Un método para tratar un miembro de acero aleado que comprende los siguientes pasos:

fijar por soldadura un recubrimiento superficial duro al miembro, el recubrimiento superficial duro comprende una matriz de aleación de soldadura y partículas duras en la matriz; calentar el producto por encima de la temperatura de austenización, enfriar el producto por inmersión en una solución acuosa para conseguir una estructura martensítica, y revenir el producto y enfriar el producto, mediante el cual se obtiene un miembro de acero endurecido mediante recubrimiento; caracterizado porque las partículas duras son redondeadas y sustancialmente de tamaño uniforme en el intervalo de aproximadamente 0, 5 mm a aproximadamente 5 mm y porque la matriz de aleación de soldadura es de la misma composición que el miembro de acero aleado, en el que el miembro de acero comprende un acero aleado elegido de un acero que tiene una composición por porcentaje de peso de:

• Carbono< aproximadamente 0, 5%

• Manganeso< aproximadamente 1, 2%

• Silicio< aproximadamente 2, 0%

• Níquel< aproximadamente 3, 0%

• Cromo< aproximadamente 2, 5%

• Molibdeno< aproximadamente 1, 0% siendo el resto hierro, ingredientes incidentales y rastros de impurezas.

Ímbito de la invención [0001] La presente invención se refiere a un método de recubrimiento superficial duro de un miembro de acero y un miembro de acero endurecido mediante recubrimiento superficial duro conforme a los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 17. Tal método y tal miembro de acero endurecido mediante recubrimiento superficial duro son conocidos por la patente EE.UU 6 374 704. En concreto, la invención se refiere a un método para el recubrimiento superficial duro de un producto de acero fundido o forjado que está sometido al desgaste en su uso, y fundamentalmente se describirá con referencia a este contexto. El método de la invención puede usarse en la producción de los miembros de acero endurecidos mediante recubrimiento superficial duro para todo tipo de explotación minera, ferrocarril y usos industriales.

Antecedentes de la Técnica

Los componentes de acero fundido o forjado para usar en material ferroviario, herramientas de minería y equipamiento y maquinaria industrial a menudo están sometidos a un desgaste excesivo y prematuro. El acero a partir del cual se fabrican estos componentes se elige normalmente por su disponibilidad y rentabilidad, y no necesariamente por una fuerza, dureza y resistencia óptimas contra el desgaste o la abrasión. Algunas aleaciones de acero tienen una microestructura mixta que no es propicia para usar en aplicaciones donde se requiere una gran fuerza, una gran resistencia a los impactos, y un reducido desgaste.

Se sabe "endurecer mediante recubrimiento superficial duro" los componentes de acero fundido o forjado de grado estándar mediante la soldadura de una matriz de material que incluye partículas duras, como las partículas de carburo de tungsteno, sobre una superficie del componente para proporcionar una capa exterior dura de material. Normalmente el carburo utilizado es un material de bajo coste proveniente de brocas y puntas prepulidas, y las partículas tienen un tamaño y forma aleatorios. Después de soldar en un proceso de recubrimiento superficial duro convencional, la región del componente de acero más cercana a la capa soldada a menudo está afectada por el calor, y puede tener una microestructura del metal diferente como resultado del calor aplicado durante la soldadura. Así, la superficie del componente puede volverse frágil y entonces perder dureza y resistencia a los impactos. Las grietas entre el componente de acero y el recubrimiento superficial exterior pueden propagarse bajo carga.

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un método de tratamiento de un miembro acero aleado que comprende los siguientes pasos: fijar mediante soldadura un recubrimiento superficial duro al miembro, el recubrimiento comprende una matriz de la aleación de soldadura y partículas duras en la matriz; calentar el producto por encima de la temperatura de austenización, enfriar el producto mediante inmersión en una solución acuosa para conseguir una estructura martensítica y revenir el producto y enfriar el producto, método mediante el cual se obtiene un producto de acero endurecido por recubrimiento superficial duro; caracterizado porque las partículas duras son redondeadas y sustancialmente de tamaño uniforme dentro del intervalo de aproximadamente 0, 5 mm a aproximadamente 5 mm y porque la aleación de la matriz de soldadura es de la misma composición que el miembro de acero aleado, en el que el miembro de acero comprende una aleación de acero elegida a partir de un acero que comprende un acero aleado elegido a partir de un acero que tiene una composición por porcentaje de peso de:

• Carbono < aproximadamente 0, 5%

• Manganeso < aproximadamente 1, 2%

• Silicio < aproximadamente 2, 0%

• Níquel < aproximadamente 3, 0%

• Cromo < aproximadamente 2, 5%

• Molibdeno < aproximadamente 1, 0%

siendo el resto hierro, ingredientes incidentales y rastros de impurezas.

