ES2575506T3 - Punzón de carburo cementado - Google Patents

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Abstract

Un punzón para la fabricación de latas metálicas de bebida de un carburo cementado que comprende una fase dura que comprende WC y una fase enlazante caracterizado por que la composición del carburo cementado comprende, en % en peso, de 50 a 69 % en peso como un resto de WC, de 18 a 28 TiC y de 12 a 20 Co+Ni y de 0,5 a 2,5 Cr y de 0,1 a 0,3 Mo.

Description

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DESCRIPCION
Punzon de carburo cementado
La presente invencion se refiere a una herramienta de carburo cementado, particularmente a un punzon para la fabricacion de latas de bebida metalicos
Antecedentes
Se producen cada ano en todo el mundo alrededor de 260 mil millones de latas. Una unica lmea de produccion puede fabricar hasta 500.000,000 latas al ano en un proceso continuo a partir de una banda de aluminio o de acero. Como un ejemplo, presionada de la lamina metalica, se forma una copa en el cuerpo de la lata en un golpe de punzon continuo en aproximadamente una quinta parte de un segundo, formando el diametro interior de aproximadamente 66 mm, y aumentado la altura de 33 a 57 mm, a continuacion, a traves de tres anillos de hierro, para estrechar la pared a l30 mm de altura, antes de formar la boveda concava en la base de la lata.
Debido a las tolerancias muy ajustadas requeridas para el mecanizado (± 0,002 mm) para mantener las dimensiones correctas de la lata, es cntica la alineacion del punzon con respecto a los anillos de hierro y la matriz de la boveda.
La fabricacion de las latas es un proceso continuo y por lo tanto es esencial una vida en servicio predecible y fiable entre reparaciones.
El documento de patente US 5.736.658 describe un componente de utillaje usado preferiblemente en la embuticion profunda de latas de aluminio y de acero. El utillaje esta comprendido de un carburo cementado unido a mquel. Sin embargo, debido a que no se anade cobalto a la fase de union, el grado es no magnetico, lo que podna ser una desventaja cntica para el fabricante de latas que pide materiales magneticos para la herramienta de punzon, y ademas tiene un contenido de WC muy bajo para obtener un material con densidad baja.
El documento de patente WO 2008/079083 describe una herramienta de punzon de carburo cementado que contiene carburo de wolframio, carburo de titanio, carburo de niobio, cobalto y cromo junto con otras posibles adiciones.
Resumen
Es un objeto de la presente invencion proporcionar un punzon para la fabricacion de latas metalicas de bebida con una vida en servicio mejorada.
Se ha encontrado que el objeto anterior se puede conseguir mediante un punzon de un carburo cementado que comprende una fase dura que comprende WC y una fase de union caracterizado por la reivindicacion 1.
Breve Descripcion De Las Figuras
La Fig. 1 muestra una imagen SEM retrodispersada de una realizacion ejemplar de la invencion en donde A es fase WC, B es fase cubica (Ti,W)C, y C es nucleos de TiCx, D es fase de union basada en Co+Ni con adiciones de Cr y Mo.
Descripcion Detallada
Se ha encontrado que disminuyendo el peso del punzon se puede reducir significativamente el momento de doblado de la prensa de la lata y esto mejorara la alineacion de las herramientas, lo que da como resultado una vibracion menor que esta relacionada con el dano de las herramientas, una consistencia mejorada del espesor de la pared de la lata, mantenimiento reducido de la maquina formadora del cuerpo y consumo de energfa reducido o velocidades mayores de produccion ya que se esta transportando una masa mas pequena. Tambien se ha encontrado, sin embargo, que el contenido de carburo de wolframio y fase de union se debe mantener lo suficientemente alto para no sacrificar la resistencia al desgaste y la tenacidad de la herramienta.
Segun la invencion, se pueden satisfacer estos requerimientos mediante un punzon segun la reivindicacion 1 para la fabricacion de latas metalicas de bebidas tales como latas de aluminio o de acero, de un carburo cementado que comprende una fase dura que comprende WC y una fase de union en donde la composicion del carburo cementado comprende, en % en peso, de 50 a menos de 70 WC, de 15 a 30 TiC, de 12 a 20 Co+Ni.
