ES2244838T3 - Mezcla de polvos sinterizable para la produccion de componentes sinterizados. - Google Patents
Mezcla de polvos sinterizable para la produccion de componentes sinterizados.Info
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Abstract
Mezcla de polvos sinterizable para la producción de componentes sinterizados, particularmente para la construcción automovilística, que comprende entre un 60 y un 98, 5% en peso, referido a la cantidad total de mezcla de polvos, de un polvo a base de Al constituido por metales y/o sus aleaciones, el cual comprende Al y, dado el caso, unos contenidos de por lo menos, uno de los siguientes metales: 0, 2 a 30% en peso de Mg, 0, 2 a 40% en peso de Si, 0, 2 a 15% en peso de Cu, 0, 2 a 15% en peso de Zn, 0, 2 a 15% en peso de Ti, 0, 2 a 10% en peso de Sn, 0, 5 a 5% en peso de Mn, 0, 2 a 10% en peso de Ni y/o menos de un 1% en peso de As, Sb, Co, Be, Pb y/o B, refiriéndose los respectivos porcentajes en peso a la cantidad total de polvo a base de Al; y de 0, 8 a 40% en peso, referido a la cantidad total de mezcla de polvos, de un polvo metálico seleccionado de entre un primer grupo de metales y/o sus aleaciones constituido por Mo y/o W, así como, opcionalmente, de entre un segundo grupo de metales y/o sus aleaciones constituido por Cu, Sn, Zn, Li y/o Mg.
Description
Mezcla de polvos sinterizable para la producción
de componentes sinterizados.
La presente invención se refiere a una mezcla de
polvos sinterizable para la producción de componentes sinterizados,
particularmente para la construcción automovilística, sobre la base
de un polvo de Al, así como a componentes sinterizados producidos a
partir de dicha mezcla y a un procedimiento para producir
componentes de este tipo.
Por sus propiedades particulares, el aluminio
constituye una materia prima preferida, particularmente en las
industrias aerospacial y automovilística. Los componentes
producidos a partir de aluminio o de materias primas que contienen
aluminio son considerablemente más ligeros que los componentes
habituales, por ejemplo producidos a partir de fundición de hierro.
Gracias a la disminución del peso se alcanza, por ejemplo en los
automóviles, un aumento del rendimiento, así como una reducción del
consumo de combustible y una mejora de los valores de gases de
escape.
Como consecuencia de la conveniencia de reducir
el peso en los automóviles, en el sector de la automoción existe
una necesidad creciente de aplicaciones para el aluminio. Por
ejemplo, en la construcción de motores y transmisiones se
reemplazan pieza por pieza las piezas de acero o de fundición
empleadas hasta el momento por otras de aluminio o fabricadas con
utilización de aluminio. Debido a que la combinación de piezas de
acero o fundición con otras de aluminio produce problemas a causa
del distinto comportamiento físico de los materiales, resulta
conveniente remplazar el máximo número de componentes
"clásicos" de acero o fundición por otros producidos con
utilización de aluminio, ya que así se evitan los problemas debidos
a las diferencias entre los materiales utilizados en lo que se
refiere a sus coeficientes de dilatación térmica, su conductividad
térmica, sus propiedades elásticas, etc. Además, mediante la
utilización de componentes ajustados entre sí, los cuales se han
fabricado utilizando aluminio, se alcanzan particularmente mayores
rendimientos.
Como particularmente muchos componentes de motor,
de embrague y de transmisión se producen por pulvimetalurgia, existe
un gran interés en producir mezclas de polvos y proporcionar
procedimientos mediante los cuales puedan fabricarse componentes de
aluminio por pulvimetalurgia. En la producción pulvimetalúrgica de
componentes con utilización de aluminio resulta particularmente
desventajoso que el aluminio y sus aleaciones tienden a cubrirse,
en contacto con el aire, de un óxido metálico extremadamente
estable. Como consecuencia de ello, aumenta particularmente la
superficie específica. Por culpa de las capas de óxido presentes
sobre el material con contenido en aluminio utilizado, se dificulta
la difusión, necesaria para la sinterización, de las partículas de
material pulverulento utilizado. Además, los componentes producidos
a partir de materias primas con contenido en aluminio presentan, en
comparación con los producidos a partir de acero o fundición, unos
valores menores de resistencia mecánica, y particularmente una
dureza menor. Además, las capas de óxido presentes sobre la materia
prima con contenido en aluminio dificultan el ensamblamiento en frío
de las partículas entre sí durante el procedimiento habitual de
compresión.
Por ello, existe una necesidad de mezclas de
polvo sinterizables que puedan procesarse bien por pulvimetalurgia y
a partir de las cuales puedan producirse componentes con buenos
valores de resistencia mecánica y un dureza elevada. Además, existe
una necesidad de procedimientos pulvimetalúrgicos para el
procesamiento de este tipo de mezclas de polvo sinterizables con
contenido en aluminio.