Si los extremos afilados de las partículas duras sobresalen de la superficie del recubrimiento duro, esto puede provocar la rotura o el astillamiento de estas partículas y también la posible erosión de la matriz de soldadura, lo que puede incrementar la tasa de desgaste del recubrimiento superficial duro.

Este tamaño uniforme permite una mejor densidad de empaquetamiento de las partículas duras en la matriz de soldadura del recubrimiento duro, de modo que pocas partículas, o ninguna, sobresaldrán de la superficie del recubrimiento duro, limitando así la posible erosión o la fractura de la matriz de soldadura.

Al utilizar aquí el término "miembro de acero" se incluye cualquier producto de acero fundido o cualquier tipo de producto de acero forjado, siendo los productos forjados formados mediante forja u otros procesos de formación mecánica mientras se calientan. Tales productos pueden incluir una amplia variedad de componentes de muchas formas y tamaños, por ejemplo barras de acero, placas, pasadores, yugos, conectores, palas/cucharas, dientes de cuchillas, etc.

Al realizarse las fases de tratamiento térmico de endurecimiento y revenido tras la fase de soldadura, la microestructura del metal del miembro de acero puede transformarse de nuevo de forma que la microestructura del miembro en sí no se fragilice. Esto es así especialmente en la zona afectada por el calor localizada en la parte del miembro más cercana a la soldadura. La temperatura de austenización y la temperatura de revenido se seleccionan según la composición química del miembro de acero, como se describe a continuación con más detalle.

En general, el miembro se endurece calentándolo a una temperatura superior a la de austenitización durante un intervalo mínimo calculado según el espesor del miembro.

En un modo de realización, la temperatura a la que se endurece el miembro es aproximadamente de 9001000º C, y, una vez calentado, el miembro es enfriado mediante inmersión en una solución acuosa hasta que el miembro se enfría hasta la temperatura ambiente.

En general, el miembro se reviene calentándolo a la temperatura de revenido durante un intervalo mínimo calculado según el espesor del miembro.

En un modo de realización, la temperatura de revenido oscila entre aproximadamente 200º C y aproximadamente 650º C y el miembro se enfría tras el revendió mediante enfriamiento por inmersión en una solución acuosa hasta que el miembro se ha enfriado hasta la temperatura ambiente.

En un modo de realización, la sustancia particulada comprende partículas de un tamaño de diámetro de entre aproximadamente 0, 5 milímetros y aproximadamente 5 milímetros. La sustancia particulada dura puede ser carburo de tungsteno sinterizado, o alternativamente la sustancia particulada dura puede ser carburo de tungsteno macrocristalino (o fundido) .

La microestructura del metal de la región del miembro de acero cercano a la superficie puede alterarse en la fase de acoplamiento si se utiliza el calor, y puede dar lugar a una zona afectada por el calor en el miembro. Al llevar a cabo las fases de tratamiento térmico de endurecimiento y revenido después de la fase de acoplamiento del recubrimiento duro, la microestructura del metal del miembro de acero adyacente al recubrimiento resultante puede ser transformada para que no esté fragilizada o sea inferior. El enfriamiento por inmersión en una solución acuosa es una forma rápida de transformar de manera sustancial la microestructura del metal en martensita y de limitar la transformación incompleta en microestructuras no preferidas y de evitar la formación de propiedades no deseables asociadas con la fragilización del revenido. El enfriamiento de fluidos de otros tipos como aceite o incluso el aire ambiente no elimina el calor de las piezas de fundición de una forma tan rápida y uniforme como una solución acuosa.

El revenido del miembro llevado a cabo antes del recubrimiento superficial duro puede realizarse a una temperatura más elevada de la zona de fragilización del revenido del acero aleado que contiene cierta cantidad de metal de manganeso, cromo y níquel, que oscila típicamente entre 300º C-500º C. La temperatura del revenido que oscila entre aproximadamente 550º C y aproximadamente 700º C también es superior a la temperatura del revenido previa a la soldadura utilizada en los procesos de la técnica precedente de alrededor de 250º C-350º C. En este intervalo de temperaturas más altas, los inventores han descubierto que se produce un ablandamiento mayor, que sorprendentemente resulta en un refinamiento superior de la estructura del grano... [Seguir leyendo]

1. Un método para tratar un miembro de acero aleado que comprende los siguientes pasos:

fijar por soldadura un recubrimiento superficial duro al miembro, el recubrimiento superficial duro comprende una matriz de aleación de soldadura y partículas duras en la matriz; calentar el producto por encima de la temperatura de austenización, enfriar el producto por inmersión en una solución acuosa para conseguir una estructura martensítica, y revenir el producto y enfriar el producto, mediante el cual se obtiene un miembro de acero endurecido mediante recubrimiento; caracterizado porque las partículas duras son redondeadas y sustancialmente de tamaño uniforme en el intervalo de aproximadamente 0, 5 mm a aproximadamente 5 mm y porque la matriz de aleación de soldadura es de la misma composición que el miembro de acero aleado, en el que el miembro de acero comprende un acero aleado elegido de un acero que tiene una composición por porcentaje de peso de:

• Carbono < aproximadamente 0, 5%

• Manganeso < aproximadamente 1, 2%

• Silicio < aproximadamente 2, 0%

• Níquel < aproximadamente 3, 0%

• Cromo < aproximadamente 2, 5%

• Molibdeno < aproximadamente 1, 0%

siendo el resto hierro, ingredientes incidentales y rastros de impurezas.

