MXPA06001352A - Material basado en siaion - Google Patents

Abstract

Materiales de corte conocidos, el Si3N4 y SiA1ON, llegan a ser, en el inicio, redondeados muy rápidamente en el borde cortante, durante la operación de los cortes continuos largos usuales, en el hiero fundido (GG), el cual se describe como el desgaste inicial. La invención proporciona asíla mezcla de material prima del material, la cual comprende:un componente A, un alfa/beta- SiA1ON, y, el componente B, un material duro, tiene una composición que consiste del 70 al 97%en volumen del componente A y del 3 al 30%en volumen del componente B.

Description

M A T E R I A L B A S A D O E N S i A l O N La presente invención proporcionan un material basado en SiAlON, su producción y empleo. En los cortes continuos largos convencionales, en hierro fundido gris, materiales de corte, conocidos como Si3N4 y SiAlON, se redondean muy fácilmente en el borde cortante, un fenómeno conocido como desgaste inicial . El objeto de la presente invención es, por lo tanto, eliminar esta desventaja de los materiales de corte conocidos . Este objeto se logra, de acuerdo con la invención, por la provisión de un material, el cual consiste de los componentes A y B, donde A representa una alfa-beta-SiAlON, y B es un material duro. Este material, de acuerdo con la invención, contiene del 70 al 97% en volumen, preferiblemente del 80 al 95% en volumen, particularmente preferido del 84 al 91% en volumen del componente A y del 3 al 30% en volumen, preferiblemente del 5 al 20% en volumen, particularmente preferido del 9 al 16% del componente B. La mezcla del material rudo del componente A, usado, de acuerdo con la invención, consiste de los constituyentes principales, Si3N4, A1N, otros aditivos, tal como, por ejemplo, Al203, Y2O3, Sc203, óxidos de tierras raras y cantidades pequeñas de compuestos, que contienen Li, Ca, Mg, Sr. Mezclas comparables ya se conocen de la publicación DE 35 11 734 Al. El material, de acuerdo con la invención, se forma de la mezcla de materiales crudos, ya mencionada, y el material duro agregado, durante el tratamiento de calor, a temperaturas de 1800 a 2000°C y tiempos de retención a la temperatura máxima, de 0.5 a 5 horas. El componente A consiste del alfa- y beta-SiAlON y una fase limite de grano amorfa o parcialmente cristalina. En el estado sinterizado del material, la fase de SiAlON dentro del material compacto sinterizado, consiste de una proporción de ala-SiAlON del 10 al 80% en volumen, preferiblemente del 12 al 60% en volumen particularmente preferido del 15 al 50% en volumen y una proporción del beta-SiAlON del 90 al 10% en volumen, preferiblemente del 88 al 40% en volumen, particularmente preferido del 85 al 50% en volumen del beta-SiAlON. La proporción del alfa- y beta-SiAlON se determinó de las imágenes del difractómetro (de acuerdo con Gazzara y Messier, J. Am. Ceram. Soc. Bull. 56 (1977)). El contenido de la fase límite de grano es menor del 10% en volumen, preferiblemente menor del 5% en volumen. Esta fase límite de gano puede ser amorfa, pero debe ser preferible parcialmente cristalina. Como es sabido,, la composición A dentro de un material compacto sinterizado, puede variar por medio de los parámetros de producción, tal como, por ejemplo, por medio de la composición de la mezcla en polvo. Las condiciones de sinterización en el horno, el material del crisol, el tipo de gas, la temperatura y el tiempo de sinterización. En el componente A, puede haber un gradiente entre la superficie y el interior del material compacto sinterizado, así que la llamada superficie según se calcinó, contiene hasta el 100% de alfa-SiAlON. Un gradiente puede ocurrir en el componente A, bajo ciertas condiciones, cuando la superficie del material compacto sinterizado se enfría mas rápidamente que el interior o la composición química de la superficie es modificado por reacciones con la atmósfera. Una superficie rica en alfa- SiAlON conduce a una capa dura del cortados con un núcleo firme. Ejemplos de materiales duros, componente A, que se pueden usar son el SiC, Ti(C,N), Tic, TiN, carburos y/o nitruros de elementos de los grupos VIH, HB y VIb de la Tabla Periódica, al igual que el carburo de escandio y/o oxicarburo de escandio o mezclas de los materiales duros citados. Durante el tratamiento por calor, los materiales duros son incorporados en una manera intergranular y/o intragranular, es decir, tanto entre como dentro de los granos de SiAlON, y no cambian durante el tratamiento por calor. El tamaño de las partículas del material duro usadas, por lo tanto, no debe exceder el tamaño de otros constituyentes' estructurales y los granos del beta- SiAlON, puesto que de otra manera los materiales duros causará que se deterioren las propiedades mecánicas del material, de acuerdo con la invención. Esto significa que el tamaño promedio de grano de los materiales duros debe ser menor de 30 µm, preferiblemente menor de 15 µm, particularmente preferido, menor de 3 µm. Las partículas de materiales duros pueden ser granos globulares, plaquetas o pelos, los granos globulares son particularmente preferidos El tamaño máximo de los granos alfa- SiAlON y beta-SiAlON debe ser menor de 90 µm, preferiblemente menor de 65 µm, particularmente preferido menos de 50 µm. Mientras los tamaños pequeños de granos son convenientes usualmente en los materiales duros, con el material, de acuerdo con la invención se ha encontrado sorprendentemente que el tamaño de grano tiene solamente una menor influencia en las propiedades de aplicación. El tratamiento por calor para la cristalización de la fase límite de grano amorfa es posible y es aún preferible. Como es conocido, las fases cristalinas, particularmente preferido la melilita o disilicato que contienen aluminio, se forman dependiendo de los parámetros de producción, tal como la composición de la mezcla en polvo y las condiciones de sinterización, tal como la temperatura, composición del gas, presión del gas, curso de tiempo, material de aislamiento y crisol. La ventaja, del material, según la invención, en comparación con los materiales conocidos, son su mayor dureza de > 1550 HV10 y así su mayor resistencia al desgaste. Asimismo, el material, de acuerdo con la invención, tiene una dureza mayor en caliente, es decir, una mayor resistencia al desgaste aún a altas velocidades de corte, en donde la temperatura de la esquina de corte aumenta. Igualmente, las reacciones químicas de la fase vitrea con el material de la pieza de trabajo que se va a maquinar, son sustancialmente menores, aún a velocidades de corte altas . El material, de acuerdo con la invención, puede ser recubierto con recubrimientos conocidos que reducen el desgaste, tal como, por ejemplo, el Al203, TiN ó TiC. Que aumentan la resistencia al desgaste .

