ALEACION DE HIERRO-COBALTO, EN PARTICULAR PARA NUCLEO MOVIL DE ACCIONADOR ELECTROMAGNETICO, Y SU PROCEDIMIENO DE FABRICACION.

Aleación de hierro-cobalto, caracterizada porque incluye en porcentajes ponderales:

- del 10 al 22% de Co;

- de cantidades traza al 2,5% de Si;

- de cantidades traza al 2% de Al;

- del 0,1 al 1% de Mn;

- de cantidades traza al 0,0100% de C;

- una suma de los contenidos de O, N y S comprendida entre cantidades traza y el 0,0070%;

- una suma de los contenidos de Si, Al, Cr, V, Mo, Mn comprendida entre el 1,1 y el 3,5%, preferentemente entre el 1,5 y el 3,5%;

- una suma de los contenidos de Cr, Mo y V comprendida entre cantidades traza y el 3%;

- una suma de contenidos de Ta y Nb comprendida entre cantidades traza y el 1%;

siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración,

en la que:

1,23 x (Al + Mo)% + 0,84 x (Si + Cr + V)% - 0,15 x (Co% - 15) =q 2,1

y en la que:

14,5 x (Al + Cr)% + 12 x (V + Mo)% + 25 x Si% =q 40

Aleación de hierro-cobalto, en particular para núcleo móvil de accionador electromagnético, y su procedimiento de fabricación.

La invención se refiere al campo de las aleaciones magnéticas de hierro-cobalto. Más en concreto, se refiere a las aleaciones de hierro-cobalto destinadas a constituir núcleos de accionadores electromagnéticos.

Un accionador electromagnético es un dispositivo electromagnético que convierte una energía eléctrica en una energía mecánica. Algunos accionadores de este tipo son accionadores denominados lineales, que convierten una energía eléctrica en un desplazamiento rectilíneo de una pieza móvil. Dichos accionadores se encuentran en las electroválvulas y en los electroinyectores. Una aplicación privilegiada de dichos electroinyectores es la inyección directa de carburante en los motores de explosión, en particular los motores diésel. Otra aplicación privilegiada se refiere a un tipo de electroválvula muy particular, usada para el control electromagnético de las válvulas de motores de combustión interna (gasolina o diésel).

En estos accionadores, la energía eléctrica se aporta en un bobinado por una serie de impulsos de corriente, que crean un campo magnético que imana una culata magnética no cerrada, que incluye así un entrehierro. Las características geométricas de la culata permiten dirigir la mayor parte de las líneas de campo magnético de forma axial con respecto a la zona de entrehierro. Bajo el efecto del impulso eléctrico, el entrehierro se encuentra sometido a una diferencia de potencial magnético. El accionador incluye igualmente un núcleo que se hace móvil por la acción de la corriente eléctrica en la bobina. En efecto, la diferencia de potencial magnético introducida por la bobina entre el núcleo móvil en reposo en un polo de la culata y el polo opuesto de la culata crea una fuerza electromagnética en el núcleo imanado, por medio de un gradiente de campo magnético. El núcleo imanado se pone así en movimiento. La posición de reposo puede estar también situada en el medio del entrehierro, gracias a dos resortes simétricos, que favorecen por su tirantez la dinámica de la pieza móvil (caso de válvulas de control electromagnético).

La puesta en movimiento del núcleo móvil se produce con un desfase con respecto al instante de creación de los impulsos eléctricos. Para un funcionamiento óptimo del accionador, se demuestra que es necesario que el metal que lo compone posea una resistividad eléctrica elevada y un campo coercitivo bajo. Estas condiciones permiten obtener bajas corrientes inducidas en la culata y el núcleo magnético, lo que permite alcanzar rápidamente la imanación mínima del núcleo que engendra su puesta en movimiento. Igualmente, es importante que el núcleo posea una imanación de saturación elevada, de manera que haga posible una fuerza máxima en fin de impulso lo más elevada posible. En efecto, es esta fuerza la que garantiza el mantenimiento de la posición abierta o cerrada del accionador, lo que es particularmente importante cuando se trata, por ejemplo, de interrumpir totalmente el flujo de un fluido a alta presión, y/o de compensar la fuerza de recuperación de uno o varios resortes.

