ES2244859T3 - Aelacion de hierro colado. - Google Patents

Abstract

Una aleación de hierro colado para productos de hierro colado con una alta estabilidad térmica, que consta de 2, 5 a 2, 8 % en peso de C, de 4, 7 a 5, 2 % en peso de Si, de 0, 5 a 0, 9 % en peso de Mo, de 0, 5 a 0, 9 % en peso de Al, hasta 0, 04 % en peso de Mg, hasta 0, 02 % en peso de S, de 0, 1 a 1, 0 % en peso de Ni, de 0, 1 a 0, 4 % en peso de Zr, el resto Fe y las impurezas usuales.

Description

Aleación de hierro colado.

El invento se refiere a una aleación de hierro colado (fundición de hierro) para productos de hierro colado con una alta estabilidad (resistencia) térmica.

En la construcción de vehículos automóviles se utilizan aleaciones de hierro colado para la producción de piezas moldeadas por colada (de fundición), que deben tener una alta estabilidad térmica, por ejemplo las piezas que entran en contacto con los gases de escape calientes del motor de combustión interna. Puesto que los motores de combustión interna proporcionan potencias cada vez mayores, las temperaturas de los gases de escape se están haciendo cada vez mayores. Los colectores de escape y los alojamientos de turbocargadores están sometidos a unas temperaturas de desde 900 hasta más de 1.000ºC. A estas altas temperaturas, desempeña un cometido muy importante la temperatura de transformación, es decir la temperatura en la que un tipo cristalino de la aleación se transforma en otro tipo cristalino. A la temperatura de transformación se efectúa una modificación del volumen, y esta modificación del volumen conduce a un comportamiento de dilatación irregular de las piezas moldeadas por colada. Las aleaciones, que se pueden emplear, deben tener unas temperaturas de transformación que estén situadas por encima de la máxima temperatura de uso. También se emplean para las mencionadas altas temperaturas de uso unas aleaciones de hierro colado austenítico o aleaciones con una alta proporción de níquel. El níquel es una materia prima relativamente cara. Con frecuencia, los colectores de escape se conforman también a partir de piezas de chapa, haciéndose apreciable como desventaja el mal aislamiento acústico. Estas soluciones al problema son relativamente costosas en la producción.

A partir del documento de patente europea EP 534850 B1 se conoce una aleación de hierro colado conforme al prefacio. La aleación contiene aproximadamente 3,1% en peso de C, 4,6% en peso de Si, 1,9% en peso de Al, 1% en peso de Mo y eventualmente todavía adiciones de Co y Nb.

A partir del documento de patente japonesa JP-62-142744 se conoce una aleación de hierro colado para la construcción de moldes destinados a la fabricación de productos de vidrio. La aleación contiene, junto a 2,5 hasta 3,5% en peso de C, 3,0 hasta 6,0% en peso de Si, 0 hasta 2,0% en peso de Ni, 0 hasta 2,0% en peso de Mo y 0 hasta 2,0% en peso de Al, también todavía de 0 a 3,0% en peso de Cu y de 0 a 2,0% en peso de Cr. La porción de grafito en esta aleación está estructurada en forma de gusanillos (vermicular) y los moldes producidos a partir de ellos se distinguen por una elaborabilidad mecánica similar a la que posee una fundición gris.

A partir del documento de patente de la Unión Soviética SU 1036786 se conoce otra aleación de hierro colado estable frente al calor. La aleación contiene junto a 2,8 hasta 3,8% en peso de C, 3,6 hasta 4,5% en peso de Si, 0,2 hasta 0,5% en peso de Ni, 0,1 hasta 0,35% en peso de Mo, 0,1 hasta 0,3% en peso de Al, 0,05 hasta 0,2% en peso de Zr y 0,04 hasta 0,1% en peso de Mg, también todavía de 0,3 a 1,0% en peso de Mn, de 0,1 a 0,8% en peso de Cr, de 0,1 a 0,3% en peso de V y de 0,01 a 0,1% en peso de Ti.

Partiendo de este estado de la técnica, es misión del invento indicar una aleación de hierro colado, que se produzca a partir de elementos lo más baratos que sean posibles, y realizándose que las piezas moldeadas por colada (de fundición) tengan una temperatura de uso lo más alta que sea posible.

El problema planteado por esta misión se resuelve mediante una aleación de hierro colado para productos de hierro colado con una alta estabilidad térmica, como se define en la reivindicación 1.

Perfeccionamientos preferidos del invento se establecen a partir de las reivindicaciones subordinadas.

