Procedimiento para la fabricación de herramientas a partir de acero aleado y herramientas en particular para el mecanizado con arranque de virutas de metales.

Procedimiento para la fabricación de herramientas, en particular de herramientas para un mecanizado con arranque de virutas de materiales metálicos,

formadas a partir de un acero aleado con una composición química en 5 % en peso de

carbono (C) de 0,7 a 1,3

silicio (Si) de 0,1 a 1,0

manganeso (Mn) de 0,1 a 1,0

cromo (Cr) de 3,5 a 5,0

molibdeno (Mo) de 0,1 a 10,0

wolframio (W) de 0,1 a 19,0

vanadio (V) de 0,8 a 5,0

cobalto (Co) hasta 8,0

así como aluminio, nitrógeno, hierro y elementos de impurezas como el resto, en el que en una primera etapa se funde una aleación con la composición anterior, a excepción del elemento aluminio, y se calienta hasta una temperatura de 80 a 250 °C por encima de la temperatura de liquidus, se desoxida y se cubre la superficie de masa fundida opcionalmente en la caldera con una escoria que disuelve óxidos y nitruros metalúrgicamente activa que contiene espato flúor y se funde la misma al menos en la zona de transición al acero líquido, después de lo cual tienen lugar una adición a la masa fundida así como una distribución homogénea en la misma del 0,4 al 1,4 % en peso de aluminio, y la masa fundida de acero se mueve con flujo turbulento y de esta manera se llevan a disolución nitruros de aluminio del acero líquido, con un diámetro superior a 38 μm, en la escoria, o se ajustan en el acero a un diámetro máximo de 38 μm, y se reduce el contenido de nitrógeno del mismo hasta por debajo del 0,02 % en peso, teniendo lugar una introducción y reacción de magnesio en la masa fundida, con la condición de que se formen compuestos o inclusiones ricos en magnesio no metálicos y concretamente del tipo MgO, MgAlO, MgCaO, Mg(AlCa)O y MgOS, ajustándose el tamaño de los compuestos a un diámetro inferior a 10 μm, teniendo lugar un ajuste a una temperatura de colada deseada y una colada de la masa fundida para dar bloques con una solidificación de los mismos, después de lo cual en una segunda etapa se lleva a cabo un procesamiento habitual del material de bloque para dar objetos en una forma de herramienta deseada y en una tercera etapa tiene lugar un revenido térmico de las herramientas conformadas con al menos una austenización única de la herramienta a una temperatura de en cada caso inferior a 1210 °C y al menos un recocido en el intervalo de temperatura de 500 a 600 °C y a continuación un corte de virutas del excedente de mecanizado de la herramienta.

Procedimiento para la fabricación de herramientas a partir de acero aleado y herramientas en particular para el mecanizado con arranque de virutas de metales

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de herramientas para un mecanizado con arranque de virutas de materiales metálicos.

Además, la invención se refiere a herramientas de arranque de virutas.

Se conocen esencialmente herramientas de acero aleado, en particular acero rápido, con una composición química

en % en peso de

así como aluminio, nitrógeno, hierro e impurezas como el resto.

Por ejemplo, en el documento GB 2 096 171 A se proponen aleaciones de acero rápido, cuyo contenido de los elementos vanadio, wolframio y molibdeno superará un valor total del 2 % en peso, pudiendo ajustarse, en un perfeccionamiento de la invención la concentración de silicio más aluminio por debajo de un valor máximo del 3,5 % en peso. Mediante estas medidas se conseguirá un efecto ventajoso sobre las propiedades de herramienta, que de lo contarlo sólo parece alcanzable por medio de cobalto.

De acuerdo con el documento US 2006/0180 249 A1 se ha propuesto alear un acero rápido de baja aleación (C = 0,5 - 0,75 % en peso, Cr = 5,0 - 6,0 % en peso, W = 0,5 - 2,0 % en peso, V = 0,7 - 1,75 % en peso) con aluminio hasta el 0,1 % en peso y nitrógeno hasta el 0,04 % en peso, ascendiendo el equivalente de Mo al 2,5 - 5,0 % en peso así como el valor de equivalente de Mo partido por el contenido de vanadio a de 2 a 4.

