Granos de alúmina-circonia fundidos.

Grano fundido que presenta el análisis químico siguiente, en porcentajes en peso,

ZrO2 + HfO2 : 38,0 a 46,0 %

Al2O3 : resto hasta 100 %

SiO2 : 0,20 a 0,60 %

Y2O3 : 0,45 a 0,70 %

TiO2 : 1,00 a 2,00 %

otros elementos, expresados en forma de óxido:< 1,00 %,

estando comprendida la relación Y2O3/SiO2 entre 0,80 y 2,00, y representando la fase cuadrática entre 60 y 90 % de la masa de circonia, estando el resto en forma monoclínica.

Granos de alúmina-circonia fundidos Campo técnico

La presente invención se refiere a un grano cerámico fundido, especialmente para aplicaciones como granos abrasivos. La invención se refiere igualmente a una mezcla de dichos granos así como a una herramienta abrasiva que comprende una mezcla de granos de acuerdo con la invención.

Técnica anterior

Generalmente, se clasifican las herramientas abrasivas según el modo de conformación de los granos cerámicos que las constituyen: abrasivos libres (uso en proyección o en suspensión, sin soporte), abrasivos aplicados (soporte de tipo telas o papeles, donde los granos se disponen en varias capas) y abrasivos aglomerados (en forma de muelas circulares, barras, etc.). En estos últimos, los granos abrasivos se presionan con un ligante orgánico o vitreo (en este caso, un ligante constituido por óxidos, esencialmente silicatado). Estos granos deben presentar buenas propiedades mecánicas ante a la abrasión por sí mismos (especialmente tenacidad), y dar lugar a una buena cohesión mecánica con el ligante (solidez de la interfase). Se encuentran hoy en día diferentes familias de granos abrasivos que permiten cubrir una amplia gama de aplicaciones y de rendimientos: los granos de óxidos sintetizados por fusión ofrecen en particular un excelente compromiso de calidad/coste de fabricación.

Los granos abrasivos basados en alúmina usados habitualmente en la fabricación de muelas o de cintas abrasivas se agrupan en tres categorías principales según el tipo de aplicaciones y los regímenes de abrasión encontrados: granos fundidos basados en alúmina, granos fundidos basados en alúmina-circonia y granos basados en alúmina obtenidos por el procedimiento de sol-gel.

En la gama de los granos fundidos, los materiales basados en alúmina y circonia son conocidos desde el documento US-A-3.181.939. Estos granos están generalmente compuestos por 1 a 6 % de circonia y a 1 % de un aditivo, siendo el resto alúmina. Como aditivo, se conoce el óxido de itrio, añadido hasta un 2 % según el documento US-A-4.457.767, o el óxido de titanio, añadido hasta un 1 % según la patente DE-C1-436966. Estos aditivos mejoran la potencia abrasiva de los granos de alúmina-circonia. El documento US 5.525.135 divulga igualmente granos fundidos de alúmlna-circonia-óxido de titanio.

Finalmente, el documento JP 59227726 divulga granos fundidos de alúmina-circonia-óxido de titanio-óxido de itrio, pudiendo añadirse el óxido de itrio en una cantidad comprendida entre ,5 y 7 %, de preferencia entre 1 y 5 %, basándose en la suma de alúmina, circonia y titanio.

En el caso de mecanizado de aceros duros, los granos fundidos basados en alúmina presentan una baja tenacidad que se traduce en una disgregación excesiva del grano. Los granos fundidos basados en alúmina-circonia presentan una tenacidad muy alta asociada a una dureza menor. Permiten mecanizar eficazmente los aceros duros, pero tienden a desarrollar aplanamientos. Dan como resultado en general una elevación de las fuerzas aplicadas sobre la pieza esmerilada hasta, según las condiciones de uso, un daño térmico de esta pieza. Los granos basados en alúmina obtenidos por el procedimiento de sol-gel constituyen un buen compromiso. Presentan efectivamente una alta dureza, una tenacidad intermedia que les permite regenerar sus filos de corte y una microestructura fina que conduce a una microfracturación del grano que asegura una larga vida útil sobre aceros duros.

Para la mecanización de aceros de baja dureza y dúctiles como los aceros inoxidables, los granos fundidos basados en alúmina-circonia son eficaces. Su alta tenacidad limita efectivamente su fracturación. Los granos basados en alúmina obtenidos por el procedimiento de sol-gel son en general menos eficaces que los granos fundidos basados en alúmina-circonia, a causa de su mucho menor tenacidad. Los granos fundidos basados en alúmina son los menos eficaces. Presentan efectivamente una baja tenacidad que conduce a una disgregación excesiva.

Es habitual medir y comparar los rendimientos abrasivos de diferentes granos mediante la relación de masa de acero mecanizada dividida entre la masa de granos abrasivos consumida en dicho mecanizado, denominada relación S. Aunque esta relación da bien el orden de magnitud de los rendimientos abrasivos de los granos, no tiene en cuenta sin embargo todos los mecanismos que intervienen en el mecanizado. Por ejemplo, un grano consumido rápidamente, debido a un desgaste rápido, y que desarrolla una alta retirada de material, puede conducir a una relación S elevada. A pesar de ello, este grano puede no ser suficientemente resistente para el mecanizado de un gran número de piezas. Puede conducir también a un daño térmico excesivo de las piezas mecanizadas por un fenómeno de azulamiento de las piezas resultante de una excesiva potencia de corte desarrollada pero necesaria para mantener el régimen de corte.

