ES2352435T3

ES2352435T3 - Pieza compacta y sinterizada de nitruro de boro cúbico de gran solidez y alta conductividad térmica.

Info

Publication number: ES2352435T3
Application number: ES04258020T
Authority: ES
Inventors: Katsumi Okamura; Satoru Kukino; Shinya Uesaka; Tomohiro Fukaya
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2011-02-18
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: CA2487372A1; EP1547990A3; JP4160898B2; CA2487372C; CN1636935A; EP1547990B1; KR100630995B1; US20050143252A1; KR20050065402A; EP1547990A2; DE602004029757D1; US7081424B2; JP2005187260A; CN100537809C

Abstract

Una pieza compacta sinterizada de nitruro de boro cúbico de gran solidez y alta conductividad térmica que contiene granos de nitruro de boro cúbico (cBN), opcionalmente a lo sumo el 5% en masa de oxígeno, y un aglutinante que liga dichos granos de cBN entre sí, estando formada la pieza compacta sinterizada por: al menos el 40% en volumen y a lo sumo el 85% en volumen de granos de cBN; y un aglutinante que corresponde al resto y formado por al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en un nitruro, un carburo, un boruro y un óxido de un elemento que pertenece a los grupos 4a, 5a y 6a de la tabla periódica y una disolución sólida de los mismos, y formado además por un compuesto de aluminio, y por impurezas inevitables, donde dichos granos de cBN contienen a lo sumo el 0,03% en masa de Mg y al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,05% en masa de Li.

Description

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención

La presente invención se refiere, en general, a piezas compactas sinterizadas formadas principalmente por nitruro de boro cúbico (cBN). En particular, la presente invención contempla controlar con precisión el contenido de catalizador de la pieza compacta sinterizada para proporcionar una pieza compacta sinterizada de cBN de gran solidez, alta conductividad térmica y con una excelente resistencia al desconchado y al desgaste en forma de cráter. Descripción de la Técnica Anterior

Convencionalmente se conoce una pieza compacta sinterizada de gran dureza formada por nitruro de boro cúbico. Por ejemplo, la patente japonesa abierta a inspección pública Nº 53-77811 da a conocer una pieza compacta sinterizada de cBN que contiene entre el 20% y el 80% en volumen de cBN, siendo el resto un aglutinante cerámico de Ti. Sin embargo, la pieza compacta sinterizada no proporciona una vida útil satisfactoria cuando se aplica a una herramienta utilizada para un corte interrumpido, un corte de alta velocidad o, de manera similar, un corte de alta eficacia. Por consiguiente, la pieza compacta sinterizada se mejora en tenacidad, resistencia térmica y similares, mejorando el aglutinante, cubriendo los granos de cBN con cerámico para proporcionar un poder aglutinante mejorado, una dispersividad mejorada, y similares.

Una pieza compacta sinterizada con el aglutinante cerámico de Ti de la patente japonesa abierta a inspección pública Nº 53-77811 mejorada para proporcionar una mayor tenacidad se describe, por ejemplo, en las patentes japonesas abiertas a inspección pública Nº 56-69350, 61-179847, 61-179848 y 5-287433. La pieza compacta sinterizada descrita presenta una gran tenacidad y es adecuada para el corte interrumpido de acero templado y similares. Además, un aglutinante está dispuesto alrededor de los granos de cBN para mantener los granos unidos para proporcionar un pieza compacta sinterizada que impida que los granos se unan directamente entre sí, como se describe en la patente japonesa abierta a inspección pública Nº 10-182242. Por lo tanto, se mejora un aglutinante o se impide que los granos de cBN establezcan un contacto directo mutuo para intentar proporcionar una pieza compacta sinterizada de cBN con una mayor tenacidad para utilizarla en el corte interrumpido de acero templado de gran dureza.

El documento GB 2048927 se refiere a una pieza compacta abrasiva que comprende una masa de partículas de nitruro de boro cúbico y una segunda fase unida a un conglomerado duro. El documento US 2003/0170161 se refiere a un procedimiento para producir nitruro de boro cúbico que incluye mantener nitruro de boro hexagonal bajo la presencia de una sustancia catalítica, donde la sustancia catalítica contiene LiMBN2. SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Los anteriores ejemplos convencionales tienen además la siguiente desventaja: los anteriores ejemplos mejorados ligan los granos de cBN y un aglutinante más firmemente y aumenta la tenacidad del aglutinante. Sin embargo, no podían impedir totalmente que los granos establecieran un contacto mutuo. Además, incluso si se cubren los granos de cBN, tal y como se describe en la patente japonesa abierta a inspección pública Nº 10-182242, mayores contenidos de cBN aumentan la probabilidad de que los granos establezcan un contacto directo mutuo. Tal parte que presenta granos de cBN en contacto mutuo permanece normalmente no sinterizada, y tal pequeña parte no sinterizada acaba desconchándose. De ese modo, condiciones de corte de carga más pesada, geometrías interrumpidas más angulosas de acero templado de gran dureza, y similares, favorecen la manifestación de un efecto defectuoso de la parte no sinterizada, no pudiéndose obtener una vida útil satisfactoria de la herramienta. Las "geometrías interrumpidas más angulosas" se describirán posteriormente.

