Aleación a base de Ni resistente al desgaste y la corrosión.

Una aleación a base de níquelresistente a la corrosión y al desgaste que consiste en,

en porcentaje en peso:

carbono - 1 %-6 %; cromo - 14 %-25 %; vanadio - 8 %-22 %;

molibdeno - 6 %-15 %; cobalto - 5 %-14 %; titanio - 1 %-7 %;

aluminio - 1 %-4 %; circonio - hasta el 2 %; silicio - hasta el 1 %;

y el resto níquel e impurezas accidentales.

Aleación a base de Ni resistente al desgaste y la corrosión Descripción de la invención Campo de la invención

La presente solicitud reivindica el beneficio respecto de la solicitud provisional de EE.UU. n° 6/814.81 presentada el 16 de junio de 26 y la solicitud de patente de EE.UU. n° 11/752.584 presentada el 23 de mayo de 27, cuyos contenidos se incorporan en la presente memoria por referencia.

La presente invención se refiere a una familia de aleaciones a base de níquel diseñadas para aplicaciones en entornos altamente corrosivos y abrasivos. Más específicamente, la presente invención se refiere a una familia de aleaciones a base de níquel resistentes a la corrosión que contienen una gran fracción en volumen de partículas de carburo que producen resistencia mejorada al desgaste abrasivo. Estas aleaciones se producen fundiendo una composición prescrita en un horno de inducción y atomizando gas para producir partículas en polvo de aleación. A continuación, las partículas en polvo de aleación producidas se consolidan por un procedimiento de prensado isostático en caliente (HIP) para obtener una barra de aleación sólida, o el polvo de aleación puede usarse para HIP/chapado para producir una capa resistente al desgaste/corrosión sobre superficies críticas de componentes que se exponen a entornos abrasivos/corrosivos. El polvo producido también puede aplicarse a superficies críticas para producir una capa resistente al desgaste/corrosión usando procedimientos alternativos, tales como diversos procedimientos de deposición por pulverización, transferencia de plasma, deposición láser, y similares.

Antecedentes de la invención

Los avances en las tecnologías de fabricación y el desarrollo de nuevos procedimientos de fabricación producen demandas cada vez mayores de materiales usados para construir maquinaria avanzada para estas exigentes aplicaciones. Muchas aplicaciones implican entornos de servicio complejos y agresivos en los que los componentes y el conjunto de útiles de la máquina se someten a múltiples factores, tales como carga de impacto, intensa corrosión y amplio desgaste. El procesamiento de alimentos secos y el procesamiento de plásticos, es decir, moldeo por inyección de plásticos o extrusión de plásticos, son algunos ejemplos de las aplicaciones más exigentes. Los plásticos modernos frecuentemente contienen adiciones de fibras cerámicas para mejorar sus propiedades funcionales. Estas adiciones de fibras aumentan sustancialmente la abrasividad de los plásticos, presentando un mayor reto a los materiales que se usan para construir los elementos de las máquinas de moldeo por inyección y extrusoras de plásticos, es decir, cilindros, tornillos, puntas de tornillos, válvulas de retomo, etc. Una de las aplicaciones más desafiantes es el procesamiento de fluoropolímeros, tales como TEFZIL, TEFLON, y similares. Para ayudar en la formación de la estructura del polímero apropiada, este procesamiento requiere temperatura elevada y un entorno húmedo. Este entorno produce la formación de ácido fluorhídrico (HF) que es muy corrosivo. Por tanto, en el procesamiento de plásticos de no fluoropolímero pueden formarse algunos ácidos corrosivos orgánicos y/o no orgánicos, que producen un grave entorno corrosivo.

Retos similares necesitan resolverse en la industria del procesamiento de alimentos secos. Todos los alimentos secos son altamente abrasivos debido a su consistencia y dispersión. Los alimentos secos normalmente contienen sal como principal aditivo conservante, que es altamente corrosiva para aleaciones a base de hierro. Por tanto, los ácidos orgánicos, tales como ácido acético frecuentemente presente en alimentos secos, son muy corrosivos para las aleaciones a base de hierro. Los entornos agresivos hacen insatisfactorios los aceros para herramientas resistentes al desgaste habituales para estas aplicaciones, e incluso aceros para herramientas avanzados resistentes al desgaste y la corrosión no proporcionan rendimiento satisfactorio en estas exigentes condiciones.

Materiales comúnmente usados para construir componentes de máquinas de inyección y extrusoras son aceros para herramientas de trabajo en frío resistentes al desgaste tales como CPM® 9V y CPM® 1V, aceros para herramientas resistentes al desgaste y la corrosión tales como CPM® S9V, y aleaciones a base de níquel. Los aceros para herramientas de trabajo en frío habituales tales como CPM® 9V o CPM® 1V, a pesar de su buena resistencia al desgaste, tienen resistencia a la corrosión insuficiente en muchas aplicaciones que implican procesamiento de plásticos o de alimentos secos. En algunas de estas aplicaciones, incluso los aceros para herramientas inoxidables resistentes al desgaste, tales como CPM® S9V, no tienen suficiente resistencia a la corrosión. Las superaleaciones a base de níquel comerciales tienen excelente resistencia a la corrosión y desde el punto de vista de la corrosión rendirían satisfactoriamente en la mayoría de estas aplicaciones. Sin embargo, su deficiencia principal es resistencia inadecuada o carece de resistencia al desgaste. Se han desarrollado varias aleaciones mezclando polvo de aleación a base de níquel, que forma la matriz de la aleación, con partículas duras tales como carburos de tungsteno para mejorar las características de desgaste de la aleación, o "impregnando" un sustrato basado en níquel con partículas duras. Tales técnicas, sin embargo, tienen sus propias limitaciones, siendo las más importantes:

las partículas de carburo grandes son normalmente angulosas y tienen un efecto perjudicial sobre la dureza del

producto final;

las partículas duras tienen una tendencia a segregarse tanto durante la mezcla como durante la fusión, produciendo distribución no homogénea de las partículas duras, que producen "zonas blandas" en la microestructura final y características de desgaste no uniformes de la capa protectora.

