Aleación de polvo de hierro y vanadio.

Polvo de acero a base de hierro prealeado pulverizado con agua que comprende en % en peso:

el 0,05-0,4 de V,

el 0,09-0,3 de Mn

,menos del 0,1 de Cr,

menos del 0,1 de Mo,

menos del 0,1 de Ni,

menos del 0,2 de Cu,

menos del 0,1 de C,

menos del 0,25 de O,

menos del 0,5 de impurezas inevitables,

siendo el resto hierro.

Aleación de polvo de hierro y vanadio Campo de la invención La presente invención se refiere a polvo que contiene vanadio a base de hierro que está esencialmente libre de cromo, molibdeno y níquel, así como a una composición de polvo que contiene el polvo y otros aditivos, y a un componente forjado de polvo preparado a partir de la composición de polvo. El polvo y la composición de polvo se diseñan para una producción económica de piezas sinterizadas de polvo y alternativamente forjadas.

Antecedentes de la invención En las industrias, el uso de fabricación de productos metálicos mediante compactación y sinterización de composiciones de polvo metálico está volviéndose cada vez más extendido. Están produciéndose varios productos diferentes de forma y grosor variables y los requisitos de calidad están aumentándose continuamente al mismo tiempo que se desea reducir el coste. Dado que se obtienen componentes de forma final, o componentes de forma similar a la final que requieren un mínimo de mecanizado con el fin de alcanzar la forma acabada, mediante prensado y sinterización de composiciones de polvo de hierro en combinación con un alto grado de uso de material, esta técnica tiene una gran ventaja con respecto a técnicas convencionales para conformar piezas metálicas tales como moldeo o mecanizado a partir de material en barras o piezas forjadas.

Sin embargo, un problema relacionado con el método de prensado y sinterización es que el componente sinterizado contiene una determinada cantidad de poros que reducen la resistencia del componente. Básicamente, hay dos maneras de superar el efecto negativo sobre las propiedades mecánicas provocado por la porosidad del componente. 1) La resistencia del componente sinterizado puede aumentarse introduciendo elementos de aleación tales como carbono, cobre, níquel, molibdeno, etc. 2) La porosidad del componente sinterizado puede reducirse aumentando la compresibilidad de la composición de polvo, y/o aumentando la presión de compactación para obtener una densidad en crudo superior, o aumentando la contracción del componente durante la sinterización. En la práctica, se aplica una combinación de aumento de la resistencia del componente mediante adición de elementos de aleación y minimización de la porosidad.

El cromo sirve para aumentar la resistencia de la matriz mediante endurecimiento por disolución sólida, aumento de la templabilidad, resistencia a la oxidación y resistencia a la abrasión de un cuerpo sinterizado. Sin embargo, los polvos de hierro que contienen cromo pueden ser difíciles de sinterizar, ya que con frecuencia requieren una alta temperatura y atmósferas muy bien controladas.

La presente invención se refiere a una aleación que excluye cromo, es decir que no tiene un contenido intencionado de cromo. Esto da como resultado requisitos menores sobre el equipo de horno de sinterización y el control de la atmósfera en comparación con cuando se sinterizan materiales que contienen cromo.

El forjado de polvo incluye una rápida densificación de una preforma sinterizada usando un golpe de forjado. El resultado es una pieza de forma final completamente densa, o pieza de forma similar a la final, adecuada para aplicaciones de alto rendimiento. Normalmente, se han fabricado artículos forjados de polvo a partir de polvo de hierro mezclado con cobre y grafito. Otros tipos de materiales sugeridos incluyen polvo de hierro prealeado con níquel y molibdeno y pequeñas cantidades de manganeso para potenciar la templabilidad del hierro sin desarrollar óxidos estables. También se añaden comúnmente agentes potenciadores de la capacidad de mecanización tales como MnS.

El carbono en el componente acabado aumentará la resistencia y dureza. El cobre se funde antes de alcanzar la temperatura de sinterización aumentando así la tasa de difusión y promoviendo la formación de cuellos de sinterización. La adición de cobre mejorará la resistencia, dureza y templabilidad.