Un acero rápido aleado de forma compleja, que puede producirse de manera ventajosa con un procedimiento de desoxidación especial lo da a conocer el documento US 6 200 528 B1. Este material, que tendrá propiedades mejoradas a alta temperatura, está aleado con del 0,03 al 1,25 % en peso de aluminio y presenta contenidos de nitrógeno de superiores al 0,03 hasta superiores al 0,04 % en peso.

La parte predominante de los aceros para herramientas propuestos, aleados con aluminio, en particular de los aceros rápidos, no se utiliza para una fabricación de herramientas de arranque de virutas. Si bien hay bastantes indicios de que puede influirse favorablemente en las propiedades de herramienta específicas individuales mediante los contenidos de aluminio en el acero opcionalmente hasta el 2 % en peso, no obstante, parece no existir en medida suficiente o no existir de manera convincente, una seguridad de calidad deseada y un perfil de calidad conjunto elevado de la herramienta. En otras palabras: en los dispositivos de mecanizado modernos, mediante las tecnologías de trabajo previstas, la herramienta se expone al mismo tiempo a una pluralidad de altas solicitaciones por desgaste y tribológicas mecánicas también a temperatura elevada, requiriendo un fallo del a misma en sólo un tipo de solicitación, un cambio de herramienta costoso al menos desde el punto de vista económico.

En la aplicación práctica, se utilizan sólo en pequeña medida herramientas aleadas con aluminio presumiblemente por motivos de una posible ¡ncertidumbre de la calidad.

El experto conoce que los contenidos de aluminio en el acero constriñen fuertemente el campo gamma en el diagrama de estado.

El carbono en aleaciones de hierro-aluminio amplía el campo gamma, reduciéndose sin embargo la solubilidad para carbono en cristal mixto y debido al aluminio.

Los contenidos de aluminio en el acero para herramientas pueden contribuir, de acuerdo con la literatura técnica, mediante deposiciones de nitruro, a la formación de granos finos de la herramienta, mediante lo cual, no obstante, en el caso de un revenido térmico, puede reducirse fuertemente una profundidad de cementación en la pieza.

En el caso de los aceros rápidos, en libros técnicos, se recomienda con frecuencia, además de los elementos de aleación cromo, wolframio, molibdeno y vanadio también adiciones de titanio y/o tantalio y/o niobio, para poder usar con aluminio y nitrógeno una temperatura de endurecimiento más alta durante el revenido de la herramienta, o

carbono (C) silicio (Si) manganeso (Mn) cromo (Cr) molibdeno (Mo) wolframio (W) vanadio (V) cobalto (Co)

de 0,7 a 1,3 de 0,1 a 1,0 de 0,1 a 1,0 de 3,5 a 5,0 de 0,1 a 10,0 de 0,1 a 19,0 de 0,8 a 5,0 hasta 8,0

minimizar su sensibilidad al sobrecalentamiento mediante formación de granos gruesos.

El aluminio en el acero rápido, según una pluralidad de opiniones científicas, puede reducir sólo opcionalmente los fenómenos corrosivos en la superficie de la herramienta y actuar favorablemente con respecto a una erosión.

Con un examen crítico y amplio de una pluralidad de documentos del estado de la técnica así como de resultados de ensayos, no puede desprenderse de los mismos ningún indicio claro y seguro sobre el efecto del aluminio en los aceros para herramientas, no siendo conocidas para el experto tampoco las causas de un fallo prematura o de un tiempo de uso prolongado dado a conocer de un herramienta aleada con aluminio.

Ensayos generales han mostrado que con contenidos crecientes de los elementen del grupo 4o y 5o del Sistema Periódico (IUPAC 1988) y carbono en el acero para herramientas, en particular en el acero rápido, puede aumentarse el porcentaje de monocarburos en el mismo y, de esta manera, mejorarse la resistencia al desgaste del material para herramientas, reduciéndose sin embargo de manera desventajosa, debido a la formación de carburo gruesa, de esta manera la tenacidad del material, de modo que se aumenta el riesgo de una rotura y de un desprendimiento de la herramienta.

