BRPI0918896B1 - Ferramentas abrasivas tendo uma fase metálica contínua para a ligação de um componente abrasivos a um transportador - Google Patents

Ferramentas abrasivas tendo uma fase metálica contínua para a ligação de um componente abrasivos a um transportador Download PDF

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Ignazio Gosamo
Sebastien Marcel Robert Douveneau
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Saint-Gobain Abrasives, Inc.
Saint-Gobain Abrasifs
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Abstract

ferramentas abrasivas tendo uma fase metálica contínua para a ligação de um componente abrasivo a um transportador a presente invenção refere-se a um artigo abrasivo que inclui um elemento transportador, um componente abrasivo e uma região de ligação entre o componente abrasivo e o elemento transportador. o componente abrasivo inclui partículas abrasivas ligadas em uma matriz metálica. o componente abrasivo inclui ainda uma rede de poros interconectados, substancialmente preenchidos com um infiltrante. o infiltrante tem uma composição infiltrante contendo pelo menos um elemento de metal. a região de ligação inclui um metal de ligação tendo uma composição de metal ligante contendo pelo menos um elemento de metal. a região de ligação é uma região distinta do elemento transportador e é uma fase separada do elemento transportador. uma diferença de porcentagem em peso elementar é o valor absoluto da diferença em teor em peso de cada elemento contido na composição do metal de ligação, em relação à composição de infiltrante. a diferença de porcentagem em peso elementar entre a composição de metal de ligação e a composição de infiltrante não excede os 20 porcento em peso.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para FERRAMENTAS ABRASIVAS TENDO UMA FASE METÁLICA CONTÍNUA PARA A LIGAÇÃO DE UM COMPONENTE ABRASIVO A UM TRANSPORTADOR. CAMPO TÉCNICO
A presente invenção refere-se geralmente a ferramentas de abrasivos e processos para a formação dos mesmos. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a ferramentas tendo uma fase metálica contínua para a ligação de um componente abrasivo a um transportador.
TÉCNICA ANTECEDENTE
Os melhoramentos de infraestruturas, tais como a construção de estradas adicionais e edifícios, são vitais para a expansão econômica continuada de regiões em desenvolvimento. Para além disso, as regiões desenvolvidas têm uma necessidade contínua de substituir infraestruturas envelhecidas por estradas e edifícios novos e expandidos. Por esse motivo, a exigência face à construção permanece elevada.
A indústria da construção utiliza uma variedade de ferramentas para o corte e moagem de materiais de construção. As ferramentas de corte e moagem são necessárias para remover ou recuperar secções antigas de estradas. Adicionalmente, a exploração de pedreiras e preparação de materiais finais, tais como blocos de pedras usados para soalhos e fachadas de edifícios, exigem ferramentas para perfuração, corte e polimento. Tipicamente, essas ferramentas incluem componentes abrasivos ligados a um elemento transportador, tal como uma placa ou disco. A quebra da ligação entre o componente abrasivo e o elemento transportador pode exigir a substituição do componente abrasivo e/ou do elemento transportador, resultando em perda de tempo e perda de produtividade. Adicionalmente, a quebra pode colocar um perigo de segurança, quando porções do componente abrasivo são ejetadas à alta velocidade da área de trabalho. Desse modo, é desejada a ligação melhorada entre o componente abrasivo e o elemento transportador.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
Em uma modalidade, um artigo abrasivo pode incluir um elemento transportador, um componente abrasivo e uma região de ligação entre o
2/18 componente abrasivo e o elemento transportador. O componente abrasivo pode incluir partículas abrasivas ligadas em uma matriz metálica. O componente abrasivo pode incluir uma rede de poros interconectados, substancialmente preenchidos com um infiltrante tendo uma composição de infiltrante contendo pelo menos um elemento metálico. A região de ligação pode compreender um metal de ligação tendo uma composição de metal de ligação contendo pelo menos um elemento metálico. A região de ligação pode ser uma região distinta do elemento transportador e pode ser uma fase separada do elemento transportador. Uma diferença de porcentagem em peso elementar pode ser o valor absoluto da diferença em teor em peso de cada elemento contido na composição do metal de ligação, em relação à composição de infiltrante. A diferença de porcentagem em peso elementar entre a composição de metal de ligação e a composição de infiltrante não pode exceder os 20 porcento em peso, tal como não excedendo 15 porcento em peso, por exemplo, não excedendo 10 porcento em peso. Em uma modalidade particular, a diferença de porcentagem em peso elementar entre a composição de metal de ligação e a composição de infiltrante não pode exceder os 5 porcento em peso, tal como não excedendo 2 porcento em peso. Ainda em uma outra modalidade, a diferença de porcentagem em peso elementar entre a composição de metal de ligação e a composição de infiltrante é de cerca de 0 porcento em peso.
Em uma modalidade, um artigo abrasivo pode incluir um elemento transportador, um componente abrasivo e uma região de ligação entre o componente abrasivo e o elemento transportador. O componente abrasivo pode incluir partículas abrasivas ligadas em uma matriz metálica. A matriz metálica pode incluir uma rede de poros interconectados, substancialmente preenchidos com metal de ligação. A região de ligação pode ser uma região distinta do elemento transportador e pode ser uma fase separada do elemento transportador. A região de ligação pode incluir o metal de ligação. Em uma modalidade particular, o elemento transportador pode ter uma resistência à tração de pelo menos cerca de 600 N/mm2.
