Composición de polvo metálico.

Composición de polvo metálico que comprende:

una composición de polvo de hierro o a base de hierro,

y

una combinación de lubricación que comprende una sustancia A, una sustancia B y una sustancia C;

en la que:

la sustancia A es una poliolefina,

la sustancia B se escoge de un grupo que consiste en amidas de ácidos grasos saturados e insaturados, bisamidas de ácidos grasos saturados e insaturados, alcoholes grasos y gliceroles de ácidos grasos saturados, y

la sustancia C es un oligómero de amida que tiene un peso molecular de entre 500 g/mol y 30000 g/mol; y en la que las cantidades de las respectivas sustancias A, B y C en porcentaje en peso de la composición de polvo de hierro o a base de hierro son:

0,05 ≤ A + B< 0,4% en peso,

C ≥ 0,3% en peso,

A + B + C ≤ 2,0% en peso y

la relación entre las sustancias A y B es: B/A >0,5.

Composición de polvo metálico

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una composición de polvo metálico que contiene una combinación de lubricación, así como a un método para producir una composición de polvo metálico que contiene una combinación de lubricación y a un método para producir un componente en verde que tiene alta resistencia en verde.

Antecedentes de la invención

En la industria, cada vez está extendiéndose más el uso de productos de polvo metálico fabricados compactando y sinterizando composiciones de polvo metálico. Se están produciendo varios productos diferentes de forma y grosor variables, y los requisitos de calidad demandados de estos productos están aumentando constantemente.

Existen varias ventajas con el uso de métodos metalúrgicos en polvo para producir piezas estructurales en comparación con el mecanizado o la colada. Puesto que pueden producirse componentes en su forma final o próximos a su forma final, la utilización de material es mucho mayor en comparación con el mecanizado de componentes de acero en lingotes o forjado, y el consumo de energía es mucho menor en comparación con cuando se producen componentes mediante colada.

Con el fin de facilitar la compactación y la expulsión del componente compactado desde la matriz, se añaden lubricantes a la composición de polvo metálico. Se pretende que el lubricante reduzca la fricción entre las partículas de polvo individuales durante la etapa de compactación, promoviendo la posibilidad de alcanzar alta densidad en verde así como pudiendo formar una capa de lubricación entre las superficies del componente y la matriz durante la etapa de expulsión y reduciendo la fuerza necesaria con el fin de expulsar el componente así como impedir el rayado o la formación de arañazos en la superficie del componente expulsado. Además, un buen lubricante no influirá negativamente en las propiedades del polvo, es decir densidad aparente, DA, y flujo. La DA es una medida de la densidad por unidad de volumen del polvo o del volumen ocupado por la composición en polvo tras el llenado de la matriz, expresada como gramos/cm3, y medida según la norma ISO 3923-1. El flujo es una medida de cómo de rápido puede fluir una cantidad fija, 50 gramos, de la composición en polvo a través de un embudo normalizado, medido en segundos. El método se describe en la norma ISO 4490. Normalmente se prefiere un alto valor de DA permitiendo que se usen punzones más cortos y distancias de expulsión más cortas. Se prefiere una alta velocidad de llenado, es decir bajo valor de flujo en segundos, puesto que el tiempo para el llenado es más corto permitiendo una velocidad de producción aumentada.

Añadiendo un aglutinante, que también puede actuar como sustancia de lubricación, partículas más finas tales como grafito y otras sustancias de aleación en la composición de polvo a base de hierro pueden unirse a la superficie del polvo de hierro o a base de hierro más grueso impidiendo así la segregación en la composición. Tal segregación puede conducir de lo contrario a propiedades variables dentro de la pieza compactada y dispersión del peso aumentada entre las piezas compactadas.

