PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE UNA VÁLVULA DE MOTOR DE EXPLOSIÓN, Y VÁLVULA ASÍ OBTENIDA.

Procedimiento de fabricación de una válvula de motor de explosión, y válvula así obtenida La invención se refiere a la siderurgia. Más concretamente, se refiere a la fabricación de válvulas de motor de explosión. Una aplicación privilegiada de la invención es la fabricación de válvulas de admisión de motores diesel denominados EGR (exhaust gases recycling) en los cuales estas válvulas se ponen en contacto con gases de combustión reinyectados en la admisión para garantizar su completa combustión y la disminución de la cantidad de emisión de contaminantes. Durante su uso, estas válvulas pueden alcanzar localmente temperaturas de 400 a 500ºC y son sometidas a esfuerzos mecánicos elevados y a un entorno corrosivo. Además, los condensados que se depositan sobre las válvulas durante la parada prolongada de este tipo de motor son también muy agresivos. En estas condiciones agresivas, los grados de aceros de carbono, aceros escasamente aleados y de aceros aleados con cromo y con silicio habitualmente usados para fabricar válvulas tienen un comportamiento insuficiente a la corrosión. Los aceros austeníticos muy aleados ofrecen un comportamiento muy bueno a la corrosión en estas condiciones, pero su coste en material es claramente más elevado. Asimismo, estos aceros austeníticos no se pueden endurecer por temple. Ahora bien la superficie de la válvula y el extremo de su varilla deben presentar durezas elevadas y una buena resistencia a la abrasión. Generalmente, las válvulas de acero austenítico están, de este modo, constituidas por dos o tres componentes, de los cuales: - la superficie del asiento de válvula, realizada en una aleación de alta dureza y resistente a la corrosión, depositada por revestimiento, - el extremo más frío de la varilla, realizado en un acero martensítico capaz de durezas elevadas por temple. En todos los casos, esto aumenta el coste de la válvula Asimismo, la alta estabilidad a la deformación de los aceros austeníticos no es útil a temperaturas inferiores o iguales a 500ºC. Finalmente, la menor conductividad térmica de los aceros austeníticos es más bien desfavorable en servicio. El empleo de los aceros austeníticos constituye por lo tanto una sobrecalidad en algunos aspectos, y presenta igualmente inconvenientes técnicos. Y el coste elevado de la aplicación de esta solución la hace globalmente insatisfactoria en el plano industrial. El documento US-A-4 741 080 divulga un procedimiento de producción de una válvula monobloque de acero, eventualmente de acero austenítico, para motores de explosión, comprendiendo dicho procedimiento una transformación mecánica en caliente como la extrusión por forjado, seguido de un forjado de un enfriamiento al aire, y de un tratamiento térmico. El documento JP-A-11- 217653 divulga el acero de la siguiente composición, en porcentaje ponderal: 0,25-0,50% C, >1,0-2,5% Si, <=1,0% Mn, 10-16% Cr, 0,05-0,2% N, <=20 ppm O, resto Fe con las impurezas inevitables, con opcionalmente uno o más de los siguientes elementos <=1,0% Mo, <=1,0% V, y <=1,0% W. Existe por lo tanto una necesidad por parte de los fabricantes de motores de disponer de un procedimiento que permita fabricar válvulas de admisión de motores diesel EGR, con propiedades mecánicas en servicio elevadas y una resistencia a la corrosión elevada, a la vez que se conserva un coste de fabricación bajo, especialmente porque sería posible realizar esta válvula en forma de una sola pieza maciza. Con este propósito, la invención tiene por objeto un procedimiento de fabricación de una válvula monobloque de motor de explosión, caracterizado porque - se elabora y se cuela un acero de composición, en porcentajes ponderales: 0,45 % C 0,55 % 12 % Cr 18 % ES 2 367 452 T3 2 1 % Si 2,5 % trazas Mn 2 % 0,2 % V 0,5% trazas Mo 0,5 % 0,05 % N 0,15 %, con 0,55 % C + N 0,70 % trazas Ni 1 % trazas Cu 0,25 %, o Cu 0,5 Ni si Cu > 0,25 % trazas Co 1 % trazas W 0,2 % trazas Nb 0,15% trazas Al 0,025% trazas Ti 0,010% trazas S 0,030% trazas P 0,040% trazas B 0,0050% siendo el resto el hiero e impurezas que resultan de la elaboración; - se le transforma termomecánicamente en caliente, por ejemplo por laminado y/o forjado entre 1.000 y 1.200ºC; - opcionalmente se realiza un recocido de adulzamiento, entre 650 y 900ºC durante 2 a 8 horas seguido de un enfriamiento al aire o en el horno; - y se realiza el o los tratamientos térmicos o termomecánicos finales que van a conferir a la válvula su forma y/o sus propiedades definitivas, que incluye una conformación en caliente por forjado o extrusión, terminando la fabricación por un temple superficial localizado, tal como un temple HF, un temple de plasma o un choque láser, ejecutado en algunas partes de la válvula Preferiblemente 14 % Cr 16 %. Preferiblemente 1 % Si 2%. Preferiblemente 0,05 % N 0,12 %. Preferiblemente, traza Mn 1 %. Preferiblemente Si % / Mn % 1. Preferiblemente 0,2 % Mo 0,5 %. Preferiblemente, trazas Ni 0,5 %. Preferiblemente, traza Al 0,015%. Preferiblemente, trazas S 0,003%. Preferiblemente, trazas P 0,010%. Preferiblemente, trazas B 0,0020%. ES 2 367 452 T3 Dichos tratamientos térmicos o termomecánicos finales pueden incluir un temple seguido de un revenido. Dichos tratamientos térmicos o termomecánicos finales pueden incluir un temple seguido de un mecanizado. 