Em uma outra modalidade, um artigo abrasivo pode incluir um
3/18 elemento transportador, um componente abrasivo e uma região de ligação entre o componente abrasivo e o elemento transportador. O elemento transportador pode ter uma resistência à tração de pelo menos cerca de 600 N/mm2. O componente abrasivo pode incluir partículas abrasivas, uma matriz metálica e um metal de ligação infiltrado.
Em uma modalidade particular, a região de ligação pode incluir pelo menos 90% em peso de metal de ligação. Em uma outra modalidade particular, a região de ligação pode consistir essencialmente em metal de ligação.
Em uma outra modalidade, um artigo abrasivo pode incluir um elemento transportador, e um componente abrasivo e um metal de ligação. O elemento transportador pode ser substancialmente estável de modo composicional em uma temperatura de processo. Ou seja, a composição do elemento transportador não altera significativamente durante um processo no qual o elemento transportador seja aquecido à temperatura de processo. O componente abrasivo pode incluir partículas abrasivas e uma matriz metálica. O componente abrasivo pode incluir uma rede de poros interconectados, e a matriz metálica pode ser substancialmente estável em termos composicionais à temperatura de processo. O metal de ligação pode ser fundido à temperatura de processo. À temperatura de processo, o metal de ligação pode se infiltrar na rede de poros interconectados e ligar o componente abrasivo ao elemento transportador. Em uma modalidade particular, a temperatura de processo pode se encontrar em uma faixa de cerca de 900°C a cerca de 1200°C.
Em uma modalidade particular, o artigo abrasivo pode ter uma resistência à torção destrutiva de pelo menos cerca de 500 N/mm2, tal como pelo menos cerca de 600 N/mm2, por exemplo, pelo menos cerca de 700 N/mm2. Em uma modalidade particular, o artigo abrasivo pode ser uma secção anelar de moagem com uma resistência à torção destrutiva de pelo menos cerca de 500 N/mm2, tal como pelo menos cerca de 600 N/mm2, por exemplo, pelo menos cerca de 700 N/mm2. Em uma outra modalidade particular, o artigo abrasivo pode ser uma coroa com uma resistência à torção
4/18 destrutiva de pelo menos cerca de 750 N/mm2, tal como pelo menos cerca de 775 N/mm2, por exemplo, pelo menos cerca de 800 N/mm2. Em ainda uma outra modalidade particular, o artigo abrasivo pode ser uma lâmina de corte com uma resistência à torção destrutiva de pelo menos cerca de 1400 N/mm2, tal como pelo menos cerca de 1600 N/mm2, por exemplo, pelo menos cerca de 1800 N/mm2.
Em uma outra modalidade mais particular, a composição do metal de ligação pode incluir um metal selecionado a partir do grupo consistindo em cobre, um bronze cobre-estanho, uma liga cobre-estanho-zinco, e qualquer combinação dos mesmos. Em um exemplo, o bronze cobre-estanho pode incluir um teor de estanho não superior a cerca de 20%. Em um outro exemplo, a liga cobre-estanho-zinco pode incluir um teor de estanho não superior a 20% e um teor de zinco não superior a cerca de 10%. Em ainda outro exemplo, a composição do metal de ligação pode ainda incluir titânio, prata, manganês, fósforo, alumínio, magnésio, ou qualquer combinação dos mesmos.
Em uma outra modalidade particular, as partículas abrasivas podem incluir partículas super-abrasivas, tais como o diamante. Em um exemplo, as partículas abrasivas podem se encontrar em uma quantidade entre cerca de 2,0 % em volume e 50 % em volume do componente abrasivo.
Em ainda uma outra modalidade particular, a matriz metálica inclui um metal selecionado a partir do grupo consistindo em ferro, liga de ferro, tungstênio, cobalto, níquel, crômio, titânio, prata, e qualquer combinação dos mesmos. Em um exemplo, a matriz metálica inclui ainda um elemento terroso raro. O elemento terroso raro pode se encontrar em uma quantidade não superior a cerca de 3,0% em peso. Em um outro exemplo, a matriz metálica pode ainda incluir um componente resistente ao desgaste, tal como um carboneto de tungstênio.
Em uma outra modalidade particular, o componente abrasivo pode ter uma porosidade entre 25% e 50%. Em um exemplo, o metal de ligação pode preencher substancialmente a rede de aberturas interconectadas para formar um componente abrasivo densificado tendo uma densidade de
5/18 pelo menos 96%. Em outro exemplo, uma quantidade de metal de ligação dentro do componente abrasivo densificado pode ser de cerca de 20% em peso a 45% em peso do componente abrasivo densificado.
