Método para producir un cuerpo compuesto sinterizado.

Un método de producción de un cuerpo compuesto sinterizado que comprende partículas de nitruro de boro cúbico dispersadas en una matriz de carburo cementado caracterizado por sinterizar una mezcla que comprende partículas de nitruro de boro cúbico y un polvo de carburo cementado a una temperatura de sinterización por encima de 1200ºC y por debajo de 1350ºC a una presión igual a la presión atmosférica o menor,

en el que la mezcla comprende una cantidad de partículas de nitruro de boro cúbico del 4% en peso o menor y en el que la presión de la sinterización es menor que 200 mbar.

Método para producir un cuerpo compuesto sinterizado La presente invención se refiere a un método para producir un cuerpo compuesto sinterizado resistente al desgaste que comprende partículas de nitruro de boro cúbico dispersadas en una matriz de carburo cementado.

Antecedentes

Los carburos cementados poseen una combinación única de dureza, tenacidad y resistencia al desgaste. Por consiguiente, se usan extensamente en aplicaciones industriales tales como herramientas de corte, matrices de estirado y piezas de desgaste. Los carburos cementados generalmente comprenden partículas de carburo tales como carburo de wolframio, carburo de vanadio, carburo de titanio, carburo de tantalio, carburo de molibdeno, carburo de zirconio, carburo de niobio y/o carburo de cromo. Estas partículas de carburo están unidas entre sí por medio de un metal tal como cobalto, níquel, hierro y aleaciones de los mismos. El metal de unión típicamente está en el intervalo del 3 al 40 por ciento en peso. Las piezas generalmente se producen sinterizando el carburo cementado a temperaturas del orden de 1400º C y mayores para producir cuerpos sin porosidad de densidad completa.

El nitruro de boro cúbico (cBN) es un material superduro solo superado en dureza por el diamante, y se usa ampliamente en aplicaciones tales como herramientas de mecanizado, por ejemplo muelas, herramientas de corte etc. El cBN se crea en condiciones de temperatura y presión elevadas y el material es cristalográficamente estable a temperaturas por debajo de 1400º C. Se conocen de antemano materiales compuestos de carburo cementado-cBN que consisten en partículas de cBN dispersadas en una matriz de carburo cementado. En general, estos materiales compuestos se fabrican usando técnicas de sinterización a alta presión para evitar la formación del polimorfo hexagonal de baja dureza de nitruro de boro (hBN) . Sin embargo, las rutas de fabricación que implican tales técnicas de sinterización son caras, lo que ha dado como resultado un intento de desarrollar técnicas más baratas.

El documento EP 0 774 527 describe la fabricación de materiales compuestos de WC-Co-cBN usando calentamiento por resistencia directa y sinterización presurizada. "Making durometal even harder with dispersed CBN", Metal Powder Report, Vol. 62, Issue 6, junio 2007, p. 14-17, describe una técnica de calentamiento alternativo por resistencia directa, Field Assisted Sintering Technology. Sin embargo, los equipos usados en tales métodos de producción son adecuados solo para volúmenes de lote pequeños, dando como resultado altos costes de producción.

El documento EP 0 256 829 describe un material de carburo cementado abrasivo y resistente al desgaste que contiene nitruro de boro cúbico y la fabricación del mismo. Sin embargo, los métodos descritos son aún comparativamente caros o no pueden proporcionar las propiedades deseadas de un cuerpo compuesto sinterizado.

El documento JP 57123952 describe una aleación de carburo cementado sinterizado basado en carburo de wolframio que comprende del 2 al 20% en peso de nitruro de boro cúbico. El método usado para la fabricación de la aleación de carburo cementado sinterizado usa temperaturas que son de 1400º C o superiores. Por lo tanto, los métodos descritos son aún comparativamente caros o no pueden proporcionar las propiedades deseadas para un cuerpo compuesto sinterizado.

Compendio Un objeto de la invención es proporcionar un método rentable para producir un cuerpo compuesto sinterizado que comprende partículas de nitruro de boro cúbico dispersadas en una matriz de carburo cementado.

Se ha encontrado que el objetivo anterior puede satisfacerse por un método para producir un cuerpo compuesto sinterizado que comprende sinterizar una mezcla que comprende partículas de nitruro de boro cúbico y un polvo de carburo cementado a una temperatura de sinterización por debajo de 1350º C sin aplicar presión.

Se ha encontrado que el objetivo anterior se satisface mediante un cuerpo compuesto sinterizado que comprende una matriz de carburo cementado con partículas discretas de nitruro de boro cúbico dispersadas por toda la matriz de carburo cementado en la que el contenido de partículas de nitruro de boro cúbico es del 4% en peso o menor.

Descripción detallada De acuerdo con la presente invención se proporciona un método para producir un cuerpo compuesto sinterizado que comprende sinterizar una mezcla que comprende partículas de nitruro de boro cúbico y un polvo de carburo cementado a una temperatura de sinterización por debajo de 1350º C sin aplicar presión. Por la expresión "sin aplicar presión" se entiende en la presente memoria una presión igual a una presión atmosférica o menor.

