Aleación sinterizada a base de hierro que muestra alta densificación de superficie y alta dureza de superficie, y método para la producción de la misma.

Aleación sinterizada a base de hierro que tiene una superficie altamente densificada y endurecida,

que comprende:

una parte de capa de superficie de la aleación sinterizada a base de hierro (a continuación en el presente documento, denominada "parte de capa de superficie de aleación sinterizada a base de hierro") que tiene un grosor en un intervalo de 1 μm a 2 mm desde la superficie de la aleación sinterizada a base de hierro; y una parte interior de aleación sinterizada a base de hierro (a 10 continuación en el presente documento, denominada "parte interior de aleación sinterizada a base de hierro"), que es la parte distinta de la parte de capa de superficie de aleación sinterizada a base de hierro,

en la que la parte de capa de superficie de aleación sinterizada a base de hierro contiene tanto potasio (a continuación en el presente documento, denominado "K") como sodio (a continuación en el presente documento, denominado "Na"), y

una concentración promedio de tanto K como Na contenida en la parte de capa de superficie de aleación sinterizada a base de hierro en un intervalo del 0,02 al 0,5% en masa en total.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2004/008880.

Solicitante: Diamet Corporation.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 1-1, KOGANE-CHO 3-CHOME HIGASHI-KU NIIGATA-SHI NIIGATA JAPON.

Inventor/es: KAWASE,KINYAC/O MITSUBISHI MATERIALS CORPORATION, NAKAI,TAKASHIC/OMITSUBISHI MATERIALS CORPORATION.

Fecha de Publicación: 2 de Abril de 2014.

Clasificación Internacional de Patentes:

B22F3/02 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B22 FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS. › B22F TRABAJO DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE OBJETOS A PARTIR DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE POLVOS METALICOS (fabricación de aleaciones mediante metalurgia de polvos C22C ); APARATOS O DISPOSITIVOS ESPECIALMENTE ADAPTADOS PARA POLVOS METALICOS. › B22F 3/00 Fabricación de piezas a partir de polvos metálicos, caracterizada por el modo de compactado o sinterizado; Aparatos especialmente concebidos para esta fabricación. › Compactado solamente.
B22F3/035 B22F 3/00 […] › con una o más partes montadas de forma pivotante.
B22F7/00 B22F […] › Fabricación de capas compuestas, de piezas u objetos a base de polvos metálicos, por sinterizado con o sin compactado.
C22C38/00 QUIMICA; METALURGIA. › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS. › C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00).

PDF original: ES-2474159_T3.pdf

Fragmento de la descripción:

Aleaciïn sinterizada a base de hierro que muestra alta densificaciïn de superficie y alta dureza de superficie, y mïtodo para la producciïn de la misma

Antecedentes de la invenciïn

1. Campo tïcnico

La presente invenciïn se refiere a una aleaciïn sinterizada a base de hierro compuesta por una parte de capa de superficie de la aleaciïn sinterizada a base de hierro (a continuaciïn en el presente documento, denominada “parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro”) que tiene un grosor en un intervalo de 1 !m a 2 mm desde la superficie de la aleaciïn sinterizada a base de hierro; y una parte interior de la aleaciïn sinterizada a base de hierro (a continuaciïn en el presente documento, denominada “parte interior de aleaciïn sinterizada a base de hierro”) ubicada dentro de la parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro, conteniendo la parte de capa de superficie tanto potasio (K) como sodio (Na) , y al mïtodo de producciïn de la misma. La aleaciïn sinterizada a base de hierro estï disponible particularmente para piezas mecïnicas que requieren dureza de superficie y resistencia al desgaste, por ejemplo, ruedas dentadas, engranajes, rotores, anillos de bolas interiores, anillos de bolas exteriores, etc. Ademïs, puesto que tiene superficies altamente densificadas, la aleaciïn sinterizada a base de hierro de la invenciïn estï disponible para piezas mecïnicas compuestas por la aleaciïn sinterizada a base de hierro que requieren electrodeposiciïn sobre la superficie.

2. Tïcnica relacionada

En general, se conoce bien que una aleaciïn sinterizada a base de hierro se ha usado para un elemento para diversas piezas mecïnicas, y la aleaciïn sinterizada a base de hierro se produce sinterizando un material compacto en polvo, que se fabrica mezclando una sal metïlica de un ïcido graso superior tal como estearato de zinc, estearato de calcio, estearato de litio, etc., con el polvo de aleaciïn a base de hierro como lubricante y luego llenando con la mezcla una cavidad de una matriz de prensado para conformaciïn en prensa.