Em uma outra modalidade, um método de formação de um artigo abrasivo pode incluir a formação de um componente abrasivo através da compressão de uma mistura. A mistura pode incluir partículas abrasivas e matriz metálica, e o componente abrasivo pode ter uma rede de poros interconectados. O método pode ainda incluir a disposição de um metal de ligação entre o componente abrasivo e um elemento transportador e o aquecimento até à liquefação do metal de ligação. O método pode ainda incluir fazer fluir pelo menos uma porção do metal de ligação dentro da rede interconectada de poros para formar um componente abrasivo densificado, e o arrefecimento e consequente ligação do componente abrasivo densificado ao elemento transportador. Em uma modalidade particular, a formação pode incluir a compressão a frio da mistura. Em um exemplo, a compressão a frio pode ser realizada a uma pressão entre cerca de 50 kN/cm2 (500 MPa) e cerca de 250 kN/cm2 (2500 MPa). Em uma outra modalidade, o fluxo ocorre por ação capilar.
Em ainda uma outra modalidade particular, o aquecimento pode incluir o aquecimento a uma temperatura de processo, a temperatura de processo pode estar acima do ponto de fusão do metal de ligação, abaixo de uma temperatura de fusão do elemento transportador e abaixo de uma temperatura de fusão do componente abrasivo poroso. Em um exemplo, a temperatura de processo pode se encontrar em uma faixa de cerca de 900°C a cerca de 1200°C. Em outro exemplo, o aquecimento pode ser realizado em uma atmosfera reduzida. Em ainda outro exemplo, o aquecimento pode ser realizado em uma fornalha, tal como uma fornalha de túnel ou fornalha de lotes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A presente revelação poderá ser melhor entendida e as suas características e vantagens podem ser mais aparentes aos versados na técnica através de referência aos desenhos em anexo.
6/18
As figuras 1 a 3 são ilustrações de ferramentas abrasivas exemplificativas.
A figura 4 é uma ilustração de um segmento contendo abrasivos para a montagem em uma ferramenta.
A figura 5 é um diagrama esquemático de um segmento abrasivo antes da montagem.
A figura 6 é uma diagrama esquemático ilustrando um segmento abrasivo ligado a um transportador.
A figura 7 é uma fotografia de uma secção anelar de transportador preparada por soldobrasagem.
A figura 8 é uma fotografia de uma secção anelar de transportador preparada por ligação por infiltração.
figura 9 é uma fotografia de uma lâmina de corte preparada por ligação por infiltração.
A figura 10 é uma fotografia de uma coroa preparada por soldobrasagem.
A figura 11 é uma fotografia de uma coroa preparada por soldagem a laser.
A figura 12 é uma fotografia de uma coroa preparada por ligação por infiltração.
As figuras 13 e 14 são cartografias elementares de uma secção anelar de transportador.
A utilização dos mesmos símbolos de referência em desenhos diferentes indicam objetos semelhantes ou idênticos.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADE(S) PREFERIDA(S)
De acordo com uma modalidade, a ferramenta abrasiva inclui um elemento transportador e um componente abrasivo. A ferramenta abrasiva pode ser uma ferramenta de corte para cortar materiais de construção, tais como uma serra para cortar concreto. Em alternativa, a ferramenta abrasiva pode ser uma ferramenta de moagem tal como para moer concreto ou aquecer argila ou remover asfalto. O elemento transportador pode ser um disco metálico sólido, um anel, uma secção anelar ou uma placa. O compo
7/18 nente abrasivo pode incluir partículas abrasivas embutidas em uma matriz metálica. A matriz metálica pode ter uma rede de poros interconectados, ou poros que estejam parcialmente ou substancialmente preenchidos com um infiltrante. A região de ligação pode se encontrar entre o elemento transportador e componente abrasivo e pode conter um metal de ligação. O metal de ligação na região de ligação pode ser contínuo com o infiltrante que preenche a rede de poros interconectados.
Uma modalidade exemplificativa, um componente abrasivo inclui partículas abrasivas embutidas em uma matriz metálica com uma rede de poros interconectados. As partículas abrasivas podem ser superabrasivas, tais como o diamante ou nitreto de boro cúbico. As partículas abrasivas podem ter uma granulometria não inferior a cerca de 400 US de malha, tal como não inferior a cerca de 100 US de malha, tal como entre cerca de 25 a 80 US de malha. Dependendo do tipo de aplicação, a granulometria pode variar entre 30 e 60 US de malha. As partículas abrasivas podem estar presentes em uma quantidade entre cerca de 2 % em volume a cerca de 50 % em volume. Adicionalmente, a quantidade de partículas abrasivas pode depender da aplicação. Por exemplo, um componente abrasivo para uma ferramenta de moagem ou polimento pode incluir entre cerca de 3,75 e 50 % em volume das partículas abrasivas. Em alternativa, um componente abrasivo para uma ferramenta de corte pode incluir entre cerca de 2 % em volume e 6,25 % em volume de partículas abrasivas. Além disso, um componente abrasivo para perfuração de núcleo pode incluir entre cerca de 6,25 % em volume e 20 % em volume de partículas abrasivas.
A matriz metálica pode incluir ferro, liga de ferro, tungstênio, cobalto, níquel, crômio, titânio, prata, e qualquer combinação dos mesmos. Em um exemplo, a matriz metálica pode incluir um elemento terroso raro, tal como cério, lantânio e neodímio. Em outro exemplo, a matriz metálica pode incluir um componente resistente ao desgaste, tal como um carboneto de tungstênio. A matriz metálica pode incluir partículas de componentes individuais ou partículas pré-ligadas. As partículas podem ter entre cerca de 1,0 micrômetro e cerca de 250 micrômetros.
