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ES2601603T3 - Método para producir un polvo a base de hierro o de hierro aleado por difusión y composición que incluye este polvo - Google Patents

Método para producir un polvo a base de hierro o de hierro aleado por difusión y composición que incluye este polvo Download PDF

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ES2601603T3
ES2601603T3 ES09835345.1T ES09835345T ES2601603T3 ES 2601603 T3 ES2601603 T3 ES 2601603T3 ES 09835345 T ES09835345 T ES 09835345T ES 2601603 T3 ES2601603 T3 ES 2601603T3
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Mats Larsson
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Abstract

Procedimiento para producir un polvo aleado por difusión, adecuado para su uso en compactación y sinterización, que comprende un contenido total de cobre y níquel de como mucho 20% en peso, en el cual el contenido de cobre es superior al 4.0% en peso y la relación entre el cobre y el níquel es de entre 9/1 y 3/1, consistiendo dicho polvo en un polvo de núcleo de hierro o a base de hierro que tiene partículas de un polvo de aleación que contiene cobre y níquel aglutinadas a la superficie de las partículas del polvo de núcleo, que comprende: - proporcionar un polvo unitario de aleación, cuyas partículas por separado comprenden tanto cobre como níquel, teniendo dicho polvo unitario de aleación una distribución de tamaño de partícula tal que D50 es inferior a 15 μm, - mezclar el polvo unitario de aleación con el polvo de núcleo, y - calentar los polvos mezclados en una atmósfera no oxidante o reductora a una temperatura de entre 500-1000 °C durante un periodo de entre 10-120 minutos para convertir el polvo de aleación en una aleación que contiene cobre y níquel, aglutinando por difusión las partículas del polvo de aleación de cobre y níquel a la superficie del polvo de núcleo de hierro o a base de hierro

Description

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DESCRIPCION
Metodo para producir un polvo a base de hierro o de hierro aleado por difusion y composicion que incluye este polvo
CAMPO TECNICO
En general, la presente invencion se refiere a un nuevo polvo a base de hierro o de hierro aleado por difusion adecuado para preparar componentes metalurgicos de polvo sinterizado a partir del mismo, as^ como a un metodo para producir el nuevo polvo.
Mas espedficamente, la invencion se refiere a un metodo nuevo para producir un polvo de aleacion por difusion consistente en un polvo de nucleo de hierro o a base de hierro que tiene partfculas de un polvo de aleacion conteniendo cobre y mquel unidas a la superficie de las partfculas del nucleo
La invencion tambien se refiere a un polvo de nucleo de hierro o a base de hierro aleado por difusion que tiene partfculas de un polvo de aleacion unidas a la superficie de las partfculas del nucleo.
Ademas, la invencion se refiere a una composicion de polvo a base de hierro o de hierro aleado por difusion. tEcnica ANTECEDENTE
Una ventaja principal de los procedimientos metalurgicos en polvo sobre la tecnica convencional, tal como forjado o colado, es que los componentes de complejidad variada pueden fabricarse por prensado y sinterizado en su forma final, requiriendo una mecanizacion relativamente limitada. Por lo tanto, es de suma importancia que el cambio dimensional durante la sinterizacion sea predecible y que la variacion en el cambio dimensional de pieza a pieza sea lo mas pequena posible. Esto es especialmente importante en el caso de acero de alta resistencia, que es diffcil de mecanizar despues de sinterizar.
En consecuencia, son preferidos los materiales y procedimientos que determinan poco cambio dimensional durante la sinterizacion, ya que un cambio dimensional entre la pieza compactada y la sinterizada casi de cero conduce de forma inherente a una variacion reducida en el cambio dimensional de pieza a pieza.
Con el fin de lograr valores suficientemente altos de propiedades mecanicas, tales como resistencia a la tension, tenacidad, dureza y resistencia a la fatiga, se utilizan distintos elementos de aleacion y sistemas de aleacion.
Un elemento de aleacion comunmente utilizado es el carbono, que incrementa efectivamente la resistencia y dureza del componente sinterizado. El carbono casi siempre se agrega como polvo de grafito y se mezcla con el polvo a base de hierro antes de la compactacion, ya que la capacidad de compresion del polvo a base de hierro podna arruinarse debido al efecto de dureza del carbono si el elemento se prealeara al polvo a base de hierro.
Otro elemento comunmente utilizado es el cobre, que tambien mejora la capacidad de dureza del componente sinterizado y ademas promueve la sinterizacion, ya que una fase lfquida que mejora la difusion se forma a las temperaturas de sinterizacion. Un problema cuando se utiliza cobre en partfculas es que provoca una hinchazon durante la sinterizacion.