Por ello, el objetivo de la presente invención
consiste en proporcionar una mezcla de polvos y componentes
producidos a partir de la misma, así como los procedimientos
correspondientes, que no adolezcan de los inconvenientes
anteriormente mencionados.
Este objetivo se alcanza, según la invención,
mediante una mezcla de polvos sinterizable para la producción de
componentes sinterizados, particularmente para la construcción
automovilística, que comprende entre un 60 y un 98,5% en peso,
referido a la cantidad total de mezcla de polvos, y preferentemente
entre un 75 y un 92% en peso, de un polvo a base de Al constituido
por metales y/o sus aleaciones, el cual comprende Al y, dado el
caso, contenidos de, por lo menos, uno de los siguientes metales:
0,2 a 30% en peso de Mg, 0,2 a 40% en peso de Si, 0,2 a 15% en peso
de Cu, 0,2 a 15% en peso de Zn, 0,2 a 15% en peso de Ti, 0,2 a 10%
en peso de Sn, 0,2 a 5% en peso de Mn, 0,2 a 10% en peso de Ni y/o
menos de un 1% en peso de As, Sb, Co, Be, Pb y/o B, refiriéndose
los respectivos porcentajes en peso a la cantidad total de polvo a
base de Al; y de 0,8 a 40% en peso, referido a la cantidad total de
mezcla de polvos, y preferentemente de 8 a 15% en peso, de un polvo
metálico seleccionado de entre un primer grupo de metales y/o sus
aleaciones constituido por Mo y/o W, así como, dado el caso, de
entre un segundo grupo de metales y/o sus aleaciones constituido por
Cu, Sn, Zn, Li y/o Mg.
Mediante la adición del primer grupo de metales
y/o sus aleaciones, constituido por Mo y/o W, con esta mezcla de
polvos pueden producirse componentes pulvimetalúrgicos que
presentan una dureza muy elevada. Los valores de dureza para
componentes producidos con un polvo seleccionado de entre el primer
grupo de metales y/o sus aleaciones aumentan, en comparación con
los producidos sin la adición de este primer grupo de metales y/o
sus aleaciones, entre un 5 y un 35%, preferentemente entre un 10 y
un 25%. Gracias a la adición del primer grupo de metales y/o sus
aleaciones a un polvo a base de Al, se mejora particularmente el
ensamblamiento en frío de las partículas entre sí provocado por el
procedimiento de compresión, y particularmente por el reprensado.
Con ello, finalmente, se mejora también la difusión de las
partículas individuales durante el procedimiento individual de
sinterización, con lo que se obtienen componentes con valores de
resistencia mecánica más elevados y una dureza mayor.
Ventajosamente, la mezcla de polvos sinterizable
comprende además el anteriormente mencionado segundo grupo de
metales y/o sus aleaciones constituido por Cu, Sn, Zn, Li y/o Mg.
Se supone que la adición del segundo grupo anteriormente mencionado
de metales y/o sus aleaciones provoca que, particularmente ya
durante el procedimiento de compresión, y particularmente durante
el reprensado, se constituya con el polvo a base de aluminio una
aleación y/o una fase intermetálica. De este modo, se impide la
formación de capas de óxido sobre la superficie del polvo a base de
Al utilizado. Adicionalmente, durante el procedimiento propiamente
de sinterización, el segundo grupo de metales y/o sus aleaciones
pasa, como mínimo parcialmente, a un estado como mínimo
parcialmente líquido a la temperatura de sinterización, con lo que
se mejora la unión particularmente del primer grupo de metales y/o
sus aleaciones al polvo a base de aluminio.
Preferentemente, la relación entre la cantidad
del primer grupo de metales y/o sus aleaciones y la cantidad del
segundo grupo en la mezcla de polvos se encuentra en un intervalo
comprendido entre 1:8 y 15:1 partes en peso. Preferentemente, esta
relación se encuentra en un intervalo comprendido entre 2:1 y 6:1
partes en peso. Con estas relaciones de mezcla se consigue una unión
máxima de los metales y/o sus aleaciones del primer grupo al polvo
a base de Al. De este modo, con la mezcla de polvos pueden
obtenerse componentes con una dureza elevada.
En otra configuración ventajosa de la invención,
el polvo a base de Al presenta, además de Al, de 0,2 a 15% en peso
de Mg, de 0,2 a 16% en peso de Si, de 0,2 a 10% en peso de Cu y/o
de 0,2 a 15% en peso de Zn, referidos respectivamente a la cantidad
total de polvo a base de Al. Preferentemente, el segundo grupo de
metales y/o sus aleaciones presenta además Cu, Zn y/o Sn.