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Em uma modalidade exemplificativa, a composição do metal de ligação pode incluir cobre, um bronze cobre-estanho, uma liga cobre-estanho-zinco, ou qualquer combinação dos mesmos. O bronze cobre-estanho pode incluir um teor de estanho não superior a cerca de 20% em peso, tal como não superior a cerca de 15% em peso. De modo semelhante, a liga cobre-estanho-zinco pode incluir um teor de estanho não superior a cerca de 20% em peso, tal como não superior a cerca de 15% em peso, e um teor de zinco não superior a cerca de 10% em peso.
De acordo com modalidades do presente documento, a região de ligação pode formar uma camada interfacial não inidentificável que tem uma fase distinta, tanto do transportador que lhe está subjacente, como do componente abrasivo. A composição de metal de ligação está relacionada com a composição de infiltrante ao ter um certo grau de espécies elementares em comum. Quantitativamente, uma diferença de porcentagem em peso elementar entre a composição de metal de ligação e a composição de infiltrante não excede 20 porcento em peso. Uma diferença de porcentagem em peso elementar é definida como o valor absoluto da diferença em teor em peso de cada elemento contido na composição do metal de ligação, em relação à composição de infiltrante.
A título de exemplo apenas, em uma modalidade tendo uma (i) composição de metal de ligação contendo 85 porcento em peso de Cu, 10 porcento em peso de Sn e 5 porcento em peso de Zn, e (ii) uma composição de infiltrante contendo 82 porcento em peso de Cu, 17 porcento em peso de Sn, e 1 porcento em peso de Zn, a diferença de porcentagem em peso elementar entre a composição de metal de ligação e a composição de infiltrante para Cu é de 5 porcento em peso, para Sn é de 7 porcento em peso e para Zn é de 4 porcento em peso. A diferença de porcentagem em peso elementar máxima entre a composição de metal de ligação e a composição de infiltrante é, portanto, de 7 porcento em peso.
Outras modalidades têm relações composicionais mais próximas entre a composição de metal de ligação e a composição de infiltrante. A diferença de porcentagem em peso elementar entre a composição de metal
9/18 de ligação e a composição de infiltrante pode, por exemplo, não exceder os 15 porcento em peso, 10 porcento em peso, 5 porcento em peso, ou pode não exceder os 2 porcento em peso. Uma diferença de porcentagem em peso elementar de cerca de zero representa a mesma composição que forma a região de ligação e o infiltrante. Os valores elementares anteriores podem ser medidos por qualquer meio analítico adequado, incluindo a análise elementar por microssonda e ignora a liga que pode ocorrer ao longo do áreas em que o infiltrante contata com a matriz metálica.
Virando para os detalhes do processo, pelos quais o componente abrasivo pode ser fabricado, as partículas abrasivas podem ser combinadas com uma matriz metálica para formar uma mistura. A matriz metálica pode incluir ferro, liga de ferro, tungstênio, cobalto, níquel, crômio, titânio, prata, e qualquer combinação dos mesmos. Em uma modalidade, a matriz metálica pode incluir um elemento terroso raro, tal como cério, lantânio e neodímio. Em outra modalidade, a matriz metálica pode incluir um componente resistente ao desgaste, tal como um carboneto de tungstênio. A matriz metálica pode incluir partículas metálicas com cerca de 1 micrômetro e 250 micrômetros. A matriz metálica pode incluir uma mistura de partículas dos componentes da matriz metálica ou podem ser partículas pré-ligadas da matriz metálica. Dependendo da aplicação, a composição da matriz metálica pode variar.
Em uma modalidade, a matriz metálica pode estar em conformidade com a fórmula (WC)wWxFeyCrzX(i.w.x.y.Z), em que 0<w<0,8, 0<x<0,7, 0<y<0,8, 0<z<0,05, w+x+y+z<1, e X pode incluir outros metais tais como o cobalto e o níquel.
Em uma outra modalidade, a matriz metálica pode estar em conformidade com a fórmula (WC)wWxFeyCrzAgvX(i-v-w-x-y-z), em que 0<w<0,5, 0<x<0,4, 0<y<1,0, 0<z<0,05, 0<v<0,1, v+w+x+y+z<1, e X pode incluir outros metais tais como o cobalto e o níquel.
As partículas abrasivas podem ser superabrasivas, tais como o diamante, nitreto de boro cúbico (CBN), ou qualquer combinação dos mesmos. As partículas abrasivas podem estar presentes em uma quantidade
10/18 entre cerca de 2 % em volume a cerca de 50 % em volume. Adicionalmente, a quantidade de partículas abrasivas pode depender da aplicação. Por exemplo, um componente abrasivo para uma ferramenta de moagem ou polimento, pode incluir entre cerca de 3,75 e 50 % em volume das partículas abrasivas. Em alternativa, um componente abrasivo para uma ferramenta de corte pode incluir entre cerca de 2% em volume e 6,25 % em volume de partículas abrasivas. Além disso, um componente abrasivo para perfuração de núcleo pode incluir entre cerca de 6,25 % em volume e 20 % em volume de partículas abrasivas. As partículas abrasivas podem ter uma granulometria inferior a cerca de 400 US de malha, tal como não inferior a cerca de 100 US de malha, tal como entre cerca de 25 a 80 US de malha. Dependendo do tipo de aplicação, a granulometria pode variar entre 30 e 60 US de malha.