La presente invención proporciona la pieza compacta de la reivindicación 1 y supera la desventaja anterior mediante un concepto diferente al convencional. Más específicamente, la presente invención sinteriza directamente granos de cBN entre sí (en lo sucesivo, las uniones directas de granos de CBN se denominarán como un "crecimiento de cuello") para mejorar la tenacidad y la conductancia térmica simultáneamente para obtener una pieza compacta sinterizada de nitruro de boro cúbico significativamente resistente, de alta conductividad térmica y con una excelente resistencia tanto al desconchado como al desgaste en forma de cráter para proporcionar una herramienta adecuada para el corte interrumpido profundo de acero templado de gran dureza.

La presente pieza compacta sinterizada que presenta una gran dureza y que está prevista para utilizarse como una herramienta contiene al menos el 40% en volumen y a lo sumo el 80% en volumen de cBN. Si hay menos del 40% en volumen de cBN, entonces, en la pieza compacta sinterizada, el aglutinante, de poca solidez, aumenta relativamente, y cuando la pieza compacta sinterizada se utiliza para el corte interrumpido, la parte del aglutinante desarrollará defectos inicialmente. Si hay más del 85% en volumen de cBN, los granos de cBN se mantienen unidos mediante una cantidad relativamente reducida de aglutinante. Por consiguiente, los granos de cBN tienden a descender, se reduce relativamente la cantidad de carbonitruro, carburo y nitruro de Ti de excelente resistencia térmica y la resistencia al desgaste se ve significativamente perjudicada. El contenido de cBN de al menos el 40% en volumen y a lo sumo del 85% en volumen puede impedir que los granos de cBN desciendan rápidamente y además mantiene la alta resistencia al desgaste.

Un compuesto seleccionado del grupo que consiste en nitruro, carburo, boruro y óxido de elementos que pertenecen a los grupos 4a, 5a y 6a de la tabla periódica y una disolución sólida de los mismos se mezcla con granos de cBN, metal de aluminio o compuesto de aluminio y se sinterizan. A medida que se sinterizan, el metal de aluminio, el compuesto de aluminio, y similares, reaccionan con el cBN u otro aglutinante para proporcionar un compuesto de aluminio que ligue más firmemente entre sí el aglutinante y los granos de cBN. Por lo tanto, puede obtenerse una pieza compacta sinterizada de cBN adecuada para el corte interrumpido profundo de acero templado de gran dureza.

Además, se ha descubierto que una pieza compacta sinterizada que incluye granos de cBN que incluyen a lo sumo el 0,03% en masa de Mg y al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,05% en masa de Li puede proporcionar una mejora significativa en la resistencia al desconchado así como en la resistencia al desgaste en forma de cráter, apenas conseguidas simplemente mejorando el aglutinante. Se ha descubierto que el Li en esas partes de los granos de cBN, respectivamente, que están en contacto mutuo tiene un efecto catalítico que ayuda a ligar los granos entre sí. Tal parte expuesta al efecto catalítico del Li puede presentar un crecimiento de cuello, y la pieza compacta sinterizada puede tener por tanto una mayor solidez que la obtenida con los granos en un contacto mecánico simple. Además, los granos de cBN, con una mayor conductancia térmica que el aglutinante cerámico, que se estructuran continuamente pueden ayudar a transmitir el calor generado en el corte y, por lo tanto, proporcionan una resistencia térmica mejorada. Además, el Mg forma un óxido en los granos de cBN y en la superficie de contacto, y el óxido (MgO) presenta un alto punto de fusión y no presenta el efecto catalítico descrito anteriormente. Además, cuando hay MgO en los granos de cBN, la vibración no armónica ejerce un efecto y se impide la conducción térmica en los granos que presentan conductancia mediante fonones. En la presente invención, un efecto de un elemento que ayuda a ligar los granos de cBN entre sí se denominará como un efecto catalítico.

De manera deseable, la pieza compacta sinterizada incluye granos de cBN que contienen a lo sumo el 0,01% en masa de Mg y al menos el 0,01% en masa y a lo sumo el 0,03% en masa de Li. Los granos pueden unirse entre sí más firmemente, y puede mejorarse adicionalmente la resistencia al desconchado y la resistencia al desgaste en forma de cráter.