Preferentemente, la mezcla de polvos sinterizable
comprende agente lubricante en una cantidad comprendida entre el
0,2 y el 5% en peso, referido a la cantidad total de la mezcla de
polvo. Como agentes lubricantes pueden preverse, por un lado, unos
agentes autolubricantes, como por ejemplo MoS_{2}, WS_{2}, BN,
MnS así como grafito y/u otras modificaciones de hidrocarburos como
coque, grafito polarizado o similares. Preferentemente, se añaden
de 1 a 3% en peso de agente lubricante a la mezcla de polvos
sinterizable. Gracias a la utilización de los agentes lubricantes
mencionados pueden conferirse propiedades autolubricantes a los
componentes producidos a partir de la mezcla de polvos
sinterizable.
La mezcla de polvos sinterizable puede además
comprender agentes aglutinantes y/o agentes de desmoldeo. Estos se
seleccionan preferentemente de entre un grupo que comprende el
acetato de polivinilo, ceras, particularmente ceras amídicas como
la etilenbisestearoilamida, goma laca, polialquilenóxidos y/o
poliglicoles. Los polialquilenóxidos y/o los poliglicoles se
utilizan preferentemente como polímeros y/o copolímeros con pesos
moleculares promedio dentro de un intervalo comprendido entre 100 y
500.000 g/mol, preferentemente entre 1.000 y 3.500 g/mol, más
preferentemente entre 3.000 y 6.500 g/mol. Los agentes se
introducen preferentemente en una cantidad dentro de un intervalo
comprendido aproximadamente entre 0,01 y 12% en peso,
preferentemente en un intervalo comprendido entre 0,5 y 5% en peso,
y más preferentemente entre 0,6 y 1,8% en peso, referidos
respectivamente a la cantidad total de mezcla de polvos. Los
agentes aglutinantes y/o de desmoldeo facilitan también la
extracción del componente producido a partir de la mezcla de polvos
sinterizable de su molde de prensado.
La mezcla de polvos puede producirse mezclando
los componentes individuales con los instrumentos habituales, como
mezcladores de movimiento asimétrico, tanto a temperaturas elevadas
(mezcla en caliente) como a temperatura ambiente (mezcla en frío),
siendo preferente la mezcla en caliente.
Además, la presente invención se refiere a un
componente sinterizado producido según el procedimiento según la
invención. Este tipo de componentes sinterizados según la invención
presentan valores de resistencia mecánica y durezas
significativamente superiores a los producidos por procedimientos
habituales. Preferentemente, los componentes sinterizados según la
invención presentan una resistencia a la tracción de, como mínimo,
140 N/mm^{2}, medida según la norma DIN EN
10002-1. Más preferentemente, la resistencia a la
tracción es mayor de 200 N/mm^{2}, y más preferentemente mayor de
300 N/mm^{2}. Ventajosamente, los componentes sinterizados según
la invención presentan un módulo de elasticidad de, como mínimo, 70
kN/mm^{2}, medido según la norma DIN EN 10002-1,
el cual es más preferentemente superior a 80 kN/mm^{2}.
En una forma de realización más preferente de la
invención, los componentes sinterizados según la invención presentan
una dureza (HB 2,5/62,5 kg) de, por lo menos, 100, medida según la
norma DIN EN 24498-1. Más preferentemente, la dureza
es mayor de 110, y aún más preferentemente mayor de 125.
En otra configuración ventajosa, el componente
sinterizado según la invención se conforma como una rueda dentada,
una rueda de bomba, particularmente una rueda de bomba de aceite,
y/o una biela y/o un juego de rotor.
Por componentes sinterizados en el sentido de la
presente invención se entienden componentes producidos completamente
a partir de un material sinterizable, aunque también se entienden
componentes cuyo cuerpo de base, por ejemplo, puede producirse a
partir de una mezcla de polvos que contiene aluminio, y el cuerpo
que se une posteriormente a dicho cuerpo de base puede producirse a
partir de otro material, por ejemplo hierro o acero al crisol,
sinterizado o macizo, o a partir de fundición de aluminio maciza.
Por otro lado, el componente puede presentar, por ejemplo, tan sólo
en sus caras frontales o en su superficie, una capa sinterizada de
una mezcla de polvos que contiene aluminio, siendo el cuerpo de
base, por ejemplo, de acero o fundición de hierro, sinterizado o
macizo. Los componentes sinterizados pueden ser calibrados y/o
endurecidos en caliente.
Finalmente, la presente invención se refiere a un
procedimiento para producir componentes sinterizados, también piezas
compuestas, a partir de una mezcla de polvos según la invención, en
el que:
- -
- en una primera etapa, se introduce la mezcla de polvos en un primer molde;
- -
- en una segunda etapa, la mezcla de polvos se comprime hasta obtener un compacto en verde;
- -
- en una tercera etapa, el compacto en verde se reprensa, como mínimo parcialmente; y
- -
- en una cuarta etapa, el compacto en verde reprensado se sinteriza.
