MX2011001443A - Herramientas abrasivas que tienen una fase de metal continua para unir un componente abrasivo a un portador. - Google Patents
Herramientas abrasivas que tienen una fase de metal continua para unir un componente abrasivo a un portador.Info
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Abstract
Un artículo abrasivo incluye un elemento portador, un componente abrasivo y una región de unión entre el componente abrasivo y el elemento portador. El componente abrasivo incluye partículas abrasivas unidas en una matriz metálica. El componente abrasivo incluye además una red de poros interconectados llenos de forma sustancial con un infiltrante tiene una composición infiltrante que contiene al menos un elemento metálico. La región de unión incluye un metal de unión que tiene una composición metálica de unión que contiene al menos un elemento metálico. La región de unión es una región distinta del elemento portador y es una fase separada del elemento portador. Una diferencia elemental de porcentaje en peso es el valor absoluto de la diferencia de contenido en peso de cada elemento comprendido en la composición metálica de unión respecto a la composición infiltrante. La diferencia elemental de porcentaje en peso entre la composición metálica de unión y la composición infiltrante no supera el por ciento de peso.
Description
HERRAMIENTAS ABRASIVAS QUE TIENEN UNA FASE DE METAL CONTINUA PARA UNIR UN COMPONENTE ABRASIVO A UN PORTADOR
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere de forma general a las herramientas abrasivas y los procesos para formarlas. Más específicamente, la presente invención se refiere a herramientas que tienen una fase metálica continua para unir un componente abrasivo a un portador.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las mejoras en la infraestructura, como la construcción de más carreteras y edificios son esenciales para la continua expansión económica de las regiones en desarrollo. Asimismo, las regiones desarrolladas tienen la continua necesidad de reemplazar la infraestructura anticuada con carreteras y edificios nuevos y más desarrollados. De esta forma, la demanda de construcción permanece alta.
La industria de la construcción utiliza una variedad de herramientas para cortar y moler materiales de construcción. Las herramientas de corte y molienda son necesarias para quitar o restaurar las secciones viejas de las carreteras. Asimismo, la extracción y preparación de materiales de acabado, como las losas de piedra utilizadas para los pisos y las fachadas de los edificios, requiere de herramientas para taladrar, cortar y pulir. Generalmente,
REF: 217683 estas herramientas incluyen componentes abrasivos unidos a un elemento portador, como una placa o una rueda. La quebradura de la unión entre el componente abrasivo y el elemento portador puede requerir el reemplazo del componente abrasivo y/o del elemento portador, lo que da como resultado la paralización del trabajo y la pérdida de productividad. Además, la quebradura puede representar un riesgo relacionado con la seguridad cuando las porciones del componente abrasivo se disparan a alta velocidad desde del área de trabajo. Por lo tanto, se desea mejorar la unión entre el componente abrasivo y el elemento portador.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
En una modalidad, un artículo abrasivo puede incluir un elemento portador, un componente abrasivo y una región de unión entre el componente abrasivo y el elemento portador. El componente abrasivo puede incluir partículas abrasivas unidas en una matriz metálica. El componente abrasivo puede incluir una red de poros interconectados llenos en forma sustancial con un infiltrante que tiene una composición infiltrante que contiene al menos un elemento metálico. La región de unión puede comprender un metal de unión que tiene una composición metálica de unión que contiene al menos un elemento metálico. La región de unión puede ser una región distinta del elemento portador y puede ser una fase separada del elemento portador. Una diferencia elemental de porcentaje en peso puede ser el valor absoluto de la diferencia de contenido en peso de cada elemento comprendido en la composición metálica de unión relativa a la composición infiltrante. La diferencia elemental de porcentaje en peso entre la composición metálica de unión y la composición infiltrante no puede superar el 20 por ciento en peso, por ejemplo, no puede superar el 15 por ciento en peso, por ejemplo, no puede superar el 10 por ciento en peso. En una modalidad particular, la diferencia elemental de porcentaje en peso entre la composición metálica de unión y la composición infiltrante no puede superar el 5 por ciento en peso, por ejemplo, no puede superar el 2 por ciento en peso. En una modalidad adicional, la diferencia elemental de porcentaje en peso entre la composición metálica de unión y la composición infiltrante es de aproximadamente un 0 por ciento en peso.
En una modalidad, un artículo abrasivo puede incluir un elemento portador, un componente abrasivo y una región de unión entre el componente abrasivo y el elemento portador. El componente abrasivo puede incluir partículas abrasivas unidas en una matriz metálica. La matriz metálica puede incluir una red de poros interconectados llenos en forma sustancial con un metal de unión. La región de unión puede ser una región distinta del elemento portador y puede ser una fase separada del elemento portador. La región de unión puede incluir el metal de unión. En una modalidad particular, el elemento portador puede tener una resistencia a la tracción de al menos aproximadamente 600 N/mm2.