Aparte de esto, contenidos de vanadio como elemento de formación de monocarburo importante de hasta el 5 % en peso en presencia de elementos del grupo 6 del Sistema Periódico (IUPAC 1988), en particular de molibdeno hasta el 10 % en peso, opcionalmente de wolframio hasta el 19 % en peso y de cromo hasta el 6 % en peso en el acero para herramientas provocan sólo pocos monocarburos resistentes al desgaste duros, encontrándose el porcentaje de carburo principal en la herramienta endurecida esencialmente como carburos mixtos del tipo Me2C así como MeC, que tienen una resistencia a la abrasión menor que los monocarburos.

En este caso, la invención creará medios auxiliares y se plantea como objetivo proporcionar un procedimiento por medio del cual pueda tener lugar una fabricación de herramientas con una resistencia al desgaste mejorada y/o mayor tenacidad del material para herramientas en estado revenido, evitando daños en las herramientas que por el momento el experto no puede atribuir su causa de manera exacta.

Además, es objetivo de la invención, proporcionar un material para herramientas, que presente en cada caso después de un revenido térmico de forma segura un perfil de propiedades, esencialmente mejorado, constantemente alto de las herramientas de arranque de virutas.

El objetivo se consigue con el procedimiento de acuerdo con la invención de acuerdo con la reivindicación 1.

Mediante ensayos asi como pruebas de la herramienta se ha mostrado que en un acero para herramientas líquido, fundido acabado de acuerdo con el estado de la técnica, en particular en un acero rápido, en el caso de una aleación con aluminio en el horno o en la caldera, se forman nitruros y óxidos gruesos, que crecen adicionalmente inclusiones en el caso de una solidificación para dar bloques y forman partículas afiladas, gruesas, no metálicas, que después de un procesamiento adicional para dar herramientas se encuentran dirigidas o no homogéneas y de esta manera pueden influir de manera desventajosa en las propiedades de herramienta.

Las ventajas conseguidas con el procedimiento de acuerdo con la invención pueden verse ahora en que mediante la adición de aluminio pueden coagularse y depositarse los nitruros y óxidos formados en el acero liquido y de esta manera se reduce de manera decisiva el contenido de nitrógeno y el contenido de oxígeno de la masa fundida. A este respecto es importante que la temperatura de la masa fundida, la temperatura de liquidus, se encuentre al menos 80 °C mayor, para conseguir una formación de nitruro, óxido u oxinitruro deseada con aluminio. Temperaturas de sobrecalentamiento de la masa fundida mayores de 250 °C son desfavorables desde el punto de vista de la cinética de reacción y desde el punto de vista de la técnica de colada.

Adiciones de aluminio hasta el 0,4 % en peso provocan un desprendimiento de nitrógeno y una formación de óxido en el metal liquido. Contenidos de aluminio por encima del 0,4 % en peso promueven una coagulación de los compuestos de nitrógeno asi como un engrasamiento de los óxidos y de esta manera una deposición en una escoria activa, de modo que, ventajosamente, únicamente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de herramientas, en particular de herramientas para un mecanizado con arranque de virutas de materiales metálicos, formadas a partir de un acero aleado con una composición química en % en peso de

carbono (C) silicio (Si) manganeso (Mn) cromo (Cr) molibdeno (Mo) wolframio (W) vanadio (V) cobalto (Co)

de 0,7 a 1,3 de 0,1 a 1,0 de 0,1 a 1,0 de 3,5 a 5,0 de 0,1 a 10,0 de 0,1 a 19,0 de 0,8 a 5,0 hasta 8,0