El procedimiento según la invención presenta la
gran ventaja de que gracias a la elevada densidad, obtenida ya en la
tercera etapa, antes de la etapa propiamente de sinterización
pueden producirse unos componentes que presentan, por un lado,
excelentes valores de resistencia mecánica y, por otro, densidades y
durezas considerablemente elevadas. Particularmente, gracias al
reprensado llevado a cabo según el procedimiento según la presente
invención pueden acortarse considerablemente las etapas de
procesamiento habituales posteriores a la etapa de sinterización,
como el calibrado y/o el endurecimiento por templado en caliente, o
dado el caso se eliminan por completo el procedimiento habitual de
post-quemado o el procedimiento de calibrado.
Gracias a este acortamiento del procedimiento completo se consigue
un aumento de la productividad y, con ello, una ventaja desde el
punto de vista económico.
Gracias al reprensado de la tercera etapa del
procedimiento según la invención, se consigue ventajosamente que
las capas de óxido presentes en la superficie del material
utilizado se rompan mecánicamente, con lo que se alcanza un mejor
ensamblamiento en frío entre las partículas individuales de material
en el procedimiento de prensado. Además, de este modo se mejora
también la difusión entre las partículas individuales de material
durante el procedimiento propiamente de sinterización. De esta
forma pueden obtenerse componentes con valores de resistencia
mecánica elevados y, particularmente, durezas más elevadas.
El procedimiento de prensado llevado a cabo en la
segunda y la tercera etapas del procedimiento según la invención
puede realizarse a temperaturas elevadas, particularmente
adicionando los agentes mencionados anteriormente, particularmente
polietilenglicoles (prensado en caliente), aunque también a
temperatura ambiente (prensado en frío) y también por compactación
por vibración. En este caso, por compactación por vibración se
entiende un procedimiento en el que durante el procedimiento de
prensado se superpone, como mínimo temporalmente, una vibración,
pudiendo iniciarse dicha vibración, por ejemplo, a través de, como
mínimo, un punzón de moldeo. También resulta posible una
combinación de los procedimientos de prensado anteriormente
mencionados. Las mezclas de polvos a base de Al sinterizables
pueden contener además componentes de elevado punto de fusión,
tales como por ejemplo platino o similares. El polvo utilizado y el
tamaño de partículas dependen de cada aplicación. Además, el
material sinterizable puede estar constituido parcial o totalmente
por fibras cortas o fibras, preferentemente fibras con diámetros
comprendidos entre aproximadamente 0,1 y 250 \mum y una longitud
de entre unos pocos \mum y unos milímetros, hasta unos 50 mm,
como por ejemplo la tela metálica de fibras.
En caso de que se deseen producir componentes
que, por ejemplo, presenten en la cara frontal de un cuerpo
constituido por acero o fundición de hierro una capa sinterizada
del material sinterizable, en la primera etapa del procedimiento
según la invención se dispone, por ejemplo, mediante los métodos
habituales, el material sinterizable sobre el cuerpo de base,
aunque puede también preverse, por ejemplo, pulverizar el material
en forma de polvos (Wet Powder Spraying: WPS). Para ello resulta
necesario preparar una suspensión del material sinterizable. La
suspensión necesaria para ello comprende preferentemente
disolventes, agentes aglutinantes, estabilizadores y/o agentes
dispersantes. Los disolventes particularmente preferidos se
seleccionan de entre el grupo constituido por agua, metanol,
etanol, isopropanol, terpeno, alquenos
C_{2}-C_{5}, toluol, tricloroetileno, dietiléter
y/o aldehídos y/o cetonas C_{1}-C_{6}. Son
preferentes los disolventes vaporizables a temperaturas inferiores
a los 100ºC. La cantidad de disolvente utilizada se encuentra en un
intervalo aproximadamente entre 40 y 70% en peso, referido a la
mezcla de polvos sinterizable utilizada, y preferentemente en un
intervalo aproximadamente entre 50 y 65% en peso.
El reprensado llevado a cabo en la tercera etapa
(que puede designarse también prensado intermedio) puede realizarse
mediante los procedimientos conocidos y habituales para el prensado
de un compacto en verde. Así, por ejemplo, el compacto en verde
prensado en la segunda etapa puede introducirse de nuevo en un
molde matriz habitual y dentro del mismo reprensarse, como mínimo
parcialmente, con el correspondiente punzón de moldeo.
Preferentemente, las herramientas de reprensado pueden configurarse
completa o parcialmente cónicas, de modo que puedan alcanzarse
prensados particularmente elevados en determinadas zonas del
compacto en verde determinadas con antelación.