De manera deseable, la pieza compacta sinterizada incluye granos de cBN que contienen un total de al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,3% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Ca, Sr, Ba y Be, ya que el Ca, Sr, Ba y Be, así como el Li, en esas partes de los granos de cBN, respectivamente, que están en contacto mutuo actúan como un catalizador. Si el contenido del elemento o de los elementos es inferior al 0,001% en masa, no tiene un efecto catalítico. Para favorecer el crecimiento de cuello se requiere una cantidad total de catalizador del (de los) elemento(s) de a lo sumo el 0,3% en masa. Si el (los) elemento(s) superan el 0,3% en masa, el exceso genera defectos. Además, puesto que los elementos tienen además una menor resistencia térmica que el cBN, se reduce la solidez y la resistencia térmica de la pieza compacta sinterizada de cBN.

De manera deseable, la pieza compacta sinterizada incluye granos de cBN que contienen un total de al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,5% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Si, Ga y La. Se ha descubierto que añadiendo Si, Ga y La, puede aumentarse el efecto catalítico del Li para formar un crecimiento de cuello de manera firme en los granos de cBN y, por tanto, unir los granos para conseguir una alta cristalinidad y una excelente tenacidad. Al menos el 0,001% en masa del (de los) elemento(s) favorece el reforzamiento del crecimiento de cuello. Formar un crecimiento de cuello suficientemente firme en una superficie de contacto de granos de cBN directamente adyacentes entre sí requiere el 0,5% en masa del (de los) elemento(s). Si el contenido del elemento o de los elementos supera el 0,5% en masa, el exceso genera defectos. Además, puesto que los elementos tienen además una menor resistencia térmica que el cBN, se reduce la solidez y la resistencia térmica de la pieza compacta sinterizada de cBN.

De manera deseable, la pieza compacta sinterizada incluye granos de cBN que contienen un total de al menos el 0,01% en masa y a lo sumo el 0,1% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Ca, Sr, Ba y Be. La pieza compacta sinterizada de cBN puede mejorar adicionalmente su solidez y su resistencia térmica.

Más preferentemente, la pieza compacta sinterizada incluye granos de cBN que contienen un total de al menos el 0,05% en masa y a lo sumo el 0,3% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Si, Ga y La. La pieza compacta sinterizada de cBN puede mejorar adicionalmente su solidez y su resistencia térmica.

De manera deseable, la pieza compacta sinterizada de cBN contiene a lo sumo el 5% en masa de oxígeno y el aglutinante contiene al menos el 5% en masa y a lo sumo el 40% en masa de Al. El Mg que permanece en los granos de cBN forma un óxido (MgO) que presenta un alto punto de fusión, no produciéndose ningún efecto catalítico durante el sinterizado. Por consiguiente, la pieza compacta sinterizada de cBN contiene preferentemente a lo sumo el 5% en masa de oxígeno. Esto reduce la probabilidad de que el MgO, que no tiene ningún efecto catalítico e impide la unión, esté presente entre los granos de cBN y en una superficie de contacto con el aglutinante. Por lo tanto, la pieza compacta sinterizada de cBN aumenta su solidez y su conductancia térmica y se mejora su resistencia al desconchado y su resistencia al desgaste en forma de cráter.

Además, el aglutinante contiene preferentemente al menos el 5% en masa y a lo sumo el 40% en masa de Al. Al menos el 5% en masa de Al permite que los granos de cBN y el aglutinante se unan suficientemente entre sí, y a lo sumo el 40% en masa de Al proporciona una cantidad apropiada de nitruro, carburo y carbonitruro de Ti de excelente resistencia térmica y, por lo tanto, de una resistencia mejorada al desgaste en forma de cráter. La pieza compacta sinterizada que contiene a lo sumo el 5% en masa de oxígeno y el aglutinante que contiene al menos el 5% y a lo sumo el 40% en masa de Al pueden proporcionar una excelente resistencia al desconchado y una excelente resistencia al desgaste en forma de cráter.

De manera deseable, la pieza compacta sinterizada de cBN contiene al menos el 50% en volumen y menos del 70% en volumen de granos de cBN. Más específicamente, la pieza compacta sinterizada de cBN que contiene al menos el 50% en volumen de granos de cBN aumenta la probabilidad de contacto mutuo entre los granos y, por el efecto catalítico mencionado anteriormente, se mejora la solidez y la conductancia térmica de la pieza compacta sinterizada. Si la pieza compacta sinterizada contiene menos del 70% en volumen de granos de cBN, hay una cantidad relativamente mayor del aglutinante que mantiene unidos los granos, de manera que una herramienta formada con la pieza compacta sinterizada y utilizada para el corte interrumpido puede proporcionar, con todo, una vida útil estable. Por el motivo anterior, hay preferentemente una cantidad de al menos el 50% en volumen e inferior al 70% en volumen de granos de cBN.