En otra modalidad, un artículo abrasivo puede incluir un elemento portador, un componente abrasivo y una región de unión entre el componente abrasivo y el elemento portador. El elemento portador puede tener una resistencia a la tracción de al, menos aproximadamente 600 N/mm2. El componente abrasivo puede incluir partículas abrasivas, una matriz metálica y un metal de unión infiltrado.
En una modalidad particular, la región de unión puede incluir al menos un 90% en peso del metal de unión. En otra modalidad particular, la región de unión puede consistir esencialmente en un metal de unión.
En una modalidad adicional, un artículo abrasivo puede incluir un elemento portador, un componente abrasivo y un metal de unión. El elemento portador puede ser sustancialmente estable en cuanto a su composición a una temperatura de proceso. Es decir, la composición del elemento portador no cambia de forma sustancial durante un proceso en el cual el elemento portador se calienta a la temperatura de proceso. El componente abrasivo puede incluir partículas abrasivas y una matriz metálica. El componente abrasivo puede incluir una red de poros interconectados y la matriz metálica puede ser sustancialmente estable en cuanto a su composición a la temperatura de proceso. El metal de unión puede fundirse a la temperatura de proceso. A la temperatura de proceso, el metal de unión puede infiltrarse en la red de poros interconectados y unir el componente abrasivo al elemento portador. En una modalidad particular, la temperatura de proceso puede encontrarse en un intervalo de aproximadamente 900 °C y aproximadamente 1200 °C.
En una modalidad particular, el artículo abrasivo puede tener una resistencia a la flexión destructiva de al menos aproximadamente 500 N/mm2, como al menos aproximadamente 600 N/mm2, por ejemplo al menos aproximadamente 700 N/mm2. En otra modalidad particular, el artículo abrasivo puede ser una sección anular de molienda con una resistencia a la flexión destructiva de al menos aproximadamente 500 N/mm2, como al menos aproximadamente 600 N/mm2, por ejemplo al menos aproximadamente 700 N/mm2. En otra modalidad particular, el artículo abrasivo puede ser una barrena sacamuestras con una resistencia a la flexión destructiva de al menos aproximadamente 750 N/mm2, como al menos aproximadamente 775 N/mm2, por ejemplo al menos aproximadamente 800 N/mm2. En otra modalidad particular, el artículo abrasivo puede ser una cuchilla de corte con una resistencia a la flexión destructiva de al menos aproximadamente 1400 N/mm2, como al menos aproximadamente 1600 N/mm2, por ejemplo al menos aproximadamente 1800 N/mm2.
En una modalidad particular adicional, la composición metálica de unión puede incluir un metal que se selecciona del grupo que consiste en cobre, bronce (cobre y estaño), una aleación de cobre, estaño y zinc y cualquiera de sus combinaciones. En un ejemplo, el bronce (cobre y estaño) puede incluir un contenido de estaño no mayor que aproximadamente un 20%. En otro ejemplo, la aleación de cobre, estaño y zinc puede incluir un contenido de estaño no mayor que aproximadamente un 20% y un contenido en zinc no mayor que aproximadamente un 10%. En otro ejemplo, la composición metálica de unión puede incluir además titanio, plata, manganeso, fósforo, aluminio, magnesio o cualquiera de sus combinaciones.
En otra modalidad particular, las partículas abrasivas pueden incluir partículas superabrasivas como el diamante. En un ejemplo, las partículas abrasivas pueden encontrarse en una cantidad entre aproximadamente 2.0 vol% y 50 vol% del componente abrasivo.
En otra modalidad particular, la matriz metálica puede incluir un metal que se selecciona del grupo que consiste en hierro, aleación de hierro, tungsteno, cobalto, níquel, cromo, titanio, plata y cualquiera de sus combinaciones. En un ejemplo, la matriz metálica puede incluir además un elemento de tierras raras. El elemento de tierras raras puede encontrarse en una cantidad no mayor que aproximadamente un 3.0% en peso. En otro ejemplo, la matriz metálica puede incluir además un componente resistente al desgaste como el carburo de tungsteno.
En una modalidad particular adicional, el componente abrasivo puede tener una porosidad de entre aproximadamente un 25% y un 50%. En un ejemplo, el metal de unión puede llenar de forma sustancial la red de huecos interconectados para formar un componente abrasivo densificado que tiene una densidad de al menos aproximadamente un 96%. En otro ejemplo, una cantidad de metal de unión en el componente abrasivo densificado puede ser de entre aproximadamente un 20% en peso y aproximadamente un 45% en peso del componente abrasivo densificado.
En otra modalidad, un método para formar un artículo abrasivo puede incluir formar un componente abrasivo mediante la compresión de una mezcla. La mezcla puede incluir partículas abrasivas y una matriz metálica y el componente abrasivo puede tener una red interconectada de poros. El método puede incluir además colocar un metal de unión entre el componente abrasivo y un elemento portador y calentar para licuar el metal de unión. El método puede incluir además hacer circular al menos una porción del metal de unión en la red interconectada de poros para formar un componente abrasivo densificado y enfriar, para de ese modo unir el componente abrasivo densificado al elemento portador. En una modalidad particular, el moldeado puede incluir el prensado en frío de la mezcla. En un ejemplo, el prensado en frío puede llevarse a cabo a una presión de entre aproximadamente 50 kN/cm2 (500 MPa) y aproximadamente 250 kN/cm2 (2500 MPa) . En otra modalidad particular, la circulación ocurre mediante acción capilar.
