ES2292161T3 - Herramienta de corte. - Google Patents

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.

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.