PIEZA MECANICA LISTA PARA USAR DE BAJO CONTENIDO EN CARBONO PARA DEFORMACION PLASTICA Y SU PROCEDIMIENTO DE FABRICACION.

Pieza mecánica de altas características de acero de bajo contenido en carbono presta para su empleo,

que procede de la transformación plástica de un producto siderúrgico largo laminado, que comprende las características siguientes:

- la composición química de dicho acero, responde al análisis siguiente, dado en porcentajes ponderales respecto al hierro:

0,02% =q C =q 0,10%

0,04% =q Nb =q 0,10%

0,001% =q B =q 0,005%

0,10% =q Mo =q 0,35%

1,3% =q Mn =q 2,0%

0,10% =q Si =q 1,30%

0,01% =q Al =q 0,08%

N =q 0,015% con Ti =q 3,5 x % de N;

eventualmente de 0,001 a 0,1% de azufre,

siendo el resto las inevitables impurezas residuales resultantes de la elaboración del acero, de las cuales menos de 0,02% de P y menos de 0,30% de Cu y de Ni,

- dicho producto largo se obtiene a partir de un semi-producto procedente de la colada continua y laminación en caliente en el dominio austenítico que después se trata térmicamente para obtener une estructura bainítica o esencialmente bainítica, y se conforma, bien por transformación plástica en frío después de dicho tratamiento térmico, bien por transformación plástica en caliente durante dicho tratamiento térmico, para darle su forma final con una resistencia a la rotura superior a 800 MPa, sin tratamiento térmico posterior a esta conformación

Pieza mecánica lista para usar de bajo contenido en carbono para deformación plástica y su procedimiento de fabricación.

La presente invención se refiere a piezas mecánicas de acero de bajo contenido en carbono con altas características, como las rótulas de ruedas de vehículos terrestres, los pivotes, ejes, triángulos de suspensión, palanquillas u otras piezas mecánicas análogas prestas para ser empleadas, obtenidas por deformación plástica de un producto siderúrgico largo (alambre, barra...).

Se sabe que los aceros para deformación plástica deben presentar a la vez propiedades de deformabilidad y de resistencia. Así, durante la fabricación de piezas mecánicas para las cuales están destinados algunos de estos aceros, les es necesario poder soportar sin rotura modificaciones importantes de forma, presentando al mismo tiempo a veces finalmente altas características mecánicas. De hecho, en ciertos casos, las características exigidas a las piezas obtenidas a partir de estos aceros están próximas a las de las clases 10.9 según la norma ISO 898, a saber un límite a la rotura mínimo de 1000 MPa y un límite elástico mínimo de 900 MPa. Además, estos aceros deben presentar buenas características de mecanización, porque una mayoría de las aplicaciones necesita una mecanización final para lograr sus dimensiones finales.

Se recuerda que las operaciones de deformación plástica que se realizan sobre piezas en bruto de acero procedentes del recorte de alambres o barras obtenidos clásicamente por laminación en caliente de semi-productos de colada continua (palanquillas o desbastes. En la deformación plástica en frío (golpeo, forja...), las piezas en bruto se conforman en frío en prensas, según el caso después de un recocido de globulización, y las piezas obtenidas se tratan a continuación térmicamente por temple y revenido. Para la forja en caliente, las piezas en bruto se recalientan primeramente hasta una temperatura de aproximadamente 1000-1200ºC, se conforman en caliente y se enfrían. Las piezas así obtenidas se tratan a continuación térmicamente por temple y revenido, pudiendo el temple hacerse directamente durante el enfriamiento después de la forja.

La realización de estos diferentes tratamientos térmicos supone operaciones, algunas dominadas, pero sin embargo costosas, cuyos resultados previstos no siempre se alcanzan y que en cualquier caso, aumentan el tiempo y el coste de producción. También se ha buscado estos últimos años tipos de acero que permitan liberarse de dichos inconvenientes y obtener piezas de altas características "prestas para su empleo", que puedan ser utilizadas para la aplicación prevista sin tener que someterlas a un tratamiento térmico para modificar su estructura metalúrgica después de la operación de deformación plástica.

Con relación a la forja en frío por ejemplo, ya es conocido por ejemplo recurrir a tipos de acero de estructura esencialmente bainítica (es decir, que contienen más de 50% de bainita), que presenta un buen compromiso entre deformabilidad y características mecánicas finales. Sin embargo, teniendo en cuenta las capacidades de los medios de enfriamiento de los que se dispone generalmente en una línea de laminación en caliente, estos tipos permiten obtener una estructura esencialmente bainítica únicamente para alambres o barras laminadas de diámetro relativamente pequeño, que raramente sobrepasa de hecho 8 mm. Más allá de este valor, se obtiene una bainita degenerada o asociada a ferrita, lo que conduce a un marcado deterioro de las propiedades mecánicas de los productos laminados. Además, al no estar la estructura bien conseguida hay el riesgo de una fuerte dispersión de las características mecánicas en el seno de una misma bobina o entre varias bobinas de alambres bobinados o entre varia barras o en el seno de una misma barra y a la salida de la laminación en caliente.

Problemas similares se encuentran con los tipos de acero para forja en caliente para los cuales el espesor de la pieza forjada impone frecuentemente severas restricciones de enfriamiento para alcanzar la velocidad de enfriamiento en el núcleo necesaria para la obtención de la estructura bainítica prevista en la masa. Además, siendo la periferia de la pieza inevitablemente enfriada más enérgicamente que el núcleo da como resultado tensiones internas que pueden conducir a deformaciones permanentes redhibidoras.