El mquel es otro elemento comunmente utilizado por su efecto aumentador de la dureza y tambien por su efecto positivo en tenacidad y alargamiento. El mquel provoca encogimiento durante la sinterizacion, agregado como material en partfculas asf como agregado en una condicion pre-aleada al polvo a base de hierro.
El cobre y el mquel pueden ser agregados como elementos prealeados y como materiales en partfculas. La ventaja de agregar cobre y mquel como materiales en partfculas es que la capacidad de compresion del polvo a base de hierro mas blando no resultara afectara en comparacion a cuando los elementos de aleacion se prealean. Sin embargo, un inconveniente es que los elementos de aleacion, que en la mayona de los casos son considerablemente mas finos que el polvo a base de hierro, tienden a segregarse en la mezcla provocando variaciones en la composicion qdmica y las propiedades mecanicas de los componentes sinterizados. Por lo tanto, se han inventado varios metodos con el fin de evitar la segregacion pero manteniendo la capacidad de compresion del polvo base.
La aleacion por difusion es uno de tales metodos, el cual comprende mezclar elementos de aleacion en partfculas finas, en estado de metal u oxido, con el polvo a base de hierro seguido por un paso de recocido en tales condiciones que los metales de aleacion se difundan en la superficie del polvo a base de hierro. El resultado es un polvo parcialmente aleado que tiene buena capacidad de compresion y se evita que los elementos de aleacion se segreguen. Sin embargo, el carbono es un elemento que no es posible alear por difusion debido a su alto mdice de difusion.
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Otro metodo desarrollado, por ejemplo descrito en US 5,926,686 (Engstrom et al.), utiliza aglutinantes organicos que crean una union “mecanica” entre el polvo base y los elementos de aleacion. Este metodo es adecuado tambien para unir el grafito, evitando as^ la segregacion del carbono.
Una pluralidad de polvos a base de hierro aleados por difusion, que utilizan el efecto de aleacion del cobre y/o el mquel, se han sugerido en la literatura de patentes. Ejemplos de los mismos se encuentran en los siguientes documentos.
US 5567890 (Lindberg et al.) describe un polvo a base de hierro para producir componentes altamente resistentes con una variacion local pequena en el cambio dimensional. El polvo contiene 0.5-4.5% en peso de Ni, 0.65-2.25% en peso de Mo, y 0.35-0.65% en peso de C. En una realizacion preferida, el Ni es aleado por difusion a un polvo a base de hierro prealeado con Mo, siendo el polvo mezclado con grafito.
US 2008/0089801 (Larsson) describe una combinacion de polvo de metal que comprende un polvo a base de hierro A, que consiste esencialmente en partmulas del nucleo prealeadas con Mo y que tienen 6-15% de Cu unido por difusion a la superficie, un polvo B que consiste esencialmente en partmulas del nucleo prealeadas con Mo y que tienen 4.5-8% de Ni unido a la superficie del mismo, y un polvo a base de hierro C que consiste esencialmente en un polvo de hierro prealeado con Mo. La combinacion del polvo permite la produccion de partes sinterizadas, en donde el cambio dimensional durante la sinterizacion es independiente de la cantidad de grafito agregado.
JP 6116601 describe un polvo que es adecuado para la produccion de partes sinterizadas que tienen una resistencia mecanica dinamica y estatica elevada y baja variacion del cambio dimensional durante la sinterizacion. El polvo consiste en un polvo a base de hierro, que tiene al menos uno de los componentes 0.12.5% de Mo, 0.5-5.0% de Ni, y 0.5-3.0% de Cu, unidos por difusion a la superficie de las partmulas de hierro.
JP 2145702 describe un polvo de hierro de alta pureza que tiene al menos dos de los componentes 0.5-1.0 de polvo de Mo, 6-8% de polvo de Ni y hasta 2% de polvo de Cu, unidos por difusion a la superficie del polvo de hierro. El polvo es adecuado para la produccion de cuerpos sinterizados que tienen alta resistencia mecanica.
JP 2217401 describe una composicion de polvo a base de hierro obtenida al mezclar dos polvos: [1] una aleacion producida al agregar polvos de metal para obtener un mdice de mezclado de 0.1-5% de Ni y 0.1-2% de Cu y recocida y [2] una aleacion producida al agregar una aleacion de Ni-Cu a un polvo de hierro reducido para obtener un mdice de mezclado de 0.1-5% de Ni y 0.1-2% de Cu y recocida. El cambio dimensional de las partes sinterizadas hechas a partir del polvo vana en funcion de los indices de mezclado.
JP 61104052 divulga un metodo para producir una aleacion sinterizada ferrosa de alta resistencia.
