ES2292161T3 - Herramienta de corte. - Google Patents
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Abstract
Herramienta de corte, especialmente cuchilla para un mecanizado de madera, así como para productos con madera, como tableros de aglomerados y similares, con una tenacidad del material superior a 100 J medido en dirección longitudinal como trabajo de choque AV (SBP) según la ficha de pruebas de acero y hierro (SEP) 1314, con una dureza del material superior a 60 HRC y una resistencia elevada a la corrosión, así como una resistencia al desgaste de ésta a partir de una aleación con una composición química porcentual en peso de: C = 0, 7 a 0, 9 Si = <= 0, 8 Mn = 0, 35 a 0, 45 S = < 0, 005 Cr = 7, 5 a 8, 5 Mo = 1, 4 a 1, 8 Ni = < 0, 4 V = 0, 5 a 0, 7 W = < 0, 3 Al = 0, 003 a 1, 0 Fe = resto, así como impurezas condicionadas por la fabricación, presentando el material, mejorado térmicamente, de la herramienta de corte un contenido total de carburo superior a 3% en volumen, del que al menos 0, 35% en volumen está configurado como monocarburos, y estando compuesta la matriz de martensita revenida.
Description
Herramienta de corte.
La invención se refiere a una herramienta de
corte, especialmente a una cuchilla, para un mecanizado de madera
por arranque de viruta.
En la industria procesadora de la madera se usan
para el mecanizado por arranque de virutas de madera, especialmente
de madera en rollo, o sea, las llamadas "aplicaciones chipper",
cuchillas o regletas de cuchillas que en la zona del borde cortante
se solicitan a la vez, sobre todo por choque, a desgaste por carga
adhesiva y abrasiva, así como a flexión y presión. Por tanto, el
material de este tipo de herramientas o cuchillas debe ser
resistente desde el punto de vista de la corrosión química debido
también a la carga por tanino y obtener o presentar simultáneamente
mediante un tratamiento térmico de mejora la máxima tenacidad y la
máxima resistencia al desgaste así como una alta dureza.
Las exigencias respecto a un rendimiento siempre
creciente y acompañado de una máxima seguridad en el funcionamiento
de los equipos procesadores de la madera se pueden cumplir, por
último, sólo mediante herramientas de corte con un perfil de
características convenientemente ajustado. Con otras palabras:
especialmente en la zona cortante de las cuchillas se ha de impedir
un desgaste, los daños en los bordes como resultado de deformaciones
plásticas, por una parte, y de fracturas conchiformes o
lenticulares de los bordes, por otra parte, sobre todo debido a
cargas por choques, así como una rotura anticipada de las cuchillas
mediante características del material ajustadas entre sí.
Para "aplicaciones chipper" se conoce el
uso de aceros con el número de material 1.2362 según la norma DIN.
Las cuchillas hechas de este acero tienen una alta tenacidad de
material en el estado mejorado térmicamente, pero su resistencia al
desgaste, la estabilidad de la forma de la zona cortante y la
resistencia a la corrosión son mayormente demasiado pequeñas. Para
mejorar la estabilidad de la forma del filo se fabrican
frecuentemente cuchillas o regletas de cuchillas con acero según el
número de material 1.2363, cuyas herramientas de corte no presentan
en la mayoría de los casos una resistencia suficiente al desgaste.
Ya se intentó usar como material de herramienta de corte una
aleación según el documento AT383387B o EP0425471A1 y se pudieron
lograr los mejores resultados respecto al comportamiento
del desgaste, pero en ocasiones se producían fallos que indicaban una tenacidad del material demasiado pequeña.
del desgaste, pero en ocasiones se producían fallos que indicaban una tenacidad del material demasiado pequeña.
La invención tiene el objetivo de superar las
desventajas respectivas del estado de la técnica y crear una
herramienta de corte, especialmente una cuchilla, del tipo
mencionado al principio que sobre la base de una rigurosa selección
de la concentración de los respectivos elementos en el acero o de la
composición química, así como de la mejora térmica y la
microestructura del material presenta características de uso
mejoradas desde el punto de vista sinérgico en caso de un
mecanizado de la madera, especialmente un mecanizado por arranque
de virutas, mediante carga por choque o corte ininterrumpido.
Este objetivo se consigue con una herramienta de
corte según la reivindicación 1.