La microestructura del carburo cementado sinterizado comprende WC presente como una fase individual. Adecuadamente, el WC tambien esta disuelto en TiC formando una fase cubica (Ti,W)C.
Es una ventaja si el grado del carburo cementado sinterizado tiene un carburo de wolframio de un submicrometro o aproximadamente un micrometro, preferiblemente que tiene un tamano de grano medio de 0,8-2 pm, adecuadamente 0,8-1,5 pm, medido usando el metodo de interseccion de una lmea, para conseguir suficiente resistencia al desgaste y tenacidad apropiada. En una realizacion, la fase de WC esta presente en el carburo cementado sinterizado en forma de granos que tienen todos esencialmente un tamano menor de 1 pm.
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Es una ventaja adicional si la fase cristalina mixta (Ti,W)C en el carburo cementado sinterizado tiene un tamano de grano medio de 1-5 pm, medido usando el metodo de interseccion de una lmea.
La microestructura del carburo cementado sinterizado tambien comprende adecuadamente una fase individual de Ti y C, denominada a continuacion en la presente memoria TiCx. Adecuadamente, la fase TiCx esta en forma de nucleos embebidos en una fase cubica de carburo que comprende Ti y W.
Adecuadamente, el carburo cementado comprende WC en una cantidad de 50 a 69 % en peso, adecuadamente de 50 a 67 % en peso, mas adecuadamente de 55 a 67 % en peso.
Para conseguir propiedades magneticas adecuadas el carburo cementado comprende adecuadamente al menos 6 % en peso de Co.
El carburo cementado con enlazante Co tiene adecuadamente solo un valor Com entre 85,0% y 95,0 % del valor en % en peso de Co respectivo para asegurar que se cumple el lfmite inferior de permeabilidad magnetica y que no hay carburos eta presentes en la microestructura. Preferiblemente, la permeabilidad magnetica es al menos de 3,5.
En la practica, el enlazante puede contener Cr debido a la necesidad de conseguir resistencia a la corrosion, entonces esto crea una fase no magnetica con el cobalto que se alea a el.
Consecuentemente, se requiere un nuevo nivel mmimo de enlazante de Co en % en peso segun el siguiente algoritmo simple.
% en peso mmimo de Co (a) que contiene (b) % en peso de Cr
(a) = 5,5 + 0,6 * (b) % en peso
De nuevo el ultimo asume que el valor de saturacion magnetica esta entre el campo de la fase 2, es decir, no hay presentes carburos eta ni grafito.
Las condiciones de operacion requieren el uso de refrigerantes adecuados que a medida que se agotan se vuelven ligeramente corrosivos en su naturaleza, lo que afecta dramaticamente al proceso de desgaste lo que da como resultado el fallo prematuro. El refrigerante es tfpicamente una disolucion basada en agua que existe entre pH 9 cuando es nueva y pH 8 cuando se usa. Al pH mas bajo, la herramienta punzon es susceptible al desgaste corrosivo, especialmente con un enlazante cobalto. Una resistencia al desgaste mejorada tambien mejorara la consistencia del espesor de la pared de la lata y reducira el tiempo inactivo de la herramienta para volver a afilar.
Por lo tanto, se usa adecuadamente un carburo cementado resistente a la corrosion, que tiene una base de cobalto y mquel, y se puede conseguir una resistencia a la corrosion adicionalmente mejorada, por ejemplo, anadiendo a la composicion ciertas cantidades de cromo, como se menciona anteriormente, y/o molibdeno.
Preferiblemente, el carburo cementado comprende mquel y cobalto en una proporcion en peso Co/Ni de 0,3-2,5, adecuadamente de 0,5 a 2.
Adecuadamente, el carburo cementado comprende de 0,5 a 2,5 % en peso de Cr, preferiblemente 1-2 % en peso de Cr.
El carburo cementado adecuadamente comprende de 0,1-0,3 % en peso de Mo .
Es una ventaja si la fase enlazante contiene entre 12 y 16 % en peso de Cr+Mo .
En una realizacion de la presente invencion, el punzon comprende un carburo cementado que comprende una fase dura que comprende WC y TiC, y una fase enlazante en la que la composicion de carburo cementado comprende, en 5 en peso, de 50 a menor que 69 WC, de 15 a 30 TiC, de 12 a 20 Co+Ni, con una proporcion en peso Co/Ni de desde 0,5 a 2, de 1 a 2 Cr y de 0,1 a 0,3 Mo.