RESUMEN DE LA INVENCION
Un objeto de la invencion es proporcionar un nuevo metodo para producir un polvo de nucleo de hierro o a base de hierro que contiene cobre y mquel unidos por difusion, que cuando se compacta y sinteriza muestra expansion reducida y un mmimo de dispersion del cambio dimensional durante la sinterizacion, con relacion a las variaciones en el contenido de carbono y la temperatura de sinterizacion.
Las variaciones en el contenido de carbono y de las temperaturas de sinterizacion normalmente ocurren en la produccion industrial. De este modo, la presente invencion proporciona un metodo para reducir sustancialmente el impacto de dichas variaciones.
Ademas, un objeto de la invencion es proporcionar un nuevo polvo de nucleo de hierro o a base de hierro unido por difusion que tenga partmulas de un polvo de aleacion unido a la superficie de las partmulas del nucleo, que cuando se compacta y sinteriza muestra una expansion reducida y un mmimo de dispersion del cambio dimensional durante la sinterizacion, con relacion a las variaciones en el contenido de carbono y las temperatura de sinterizacion.
Ademas, es un objeto de la invencion proporcionar una nueva composicion de polvo de hierro o a base de hierro aleado por difusion para fabricacion metalurgica en polvo de piezas compactadas y sinterizadas y que tenga un mmimo de cambio dimensional durante el procedimiento de sinterizacion.
Una pieza compactada y sinterizada puede ser producida a partir de la composicion de polvo a base de hierro aleado por difusion, que presente un mmimo de variacion del cambio dimensional de componente a componente.
De acuerdo con la presente invencion estos objetos se logran al proporcionar un polvo unitario de aleacion capaz de formar partmulas de una aleacion que contiene Cu y Ni, mezclando el polvo unitario de aleacion con el polvo de nucleo, y calentado los polvos mezclados en una atmosfera reductora o no oxidante a una temperatura de 500-1000°C durante un penodo de 10-120 minutos para convertir el polvo de aleacion en una aleacion que
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contiene Cu y Ni para unir por difusion partfculas de la aleacion de Cu y Ni a la superficie del polvo de nucleo de hierro o a base de hierro. Preferiblemente, el contenido total de Cu y Ni esta por debajo de 20% en peso, tal como entre 1-20% en peso, preferiblemente 4-16% en peso. Preferiblemente el contenido de Cu esta por encima del 4.0% en peso. En una realizacion preferida, el contenido de Cu se encuentra entre 5 -15% en peso y el contenido de Ni esta entre 0.5 - 5%, tal como Cu 8 -12% en peso y Ni 1 - 4.5% en peso.
De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, se proporciona el metodo de la reivindicacion 1.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invencion, se proporciona el polvo aleado por difusion de la reivindicacion 7.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invencion, se proporciona la composicion de polvo a base de hierro o de hierro aleado por difusion de la reivindicacion 10.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invencion, se proporciona la composicion de polvo a base de hierro de la reivindicacion 11.
El termino “polvo unitario” en este contexto designa un polvo, cuyas partfculas separadas contienen tanto Cu como Ni. De este modo, no es una mezcla de partfculas en polvo que contienen Cu y otras partfculas en polvo que contienen Ni, sino por ejemplo partfculas de polvo de aleacion que comprenden tanto Cu como Ni o partfculas de polvo complejo en donde diferentes tipos de partfculas se unen entre sf para formar partfculas complejas cada una de las cuales comprende tanto Cu como Ni.
El polvo de aleacion puede ser una aleacion de Cu y Ni, oxido, carbonato u otro compuesto adecuado que al calentarse formara una aleacion de Cu y Ni. La distribucion de tamano de partfcula del polvo de aleacion de Cu y Ni es tal que D50 es menor a 15 pm, y la relacion Cu/Ni en % en peso esta entre 9/1 y 3/1.
Sorprendentemente se ha encontrado que, un mmimo de cambio dimensional durante la sinterizacion de un polvo a base de hierro compactado que contiene los elementos de aleacion cobre y mquel puede lograrse siempre que el cobre y el mquel esten presentes en un polvo unitario de aleacion que comprenda tanto el cobre como el mquel, que se alean por difusion a las partfculas de polvo a base de hierro.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
A continuacion, la invencion se describira con mayor detalle con referencia a las realizaciones preferidas y los
dibujos anexos.
La Figura 1
es un diagrama que muestra la dureza HV10 de muestras prensadas y sinterizadas como una funcion de la relacion de Cu a Ni en varios tamanos de partfcula promedio D50 de los polvos de aleacion.
La Figura 2
es un diagrama que muestra la resistencia a la tension (MPa) de muestras prensadas y sinterizadas como una funcion de la relacion de Cu a Ni en varios tamanos de partfcula promedio D50 de los polvos de aleacion.
La Figura 3
es un diagrama que muestra la dispersion del cambio dimensional de las muestras durante la sinterizacion como una funcion de la relacion de Cu a Ni en varios tamanos de partfcula promedio D50 de los polvos de aleacion.