Se encontró que podía conseguirse una matriz de carburo cementado densificado con partículas discretas de nitruro de boro cúbico por toda la matriz usando sinterización sin presión, es decir, sin aplicar presión por medio de un gas, medios mecánicos, u otros medios, a una temperatura de sinterización por debajo de 1350º C. Por lo tanto, la sinterización puede realizarse en un horno de sinterizacion a vacío convencional, es decir, con elementos de

calentamiento eléctricos convencionales que transfieren el calor a la mezcla por convección y radiación, y una presión de gas igual a o menor que la presión atmosférica. Bastante sorprendentemente, se encontró que la temperatura de sinterización para un carburo cementado podía reducirse significativamente con la introducción de partículas de nitruro de boro cúbico en la mezcla de carburo cementado obteniéndose aún un cuerpo sinterizado completamente densificado. Además, el cuerpo sinterizado tiene una resistencia al desgaste superior.

Adecuadamente, el cuerpo compuesto sinterizado tiene una densidad de al menos un 99% de la densidad teórica para el material sinterizado.

Las etapas de procesamiento adecuadas comprenden:

- mezclar los polvos adecuados usando mezcla en seco usando un equipo de proceso de polvo tal como una mezcladora Oblicone, de tipo ï?§ o Lodige -compactación para formar cuerpos verdes, por ejemplo, por técnicas de presión convencionales, tales como uniaxial, extrusión, bolsa seca, etc.

- sinterizar los cuerpos verdes sobre una barrera adecuadamente revestida en bandejas de grafito.

Como una etapa de proceso opcional la mezcla se compacta usando presión en frío antes de la sinterización.

El ciclo de sinterización está adecuadamente de acuerdo con un horno de tamaño convencional, pero con una temperatura de sinterización especialmente baja, preferiblemente al menos 50º C por debajo de la temperatura de sinterización nominal para la calidad de carburo cementado respectiva.

Un ciclo de sinterización ejemplar, de aproximadamente 12 h de duración, comprende:

- etapa 1: des-lubricación en atmósfera de hidrógeno, incluyendo calentamiento y mantenimiento, por ejemplo, durante aproximadamente 1 h a 450º C

- etapa 2: pre-sinterización a vacío + presión parcial de argón, incluyendo rampa ascendente de temperatura hasta la temperatura de sinterización con un tiempo de rampa de, por ejemplo, 1 h

- etapa 3: sinterización en atmósfera de argón, por ejemplo, durante 1 h

- etapa 4: enfriamiento en atmósfera de argón, por ejemplo, durante aproximadamente 7 horas.

Adecuadamente, la sinterización se realiza a una presión de menos de 200 mbar, preferiblemente menos de 100 mbar.

En una realización, la sinterización se realiza a un vacío de menos de 1 mbar, preferiblemente menos de 10-3 mbar.

En una realización, la temperatura de sinterización es de 1340º C o menor.

La temperatura de sinterización preferiblemente está por encima de 1200º C, más preferiblemente por encima de 1250º C. Si la temperatura de sinterización es demasiado baja, los cuerpos resultantes tienen poros en una cantidad que afecta negativamente a la dureza y, por lo tanto, a las propiedades de desgaste. Una porosidad mínima puede ser aceptable, puesto que esta no afecta adversamente a la dureza. Sin embargo, se prefiere que la temperatura de sinterización se elija para conseguir cuerpos completamente densificados.

Un tiempo de sinterización adecuado es entre 20 y 120 minutos. Sin embargo, el tiempo de sinterización se ajusta adecuadamente con respecto al tamaño del lote, el equipo de sinterización, la composición del carburo cementado etc., para conseguir cuerpos sinterizados densos, mientras que al mismo tiempo se evita la transformación de cBN en hBN.

En una realización, la sinterización se realiza en un horno de sinterizacion a vacío.

En una realización, el cuerpo compuesto sinterizado... [Seguir leyendo]

1. Un método de producción de un cuerpo compuesto sinterizado que comprende partículas de nitruro de boro cúbico dispersadas en una matriz de carburo cementado caracterizado por sinterizar una mezcla que comprende partículas de nitruro de boro cúbico y un polvo de carburo cementado a una temperatura de sinterización por encima de 1200º C y por debajo de 1350º C a una presión igual a la presión atmosférica o menor, en el que la mezcla comprende una cantidad de partículas de nitruro de boro cúbico del 4% en peso o menor y en el que la presión de la sinterización es menor que 200 mbar.

2. Un método según la reivindicación 1 en el que la temperatura es 1340º C o menor.

3. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que un tiempo de sinterización es entre 20 y 120 10 minutos.

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en el que la sinterización se realiza en un horno de sinterizacion a vacío.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 en el que el polvo de carburo cementado comprende una cantidad de fase aglutinante de entre 6 y 16% en peso.

6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-5 en el que el polvo de carburo cementado comprende carburo de wolframio y cobalto.