Una composición para la compactación en caliente de un polvo de acero inoxidable con agua atomizada que incluye hierro y el 10-30% en peso de cromo,

elementos de aleación opcionales e impurezas inevitables y un lubricante, caracterizada porque el polvo de acero es un polvo de acero estándar, porque el lubricante está presente en una cantidad del 0,8-2,0% en peso y porque el polvo de acero incluye al menos el 0,5% en peso de silicio, en la que el lubricante incluye entre el 0,05 y el 0,3% en peso de estearato de litio y en la que el lubricante, además de estearato de litio, consta esencialmente de un lubricante oligómero amídico de la fórmula en la que:D es -H, COR, CNHR, en donde R es un grupo alifático lineal o ramificado o aromático con 2-21 átomos de C, C es el grupo -NH(CH)nCO-, B es amino o carbonilo, A es alquileno con 4-16 átomos de C, incluyendo opcionalmente hasta 4 átomos de O, ma y mb, que pueden ser iguales o distintos, son un número entero de 1 a 10, n es un número entero de 5 a 11

Composición y proceso para la compactación en caliente de polvos de acero inoxidable.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a composiciones de polvo de acero así como a los cuerpos compactados y sinterizados obtenidos a partir de las mismas. Específicamente, la invención se refiere a composiciones de polvo de acero inoxidable para compactación en caliente.

Antecedentes de la técnica

Desde el inicio del uso industrial de los procesos de pulvimetalurgia (P/M), es decir, el prensado y la sinterización de polvos metálicos, se han hecho grandes esfuerzos para mejorar las propiedades mecánicas de los componentes P/M y para aumentar las tolerancias de las piezas acabadas, con el fin de expandir el mercado y conseguir un coste total mínimo.

Recientemente se ha dedicado mucha atención a la compactación en caliente como un modo prometedor de mejorar las propiedades de los componentes P/M. El proceso de compactación en caliente ofrece la oportunidad de aumentar el nivel de densidad, es decir, de disminuir el nivel de porosidad de las piezas acabadas. El proceso de compactación en caliente puede aplicarse a la mayoría de los sistemas de polvos/materiales. Normalmente, el proceso de compactación en caliente conduce a una mayor resistencia y a mejores tolerancias dimensionales. Mediante este proceso se consigue también la posibilidad del mecanizado en verde, es decir, mecanizado en el estado "prensado".

Se considera la compactación en caliente definida como la compactación de un material particulado, en su mayor parte compuesto de polvo metálico, por encima de aproximadamente 100ºC hasta aproximadamente 150ºC, según las tecnologías de polvos disponibles en la actualidad como Densmix®, Ancorbond® o Flow-Met®.

Una descripción detallada del proceso de compactación en caliente se describe, por ejemplo, en un artículo presentado en el congreso mundial PM TEC 96, en Washington, en junio de 1996, que se incorpora a este documento por referencia. Los tipos específicos de lubricantes usados para la compactación en caliente de polvos de hierro se describen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. 5154881 (Rutz) y 5744433 (Storström).

Hasta hace poco tiempo se ha observado que las ventajas generales de la compactación en caliente eran insignificantes, ya que solamente se habían demostrado diferencias menores, por ejemplo en la densidad y en la resistencia en verde en el caso de los polvos de acero inoxidable. Los problemas más importantes que se presentan en la compactación en caliente de polvos de acero inoxidable son las elevadas fuerzas de eyección y la alta fricción interna durante la compactación.

Sin embargo, tal como se describe en la patente de EE.UU. 6365095 (Bergkvist), se ha encontrado recientemente que los polvos de acero inoxidable pueden someterse a compactación en caliente con buenos resultados siempre que el polvo de acero inoxidable se caracterice por concentraciones muy bajas de oxígeno, carbono y silicio. No obstante, las calidades estándar de amplio uso, con altas concentraciones de estos elementos, no se habían podido compactar satisfactoriamente en caliente, es decir, las propiedades de los productos compactados en caliente no fueron significativamente mejores que la densidad en verde de un cuerpo correspondiente compactado a temperatura ambiente.