Cuando la presente pieza compacta sinterizada se utiliza para fabricar una herramienta de corte, la herramienta permite el corte interrumpido profundo, convencionalmente difícil, de acero templado de gran dureza. “Corte interrumpido profundo” indica, en primer lugar, una interrupción más frecuente, tal y como se indica en los ejemplos y, en segundo lugar, indica que una geometría interrumpida da como resultado una geometría más angulosa. En una realización descrita posteriormente, una barra redonda cortada como un material está dotada de un gran número de muescas en U o en V, o similares, axialmente paralelas, y se gira para llevar a cabo un ensayo para realizar un corte interrumpido profundo.

Cuando se comparan “U” y “V”, la “U” se asocia con un corte interrumpido más profundo o con una geometría interrumpida más angulosa por el siguiente motivo: cuando la herramienta hace contacto con la muesca en U, la muesca tiene en primer lugar una pared con la que hace contacto la cara de la herramienta, y la herramienta experimenta una gran tensión. Por el contrario, cuando la herramienta hace contacto con la muesca en V, la muesca tiene una pared que forma un ángulo con la cara de la herramienta, y el borde corte hace contacto en primer lugar con la pared y, después, la pared hace contacto con la cara. De ese modo, la herramienta experimenta menos tensión que cuando hace contacto con la muesca en U.

Los anteriores y otros objetos, características, aspectos y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la presente invención. DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

La presente invención puede ligar granos de cBN más firmemente y además ligar los granos de cBN y un aglutinante más firmemente para proporcionar una pieza compacta sinterizada de mayor solidez. Esto tiene el objetivo de proporcionar una pieza compacta sinterizada de cBN con una resistencia mejorada al desconchado y al desgaste en forma de cráter.

Tal y como se ha descrito anteriormente, se ha descubierto que cuando una herramienta formada por una pieza compacta sinterizada de cBN se utiliza para un corte interrumpido profundo y de alta eficacia de acero templado de gran dureza, una parte no sinterizada resultante de los granos de cBN en contacto mutuo acaba desconchándose. Para reforzar tal parte, se ha llevado a cabo un importante estudio y como resultado se ha descubierto que el tipo y el contenido de un componente catalizador que permanece en los granos de cBN en una pequeña cantidad afecta significativamente a la solidez que actúa para ligar entre sí los granos de cBN. Debe observarse que antes de que se sinterice, el cBN contiene normalmente los elementos B y N, así como Mg, Li, Ca o elementos similares. En la presente invención, un elemento de este tipo presenta un efecto catalítico y su contenido es relevante.

En los granos de cBN, el Li está presente como Li metálico o como Li2O3, cada uno presentando un bajo punto de fusión, y se ha descubierto que cuando el cBN se sinteriza, el Li reacciona con el B, N adyacentes, y similares, y forma Li3BN2 o un catalizador similar, y facilita un crecimiento de cuello de los granos de cBN. Por el contrario, el Mg forma óxido rápidamente y en los granos de cBN está presente principalmente en forma de MgO, que presenta un alto punto de fusión y no actúa más como catalizador cuando el cBN se sinteriza.

De ese modo, si los granos de cBN contienen más del 0,03% en masa de Mg, el MgO no catalítico aumenta como una impureza en los granos de cBN y la pieza compacta sinterizada ve reducida su solidez. Si los granos de cBN contienen menos del 0,001% en masa de Li, se proporciona un efecto catalítico insuficiente y, para el 0,05% en masa o más del mismo, generan defectos, y puesto que el Li tiene una menor resistencia térmica que el cBN, se reduce la solidez y la resistencia térmica de la pieza compacta sinterizada de cBN.

Una composición como la descrita anteriormente proporciona un compuesto de Li que actúa como un catalizador para ligar firmemente granos de cBN en las partes que están en contacto mutuo para proporcionar una pieza compacta sinterizada de cBN de una solidez significativamente mayor. Además, los granos de cBN presentan una alta conductancia térmica, y los granos de cBN unidos sucesivamente entre sí en una mayor proporción mejoran la conductancia térmica de la pieza compacta sinterizada de cBN y proporcionan una resistencia al desgaste en forma de cráter significativamente mejorada.

Convencionalmente, se ha considerado que una pieza compacta sinterizada de cBN se forma de mejor manera con granos de cBN baratos y con mayor capacidad de fractura, los cuales contienen una gran cantidad del elemento Mg, ya que generalmente se ha considerado que granos más finos proporcionan una pieza compacta sinterizada de mayor solidez y, por consiguiente, se han utilizado granos de cBN de mayor capacidad de fractura y de un tamaño más fino. En ese sentido, la presente invención refuta esta consideración convencional.