En otra modalidad particular, el calentamiento puede incluir calentar a una temperatura de proceso, la temperatura de proceso puede ser superior al punto de fusión del metal de unión, inferior al punto de fusión del elemento portador e inferior al punto de fusión del componente abrasivo poroso. En un ejemplo, la temperatura de proceso puede encontrarse en el intervalo de aproximadamente 900°C y aproximadamente 1200 °C. En otro ejemplo, el calentamiento puede llevarse a cabo en una atmósfera reducida. En otro ejemplo, el calentamiento puede llevarse a cabo en un horno, como un horno de túnel o un horno intermitente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La presente invención puede comprenderse mejor y sus numerosas características y ventajas pueden resultar evidentes para los expertos en la técnica mediante la referencia a las figuras adjuntas.
Las figuras 1 a 3 son ilustraciones de herramientas abrasivas ejemplares.
La figura 4 es una ilustración de un segmento que contiene abrasivos para el montaje en una herramienta.
La figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra un segmento abrasivo antes de su unión.
La figura 6 es un diagrama esquemático que ilustra un segmento unido a un portador.
La figura 7 es una fotografía de la sección anular del portador preparada mediante instalación por soldadura.
La figura 8 es una fotografía de la sección anular del portador preparada mediante unión por infiltración.
La figura 9 es una fotografía de la cuchilla de corte preparada mediante unión por infiltración.
La figura 10 es una fotografía de la barrena sacamuestras preparada mediante instalación por soldadura.
La figura 11 es una fotografía de la barrena sacamuestras preparada mediante soldadura láser.
La figura 12 es una fotografía de la barrena sacamuestras preparada mediante unión por infiltración.
Las figuras 13 y 14 son gráficas elementales de una sección anular del portador.
El uso de los mismos símbolos de referencia en las diferentes figuras indica elementos similares o idénticos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
De conformidad con una modalidad, la herramienta abrasiva incluye un elemento portador y un componente abrasivo. La herramienta abrasiva puede ser una herramienta de corte para cortar materiales de construcción como una sierra para cortar hormigón. De forma alternativa, la herramienta abrasiva puede ser una herramienta de molienda como para moler hormigón o barro quemado o para quitar asfalto. El elemento portador puede ser un disco metálico sólido, un anillo, una sección anular o una placa. El componente abrasivo puede incluir partículas abrasivas intercaladas en una matriz metálica. La matriz metálica puede tener una red de poros interconectados o poros que se encuentran parcialmente o sustancialmente llenos con un infiltrante. La región de unión puede encontrarse entre el elemento portador y el componente abrasivo y puede contener un metal de unión. El metal de unión en la región de unión puede ser continuo con el infiltrante que llena la red de poros interconectados.
En una modalidad ejemplar, un componente abrasivo incluye partículas abrasivas intercaladas en una matriz metálica que tiene una red de poros interconectados. Las partículas abrasivas pueden ser superabrasivas como el diamante o el nitruro de boro cúbico. Las partículas abrasivas pueden tener un tamaño de partícula no menor que aproximadamente 400 US malla, por ejemplo no menor que aproximadamente 100 US malla, por ejemplo entre aproximadamente 25 y 80 US malla. En función de la aplicación, el tamaño puede ser de entre aproximadamente 30 y 60 US malla. Las partículas abrasivas pueden encontrarse en una cantidad entre aproximadamente un 2 vol% y aproximadamente un 50 vol%. Además, la cantidad de partículas abrasivas puede depender de la aplicación. Por ejemplo, un componente abrasivo para una herramienta de molienda o pulido puede incluir entre aproximadamente un 3.75 y aproximadamente un 50 vol% de partículas abrasivas. De forma alternativa, un componente abrasivo para una herramienta de corte puede incluir entre aproximadamente un 2 vol% y un 6.25 vol% de partículas abrasivas. Asimismo, un componente abrasivo para una barrena sacamuestras puede incluir entre aproximadamente un 6.25 vol% y un 20 vol% de partículas abrasivas.
La matriz metálica puede incluir hierro, aleación de hierro, tungsteno, cobalto, níquel, cromo, titanio, plata y cualquiera de sus combinaciones. En un ejemplo, la matriz metálica puede incluir un elemento de tierras raras como cerio, lantano y neodimio. En otro ejemplo, la matriz metálica puede incluir un componente resistente al desgaste como el carburo de tungsteno. La matriz metálica puede incluir partículas de componentes individuales o partículas pre-aleadas. Las partículas pueden ser de entre aproximadamente 1.0 micrones y aproximadamente 250 micrones.
