PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE PIEZAS DE FUNDICIÓN ESFEROIDAL.

Procedimiento de fabricación de piezas de fundición esferoidal.



La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de piezas de fundición esferoidal mediante el uso de moldes metálicos o permanentes.

Las propiedades mecánicas resultantes de las nuevas piezas, se consideran de gran interés debido, entre otros aspectos, al gran número de esferoides grafíticos obtenidos en las piezas.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201031959.

Solicitante: FRENOS IRUÑA, S.A.L..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ALVAREZ,IGNACIO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C21C1/10 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C21 METALURGIA DEL HIERRO.C21C PROCESOS DEL HIERRO FUNDIDO, p. ej. AFINADO, FABRICACION DE HIERRO O ACERO DULCE; TRATAMIENTO DE LAS ALEACIONES FERROSAS EN ESTADO LIQUIDO. › C21C 1/00 Afinado del hierro fundido; Hierro colado. › Fabricación de fundiciones de grafito esferoidal.
  • C22C37/04 C […] › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 37/00 Aleaciones de hierro colado. › que contienen grafito esferoidal.

PDF original: ES-2362241_A1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de fabricación de piezas de fundición esferoidal.

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de piezas de fundición esferoidal mediante el uso de moldes metálicos o permanentes. Las propiedades mecánicas resultantes de las nuevas piezas, se consideran de gran interés debido, entre otros aspectos, al gran número de esferoides grafíticos obtenidos en las piezas.

Estado de la técnica anterior

La fabricación de piezas de fundición de hierro está orientada fundamentalmente a la obtención de materiales metálicos económicamente competitivos y con propiedades adecuadas a la funcionalidad de los componentes diseñados. En este último caso, parte de los esfuerzos de investigación actuales se orientan hacia la obtención de fundiciones grafíticas con propiedades optimizadas. El objetivo de estos "nuevos materiales de fundición" se centra en ofrecer una alternativa más económica a la utilización de los aceros u otras aleaciones especiales para la fabricación de piezas con altas prestaciones.

Dentro del campo de las fundiciones de hierro con grafito precipitado, la fundición esferoidal constituye uno de los materiales con más recorrido desde su descubrimiento en la década de los 50. En comparación con la fundición laminar o gris, la formación y posterior crecimiento de los grafitos bajo la forma esferoidal origina aumentos notables en las cargas de rotura, límites elásticos y, especialmente, en los alargamientos del material. Una combinación adecuada de estas tres propiedades mecánicas supone la obtención de materiales con un extenso campo de aplicación tecnológica.

De forma adicional, la formación masiva de esferoides grafíticos en el seno de la matriz metálica tiene consecuencias aún más interesantes. En estas condiciones, se favorece la difusión de los átomos de carbono [M. Wessén, I. Svensson, Metall. Mat. Trans. A, A27, 1996, 2209-2220] hacia los numerosos esferoides disponibles durante el período de enfriamiento de la austenita (Fe-γ). En consecuencia, se obtienen las condiciones adecuadas para la formación y crecimiento de la ferrita (Fe-α) en la transformación sólido-sólido [J. Sertucha, R. Suárez, J. Izaga, L. A. Hurtado, J. Legazpi, Int. J. Cast Met. Res., 2006, 19, 315-322]. Esta fase estructural confiere al material un elevado grado de ductilidad y resistencia al impacto, exceptuando aquellos casos en los que los contenidos de Si y/o P son elevados [L. E. Björkegren, K. Hamberg, Proc. Keith Millis Symposium on Ductile Cast Iron, 2003, I. Riposan, M. Chisamera, S. Stan, Int. J. Cast Met. Res., 20, 2007, 64-67].

Por otra parte, es bien conocida la influencia de las condiciones de enfriamiento sobre las características estructurales y, por tanto, las propiedades mecánicas de las fundiciones de hierro con grafito esferoidal [G. M. Goodrich, R. W. Lobenhofer, AFS Trans., 2007, 115, trabajo nº 07-045; B. V. Kovacs, AFS Trans., 1981, 89, 79-96].