La presente invención emplea granos de nitruro de boro cúbico (cBN) producidos procesando nitruro de boro hexagonal (hBN) y un catalizador a una alta presión y a una elevada temperatura, condiciones que deben cumplirse para estabilizar térmicamente el cBN. Tal y como se sabe ampliamente, el catalizador es un metal alcalino o un metal alcalinotérreo, o su nitruro, su compuesto de nitruro, o similares.

Diferentes tipos de catalizador añadidos permiten que los granos de cBN sinterizados varíen en cristalinidad, tenacidad, y similares, tal y como se describe, por ejemplo, en las patentes japonesas abiertas a inspección pública Nº 59-57905, 59-73410, 61-31306, 2-35931 y 9-169971. Las publicaciones describen que añadir un tipo diferente de catalizador proporciona granos de cBN de diferente cristalinidad y, por tanto, de diferente tenacidad. Sin embargo, todas las publicaciones se refieren a mejoras en la aplicación como granos abrasivos de trituración y no hacen referencia a ninguna característica de una pieza compacta sinterizada cuando los catalizadores se utilizan como un material básico para la pieza compacta sinterizada.

Por ejemplo, si se utiliza un catalizador basado en Li, se proporcionan y se utilizan granos de cBN de excelente cristalinidad para abrasivos de electrodeposición, abrasivos de unión metálica, y similares. Por el contrario, si se utiliza un catalizador basado en Mg, se obtienen y se utilizan granos de cBN con una mayor capacidad de fractura para abrasivos de unión vitrificada, abrasivos de rectificado, y similares. El catalizador es de una sustancia formada por un elemento convertido en granos de cBN, y el análisis de los granos permite estimar la sustancia. Ejemplo 1

Se utiliza un recipiente y una cubeta de metal duro para mezclar TiN, TiCN y TiHfN, o una mezcla de al menos dos de los mismos, y Al en una proporción en masa de 78:22. El polvo obtenido se trata térmicamente en un vacío a 1200ºC durante 30 minutos y el compuesto obtenido se fractura para obtener un aglutinador en forma de polvo que contiene Al, principalmente en las formas de TiAl3, Ti2AIN. Después, el aglutinante y una variedad de polvos de cBN que tienen un tamaño medio de grano de 1,5 µm, tal y como se muestra en la Tabla 1 (fabricante: Sumitomo Electric Hard Metal, nombre comercial: SUMIBORON), se mezclan entre sí en una proporción de mezcla mostrada en la Tabla 1 y se introducen en un horno de vacío a 900ºC durante 20 minutos, desgasificándose de ese modo. Además, este polvo se sinteriza bajo una presión de 5GPa a 1300ºC durante 20 minutos. La pieza compacta sinterizada obtenida se corta y se rectifica según se requiera para preparar una muestra de la misma para su análisis y para un ensayo de corte.

Se utiliza difracción por rayos X (XRD) para examinar los compuestos contenidos en la muestra. En todas las muestras mostradas en la Tabla 1, se detectan presumiblemente los compuestos cBN, TiB2, AIN y AlB2, y otros compuestos detectados se muestran en la Tabla 1. Otra muestra adicional se coloca en un contenedor sellado y se sumerge en una mezcla de ácido fluórico y ácido nítrico durante 48 horas. Toda la fase de aglutinante se disuelve en la mezcla de ácido fluórico y ácido nítrico y los granos de cBN no se disuelven, sino que permanecen. Los granos contienen los elementos Mg, Li, Ca, Sr, Ba y Be, los cuales se someten a una espectrometría de plasma acoplado por inducción (ICP) para una medición cuantitativa, tal y como se muestra en la Tabla 1. Además, el contenido de granos de cBN de la pieza compacta sinterizada de cBN se calcula según una composición de mezcla y se representa en % en volumen, tal y como se muestra en la Tabla 1. Más específicamente, la masa del cBN que permanece después del tratamiento con

5 ácido descrito anteriormente y la densidad teórica se utilizan para calcular el volumen de los granos de cBN en la pieza compacta sinterizada, y se obtiene a partir del volumen de la pieza compacta sinterizada de cBN medido antes del tratamiento con ácido.

La muestra de la pieza compacta sinterizada para el ensayo de corte se

10 utiliza para fabricar una herramienta (modelo ISO: SNGA120408). La herramienta se utiliza para el corte interrumpido profundo de acero templado para examinar la vida útil de la herramienta obtenida antes de que la herramienta se desconche o se dañe de manera similar. El ensayo se lleva a cabo en las siguientes condiciones:

15 material a cortar: acero templado cementado SCr420H que tiene una dureza de HRC62, un diámetro de 100 mm y una longitud de 300 mm, con cuatro muescas en U axiales; y condiciones de corte: velocidad de corte V = 150 m/min, velocidad de avance f = 0,1 mm/rev., profundidad de corte d = 0,2 mm, corte en seco.