MODOS DE DESARROLLO DE LA INVENCION
Polvo base para producir el polvo aleado por difusion
El polvo base preferiblemente es un polvo a base de hierro puro tal como AHC100.29, ASC100.29 y ABC100.30 disponibles en Hoganas AB, Suecia. Sin embargo, tambien pueden utilizarse otros polvos a base de hierro prealeado.
Tamano de part^cula del polvo base
No existen restricciones en cuanto al tamano de partfcula del polvo base y, en consecuencia, tampoco para el polvo a base de hierro aleado por difusion. Sin embargo, se prefiere utilizar un tamano de partfcula del polvo normalmente utilizado dentro de la industria de PM.
Polvo unitario de aleacion que contiene cobre y n^quel
La sustancia de aleacion que contiene cobre y mquel que se adhiere a la superficie del polvo a base de hierro puede estar en forma de una aleacion metalica, un oxido o un carbonato o en cualquier otra forma que resulte de un polvo a base de hierro de acuerdo con la presente invencion. La relacion entre cobre y mquel, Ni (% en
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peso)/Cu (% en peso) preferiblemente esta entre 1/3 y 1/9 en la sustancia de aleacion que contiene cobre y mquel. Si la relacion en peso entre Ni y Cu esta por encima de 1/3, el efecto en dureza y resistencia al rendimiento sera inaceptable y si la relacion esta por debajo de 1/9 la dispersion del cambio dimensional en funcion del variado contenido de carbono y la temperature de sinterizacion sera demasiado elevada, por encima de 0.035% en peso de acuerdo con la metodologfa descrita en la presente.
El tamano de partfcula del polvo de aleacion que contiene cobre y mquel preferiblemente es tal que D50, lo que significa que 50% en peso del polvo tiene un tamano de partfcula menor al valor D50, preferiblemente menor a 15 pm, mas preferiblemente menor a 13 pm, y aun mas preferiblemente menor a 10 pm.
Produccion del nuevo polvo
El polvo base y el polvo de aleacion que contiene cobre y mquel se mezclan en tales proporciones que el contenido total de cobre y mquel en el nuevo polvo sera a lo sumo de 20% en peso, preferiblemente entre 1% y 20% en peso, y mas preferiblemente entre 4% y 16% en peso. Preferiblemente el contenido de Cu esta por encima de 4.0% en peso. En una realizacion preferida, el contenido de Cu esta entre 5-15% en peso y el contenido de Ni esta entre 0.5-5%, tal como Cu 8-12% en peso y Ni 1-4.5% en peso.
Un bajo contenido, tal como un contenido por debajo de 1% en peso se considera demasiado bajo con el fin de obtener las propiedades mecanicas deseadas del componente sinterizado. Si el contenido del polvo de aleacion que contiene cobre y mquel excede el 20%, la union del polvo de aleacion al polvo base sera insuficiente e incrementara el riesgo de segregacion.
La mezcla homogenea se somete entonces a un procedimiento de recocido por difusion, en donde el polvo se calienta en una atmosfera reductora hasta una temperatura de 500-1000°C durante un periodo de 10-120 minutos. El polvo unido por difusion obtenido, en forma de una torta debilmente sinterizada, se tritura entonces suavemente.
Produccion de componentes sinterizados
Antes de la compactacion, el nuevo polvo se mezcla con grafito, hasta 1% en peso dependiendo del uso previsto para el componente acabado, lubricantes organicos hasta 2% en peso, preferiblemente de entre 0.05 a 1% en peso, opcionalmente otras sustancias de aleacion, materiales de fase dura y lubricantes solidos inorganicos que proporcionan propiedades lubricantes del componente acabado.
El lubricante organico reduce la friccion interparticular entre las partfculas individuales y tambien la friccion entre la pared del molde y el polvo comprimido o el cuerpo comprimido expulsado durante la compactacion y la expulsion.
Los lubricantes solidos pueden elegirse del grupo de estearatos, tal como estearato de zinc, amidas o bis- amidas tal como etilen-bis-estearamida, acidos grasos tales como acido estearico, Kenolube®, otras sustancias organicas o combinaciones de las mismas, que tienen propiedades lubricantes adecuadas.
El nuevo polvo puede ser diluido con un polvo de hierro puro o un polvo a base de hierro con el fin de obtener una composicion en polvo a base de hierro en la cual los contenidos de cobre y mquel totales no excedan el 5% en peso de la composicion, tal como entre 0.5% y 4.5% en peso o entre 1.0% y 4.0% en peso, ya que un contenido por encima del 5% en peso puede no contribuir efectivamente en cuanto al coste a la mejora de las propiedades deseadas mejoradas. La relacion entre el cobre y el mquel en la aleacion diluida, Ni (% en peso)/Cu (% en peso) preferiblemente esta entre 1/3 y 1/9.