En la gran mayoría de los procesos de fabricación actuales se utilizan moldes configurados con mezclas que contienen arena de sílice (SiO2) como constituyente mayoritario.

Este material refractario se caracteriza por poseer una conductividad térmica comparativamente baja, lo que limita en gran medida la velocidad de enfriamiento de la aleación colada en el interior de este tipo de moldes.

Este tipo de técnica tiene las siguientes inconvenientes

- las operaciones de moldeo son más difíciles, el desmoldeo y obtención de piezas es lento.

- presencia de inclusiones de arena.

- baja densidad de esferoides por unidad de volumen de material (menor homogeneidad en las propiedades del material).

- debido a la baja velocidad de solidificación, son necesarias mayores adiciones de magnesio en los tratamientos para garantizar un correcto índice de esferoidización en el material.

- alto riesgo de contracción metálica.

- bajos rendimientos en los moldes (relación entre el metal de las piezas y el metal colado en el molde).

- existe la posibilidad de deformaciones en las huellas del molde por efecto de la presión metalostática (menores precisiones dimensionales en las piezas).

- necesidad de operaciones posteriores de acabado (rebabas) en las piezas.

- baja conductividad térmica del material y pobre maquinabilidad.

Es por todo ello que se hace necesario desarrollar nuevas metodologías para la obtención de piezas de fundición que mejoren las desventajas anteriormente enunciadas.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento de fabricación de piezas de fundición esferoidal, que resuelve todos los inconvenientes anteriormente citados, cuando se usan moldes configurados con mezclas que contienen arena de sílice (SiO2) como constituyente mayoritario. Para ello se hace uso de moldes metálicos o "permanentes". El uso de este nuevo tipo de moldes, hace que se consigan las siguientes ventajas:

- Mejor acabado superficial y mínima interacción molde-metal. Mayor facilidad en el proceso de limpieza superficial de las piezas.

- Facilidad en las operaciones de moldeo (sólo es necesario abrir y cerrar las coquillas además de efectuar su adecuado mantenimiento).

- Rapidez en el desmoldeo y obtención de las piezas.

- Ausencia de inclusiones de arena (el defecto más común en las fundiciones que usan moldes de arena).

- Elevada densidad de esferoides por unidad de volumen de material (mayor homogeneidad en las propiedades del material).

- Debido a la mayor velocidad de solidificación, son necesarias menores adiciones de magnesio en los tratamientos para garantizar un correcto índice de esferoidización en el material.

- Bajo riesgo de contracción metálica (minimización de rechupes y microrrechupes).

- Altos rendimientos en los moldes (relación entre el metal de las piezas y el metal colado en el molde).

- No existe la posibilidad de deformaciones en las huellas del molde por efecto de la presión metalostática (mayores precisiones dimensionales en las piezas).

- Si existe un buen ajuste de los moldes, apenas son necesarias operaciones posteriores de acabado (rebabas) en las piezas.

- Un incremento tan importante en el número de esferoides por unidad de volumen se traduce en un aumento en la conductividad térmica del material y una mejora en su maquinabilidad.

Esta nueva técnica puede emplearse para la fabricación de piezas de fundición para el sector automoción, componentes hidráulicos, moldes metálicos para la industria del vidrio, tubos centrifugados, etc... El empleo de moldes metálicos acelera en gran medida la velocidad de solidificación y posterior enfriamiento del material, generando cambios importantes en las estructuras obtenidas en el estado bruto de colada.

Por lo tanto, un primer aspecto de la presente invención es un procedimiento de fabricación de piezas de fundición esferoidal que comprende las siguientes etapas:

a) fusión de las cargas metálicas a una temperatura de entre 1400 y 1600ºC. Más preferible entre 1430 y 1450ºC.

b) ajuste de las cargas metálicas para la consecución de la composición requerida;

c) tratamiento de esferoidización con temperaturas inferiores a 1148ºC; y

d) proceso de colada en moldes metálicos o "permanentes".