El objetivo de la presente invención es proporcionar una aleación a base de níquel resistente al desgaste en la que la resistencia al desgaste pueda lograrse por precipitación "in situ" de fases duras, principalmente carburos metálicos, de un metal fundido homogéneo para obtener una distribución uniforme y homogénea de las partículas duras dentro de una matriz homogénea.

Resumen de la invención

Según la invención, las aleaciones de la invención son aleaciones a base de níquel que contienen una adición de carbono y adiciones de elementos formadores de carburo fuerte tales como cromo, vanadio, tungsteno, molibdeno y titanio. Todos los elementos están equilibrados para permitir la formación de una gran fracción en volumen de carburos de aleación que contienen principalmente vanadio, cromo, titanio y molibdeno. La función primaria de estas partículas de carburo es mejorar las características de desgaste y aumentar la resistencia a la abrasión de las aleaciones de la invención. Adicionalmente, los elementos de aleación que quedan en la matriz contribuyen a la dureza de la aleación por refuerzo en disolución sólida y mediante precipitación de fases intermetálicas. Las aleaciones de la invención consisten en los siguientes elementos:

Carbono - está presente en la cantidad del 1, - 6, %, preferentemente 2, - 5,5 %, y su función primaria es formar carburos con los elementos formadores de carburo tales como vanadio, cromo y molibdeno. Otros elementos presentes en menor cantidad, tales como titanio y circonio, pueden disolverse parcialmente en los carburos ricos en vanadio o formar una pequeña cantidad de un carburo separado. No se desea exceso de carbono disuelto en la matriz debido a que segrega a los limites del grano y deteriora la dureza. La cantidad de carbono está estrechamente relacionada con la cantidad de elemento formadorde carburos (EFC) mediante la relación:

1,1 < EFC/C < 2,5

en la que: EFC = ,2 * % de V + ,25 * % de Ti + ,6 * % de Mo + ,63 * % de Cr; C - cantidad de carbono en la aleación en % en peso;

% de V, % de Ti, % de Mo, % de Cr - cantidad de vanadio, titanio, molibdeno y cromo, respectivamente, en la aleación de

la invención en % en peso.

Cromo - está presente en la cantidad del 14, - 25, %, preferentemente 16, - 22,5 %. Una porción del cromo forma carburos, que contribuyen a la resistencia al desgaste mejorada de las aleaciones. La porción restante del cromo se disuelve en la matriz contribuyendo al refuerzo en disolución sólida. El cromo también forma una delgada capa adherente de óxido sobre la superficie de la aleación, que protege la aleación de entornos corrosivos.

Vanadio - está presente en la cantidad del 8, - 22, %, preferentemente 1, - 2, %. El principal fin de la adición de vanadio es formar carburos de... [Seguir leyendo]

1. Una aleación a base de nfquelresistente a la corrosión y al desgaste que consiste en, en porcentaje en peso:

2. Una aleación a base de níquel resistente a la corrosión y al desgaste que consiste en, en porcentaje en peso:

3. Una aleación a base de níquel resistente a la corrosión y al desgaste que consiste en, en porcentaje en peso:

4. Una aleación a base de níquel resistente a la corrosión y al desgaste que consiste en, en porcentaje en peso:

5. Una aleación a base de níquel resistente a la corrosión y al desgaste que consiste en, en porcentaje en peso:

6. Una aleación a base de níquel resistente a la corrosión y al desgaste que consiste en, en porcentaje en peso:

7. Una aleación a base de níquel resistente a la corrosión y al desgaste que consiste en, en porcentaje en peso:

y el resto níquel e impurezas accidentales.

8. Una aleación a base de níquel resistente a la corrosión y al desgaste que consiste en, en porcentaje en peso:

carbono - 3,25 %-4,25 %; cromo - 21 %-23 %; vanadio -14 %-16 %;

molibdeno -11 %-13 %; cobalto - 7 %-9 %; titanio - 3 %-4 %;

aluminio -1 %-2 %; circonio - hasta el ,5 %; silicio - hasta el ,5 %;

y el resto níquel e impurezas accidentales.

9. Una aleación a base de níquel resistente a la corrosión y al desgaste que consiste en, en porcentaje en peso:

carbono - 2 %-3 %; cromo -19 %-21 %; vanadio -11 %-13 %;

molibdeno -11 %-12 %; cobalto -1 %-12 %; titanio - 2,5 %-4 %;

aluminio -1 %-2 %; circonio - hasta el ,5 %; silicio - hasta el ,5 %;

y el resto níquel e impurezas accidentales.

1. Una aleación a base de níquel resistente a la corrosión y al desgaste que consiste en, en porcentaje en peso:

carbono - 2,25 %-3,25 %; vanadio -12 %-14 %; cromo -19 %-21 %;

molibdeno -11 %-13 %; cobalto - 9 %-11 %; titanio - 3 %-4,5 %;

aluminio -1 %-2 %; circonio - hasta el ,5 %; silicio - hasta el ,5 %;

y el resto níquel e impurezas accidentales.

11. Las aleaciones a base de níquel resistentes al desgaste y a la corrosión de las reivindicaciones 1-1 producidas por atomización de gas del fundido prealeado y que contienen 1-55 % de carburos de aleación primarios.