En una modalidad ejemplar, la composición metálica de unión puede incluir cobre, bronce (cobre y estaño) , una aleación de cobre, estaño y zinc y cualquiera de sus combinaciones. El bronce (cobre y estaño) puede incluir un contenido en estaño no mayor que aproximadamente un 20% en peso, por ejemplo, no mayor que aproximadamente un 15% en peso. De forma similar, la aleación de cobre, estaño y zinc puede incluir un contenido de estaño no mayor que aproximadamente un 20% en peso, por e emplo, no mayor que aproximadamente un 15% en peso y un contenido de zinc no mayor que aproximadamente un 10% en peso.
De conformidad con modalidades que se describen en la presente, la región de unión puede formar una capa interfacial identificable con una fase distinta del portador subyacente y el componente abrasivo. La composición metálica de unión se relaciona con la composición infiltrante en que tiene un cierto grado de aspectos en común en sus especies elementales. Cuantitativamente, la diferencia elemental de porcentaje en peso entre la composición metálica de unión y la composición infiltrante no supera el 20 por ciento en peso. La diferencia elemental de porcentaje en peso se define como el valor absoluto de la diferencia de contenido en pesó de cada elemento comprendido en la composición metálica de unión respecto a la composición infiltrante.
Únicamente a modo de ejemplo, en una modalidad que tiene (i) una composición metálica de unión que contiene un 85 por ciento en peso de Cu, un 10 por ciento en peso de Sn y un 5 por ciento en peso de Zn y (ii) una composición infiltrante que tiene un 82 por ciento en peso de Cu, un 17 por ciento en peso de Sn y un 1 por ciento en peso de Zn, la diferencia elemental de porcentaje en peso entre la composición metálica de unión y la composición infiltrante para Cu es un 5 por ciento en peso, para Sn es un 7 por ciento en peso y para Zn es un 4 por ciento en peso. La máxima diferencia elemental de porcentaje en peso entre la composición metálica de unión y la composición infiltrante es, por consiguiente, un 7 por ciento en peso.
Otras realizaciones tienen relaciones composicionales más estrechas entre la composición metálica de unión y la composición del infiltrante. La diferencia elemental de porcentaje en peso entre la composición metálica de unión y la composición de infiltrante puede, por ejemplo, no superar el 15 por ciento en peso, el 10 por ciento en peso, el 5 por ciento en peso o puede no superar el 2 por ciento en peso. Una diferencia elemental de porcentaje en peso de aproximadamente cero representa la misma composición que compone la región de unión y el infiltrante. Los valores elementales mencionados anteriormente pueden medirse mediante cualquier medio analítico adecuado, que incluye el análisis elemental con microsonda e ignoran la aleación que pueda tener lugar en las áreas en que el infiltrante entra en contacto con la matriz metálica.
Con respecto a los detalles del proceso mediante el cual el componente abrasivo puede fabricarse, las partículas abrasivas pueden combinarse con una matriz metálica para formar una mezcla. La matriz metálica puede incluir hierro, aleación de hierro, tungsteno, cobalto, níquel, cromo, titanio, plata o cualquiera de sus combinaciones. En una modalidad, la matriz metálica puede incluir un elemento de tierras raras como cerio, lantano y neodimio. En otra modalidad, la matriz metálica puede incluir un componente resistente al desgaste como el carburo de tungsteno. La matriz metálica puede incluir partículas metálicas de entre aproximadamente un micrón y 250 micrones . La matriz metálica puede incluir una mezcla de partículas de los componentes de la matriz metálica o puede incluir partículas pre-aleadas de la matriz metálica. En función de la aplicación, la composición de la matriz metálica puede variar.
En una modalidad, la matriz metálica puede ajustarse a la fórmula (WC) w xFeyCrzX(i-w-x-y-z) , donde 0=w<0.8, 0=x=0.7, 0=y=0.8, 0=z=0.05, w+x+y+z=l y X puede incluir otros metales como el cobalto y el níquel.
En otra modalidad, la matriz metálica puede ajustarse a la fórmula (WC) wWxFeyCrzAgvX(1-v-w-x-y-Z) , donde 0<w<0.5, 0<x=0.4, 0<y=1.0, 0<z<0.05, 0=v=0.1, v+w+x+y+z<l y X puede incluir otros metales como el cobalto y el níquel.
Las partículas abrasivas pueden ser superabrasivas como el diamante, el nitruro de boro cúbico (CBN) o
cualquiera de sus combinaciones . Las partículas abrasivas pueden encontrarse en una cantidad entre aproximadamente un 2 vol% y aproximadamente un 50 vol%. Además, la cantidad de partículas abrasivas puede depender de la aplicación. Por ejemplo, un componente abrasivo para una herramienta de molienda o pulido puede incluir entre aproximadamente un 3.75 y aproximadamente un 50 vol% de partículas abrasivas. De forma alternativa, un componente abrasivo para una herramienta de corte puede incluir entre aproximadamente un 2 vol% y un 6.25 vol% de partículas abrasivas. Asimismo, un componente abrasivo para una barrena sacamuestras puede incluir entre aproximadamente un 6.25 vol% y un 20 vol% de partículas abrasivas. Las partículas abrasivas pueden tener un tamaño de partícula menor que aproximadamente 400 US malla, por ejemplo menor que aproximadamente 100 US malla, por ejemplo entre aproximadamente 25 y 80 US malla. En función de la aplicación, el tamaño puede ser de entre aproximadamente 30 y 60 US malla.