así como aluminio, nitrógeno, hierro y elementos de impurezas como el resto, en el que en una primera etapa se funde una aleación con la composición anterior, a excepción del elemento aluminio, y se calienta hasta una temperatura de 80 a 250 °C por encima de la temperatura de liquidus, se desoxida y se cubre la superficie de masa fundida opcionalmente en la caldera con una escoria que disuelve óxidos y nitruros metalúrgicamente activa que contiene espato flúor y se funde la misma al menos en la zona de transición al acero líquido, después de lo cual tienen lugar una adición a la masa fundida así como una distribución homogénea en la misma del 0,4 al 1,4 % en peso de aluminio, y la masa fundida de acero se mueve con flujo turbulento y de esta manera se llevan a disolución nitruros de aluminio del acero líquido, con un diámetro superior a 38 pm, en la escoria, o se ajustan en el acero a un diámetro máximo de 38 pm, y se reduce el contenido de nitrógeno del mismo hasta por debajo del 0,02 % en peso, teniendo lugar una introducción y reacción de magnesio en la masa fundida, con la condición de que se formen compuestos o inclusiones ricos en magnesio no metálicos y concretamente del tipo MgO, MgAIO, MgCaO, Mg(AICa)0 y MgOS, ajustándose el tamaño de los compuestos a un diámetro inferior a 10 pm, teniendo lugar un ajuste a una temperatura de colada deseada y una colada de la masa fundida para dar bloques con una solidificación de los mismos, después de lo cual en una segunda etapa se lleva a cabo un procesamiento habitual del material de bloque para dar objetos en una forma de herramienta deseada y en una tercera etapa tiene lugar un revenido térmico de las herramientas conformadas con al menos una austenización única de la herramienta a una temperatura de en cada caso inferior a 1210 °C y al menos un recocido en el intervalo de temperatura de 500 a 600 °C y a continuación un corte de virutas del excedente de mecanizado de la herramienta.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en la primera etapa se añade por aleación aluminio a la masa fundida desoxidada con una concentración del 0,4 al 1,3 % en peso y el tamaño de los nitruros de aluminio se ajusta a un diámetro inferior a 34 pm y tiene lugar una reducción del contenido de nitrógeno del acero hasta por debajo del 0,02 % en peso.

3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que las inclusiones ricas en magnesio no metálicas y concretamente del tipo MgO, MgAIO, MgCaO, Mg(AICa)0 y MgOS se ajustan a un diámetro inferior a 8 pm.

4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, en el que en la tercera etapa tiene lugar una austenización de la herramienta con el endurecimiento a una temperatura de 1200 °C, preferentemente de como máximo 1160 °C, con un tiempo de espera a esta temperatura de como máximo 15 min.

5. Herramienta, en particular herramienta para un mecanizado con arranque de virutas de materiales metálicos, que puede obtenerse según un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, formada a partir de un acero aleado con una composición química en % en peso de

carbono (C)

silicio (Si) manganeso (Mn) cromo (Cr) molibdeno (Mo) wolframio (W) vanadio (V) cobalto (Co) aluminio (Al) nitrógeno (N)

de 0,7 a 1,3 de 0,1 a 1,0 de 0,1 a 1,0

de 3,5 a 5,0 de 0,1 a 10,0 de 0,1 a 19,0 de 0,8 a 5,0 hasta 8,0 de 0,4 a 1,4 de 0,001 a 0,02

hierro (Fe) e impurezas debidas a la fabricación como el resto, material para herramientas que presenta una dureza superior a 66 HRC y una distribución homogénea de nitruros con un diámetro máximo inferior a 38 pm así como inclusiones ricas en magnesio no metálicas y concretamente del tipo MgO, MgAIO, MgCaO, Mg(AICa)0 y MgOS con un diámetro de los compuestos inferior a 10 pm.

6. Herramienta de acuerdo con la reivindicación 5, en la que el material para herramientas presenta un contenido en % en peso de

Al

de 0,5 a 1,3

y/o

N de 0,005 a 0,02,

los nitruros en el caso de una distribución homogénea tienen un diámetro inferior a 34 y los compuestos no metálicos ricos en magnesio tienen un diámetro inferior a 8 mm o menor.