20 El resultado se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1

Muestra Nº: cBN (% en volumen) Compuesto Elemento catalítico en granos de cBN (% en masa) Vida útil (min.)

Mg: Li Otros

1-1: 45 TiCN 0,001 0,01 Ca: 0,05 23,1

1-2: 50 TiN 0,002 0,01 Ca: 0,06 28,8

1-3: 55 TiN 0,002 0,01 Ca: 0,05, Sr: 0,05 30,7

1-4: 60 TiN 0,001 0,03 28,5

1-5: 60 TiN 0,001 0,01 Ca: 0,07 32,3

1-6: 60 TiHfN 0,003 0,01 Ba:0,10 31,9

1-7: 60 TiN 0,02 0,01 26,4

1-8: 65 TiN 0,001 0,02 Ca: 0,05, Sr: 0,06 27

1-9: 65 TiN 0,001 0,01 Ca: 0,04, Sr: 0,03 35,1

1-10: 65 TiCN 0,001 0,01 Ca: 0,06, Be: 0,03 33,1

Mg: Li Otros

1-11: 65 TiN 0,002 0,02 Ca: 0,09 34

1-12: 83 TiN 0,001 0,01 Ca: 0,05 21,4

1-13: 35* TiCN 0,001 0,01 Ca: 0,05 7,8

1-14: 55 TiN 0,05* 0,01 13,6

1-15: 60 TiN 0,07* 0,01 15,6

1-16: 65 TiN 0,05* 0,07* Ca:0,53 15,9

1-17: 65 TiCN 0,08* 0,01 13,2

1-18: 90* TiN 0,002 0,01 Ca:0,06 5,7

*: Ejemplo comparativo

Tal y como resulta evidente a partir de la Tabla 1, la muestra Nº 1-13, que contiene menos del 45% en volumen de cBN, y la muestra Nº 1-18, que contiene más del 85% en volumen de cBN, tienen una vida útil

5 significativamente corta antes de que se desconchen o se dañen de manera similar. La muestras Nº 1-14 a 1-17, con granos de cBN que presentan un contenido de Mg que supera el 0,03% en masa, proporcionan una vida útil corta, la mitad que la de las muestras Nº 1-1 a 1-12, con granos que presentan un contenido de Mg inferior al 0,03% en masa, antes de que se desconchen o

10 se dañen de manera similar. Por lo tanto, debe entenderse que la presente invención produce una pieza compacta sinterizada de cBN que proporciona una vida útil más larga antes de que se desconche o se dañe de manera similar. Además, la muestra Nº 1-7, con granos de cBN que presentan un contenido de Mg que supera el 0,01% en masa y es inferior al 0,03% en masa,

15 tiene una vida útil ligeramente más corta que las muestras Nº 1-4, 1-5 y 1-6, que tienen el mismo contenido de cBN y que presentan un contenido de Mg de a lo sumo el 0,01% en masa, antes de que se desconchen o se dañen de otra manera. Además, la muestra Nº 1-8, que contiene un total de más del 0,1% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Ca, Sr, Ba y Be en los

20 granos de cBN, tiene una vida útil ligeramente más corta que la muestra Nº 1-9, con los mismos contenidos de Mg y de cBN, respectivamente, y que contiene un total de al menos el 0,01% en masa y a lo sumo el 0,1 % en masa de al menos un elemento seleccionado entre Ca, Sr, Ba y Be, antes de que se desconchen o se dañen de manera similar. Además, las muestras Nº 1-1 y 112, que presentan contenidos de cBN inferiores al 50% en volumen y de al menos el 70% en volumen, respectivamente, tienen una vida útil ligeramente mas corta que las muestras Nº 1-2 a 1-11, que presentan un contenido de cBN de al menos el 50% en volumen e inferior al 70% en volumen, antes de que se

5 desconchen o se dañen de manera similar. Ejemplo 2

Se utiliza un recipiente y una cubeta de metal duro para mezclar TiN y Al entre sí en una proporción en masa de 75:25. El polvo obtenido se trata térmicamente en un vacío a 1200ºC durante 30 minutos y el componente

10 obtenido se fractura para obtener un aglutinante en forma de polvo. Después, el aglutinante y una variedad de polvos de cBN que tienen un tamaño medio de grano de 1,5 µm, tal y como se muestra en la Tabla 2 (fabricante: Sumitomo Electric Hard Metal, nombre comercial: SUMIBORON), se mezclan entre sí en una proporción en volumen de 40:60 y se introducen en un horno de vacío a