La mezcla de la matriz metálica y las partículas abrasivas pueden prensarse, por ejemplo mediante prensado en frío, para formar un componente abrasivo poroso. Por ejemplo, el prensado en frío puede llevarse a cabo a una presión de entre aproximadamente 50 kN/cm2 (500 MPa) y aproximadamente 250 kN/cm2 (2500 MPa) . El componente abrasivo poroso resultante puede tener una red de poros interconectados . En un ejemplo, el componente abrasivo poroso puede tener una porosidad de entre aproximadamente un 25 y un 50 vol%.
En una modalidad, una preforma de herramientas puede ensamblarse mediante el apilado de un elemento portador, un tarugo de unión y el componente abrasivo. El elemento portador puede encontrarse en forma de anillo, una sección anular, una placa o un disco. El elemento portador puede incluir aleaciones de acero tratables con calor, como 25CrMo4, 75Crl, C60 o aleaciones de acero similares para los elementos portadores con secciones transversales finas o acero de construcción simple como St 60 o similar para elementos portadores espesos. El elemento portador puede tener una resistencia a la tracción de al menos aproximadamente 600 N/mm2. El elemento portador puede formarse mediante una variedad de técnicas metalúrgicas conocidas en la técnica.
El tarugo de unión puede incluir un metal de unión que tenga una composición metálica de unión. La composición metálica de unión puede incluir cobre, bronce (cobre y estaño) , una aleación de cobre, estaño y zinc o cualquiera de sus combinaciones. La composición metálica de unión puede incluir además titanio, plata, manganeso, fósforo, aluminio, magnesio o cualquiera de sus combinaciones. Por ejemplo, el metal de unión puede tener un punto de fusión entre aproximadamente 900 °C y aproximadamente 1200 °C.
En una modalidad, el tarugo de unión puede formarse mediante el prensado en frío de un polvo del metal de unión. El polvo puede incluir partículas de componentes individuales o partículas pre-aleadas. Las partículas pueden tener un tamaño no mayor que aproximadamente 100 micrones. De forma alternativa, el tarugo de unión puede formarse mediante otras técnicas metalúrgicas conocidas en la técnica.
La preforma de herramientas puede calentarse a una temperatura superior al punto de fusión del metal de unión pero inferior al punto de fusión de la matriz metálica y el elemento portador. Por ejemplo, la temperatura puede ser de entre aproximadamente 900°C y aproximadamente 1200°C. La preforma de herramientas puede calentarse en una atmósfera reducida. Generalmente, la atmósfera reducida puede contener una cantidad de hidrógeno para reaccionar con oxígeno. El calentamiento puede llevarse a cabo en un horno, como un horno de túnel o un horno intermitente .
En una modalidad, a medida que el metal de unión se funde, el metal de unión líquido entra en la red de poros interconectados del componente abrasivo, por ejemplo, mediante acción capilar. El metal de unión puede infiltrarse y llenar de forma sustancial la red de poros interconectados. El componente abrasivo densificado resultante no puede presentar una densidad menor que un 96%. La cantidad de metal de unión que se infiltra en el componente abrasivo puede ser entre aproximadamente un 20% en peso y un 45% en peso del componente abrasivo densificado. Una porción del metal de unión puede permanecer entre el componente abrasivo y el elemento portador de forma tal que la región de unión que consiste esencialmente en el metal de unión, se forme entre el elemento portador y el componente abrasivo. La región de unión puede ser una región identificable distinta del elemento portador y el componente abrasivo. La región de unión puede incluir al menos aproximadamente un 90% en peso del metal de unión, como al menos aproximadamente un 95% en peso del metal de unión, por ejemplo, al menos aproximadamente un 98% en peso del metal de unión. El metal de unión puede ser continuo a lo largo de la región de unión y el componente abrasivo densificado.
La figura 1 ilustra un disco de corte 100. El disco de corte 100 incluye un elemento portador en forma de disco 102 y una pluralidad de componentes abrasivos 104 unidos al elemento portador 102. La región de unión 106 puede encontrarse entre el elemento portador 102 y los componentes abrasivos 104.
La figura 2 ilustra una herramienta barrena sacamuestras 200. La herramienta barrena sacamuestras incluye un elemento portador en forma de anillo 202 y una pluralidad de componentes abrasivos 204 unidos al elemento portador 202. La región de unión 206 puede encontrarse entre el elemento portador 202 y los componentes abrasivos 204.
La figura 3 ilustra una sección anular de molienda 300. La herramienta incluye un elemento portador en forma de sección anular 302 que puede unirse, por ejemplo, mediante empernado a un anillo de soporte y una pluralidad de componentes abrasivos 304 unidos al elemento portador 302. La región de unión 306 puede encontrarse entre el elemento portador 302 y los componentes abrasivos 304.