Inesperadamente se ha encontrado ahora que también es posible la compactación de polvos de acero inoxidable estándar a temperaturas elevadas con buenos resultados. En comparación con los polvos de acero inoxidable descritos en la patente de EE.UU. anterior, los polvos de acero inoxidable estándar se caracterizan generalmente por una cantidad mayor de oxígeno, carbono y silicio. Estos polvos son también más fáciles de producir y, consecuentemente, más baratos. Por lo tanto, según la presente invención y contrariamente a lo expuesto en la patente de EE.UU., se ha encontrado que estos polvos estándar pueden compactarse hasta obtener altas densidades en verde sin el uso de presiones de compactación excesivamente altas. La alta densidad en verde es valiosa cuando el producto se va a sinterizar posteriormente, ya que no es necesario el uso de altas temperaturas de sinterización, acompañadas de un alto consumo de energía, para obtener una alta densidad de sinterizado, la cual normalmente es necesaria para obtener unas buenas propiedades mecánicas. Adicionalmente, unas altas temperaturas de sinterización inducen tensiones en el material que, a su vez, dan lugar a una baja estabilidad dimensional.

Sumario de la invención

Brevemente, el proceso de preparación de cuerpos de alta densidad compactados en caliente a partir de un polvo de acero inoxidable estándar con agua atomizada según la presente invención se basa en el descubrimiento de que en la composición del polvo de acero inoxidable que se somete a compactación a temperatura elevada han de usarse cantidades específicas de lubricantes. Cantidades menores de aditivos seleccionados incluidos en la composición contribuyen al descubrimiento inesperado de que los aceros inoxidables estándar pueden compactarse satisfactoriamente.

De acuerdo con la invención, se proporciona una composición para la compactación en caliente de un polvo de acero inoxidable con agua atomizada que incluye hierro y el 10-30% en peso de cromo, elementos de aleación opcionales e impurezas inevitables y un lubricante, caracterizada porque el polvo de acero es un polvo de acero estándar, porque el lubricante está presente en una cantidad del 0,8-2,0% en peso y porque el polvo de acero incluye al menos el 0,5% en peso de silicio, en la que el lubricante incluye entre aproximadamente el 0,05 y el 0,3% en peso de estearato de litio y en la que el lubricante, además de estearato de litio, consta esencialmente de un lubricante oligómero amídico de la fórmula D-Cma-B-A-B-Cmb-D, en la que D es -H, COR, CNHR, en donde R es un grupo alifático lineal o ramificado o aromático con 2-21 átomos de C, C es el grupo -NH(CH)_nCO-, B es amino o carbonilo, A es alquileno con 4-16 átomos de C, incluyendo opcionalmente hasta 4 átomos de O, ma y mb, que pueden ser iguales o distintos, son un número entero de 1 a 10 y n es un número entero de 5 a 11.

Descripción detallada de la invención

Tipo de polvo

Preferentemente, los polvos sometidos a compactación en caliente son polvos prealeados, con agua atomizada que incluyen un porcentaje de cromo del 10-30% en peso. Estos polvos son polvos de acero inoxidable del tipo estándar e incluyen al menos el 0,5% en peso de silicio. Normalmente, el contenido de silicio está entre el 0,7 y el 1,0% en peso del polvo de acero. El polvo de acero inoxidable puede incluir también otros elementos como molibdeno, níquel, manganeso, niobio, titanio, vanadio. Las cantidades de estos elementos pueden ser del 0-5% de molibdeno, 0-22% de níquel, 0-1,5% de manganeso, 0-2% de niobio, 0-2% de titanio, 0-2% de vanadio y, como máximo, el 1% de impurezas inevitables y, con la máxima preferencia, el 10-20% de cromo, 0-3% de molibdeno, 0,1-0,4% de manganeso, 0-0,5% de niobio, 0-0,5% de titanio, 0-0,5% de vanadio y esencialmente sin níquel o, alternativamente, con el 5-15% de níquel, completándose con hierro e impurezas inevitables (normalmente menos del 1% en peso). Además, preferentemente, el tamaño medio de partícula del polvo de acero debería ser superior a aproximadamente 30 μm y un intervalo adecuado está entre 30 y 70 μm.

Ejemplos de polvos de acero inoxidable que se usan adecuadamente según la presente invención son 316 L, 409 Nb, 409 L, 410 L, 434 L. Por lo general, los polvos de acero estándar usados según la presente invención incluyen más del 0,5% en peso de Si y, normalmente, el contenido de Si es del 0,7-1,0% en peso. Esta característica distingue a los polvos de acero inoxidable estándar de los polvos de acero inoxidable usados para la compactación en caliente según la patente de los EE.UU. 6365095 (Bergkvist) mencionada anteriormente.