En una forma de realización preferida del
procedimiento según la invención, antes de la tercera etapa se
elimina la cera del compacto en verde en una etapa adicional. La
eliminación de la cera se lleva a cabo preferentemente bajo
nitrógeno, hidrógeno, aire y/o mezclas de los gases mencionados, y
particularmente también con una alimentación precisa de aire.
Además, la eliminación de cera puede llevarse a cabo con un gas
endotérmico y/o un gas exotérmico, aunque también bajo vacío. La
eliminación de cera puede llevarse a cabo preferentemente por
superposición de microondas y/o ultrasonidos, o únicamente mediante
microondas para el control de la temperatura. Finalmente, la
eliminación de cera puede también llevarse a cabo mediante
disolventes como alcohol o similares, o mediante dióxido de carbono
supercrítico con o sin aplicación de temperatura, microondas o
ultrasonidos, o mediante una combinación de los procedimientos
mencionados.
Ventajosamente, con el procedimiento según la
invención, mediante el reprensado llevado a cabo en la tercera etapa
se alcanza una densidad aproximadamente de un 2 a un 40%,
preferentemente de un 5 a un 30%, y más preferentemente de un 15 a
un 25%, superior a la densidad antes del reprensado.
Preferentemente, en la segunda etapa del
procedimiento según la invención se comprimen compactos en verde
hasta una densidad de salida dentro de un intervalo comprendido
entre 2,1 y 2,5 g/cm^{3}, preferentemente entre 2,2 y 2,4
g/cm^{3}, más preferentemente entre 2,25 y 2,38 g/cm^{3},
medidas según la norma DIN ISO 2738.
En otra forma de realización del procedimiento
según la invención se pulveriza un molde con un agente de desmoldeo
antes de introducir en él el compacto en verde, del que
opcionalmente se ha eliminado la cera. También puede impregnarse el
compacto en verde, del que se ha eliminado la cera, con agente de
desmoldeo. Además, resulta particularmente ventajoso que el
procedimiento de sinterización se lleve a cabo en la cuarta etapa
bajo nitrógeno con un punto de rocío inferior a -40ºC, y
preferentemente inferior a -50ºC. En este caso, la sinterización
tiene lugar bajo nitrógeno puro. Además, la sinterización se lleva a
cabo, para la correspondiente densidad y/o composición del compacto
en verde, también bajo aire, hidrógeno, mezclas de nitrógeno e
hidrógeno con o sin alimentación precisa de aire, un gas
endotérmico, un gas exotérmico o bajo vacío, pudiéndose realizar la
sinterización mediante superposición de microondas o mediante
microondas para el control de la temperatura.
A la etapa de sinterización puede seguirle
inmediatamente, de forma preferente, un tratamiento térmico
necesario según el caso, particularmente un recocido de
homogeneización. El tratamiento térmico puede llevarse a cabo en
función de la composición química del componente obtenido. De forma
alternativa o adicional al tratamiento térmico, el componente
sinterizado puede enfriarse bruscamente tras alcanzar la
temperatura de sinterización o de recocido de homogeneización
preferentemente en agua o mediante un enfriamiento brusco con
gas.
Es posible llevar a cabo, antes o después de la
sinterización, una compactación superficial adicional, o más
generalmente: aplicar una tensión propia de compresión en zonas de
la superficie, mediante chorros de arena o chorros de bolas de
acero, rodillos o similares. También puede llevarse a cabo, antes o
después del recocido de homogeneización, un calibrado. En este caso,
el calibrado se realiza a temperatura ambiente o a temperatura
elevada, hasta la temperatura de forja, incluso mediante la
aplicación de hasta 900 N/mm^{2} de presión. Opcionalmente, el
calibrado puede incluso llevarse a cabo por encima de la línea
solidus, caso en el que el componente puede retirarse directamente
del calor de sinterización.
Las herramientas de calibrado y/o forjado
utilizadas para el calibrado pueden configurarse completa o
parcialmente cónicas, de modo que puedan alcanzarse prensados
particularmente elevados en determinadas zonas del componente. La
temperatura de las herramientas de calibrado y/o forja puede diferir
en función del componente a tratar, y dado el caso puede mantenerse
en el intervalo isotérmico. Es posible llevar a cabo, antes o
después de un tratamiento térmico o del calibrado, una compactación
superficial, o una aplicación de una tensión propia de compresión
en la
superficie.
superficie.
Finalmente, pueden aplicarse recubrimientos sobre
el componente sinterizado, siendo preferidos los procedimientos con
los que los componentes se someten a una anodización o una
anodización dura, como por ejemplo procedimientos térmicos de
pulverización como proyección de plasma o proyección a la llama, o
procedimientos físicos y/o químicos como PVD, CVD o similares. Sin
embargo, también pueden llevarse a cabo recubrimientos por vías
completamente químicas, como por ejemplo mediante lacas
lubricantes, que pueden contener teflón, o materiales
nanocompuestos. Mediante el recubrimiento, la superficie de los
componentes puede modificarse de forma precisa, según su aplicación,
en su dureza, rugosidad y coeficiente de fricción.