15 900ºC durante 20 minutos, desgasificándose de ese modo. Además, este polvo se sinteriza bajo una presión de 5GPa a 1300ºC durante 20 minutos. La pieza compacta sinterizada obtenida se procesa para preparar una muestra de la misma para su análisis y para un ensayo de corte. La muestra para el análisis se manipula de manera similar a la descrita

20 en el Ejemplo 1, se coloca en un contenedor blindado y se sumerge en una mezcla de ácido fluórico y ácido nítrico durante 48 horas. La fase de aglutinante se disuelve en la misma. Los granos de cBN residuales se someten a ICP para una medición cuantitativa para examinar los contenidos de una diversidad de elementos Mg, Li, Ca, Sr, Si, Ga y La, tal y como se muestra en la Tabla 2.

25 Tabla2

Muestra Nº: Elemento catalítico en granos de cBN (% en masa) Vida útil (min)

Mg: Li Otros

2-1: 0,001 0,01 Ca: 0,06, Si: 0,15 34,1

2-2: 0,001 0,01 Ca: 0,06, Sr: 0,02, Si: 0,17 32,9

2-3: 0,002 0,01 Ca: 0,07, Si: 0,4 28,8

2-4: 0,001 0,01 Ca: 0,07, Si: 0,03 25,4

2-5: 0,001 0,01 Ca: 0,06 21,7

2-6: 0,002 0,01 Ca: 0,05, Ga: 0,2 32,2

2-7: 0,001 0,01 Ca: 0,07, Ga: 0,45 27,1

2-8: 0,001 0,02 Ca: 0,13, La: 0,13 33,5

2-9: 0,001 0,02 Ca: 0,13, La: 0,35 28,7

La pieza compacta sinterizada para el ensayo de corte se utiliza para fabricar una herramienta (modelo ISO: SNGA120408) y la herramienta se ensaya en condiciones correspondientes al corte interrumpido poco profundo

5 de acero templado, de la siguiente manera: material a cortar: acero templado cementado SCM415H con una dureza de HRC62, un diámetro de 100 mm y una longitud de 300 mm, con seis muescas en V axiales; y condiciones de corte: velocidad de corte V = 200 m/min, velocidad de

10 avance f = 0,15 mm/rev., profundidad de corte d = 0,2 mm, corte en seco para examinar la vida útil de la herramienta antes de que se desconche

o se dañe de manera similar, tal y como se muestra en la Tabla 2. La muestra Nº 2-5, que tiene granos de cBN que no contienen Si, tiene una vida útil ligeramente más corta que las muestras Nº 2-1 a 2-4 y 2-6 a 2-9,

15 que contienen un total de al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,5% en masa de los elementos Si, Ga, La, antes de que se desconchen o se dañen de manera similar. Además, las muestras Nº 2-1, 2-2, 2-6 y 2-8, con granos de cBN que contienen un total de al menos el 0,05% en masa y a lo sumo el 0,3% en masa de los elementos Si, Ga, La, tienen una vida útil más larga que la

20 muestra 2-4, que contiene menos del 0,05% en masa de los elementos, y que las muestras Nº 2-3, 2-7 y 2-9, que contienen más del 0,3% en masa de los elementos, antes de que se desconchen o se dañen de manera similar. Ejemplo 3 Se utiliza un recipiente y una cubeta de metal duro para mezclar TiN y Al

25 entre sí en una diversidad de proporciones de mezcla, tal y como se muestra en la Fig. 3. El polvo obtenido se trata térmicamente en un vacío a 1200ºC durante 30 minutos y el compuesto obtenido se fractura para obtener un aglutinante en forma de polvo. Después, el aglutinante y el polvo de cBN que tiene un tamaño medio de grano de 0,8 µm se mezclan entre sí en una

30 proporción en volumen de 40:60 y se introducen en un horno de vacío a 900ºC durante 20 minutos, desgasificándose de ese modo. Además, este polvo se sinteriza bajo una presión de 5GPa a 1300ºC durante 20 minutos. La pieza compacta sinterizada de cBN obtenida se somete a una detección infrarroja de fusión de gas inerte para medir una cantidad de oxígeno en la pieza compacta

14 sinterizada. La medición y el contenido de Al del aglutinante se muestran en la Tabla 3. Tabla 3

Muestra Nº: Cantidad de oxígeno en pieza compacta sinterizada (% en masa) Contenido de Al del aglutinante (% en masa) Vida útil (min.)