Cantidad de lubricante

La cantidad de lubricante en la composición a compactar es un factor importante para la posibilidad de obtener un resultado satisfactorio. Así, se ha encontrado que la cantidad total de lubricante debería ser superior al 0,8% en peso, preferentemente al menos el 1,0% en peso y, con la máxima preferencia, al menos el 1,2% en peso de la composición de polvo total. Dado que cantidades crecientes de lubricante disminuyen la densidad en verde final, debido a que los lubricantes,...

1. Una composición para la compactación en caliente de un polvo de acero inoxidable con agua atomizada que incluye hierro y el 10-30% en peso de cromo, elementos de aleación opcionales e impurezas inevitables y un lubricante, caracterizada porque el polvo de acero es un polvo de acero estándar, porque el lubricante está presente en una cantidad del 0,8-2,0% en peso y porque el polvo de acero incluye al menos el 0,5% en peso de silicio, en la que el lubricante incluye entre el 0,05 y el 0,3% en peso de estearato de litio y en la que el lubricante, además de estearato de litio, consta esencialmente de un lubricante oligómero amídico de la fórmula

en la que:

D es -H, COR, CNHR, en donde R es un grupo alifático lineal o ramificado o aromático con 2-21 átomos de C,

C es el grupo -NH(CH)_nCO-,

B es amino o carbonilo,

A es alquileno con 4-16 átomos de C, incluyendo opcionalmente hasta 4 átomos de O,

ma y mb, que pueden ser iguales o distintos, son un número entero de 1 a 10,

n es un número entero de 5 a 11.

2. Composición de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el polvo de acero incluye el 0,7-1,0% en peso de silicio.

3. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el polvo de acero incluye uno o más elementos seleccionados del grupo formado por molibdeno, níquel, manganeso, niobio, titanio, vanadio y, como máximo, el 1,0% en peso de impurezas inevitables.

4. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el lubricante es un lubricante para compactación en caliente.

5. Composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que incluye también una cantidad menor de un aditivo seleccionado del grupo formado por un ácido graso y un agente fluidificante.

6. Composición de acuerdo con la reivindicación 5, en la que el ácido graso se selecciona del grupo formado por ácido esteárico y ácido oleico.

7. Composición de acuerdo con la reivindicación 6, en la que la cantidad de ácido graso está entre el 0,005 y el 0,5% en peso de la composición.

8. Composición de acuerdo con la reivindicación 5 que incluye óxido de silicio, como agente fluidificante, en una cantidad entre el 0,005 y el 2% en peso de la composición.

9. Un proceso para la preparación de cuerpos sinterizados compactados en caliente y de alta densidad a partir de un polvo de acero inoxidable estándar, con agua atomizada, que incluye hierro y el 10-30% en peso de cromo, elementos de aleación opcionales e impurezas inevitables, comprendiendo dicho proceso las etapas de:

- proporcionar una mezcla de un polvo de acero inoxidable prealeado y con agua atomizada con un contenido de Cr del 10-30% en peso, al menos el 0,5% en peso de silicio, elementos de aleación opcionales e impurezas inevitables;

- mezclar polvo con el 0,8%-2,0% en peso de un lubricante para alta temperatura, en donde el lubricante incluye entre aproximadamente el 0,05 y el 0,3% en peso de estearato de litio y en donde el lubricante, además del estearato de litio, consta de un lubricante oligómero amídico de la fórmula

en la que:

D es -H, COR, CNHR, en donde R es un grupo alifático lineal o ramificado o aromático con 2-21 átomos de C,

C es el grupo -NH(CH)_nCO-,

B es amino o carbonilo,

A es alquileno con 4-16 átomos de C, incluyendo opcionalmente hasta 4 átomos de O,

ma y mb, que pueden ser iguales o distintos, son un número entero de 1 a 10,

n es un número entero de 5 a 11;

- compactar la mezcla a una temperatura elevada;

- sinterizar el cuerpo compactado.

10. Proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la compactación en caliente se realiza a una temperatura de al menos 60ºC, preferentemente de al menos 90ºC.

11. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9-10, en el que la sinterización se realiza en una atmósfera no oxidativa sin sinterización previa en una atmósfera reductora.

12. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en el que la sinterización se realiza a una temperatura entre 1.100ºC y 1.400ºC, preferentemente entre 1.250ºC y 1.325ºC.