Existe por tanto la necesidad de una mezcla de granos abrasivos fundidos de alúmina-circonia que presenten una

relación S elevada, que permitan un mecanizado con una baja potencia desarrollada y que tengan una vida útil o resistencia elevada. Es un objetivo de la invención responder a esta necesidad.

Sumario de la invención

estando comprendida la relación Y2O3/SÍO2 entre ,8 y 2, y representando la fase cuadrática entre el 6 y el 9 % de la masa de circonia, estando el resto en forma monoclínica.

Como se verá con más detalle a continuación en la descripción, los inventores han descubierto que con la composición química anterior, y en particular en un intervalo muy estrecho de contenidos de óxido de itrio, es ventajosa una proporción limitada de circonia cuadrática. Esta enseñanza es por otra parte contraria a la del documento US 5.525.135 o JP59227726 que sugieren, o hasta recomiendan, una proporción máxima de circonia cuadrática para aumentar la eficacia del mecanizado.

Un grano según la invención puede presentar también una o varias de las características opcionales siguientes:

- De preferencia, la relación másica Y23 / S¡2 es superior a 1,, de preferencia superior a 1,1 y/o inferior a 1,8, de preferencia inferior a 1,5, de preferencia inferior a 1,4 y de aún más preferencia inferior a 1,3.

- De preferencia, la circonia cuadrática representa más de un 7 % y/o menos de un 85 % de la masa de circonia.

- De preferencia, el contenido de Zr2 es superior al 4 %.

- De preferencia, el contenido de sílice es superior al ,3 %, de preferencia superior al ,35 %.

- El contenido másico de óxido de titanio Ti2 es superior al 1,3 % y/o inferior al 1,7 %.

- De preferencia, los demás elementos expresados en forma de óxido son inferiores al ,5 %. En particular:

MgO: < ,3 %, de preferencia < ,1 %, de preferencia < ,5 %, y/o

CaO: < ,3 %, de preferencia < ,2 %, de preferencia < ,1 %, y/o Na2: < ,1 %, de preferencia < ,5 %.

- Los demás elementos expresados en forma de óxido sin impurezas. Se describe también una mezcla de granos que comprende, en porcentaje másico, más de un 8 %, de preferencia más de un 9 %, de preferencia más de un 95 %, de preferencia más de un 99 %, de preferencia casi un 1 % de granos abrasivos según la invención. De preferencia, la mezcla de granos según la invención respeta una distribución granulométñca de acuerdo con las de las mezclas o gravillas medidas según las normas estándar FEPA 42-GB-1984, R1993 y estándar FEPA 43-GB- 1984, R1993.

La invención se refiere igualmente a una herramienta abrasiva, especialmente en forma de una muela o una cinta abrasiva, que comprende una mezcla de granos abrasivos ligados por un ligante o depositados en capas sobre un soporte, especialmente un soporte flexible, y mantenidos por el ligante, siendo esta herramienta notable porque los granos son de acuerdo con la invención.

De manera general, se describe el uso de granos según la invención para esmerilar.

Definiciones

- Los contenidos de óxidos de un grano según la invención se refieren a los contenidos globales para cada uno de

1. Grano fundido que presenta el análisis químico siguiente, en porcentajes en peso,

Zr2 + Hf2:

38, a 46, % resto hasta 1 %

Al23: Si2: Y23: Tí2 :

,2 a ,6 % ,45 a ,7 %

1, a 2, %

otros elementos, expresados en forma de óxido: < 1, %,

estando comprendida la relación Y23/Si2 entre ,8 y 2,, y representando la fase cuadrática entre 6 y 9 % de la masa de circonia, estando el resto en forma monoclínica.

2. Grano según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la relación másica Y23 / Si2 es superior a 1, e inferior a 1,8.

3. Grano según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el contenido de Zr2 es superior al

4, %.

4. Grano según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el contenido de sílice es superior al ,35 %.

5. Grano según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la relación Y23 / S¡2 es superior a 1,1 e inferiora 1,3.

6. Grano según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el contenido másico de óxido de titanio Ti2 es superior al 1,3 % e inferior al 1,7 %.

7. Grano según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la circonia cuadrática representa más de un 7 % y menos de un 85 % de la masa de circonia.

8. Grano según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los demás óxidos son inferiores al ,5 %.

9. Grano según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que:

MgO: < ,3 %, y/o

CaO: < ,3 %, y/o Na2: < ,1%.

1. Grano según la reivindicación precedente, en el que:

MgO: < ,1%, y/o

CaO: < ,2 %, y/o Na2: < ,5 %.

11. Herramienta abrasiva que comprende una mezcla de granos según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, estando ligados dichos granos por un ligante o depositados en capas sobre un soporte flexible, y mantenidos por un ligante.

12. Herramienta según la reivindicación precedente en forma de una muela o cinta abrasiva.