A mistura da matriz metálica e partículas abrasivas pode ser comprimida, tal como por compressão a frio, para formar um componente abrasivo. Por exemplo, a compressão a frio pode ser realizada a uma pressão entre cerca de 50 kN/cm2 (500 MPa) a cerca de 250 kN/cm2 (2500 MPa). O componente abrasivo poroso resultante pode ter uma rede de poros interconectados. Em um exemplo, o componente abrasivo poroso pode ter uma porosidade entre cerca de 25 e 50 % em volume.
Em uma modalidade, uma pré-forma da ferramenta pode ser montada através do empilhamento de um elemento transportador, uma peça de ligação e o componente abrasivo. O elemento transportador pode ter a forma de um anel, uma secção anelar, uma placa ou um disco. O elemento transportador pode incluir ligas de aço termicamente tratáveis, tais como 25CrMo4, 75Crl, C60, ou ligas em aço semelhantes para elementos transportadores com secções transversais finas ou aço de construção simples como St 60 ou similares para elementos transportadores grossos. O elemento transportador pode ter uma resistência à tração de pelo menos cerca de 600 N/mm2. O elemento transportador pode ser formado por uma variedade de técnicas metalúrgicas conhecidas na área.
A peça de ligação pode incluir um metal de ligação tendo uma
11/18 composição de metal de ligação. A composição do metal de ligação pode incluir cobre, um bronze cobre-estanho, uma liga cobre-estanho-zinco, ou qualquer combinação dos mesmos. A composição do metal de ligação pode ainda incluir titânio, prata, manganês, fósforo, alumínio, magnésio, ou qualquer combinação dos mesmos. Por exemplo, o metal de ligação pode ter um ponto de fusão entre cerca de 900°C a cerca de 1200°C.
Em uma modalidade, a peça de ligação pode ser formada por compressão a frio de um pó do metal de ligação. O pó pode incluir partículas de componentes individuais ou partículas pré-ligadas. As partículas podem ter uma dimensão não superior a cerca de 100 micrômetros. Em alternativa, a peça de ligação pode ser formada por outras técnicas metalúrgicas conhecidas na área.
A pré-forma da ferramenta pode ser aquecida até uma temperatura acima do ponto de fusão do metal de ligação, mas abaixo do ponto de fusão da matriz metálica e do elemento transportador. Por exemplo, a temperatura pode se encontrar entre cerca de 900°C e cerca de 1200°C. A pré-forma da ferramenta pode ser aquecida em uma atmosfera reduzida. Tipicamente, a atmosfera reduzida pode conter uma quantidade de hidrogênio para reagir com oxigênio. O aquecimento pode ser realizado em uma fornalha, tal com o uma fornalha de túnel ou fornalha de lotes.
Em uma modalidade, quando o metal de ligação funde, o metal de ligação líquido é orientado para a rede de poros interconectados do componente abrasivo, tal como através da ação capilar. O metal de ligação pode se infiltrar e preencher substancialmente a rede de poros interconectados. O componente abrasivo densificado resultante pode ter uma densidade não inferior a 96%. A quantidade de metal de ligação que se infiltra no componente abrasivo pode se encontrar entre cerca de 20% em peso e 45% em peso do componente abrasivo densificado. Uma porção do metal de ligação pode permanecer entre o componente abrasivo e o elemento transportador, de tal modo que uma região de ligação que consiste essencialmente no metal de ligação é formada entre o elemento transportador e o componente abrasivo. A região de ligação pode ser uma região identificável
12/18 e distinta do elemento transportador e componente abrasivo. A região de ligação pode incluir pelo menos cerca de 90% em peso do metal de ligação, tal como por exemplo pelo menos cerca de 95% em peso do metal de ligação, tal como pelo menos cerca de 98% em peso do metal de ligação. O metal de ligação pode ser contínuo ao longo da região de ligação e componente abrasivo.
A figura 1 ilustra um disco de corte 100. O disco de corte 100 inclui um elemento transportador em forma de disco 102 e uma pluralidade de componentes abrasivos 104 fixos ao elemento transportador 102. Uma região de ligação 106 pode se encontrar entre o elemento transportador 102 e os componentes abrasivos 104.
A figura 2 ilustra uma ferramenta de perfuração de núcleo 200. A ferramenta de perfuração de núcleo inclui um elemento transportador em forma anelar 202 e uma pluralidade de componentes abrasivos 204 fixos ao elemento transportador 202. Uma região de ligação 206 pode se encontrar entre o elemento transportador 202 e os componentes abrasivos 204.
A figura 3 ilustra uma secção anelar de moagem 300. A ferramenta inclui um elemento transportador 302 com forma de secção anelar que pode ser fixo, tal como por rebites, a um anel de transportador e uma pluralidade de componentes abrasivos 304, fixos ao elemento transportador 302. Uma região de ligação 306 pode se encontrar entre o elemento transportador 302 e componentes abrasivos 304.
