamaño de los granos del carburo de tungsteno. Un aumento en el contenido en N/(C+N) debe conducir a una disminución en el tamaño del grano del carburo de tungsteno. El contenido de la fase de carburo de tungsteno en la microestructura debe aumentar hasta un máximo a medida que aumenta la razón N/(C+N).

Claims (15)

1. Inserto de corte recubierto que comprende:
un sustrato sustancialmente totalmente denso fabricado sinterizando una masa compacta de polvos de partida en una atmósfera que contiene una presión parcial, e incluyendo los polvos de partida los siguientes componentes: un aglutinante seleccionado de uno o más de cobalto, níquel, hierro y sus aleaciones, tungsteno, carbono, y uno o más de los siguientes: titanio, tántalo, niobio, hafnio, zirconio, y vanadio;
teniendo el sustrato una superficie de desprendimiento y una superficie lateral, existiendo un borde de corte en la intersección de las superficies de desprendimiento y lateral;
teniendo el sustrato una zona de enriquecimiento con aglutinante no estratificado de una profundidad generalmente uniforme que empieza adyacente a y que se extiende hacia el interior desde el borde de corte y al menos una de la superficie de desprendimiento y la superficie lateral hacia una región principal que tiene una porosidad según la designación B276-91 de la norma ASTM (aprobada de nuevo en 1996) que es superior a C00;
conteniendo la región principal del sustrato, nitrógeno en un primer nivel y conteniendo la zona de enriquecimiento con aglutinante, nitrógeno en un segundo nivel, siendo el primer nivel de nitrógeno inferior que el segundo nivel de nitrógeno;
no mostrando la zona de enriquecimiento con aglutinante ninguna precipitación de carbono; y
un recubrimiento sobre el borde de corte y al menos una parte de una o ambas de la superficie de desprendimiento y la superficie lateral del sustrato.
2. Inserto recubierto según la reivindicación 1, en el que las fuentes del nitrógeno en la región principal del sustrato comprenden los polvos de partida y la atmósfera de sinterización.
3. Método para fabricar el inserto de corte recubierto según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende las etapas de:
combinar los polvos de partida para formar una mezcla en polvo de partida en la que los polvos contienen los siguientes componentes: un aglutinante seleccionado de uno o más de cobalto, níquel, hierro y sus aleaciones, tungsteno, carbono, y uno o más de los siguientes: titanio, tántalo, niobio, hafnio, zirconio, y vanadio;
prensar la mezcla en polvo de partida para formar una pieza en bruto de inserto de corte sin tratar;
desparafinar la pieza en bruto de inserto de corte sin tratar para formar un pieza en bruto de inserto de corte desparafinada;
calentar para sinterización la pieza en bruto de inserto de corte desparafinada desde aproximadamente la temperatura de desparafinado máxima hasta al menos una temperatura de cierre de poro en un atmósfera que tiene al menos una presión parcial en la que durante al menos una parte de la etapa del calentamiento para sinterización contiene una presión parcial de nitrógeno de manera que el nitrógeno difunde al interior de la pieza en bruto de inserto de corte desparafinada de manera que se forme una pieza en bruto de inserto de corte presinterizada;
mantener la sinterización la pieza en bruto de inserto de corte presinterizada a una temperatura de mantenimiento de la sinterización en un atmósfera que tiene al menos una presión parcial que, durante al menos una parte de la etapa de mantenimiento de la sinterización, contiene una presión parcial de nitrógeno en la que el nitrógeno se desprende de la pieza en bruto de inserto de corte presinterizada para formar una pieza en bruto de inserto de corte sinterizada;
enfriar la pieza en bruto de inserto de corte sinterizada desde la temperatura de sinterización hasta una temperatura objetivo por debajo de la temperatura eutéctica a una velocidad controlada en una atmósfera que tiene al menos una presión parcial, de manera que se forme un sustrato de inserto de corte en estado sinterizado que tiene una superficie periférica con una zona de enriquecimiento con aglutinante no estratificado que empieza adyacente a y se extiende hacia el interior hacia una región principal del sustrato; y
recubrir el sustrato de inserto de corte en estado sinterizado con un recubrimiento que comprende una o más capas.
4. Método según la reivindicación 3, en el que la etapa de desparafinado comprende calentar la pieza en bruto de inserto de corte sin tratar en una atmósfera que contiene una presión parcial de hidrógeno.
5. Método según la reivindicación 3, en el que la etapa de desparafinado comprende calentar la pieza en bruto de inserto de corte sin tratar en una atmósfera que contiene una presión positiva de hidrógeno.
\newpage
6. Método según la reivindicación 3, en el que toda la etapa de calentamiento para sinterización se produce en una atmósfera que tiene una presión parcial de nitrógeno.
7. Método según la reivindicación 3, en el que toda la etapa de mantenimiento de la sinterización se produce en una atmósfera que tiene una presión parcial de nitrógeno.
8. Método según la reivindicación 3, en el que al menos una parte de la etapa de enfriamiento se produce en una atmósfera que tiene una presión parcial de nitrógeno.
9. Método según la reivindicación 3, en el que toda la etapa de enfriamiento se produce en una atmósfera que tiene una presión parcial de nitrógeno.
10. Método según la reivindicación 3, que incluye adicionalmente las siguientes etapas después de la etapa de enfriamiento adicional y antes de la etapa de recubrimiento:
pulir una parte de al menos una de la superficie de desprendimiento y la superficie lateral del sustrato de inserto de corte en estado sinterizado de manera que se elimine la zona de enriquecimiento de cobalto de al menos una parte de al menos una de las superficies de desprendimiento y lateral, de modo que se forme un sustrato pulido; y
resinterizar el sustrato pulido a vacío para formar un sustrato pulido resinterizado.
11. Método según la reivindicación 10, que incluye adicionalmente después de la etapa de resinterización, la etapa de pulir al menos una parte de la superficie lateral del sustrato pulido resinterizado.
12. Método según la reivindicación 3, que incluye adicionalmente la siguiente etapa después de la etapa de enfriamiento adicional y antes de la etapa de recubrimiento:
afilar el borde de corte.
13. Método según la reivindicación 3, en el que la zona de enriquecimiento con aglutinante no estratificada está esencialmente libre de cualquier carburo en disolución sólida y cualquier carbonitruro en disolución sólida, de manera que el carburo de tungsteno y cobalto comprenden sustancialmente toda la zona de enriquecimiento con aglutinante.
14. Método según la reivindicación 3, en el que al zona de enriquecimiento con aglutinante no estratificado está empobrecida al menos parcialmente de cualquier carburo en disolución sólida y cualquier carbonitruro en disolución sólida.
15. Método según la reivindicación 3, en el que la presión parcial de nitrógeno durante toda la etapa de mantenimiento de la sinterización es al menos aproximadamente cuatro veces superior a la presión parcial de nitrógeno durante toda la etapa de calentamiento para sinterización.
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