La composicion en polvo de hierro obtenida se transfiere a un molde de compactacion y se compacta a temperatura ambiente o elevada en un cuerpo “crudo” compactado a una presion de compactacion de hasta 2000 MPa, preferiblemente de entre 400-1000 MPa.
La sinterizacion del cuerpo crudo se realiza en una atmosfera no oxidante, a una temperatura de entre 1000 a 1300°C, preferiblemente entre 1050-1250°C.
EJEMPLOS
Los siguientes ejemplos ilustran la invencion.
Ejemplo 1
Tres muestras de polvos a base de hierro unidos por difusion fueron producidas al mezclar primero diferentes polvos de aleacion, oxido cuproso CU2O, Cu2O + polvo de Ni y un polvo que contiene Cu y Ni con un polvo de hierro, ASC100.29.
Las mezclas de polvo mezclado de manera homogenea fueron recocidas por difusion a 800°C durante 60 minutos en una atmosfera de 75% de hidrogeno/ 25% de nitrogeno. Despues del recocido por difusion, las tortas en polvo debilmente sinterizadas fueron trituradas suavemente y tamizadas a un tamano de partfcula por debajo de 150 pm.
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Tabla 1
Polvo a base de hierro recocido por difusion
Polvo de aleacion usado Relacion de Cu/Ni del polvo de aleacion D50 del polvo de aleacion [pm] Contenido de Cu en diferentes polvos recocidos [%] Contenido de Ni en diferentes polvos recocidos [%]
1 (referencia)
Cu2O 100/0 8.8 10 0
2 (referencia)
Cu2O + Ni 100/0 0/100 8.8 8.5 9 1
3 (invencion)
Polvo de aleacion de Cu-Ni 9/1 8.5 9 1
10 La Tabla 1 muestra el tamano de partfcula, D50, y la relacion de Cu y Ni de los polvos de aleacion, asf como el contenido de Cu y Ni de los polvos recocidos por difusion. El tamano de partfcula promedio, D50, fue analizado por difraccion de laser en un instrumento Sympatec.
Se produjeron tres composiciones en polvo a base de hierro que consistfan en 20% en peso de los polvos a 15 base de hierro recocidos por difusion 1, 2 y 3, respectivamente, 0.5% en peso de grafito C- UF4 y 0.8% en peso de Amide Wax PM balanceado por ASC100.29, mezclando homogeneamente los componentes.
Las diferentes composiciones fueron compactadas a 600 MPa en siete muestras resistentes a la traccion, de cada composicion, de acuerdo con ISO 2740. Las muestras fueron sinterizadas a 1120°C durante 30 minutos en 20 una atmosfera de 90% nitrogeno/10% hidrogeno. Se midieron el cambio de dimensiones asf como las propiedades mecanicas de acuerdo con ISO 4492 y EN 10 002-1. Se midio la dureza, HV10, de acuerdo con ISO 4498.
Tabla 2
Diferentes polvos recocidos a base de hierro usados en la composicion en polvo a base de hierro
Cambio dimensional, valor promedio de 7 muestras [%] Cambio dimensional, desviacion estandar de 7 muestras [%] Resistencia a la traccion [MPa] Elongacion [%] Dureza [HV 10]
1 (referencia)
0.34 0.007 437 3.2 135
2 (referencia)
0.29 0.006 436 3.6 139
3 (invencion)
0.22 0.004 424 3.8 135
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La Tabla 2 muestra que una reduccion sustancial del cambio dimensional entre la pieza compactada y sinterizada, asf como de la variacion del cambio dimensional entre diferentes piezas, se obtiene cuando se utiliza la difusion del polvo a base de hierro recocido de la invencion.
La referencia 2 muestra que cuando se utilizan oxido de cobre y polvo de mquel para hacer el polvo aglutinado 30 por difusion, se reduce la hinchazon durante la sinterizacion. La muestra 3 de acuerdo con la invencion tiene los mismos contenidos de cobre y de mquel que la referencia 2, pero presenta una reduccion mucho mas pronunciada de la hinchazon y la dispersion.
Ejemplo 2
Varios tipos de polvo de aleacion que contema cobre/mquel de acuerdo con la Tabla 3, teniendo diferentes 35 relaciones de cobre y mquel, asf como diferentes distribuciones de tamano de partfcula, fueron utilizados como polvo de aleacion que contiene cobre y mquel. Como referencia se utilizo un polvo de oxido de cobre, Cu2O, disponible en American Chemet. Se analizo la distribucion de tamano de partfcula por medio de difraccion de laser en un instrumento Sympatec. Para simplificar la evaluacion, los polvos que teman D50 inferior a 8.5 pm fueron designados como “finos”, entre 8.5 pm y menos de 15.1 pm fueron designados como “medios” y mas de 40 15.1 como “gruesos”.
