Artículo en acero de herramientas para trabajo en frío.

Un artículo de pulvimetalurgia en acero de herramientas para trabajo en frío de polvo prealeado compactado isostáticamente en caliente,

atomizado con nitrógeno, que tiene tenacidad a impacto mejorada, en el que el polvo prealeado consiste de, en porcentajes de peso; 0,5 a 1,2 de carbono, 0,02 a 0,20 de nitrógeno, 0,3 a 1,3 de silicio, hasta 1 de manganeso, 6 a 9 de cromo, 0,6 a 2 de molibdeno, 0,5 a 3,0 de tungsteno, 0,2 a 2,0 de vanadio, 1,0 a 4,0 de niobio, y resto hierro e impurezas incidentales, y en el que el artículo comprende 2,5 % a 6.0% en volumen de carburos primarios MC esféricos ricos en niobio-vanadio uniformemente distribuidos en una matriz de martensita templada, y

(i) 95% de los carburos primarios esféricos ricos en niobio-vanadio son más pequeños que 1,25 μm en diámetro cuando se mide en sección transversal metalográfica, o

(ii) 98% de los carburos primarios esféricos ricos en niobio-vanadio son más pequeños que 1,5 μm en diámetro cuando se mide en sección transversal metalográfica.

Artículo en acero de herramientas para trabajo en frío.

Campo de la Invención [0001] La invención se refiere a un artículo en acero de herramientas para trabajo en frío por pulvimetalurgia, fabricado por compactación isostática en caliente de polvo prealeado atomizado con nitrógeno, con tenacidad a impacto mejorada. La nueva aleación fue desarrollada después de descubrir que la adición de niobio al acero de herramientas da lugar a un potencial mayor de precipitación de carburos primarios de MC, que combinado con la atomización por gas de la aleación líquida, da lugar a una distribución de carburo de grano más fino. Estos carburos de grano más fino, a su vez, dan lugar a resistencia a fractura por flexión y tenacidad a impacto mejoradas del nuevo acero de herramientas. La compactación isostática en caliente de polvo prealeado atomizado con gas nitrógeno retiene la distribución fina de carburos y hace posible obtener la microestructura necesaria para conseguir las características tanto de tenacidad deseada como de resistencia al desgaste requeridas para aplicaciones exigentes de trabajo en frío.

Antecedentes de la invención [0002] Para proporcionar un rendimiento satisfactorio, los aceros de herramientas de trabajo en frío deben lograr una dureza requerida, poseer suficiente tenacidad y ser resistentes al desgaste.

La resistencia al desgaste de los aceros de herramientas depende de la cantidad, el tipo, y la distribución de tamaños de los carburos primarios, así como la dureza total. Los carburos de aleación primarios, debido a su muy alta dureza, son los principales contribuyentes a la resistencia al desgaste. Entre todos los tipos de carburos primarios comúnmente hallados en acero de herramientas los carburos primarios de tipo MC ricos en vanadio poseen la dureza más elevada. El niobio también forma carburos de tipo MC ricos en Nb muy duros pero su uso en acero de herramientas producido por metalurgia de lingote se ha limitado debido a su tendencia de formar carburos de tipo MC grandes, lo cual tiene efectos perjudiciales sobre la tenacidad del acero de herramientas que contiene Nb.

Para obtener la combinación deseada de tenacidad y resistencia al desgaste en el acero de herramientas de trabajo en frío de la invención, es necesario obtener una dispersión de carburos primarios de tipo MC muy pequeños uniformemente distribuidos en una matriz de martensita templada.