Se han producido satisfactoriamente bielas para motores de combustión interna mediante la técnica de forjado de polvo. Cuando se producen bielas usando forjado de polvo, habitualmente se somete el extremo grande del componente compactado y sinterizado a una operación de división por fractura. Se mecanizan orificios y roscas para los pernos del extremo grande. Una propiedad esencial para una biela en un motor de combustión interna es un alto límite de resistencia a la compresión ya que tal biela se somete a cargas de compresión tres veces superiores a las cargas de tracción. Otra propiedad esencial del material es una capacidad de mecanización apropiada ya que tienen que mecanizarse orificios y roscas con el fin de conectar los extremos grandes divididos tras el montaje. Sin embargo, la fabricación de bielas es una aplicación de alto volumen y sensible al precio con requisitos estrictos de rendimiento, diseño y durabilidad. Por tanto, son altamente deseables materiales o procedimientos que proporcionen menores costes.

Los documentos US 3.901.661, US 4.069.044, US 4.266.974, US 5.605.559, US 6.348.080 y WO 03/106079 describen polvos que contienen molibdeno. Cuando se usa un polvo prealeado con molibdeno para producir piezas prensadas y sinterizadas, se forma bainita fácilmente en la pieza sinterizada. En particular, cuando se usan polvos que tienen bajos contenidos de molibdeno, la bainita formada es gruesa afectando a la capacidad de mecanización, lo que puede ser problemático en particular para bielas en las que es deseable una buena capacidad de mecanización. Además el molibdeno es muy caro como elemento de aleación.

En el documento US 5.605.559 se ha obtenido una microestructura de perlita fina con un polvo aleado con Mo manteniendo el contenido de Mn muy bajo. Sin embargo, mantener el contenido de Mn bajo puede ser caro, en particular cuando se usa chatarra de acero económica en la producción, ya que la chatarra de acero con frecuencia contiene Mn en un 0, 1% en peso y más. Además, el Mo es un elemento de aleación caro. Por tanto, el polvo producido será por consiguiente comparativamente caro, debido al bajo contenido de Mn y al coste del Mo.

Los documentos US 2003/0033904, US 2003/0196511 y US2006/086204 describen polvos útiles para la producción de bielas forjadas de polvo. Los polvos contienen polvos a base de hierro prealeados, que contienen manganeso y azufre, mezclados con polvo de cobre y grafito. El documento US 2006/086204 describe una biela fabricada a partir de una mezcla de polvo de hierro, grafito, sulfuro de manganeso y polvo de cobre. El valor de límite de resistencia a la compresión más alto, 775 MPa, se obtuvo para un material que tenía el 3% en peso de Cu y el 0, 7% en peso de grafito. El valor correspondiente para la dureza fue de 34, 7 HRC, que corresponde a aproximadamente 340 HV1. Una reducción de los contenidos de cobre y carbono también conducirá a una reducción del límite de resistencia a la compresión y la dureza.

El documento US 5.571.305 describe un polvo que tiene una capacidad de mecanización excelente. Se usan activamente azufre y cromo como elementos de aleación.

Objetos de la invención Un objeto de la invención es proporcionar un polvo que contiene vanadio a base de hierro aleado, que está esencialmente libre de cromo, molibdeno y níquel, y que es adecuado para producir componentes según se sinterizan y opcionalmente forjados de polvo tales como bielas.

Otro objeto de la invención es proporcionar un polvo que puede formar componentes forjados de polvo que tienen un alto límite de deformación por compresión, CYS, en combinación con una dureza de Vickers relativamente baja, permitiendo mecanizar fácilmente la pieza según se sinteriza y opcionalmente forjada de polvo y todavía ser lo suficientemente resistente. Se desea una razón CYS/dureza (HV1) superior a 2, 25, preferiblemente superior a 2, 30, mientras se tiene un valor de CYS de al menos 830 MPa y una dureza HV1 de como máximo 420.