La figura 4 ilustra un segmento que contiene abrasivos 400. El segmento que contiene abrasivos puede unirse, por ejemplo, mediante empernado a una herramienta. El segmento que contiene abrasivos incluye un elemento portador 402 y una pluralidad de componentes abrasivos 404 unidos al elemento portador 402. La región de unión 406 puede encontrarse entre el elemento portador 402 y los componentes abrasivos 404.
La figura 5 ilustra un componente abrasivo ejemplar 500. El componente abrasivo incluye partículas de la matriz metálica 502 y partículas abrasivas 504. Entre las partículas de la matriz metálica 502, el componente abrasivo 500 incluye una red de poros interconectados 506.
La figura 6 ilustra una herramienta abrasiva ejemplar 600. La herramienta abrasiva ejemplar 600 incluye un componente abrasivo densificado 602 unido a un elemento portador 604. El componente abrasivo densificado incluye partículas de la matriz metálica 606 y partículas abrasivas 608. En el componente abrasivo densificado 602, el metal de unión 610 se infiltró en la red de poros interconectados y llenó el espacio entre las partículas de la matriz metálica 606. Además, la herramienta 600 incluye una zona de unión 612 que consiste esencialmente en el metal de unión 614. El metal de unión 614 de la zona de unión 612 se continúa con el metal de unión 610 del componente abrasivo densificado 602.
EJEMPLOS
Ejemplo 1
Por ejemplo, la muestra 1, una sección anular de molienda se prepara de la manera que se describe a continuación. Un componente abrasivo estándar se fija mediante soldadura a una sección anular del portador. El componente abrasivo estándar se forma mediante el prensado en frío de una mezcla de un 2.13% en peso de partículas abrasivas de diamante y un 67.3% en peso de composición metálica. Las partículas abrasivas de diamante son ISD 1600 que tienen un tamaño de partícula de entre 30 US malla y 50 US malla. La composición metálica incluye un 40.0% en peso de carburo de tungsteno, un 59.0% en peso de metal de tungsteno y un 1.0% en peso de cromo. El componente abrasivo se infiltra con un infiltrante a base de cobre. El componente abrasivo infiltrado completamente densificado después se fija mediante soldadura a una sección anular del portador mediante el uso de una aleación para broncesoldar Degussa 4900. La muestra 1 se presenta en la figura 7.
La muestra 2 se prepara mediante la unión por infiltración de un componente abrasivo a una sección anular del portador. El componente abrasivo se forma mediante el prensado en frío de una mezcla de un 2.13% en peso de partículas abrasivas de diamante y un 67.3% en peso de la composición metálica. Las partículas abrasivas de diamante son ISD 1600 que tienen un tamaño de partícula de entre 30 US malla y 50 US malla. La composición metálica incluye un 40.0% en peso de carburo de tungsteno, un 59% en peso de metal de tungsteno y un 1.0% en peso de cromo. El componente abrasivo, el anillo portador y el tarugo metálico de unión se colocan en un horno para fundir el metal de unión. El metal de unión basado en cobre se infiltra en el componente abrasivo, para formar un componente abrasivo densificado unido a la sección anular de portador. La muestra 2 se presenta en la figura 8.
Se determina la resistencia a la flexión destructiva para la muestra 1 y la muestra 2 mediante la medición del torque que se necesita para quitar el componente abrasivo de la sección anular de portador. La prueba de flexión destructiva se lleva a cabo mediante el uso del procedimiento de prueba definido en la sección 6.2.4.2 del estándar europeo EN 13236:2001, Requisitos de seguridad para productos superabrasivos . La resistencia a la flexión destructiva de la muestra 1 es de 350 N/mm2. La resistencia a la flexión destructiva de la muestra 2 es mayor que 600 N/mm2.
Además, se realiza una representación elemental en la muestra 2. Las secciones transversales de la región de unión y el componente abrasivo infiltrado se pulen y se someten a un mapeo elemental mediante un microscopio electrónico de barrido (SEM) . La cantidad de Fe, Cu y se representa en cada región. La figura 13 muestra la representación elemental de la región de unión. El componente abrasivo 1302 se une al portador 1304 mediante una capa de unión de Cu 1306. La figura 14 muestra la representación elemental del componente abrasivo. La representación elemental demuestra que la composición del infiltrante en el componente abrasivo es principalmente Cu con aproximadamente un 2% en peso de Fe.
Ejemplo 2
Por ejemplo, la muestra 3 es una cuchilla de corte preparada mediante el sinterizado directo de un componente abrasivo a un elemento portador de acero. El componente abrasivo incluye un 1.25% en peso de partículas abrasivas de diamante, un 59.3% en peso de cobre, un 6.6% en peso de Sn, un 3.6% en peso de níquel y un 29.2% en peso de hierro. Las partículas abrasivas de diamante son SDB45+ que tienen un tamaño de partícula dentro del intervalo de 40 US malla y 60 US malla.
