ES2255967T3 - Material metalico con elevado temple, elevada resistencia al desgaste y elevada tenacidad. - Google Patents
Material metalico con elevado temple, elevada resistencia al desgaste y elevada tenacidad.Info
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Abstract
Procedimiento para la regulación o control técnico de aleaciones de la cinética de solidificación y de la composición de la matriz de colas metálicas que forman carburos, caracterizado, por el hecho de que metal líquido integrado por los elementos, en % en peso: desde 0, 6 hasta 1, 7% carbono desde 0, 6 hasta 1, 1% silicio desde 0, 2 hasta 0, 5% manganeso desde 7, 0 hasta 11, 0% cromo desde 2, 0 hasta 3, 2% molibdeno hasta 1, 0% wolframio hasta 0, 8% níquel desde 0, 5 hasta 1, 5% vanadio desde 0, 4 hasta 0, 65% niobio, eventualmente tántalo, opcionalmente elementos del grupo 4 del sistema periódico en la magnitud de por debajo del 0, 24%, 25 resto hierro así como impurezas condicionadas por la fabricación se fabrica y en función del contenido de carbono y del contenido de elementos del grupo 5 del sistema periódico hasta el 4, 6% en peso se alea con aluminio en una concentración de 0, 3 a 2, 6% en peso Al con la reserva de que el contenido de aluminio igual al contenidode carbono, multiplicado por el equivalente de niobio AN, multiplicado por el factor de campo o zona de acción F, da como resultado: % en peso AL = % en peso C x AN x F, formándose el equivalente de niobio de acuerdo con la relación: AN = 0, 3 + 0, 1% en peso V + % en peso Nb + 1, 12% en peso Ta y el factor de zona o campo de acción F: F = de 0, 7 a 1, 3, después de lo cual se deja solidificar la colada.
Description
Material metálico con elevado temple, elevada
resistencia al desgaste y elevada tenacidad.
La invención se refiere a un procedimiento pera
el mando o control técnico de aleaciones de la cinética de
solidificación y de la composición de la matriz de coladas
metálicas que forman carburos, así como a un material fabricado
preferentemente según el procedimiento con elevada dureza o temple,
elevada resistencia al desgaste y elevada tenacidad.
Aleaciones de esta clase se han de contar o
figurar en el estado de la técnica. Por ejemplo, dentro del ámbito
o campo de las aleaciones básicas de hierro son conocidos los
aceros para herramientas, los cuales contienen, entre otros, los
elementos carbono, vanadio, niobio y aluminio.
La patente DE 31 44 475 A1 da a conocer un acero
rápido y para herramientas, el cual, junto a elementos, presenta de
0,3 hasta 3,0% en peso carbono, de 0,5 hasta 3,0% en peso silicio,
de 0,5 hasta 3,0% en peso aluminio, de 0,5 hasta 6,0% en peso
vanadio. El acero, en el caso del cual se puede sustituir el
vanadio parcial o totalmente por circonio, niobio, hafnio, titanio,
tántalo o una mezcla de los mismos, posee de preferencia una suma
de los contenidos de silicio y aluminio de aproximadamente el 2% en
peso. Los elementos silicio y aluminio en combinación tienen que
sustituir, con prácticamente igual calidad del material, al cobalto
total o parcialmente y reducir el contenido de wolframio, vanadio y
molibdeno.
La patente EP-0425471 ha dado a
conocer un acero resistente al frío con alta resistencia a la
compresión, el cual, entre otras cosas, esta aleado con en % en
peso de 0,6 hasta 1,5 C, de 0,2 hasta 1,6 Si, de 0,3 hasta 1,5 V,
de 0,2 hasta 1,6 AL y hasta 0,5 Nb. El silicio y el aluminio tienen
que mejorar el comportamiento del mejorado o bonificado y mediante
formación de nitruros impedir u obstaculizar un crecimiento
granulométrico en el temple o en la austenitización y de este modo
aumentar la resistencia a la compresión, la dureza o temple, la
tenacidad y la resistencia al
desgaste.
desgaste.
