Estudio de las variables experimentales para la fabricación de herramientas diamantadas de corte de rocas naturales a base de la sinterización de polvos metálicos y diamantes sintéticos

Abstract

En el presente trabajo se estudiaron las variables del proceso de fabricación de herramientas diamantadas utilizadas en corte de rocas naturales, relacionadas con el proceso de prensado en frío y sinterizado, variando las atmósferas de sinterización para obtener un sustrato metálico que encapsule los diamantes sintéticos en forma eficiente, no permitiendo que se desprendan en el proceso de corte, así como también establecer un factor de rendimiento al corte efectivo que permita evaluar el rendimiento mas adecuado de la herramienta al ser sometido a la acción de corte contra un sustrato natural, en éste caso granito. Se establecieron dos etapas, en cuanto, a su desarrollo metodológico ó experimental: Una primera etapa basada en la metodología ó procedimiento experimental que implicó el ajuste, diseño y fabricación de equipos o instrumentos necesarios para el desarrollo del proyecto tales como: Diseño y fabricación del troquel metálico a ser utilizado en el proceso del prensado en frío, diseño y fabricación del reactor de atmósfera controlada a ser utilizado para el proceso de sinterización y acondicionamiento y adaptación de un equipo utilizado en la preparación de probetas para Microscopía Electrónica de Transmisión (llamado DIMPLER) para la evaluación del rendimiento de corte y desgaste del útil de corte. Una segunda etapa referida a la metodología ó procedimiento experimental para el desarrollo y obtención de pastillas cilíndricas utilizadas como útil de corte que se inició con la caracterización del polvo metálico y diamantes sintéticos, seguido por la determinación de las variables experimentales adecuadas para lograr el mejor desempeño de corte-desgaste de este útil de corte, entre las cuales se evaluaron: la magnitud de la carga necesaria para el prensado en frío la cual se estableció en 5 toneladas, la temperatura óptima de sinterización la cual se estableció entre 700-750°C y el estudio del efecto de tres atmósferas diferentes de sinterización (oxidante (aire), inerte (nitrógeno) y reductora (hidrógeno) y la determinación del tiempo óptimo de sinterización el cual fue establecido en 75 minutos en base a los valores de dureza obtenidos; finalizando con la evaluación del rendimiento de corte-desgaste de los útiles de corte producidos con las diferentes variables experimentales mencionadas, en base a la cuantificación de la acción de corte-desgaste sobre el sustrato de granito mediante la definición de un factor de rendimiento al corte. Los resultados obtenidos en los ensayos de corte-desgaste se explicaron en función de las variaciones de las microestructuras obtenidas durante los tratamientos de sinterización y en base a la naturaleza de las interfases diamante-matriz producidas en los tratamientos de sinterización bajo atmósferas diferentes. Se halló que los tiempos más prolongados de sinterización generaron microestructuras más homogéneas, continuas, con menos porosidades y con mayores valores de dureza. Las pastillas fabricadas en atmósfera inerte presentaron el mejor rendimiento al corte-desgaste, mientras que las pastillas fabricadas en atmósfera oxidante presentaron los menores rendimientos, se encontró que estos rendimientos estaban directamente relacionados con la integridad de la interfase diamante-matriz obtenido en cada una de las atmósferas de sinterización, siendo mejor en el caso de las atmósferas reductoras (hidrógeno) e inerte (nitrógeno) y peor en el caso de la atmósfera oxidante (aire). Finalmente las pastillas fabricadas en atmósfera inerte (nitrógeno) ofrecieron el mejor rendimiento en corte-desgaste por guardar la mejor relación entre la capacidad que tiene la matriz de no consumirse o desgastarse a través del tiempo, enlazado con la capacidad de generar una buena profundidad de corte sobre el sustrato.