La muestra 4 es una cuchilla de corte preparada mediante soldadura láser de un componente abrasivo a un elemento portador de acero. El componente abrasivo incluye un 1.25% en peso de partículas abrasivas de diamante, un 44.0% en peso de cobre, un 38.1% en peso de hierro, un 7.9% en peso de estaño, un 6.0% en peso de bronce, un 2.8% en peso de un apoyo libre de diamante. Las partículas abrasivas de diamante son SDB45+ que tienen un tamaño de partícula dentro del intervalo de 40 US malla y 60 US malla. El apoyo libre de diamante incluye un 47.9% en peso de bronce, un 13.0% en peso de níquel y un 39.0% en peso de hierro.
La muestra 5 es una cuchilla de corte preparada mediante la unión por infiltración de un componente abrasivo a un elemento portador de acero. El componente abrasivo se forma mediante el prensado en frío de una mezcla de un 1.25% en peso de partículas abrasivas de diamante y un 74.4% en peso de la composición metálica. Las partículas abrasivas de diamante son SDB45+ que tienen un tamaño de partícula dentro del intervalo de 40 US malla y 60 US malla. La composición metálica incluye un 80.0% en peso de hierro, un 7.5% en peso de níquel y un 12.5% en peso de bronce. El componente abrasivo, el anillo portador y el tarugo metálico de unión se colocan en un horno para fundir el metal de unión. El metal de unión basado en cobre se infiltra en el componente abrasivo, para formar un componente abrasivo densificado unido al disco portador. La muestra 5 se presenta en la figura 9.
La resistencia a la flexión destructiva se determina mediante la medición del torque que se necesita para quitar el componente abrasivo del elemento portador de acero. La prueba se repite varias veces para cada muestra 3-5, como se muestra en la tabla 1. La prueba de resistencia a la flexión destructiva se lleva a cabo mediante el uso de los principios de prueba definidos en la sección 6.2.4.2 del estándar europeo EN13236 : 2001, Requisitos de seguridad para productos superabrasivos .
TABLA 1
Ejemplo 3
La muestra 6 es una barrena sacamuestras preparada mediante la soldadura de un componente abrasivo sinterizado a un anillo portador. El componente abrasivo incluye un 2.43% en peso de partículas abrasivas de diamante, un 32.7% en peso de hierro, un 5.4% en peso de plata, un 2.0% en peso de cobre, un 57.5% en peso de cobalto y un apoyo libre de diamante basado en hierro. Las partículas abrasivas de diamante son ISD 1700 que tienen un tamaño de partícula de entre aproximadamente 40 US malla y 50 US malla. La muestra 6 se presenta en la figura 10.
La muestra 7 es una barrena sacamuestras preparada mediante la soldadura láser de un componente abrasivo sinterizado a un anillo portador. El componente abrasivo incluye un 2.43% en peso de partículas abrasivas de diamante, un 32.7% en peso de hierro, un 5.4% en peso de plata, un 2.0% en peso de cobre, un 57.5% en peso de cobalto y un apoyo libre de diamante basado en hierro. Las partículas abrasivas de diamante son ISD 1700 que tienen un tamaño de partícula de entre aproximadamente 40 US malla y 50 US malla. La muestra 7 se presenta en la figura 11.
La muestra 8 es una barrena sacamuestras preparada mediante la unión por infiltración de un componente abrasivo a un anillo portador. El componente abrasivo se forma mediante el prensado en frío de una mezcla de un 2.43% en peso de partículas abrasivas de diamante y un 60.7% en peso de la composición metálica. La composición metálica incluye un 99.0% en peso de tungsteno y un 1.0% en peso de cromo. El componente abrasivo, el anillo portador y el tarugo metálico de unión se colocan en un horno para fundir el metal de unión. El metal de unión se infiltra en el componente abrasivo, para formar un componente abrasivo densificado unido al anillo portador. La muestra 8 se presenta en la figura 12.
La resistencia a la flexión destructiva se determina mediante la medición del momento que se necesita para quitar el componente abrasivo del anillo portador. La prueba se repite varias veces para cada muestra 6-8, como se muestra en la tabla 2. La prueba de resistencia a la flexión destructiva se lleva a cabo mediante el uso de los principios de prueba definidos en la sección 6.2.4.2 del estándar europeo EN13236 : 2001, Requisitos de seguridad para productos superabrasivos .
TABLA 2
La tabla 3 muestra una comparación de la resistencia a la flexión destructiva con el ancho de unión. El ancho de unión es el espesor del elemento portador. Por ejemplo, el ancho de unión para una barrena sacamuestras es el ancho del tubo de acero al cual el componente abrasivo se encuentra unido. Los elementos portadores unidos por infiltración alcanzan una resistencia a la flexión destructiva similar o mayor que la resistencia a la flexión destructiva que se puede alcanzar únicamente a través de la soldadura láser. La resistencia a la flexión destructiva normalizada por el ancho de una composición puede determinarse mediante la formación de una herramienta que tenga un espesor de unión de 2 mm y mediante la medición de la resistencia a la flexión destructiva como se describe anteriormente. La resistencia a la flexión destructiva normalizada por el ancho para una composición unida por infiltración es mayor que aproximadamente 800 N/mm2.