Estos núcleos magnéticos tienen formas diversas y pueden fabricarse a partir de hilos o barras. En este caso, deben presentar una gran capacidad plástica para la deformación, de manera que puedan deformarse sin riesgo de rotura. Es favorable tener un alargamiento de rotura de al menos el 35%. Dichos núcleos pueden estar fabricados igualmente por corte de placas o de chapas laminadas. En este caso, deben presentar una gran capacidad para el taladrado, para la cual son necesarios unos mínimos de dureza y de resistencia mecánica. También es necesario un buen comportamiento de las propiedades magnéticas a los choques mecánicos repetidos a los que estará sometido el núcleo. Estas características de dureza y de resistencia mecánica son igualmente favorables para una buena eficacia del cor- te del núcleo. Se recomienda tener una dureza del material después de recocido superior a 200 HV para estos usos.

Tradicionalmente se usan tres grandes categorías de aleaciones para constituir los núcleos de accionadores electromagnéticos tal como se acaban de describir.

Una primera categoría está constituida por aleaciones de hierro-silicio que incluyen del 2 al 3% de silicio. Presentan como ventaja que tienen resistividades relativamente elevadas. Por el contrario, su imanación de saturación es relativamente baja.

Una segunda categoría está constituida por aleaciones de hierro-cobalto de alto contenido en cobalto, del orden del 50%. Dichas aleaciones tienen una imanación de saturación significativamente más elevada que la de las aleaciones de hierro-silicio precedentes. Por el contrario, su resistividad es un poco inferior. Además, por el hecho de la presencia masiva de cobalto, esta aleaciones son muy costosas. Finalmente, sus propiedades mecánicas no son óptimas, lo que hace difícil la fabricación de los núcleos.

Una tercera categoría está constituida por aleaciones de hierro-cobalto que contienen aproximadamente del 6 al 30% de cobalto y otros diversos elementos de aleación. El documento EP-A-715.320 da un ejemplo de dichas aleaciones. Describe aleaciones de hierro-cobalto para núcleos de accionadores electromagnéticos que incluyen del 6 al 30% de cobalto, del 3 al 8% de uno o varios elementos elegidos entre cromo, molibdeno, vanadio y tungsteno, siendo el resto hierro. Preferentemente, el contenido en cobalto es del 10 al 20% y el contenido en cromo, molibdeno, vanadio y/o tungsteno es del 4 al 8%. Estas aleaciones presentan una buena resistividad eléctrica, que puede ser superior a 50 µO•cm, aunque su imanación de saturación es relativamente baja, del orden de 1,9 a 2 T, salvo para las variantes más cargadas de cobalto (que son, por tanto, las más costosas) en las que esta imanación de saturación puede alcanzar 2,3 T. En general, el campo coercitivo de las aleaciones dadas a modo de ejemplo en este documento es igualmente elevado, sustancialmente superior a 1,5 Oe. De manera general, las aleaciones dadas a modo de ejemplo en este documento no permiten alcanzar un compromiso óptimo entre una imanación de saturación elevada, un campo coercitivo bajo y una resistividad elevada.

El documento WO-96/19.001 propone usar aleaciones de hierro/cobalto que contienen entre el 5 y el 20% de cobalto, y que tienen un contenido de aluminio y de manganeso o vanadio que puede alcanzar varios %: hasta el 7% de aluminio y hasta el 8% de manganeso o el 4% de vanadio. Las aleaciones descritas en este documento presentan una resistividad muy elevada (superior a 60 µO•cm), y una imanación de saturación bastante elevada (de 2 a 2,2 T). Pero no se ha dado ninguna información precisa sobre las propiedades mecánicas de estas aleaciones, así como sobre su campo coercitivo.

A partir del documento JP-060.933.199 se conocen una culata y un núcleo fabricados con una aleación de hierro-cobalto que comprende también Si, Mn, Al, Mo y V.

El objeto de la invención es proponer aleaciones de hierro-cobalto adaptadas particularmente a la fabricación, de manera económica, de núcleos para accionadores electromagnéticos. Estos núcleos deberían presentar un compromiso más favorable que con los materiales existentes entre las diferentes características electromagnéticas, que son la imanación de saturación, la resistividad y el campo coercitivo. Igualmente deberían presentar propiedades mecánicas que hagan su fabricación especialmente sencilla.