En base a cálculos termodinámicos (realizados con programas de Thermo-Calc acoplados con base de datos termodinámica TCFE3) se descubrió que añadir niobio a una composición de acero de herramientas de trabajo en frío (producido por proceso de pulvimetalurgia) da lugar a un mayor potencial de precipitación de carburos primarios ricos en Nb de tipo MC, lo cual a su vez lleva a una distribución más fina de carburos primarios. Se ha formulado la siguiente composición química nominal (porcentajes en peso) de un nuevo grado de acero de herramientas de trabajo en frío de alta tenacidad: Fe-0, 8C-7, 5Cr-0, 75V-2, 5Nb-1, 3Mo-1, 5W-0, 1N. La composición química de la matriz de la aleación de la invención y la fracción de volumen de los carburos primarios de tipo MC en la aleación de la invención son similares a aquellas características de algunos otros aceros de herramientas de trabajo en frio seleccionados producidos comercialmente para proporcionar características deseadas de endurecimiento y de resistencia al desgaste. El grado de acero de metalurgia PM (referido como Aleación A) y un grado de acero de herramientas de metalurgia convencional (referido como Aleación B) , cuyas composiciones son listadas en la Tabla 1. Ambos aceros (Aleación A y Aleación B) son utilizados como aceros de herramientas de trabajo en frío de referencia para la comparación de las propiedades de tenacidad y resistencia, así como las características microestructurales.

EP 0875588 A2 divulga un artículo en acero de herramientas de trabajo en frío por pulvimetalurgia con una composición, en porcentajes de peso, de 0, 5 a 1, 2 de carbono, 0, 02 a 0, 20 de nitrógeno, 0, 3 a 1, 3 de silicio, hasta 1 de manganeso, 6 a 9 de cromo, 0, 6 a 2 molibdeno, 0, 5 a 3, 0 tungsteno, 0, 2 a 2, 0 vanadio y resto hierro e impurezas incidentales.

US 200410134568 A identifica un prejuicio, en la técnica, en contra de añadir niobio a tal composición.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Según la invención, se proporciona un artículo en acero de herramientas para trabajo en frío por pulvimetalurgia de polvo prealeado compactado isostático en caliente, atomizado con nitrógeno, con tenacidad al impacto mejorada. El polvo prealeado consiste de, en porcentajes en peso, 0, 5 a 1, 2 de carbono, 0, 02 a 0, 20 de nitrógeno, 0, 3 a 1, 3 de silicio, hasta 1 de manganeso, 6 a 9 de cromo, 0, 6 a 2 de molibdeno, 0, 5 a 3, 0 de tungsteno, 0, 2 a 2, 0 vanadio, 1, 0 a 4, 0 de niobio, y resto hierro e impurezas incidentales.

El artículo de la invención tiene 2.5% a 6.0% en volumen de carburos primarios esféricos de tipo MC ricos en vanadio-niobio uniformemente distribuidos en una matriz de martensita templada. [0010] El artículo de la invención tiene carburos primarios ricos en niobio-vanadio esféricos, 95% de los cuales son más pequeños que 1.25 micras en diámetro cuando se miden en una sección metalográfica.

Alternativamente el artículo de la Invención tiene carburos primarios esféricos ricos en niobio-vanadio, 98% de los cuales con diámetros menores que 1, 5 micras cuando se miden en una sección metalográfica transversal.

Preferiblemente, la aleación del artículo tiene de 0, 75 a 0, 85 de carbono, 0, 08 a 0, 14 nitrógeno, 0, 5 a 1, 1 de silicio, hasta 0, 5 de manganeso, 7 a 8 de cromo, 1, 0 a 1, 5 de molibdeno, 1, 3 a 1, 8 de tungsteno, 0, 5 a 1 de vanadio y 2, 25 a 2, 75 de niobio.

Debe entenderse que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son únicamente explicativas y a modo de ejemplo y no son restrictivas de la invención, como se reivindica.