En una realizacion, el carburo cementado tiene una composicion, en % en peso, 12 -20 Co+Ni, 1 - 2 Cr, 0,1 - 0,3 Mo, 18 - 30 TiC y el resto de WC.
En una realizacion, el carburo cementado tiene una composicion, en % en peso, 7-9 Co, 5-7 Ni, 1 -2 Cr y 0,1-0,3 Mo, con 18-23 TiC y resto de WC.
En otra realizacion, el carburo cementado tiene una composicion, en % en peso, 6-8 Co, 12-14 Ni, 1 -2 Cr y 0,1-0,3 Mo, con 18-23 TiC y resto de WC.
Aun en otra realizacion, el carburo cementado tiene una composicion, en % en peso, 10-14 Co, 5-7 Ni, 1 -2 Cr y 0,10,3 Mo, con 18-23 TiC y resto de WC.
En una realizacion, el punzon es un punzon de herramienta para lata.
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La invencion tambien se refiere al uso de un punzon segun la invencion para aplicaciones de punzon de herramienta para lata en un ambiente corrosivo - abrasivo.
El carburo cementado usado en la presente invencion se prepara adecuadamente a partir de polvos que forman los constituyentes duros y polvos que forman el enlazante que se muelen en juntos en humedo, se secan, se presionan hasta formar cuerpos de forma deseada y se sinterizan.
Adecuadamente al menos 75 % en peso, preferiblemente al menos 95 % en peso, mas preferiblemente todo, de la adicion del Ti a la composicion se realiza usando un polvo de materia prima del eutectico cristalino mixto (Ti,W)C donde la proporcion en peso Ti/W es de 0,85 y las partfculas de polvo del eutectico cristalino mixto tiene adecuadamente un tamano medio (d50) entre 0,5 y 1,2 pm, preferiblemente 0,7-1,2 pm. En una realizacion, las partfculas de polvo del eutectico cristalino mixto tienen un tamano medio (d50) de aproximadamente 5 pm lo que significa que adecuadamente el intervalo de tamano de partfcula esta entre 1 y 10 pm.
Adecuadamente, el tamano de grano medio de WC (d50) del polvo de materia prima de WC anadido es muy similar al del cristal mixto (Ti,W)C, preferiblemente entre 0,5 y 1,2 pm, preferiblemente 0,7-1,2 pm, mas preferiblemente aproximadamente 1,0 pm.
La composicion de enlazante se elige para mantener una tenacidad suficientemente elevada y una permeabilidad magnetica minima. Para asegurar una resistencia a la corrosion adecuada debido a los efectos del refrigerante sobre el enlazante, el ultimo se formula adecuadamente de una aleacion 'inoxidables', Ejemplo 1.
Ejemplo 1
Se produjeron grados de carburo cementado con las composiciones en % en peso segun la Tabla 1 de acuerdo con metodos conocidos y usando polvo de WC y (Ti,W)C con un tamano medio de partfcula (d50) de 0,8 pm y aproximadamente 1 pm, respectivamente. Las muestras de carburo cementado se prepararon a partir de polvos que forman los constituyentes duros y polvos que forman el enlazante. Los polvos se molieron en humedo junto con un agente lubricante y un agente antifloculante hasta que se obtuvo una mezcla homogenea y se granulo por secado. El polvo seco se presiono para formar cuerpos de la forma deseada mediante presionado 'wetbag' isostatico antes de sinterizar. La sinterizacion se realiza a 1410 °C durante aproximadamente 1 hora a vado, seguido de la aplicacion de una presion elevada, 50 bar de argon, a la temperatura de sinterizacion, durante aproximadamente 30 minutos para obtener una estructura densa antes de enfriar.
En algunas realizaciones de la invencion los unicos componentes en la composicion del carburo cementado son los listados a continuacion junto con cualquier impureza menor normal.
La estructura de carburo cementado sinterizado comprende WC con un tamano de grano medio de 1 pm, medido usando el metodo de interseccion de una lmea.
El material tiene una dureza de 1250-1550 HV30 dependiendo de la composicion seleccionada y temperatura de sinterizacion.