Éstas y otras ventajas de la presente invención
se dan a conocer a partir de los ejemplos siguientes.
Un polvo a base de Al de composición
Al4Cu1Mg0,5Si (correspondiente a la designación AC2014 de una
aleación de aluminio convencional en la que el polvo base presenta
un 4% en peso de Cu, un 1% en peso de Mg, un 0,5% en peso de Si y
un 94,5% en peso de Al, referidos a la cantidad total de polvo) de
la empresa ECKA Granulate GmbH & Co. KG, Velden, Alemania, con
nombre comercial ECKA Alumix 123 (92,5% en peso de Al), con un 1,5%
en peso de una cera amídica como agente aglutinante de la empresa
Hoechst y nombre comercial Mikrowachs C, se mezcló con polvos de
molibdeno o de wolframio según la tabla 1 siguiente. La mezcla se
llevó a cabo en un mezclador de movimiento asimétrico, adicionando
durante 5 min. y a temperatura ambiente el polvo de molibdeno o de
wolframio al polvo a base de Al previamente introducido.
El polvo a base de Al presentaba una distribución
de tamaño de grano comprendido entre 45 y 200 \mum, siendo el
diámetro promedio de partícula D_{50} entre 75 y 95\mum. El
polvo de molibdeno o de wolframio adicionado fue producido por la
empresa H.C. Starck GmbH & Co. KG, Goslar, Alemania, y
presentaba un diámetro promedio de partícula D_{50} de 25\mum
con una distribución de tamaño de partícula en un intervalo entre
aproximadamente 5 y 50\mum.
A continuación se introdujo la mezcla de polvos
en un molde matriz y se comprimió a una presión de aproximadamente
175 N/mm^{2} (calculada para una superficie frontal de rueda de
20 cm^{2}) durante aproximadamente de 0,2 a 0,5 segundos a
temperatura ambiente hasta obtener un compacto en verde en forma de
rueda de bomba. La densidad del compacto en verde fue
aproximadamente entre 2,35 y 2,38 g/cm^{3}. A continuación, se
eliminó la cera del compacto en verde así producido durante
aproximadamente 30 min. a aproximadamente 430ºC y se sinterizó a
una temperatura de sinterización de 610ºC bajo atmósfera de
nitrógeno puro con un punto de rocío de -50ºC en un horno de cinta
ajustado a una velocidad de 3,4 m/h, durante 30 min. Para ello, los
compactos en verde se depositaron sobre placas de Al_{2}O_{3}.
A continuación se llevó a cabo un recocido de homogeneización
durante 1,5 h a una temperatura de 515ºC. A continuación, la rueda
de bomba sinterizada se templó por enfriamiento brusco en agua con
una temperatura de aproximadamente 40ºC durante 10 segundos.
A continuación se llevó a cabo un calibrado hasta
una densidad teórica entre 97 y 98% en peso utilizando una presión
de aproximadamente 810 N/mm^{2} a 200ºC.
Tras el calibrado, se llevó a cabo un
endurecimiento de las ruedas de bomba sinterizadas a alta
temperatura, a 160ºC y durante 16 h. A continuación se determinaron
la resistencia a la tracción R_{m}, el módulo de elasticidad y la
deformación según la norma DIN EN 10002-1 en
muestras estandarizadas. Además, se determinó la dureza según la
norma DIN EN 24498-1 (dureza Brinell) con una bola
de acero endurecida como cuerpo de penetración con un diámetro de
2,5 y una carga de 62,5 kg. Los valores obtenidos se reflejan en la
tabla 1 siguiente.
| Material | R_{m} * | Módulo de elast. | A ** | Dureza |
| N/mm^{2} | kN/mm^{2} | % | HB \diameter 2,5/62,5 kg | |
| Al4Cu1Mg0,5Si + 8% en peso de Mo | 205 | 87 | 0,01 | 122 |
| Al4Cu1Mg0,5Si + 14% en peso de Mo | 152 | 104 | 0,01 | 148 |
| Al4Cu1Mg0,5Si + 8% en peso de W | 144 | 74 | 0,01 | 105 |
| Al4Cu1Mg0,5Si + 14% en peso de W | 135 | 74 | 0,01 | 102 |
| R_{m} * = resistencia a la tracción | ||||
| A ** = deformación. |
Se repitieron los ensayos anteriores designados
con el número 1, añadiendo sin embargo un polvo de cobre
suministrado por la empresa Eckart Granules con la marca Ecka
Kupfer CH-S. La adición se llevó a cabo de tal modo
que, en primer lugar, se mezcló el polvo de molibdeno o de
wolframio con el polvo de cobre en un mezclador de movimiento
asimétrico a temperatura ambiente durante 5 min., mezclándose a
continuación esta mezcla con el polvo a base de Al durante 5 min.
en un mezclador de movimiento asimétrico. El polvo de cobre
presentaba un diámetro promedio de partícula D_{50} de 25\mum y
una distribución de tamaño de grano en un intervalo entre
aproximadamente 5 y 50\mum. El polvo de cobre se produjo por
electrólisis, las partículas individuales presentaban forma
dendrí-
tica.
tica.