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Tabla 3
Polvo recocido por difusion a base de hierro No.
Relacion Cu/Ni D50 pm
1 (referencia)
CO 8.8 (medio)
2
19 7.1 (fino)
3
19 9.9 (medio)
4
19 15.5 (grueso)
5
9 4.7 (fino)
6
9 10.1 (medio)
7
9 21.1 (grueso)
8
4 4.2 (fino)
9
4 8.5 (medio)
10
4 15.1 (grueso)
11
1 6.4 (fino)
Como polvo base, se utilizo un polvo de hierro puro, ASC100.29 disponible en Hoganas AB.
Se prepararon varias muestras que teman un peso de 2 kg de polvo aglutinado por difusion, mezclando ASC100.29 con polvo de aleacion que contema cobre y mquel en proporciones dando un contenido total de cobre y mquel en el polvo recocido aglutinado por difusion de 10% en peso.
La muestra de referencia fue preparada mezclando el polvo de hierro con oxido de cobre dando un contenido total de cobre en el polvo recocido aglutinado por difusion de 10% en peso.
Las muestras de polvo mezcladas fueron recocidas en un horno de laboratorio a 800°C durante 60 minutos en una atmosfera de 75% hidrogeno/25% nitrogeno. Despues de enfriarlas, las tortas obtenidas debilmente sinterizadas fueron molidas suavemente y tamizadas a un tamano de partfcula sustancialmente menor a 150 pm.
Se produjeron treinta y tres composiciones de polvo a base de hierro que consistfan en 20% en peso de los polvos a base de hierro recocidos por difusion 1-11, 0.4, 0.6 y 0.8% en peso de grafito C- UF4 respectivamente, 0.8% en peso de Amide Wax PM, balanceado por ASC100.29, mezclando homogeneamente los componentes.
Las diferentes composiciones fueron compactadas a 600 MPa en muestras resistentes a la traccion de acuerdo con el Ejemplo 1.
Muestras de pruebas de traccion hechas a partir de las composiciones que teman 0.6% de grafito anadido, fueron sinterizadas a tres diferentes temperaturas, 1090°C, 1120°C y 1150°C durante 30 minutos, respectivamente, en una atmosfera de 90% nitrogeno, 10% hidrogeno, siete muestras por cada corrida de sinterizacion. Las muestras hechas a partir de las composiciones que conteman 0.4% de grafito anadido y las muestras hechas a partir de composiciones que conteman 0.8% de grafito anadido fueron sinterizadas a 1120°C durante 30 minutos en una atmosfera de 90% nitrogeno, 10% hidrogeno, tambien siete muestras por corrida de sinterizacion. Se midio el cambio dimensional asf como las propiedades mecanicas incluyendo la dureza de acuerdo con los procedimientos descritos en el Ejemplo 1.
La siguiente Tabla 4 describe las series de prueba.
Tabla 4
Serie de prueba
Grafito anadido a las composiciones 1-11 [% en peso] Temperatura de sinterizacion [°C]
A
0.4 1120
B1
0.6 1120
B2
0.6 1150
B3
0.6 1190
C
0.8 1120
Series de prueba
La siguiente Tabla 5 muestra los resultados de las mediciones del cambio de dimensiones durante la sinterizacion, asf como los resultados del analisis de contenido de C, y Cu y Ni de las muestras sinterizadas.