El material, de acuerdo con la invención, puede ser producido por métodos de por sí conocidos, tal como los usados también en la producción de componentes de cerámica de alto desempeño, en particular los materiales particulares de SiAlON, por la mezcla de polvo, configuración, sinterización y acabado por esmerilado. La atmósfera de gas, durante la sinterización, debe ser inerte y puede ser del N2 o una mezcla del N2 con otros gases inertes, por ejemplo el Ar. La siguiente tabla muestra ejemplos de modalidad de las composiciones del material, de acuerdo con la invención. A alta dureza es notable en cada caso.

Tabla: Composición v propiedades de los ejemplos de la modalidad Mientras los materiales cortadores conocidos de Si3N4 y SiAlON son de color gris claro a gris-negro oscuro, el material, de acuerdo con la invención, es gris-verde si el SiC se agrega y el gris-castaño si se agrega el Ti (C,N) . Como un material de corte, en el maquinado del hierro fundido gris con los cortes continuos largos convencionales, el material, de acuerdo con la invención, sorprendentemente no exhibe las desventajas de los materiales cortantes conocidos, desgaste inicial, sino en lugar de ello retienen un borde agudo hasta el final de su vida operativa. Se ha reconocido también que el material, de acuerdo con la invención, tiene, sorprendentemente, también probado ventajosamente en términos del nombrado "desgaste de ranura", cuando se corta hierro fundido gris con una cubierta de moldeo particularmente agresiva, después de un tiempo corto. Este desgaste es causado principalmente por el desgaste químico, es decir reacciones químicas entre el material de la herramienta de corte y el material de la pieza de trabajo. El material, de acuerdo con la invención, por otra parte, exhibe tal desgaste solamente después de un período de operación considerablemente más largo. La ventaja del material, de acuerdo con la invención, el "novedoso material de corte" , en comparación con el material del nitruro de silicio, de "referencia" se puede ver de los diagramas, la Figura 1 y la Figura 2. La Figura 1 muestra el ancho del desgaste en el borde de corte principal, "WWN" , como una función el número de cortes. Un disco de freno, obtenido del hierro fundido gris) GG15, giró a una velocidad de corte (velocidad periférica de la parte que gira en el borde de corte) de ve = 1000 m/min" , con una carga "f = 0.5 mm/rev. y un avance (régimen de corte ) "ap= 2.0 mm" . La Figura 5 muestra el ancho del desgaste en la esquina . "WWW" , el desgaste de muesca durante el giro del hierro fundido gris aleado, GG2 , con la piel de molde, como una función del número de cortes, de nuevo en comparación c una herramienta de corte de nitruro de silicio. La parte giró a una velocidad de corte (velocidad periférica de la parte que gira en el borde cortante) de "ve = 800 m/min" con una alimentación "f = 0.5 mm/rev" y un avance (régimen de corte) m "ap = 2.0 mm" . Además de su uso como un material de corte, otos usos son también concebibles en otros campos de aplicación, donde la alta resistencia de desgaste es importante y donde pueden haber también cargas térmicas y químicas en el material. Así un uso ventajoso del material, de acuerdo con la invención, como un anillo de sellado, , por ejemplo, es concebible o su uso en bombas de combustible y de refrigerante, en compresoras, turbocargadores, intercambiadores de calor y sistemas de acondicionamiento de aire.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Material basado en SiAlON, con un componente A que consiste de alfa- y beta- SiAlON, y una fase de límite de grano, amorfa o parcialmente cristalina, y un componente B, un material duro, caracterizado por una composición del 30 al 97% en volumen del componente A y del 3 al 30% en volumen del componente B, en que, en un material compacto sinterizado, este material tiene un gradiente de alfa-SiAlON, que se encuentra desde el exterior al interior y este contenido de alfa- SiAlON de la superficie, según se calcinó, puede ser hasta del 100%.