Los cuerpos de la herramienta de punzon de carburo cementado fabricados de acuerdo con la composicion de la invencion se ensayaron frente a un carburo cementado estandar para punzones de herramientas para latas previamente conocido (#) segun la Tabla 1 a continuacion.
Tabla 1 (composicion en % en peso)
Ref
A B C D #
Muestra
invencion invencion invencion invencion comparativa
WC
Resto Resto Resto Resto Resto
TiC*
20 20 21 21 -
Co
8,0 8,5 6,0 12,0 6,6
Ni
6,0 5,5 13,0 6,0 2,2
Cr
1,5 1,7 1,7 1,7 1,0
Mo
0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
d50 WC (pm)
0,8 1,0 1,0 1,0 0,8
d50 (Ti,W)C (pm)
1,0 1,0 5 5 -
* Adicion usando (Ti,W)C
Probetas de ensayo de grado candidato de carburo cementado se ensayaron frente a la abrasion y corrosion de acuerdo con las normas ASTM B611, G61 y G65 (incluyendo medio acido).
Se han medido otras propiedades segun las normas usadas en el campo del carburo cementado, es decir, ISO 5 3369:1975 para la densidad, ISO 3878:1983 paral a dureza y ASTM G65 para la resistencia al desgaste por
abrasion.
La resistencia a la corrosion se ha caracterizado de acuerdo a la norma ASTM61 particularmente adecuada para medir la corrosion de (Co, Ni, Fe) en disolucion de cloruros.
Podna ser tambien que tuviera lugar un efecto sinergico entre los mecanismos abrasivo y corrosivo.
10 Los resultados se presentan en la Tabla 2 a continuacion.
Tabla 2
Ref
A B C D #
Muestra
invencion invencion invencion invencion comparativa
Densidad
9,9 9,9 9,7 10,2 14,4
Dureza (HV30)
1550 1400 1250 1300 1650
Tenacidad (K1c) MN/mm1,5
9,8 10 12,5 12,5 9,6
Diametro de la cicatriz de resistencia al desgaste (pm) EBSD a 200 mN
2,5 2,5 5,0
Permeabilidad magnetica (p) NA-2
3,5-4 4 >3,5 >4,5 4,5
Resistencia a la corrosion*
7,0 5,5 7,5 5,5 7,0
Comportamiento duracion millones de latas
>20** >20** >20** >20** 10
* Potencial de ruptura segun ASTM61 con escala de clasificacion normalizada 1 -10 con celda puerto de lavado Eb (10pA/cm2) donde Inoxidable316 =10 ** Vida en servicio estimada antes de volver a afilar
La resistencia al desgaste se aumenta x2.
El rendimiento se estima que aumenta de 10 millones de latas a >20 millones, en mas de x2. 15

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un punzon para la fabricacion de latas metalicas de bebida de un carburo cementado que comprende una fase dura que comprende WC y una fase enlazante caracterizado por que la composicion del carburo cementado comprende, en % en peso, de 50 a 69 % en peso como un resto de WC, de 18 a 28 TiC y de 12 a 20 Co+Ni y de 0,5
    5 a 2,5 Cr yde0,1 a 0,3 Mo.
  2. 2. Un punzon segun la reivindicacion 1 en donde el carburo cementado comprende WC como una fase individual.
  3. 3. Un punzon segun cualquiera de las reivindicaciones 1-2 en donde el carburo cementado comprende TiCx como una fase individual.
  4. 4. Un punzon segun cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en donde la composicion de carburo cementado tiene una 10 proporcion en peso Co/Ni de desde 0,3 a 2,5.
  5. 5. Un punzon segun cualquiera de las reivindicaciones 1-4 en donde el carburo cementado tiene una composicion, en % en peso, 12-20 Co+Ni, 1 - 2 Cr, 0,1 - 0,3 Mo, 18 - 30 TiC y el resto de WC.
    6 Un punzon segun la reivindicacion 2 en donde la fase WC esta en forma de granos que tienen todos esencialmente un tamano menor que 1 pm.
    15 7. Uso de un punzon segun cualquiera de las reivindicaciones 1-6 para aplicaciones de punzones de herramienta
    para latas en un ambiente corrosivo - abrasivo.
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