Mediante la correspondiente concentración de
determinados elementos de aleación en acción recíproca o
interacción con los otros componentes se puede fomentar o activar,
especialmente, al menos, una deseada propiedad de materiales que
solidifican ledeburitamente. Es alcanzable una elevada resistencia
al desgaste, por ejemplo, desde la técnica de aleaciones por medio
de la elevación del componente carburo, de todos modos empeora la
tenacidad del material.
Sin embargo, la calidad y la aplicabilidad del
material se caracterizan por el perfil de propiedades, el cual
tiene que estar formado, de conformidad con las modernas exigencias
técnicas de ésta, a base de propiedades individuales lo más
elevadas o ventajosas posible. Además, por razones de la seguridad
funcional es importante que la amplitud de variación de los valores
de las propiedades que sea lo más pequeña posible.
Al principio, se intentó mediante una aleación
con aluminio sustituir elementos caros o influenciar sobre el
mejorado o bonificado térmico de tal manera que resulten mejoradas
las propiedades del material.
Un elevado contenido de aluminio en aceros
ledeburíticos sólo en algunos casos se ha evidenciado como
favorable porque éste, la mayoría de las veces, no produce ninguna
mejora del perfil de las propiedades del material y las propiedades
individuales eventualmente mejoradas presentan grandes oscilaciones
o variaciones. Las causas de ello se basan según la opinión
especializada en la morfología de la solidificación. Una formación
de gruesos carburos segregados primariamente en la solidificación
de la colada, los cuales, en el caso de una conformación en
caliente del material, esencialmente no se han de desintegrar o
destruir, pero que pueden formar una estructura de líneas
desventajosa, así como el temple alcanzable y la tenacidad de la
matriz se han de considerar como límites técnicos de aleaciones
para una mejora de las propiedades totales.
En este caso la invención quiere poner remedio y
se propone o fija como meta indicar un procedimiento, con el cual se
controla la cinética de la solidificación de coladas metálica, que
forman carburos, desde la técnica de aleaciones de tal modo que la
estructura se configura morfológicamente de manera ventajosa con
propiedades de la matriz mejoradas. Además, es cometido de la
invención crear materiales metálicos según el genero con alto
temple, alta resistencia al desgaste y alta tenacidad. De forma
precisa esto significa la creación de materiales resistentes a las
altas presiones, en especial para trabajos en frío simultáneamente
con una estabilidad esencialmente mejorada, contra el desgaste
abrasivo, con elevado trabajo plástico de rotura por flexión y
resistencia a la rotura por flexión así como un límite
significativamente elevado del recalcado o aplastamiento del 0,2%
del material.
La meta u objetivo se logra en el caso de un
procedimiento del tipo mencionado más arriba por el hecho de que
metal líquido que consta de los elementos en % en peso:
\newpage
| desde | 0,6 | hasta | 1,7% | carbono | |
| desde | 0,6 | hasta | 1,1% | silicio | |
| desde | 0,2 | hasta | 0,5% | manganeso | |
| desde | 7,0 | hasta | 11,0% | cromo | |
| desde | 2,0 | hasta | 3,2% | molibdeno | |
| hasta | 1,0% | wolframio | |||
| hasta | 0,8% | níquel | |||
| desde | 0,5 | hasta | 1,5% | vanadio | |
| desde | 0,4 | hasta | 0,65% | niobio, |
\vskip1.000000\baselineskip
eventualmente tántalo,
opcionalmente elementos del grupo 4 del sistema
periódico en la cuantía de por debajo del 0,24% en peso,
\vskip1.000000\baselineskip
resto hierro así como impurezas condicionadas por
la fabricación, se fabrica y en función del contenido de carbono y
del contenido de elementos del grupo 5 del sistema periódico hasta
el 4,6% en peso se alea con aluminio en una concentración de 0,3
hasta 2,6% en peso Al con la reserva de que el contenido de
aluminio igual al contenido de carbono, multiplicado por el
equivalente de niobio AN, multiplicado por el factor de zona o campo
de acción F, da por resultado:
% en peso AL = % en peso C x AN x
F,
formándose el equivalente de niobio
de acuerdo con la
relación:
AN = 0,3 + 0,1% en peso V + % en peso NB + 1,12%
en peso Ta y el factor de zona de acción de:
F = 0,7 hasta
1,3,
después de lo cual se deja
solidificar la
colada.