3 ES 2 367 452 T3 Las partes de la válvula concernidas por el temple superficial pueden ser el extremo de la varilla y/o la superficie del asiento. La invención tiene asimismo por objeto una válvula monobloque de motor de explosión, caracterizada porque se ha fabricado por el procedimiento anterior. Como se habrá entendido, la invención se basa en primer lugar en un equilibrado preciso de la composición de un acero inoxidable. Permite proporcionar a la pieza fabricada una estructura martensítica y propiedades mecánicas favorables, tras tratamientos termomecánicos adecuados, así como una resistencia a la corrosión próxima a la de los aceros inoxidables austeníticos. Esta se basa a continuación en tratamientos térmicos y mecánicos que confieren a la válvula sus propiedades significativas, y especialmente un temple superficial localizado, por ejemplo (pero no exclusivamente) un temple HF, de sus partes más solicitadas que termina la fabricación. La invención se entenderá mejor con la ayuda de la siguiente descripción, dada en referencia a: - la figura 1 que muestra el diagrama de fases de un ejemplo de acero utilizable en la invención, en función de su contenido en Si; - la figura 2 que muestra las propiedades mecánicas en función de la temperatura de un ejemplo de acero utilizable en la invención; - la figura 3 que muestra las propiedades mecánicas en función de la temperatura de un ejemplo de acero de referencia, no conforme a la invención. El acero utilizado debe responder a diferentes criterios propios de la aplicación considerada, a saber la fabricación de válvulas monobloque para motores de explosión. El volumen de metal en la varilla y la cabeza de válvula debe presentar una dureza y una resistencia a la abrasión no demasiado elevadas en lo que se refiere a la gama de acabado de las piezas (mecanizado, rectificado, pulido, ...) y una ductilidad suficiente. Por el contrario, la superficie del asiento de válvula y el extremo de la varilla deben ofrecer una dureza y un comportamiento a la abrasión muy elevados para esto, el acero debe poder responder a un tratamiento de superficie específico, a saber un temple superficial localizado. Tal temple superficial localizado se realiza, lo más típicamente, por un procedimiento denominado temple a alta frecuencia o temple HF: esta operación consiste en recalentar fuertemente las únicas zonas concernidas, mediante un sistema inductivo, durante un breve instante. La superficie de las válvulas de acero martensítico, localmente reaustenizados por este flash térmico, experimenta a continuación un temple martensítico drástico debido al hecho que el bajo espesor superficial recalentado se enfría rápidamente por conducción por el sustrato subyacente que permanece frío. En estas condiciones, las superficies tratadas por temple HF, y por consiguiente la estructura es martensítica, alcanzan fácilmente durezas de 55 a 60 HRC, que son las requeridas para la aplicación considerada. La dureza media buscada para tensiones de comportamiento al desgaste es generalmente de 58 HRC. Se pueden alcanzar un resultado comparable con otros procedimientos de tratamiento de superficie consistente, como el temple HF, en un temple superficial localizado de la pieza, tales como el temple plasma o el choque láser (denominado también laser peening). Además de estos diferentes criterios ligados al uso de la válvula, el acero utilizado en la invención debe igualmente cumplir diferentes condiciones ligadas... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento de fabricación de una válvula monobloque de motor de explosión, caracterizado porque - se elabora y se cuela un acero de composición, en porcentajes ponderales: 0,45 % C 0,55 % 12 % Cr 18 % 1 % Si 2,5 % trazas Mn 2 % 0,2 % V 0,5% trazas Mo 0,5 % 0,05 % N 0,15 %, con 0,55 % C + N 0,70 % trazas Ni 1 % trazas Cu 0,25 %, o Cu 0,5 Ni si Cu > 0,25 % trazas Co 1 % trazas W 0,2 % trazas Nb 0,15% trazas Al 0,025% trazas Ti 0,010% trazas S 0,030% trazas P 0,040% trazas B 0,0050% ES 2 367 452 T3 siendo el resto hiero e impurezas que resultan de la elaboración; - se le transforma termomecánicamente en caliente, por ejemplo por laminado y/o forjado entre 1.000 y 1.200ºC; - opcionalmente se realiza un recocido de adulzamiento, entre 650 y 900ºC durante 2 a 8 horas seguido de un enfriamiento al aire o en el horno; - y se realiza el o los tratamientos térmicos o termomecánicos finales que van a conferir a la válvula su forma y/o sus propiedades definitivas, que incluye una conformación en caliente por forjado o extrusión, terminando la fabricación por un temple superficial localizado, tal como un temple HF, un temple de plasma o un choque láser, ejecutado en algunas partes de la válvula 2.- Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque 14 % Cr 16 %. 3.- Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque 1 % Si 2%. 4.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque 0,05 % N 0,12 %. 5.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, traza Mn 1 %. 6.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque Si % / Mn % 1. 7.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque 0,2 % Mo 0,5 %. 8.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque trazas Ni 0,5 %. 9.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque traza Al 0,015%. 16 ES 2 367 452 T3 10.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque trazas S 0,003%. 11.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque trazas P 0,010%. 12.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque trazas B 0,0020%. 13.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque dichos tratamientos 5 térmicos o termomecánicos finales pueden incluir un temple seguido de un revenido. 14.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque Dichos tratamientos térmicos o termomecánicos finales pueden incluir un temple seguido de un mecanizado. 15.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque Las partes de la válvula concernidas por el temple superficial pueden ser el extremo de la varilla y/o la superficie del asiento. 10 16.- Válvula monobloque de motor de explosión, caracterizada porque se ha fabricado por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15. 17 ES 2 367 452 T3 18 ES 2 367 452 T3 19 ES 2 367 452 T3