ES2248629T3

ES2248629T3 - Aleacion de fundicion esferoidal.

Info

Publication number: ES2248629T3
Application number: ES02792934T
Authority: ES
Inventors: Werner Menk
Original assignee: Georg Fischer Fahrzeugtechnik AG; Georg Fischer Automotive AG
Current assignee: Georg Fischer Fahrzeugtechnik AG; Georg Fischer Automotive AG
Priority date: 2002-01-14
Filing date: 2002-12-07
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2022-12-07
Also published as: DE50204908D1; DE10201218A1; EP1468126B1; JP2005514519A; JP4326959B2; EP1468126A1; CN1496418A; ATE309396T1; CN100340689C; US20040091382A1; AU2002358642A1; US6939414B2; WO2003057937A1

Abstract

Aleación de fundición esferoidal con un elevado módulo de elasticidad, con los componentes químicos C, Si, Cu, Ni y/o Mo, Mn, Mg y S, en la que la aleación está compuesta por los siguientes porcentajes en peso: C < 2, 9%, Si 3, 8 hasta 4, 3%, Cu 0, 5 hasta 1, 0%, Ni y/o Mo 0 hasta 4%, en donde el contenido en molibdeno asciende a 1, 0% como máximo, Mn 0, 1 hasta 0, 8%, Mg 0, 03 hasta 0, 07%, S 0, 015% como máximo, y resto hierro, en donde las fracciones de mezcla de C y Si se encuentran muy próximas al eutéctico.

Description

Aleación de fundición esferoidal.

La invención se refiere a una aleación de fundición esferoidal para productos de hierro fundido con un elevado módulo de elasticidad, en la que la aleación de fundición esferoidal contiene, como componentes no férricos, por lo menos los elementos C, Si, Mn, Cu, Mg, S, y como impurezas, Ni y/o Mo.

En la construcción de vehículos se utilizan aleaciones de fundición esferoidal para la fabricación de piezas de fundición que deben tener una elevada resistencia contra momentos de torsión, por ejemplo, el cigüeñal, como parte del motor del vehículo. Las piezas de fundición tienen, a menudo, una compleja geometría con muchas zonas que están sometidas a diferentes cargas, y que muestran, por consiguiente, diferentes espesores de pared. Esto supone utilizar una técnica de fundición adecuada para piezas con geometrías fuertemente diferenciadas. Asimismo, las piezas de fundición deben ser sometidas, con frecuencia, a un tratamiento posterior. El tratamiento posterior puede ser un tratamiento térmico y/o un tratamiento de mecanización. Una propiedad importante que se desea impartir a estas piezas de fundición es un módulo de elasticidad lo más alto posible. Habitualmente, se utilizan en la actualidad aleaciones con un módulo de elasticidad de hasta aprox. 160 GPa. Para piezas con un módulo de elasticidad lo más alto posible se utiliza, por lo general, una aleación de acero y las piezas se procesan, seguidamente, por forjadura. Sin embargo, este método de fabricación tiene un coste elevado.

Por el documento WO 99/19525 se conoce una aleación de fundición esferoidal que se puede utilizar para ejes y discos de un freno de disco. La aleación contiene en porcentaje en peso 1,5 hasta 4,5% de C, 1,5 hasta 4,5% de Si, y al menos 1,0 hasta 6,5% de Mo, así como, eventualmente, Ni y Cu, en donde la suma (% de Mo + % de Ni + % de Cu) no es mayor de 6,5%, y como resto hierro y las impurezas habituales. La aleación se distingue por una buena resistencia contra temperaturas elevadas y la fricción.

Por el documento WO 96/38596 se conoce una aleación de fundición esferoidal con un elevado módulo de elasticidad. La aleación contiene en porcentaje en peso: 3,0 hasta 3,8% de C, 2,0 hasta 2,6% de Si, 0,2 hasta 0,6% de manganeso, menos de 0,02% de P, menos de 0,03% de S, 0,03 hasta 0,06% de magnesio, 0,8 hasta 1,2% de Ni, 0,8 hasta 1,2% de Cu, 0,4 hasta 1,0% de Mo y, como resto, Fe. Por el documento Su 1752819 se conoce una aleación de fundición esferoidal, compuesta por 2,8 hasta 4,2 de C, 3,6 hasta 5,8 de Si, 0,3 hasta 0,8 de Mn, 0,05 hasta 0,3 de Cr, 0,05 hasta 0,2 de Mo, 0,6 hasta 1,8 de Cu, 0,005 hasta 0,02 de Ca, 0,01 hasta 0,05 de Mg, 0,05 hasta 0,7 de Al, 0,01 hasta 0,07 de S.E., resto hierro, en donde Si + Al = 4,28 hasta 5,99, Mn + Cr + Cu = 1,45 hasta 22,31, Mg + Ca + S. E. = 0,070 hasta 0,106 y (Si + Al) - (Mn + Cr + Cu) = 1,45 hasta 22,31.

Son conocidas aleaciones de fundición esferoidal con elevadas fracciones de perlita y grafito. En estas aleaciones conocidas, el módulo de elasticidad para determinadas aplicaciones es excesivamente bajo. Cuando se mantiene bajo el contenido en grafito, la fracción de matriz y el módulo de elasticidad son más altos. Se forma más cristal mixto que grafito.