Se prepararon diferentes mezclas, sinterizándose
las mismas, como se ha descrito para el número 1, con y sin
reprensado hasta obtener ruedas de bomba. Para el reprensado, tras
el prensado se eliminó la cera del compacto en verde bajo una
atmósfera de nitrógeno durante 30 min. a aproximadamente 430ºC y, a
continuación, en un molde matriz idéntico al primer molde, que se
pulverizó con el agente de desmoldeo GLEITMO 300 de Fuchs Lubritech
GmbH, Weilerbach, Alemania, se reprensó a una presión de 760
N/mm^{2} durante aproximadamente de 0,2 a 0,5 segundos a
temperatura ambiente hasta el punto que la densidad del compacto en
verde reprensado estuvo aproximadamente entre 2,8 y 2,9 g/cm^{2}
y, con ello, aproximadamente entre un 19 y un 23% superior a la del
compacto en verde de rueda de bomba no reprensado y, con ello,
alrededor de un 95% de la densidad teórica.
A continuación, los compactos en verde obtenidos
se sinterizaron del modo descrito anteriormente, se calibraron
hasta una densidad teórica de 97 a 98% a una presión de 810
N/mm^{2}, aunque a temperatura ambiente, y se endurecieron. La
relación de mezcla entre el polvo de molibdeno o wolframio y el
polvo de cobre fue de 5:1 partes en peso. En la tabla 2 pueden
observarse las relaciones de mezcla así como los valores físicos
obtenidos.
| Nº | Material | Reprensado | R_{m} * | Módulo de elast. | A ** | Dureza | |
| SÍ | NO | N/mm^{2} | kN/mm^{2} | % | HB \diameter 2,5/62,5 kg | ||
| 2a | Al4Cu1Mg0,5Si + 8% en | X | 226 | 88 | 0,03 | 138 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| Mo + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2a' | Al4Cu1Mg0,5Si + 8% en | X | 253 | 89 | 0,01 | 146 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| Mo + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2b | Al4Cu1Mg0,5Si + 10% en | X | 206 | 93 | 0,01 | 142 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| Mo + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2b' | Al4Cu1Mg0,5Si + 10% en | X | 227 | 96 | 0,03 | 150 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| Mo + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2c | Al4Cu1Mg0,5Si + 12% en | X | 187 | 96 | 0,01 | 159 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| Mo + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2c' | Al4Cu1Mg0,5Si + 12% en | X | 193 | 100 | 0,01 | 164 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| Mo + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2d | Al4Cu1Mg0,5Si + 14% en | X | 178 | 101 | 0,01 | 159 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| Mo + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2d' | Al4Cu1Mg0,5Si + 14% en | X | 191 | 107 | 0,01 | 179 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| Mo + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2e | Al4Cu1Mg0,5Si + 8% en | X | 155 | 75 | 0,03 | 110 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| W + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2e' | Al4Cu1Mg0,5Si + 8% en | X | 237 | 79 | 0,04 | 122 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| W + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2f | Al4Cu1Mg0,5Si + 10% en | X | 173 | 74 | 0,05 | 107 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| W + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2f' | Al4Cu1Mg0,5Si + 10% en | X | 243 | 81 | 0,03 | 121 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| W + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2g | Al4Cu1Mg0,5Si + 12% en | X | 147 | 73 | 0,05 | 107 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| W + 20% en peso Cu) |
| Nº | Material | Reprensado | R_{m} * | Módulo de elast. | A ** | Dureza | |
| SÍ | NO | N/mm^{2} | kN/mm^{2} | % | HB \diameter 2,5/62,5 kg | ||
| 2g' | Al4Cu1Mg0,5Si + 12% en | X | 233 | 86 | 0,04 | 121 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| W + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2h | Al4Cu1Mg0,5Si + 14% en | X | 146 | 76 | 0,05 | 107 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| W + 20% en peso Cu) | |||||||
| 2h' | Al4Cu1Mg0,5Si + 14% en | X | 213 | 84 | 0,03 | 130 | |
| peso de Mo (80% en peso | |||||||
| W + 20% en peso Cu) | |||||||
| R_{m} * = resistencia a la tracción | |||||||
| A ** = deformación. |
Como se desprende de la tabla 2, las propiedades
físicas se ven favorecidas por el reprensado. Particularmente,
puede alcanzarse un aumento adicional de la dureza de las ruedas de
bomba producidas.