A figura 4 ilustra um segmento contendo abrasivos 400. O segmento contendo abrasivos pode estar fixo, por exemplo por rebites, a uma ferramenta. O segmento contento abrasivos inclui um elemento transportador 402 e uma pluralidade de componentes abrasivos 404 fixos ao elemento transportador 402. Uma região de ligação 406 pode se encontrar entre o elemento transportador 402 e os componentes abrasivos 404.
A figura ilustra um componente abrasivo 500 exemplificativo. O componente abrasivo inclui partículas de matriz metálica 502 e partículas abrasivas 504. Entre as partículas da matriz metálica 502, o componente abrasivo 500 inclui uma rede de poros interconectados 506.
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A figura 6 ilustra uma ferramenta abrasiva exemplar 600. A ferramenta abrasiva 600 inclui um componente abrasivo densificado 602 ligado a um elemento transportador 604. O componente abrasivo densificado inclui partículas da matriz metálica 606 e partículas abrasivas 608. No componente abrasivo densificado 602, o metal de ligação 610 se infiltrou na rede de poros interconectados e preencheu o espaço entre as partículas da matriz metálica 606. Adicionalmente, a ferramenta 600 inclui uma zona de ligação 612 que consiste essencialmente em metal de ligação 614. O metal de ligação 614 da zona de ligação 612 é contínuo com o metal de ligação 610 do componente abrasivo densificado 602.
EXEMPLOS Exemplo 1
Por exemplo, a amostra 1, uma secção de moagem anelar é preparada como se segue. Um componente abrasivo padrão é ajustado por brasagem a uma secção anelar de transportador. O componente abrasivo normalizado é formado por compressão a frio de uma mistura de 2,13% em peso de partículas abrasivas de diamante e 67,3% em peso da composição de metal. As partículas abrasivas de diamante são ISD 1600 tendo uma granulometria entre 30 US de malha e 50 US de malha. A composição de metal inclui 40,0% em peso de carboneto de tungstênio, 59,0% em peso de metal de tungstênio, e 1,0% em peso de crômio. O componente abrasivo é infiltrado com um infiltrante à base de cobre. O componente abrasivo infiltrado e totalmente densificado é então ajustado por brasagem a uma secção anelar de transportador usando uma liga de brasagem Degussa 4900. A amostra 1 é mostrada na figura 7.
A amostra 2 é preparada através da ligação por infiltração de um componente abrasivo a uma secção anelar de transportador. O componente abrasivo é formado por compressão a frio de uma mistura de 2,13% em peso de partículas abrasivas de diamante e 67,3% em peso da composição de metal. As partículas abrasivas de diamante são ISD 1600 tendo uma granulometria entre 30 US de malha e 50 US de malha. A composição de metal inclui 40% em peso de carboneto de tungstênio, 59% em peso de
14/18 metal de tungstênio, e 1% em peso de crômio. O componente abrasivo, o anel de transportador e uma peça de ligação metálica são colocados em uma fornalha para fundir o metal de ligação. O metal de ligação à base de cobre se infiltra no componente abrasivo formando um componente abrasivo densificado ligado à secção anelar de transportador. A amostra 2 é mostrada na figura 8.
As resistências à torção destrutiva são determinadas para a amostra 1 e amostra 2 através da medição de um torque necessário para remover o componente abrasivo da secção anelar de transportador. O teste à torção destrutiva é realizado usando o procedimento de teste definido na secção 6.2.4.2 da Norma Européia EN 13236:2001, Requisitos de segurança para superabrasivos. A resistência à torção destrutiva da amostra 1 é de 350 N/mm2. A resistência à torção destrutiva da amostra 2 é superior a 600 N/mm2.
Adicionalmente, é executado um mapeamento elementar na amostra 2. As secções transversais da região de ligação e do componente abrasivo infiltrado são polidas e sujeitas a mapeamento elementar através de microscópio eletrônico de varrimento (SEM). A quantidade de Fe, Cu e W é mapeada em cada região. A figura 13 mostra o mapeamento elementar da região de ligação. O componente abrasivo 1302 é ligado ao transportador 1304 por uma camada de ligação em Cu 1306. A figura 14 mostra o mapeamento elementar do componente abrasivo. O mapeamento elementar demonstra que a composição do infiltrante no componente abrasivo é primeiramente em Cu, com cerca de 2% em peso de Fe.
Exemplo 2
Por exemplo, a amostra 3 é uma lâmina de corte preparada através de sinterização direta de um componente abrasivo para um elemento transportador em aço. O componente abrasivo inclui 1,25% em peso de partículas abrasivas de diamante, 59,3% em peso de cobre, 6,6% em peso de Sn, 3,6% em peso de níquel e 29,2% em peso de ferro. As partículas abrasivas de diamante são SDB45+ tendo uma granulometria na faixa de 40 US de malha e 60 US de malha.
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A amostra 4 é uma lâmina de corte preparada através de soldagem por laser de um componente abrasivo para um elemento transportador em aço. O componente abrasivo inclui 1,25% em peso de partículas abrasivas de diamante, 44,0% em peso de cobre, 38,1% em peso de ferro, 7,9% em peso de estanho, 6,0% em peso de latão, 2,8% em peso de um transportador livre de diamante. As partículas abrasivas de diamante são SDB45+ tendo uma granulometria na faixa de 40 US de malha e 60 US de malha. O transportador livre de diamante inclui 47,9% em peso de bronze, 13,0% em peso de níquel e 39,0% em peso de ferro.