Para este efecto, la invención tiene por objeto una aleación de hierro-cobalto, caracterizada porque incluye en porcentajes ponderales:

siendo el resto...

1. Aleación de hierro-cobalto, caracterizada porque incluye en porcentajes ponderales:

siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración,

en la que:

1,23 x (Al + Mo)% + 0,84 x (Si + Cr + V)% - 0,15 x (Co% - 15) =q 2,1

y en la que:

14,5 x (Al + Cr)% + 12 x (V + Mo)% + 25 x Si% =q 40

2. Aleación de hierro-cobalto según la reivindicación 1, caracterizada porque incluye del 14 al 20% de cobalto.

3. Aleación de hierro-cobalto según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la suma de los contenidos de Ta y Nb está comprendida entre el 0,05 y el 0,8%.

4. Aleación de hierro-cobalto según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la suma de sus contenidos de Cr y V está comprendida entre el 1,1 y el 3%, preferentemente entre el 1,5 y el 3%, y porque la suma de sus contenidos de Si, Al y Mo está comprendida entre cantidades traza y el 1%.

5. Aleación de hierro-cobalto según la reivindicación 4, caracterizada porque su alargamiento de rotura es =q 35%.

6. Aleación de hierro-cobalto según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la suma de sus contenidos de Si y Al está comprendida entre el 1 y el 2,6%, y porque la suma de sus contenidos de Cr, V, Mo, Ta, Nb está comprendida entre cantidades traza y el 2%.

7. Aleación de hierro-cobalto según la reivindicación 6, caracterizada porque su dureza HV es =q 200 después de recocido.

8. Aleación de hierro-cobalto según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque su imanación de saturación es =q 2,1 T a 150ºC y =q 2,12 T a 20ºC, y porque su resistividad es =q 35 µO•cm a 150ºC y =q 31 µO•cm a 20ºC.

9. Aleación de hierro-cobalto según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque su campo coercitivo a 20 y 150ºC es inferior a 1,5 Oe, preferentemente inferior a 1 Oe.

10. Barra, hilo o placa de aleación de hierro-cobalto, caracterizados porque dicha aleación es del tipo según una de las reivindicaciones 1 a 9, y porque la barra, el hilo o la placa presentan una textura de fibra preferentemente de eje <100> desviada menos de 20º con respecto a la dirección de laminado en caliente, para al menos el 30% (en volumen del material) de los granos, preferentemente para al menos el 50%.

11. Placa o chapa laminada de aleación de hierro-cobalto, caracterizada porque dicha aleación es del tipo según una de las reivindicaciones 1 a 9 y porque presenta una componente fuerte de textura de eje <100> desviada menos de 20º con respecto a la dirección de laminado en caliente, para al menos el 30% (en volumen de material) de los granos, preferentemente para al menos el 50%.

12. Procedimiento de producción de una barra, de un hilo, de una placa o de una chapa laminada según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque se elabora una barra, un hilo, una placa o una chapa laminada a partir de una pieza desbastada de una aleación según una de las reivindicaciones 1 a 9 efectuando un laminado con una tasa de rectificación en fase ferrítica de al menos el 30%, preferentemente al menos el 50%, y porque se efectúa un posible recocido ulterior a una temperatura inferior a la temperatura de transformación austenítica.

13. Núcleo móvil de accionador electromagnético, caracterizado porque se ha fabricado a partir de una barra o de un hilo o de una placa o de una chapa laminada según la reivindicación 10 u 11.

14. Accionador electromagnético que incluye un núcleo móvil de aleación de hierro-cobalto, caracterizado porque dicho núcleo es del tipo según la reivindicación 13 y porque la textura preferente de dicho núcleo incluye un eje <100> sustancialmente paralelo a la dirección principal del campo de excitación.

15. Inyector para motor de explosión de regulación electrónica que incluye un accionador electromagnético, de alta potencia volumétrica, bajo tiempo de respuesta y alta fiabilidad de uso, caracterizado porque dicho accionador es del tipo según la reivindicación 14.

16. Accionador electromagnético de válvula de motor de combustión interna de control electrónico, caracterizado porque es del tipo según la reivindicación 14.