PIEZA COMPACTA Y SINTERIZADA DE NITRURO DE BORO CÚBICO DE GRAN SOLIDEZ Y ALTA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.

Una pieza compacta sinterizada de nitruro de boro cúbico de gran solidez y alta conductividad térmica que contiene granos de nitruro de boro cúbico (cBN),

opcionalmente a lo sumo el 5% en masa de oxígeno, y un aglutinante que liga dichos granos de cBN entre sí, estando formada la pieza compacta sinterizada por: al menos el 40% en volumen y a lo sumo el 85% en volumen de granos de cBN; y un aglutinante que corresponde al resto y formado por al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en un nitruro, un carburo, un boruro y un óxido de un elemento que pertenece a los grupos 4a, 5a y 6a de la tabla periódica y una disolución sólida de los mismos, y formado además por un compuesto de aluminio, y por impurezas inevitables, donde dichos granos de cBN contienen a lo sumo el 0,03% en masa de Mg y al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,05% en masa de Li

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención

La presente invención se refiere, en general, a piezas compactas sinterizadas formadas principalmente por nitruro de boro cúbico (cBN). En particular, la presente invención contempla controlar con precisión el contenido de catalizador de la pieza compacta sinterizada para proporcionar una pieza compacta sinterizada de cBN de gran solidez, alta conductividad térmica y con una excelente resistencia al desconchado y al desgaste en forma de cráter. Descripción de la Técnica Anterior

Convencionalmente se conoce una pieza compacta sinterizada de gran dureza formada por nitruro de boro cúbico. Por ejemplo, la patente japonesa abierta a inspección pública Nº 53-77811 da a conocer una pieza compacta sinterizada de cBN que contiene entre el 20% y el 80% en volumen de cBN, siendo el resto un aglutinante cerámico de Ti. Sin embargo, la pieza compacta sinterizada no proporciona una vida útil satisfactoria cuando se aplica a una herramienta utilizada para un corte interrumpido, un corte de alta velocidad o, de manera similar, un corte de alta eficacia. Por consiguiente, la pieza compacta sinterizada se mejora en tenacidad, resistencia térmica y similares, mejorando el aglutinante, cubriendo los granos de cBN con cerámico para proporcionar un poder aglutinante mejorado, una dispersividad mejorada, y similares.

Una pieza compacta sinterizada con el aglutinante cerámico de Ti de la patente japonesa abierta a inspección pública Nº 53-77811 mejorada para proporcionar una mayor tenacidad se describe, por ejemplo, en las patentes japonesas abiertas a inspección pública Nº 56-69350, 61-179847, 61-179848 y 5-287433. La pieza compacta sinterizada descrita presenta una gran tenacidad y es adecuada para el corte interrumpido de acero templado y similares. Además, un aglutinante está dispuesto alrededor de los granos de cBN para mantener los granos unidos para proporcionar un pieza compacta sinterizada que impida que los granos se unan directamente entre sí, como se describe en la patente japonesa abierta a inspección pública Nº 10-182242. Por lo tanto, se mejora un aglutinante o se impide que los granos de cBN establezcan un contacto directo mutuo para intentar proporcionar una pieza compacta sinterizada de cBN con una mayor tenacidad para utilizarla en el corte interrumpido de acero templado de gran dureza.

El documento GB 2048927 se refiere a una pieza compacta abrasiva que comprende una masa de partículas de nitruro de boro cúbico y una segunda fase unida a un conglomerado duro. El documento US 2003/0170161 se refiere a un procedimiento para producir nitruro de boro cúbico que incluye mantener nitruro de boro hexagonal bajo la presencia de una sustancia catalítica, donde la sustancia catalítica contiene LiMBN2. SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Los anteriores ejemplos convencionales tienen además la siguiente desventaja: los anteriores ejemplos mejorados ligan los granos de cBN y un aglutinante más firmemente y aumenta la tenacidad del aglutinante. Sin embargo, no podían impedir totalmente que los granos establecieran un contacto mutuo. Además, incluso si se cubren los granos de cBN, tal y como se describe en la patente japonesa abierta a inspección pública Nº 10-182242, mayores contenidos de cBN aumentan la probabilidad de que los granos establezcan un contacto directo mutuo. Tal parte que presenta granos de cBN en contacto mutuo permanece normalmente no sinterizada, y tal pequeña parte no sinterizada acaba desconchándose. De ese modo, condiciones de corte de carga más pesada, geometrías interrumpidas más angulosas de acero templado de gran dureza, y similares, favorecen la manifestación de un efecto defectuoso de la parte no sinterizada, no pudiéndose obtener una vida útil satisfactoria de la herramienta. Las "geometrías interrumpidas más angulosas" se describirán posteriormente.

La presente invención proporciona la pieza compacta de la reivindicación 1 y supera la desventaja anterior mediante un concepto diferente al convencional. Más específicamente, la presente invención sinteriza directamente granos de cBN entre sí (en lo sucesivo, las uniones directas de granos de CBN se denominarán como un "crecimiento de cuello") para mejorar la tenacidad y la conductancia térmica simultáneamente para obtener una pieza compacta sinterizada de nitruro de boro cúbico significativamente resistente, de alta conductividad térmica y con una excelente resistencia tanto al desconchado como al desgaste en forma de cráter para proporcionar una herramienta adecuada para el corte interrumpido profundo de acero templado de gran dureza.