Aparte de las características mencionadas anteriormente impuestas a un lubricante de alta calidad usado en la tecnología de prensado y sinterización de polvo metálico, también es necesario que un lubricante de este tipo confiera alta resistencia en verde a la pieza compactada. La resistencia en verde, es decir la resistencia de un componente antes de la sinterización, definida y medida según la norma ISO 3995, es una de las propiedades físicas más importantes de las piezas en verde. La importancia de esta propiedad aumenta con el aumento de la complejidad de la pieza compactada. La resistencia en verde aumenta con el aumento de la densidad de compactación y está influida por el tipo y la cantidad de lubricante mezclado con el polvo. El tipo de polvo de hierro usado también influirá en la resistencia en verde, teniendo el polvo de hierro esponjoso una forma más irregular, dando como resultado una resistencia en verde superior en comparación con polvo de hierro atomizado a pesar del hecho de que se obtiene una densidad en verde superior del componente compactado cuando se usa polvo de hierro atomizado. Por tanto, existe la necesidad de proporcionar un lubricante que proporcione alta resistencia en verde especialmente a componentes preparados a partir de composiciones de polvo a base de hierro atomizado. Con el fin de aumentar la resistencia en verde el cuerpo compactado puede tratarse térmicamente antes de la sinterización.

Se requiere alta resistencia en verde con el fin de impedir el agrietamiento en las piezas compactadas durante la expulsión desde la matriz e impedir que se vean dañadas durante la manipulación y el transporte entre la prensa y el horno de sinterización. Otra ventaja obtenida mediante la alta resistencia en verde es la posibilidad de mecanizar el componente en verde antes de la sinterización, lo que naturalmente es mucho más fácil que mecanizar el componente sinterizado. Esta ventaja es más pronunciada a mayor dureza y resistencia del componente sinterizado, haciendo que el mecanizado del componente en verde sea más atractivo en comparación con el mecanizado del componente sinterizado. Esto será especialmente evidente en el caso de que el componente esté endureciéndose mediante sinterización.

El desarrollo dentro del campo metalúrgico en polvo y referido especialmente a composiciones de polvo a base de hierro para prensado y sinterización ha sido intenso y en gran medida se ha centrado en proporcionar lubricantes nuevos y potenciados que mejoren las propiedades del polvo, la lubricación de la matriz, la densidad en verde o la resistencia en verde. Sin embargo, ha sido difícil obtener una sustancia de lubricación que mejore todas las propiedades esenciales puesto que algunas de ellas parecen contrarrestarse entre sí. Por tanto, existe la necesidad de obtener tal lubricante o composición de lubricación que mejore todas estas propiedades esenciales, especialmente cuando se usa en una composición de polvo a base de hierro atomizado.

La solicitud de patente WO 03/031099 de Ramstedt describe una combinación de lubricación que consiste esencialmente en el 10-60% en peso de éter de polietileno y siendo el resto una amida oligomérica. Esta combinación potencia la resistencia en verde de la pieza compactada. El documento EP1179607 describe un polvo de hierro que contiene un lubricante.

La patente estadounidense 6.605.251 de Vidarsson da a conocer un polímero a base de poliolefina que tiene un peso molecular promedio en peso de 500-10000 así como un método para obtener alta resistencia en verde de la pieza compactada calentando la pieza compactada hasta una temperatura por encima del pico de punto de fusión del polímero a base de poliolefina. Sin embargo, se ha notificado que cuando se usan tales poliolefinas solas como agentes de lubricación en composiciones metalúrgicas en polvo se produce un fenómeno denominado deslizamiento intermitente (stick-slip) durante la expulsión del cuerpo compactado desde la matriz. Esto significa que el cuerpo tiende a adherirse a la pared de la matriz durante la expulsión, aumentando instantáneamente la fuerza de expulsión, y cuando el componente desliza, disminuye instantáneamente la fuerza de expulsión necesaria. Esto se repetirá con una alta frecuencia provocando un ruido chirriante, vibraciones, alta tensión sobre la pieza sometida a expulsión y riesgo de agrietamiento de la pieza. El fenómeno de deslizamiento intermitente también se revela como una curva de la fuerza de expulsión dentada cuando se registra la fuerza de expulsión como función de la distancia expulsada.

Sumario de la invención

Un objeto de la invención es proporcionar cuerpos compactados que tienen una alta resistencia en verde de cómo mínimo 30 MPa, garantizando durabilidad para la manipulación y para garantizar el mecanizado del cuerpo, incluso a densidades en verde moderadas de aproximadamente 6, 8-7, 1 g/cm3.

Otro objeto de la invención es proporcionar un método para producir tales piezas compactadas.