Las ventajas logradas con la invención radican
esencialmente en que mediante la selección rigurosa de los
contenidos respectivos de los elementos de aleación ajustados entre
sí y una mejora térmica habitual del acero con un temple, seguido
de un enfriamiento a 1030ºC aproximadamente, un triple revenido a
una temperatura aproximada de 550ºC y la creación de una
microestructura favorable se maximizan a la vez las características
individuales exigidas o deseadas.
Se requiere una alta tenacidad del material de
la herramienta, como se determinó, ya que en caso de un valor
inferior a 100 J para el trabajo de choque, medido en un ensayo de
flexión por choque en dirección longitudinal, se pueden originar
fracturas en los bordes cortantes e incluso roturas de la cuchilla.
Según la invención, se necesitan a la vez altos valores de dureza
del material que garantizan una estabilidad amplia de la forma de
toda la zona cortante en caso de altas cargas por choque. Una dureza
inferior a 60 HRC posibilita deformaciones plásticas del material
de la herramienta que pueden afectar el funcionamiento de la
herramienta durante la operación de arranque de virutas.
Para una resistencia química y para el perfil de
las características mecánicas del material de la herramienta
resulta importante según la invención la concentración de los
respectivos elementos de aleación, porque estos determinan la
cinética de precipitación y de transformación, así como la
estructuración en caso de una mejora térmica.
En una relación de los elementos de aleación se
ha de considerar en especial el contenido de carbono simultáneamente
con el contenido o la actividad de los respectivos elementos, que
forman el carburo, con el carbono. En un intervalo estrecho de 0,7
a 0,9% en peso de carbono se originan mediante 0,5 a 0,7% en peso de
vanadio monocarburos que presentan un diámetro pequeño, así como
están repartidos de forma homogénea y contribuyen esencialmente a
la resistencia al desgaste del material con un contenido de al menos
0,35% en volumen, sin tener una influencia negativa sobre su
tenacidad. Los contenidos más altos de carbono y vanadio pueden
repercutir de manera desventajosa sobre la interacción de los
elementos de aleación y provocar mayormente una estructura más
gruesa del carburo, lo que afecta la tenacidad del material. Las
concentraciones bajas de estos elementos inferiores a 0,7% en peso
de carbono y 0,5% en peso de vanadio reducen de manera
sobreproporcional la resistencia al desgaste del material.
El contenido de carbono de la aleación está
fijado también según la invención en el intervalo de 0,7 a 0,9% en
peso respecto a una conformación de M_{7}C_{3} y M_{23}C_{6}
de carburos con los demás elementos del acero que forman el carburo
y con este contenido se logran también las características deseadas
de la matriz compuesta de martensita revenida. En este caso, la
concentración respectiva de cromo y molibdeno en el intervalo de
7,5 a 8,5 ó 1,4 a 1,8 es esencial para un contenido total deseado de
carburo superior a 3,0% en volumen y el contenido de wolframio, por
el contrario, está limitado a un valor inferior a 0,3% en peso
debido a un efecto de fragilización del material.
El manganeso en contenidos de 0,35 a 0,45
favorece la templabilidad del acero y fija el azufre, que debe
presentar un valor de concentración inferior a 0,005% en peso, para
formar el sulfuro de manganeso.
El níquel interfiere en la cinética de
precipitación y transformación de este acero de corte en caso de un
tratamiento de mejora, de modo que un contenido de níquel inferior a
0,4% en peso es esencial para la calidad deseada de la
herramienta.
El contenido previsto según la invención de
aluminio en el acero en los límites de 0,003 a 1,0% en peso actúa,
por una parte, de manera especialmente favorable en el
comportamiento de temple y revenido o en la estructura mejorada y
las características mecánicas del material y el aluminio, por la
otra parte, favorece también la calidad de una capa superficial,
por ejemplo, una capa de nitruro, o la adherencia de un
recubrimiento, por ejemplo, una capa de nitruro, carbonitruro o
oxicarbonitruro aplicada conforme al procedimiento PVD ó CVD, de
metales, especialmente de titanio y/o cromo. El aluminio aumenta la
actividad y los coeficientes de difusión de carbono en la
austenita. Los coeficientes de difusión de cromo, molibdeno y
vanadio se reducen debido al aluminio en la austenita y en la
ferrita. Esto significa una disminución de la solubilidad de carbono
en la austenita, de modo que la estabilidad de la austenita se
reduce y aumenta, por tanto, el punto de inicio de la martensita,
lo que reduce fuertemente a su vez el contenido residual de
austenita en la estructura endurecida. El aluminio se disuelve
principalmente en la matriz y contribuye a la dureza de la solución
sólida. La alta afinidad del aluminio con el nitrógeno aumenta la
dureza de la capa de difusión de aceros nitrados.