Tabla 5
Serie de prueba
Polvo recocido por difusion No. Adicion de grafito (%) Temperature de sinterizacion (%) Cambio de dimensiones DC (%) Desviacion Estandar entre A, B1.B2, B3, C (%) C analizado (%) Cu analizado (%) Ni analizado (%)
A
1 0.4 1120 0.37 0.37 2.12 0.02
B1
1 0.6 1090 0.33 0.56 2.04 0.02
B2
1 0.6 1120 0.31 0.56 2.02 0.02
B3
1 0.6 1150 0.24 0.55 2.03 0.02
C
1 0.8 1120 0.19 0.072 0.75 2.10 0.02
A
2 0.4 1120 0.31 0.38 1.95 0.12
B1
2 0.6 1090 0.27 0.55 1.89 0.11
B2
2 0.6 1120 0.26 0.55 1.88 0.11
B3
2 0.6 1150 0.21 0.55 1.90 0.11
C
2 0.8 1120 0.19 0.049 0.74 1.97 0.12
A
3 0.4 1120 0.32 0.36 1.95 0.12
B1
3 0.6 1090 0.28 0.54 1.88 0.12
B2
3 0.6 1120 0.27 0.56 1.83 0.12
B3
3 0.6 1150 0.22 0.56 1.88 0.12
C
3 0.8 1120 0.19 0.052 0.76 1.96 0.12
A
4 0.4 1120 0.32 0.35 1.92 0.14
B1
4 0.6 1090 0.29 0.54 1.88 0.14
B2
4 0.6 1120 0.27 0.54 1.86 014
B3
4 0.6 1150 0.23 0.54 1.87 0.14
C
4 0.8 1120 0.19 0.051 0.76 2.00 0.15
A
5 0.4 1120 0.20 0.36 1.66 0.27
B1
5 0.6 1090 0.17 0.54 1.59 0.25
B2
5 0.6 1120 0.16 0.55 1.58 0.25
B3
5 0.6 1150 0.14 0.55 1.61 0.25
C
5 0.8 1120 0.15 0.025 0.74 1.67 0.27
A
6 0.4 1120 0.22 0.38 1.75 0.29
B1
6 0.6 1090 0.19 0.55 1.71 0.28
B2
6 0.6 1120 0.19 0.54 1.72 0.28
B3
6 0.6 1150 0.17 0.55 1.72 0.28
C
6 0.8 1120 0.16 0.025 0.74 1.79 0.29
A
7 0.4 1120 0.27 0.35 1.82 0.30
B1
7 0.6 1090 0.20 0.55 1.71 0.27
B2
7 0.6 1120 0.21 0.54 1.67 0.27
B3
7 0.6 1150 0.18 0.55 1.71 0.28
(continuacion)
Serie de prueba
Polvo recocido por difusion No. Adicion de grafito (%) Temperature de sinterizacion (%) Cambio de dimensiones DC (%) Desviacion Estandar entre A, B1.B2, B3, C (%) C analizado (%) Cu analizado (%) Ni analizado (%)
C
7 0.8 1120 0.19 0.034 0.73 1.89 0.31
A
8 0.4 1120 0.17 0.38 1.67 0.40
B1
8 0.6 1090 0.14 0.54 1.67 0.40
B2
8 0.6 1120 0.16 0.54 1.66 0.39
B3
8 0.6 1150 0.13 0.54 1.67 0.39
C
8 0.8 1120 0.14 0.019 0.76 1.69 0.41
A
9 0.4 1120 0.17 0.38 1.66 0.41
B1
9 0.6 1090 0.13 0.55 1.57 0.40
B2
9 0.6 1120 0.15 0.55 1.58 0.39
B3
9 0.6 1150 0.12 0.55 1.59 0.40
C
9 0.8 1120 0.13 0.020 0.74 1.65 0.41
A
10 0.4 1120 0.19 0.38 1.64 0.44
B1
10 0.6 1090 0.13 0.54 1.55 0.42
B2
10 0.6 1120 0.15 0.57 1.55 0.42
B3
10 0.6 1150 0.12 0.53 1.56 0.42
C
10 0.8 1120 0.14 0.023 0.71 1.72 0.46
A
11 0.4 1120 -0.01 0.37 1.05 1.01
B1
11 0.6 1090 -0.01 0.56 1.04 1.00
B2
11 0.6 1120 -0.03 0.55 1.02 0.99
B3
11 0.6 1150 -0.06 0.55 1.01 1.98
C
11 0.8 1120 -0.02 0.020 0.74 1.04 1.01
La siguiente Tabla 6 muestra el resultado de la prueba mecanica de las muestras hechas a partir de las composiciones presionadas y sinterizadas que consistian en 20% en peso de diferentes polvos recocidos por 5 difusion a base de hierro, 0.8% en peso de Amide Wax PM, 0.6% de grafito, balanceado por ASC100.29.
La sinterizacion se llevo a cabo a 1120°C durante 30 minutos en una atmosfera de 90% nitrogeno/10% hidrogeno.
10 Tabla 6
Polvo recocido por difusion a base de hierro No.
Relacion Cu/Ni D50 pm del polvo recocido por difusion a base de hierro Resistencia a la traccion [MPa] Dureza HV10
1 (referencia)
CO 8.8 (medio) 504 150
2
19 7.1 (fino) 500 148
3
19 9.9 (medio) 507 154
4
19 15.5 (grueso) 506 144
5
9 4.7 (fino) 479 141
6
9 10.1 (medio) 498 146
7
9 21.1 (grueso) 492 133
8
4 4.2 (fino) 481 139
9
4 8.5 (medio) 488 141
10
4 15.1 (grueso) 489 134
11
1 6.4 (fino) 445 127
Las figuras 1 y 2, que presentan los resultados de la prueba terminada, muestran que cuando la relacion de Cu/Ni en el polvo recocido por difusion a base de hierro es inferior a 3/1 (mas del 30% de Ni) la dureza y la resistencia a la atraccion se veran afectadas de forma inaceptable.