Sin embargo, el material compacto en polvo obtenido prensando el polvo mezclado con la sal metïlica de un ïcido graso superior convencional, con el que se llena la cavidad de la matriz de prensado, contiene una gran cantidad de lubricante, por lo que el material compacto en polvo no puede tener una densidad alta. Ademïs, el lubricante que queda en la aleaciïn sinterizada a base de hierro deteriora la resistencia mecïnica de la aleaciïn sinterizada a base de hierro producida sinterizando el material compacto en polvo obtenido mediante el mïtodo anterior.

Por otra parte, cuando se aïade una pequeïa cantidad de lubricante al polvo de aleaciïn a base de hierro con el fin de fabricar el material compacto en polvo que contiene una pequeïa cantidad de lubricante, y se produce la aleaciïn sinterizada a base de hierro que tiene una resistencia mecïnica excelente sinterizando el material compacto en polvo que contiene una pequeïa cantidad de lubricante, la escasez de la cantidad de lubricante conduce a la falta de lubricidad, por lo que el material compacto en polvo prensado es difïcil de retirar de la matriz de prensado, y el rendimiento disminuye debido al material compacto en polvo inferior.

En este caso, con el fin de disminuir la dificultad en retirar el material compacto en polvo de la matriz de prensado debido a la falta de lubricante, se aplica un lubricante de ïcido graso superior que incluye la sal metïlica de un ïcido graso superior (por ejemplo, estearato de litio, estearato de calcio o estearato de zinc) suspendida en un disolvente a la superficie interior de la cavidad de la matriz de prensado, y la matriz se calienta hasta 100ïC o mïs para formar un recubrimiento del ïcido metïlico de un ïcido graso superior mediante la evaporaciïn del disolvente. Tras esto, se llena la cavidad con el polvo de aleaciïn sinterizada a base de hierro que contiene una cantidad mïs pequeïa del lubricante de lo usual, sobre cuya superficie interior se forma el recubrimiento del ïcido metïlico de un ïcido graso superior, y entonces se prensa a una presiïn de 600 MPa o mïs para fabricar el material compacto en polvo. Entonces, se genera el recubrimiento de sal de hierro de un ïcido graso superior tal como un recubrimiento monomolecular de estearato de hierro sobre la superficie del material compacto en polvo, por lo que se reduce la fricciïn entre el material compacto en polvo y la matriz, y disminuye la presiïn que se requiere para la retirada del material compacto en polvo, por lo que puede retirarse el material compacto en polvo de la matriz fïcilmente. Ademïs, puesto que el material compacto en polvo se prensa a alta presiïn de 600 MPa o mïs, puede producirse material compacto en polvo que tiene alta densidad (vïase la patente n.ï 3309970) .

Se dan a conocer una composiciïn de aleaciïn sinterizada a base de hierro y una ruta de producciïn similares en los documentos EP-A 1563 986 y DE 1045 437.

Segïn el mïtodo anterior, puede obtenerse material compacto en polvo que tiene una pequeïa cantidad del lubricante y una alta densidad, y puede disminuirse la fuerza requerida para retirar el material compacto en polvo del molde de prensado puesto que se facilita la retirada del material compacto en polvo. Ademïs, el material compacto en polvo raramente se rompe durante la retirada. Como resultado, puede fabricarse un material compacto en polvo excelente de manera eficaz y puede producirse una aleaciïn sinterizada a base de hierro excelente sinterizando el

material compacto en polvo.

Sin embargo, el recubrimiento de lubricante obtenido aplicando el lubricante de ïcido graso superior que incluye la sal metïlica sïlida de un ïcido graso superior en estado sïlido tal como estearato de zinc, estearato de calcio, estearato de litio o similares, que son polvos sïlidos, suspendida en agua a la superficie interior de la cavidad de la matriz de prensado se forma como un recubrimiento en polvo sïlido sobre la superficie interior de la cavidad, por lo que el recubrimiento no puede densificarse sobre la superficie interior de la cavidad de la matriz de prensado y adherirse a la superficie interior de la cavidad suficientemente. Como resultado, existe un problema porque es difïcil formar un recubrimiento de lubricante estable.