Se ve pues que se busca clásicamente, en las aplicaciones de los tipos para deformación plástica, una estructura bainítica que ofrezca un buen compromiso entre deformabilidad y características mecánicas, al mismo tiempo que una buena mecanizabilidad. En todos los casos, el éxito de la obtención de esta estructura bainítica está sometido a las tensiones de enfriamiento del acero en el núcleo, porque este enfriamiento interviene antes o después de la deformación plástica. Estas tensiones impuestas al enfriamiento se revelan tan severas sobre los tipos de acero actualmente conocidos y utilizados que esta estructure bainítica no puede ser obtenida directamente de la laminación, ni incluso después de la operación de forja, de modo que numerosas piezas mecánicas deben ser sometidas a un tratamiento térmico posteriormente a su conformación.

La patente US-A-5. 554.233 se refiere a la fabricación de barras laminadas en caliente y deformables en frío para obtener piezas sin necesidad de un tratamiento térmico antes o después de la deformación en frío. El acero utilizado comprende principalmente de 0,10% a 0,14% de carbono y de 0,01% a 0,1% de molibdeno.

El objetivo de la invención es la puesta a disposición de los transformadores de un tipo de acero de bajo contenido en carbono apto para desarrollar una estructura bainítica, o esencialmente bainítica, con débiles tensiones de enfriamiento, para la fabricación de piezas prestas para su empleo, tanto por prensado en frío como forja en caliente.

Más precisamente la invención tiene por objeto el desarrollo de un tipo de acero de bajo contenido en carbono específico para la fabricación de piezas mecánicas dotadas de una estructura bainítica o esencialmente bainítica que puedan ser obtenidas ya con una baja velocidad de enfriamiento en el núcleo, que puede descender hasta 1ºC/segundo, y ofreciendo a la vez una buena aptitud para la deformación y una buena mecanizabilidad para la realización de estas piezas por deformación en frío o en caliente, sin tratamiento térmico posterior a la conformación, presentando dicho tipo de acero características mecánicas elevadas que permiten a dichas piezas situarse en las clases de calidad 8.8 a 12.9 según la norma ISO 898.

La invención tiene por tanto por objeto una pieza mecánica de elevadas características de un acero de bajo contenido en carbono presta para su empleo que procede de la transformación plástica de un producto siderúrgico largo laminado, según la reivindicación 1.

En un primer modo de realización preferido la pieza mecánica de acero deformada en frío definida anteriormente se caracteriza porque el producto largo del cual procede por transformación plástica es un alambre o barra laminada tratado térmicamente por enfriamiento en la instalación de laminación a una velocidad de enfriamiento suficiente para conferirle una estructura bainítica o esencialmente bainítica.

En un segundo modo de realización preferido de la invención, la pieza mecánica de acero forjado en caliente antes definida se caracteriza porque el producto largo del cual procede por transformación plástica es una barra o un alambre laminado cuya pieza en bruto de forja de la que ha sido extraído ha sido tratado térmicamente por temple bajo una velocidad de enfriamiento suficiente para conferirle una estructura bainítica hasta el núcleo, esto después de una temperatura de temple del orden de 1200ºC y más a la cual la pieza en bruto ha sufrido una transformación plástica por forja llevándola a su forma final deseada.

En los dos modos de realización evocados anteriormente el tratamiento térmico que interviene en la elaboración de la pieza mecánica comprende una fase final de enfriamiento a baja velocidad, que puede descender hasta aproximadamente 1ºC/segundo en el núcleo.

Se advertirá que este enfriamiento de la pieza es un enfriamiento suave, diferente en todos los casos de una operación de enfriamiento que templa el acero, la cual permaneciendo, sería, en la práctica normal, seguida por un revenido.

En una variante, la pieza mecánica se fabrica con un acero cuyo contenido en carbono está comprendido...

1. Pieza mecánica de altas características de acero de bajo contenido en carbono presta para su empleo, que procede de la transformación plástica de un producto siderúrgico largo laminado, que comprende las características siguientes:

eventualmente de 0,001 a 0,1% de azufre,

siendo el resto las inevitables impurezas residuales resultantes de la elaboración del acero, de las cuales menos de 0,02% de P y menos de 0,30% de Cu y de Ni,

2. Pieza mecánica de acero de bajo contenido en carbono deformada en frío según la reivindicación 1, caracterizada porque el producto del cual procede por transformación plástica es un alambre o barra laminado tratado térmicamente enfriamiento en la instalación de laminación a una velocidad de enfriamiento suficiente para conferirle una estructura bainítica o esencialmente bainítica.

3. Pieza mecánica de acero forjado según la reivindicación 1, caracterizada porque el producto largo del cual procede por transformación plástica en caliente es una barra o un alambre laminados cuya pieza en bruto de forja que de ella ha sido extraída se trata térmicamente por temple bajo una velocidad de enfriamiento suficiente para conferirle une estructura bainítica hasta el núcleo, esto después a una temperatura de temple del orden de 1200ºC y más a la cual la pieza en bruto ha sufrido una transformación plástica por forja que la lleva a su forma final deseada.

4. Pieza mecánica de acero según la reivindicación 2 o 3, caracterizada porque el tratamiento térmico que interviene en su elaboración comprende una fase final de enfriamiento a baja velocidad, que puede descender hasta 1ºC/segundo en el núcleo.

5. Pieza mecánica de acero según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el acero del que está constituida tiene contenido en molibdeno que no excede de 0,30%, y un contenido de manganeso inferior a 1,80%.

6. Procedimiento de fabricación de una pieza mecánica, presta para el empleo, de altas características de acero de bajo contenido en carbono que presenta una resistencia a la rotura de más de 800 MPa, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

eventualmente de 0,001 a 0,1% de azufre,

siendo el resto las inevitables impurezas residuales resultantes de la elaboración del acero, de las cuales menos de 0,02% de P y menos de 0,30% de Cu y de Ni,