TABLA 3
Ancho de unión
(espesor) E Soldado Sinterizado Unión por directo infiltración
(mm) Resistencia a la flexión destructiva (N/mm2)
1 =600 >800 >1200
1.5 >550 >700 >1000
1.8 >500 >650 >900
Ancho de unión
(espesor) E Soldado Sinterizado Unión por directo infiltración
(mm) Resistencia a la flexión destructiva (N/ram2)
2 =450 >600 >800
2.5 >450 N/A >750
5 >400 N/A >700
10 >350 N/A >600
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la presente invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Un artículo abrasivo caracterizado porque comprende: un elemento portador; un componente abrasivo, el componente abrasivo incluye partículas abrasivas unidas en una matriz metálica, el componente abrasivo incluye una red de poros interconectados sustancialmente llenos con un infiltrante que tiene una composición infiltrante que contiene al menos un elemento metálico; y una región de unión entre el componente abrasivo y el elemento portador, la región de unión comprende un metal de unión que tiene una composición metálica de unión que contiene al menos un elemento metálico, la región de unión es una región distinta al elemento portador y constituye una fase separada del elemento portador, donde la diferencia elemental de porcentaje en peso entre la composición metálica de unión y la composición infiltrante no supera el 20 por ciento en peso, donde la diferencia elemental de porcentaje en peso es el valor absoluto de la diferencia de contenido en peso de cada elemento comprendido en la composición metálica de unión respecto a la composición infiltrante. 2. Un articulo abrasivo caracterizado porque comprende: un elemento portador que tiene una resistencia a la tracción de al menos aproximadamente 600 N/mm2; un componente abrasivo que incluye partículas abrasivas, una matriz metálica y un metal de unión infiltrado; y una región de unión entre el componente abrasivo y el elemento portador. 3. Un artículo abrasivo caracterizado porque comprende: un elemento portador que es sustancialmente estable en cuanto a su composición a una temperatura de proceso; un componente abrasivo que incluye una red de poros interconectados, el componente abrasivo incluye partículas abrasivas y una matriz metálica, que es sustancialmente estable en cuanto a su composición a una temperatura de proceso; y un metal de unión que se funde a la temperatura de proceso, donde el metal de unión se infiltra en la red de poros interconectados. y une el componente abrasivo al elemento portador a la temperatura de proceso. 4. Un artículo abrasivo caracterizado porque comprende: un elemento portador,- un componente abrasivo que incluye partículas abrasivas unidas en una matriz metálica, la matriz metálica incluye una red de poros interconectados llenos de forma sustancial con metal de unión; y una región de unión entre el componente abrasivo y el elemento portador, la región de unión comprende el metal de unión, que es una región distinta del elemento portador y comprende una fase separada del elemento portador. 5. Un método para formar un artículo abrasivo caracterizado porque comprende: formar un componente abrasivo mediante la compresión de una mezcla, la cual incluye partículas abrasivas y una matriz metálica, el componente abrasivo tiene una red interconectada de poros; colocar un metal de unión entre el componente abrasivo y el elemento portador; calentar para licuar el metal de unión; hacer circular al menos una porción del metal de unión en la red interconectada de poros para formar un componente abrasivo densificado; y enfriar para de ese modo unir el componente abrasivo densificado al elemento portador. 6. El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la diferencia elemental de porcentaje en peso entre la composición metálica de unión y la composición infiltrante no supera el 15 por ciento en peso. 7. El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la región de unión incluye al menos aproximadamente un 90% en peso del metal de unión. 8. El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1, 2, 3, 4, 6 ó 7, caracterizado porque el artículo abrasivo tiene una resistencia a la flexión destructiva de al menos aproximadamente 500 N/mm2. 9. El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1, 2, 3, 4, 6 ó 7, caracterizado porque la composición metálica de unión incluye un metal que se selecciona del grupo que consiste en cobre, bronce (cobre y estaño), una aleación de cobre, estaño y zinc, y cualquiera de sus combinaciones. 10. El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1, 2, 3, 4, 6 ó 7, caracterizado porque las partículas abrasivas incluyen partículas superabrasivas. 11. El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1, 2, 3, 4, 6 ó 7, caracterizado porque la matriz metálica incluye un metal que se selecciona del grupo que consiste en hierro, aleación de hierro, tungsteno, cobalto, níquel, cromo, titanio, plata y cualquiera de sus combinaciones . 12. El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la matriz metálica incluye además un elemento de tierras raras. 13j . El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el moldeado incluye el prensado en frío de la mezcla. 14. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la circulación ocurre por acción capilar. 15. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el calentamiento incluye calentar a una temperatura de proceso, la cual será superior al punto de fusión del metal de unión, inferior al punto de fusión del elemento portador e inferior al punto de fusión del componente abrasivo poroso.
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