A partir de este estado de la técnica, es misión de la invención ofrecer una aleación de fundición esferoidal para productos de hierro fundido con un módulo de elasticidad mayor que 170 GPa.

Esta tarea se resuelve a través de una aleación compuesta por los siguientes porcentajes en peso: C < 2,9%, Si 3,8 hasta 4,3%, Cu 0,5 hasta 1,0%, Ni y/o Mo 0 hasta 4%, Mn 0,1 hasta 0,8%, Mg 0,03 hasta 0,07%, S 0,015% como máximo y resto hierro, en la que las fracciones de mezcla de C y Si se encuentran muy próximas al eutéctico.

Configuraciones adicionales preferidas de la invención aparecen en las reivindicaciones dependientes.

Es conveniente reducir la fracción de perlita en la estructura de los productos de hierro fundido, y que la aleación se encuentre muy próxima al eutéctico. Esto se consigue cuando la fracción de perlita es menor que 50 hasta 70%. Por medio de la menor fracción de perlita se mejoran las propiedades de mecanización.

También resulta conveniente que en la estructura de los productos de hierro fundido se garantice una solidificación de los cristales mixtos. Esto se consigue con un contenido en Si de 3,8 hasta 4,0%.

El objetivo fundamental de la invención es ofrecer una aleación de fundición esferoidal especialmente apropiada para cigüeñales de motores de combustión interna. Por medio de un módulo de elasticidad más elevado se reduce de manera considerable el peligro de rotura, incluso en un eje formado por una sola pieza con una geometría con secciones transversales alternativa y relativamente pequeñas y grandes, prolongándose de forma considerable la duración de la vida del eje. También se incrementa la rigidez del cigüeñal. De esta forma se alcanza una mejor estabilidad de marcha del cigüeñal. Una mejor estabilidad de marcha significa también que las vibraciones que actúan sobre los cojinetes del cigüeñal se reducen considerablemente. Los cojinetes y el cigüeñal alcanzan, de este modo, una vida de servicio claramente más larga. El contenido en C es decisivo para el módulo de elasticidad del cigüeñal. Cuando la fracción de grafito en la aleación se mantiene baja, aumenta la fracción volumétrica de los cristales mixtos, en comparación con la fracción de grafito en la estructura. De esta manera, se eleva el módulo de elasticidad. Hasta el momento, no se conocen aleaciones de fundición esferoidal con un contenido en C menor de 3,0%. Habitualmente, las aleaciones de fundición esferoidal contienen 10 hasta 15% en volumen de grafito. Con la aleación de fundición esferoidal propuesta en este documento se aspira, por primera vez, a una fracción de grafito de 10% en volumen como máximo.

Ejemplo 1

Cigüeñal para el motor de un vehículo de turismo de fundición esferoidal (GJS), con la siguiente composición química: 2,8% de C, 4,0% de Si, 0,2% de Mn, 0,9% de Cu, 0,047% de Mg, 0,005% de S.

La estructura está formada por 60-70% de perlita, 30 hasta 40% de ferrita. La fracción de grafito asciende, en total, a 10%. La formación de grafito es mayor de 90% de V y VI (según la norma DIN EN ISO 945), con un tamaño de 6 hasta 7.

Las propiedades mecánicas de esta pieza de fundición se definen con R_{p 0,2} = 574 N/mm^{2}, R_{m} = 811 N/mm^{2}, y A = 2,7%. El módulo de elasticidad es de 179,5 GPa. La dureza sobre todas las secciones transversales asciende a 254-285 HB10/3000.

Claims

1. Aleación de fundición esferoidal con un elevado módulo de elasticidad, con los componentes químicos C, Si, Cu, Ni y/o Mo, Mn, Mg y S, en la que la aleación está compuesta por los siguientes porcentajes en peso: C < 2,9%, Si 3,8 hasta 4,3%, Cu 0,5 hasta 1,0%, Ni y/o Mo 0 hasta 4%, en donde el contenido en molibdeno asciende a 1,0% como máximo, Mn 0,1 hasta 0,8%, Mg 0,03 hasta 0,07%, S 0,015% como máximo, y resto hierro, en donde las fracciones de mezcla de C y Si se encuentran muy próximas al eutéctico.

2. Aleación de fundición esferoidal según la reivindicación 1, caracterizada porque el contenido en C asciende a 2,6 hasta 2,9%.

3. Aleación de fundición esferoidal según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el contenido en Si asciende a 3,9 hasta 4,1%.

4. Aleación de fundición esferoidal según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el contenido en S es menor que 0,01%.

5. Aleación de fundición esferoidal según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el contenido en perlita es menor que 70%.

6. Aleación de fundición esferoidal según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el contenido en perlita asciende a 50 hasta 70%.

7. Aleación de fundición esferoidal según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las piezas formadas a partir de la misma tienen un módulo de elasticidad de al menos 170 GPa.

8. Aleación de fundición esferoidal según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se utiliza para cigüeñales de vehículos de motor.