Según una realización preferida, las cargas metálicas se seleccionan del grupo formado por lingotes de alto carbono, briquetas de viruta de fundición, arrabios, chatarras, acero procedente del sector de la automoción, retornos o cualquier combinación de los mismos. De manera preferida, las cargas metálicas se seleccionan entre lingotes de alto carbono, retornos, briquetas de viruta de fundición, acero procedente del sector de la automoción o cualquier combinación de los mismos.

Según otra realización preferida, la composición de las cargas metálicas es:

- entre un 25 y un 90% de lingote de alto carbono

- entre un 0 y un 30% de acero procedente del sector de automoción

- entre un 0 y un 50% de briquetas de viruta de fundición

- entre un 1 y un 50% de retornos.

Siempre teniendo en cuenta... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de fabricación de piezas de fundición esferoidal que comprende las siguientes etapas:

a) fusión de las cargas metálicas a un rango de temperaturas de entre 1400 y 1600ºC;

b) ajuste de los contenidos de carbono y silicio de las cargas metálicas fusionadas en el paso (a);

c) tratamiento de esferoidización de las cargas metálicas obtenidas en el paso (b) con temperaturas inferiores a 1148ºC; y

d) proceso de colada de las cargas metálicas obtenidas en el paso (c) en moldes metálicos.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, donde las cargas metálicas se seleccionan del grupo formado por lingotes de alto carbono, briquetas de viruta de fundición, arrabios, chatarras, acero procedente del sector de la automoción, retornos o cualquier combinación de los mismos.

3. El procedimiento según la reivindicación 2, donde las cargas metálicas se seleccionan del grupo formado por lingotes de alto carbono, retornos, briquetas de viruta de fundición, acero o cualquier combinación de los mismos.

4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la carga metálica tiene la siguiente composición hasta llegar al 100%:

- entre un 25 y un 90% de lingote de alto carbono; y

- entre un 1 y un 50% de retornos.

5. El procedimiento según la reivindicación 4, donde la carga metálica comprende adicionalmente:

- un porcentaje igual o menor al 30% de acero procedente del sector de automoción;

- un porcentaje igual o menor al 50% de briquetas de viruta de fundición.

6. El procedimiento según la reivindicación 4, donde la carga metálica tiene la siguiente composición hasta llegar al 100%:

- entre un 30 y un 80% de lingote de alto carbono; y

- entre un 1 y un 35% de retornos.

7. El procedimiento según la reivindicación 6, donde la carga metálica comprende adicionalmente:

- un porcentaje igual o menor al 25% de acero procedente del sector de automoción; y

- un porcentaje igual o menor al 35% de briquetas de viruta de fundición.

8. El procedimiento según la reivindicación 1, donde la carga metálica tiene la siguiente composición:

- 75% de lingote de alto carbono;

- 20% de acero procedente del sector de automoción; y

- 5% de retornos.

9. El procedimiento según la reivindicación 1, donde la carga metálica tiene la siguiente composición:

- 33,33% de lingote de alto carbono;

- 33,33% de briquetas de viruta de fundición; y

- 33,33% de retornos.

10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el proceso de fusión de las cargas metálicas se realiza en hornos rotativos.

11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el tiempo de fusión y estancia de dicha carga metálica es de 60 a 80 minutos.

12. El procedimiento según la reivindicación 11, donde el tiempo de fusión y estancia de dicha carga metálica es de 70 minutos.

13. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde la temperatura de fusión de las cargas metálicas está entre 1430 y 1450ºC.

14. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde en la etapa de ajuste de los contenidos de carbono y silicio, las cargas metálicas fundidas procedentes de la etapa a) se trasladan a al menos 1 horno de inducción.

15. El procedimiento según la reivindicación 10, donde las cargas metálicas se trasladan a 3 hornos de inducción consecutivos.

16. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14 ó 15, donde la temperatura de las cargas metálicas se mantiene en un rango de temperaturas comprendido entre 1400 y 1500ºC.

17. El procedimiento según la reivindicación 16, donde la temperatura de las cargas metálicas se mantiene en un rango de temperaturas comprendido entre 1400 y 1450ºC.

18. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, donde la etapa c) de tratamiento de esferoidización comprende las siguientes sub-etapas:

a. adición a una cuchara de tratamiento, FeSiMg en una proporción del 0,7 al 1,0% en peso respecto al peso total de las cargas metálicas;

b. adición de un inoculante sobre el FeSiMg en un proporción del 0,15 al 0,20% al peso total de las cargas metálicas;

c. adición de recortes de acero sobre la mezcla obtenida en la sub-etapa b);

d. llenado hasta un 20 al 30% en volumen de la cuchara de las cargas metálicas obtenidas en la etapa b);

e. adición de las cargas metálicas fundidas procedentes de la etapa b) hasta el llenado de la cuchara; y

f. desescoriar el metal tratado obtenido en la sub-etapa e).

19. El procedimiento según la reivindicación 18, donde la aleación FeSiMg, comprende la siguiente composición hasta el 100%:

- Si: desde un 30 a un 60% en peso;

- Mg: desde un 1 a un 30% en peso;

- Ca: desde un 0,1 a un 4% en peso;

- Al: desde un 0,1 a un 3% en peso; y

- Fe: desde un 30 a un 60% en peso.

20. El procedimiento según la reivindicación 19, donde adicionalmente la aleación de FeSiMg, comprende un porcentaje igual o menor al 3% en peso de tierras raras.

21. El procedimiento según la reivindicación 19, donde la aleación FeSiMg, comprende la siguiente composición hasta el 100%:

- Si: desde un 40 a un 48% en peso;

- Mg: desde un 4 a un 10% en peso;

- Ca: desde un 0,5 a un 1,5% en peso;

- Al: desde un 0,3 a un 1,2% en peso; y

- Fe: desde un 35 a un 50% en peso.

22. El procedimiento según la reivindicación 21, donde la aleación FeSiMg comprende adicionalmente en un porcentaje igual o menor al 1,3% en peso de tierras raras.

23. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 22, donde el inoculante comprende la siguiente composición hasta el 100%:

- Si: desde un 50 a un 90% en peso;

- Ca: desde un 0,1 a un 5,5% en peso;

- Al: desde un 0,1 a un 5% en peso; y

- Fe: desde un 15 a un 35% en peso.

24. El procedimiento según la reivindicación 23, donde adicionalmente el inoculante comprende un porcentaje igual o menor al 15% en peso de Ba, un porcentaje igual o menor al 5% en peso de Bi y un porcentaje igual o menor del 4,5% en peso de tierras raras.

25. El procedimiento según la reivindicación 18, donde el inoculante comprende la siguiente composición hasta el 100%:

- Si: desde un 68 a un 78% en peso;

- Ca: desde un 0,3 a un 1,9% en peso;

- Al: desde un 0,3 a un 1,5% en peso; y

- Fe: desde un 20 a un 30% en peso.

26. El procedimiento según la reivindicación 25, donde adicionalmente el inoculante comprende un porcentaje igual o inferior al 9,5% en peso de Ba, un porcentaje igual o inferior al 1,2% en peso de Bi y un porcentaje igual o inferior al 1% en peso de tierras raras.

27. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, donde la etapa d) de colada en moldes metálicos comprende las siguientes sub-etapas:

a. trasvase del metal procedente de la etapa de esferoidización a una cuchara de colada dotada con sifón de salida;

b. desescoriar el metal tratado de la etapa anterior;

c. llenado de los moldes metálicos o permanentes a través de un sifón;

d. adición en vena de un inoculante al metal de colada, en un porcentaje en peso del 0,15% con respecto al metal tratado en la cuchara, cuya composición es:

- C: 3,70 a 3,85% en peso;

- Si: 2,55 a 2,67% en peso;

- Mn: 0,6 a 0,7% en peso;

- P: 0,035 a 0,07% en peso;

- S: 0,010 a 0,014% en peso;

- Mg: 0,023 a 0,036% en peso; y

- Cu: 0,01 a 0,02% en peso.

e. desmoldar las piezas metálicas obtenidas; y

f. granallar las piezas obtenidas en la etapa anterior.


 

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