2. Material, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el SiC, Ti(C,N), TiC, TiN, carburos y/o nitruros de los elementos de los grupos IVb, Vb, y VIb de la Tabla Periódica de los Elementos, al igual que el carburo de escandio y/o el oxicarburo de escandio o mezclas de dichos materiales duros citados, se usan como los materiales duros, el componente B, cuyo estado permanece sin cambiar, después de la sinterización.

3. Material, de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el contenido de la fase limítrofe de grano es menor del 10% en volumen, preferiblemente menor del 5% en volumen y porque la fase limítrofe de grano es amorfa.

4. Material, de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el contenido de la fase limítrofe de grano es menor del 10% en volumen, preferiblemente menor del 5% en volumen y porque la ase limítrofe de grano es particularmente cristalina.

5. Material, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las fases limítrofes de grano contienen fases cristalinas, preferiblemente la elilita o disilicato que contiene aluminio .

6. Material, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5,, caracterizado porque el tamaño máximo de los granos de alfa- y beta- SiAlON, es menor de 90 µm, preferiblemente menor de 65 µm, particularmente preferido, menor de 50 µm.

7. Material, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el tamaño de grano promedio de los materiales duros, es menor de 30 µm, preferiblemente menor de 15 µm, particularmente preferido menor de 5 µm,

8. Material, de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque los granos del material duro son globulares, en forma de pelo o en forma de plaquetas .

9. Material, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque su dureza es mayor de 1550 HV 10.

10. Material, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se recubre con recubrimientos que reducen el desgaste, tal como el A1203, TiN ó TiC.

11. Proceso para producir un material basado en las SiAlON, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, por la mezcla en polvo, configuración, sinterización y esmerilado, según se usa en la producción de componentes de cerámica de alto desempeño, particularmente aquellos hechos de materiales de SiAlON.

12. Proceso, de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque se forma un componente A durante un tratamiento de calor, a temperaturas de 1800 a 2000°C y tiempos de retención, a la temperatura máxima de 0.5 a 5 horas .

13. Proceso, de acuerdo con las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado porque la atmósfera gaseosa, durante la sinterización, es inerte y la cual contiene el N2 o una mezcla el N2 y otros gases inertes, particularmente el argón.

14. Material, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, producido por un proceso de acuerdo con las reivindicaciones 11 a 13, para su uso como un material de corte.

15. Material, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10. el cual es producido por un proceso, de acuerdo con las reivindicaciones 11 a 13 , para su uso como material de corte para el maquinado del hierro fundido gris . Material, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10. el cual es producido por un proceso, de acuerdo con las reivindicaciones 11 a 13 , para su uso como un anillo sellador. Material, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, producido por un proceso, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 13 , para su uso en bombas de combustible o refrigerante, compresores, turbocargadores , intercambiadores de calor y sistemas de acondicionamiento de aire .