Con la presente invención resulta posible
producir componentes sinterizados en base a un polvo de Al, que no
sólo presenten excelentes valores de resistencia mecánica, sino
particularmente una dureza elevada. Así, los componentes
ventajosamente producidos de este modo pueden colocarse en puntos
sometidos a un gran esfuerzo, particularmente en el motor o en
transmisiones. Además, gracias a la posibilidad de eliminar el
calibrado pueden producirse componentes sinterizados endurecidos en
caliente de modo más económico y rápido.
Claims (14)
1. Mezcla de polvos sinterizable para la
producción de componentes sinterizados, particularmente para la
construcción automovilística, que comprende entre un 60 y un 98,5%
en peso, referido a la cantidad total de mezcla de polvos, de un
polvo a base de Al constituido por metales y/o sus aleaciones, el
cual comprende Al y, dado el caso, unos contenidos de por lo menos,
uno de los siguientes metales: 0,2 a 30% en peso de Mg, 0,2 a 40%
en peso de Si, 0,2 a 15% en peso de Cu, 0,2 a 15% en peso de Zn,
0,2 a 15% en peso de Ti, 0,2 a 10% en peso de Sn, 0,5 a 5% en peso
de Mn, 0,2 a 10% en peso de Ni y/o menos de un 1% en peso de As, Sb,
Co, Be, Pb y/o B, refiriéndose los respectivos porcentajes en peso a
la cantidad total de polvo a base de Al; y de 0,8 a 40% en peso,
referido a la cantidad total de mezcla de polvos, de un polvo
metálico seleccionado de entre un primer grupo de metales y/o sus
aleaciones constituido por Mo y/o W, así como, opcionalmente, de
entre un segundo grupo de metales y/o sus aleaciones constituido
por Cu, Sn, Zn, Li y/o Mg.
2. Mezcla de polvos sinterizable según la
reivindicación 1, caracterizada porque la relación entre la
cantidad del primer grupo de metales y/o sus aleaciones, y la
cantidad del segundo grupo en la mezcla de polvos se encuentra en
un intervalo comprendido entre 1:8 y 15:1 partes en peso.
3. Mezcla de polvos sinterizable según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el polvo a
base de Al presenta, además de Al, de 0,2 a 15% en peso de Mg, de
0,2 a 16% en peso de Si, de 0,2 a 10% en peso de Cu y/o de 0,2 a
15% en peso de Zn, referidos respectivamente a la cantidad total de
polvo a base de Al.
4. Mezcla de polvos sinterizable según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el segundo
grupo de metales y/o sus aleaciones presenta Cu, Zn y/o Sn.
5. Mezcla de polvos sinterizable según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la misma
comprende agente lubricante en una cantidad comprendida entre 0,2 y
5% en peso, referido a la cantidad total de mezcla de polvos.
6. Componente sinterizado producido a partir de
un polvo sinterizable según una de las reivindicaciones 1 a 5.
7. Componente sinterizado según la reivindicación
6, caracterizado porque presenta una resistencia a la
tracción de por lo menos 140 N/mm^{2}, medida según la norma DIN
EN 10002-1.
8. Componente sinterizado según las
reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque presenta un
módulo de elasticidad de por lo menos 70 kN/mm^{2}, medido según
la norma DIN EN 10002-1.
9. Componente sinterizado según una de las
reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque presenta una
dureza (HB 2,5/62,5 kg) de por lo menos 100, medida según la norma
DIN EN 24498-1.
10. Procedimiento para la producción de
componentes sinterizados, también de componentes, a partir de una
mezcla de polvos según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el
que:
- -
- en una primera etapa, se introduce la mezcla de polvos en un primer molde;
- -
- en una segunda etapa, la mezcla de polvos se comprime hasta obtener un compacto en verde;
- -
- en una tercera etapa, el compacto en verde se reprensa, por lo menos parcialmente; y
- -
- en una cuarta etapa, el compacto en verde reprensado se sinteriza.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque previamente a la tercera etapa se
elimina la cera del compacto en verde.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque la densidad
del compacto en verde alcanzada mediante el reprensado llevado a
cabo en la tercera etapa es de entre aproximadamente 2 y 40%
superior a la densidad antes del reprensado.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque en la tercera
etapa, antes de introducir el compacto en verde en un segundo
molde, éste se pulveriza con un agente de desmoldeo.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque el
procedimiento de sinterización en la quinta etapa se lleva a cabo
bajo nitrógeno con un punto de rocío inferior a -40ºC.
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