3-1: 1,8 4 17,2

3-2: 2,3 7 23,9

3-3: 3,1 18 27,3

3-4: 3,5 27 32,8

3-5: 4,4 35 31,4

3-6: 7,5 47 18,7

5

Esta pieza compacta sinterizada se utiliza para producir una herramienta (modelo ISO: SNGA120408). La herramienta se utiliza para el corte interrumpido profundo de acero templado para examinar la vida útil de la herramienta antes de que la herramienta se desconche o se dañe de manera

10 similar, bajo las siguientes condiciones: material a cortar: acero templado cementado SCr420H con una dureza de HRC63, un diámetro de 100 mm y una longitud de 300 mm, con ocho muescas en U axiales; y condiciones de corte: velocidad de corte V = 150 m/min, velocidad de

15 avance f = 0,15 mm/rev., profundidad de corte d = 0,2 mm, corte en seco. La Tabla 3 muestra un resultado de las mismas. La muestra Nº 3-6, que corresponde a una pieza compacta sinterizada de cBN que contiene más del 5% en masa de oxígeno y un aglutinante que

20 contiene más del 40% en masa de Al, y la muestra Nº 3-1, con un aglutinante que contiene menos del 5% en masa de Al, tienen una vida útil más corta que las demás muestras 3-2 a 3-5 antes de que se desconchen o se dañen de manera similar.

La presente pieza compacta sinterizad de cBN contiene un catalizador 25 en una cantidad controlada de manera precisa para obtener una gran solidez así como una excelente conductancia térmica. Esto permite que la pieza

compacta sinterizada se utilice para el corte interrumpido poco profundo de acero templado de gran dureza así como para el corte interrumpido profundo del acero. Las herramientas convencionales no proporcionan una vida útil satisfactoria cuando se utilizan para el corte interrumpido profundo, provocando

5 daños esporádicos a pesar de una baja velocidad de corte, en particular. La presente pieza compacta sinterizada puede utilizarse para fabricar una herramienta que puede utilizarse para el corte interrumpido profundo y tener, con todo, una vida útil estable y conseguir además una velocidad de corte superior a la convencional.

10 Aunque la presente invención se ha descrito con relación a un efecto de un elemento catalítico contenido en los granos de cBN, es similarmente eficaz añadir un compuesto que contenga estos elementos a polvos de cBN, un aglutinante y similares, y sinterizarlos; esto no forma parte de la invención. Aunque la presente invención se ha descrito e ilustrado en detalle, es

15 claramente evidente que la misma se presenta solamente a modo de ejemplo e ilustración y no debe considerarse limitativa, estando limitado el alcance de la presente invención solamente por el contenido de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una pieza compacta sinterizada de nitruro de boro cúbico de gran solidez y alta conductividad térmica que contiene granos de nitruro de boro cúbico (cBN), opcionalmente a lo sumo el 5% en masa de oxígeno, y un aglutinante que liga dichos granos de cBN entre sí, estando formada la pieza compacta sinterizada por:

al menos el 40% en volumen y a lo sumo el 85% en volumen de granos de cBN; y

un aglutinante que corresponde al resto y formado por al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en un nitruro, un carburo, un boruro y un óxido de un elemento que pertenece a los grupos 4a, 5a y 6a de la tabla periódica y una disolución sólida de los mismos, y formado además por un compuesto de aluminio, y por impurezas inevitables, donde dichos granos de cBN contienen a lo sumo el 0,03% en masa de Mg y al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,05% en masa de Li.
2.

La pieza compacta sinterizada de la reivindicación 1, en la que dichos granos de cBN contienen a lo sumo el 0,01% en masa de Mg y al menos el 0,01% en masa y a lo sumo el 0,03% en masa de Li.
3.

La pieza compacta sinterizada de la reivindicación 1 ó 2, en la que dichos granos de cBN contienen un total de al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,3% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Ca, Sr, Ba y Be.
4.

La pieza compacta sinterizada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que dichos granos de cBN contienen un total de al menos el 0,001% en masa y a lo sumo el 0,5% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Si, Ga y La.
5.

La pieza compacta sinterizada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dichos granos de cBN contienen un total de al menos el 0,01% en masa y a lo sumo el 0,1% en masa de al menos un elemento seleccionado entre Ca, Sr, Ba y Be.
6.

La pieza compacta sinterizada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dichos granos de cBN contienen un total de al menos el 0,05% en masa y a lo sumo el 0,3% en masa de al menos un elemento seleccionado

5 entre Si, Ga y La.
7. La pieza compacta sinterizada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde dicha pieza compacta sinterizada contiene a lo sumo el 5% en masa de oxígeno y dicho aglutinante contiene al menos el 5% en masa y a lo sumo el

10 40% en masa de Al.
8. La pieza compacta sinterizada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que contiene al menos el 50% en volumen y menos del 70% en volumen de granos de cBN.