A amostra 5 é uma lâmina de corte preparada através de ligação por infiltração de um componente abrasivo para um elemento transportador em aço. O componente abrasivo é formado por compressão a frio de uma mistura de 1,25 % em peso de partículas abrasivas de diamante e 74,4% em peso da composição de metal. As partículas abrasivas de diamante são SDB45+ tendo uma granulometria na faixa de 40 US de malha e 60 US de malha. A composição de metal inclui 80,0% em peso de ferro, 7,5% em peso de níquel, e 12,5% em peso de bronze. O componente abrasivo, o anel de transportador e uma peça de ligação metálica são colocados em uma fornalha para fundir o metal de ligação. O metal de ligação à base de cobre se infiltra no componente abrasivo formando um componente abrasivo densificado ligado ao disco de transportador. A amostra 5 é mostrada na figura 9.
A resistência à torção destrutiva é determinada através da medição do torque necessário para remover o componente abrasivo do elemento transportador em aço. O teste é repetido uma série de vezes para cada amostra 3-5, tal como mostrado na tabela 1. O teste à resistência à torção destrutiva é realizado usando os princípios de teste definidos na secção 6.2.4.2 da Normativa Européia EN 13236:2001, Requisitos de segurança para superabrasivos.
16/18
TABELA 1
Resistência à tor- Sinterizada Soldada por Ligada por infil-
ção destrutiva Diretamente laser (Número) tração (Número)
(Faixa - N/mm2) (Número)
800-1000 8 0 0
1001-1200 0 0 0
1201-1400 0 2 0
1401-1600 0 7 2
1601-1800 0 0 4
1801-2000 0 0 1
2001-2200 0 0 5
Exemplo 3
A amostra 6 é uma coroa preparada através de brasagem de um componente abrasivo sinterizado para um anel de transportador. O componente abrasivo inclui 2,43% em peso de partículas abrasivas de diamante, 32,7% em peso de ferro, 5,4% em peso de prata, 2% em peso de cobre, 57,5% em peso de cobalto, e um transportador livre de diamante à base de ferro. As partículas abrasivas de diamante são ISD 1700 tendo uma granulometria entre cerca de 40 US de malha e 50 US de malha. A amostra é mostrada na figura 10.
A amostra 7 é uma coroa preparada através de soldadura a laser de um componente abrasivo sinterizado para um anel de transportador. O componente abrasivo inclui 2,43% em peso de partículas abrasivas de diamante, 32,7% em peso de ferro, 5,4% em peso de prata, 2% em peso de cobre, 57,5% em peso de cobalto, e um transportador livre de diamante à base de ferro. As partículas abrasivas de diamante são ISD 1700 tendo uma granulometria entre cerca de 40 US de malha e 50 US de malha. A amostra é mostrada na figura 11.
A amostra 8 é uma coroa preparada através de ligação por infiltração de um componente abrasivo para um anel de transportador. O componente abrasivo é formado por compressão a frio de uma mistura de 2,43% em peso de partículas abrasivas de diamante e 60,7% em peso da
17/18 composição de metal. A composição de metal inclui 99,0% em peso de tungstênio e 1,0% em peso de crômio. O componente abrasivo, o anel de transportador e uma peça de ligação metálica são colocados em uma fornalha para fundir o metal de ligação. O metal de ligação se infiltra no componente abrasivo formando um componente abrasivo densificado ligado ao anel de transportador. A amostra 8 é mostrada na figura 12.
A resistência à torção destrutiva é determinada através da medição do torque necessário para remover o componente abrasivo do anel de transportador. O teste é repetido uma série de vezes para cada amostra 6-8, tal como mostrado na tabela 2. O teste à resistência à torção destrutiva é realizado usando os princípios de teste definidos na secção 6.2.4.2 da Normativa Européia EN 13236:2001, Requisitos de segurança para superabrasivos.
TABELA 2
Número de Amostra 6 Amostra 7 Amostra 8
segmento Resistência à Resistência à torção Resistência à torção
torção destrutiva destrutiva destrutiva
N/mm2 N/mm2 N/mm2
1 542 733 806
2 542 733 806
3 542 670 989
4 542 765 806
5 542 702 702
6 542 765 963
Média 542 728 845
A tabela 3 mostra uma comparação da resistência à torção destrutiva com a largura de fixação. A largura de fixação é a espessura do elemento transportador. Por exemplo, a largura de fixação para uma coroa é a largura do tubo de aço ao qual o componente abrasivo é ligado. Os elementos transportadores ligados por infiltração atingem uma resistência à torção destrutiva semelhante a ou superior à resistência à torção destrutiva anteriormente atingida apenas através da soldadura por laser. Uma resis
18/18 tência à torção destrutiva normalizada da largura de uma composição pode ser determinada pela formação de uma ferramenta com uma espessura de fixação de 2 mm e através da medição da resistência à torção destrutiva, tal como anteriormente descrito. A resistência à torção destrutiva normalizada 5 da largura para uma composição ligada por infiltração é superior a cerca de