2. El método de la reivindicación 1 en el que las partículas duras son sustancialmente esféricas.

3. El método de la reivindicación 1 en el que el miembro es endurecido mediante su calentamiento a una temperatura superior de la de austenización durante un intervalo mínimo calculado en función del espesor del miembro.

4. El método de la reivindicación 1 en el que la temperatura a la que se endurece el producto oscila entre aproximadamente 900º C y aproximadamente 1000º C.

5. El método de la reivindicación 1, en el que el producto se enfría por inmersión en la solución acuosa hasta que el producto se enfría a una temperatura ambiente.

6. El método de la reivindicación 1, en el que el producto se reviene calentándolo a la temperatura de revenido durante un intervalo mínimo calculado en función del espesor del producto.

7. El método de la reivindicación 6, en el que la temperatura de revenido oscila en un intervalo de aproximadamente 200º C a aproximadamente 650º C.

8. El método de la reivindicación 1, en el que las partículas duras son del grupo que comprende carburo de tungsteno sinterizado y carburo de tungsteno macrocristalino.

9. El método de la reivindicación 1 y que comprende además la fase de revenido del miembro previa al recubrimiento superficial duro del miembro a una temperatura que oscila entre aproximadamente 550º C a aproximadamente 700º C.

10. El método de la reivindicación 9 en el que la temperatura de revenido utilizada antes de la soldadura del recubrimiento superficial duro oscila entre aproximadamente 600º C y aproximadamente 650º C.

11. El método de la reivindicación 1, en el que el miembro se normaliza a una temperatura que oscila entre aproximadamente 900º C y aproximadamente 1000º C y después se somete a un periodo de enfriamiento por aire, antes de la soldadura del recubrimiento superficial duro.

12. El método de la reivindicación 1, en el que la soldadura se realiza mediante soldadura MIG y las partículas duras se aplican a un baño de fusión de la matriz de soldadura a una velocidad medida predeterminada.

13. El método de la reivindicación 12, en el que la corriente de suministro eléctrico, voltaje, velocidad de desplazamiento y distancia de la boquilla del soldador MIG se controlan en relación a la superficie del producto.

14. El método de la reivindicación 1, en el que las partículas duras comprenden carburo de tungsteno y el método incluye controlar la corriente de suministro al soldador MIG para controlar la temperatura de la matriz de fusión para eludir sustancialmente la formación de carburo de eta-tungsteno.

15. El método de la reivindicación 1, en el que el miembro se normaliza a una temperatura que oscila entre aproximadamente 900º C y aproximadamente 1000º C, seguido de un periodo de enfriamiento por aire y un revenido a una temperatura de 600º C a 650º C, antes de soldar;

la temperatura de austenización posterior a la soldadura es de 900º C a 1000º C y el revenido oscila entre 200º C y 5 650º C;

las partículas duras oscilan entre 0, 7 mm y 1, 5 mm y son de carburo de tugnsteno; y la soldadura se lleva a cabo mediante soldadura MIG con las partículas de carburo de tungsteno suspendidas en un baño de fusión de la matriz de soldadura.

16. Un miembro de acero endurecido mediante recubrimiento superficial duro, siendo el miembro de acero una pieza de fundición de acero aleado que tiene un recubrimiento superficial duro que comprende partículas duras en una matriz soldada a la pieza de fundición de acero, teniendo el miembro de acero una estructura que corresponde a calentar el miembro por encima de la temperatura de austenización, enfriar el miembro por inmersión en agua, revenir el producto y enfriar el miembro; caracterizado porque las partículas duras son redondeadas y sustancialmente de tamaño uniforme y oscilan entre aproximadamente 0, 5 mm y aproximadamente 5 mm; y porque

la aleación de la matriz de soldadura es de la misma composición que el miembro de acero aleado, en el que el miembro de acero aleado comprende un acero aleado elegido a partir de un acero que tiene una composición de:

• Carbono < aproximadamente 0, 5%

• Manganeso < aproximadamente 1, 2%

• Silicio < aproximadamente 2, 0% 20 • Níquel < aproximadamente 3, 0%

• Cromo < aproximadamente 2, 5%

• Molibdeno < aproximadamente 1, 0% siendo el resto hierro, ingredientes incidentales y rastros de impurezas.

17. El miembro de la reivindicación 16, en el que las partículas son de carburo de tungsteno.