La presente pieza compacta sinterizada que presenta una gran dureza y que está prevista para utilizarse como una herramienta contiene al menos el 40% en volumen y a lo sumo el 80% en volumen de cBN. Si hay menos del 40% en volumen de cBN, entonces, en la pieza compacta sinterizada, el aglutinante, de poca solidez, aumenta relativamente, y cuando la pieza compacta sinterizada se utiliza para el corte interrumpido, la parte del aglutinante desarrollará defectos inicialmente. Si hay más del 85% en volumen de cBN, los granos de cBN se mantienen unidos mediante una cantidad relativamente reducida de aglutinante. Por consiguiente, los granos de cBN tienden a descender, se reduce relativamente la cantidad de carbonitruro, carburo y nitruro de Ti de excelente resistencia térmica y la resistencia al desgaste se ve significativamente perjudicada. El contenido de cBN de al menos el 40% en volumen y a lo sumo del 85% en volumen puede impedir que los granos de cBN desciendan rápidamente y además mantiene la alta resistencia al desgaste.

Un compuesto seleccionado del grupo que consiste en nitruro, carburo, boruro y óxido de elementos que pertenecen a los grupos 4a, 5a y 6a de la tabla periódica y una disolución sólida de los mismos se mezcla con granos de cBN, metal de aluminio o compuesto de aluminio y se sinterizan. A medida que se sinterizan, el metal de aluminio, el compuesto de aluminio, y similares, reaccionan con el cBN u otro aglutinante para proporcionar un compuesto de aluminio que ligue más firmemente entre sí el aglutinante y los granos de cBN. Por lo tanto, puede obtenerse una pieza compacta sinterizada de cBN adecuada para el corte interrumpido profundo de acero templado de gran dureza.

Además, se ha descubierto que una pieza compacta sinterizada que incluye granos de cBN que incluyen a lo sumo el 0,03% en masa de Mg y al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,05% en masa de Li puede proporcionar una mejora significativa en la resistencia al desconchado así como en la resistencia al desgaste en forma de cráter, apenas conseguidas simplemente mejorando el aglutinante. Se ha descubierto que el Li en esas partes de los granos de cBN, respectivamente, que están en contacto mutuo tiene un efecto catalítico que ayuda a ligar los granos entre sí. Tal parte expuesta al efecto catalítico del Li puede presentar un crecimiento de cuello, y la pieza compacta sinterizada puede tener por tanto una mayor solidez que la obtenida con los granos en un contacto mecánico simple. Además, los granos de cBN, con una mayor conductancia térmica que el aglutinante cerámico, que se estructuran continuamente pueden ayudar a transmitir el calor generado en el corte y, por lo tanto, proporcionan una resistencia térmica mejorada. Además, el Mg forma un óxido en los granos de cBN y en la superficie de contacto, y el óxido (MgO) presenta un alto punto de fusión y no presenta el efecto catalítico descrito anteriormente. Además, cuando hay MgO en los granos de cBN, la vibración no armónica ejerce un efecto y se impide la conducción térmica en los granos que presentan conductancia mediante fonones. En la presente invención, un efecto de un elemento que ayuda a ligar los granos de cBN entre sí se denominará como un efecto catalítico.

De manera deseable, la pieza compacta sinterizada incluye granos de cBN que contienen a lo sumo el 0,01% en masa de Mg y al menos el 0,01% en masa y a lo sumo el 0,03% en masa de Li. Los granos pueden unirse entre sí más firmemente, y puede mejorarse adicionalmente la resistencia al desconchado y la resistencia al desgaste en forma de cráter.

De manera deseable, la pieza compacta sinterizada incluye granos de cBN que contienen un total de al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,3% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Ca, Sr, Ba y Be, ya que el Ca, Sr, Ba y Be, así como el Li, en esas partes de los granos de cBN, respectivamente, que están en contacto mutuo actúan como un catalizador. Si el contenido del elemento o de los elementos...

1. Una pieza compacta sinterizada de nitruro de boro cúbico de gran solidez y alta conductividad térmica que contiene granos de nitruro de boro cúbico (cBN), opcionalmente a lo sumo el 5% en masa de oxígeno, y un aglutinante que liga dichos granos de cBN entre sí, estando formada la pieza compacta sinterizada por:

al menos el 40% en volumen y a lo sumo el 85% en volumen de granos de cBN; y

un aglutinante que corresponde al resto y formado por al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en un nitruro, un carburo, un boruro y un óxido de un elemento que pertenece a los grupos 4a, 5a y 6a de la tabla periódica y una disolución sólida de los mismos, y formado además por un compuesto de aluminio, y por impurezas inevitables, donde dichos granos de cBN contienen a lo sumo el 0,03% en masa de Mg y al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,05% en masa de Li.

2. La pieza compacta sinterizada de la reivindicación 1, en la que dichos granos de cBN contienen a lo sumo el 0,01% en masa de Mg y al menos el 0,01% en masa y a lo sumo el 0,03% en masa de Li.

3. La pieza compacta sinterizada de la reivindicación 1 ó 2, en la que dichos granos de cBN contienen un total de al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,3% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Ca, Sr, Ba y Be.

4. La pieza compacta sinterizada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que dichos granos de cBN contienen un total de al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,5% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Si, Ga y La.

5. La pieza compacta sinterizada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dichos granos de cBN contienen un total de al menos el 0,01% en masa y a lo sumo el 0,1% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Ca, Sr, Ba y Be.

6. La pieza compacta sinterizada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dichos granos de cBN contienen un total de al menos el 0,05% en masa y a lo sumo el 0,3% en masa de al menos un elemento seleccionado

5 entre Si, Ga y La.

7. La pieza compacta sinterizada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde dicha pieza compacta sinterizada contiene a lo sumo el 5% en masa de oxígeno y dicho aglutinante contiene al menos el 5% en masa y a lo sumo el

10 40% en masa de Al.

8. La pieza compacta sinterizada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que contiene al menos el 50% en volumen y menos del 70% en volumen de granos de cBN.