Los dibujos acompañantes, los cuales son incorporados en y constituyen una parte de esta especificación, ilustran dos realizaciones de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es una microfotografía de la microestructura atacada químicamente (ampliación 500x) de la aleación de la invención endurecida en aceite a partir de 1065°C (1950°F) y templada a 552°C (1025°F) durante 2 horas + 2 horas; La Figura 2 es una microfotografía de la microestructura atacada químicamente (ampliación 500x) de la Aleación A, endurecida en aire a partir de 1065°C (1950°F) y templada a 524°C (975°F) durante 2 horas + 2 horas; La Figura 3 es una microfotografía de la microestructura atacada químicamente (ampliación 500x) de la Aleación B, una aleación convencional fundida en lingotes, endurecida en aire a partir de 1120°C (2050°F) y templada a 552°C (1025°F) durante 2 horas + 2 horas + 2 horas; La Figura 4 es un gráfico de barras mostrando la distribución de tamaño de carburos primarios de la aleación de la invención y la Aleación A; y la Figura 5 es un gráfico mostrando la distribución de tamaño de carburos primarios de la aleación de la invención y la Aleación A, utilizando la escala logarítmica para el recuento de carburos primarios.

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES

Composiciones Químicas Ensayadas [0016] La Tabla 1 revela las composiciones químicas que se examinaron experimentalmente y que llevan a la aleación de la invención que consiguen una combinación mejorada de tenacidad y resistencia al desgaste. Las composiciones químicas de la Aleación A y la Aleación B se incluyen para fines de comparación.

Los aceros prealeados de herramientas de trabajo en frío de las composiciones químicas informadas, excepto la aleación B, se fundieron en una atmósfera de nitrógeno, se atomizaron por nitrógeno de gas, y se prensaron isósticamente en caliente (HIP) .

La aleación de la invención está diseñada para tener aproximadamente las composiciones químicas de matriz equivalentes y las fracciones de volumen de carburos primarios de tipo MC como la Aleación A. La mejora clave sobre la Aleación A en términos de características de tenacidad es debida al descubrimiento de que la distribución de tamaño de los carburos primarios ricos en Nb de tipo MC en la aleación de la invención está desplazada hacia carburos primarios más pequeños comparada con el distribución de tamaño de carburos primarios ricos en V de tipo MC en la Aleación A (Figuras 1, 2, 4 y 5) . La mejora es incluso más pronunciada cuando se compara la aleación de... [Seguir leyendo]

1. Un artículo de pulvimetalurgia en acero de herramientas para trabajo en frío de polvo prealeado compactado isostáticamente en caliente, atomizado con nitrógeno, que tiene tenacidad a impacto mejorada, en el que el polvo prealeado consiste de, en porcentajes de peso; 0, 5 a 1, 2 de carbono, 0, 02 a 0, 20 de nitrógeno, 0, 3 a 1, 3 de silicio, hasta 1 de manganeso, 6 a 9 de cromo, 0, 6 a 2 de molibdeno, 0, 5 a 3, 0 de tungsteno, 0, 2 a 2, 0 de vanadio, 1, 0 a 4, 0 de niobio, y resto hierro e impurezas incidentales, y en el que el artículo comprende 2, 5 % a 6.0% en volumen de carburos primarios MC esféricos ricos en niobio-vanadio uniformemente distribuidos en una matriz de martensita templada, y

(i) 95% de los carburos primarios esféricos ricos en niobio-vanadio son más pequeños que 1, 25 μm en diámetro cuando se mide en sección transversal metalográfica, o

(ii) 98% de los carburos primarios esféricos ricos en niobio-vanadio son más pequeños que 1, 5 μm en

diámetro cuando se mide en sección transversal metalográfica. 15

2. El artículo de la Reivindicación 1 en donde, en términos de porcentaje en peso, el carbono es 0, 75 a 0, 85, el nitrógeno es 0, 08 a 0, 14, el silicio es 0, 5 a 1, 1, el manganeso es hasta 0, 5, el cromo es 7 a 8, molibdeno es 1, 0 a 1, 5, el tungsteno es 1, 3 a 1, 8, el vanadio es 0, 5 a 1 y el niobio es 2, 25 a 2, 75.