Es ventajoso el hecho de que la aleación tiene una estabilidad estructural lo más alta que sea posible y una resistencia contra la oxidación lo más alta que sea posible. Esto se consigue mediante el recurso de que el contenido de Si es de 4,7 a 5,2% en peso. Esto se consigue también mediante el recurso de que el contenido de Al es de 0,5 a 0,9% en peso.

La idea esencial del invento es indicar una aleación de hierro colado que tenga una temperatura de transformación de más que 950ºC, que en el caso del empleo en conexión con motores de combustión interna no tenga ninguna perturbadora propiedad de dilatación y que se pueda producir del modo más barato que sea posible en un procedimiento de moldeo por colada (fundición). El grafito presente en la aleación de hierro colado puede estar estructurado esferoidalmente (= con forma esférica) o vermicularmente (= en forma de gusanillos). Una adición de níquel permanece limitada a aproximadamente 1% en peso. Una adición de zirconio en el intervalo de 0,1 a 0,4% en peso, inmediatamente antes del vertimiento (de la colada) en el molde, se ha manifestado como especialmente ventajosa. El zirconio tiene una influencia favorable sobre la estabilidad frente a la oxidación y la resistencia mecánica. El zirconio se puede añadir en la forma de una aleación preliminar.

Ejemplo 1

Un colector de escape para un motor de combustión interna de un coche de turismo a base de fundición esferoidal con la siguiente composición química en tantos por ciento en peso: 2,6 de C, 5,1 de Si, 0,1 de Ni, 0,6 de Mo, 0,6 de Al, 0,6 de Zr, 0,04 de Mg y menos que 0,01 de S, presenta un estructura ferrítica. Las mediciones en un dilatómetro arrojan un coeficiente de dilatación longitudinal de 16\cdot10^{-16}/ K, lo que permite sacar la conclusión acerca de una temperatura de transformación de más que 950ºC. En un ensayo de tracción en caliente a una temperatura de 300ºC se determinaron los siguientes valores de resistencias mecánicas: Rp_{0,2}= 575 N/mm^{2}, Rm = 600 N/mm^{2} y A = 0,4%.

Ejemplo 2

Un colector de escape para un motor de combustión interna de un coche de turismo a base de fundición de hierro con grafito vermicular con la siguiente composición química en tantos por ciento en peso: 2,6 de C, 5,1 de Si, 1,0 de Ni, 0,7 de Mo, 0,6 de Al, 0,3 de Zr, 0,02 de Mg y 0,02 de S, presenta un estructura ferrítica. Las mediciones en un dilatómetro arrojan un coeficiente de dilatación longitudinal de 16\cdot10^{-16}/ K, lo que permite sacar la conclusión acerca de una temperatura de transformación de más que 950ºC. En un ensayo de tracción en caliente a una temperatura de 300ºC se determinaron los siguientes valores de resistencias mecánicas: Rm = 545 N/mm^{2} y A= 0,1%.

Cuando la temperatura al moldear por colada no desciende por debajo de 1.460ºC y cuando los elementos Al y Zr se añaden, por ejemplo como una aleación preliminar de Al y Zr, tan sólo inmediatamente antes del vertimiento, es posible producir productos de hierro colado ferríticos con una temperatura de transformación de por encima de una temperatura de más que 950ºC. Los productos así producidos se distinguen por una muy pequeña modificación del volumen en función de la temperatura, una buena estabilidad frente a los cambios de temperatura, buenas propiedades mecánicas, una buena estabilidad frente a la oxidación y un bajo precio de las materias primas.

Claims (7)

1. Una aleación de hierro colado para productos de hierro colado con una alta estabilidad térmica, que consta de 2,5 a 2,8% en peso de C, de 4,7 a 5,2% en peso de Si, de 0,5 a 0,9% en peso de Mo, de 0,5 a 0,9% en peso de Al, hasta 0,04% en peso de Mg, hasta 0,02% en peso de S, de 0,1 a 1,0% en peso de Ni, de 0,1 a 0,4% en peso de Zr, el resto Fe y las impurezas usuales.

2. Una aleación de hierro colado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la porción de grafito está estructurada en forma de esferas.

3. Una aleación de hierro colado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la porción de grafito está estructurada en forma de gusanillos.

4. Una aleación de hierro colado de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque se utiliza para piezas moldeadas por colada, que entran en contacto con el gas de escape de motores de combustión interna.

5. Una aleación de hierro colado de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque se utiliza para colectores de escape o alojamientos de turbocargadores en vehículos automóviles.

6. Procedimiento para la producción de una aleación de hierro colado de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los elementos Al y Zr se añaden como una aleación preliminar de Al y Zr tan sólo inmediatamente antes del vertimiento en la masa fundida.

7. Procedimiento para la producción de una aleación de hierro colado de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la temperatura de la masa fundida antes del vertimiento está situada por encima de 1.460ºC.