Aún otro objeto de la invención es proporcionar una nueva combinación de lubricación que permita la fabricación de tales piezas compactadas.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar una composición de polvo a base de hierro adecuada para producir cuerpos compactados que tengan una alta resistencia en verde, permitiendo la composición en polvo un flujo libre y un llenado no segregado de la herramienta de compactación a una alta velocidad y proporcionando una alta densidad aparente del valor... [Seguir leyendo]

1. Composición de polvo metálico que comprende: una composición de polvo de hierro o a base de hierro, y una combinación de lubricación que comprende una sustancia A, una sustancia B y una sustancia C; en la que: la sustancia A es una poliolefina, la sustancia B se escoge de un grupo que consiste en amidas de ácidos grasos saturados e insaturados, bisamidas de ácidos grasos saturados e insaturados, alcoholes grasos y gliceroles de ácidos grasos saturados, y la sustancia C es un oligómero de amida que tiene un peso molecular de entre 500 g/mol y 30000 g/mol; y en la que las cantidades de las respectivas sustancias A, B y C en porcentaje en peso de la composición de polvo de hierro o a base de hierro son:

0, 05 â A + B < 0, 4% en peso, C ⥠0, 3% en peso, A + B + C â 2, 0% en peso y la relación entre las sustancias A y B es: B/A > 0, 5.

2. Composición de polvo metálico según la reivindicación 1, en la que la sustancia B se escoge de un grupo que consiste en amidas de ácidos grasos saturados e insaturados, bisamidas de ácidos grasos insaturados, alcoholes grasos y gliceroles de ácidos grasos saturados.

3. Composición de polvo metálico según la reivindicación 1 ó 2, en la que la sustancia A es una poliolefina que tiene un peso molecular promedio en peso de 400 g/mol -10000 g/mol.

4. Composición de polvo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que la sustancia B se escoge de un grupo que consiste en las amidas de ácidos grasos saturados e insaturados amida de ácido láurico, amida de ácido mirístico, amida de ácido palmítico, amida de ácido esteárico, amida de ácido oleico, amida de ácido araquídico, amida de ácido behénico y amida de ácido erúcico; las bisamidas de ácidos grasos insaturados etilen-bis-oleamida, etilen-bis-erucamida, hexilen-bis-oleamida y hexilen-biserucamida; los alcoholes grasos saturados tales como alcohol mirístico, alcohol cetílico, alcohol estearílico, alcohol araquidílico y alcohol behenílico; y los gliceroles de ácidos grasos saturados 1-monoestearato de glicerol y 1, 2-diestearato de glicerol.

5. Composición de polvo metálico según una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en la que la sustancia C es un oligómero de amida que tiene un peso molecular promedio en peso de entre 1000 g/mol y 15000 g/mol.

6. Método para producir una composición de polvo metálico que comprende las etapas de: proporcionar una combinación de lubricación según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5; mezclar la combinación de lubricación con un polvo de hierro o a base de hierro; calentar la mezcla hasta una temperatura por encima del pico de punto de fusión para la sustancia A pero

por debajo del pico de punto de fusión para la sustancia C; enfriar la mezcla calentada durante el mezclado con el fin de unir partículas más finas a la superficie de las partículas de polvo de hierro o a base de hierro.

7. Método según la reivindicación 6, en el que, en la etapa de calentamiento, la mezcla se calienta hasta una temperatura por encima del pico de punto de fusión de la sustancia B.

8. Método según la reivindicación 6 ó 7, en el que el polvo de hierro o a base de hierro incluye grafito y/u otro elemento de aleación, material en fase dura, agente de potenciación del mecanizado y/o agente de

potenciación de la sinterización.

9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 6-8, que comprende además añadir un agente de potenciación del flujo durante la etapa de enfriamiento. 5

10. Método para producir un componente en verde que tiene resistencia en verde potenciada que comprende las etapas de:

proporcionar una composición de polvo metálico producida según el método según una cualquiera de las 10 reivindicaciones 6-9;

compactar la composición de polvo metálico en una matriz a una temperatura de matriz de entre temperatura ambiental y 100º C a una presión de compactación d.

40. 1500 MPa para obtener un componente compactado; y expulsar el componente compactado desde la matriz.

11. Método según la reivindicación 10, que comprende además la etapa de calentar el componente expulsado en aire o en una atmósfera inerte a una temperatura por encima de la temperatura de fusión pero por 20 debajo de la temperatura de descomposición de la sustancia C.

12. Método según la reivindicación 10 u 11, que comprende además la etapa de mecanizar el componente.