En la aleación se prefiere un contenido de
aluminio de 0,15 a 0,25% en peso.
Por medio de un ejemplo se debe explicar
detalladamente la invención:
Una masa fundida con una composición porcentual
en peso de C=0,81, Si=0,68, Mn=0,39, P=0,015, S=0,003, Cr=8,06,
Mo=1,59, Ni=0,26, V=0,61, W=0,19, Al=0,17 y el resto de ferrita se
fundió en forma de bloques mediante un tratamiento metalúrgico en
cuchara. Después de un tiempo de calentamiento posterior y de
recocido de 31 horas se laminó en forma de material plano, a partir
del que se fabricaron "cuchillas chipper" mediante mecanizado
mecánico.
Después de un recalentamiento y calentamiento
completo de las cuchillas o de las regletas de cuchillas a 1030ºC
se realizó un enfriamiento forzado de éstas a una temperatura de
50ºC aproximadamente, al que siguió un triple revenido a una
temperatura de entre 545ºC y 560ºC. Después de esta mejora térmica,
la dureza del material de una herramienta de ensayo ascendió a 61
HRC libre de austenita residual. A partir de la herramienta concreta
se tomaron muestras para el ensayo de flexión por choque: longitud
55 mm, anchura 10 mm y altura 7 mm. Un análisis de la tenacidad del
material con estas muestras dio como resultado un trabajo de flexión
por choque esencialmente de 115 J. Los análisis metalográficos y de
residuos mostraron que el material en una matriz de martensita
revenida presentaba una cantidad total de carburos de 3,21% en
volumen, siendo el 0,43% en volumen de los carburos monocarburos
del tipo MC y el resto, carburos de la formación M_{7}C_{3} y
M_{23}C_{6}. En este caso se ha de señalar que no había
austenita residual en la estructura.
Una "cuchilla chipper" según la invención,
fabricada en paralelo a la herramienta de ensayo, se usó en un
dispositivo para el mecanizado por arranque de virutas de madera en
rollo en condiciones difíciles debido a partículas adhesivas de
tierra y proporcionó una mejora de la vida útil del 120% en
comparación con una cuchilla de alto rendimiento del mercado
dispuesta al lado.
Claims (4)
1. Herramienta de corte, especialmente cuchilla
para un mecanizado de madera, así como para productos con madera,
como tableros de aglomerados y similares, con una tenacidad del
material superior a 100 J medido en dirección longitudinal como
trabajo de choque AV (SBP) según la ficha de pruebas de acero y
hierro (SEP) 1314, con una dureza del material superior a 60 HRC y
una resistencia elevada a la corrosión, así como una resistencia al
desgaste de ésta a partir de una aleación con una composición
química porcentual en peso de:
- C
- = {}\hskip0.1cm 0,7 {}\hskip0.3cm a 0,9
- Si
- = {}\hskip1cm \leq 0,8
- Mn
- = {}\hskip0.1cm 0,35 {}\hskip0.2cm a 0,45
- S
- = {}\hskip1cm < 0,005
- Cr
- = {}\hskip0.1cm 7,5 {}\hskip0.3cm a 8,5
- Mo
- = {}\hskip0.1cm 1,4 {}\hskip0.3cm a 1,8
- Ni
- = {}\hskip1cm < 0,4
- V
- = {}\hskip0.1cm 0,5 {}\hskip0.3cm a 0,7
- W
- = {}\hskip1cm < 0,3
- Al
- = {}\hskip0.1cm 0,003 a 1,0
- Fe
- = {}\hskip0.1cm resto, así como impurezas condicionadas por la fabricación, presentando el material, mejorado térmica-{}\hskip0,4cm mente, de la herramienta de corte un contenido total de carburo superior a 3% en volumen, del que al me-{}\hskip0,4cm nos 0,35% en volumen está configurado como monocarburos, y estando compuesta la matriz de marten-{}\hskip0,4cm sita revenida.
2. Herramienta de corte según la reivindicación
1, en la que la aleación presenta un contenido de aluminio de 0,15
a 0,25% en peso.
3. Herramienta de corte según la reivindicación
1 ó 2, que tiene un recubrimiento formado preferentemente como
compuesto de carbono y/o nitrógeno y/u oxígeno.
4. Herramienta de corte según la reivindicación
3, en la que el recubrimiento contiene un compuesto de cromo.
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