Sumario Por tanto, los presentes inventores han estudiado la manera de formar un recubrimiento de lubricante mïs denso sobre la superficie interior de la cavidad de la matriz de prensado desde los puntos de vista anteriores y, finalmente, han descubierto lo siguiente;

a) Se obtiene una disoluciïn disolviendo una sal metïlica de fosfato de potasio y/o sal metïlica de fosfato de sodio soluble en un disolvente. La disoluciïn se adopta como lubricante y se aplica a la superficie interior de la cavidad de una matriz de prensado que se calienta por encima de la temperatura a la que se evapora el disolvente del lubricante. Entonces, puesto que la matriz de prensado se calienta a tal temperatura alta a la que el disolvente puede evaporarse, el disolvente contenido en el lubricante se evapora y la sal de sulfato de potasio y/o sal de sulfato de sodio se cristaliza (n) sobre la superficie interior de la cavidad de la matriz de prensado, de modo que se forma un recubrimiento cristalizado de sal de sulfato de potasio y/o sal de sulfato de sodio sobre la superficie interior de la cavidad de la matriz de prensado. El recubrimiento cristalizado de sal de sulfato de potasio y/o sal de sulfato de sodio formado sobre la superficie interior de la cavidad de la matriz de prensado puede formar un recubrimiento de lubricante extremadamente denso y tiene tambiïn una adhesiïn excelente. Como resultado, el recubrimiento apenas se exfolia durante el funcionamiento.

(b) Se llena con polvo de partida, polvo de aleaciïn sinterizada a base de hierro, la cavidad de la matriz de prensado, sobre cuya superficie interior se forma el recubrimiento cristalizado de sal de sulfato de potasio y/o sal de sulfato de sodio, y se prensa el polvo llenado para formar un material compacto en polvo. Puesto que el recubrimiento cristalizado de sal de sulfato de potasio y/o sal de sulfato de sodio se forma sobre la superficie interior de la cavidad de la matriz de prensado, el material compacto en polvo puede extraerse fïcilmente de la matriz de prensado. Ademïs, una superficie del material compacto en polvo obtenido contiene potasio (a continuaciïn en el presente documento, denominado “K”) y/o sodio (a continuaciïn en el presente documento, denominado “Na”) . Cuando se sinteriza el material compacto en polvo que contiene K y/o Na sobre la superficie del mismo,... [Seguir leyendo]

Reivindicaciones:

1. Aleaciïn sinterizada a base de hierro que tiene una superficie altamente densificada y endurecida, que comprende:

una parte de capa de superficie de la aleaciïn sinterizada a base de hierro (a continuaciïn en el presente documento, denominada “parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro”) que tiene un grosor en un intervalo de 1 !m a 2 mm desde la superficie de la aleaciïn sinterizada a base de hierro; y

una parte interior de aleaciïn sinterizada a base de hierro (a continuaciïn en el presente documento, denominada “parte interior de aleaciïn sinterizada a base de hierro”) , que es la parte distinta de la parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro,

en la que la parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro contiene tanto potasio (a continuaciïn en el presente documento, denominado “K”) como sodio (a continuaciïn en el presente documento, denominado “Na”) , y

una concentraciïn promedio de tanto K como Na contenida en la parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro en un intervalo del 0, 02 al 0, 5% en masa en total.

2. Aleaciïn sinterizada a base de hierro segïn la reivindicaciïn 1, en la que la parte interior de aleaciïn sinterizada a base de hierro tiene una composiciïn de C: del 0, 1 al 0, 9% en masa, uno o al menos dos de Mo, Ni, Cr y Cu: del 0, 1 al 10% en masa en total, y el resto: Fe e impurezas inevitables; y

la parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro tiene una composiciïn de C: del 0, 1 al 0, 9% en masa, uno o al menos dos de Mo, Ni, Cr y Cu: del 0, 1 al 10% en masa en total, tanto K como Na: del 0, 02 al 0, 5% en masa en la concentraciïn promedio en total, y el resto: Fe e impurezas inevitables.

3. Aleaciïn sinterizada a base de hierro segïn la reivindicaciïn 1, en la que la parte interior de aleaciïn sinterizada a base de hierro tiene una composiciïn de C: del 0, 1 al 0, 9% en masa, uno o al menos dos de Mo, Ni, Cr y Cu: del 0, 1 al 10% en masa en total, uno o al menos dos de Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca y S: del 0, 1 al 3% en masa en total, y el resto: Fe e impurezas inevitables; y

la parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro tiene una composiciïn de C: del 0, 1 al 0, 9% en masa, uno o al menos dos de Mo, Ni, Cr y Cu: del 0, 1 al 10% en masa en total, uno o al menos dos de Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca y S: del 0, 1 al 3% en masa en total, tanto K como Na: del 0, 02 al 0, 5% en masa en la concentraciïn promedio en total, y el resto: Fe e impurezas inevitables.