800 N/mm2.
TABELA 3
Largura de fixação (espessura) E Brasada Sinterizada direta mente Ligada por infiltração
(mm) Resistência à torção destrutiva (N/mm2)
1 >600 >800 >1200
1,5 >550 >700 >1000
1,8 >500 >650 >900
2 >450 >600 >800
2,5 >450 N/A >750
5 >400 N/A >700
10 >350 N/A >600
1/3

Claims (14)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Artigo abrasivo, caracterizado por compreender:
    um elemento transportador;
    um componente abrasivo densificado, o componente abrasivo incluindo partículas abrasivas ligadas em uma matriz metálica, o componente abrasivo incluindo ainda, uma rede de poros interconectados preenchidos com um infiltrante tendo uma composição infiltrante contendo pelo menos um elemento metálico; e uma região de ligação entre o componente abrasivo e o elemento transportador em que, a região de ligação é uma camada identificável com uma fase distinta do elemento transportador e o componente abrasivo, a região de ligação consistindo de um metal de ligação tendo uma composição de metal de ligação contendo pelo menos um elemento de metal, em que uma diferença de porcentagem em peso elementar entre a composição de metal de ligação e a composição de infiltrante não excede os 20 porcento em peso, em que a diferença de porcentagem em peso elementar é o valor absoluto da diferença em teor em peso de cada elemento contido na composição do metal de ligação, em relação à composição de infiltrante, em que a composição de metal de ligação inclui um metal selecionado do grupo consistindo em cobre, um bronze cobre-estanho, uma liga cobre-estanho-zinco, e qualquer combinação dos mesmos, e em que, uma quantidade de infiltrante dentro do componente abrasivo densificado é de 20% em peso a 45% em peso do componente abrasivo, em que o metal de ligação se infiltra na rede de poros interconectados e liga o componente abrasivo ao elemento transportador à temperatura de processo.
  2. 2. Método de formação de um artigo abrasivo conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por compreender:
    a formação de um componente abrasivo através da compressão de uma mistura, a mistura incluindo partículas abrasivas e matriz metálica, o
    Petição 870180160347, de 07/12/2018, pág. 9/20
    2/3 componente abrasivo tendo uma rede de poros interconectados;
    disposição de um metal de ligação entre o componente abrasivo e um elemento transportador;
    aquecimento até à liquefação do metal de ligação;
    escoamento de pelo menos uma porção do metal de ligação dentro da rede interconectada de poros para formar um componente abrasivo densificado; e o arrefecimento e consequente ligação do componente abrasivo densificado ao elemento transportador em que a porção do metal de ligação permanece entre o componente abrasivo e o elemento transportador de tal modo que uma região de ligação consistindo de metal de ligação é formada entre o elemento transportador e o componente abrasivo, em que a região de ligação é uma região identificável distinta do elemento transportador e o componente abrasivo, em que o metal de ligação compreende uma composição de metal de ligação incluindo um metal selecionado do grupo consistindo de cobre, um bronze cobre-estanho, uma liga cobre-estanho-zinco, e qualquer combinação dos mesmos, e em que, uma quantidade de material de ligação dentro do componente abrasivo densificado é de 20% em peso a 45% em peso do componente abrasivo.
  3. 3. Artigo abrasivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a diferença de porcentagem em peso elementar entre a composição de metal de ligação e a composição de infiltrante não excede os 15 porcento em peso.
  4. 4. Artigo abrasivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento transportador ter uma resistência à tração de 600 N/mm2.
  5. 5. Artigo abrasivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o artigo abrasivo ter uma resistência à torção destrutiva de 500 N/mm2.
  6. 6. Artigo abrasivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ponto de fusão do elemento transportador, o componente abrasivo, e o metal de ligação são tais que a temperatura de processamento está abaixo do
    Petição 870180160347, de 07/12/2018, pág. 10/20
    3/3 ponto de fusão do elemento transportador, abaixo do ponto de fusão do componente abrasivo e acima do ponto de fusão do material de ligação, em que a temperatura de processamento está na faixa de 900°C a 1200°C.
  7. 7. Artigo abrasivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as partículas abrasivas incluírem partículas superabrasivas.
  8. 8. Artigo abrasivo de acordo com a reivindicação 1 .caracterizado por a matriz metálica incluir um metal selecionado a partir do grupo consistindo de ferro, liga de ferro, tungstênio, cobalto, níquel, crômio, titânio, prata, e qualquer combinação dos mesmos.
  9. 9. Artigo abrasivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a rede de poros interconectados ser preenchido com um a composição infiltrante.
  10. 10. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a formação incluir a compressão a frio da mistura.
  11. 11. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o fluxo ocorrer por ação capilar.
  12. 12. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o aquecimento incluir o aquecimento a uma temperatura de processo, a temperatura de processo estando acima do ponto de fusão do metal de ligação, abaixo do ponto de fusão do elemento transportador e abaixo do ponto fusão do componente abrasivo poroso.
  13. 13. Artigo abrasivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o metal de ligação na região de ligação pode ser contínuo com o infiltrante que preenche a rede de poros interconectados.
  14. 14. Artigo abrasivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o componente abrasivo incluir partículas abrasivas embutidas em uma matriz metálica.
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