Otro objeto de la invención es proporcionar una pieza sinterizada de polvo y alternativamente forjada, preferiblemente una biela, que tiene las propiedades mencionadas anteriormente.

Sumario de la invención Al menos uno de estos objetos se logra mediante:

- Un polvo de acero poco aleado pulverizado con agua que comprende en % en peso: el 0, 05-0, 4 de V, el 0, 09-0, 3 de Mn, menos del 0, 1 de Cr, menos del 0, 1 de Mo, menos del 0, 1 de Ni, menos del 0, 2 de Cu, menos del 0, 1 de C, menos del 0, 25 de O, menos del 0, 5 de impurezas inevitables, siendo el resto hierro.

- Una composición de polvo de acero a base de hierro basada en el polvo de acero que tiene, en % en peso de la composición: el 0, 35-1 de C en forma de grafito, y opcionalmente el 0, 05-2... [Seguir leyendo]

1. Polvo de acero a base de hierro prealeado pulverizado con agua que comprende en % en peso: el 0, 05-0, 4 de V, el 0, 09-0, 3 de Mn, menos del 0, 1 de Cr, menos del 0, 1 de Mo, menos del 0, 1 de Ni, menos del 0, 2 de Cu, menos del 0, 1 de C, menos del 0, 25 de O, menos del 0, 5 de impurezas inevitables, siendo el resto hierro.

2. Polvo según la reivindicación 1, en el que el contenido de V está dentro del intervalo del 0, 1-0, 35.

3. Polvo según la reivindicación 2, en el que el contenido de V está dentro del intervalo del 0, 2-0, 35.

4. Polvo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el contenido de Mn dentro del intervalo del 0, 09-0, 2% en peso.

5. Polvo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el contenido de S es de menos del menos del 0, 05% en peso.

6. Polvo según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el contenido de Cr es de menos del 0, 05% en peso, el contenido de Ni es de menos del 0, 05% en peso, el contenido de Mo es de menos del 0, 05% en peso, el contenido de Cu es de menos del 0, 15% en peso, el contenido de S es de menos del 0, 03% en peso, y la cantidad total de impurezas casuales es de menos del 0, 3% en peso.

7. Composición de polvo a base de hierro que comprende un polvo de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6 mezclado con el 0, 35-1% en peso de la composición de grafito, y opcionalmente el 0, 05-2% en peso de la composición de lubricantes, y/o cobre en una cantidad del 1, 5-4% en peso, y/o níquel en una cantidad del 1-4%; y opcionalmente materiales de fase dura y agentes potenciadores de la capacidad de mecanización.

8. Composición de polvo a base de hierro según la reivindicación 7, en la que el polvo no se mezcla con Ni.

9. Método para producir un componente sinterizado y opcionalmente forjado de polvo que comprende las etapas de; a) preparar una composición de polvo de acero a base de hierro según la reivindicación 7 u 8, b) someter la composición a compactación a entre 400 y 2000 MPa, c) sinterizar el componente crudo obtenido en una atmósfera reductora a una temperatura de entre 10001400ºC,

d) opcionalmente forjar el componente calentado a una temperatura superior a 500ºC o someter el componente sinterizado obtenido a una etapa de tratamiento térmico.

10. Componente forjado de polvo producido a partir de la composición de polvo a base de hierro según la reivindicación 7 u 8.

11. Componente forjado de polvo según la reivindicación 10, teniendo el componente una microestructura sustancialmente perlítica/ferrítica.

12. Componente según la reivindicación 10 u 11, siendo el componente una biela.

13. Componente forjado de polvo según una cualquiera de las reivindicaciones 10-12, teniendo el componente una límite de resistencia a la compresión (CYS) de al menos 830 MPa, y una razón entre el límite de deformación por compresión (CYS) y la dureza de Vickers (HV1) de al menos 2, 25, estando el límite de deformación por compresión en MPa cuando se calcula la razón.