4. Aleaciïn sinterizada a base de hierro segïn la reivindicaciïn 1, en la que

la parte de capa de superficie de la aleaciïn sinterizada a base de hierro tiene ademïs una concentraciïn promedio de fïsforo (a continuaciïn en el presente documento, denominado “P”) superior a la concentraciïn de P contenida en la parte interior de la aleaciïn sinterizada a base de hierro.

5. Aleaciïn sinterizada a base de hierro segïn la reivindicaciïn 4, en la que

la concentraciïn promedio de P de la parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro es superior a la concentraciïn de P contenida en la parte interior de aleaciïn sinterizada a base de hierro en del 0, 01 al 1% en masa, y la parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro contiene tanto K como Na en una concentraciïn promedio del 0, 02 al 0, 5% en masa en total.

6. Aleaciïn sinterizada a base de hierro segïn la reivindicaciïn 4 ï 5, en la que

la parte interior de aleaciïn sinterizada a base de hierro estï compuesta por un cuerpo sinterizado de aleaciïn a base de hierro que tiene una composiciïn de C: del 0, 1 al 0, 9% en masa, uno o al menos dos de Mo, Ni, Cr y Cu: del 0, 1 al 10% en masa en total, P: el 0, 05% en masa o menos (incluyendo el 0% en masa) , y el resto: Fe e impurezas inevitables, y

la parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro tiene la concentraciïn promedio de P superior a la concentraciïn de P contenida en la parte interior de aleaciïn sinterizada a base de hierro en del 0, 01 al 1% en masa y contiene tanto K como Na en una concentraciïn promedio del 0, 02 al 0, 5% en masa en total.

7. Aleaciïn sinterizada a base de hierro segïn la reivindicaciïn 4, en la que la parte interior de aleaciïn sinterizada a base de hierro estï compuesta por un cuerpo sinterizado de aleaciïn a base de hierro que tiene una composiciïn de C: del 0, 1 al 0, 9% en masa, uno o al menos dos de Mo, Ni, Cr y Cu: del 0, 1 al 10% en masa en total, uno o al menos dos de Mn, Si, V, Nb, W, Al, Ti, Ca y S: del 0, 1 al 3% en masa en total, P: el 0, 05% en masa o menos (incluyendo el 0% en masa) , y el resto: Fe e impurezas inevitables, y

8. Aleaciïn sinterizada a base de hierro segïn una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que la parte de capa de superficie de aleaciïn sinterizada a base de hierro tiene una porosidad abierta del 5% o menos.

9. Pieza mecïnica compuesta por la aleaciïn sinterizada a base de hierro segïn una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Pieza mecïnica segïn la reivindicaciïn 9, en la que la pieza mecïnica es una rueda dentada, un engranaje, un rotor, un anillo de bolas interior o un anillo de bolas exterior.

11. Mïtodo de producciïn de la aleaciïn sinterizada a base de hierro segïn una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que comprende:

formar un recubrimiento mixto de una sal de sulfato de potasio y una sal de sulfato de sodio, o un recubrimiento de una sal metïlica mixta de una sal metïlica de fosfato de potasio y una sal metïlica de fosfato de sodio, que actïa como lubricante, sobre la superficie interior de la cavidad de una matriz de prensado,

en el que la sal de sulfato de potasio consiste en uno o al menos dos de sulfato de potasio, sulfito de potasio, tiosulfato de potasio, dodecilsulfato de potasio, dodecilbencenosulfato de potasio, azul alimentario n.ï 1 y ïster de sulfato de ascorbato de potasio,

en el que la sal de sulfato de sodio consiste en uno o al menos dos de sulfato de sodio, sulfito de sodio, tiosulfato de sodio, dodecilsulfato de sodio, dodecilbencenosulfato de sodio, azul alimentario n.ï 5 y ïster de sulfato de ascorbato de sodio,

en el que la sal metïlica de fosfato de potasio consiste en uno o al menos dos de hidrogenofosfato de dipotasio, fosfato de tripotasio, fosfato de polipotasio y riboflavin-fosfato de potasio, y

en el que la sal metïlica de fosfato de sodio consiste en uno o al menos dos de hidrogenofosfato de disodio, fosfato de trisodio, fosfato de polisodio y riboflavin-fosfato de sodio;

llenar con el polvo de partida de la aleaciïn sinterizada a base de hierro la cavidad de la matriz de prensado y luego prensar el polvo de partida con el que se llenï; y

sinterizar el material compacto en polvo formado.

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