Ademas, la figura 3 muestra que cuando la relacion Cu/Ni excede de 9/1 (menos del 10% Ni), la dispersion del cambio de dimensiones durante la sinterizacion, en funcion de las variaciones en el contenido de carbono y de la temperature de sinterizacion, sera inaceptablemente alta.
10 APLICABILIDAD INDUSTRIAL
La presente invencion es aplicable en procedimientos metalurgicos de polvo, en donde los componentes producidos a partir del nuevo polvo presentan una minima variacion del cambio de dimensiones de componente a componente.
15

Claims (12)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para producir un polvo aleado por difusion, adecuado para su uso en compactacion y sinterizacion, que comprende un contenido total de cobre y mquel de como mucho 20% en peso, en el cual el contenido de cobre es superior al 4.0% en peso y la relacion entre el cobre y el mquel es de entre 9/1 y 3/1, consistiendo dicho polvo en un polvo de nucleo de hierro o a base de hierro que tiene partfculas de un polvo de aleacion que contiene cobre y mquel aglutinadas a la superficie de las partfculas del polvo de nucleo, que comprende:
    - proporcionar un polvo unitario de aleacion, cuyas partfculas por separado comprenden tanto cobre como mquel, teniendo dicho polvo unitario de aleacion una distribucion de tamano de partfcula tal que D50 es inferior a 15 pm,
    - mezclar el polvo unitario de aleacion con el polvo de nucleo, y
    - calentar los polvos mezclados en una atmosfera no oxidante o reductora a una temperatura de entre 500-1000 °C durante un periodo de entre 10-120 minutos para convertir el polvo de aleacion en una aleacion que contiene cobre y mquel, aglutinando por difusion las partfculas del polvo de aleacion de cobre y mquel a la superficie del polvo de nucleo de hierro o a base de hierro
  2. 2. Metodo de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizado porque el polvo unitario de aleacion es una aleacion que consiste en cobre y mquel.
  3. 3. Metodo de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizado porque el polvo unitario de aleacion es una aleacion de metal, un oxido o un carbonato.
  4. 4. Metodo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el aglutinamiento por difusion de las partfculas del polvo de aleacion de cobre y mquel en la superficie del polvo de nucleo de hierro o a base de hierro, da como resultado una torta debilmente sinterizada, que despues es triturada suavemente y tamizada para proporcionar un tamano de partfcula menor a 150 pm.
  5. 5. Metodo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el polvo aleado por difusion comprende un contenido de cobre en rango de 5 a 15% en peso y un contenido de mquel en rango de 0.5-5%.
  6. 6. Metodo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el polvo aleado por difusion comprende un contenido total de cobre y mquel de entre 4% y 16% en peso.
  7. 7. Polvo aleado por difusion, adecuado para su uso en compactacion y sinterizacion y hecho segun el metodo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende un contenido total de cobre y mquel de como mucho 20% en peso, en donde el contenido de cobre es de mas del 4.0% en peso y la relacion entre el cobre y el mquel es de entre 9/1 y 3/1, consistiendo dicho polvo en un polvo de nucleo de hierro o a base de hierro que tiene partfculas de un polvo unitario de aleacion, cuyas partfculas separadas contienen tanto Cu como Ni, aglutinadas a la superficie de las partfculas de nucleo, teniendo dicho polvo unitario de aleacion una distribucion de tamano de partfculas tal que D50 es inferior a 15 pm.
  8. 8. Polvo aleado por difusion de conformidad con la reivindicacion 7, caracterizado porque el polvo aleado por difusion tiene un tamano de partfcula inferior a 150 pm.
  9. 9. Polvo aleado por difusion de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado porque el contenido de cobre es de entre 5 y 15% en peso y el contenido de mquel es de entre 0.5 y 5%.
  10. 10. Composicion de polvo de hierro o a base de hierro aleado por difusion adecuada para su uso en compactacion y sinterizacion, que comprende el polvo aleado por difusion de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, y la adicion de grafito y opcionalmente por lo menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en lubricantes organicos, materiales de fase dura y lubricantes solidos.
  11. 11. Composicion de polvo de hierro o a base de hierro aleado por difusion de conformidad con la reivindicacion 10 que consiste en:
    un polvo de hierro o a base de hierro
    un polvo aleado por difusion como el que se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9 hasta 1% en peso de grafito
    opcionalmente al menos un aditivo seleccionado del grupo constituido por lubricantes organicos, materiales de fase dura y lubricantes solidos.
    10
  12. 12. Composicion de conformidad con la reivindicacion 11, caracterizada porque el polvo de hierro o a base de hierro consiste en hierro puro.
    15 13. Composicion de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizada porque el
    contenido total de cobre y mquel no excede del 5% en peso de la composicion.
    20
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