Las ventajas del procedimiento según la invención
se han de ver esencialmente en el hecho de que, por medio del
contenido de aluminio optimizado en su acción, se puede influenciar
la cinética de solidificación de tal manera que se suprimen en gran
parte una separación primaria de carburos y un crecimiento
granulométrico de los carburos en el caso de la refrigeración o
enfriamiento ulterior, que, por consiguiente, se forman en la
colada los carburos eutécticamente en lo esencial globulísticamente
finos. Además, mediante la correspondiente concentración de
aluminio, se puede controlar la composición de la matriz, en
especial su contenido de carbono, y de éste modo determinar en
último término la dureza o temple y tenacidad de la matriz. Por
primera vez se ha descubierto que es importante para una
consecución de un alto perfil de las propiedades especialmente
ventajoso de materiales ajustar el contenido de aluminio dentro de
unos límites en función de la concentración de carbono y del
equivalente de niobio. Contenidos menores que 0,3% en peso o
contenidos mayores que 2,6% en peso de aluminio ya no tienen ningún
efecto favorable o pueden ser activos desventajosamente en el caso
de ulterior distanciamiento del límite superior, en virtud de un
empeoramiento o deterioro de las propiedades de la matriz. Entre
estos límites, con miras a una formación de carburos esencialmente
eutéctica en el caso de la solidificación y, por eso una estructura
morfológicamente deseada, de la textura de solidificación con
propiedades de la matriz mejoradas, se ha de ajustar el contenido
de aluminio en la aleación de conformidad con la relación
mencionada más arriba. Las causas de la considerable supresión de
una separación o precipitación de carburos primaria aún no se han
aclarado científicamente por completo, sin embargo, se puede
suponer que el aluminio en correspondientes concentraciones limita
los gérmenes de cristalización en su acción y permite una mayor
sub-fusión pertinente.
Se logra una textura morfológicamente en especial
favorable si el factor de zona o campo de acción F presenta un
valor entre 0,9 y 1,2.
El peor problema de la invención se resuelve en
el caso de un material metálico, que está fabricado de preferencia
según el procedimiento mencionado más arriba, por el hecho de que
la aleación consta de los elementos en % en peso:
\newpage
desde
| 0,6 | hasta | 1,7% | carbono | |
| 0,6 | hasta | 1,1% | silicio | |
| 0,2 | hasta | 0,5% | manganeso | |
| 7,0 | hasta | 11,0% | cromo | |
| 2,0 | hasta | 3,2% | molibdeno | |
| hasta | 1,0% | wolframio | ||
| hasta | 0,8% | níquel | ||
| 0,5 | hasta | 1,5% | vanadio | |
| 0,4 | hasta | 0,65% | niobio | |
| 0,3 | hasta | 2,6% | aluminio, |
\vskip1.000000\baselineskip
eventualmente otros elementos del grupo 5 del
sistema periódico en total 4,6% en peso,
opcionalmente elementos del grupo 4 del sistema
periódico en la magnitud o cuantía de por debajo del 0,24% en
peso,
\vskip1.000000\baselineskip
resto hierro así como impurezas condicionadas por
la fabricación y el aluminio en función del contenido de carbono
así como de vanadio, niobio y tántalo presenta una concentración
según la fórmula:
% en peso Al = % en peso C x AN x
F,
estando formado el valor AN y el
equivalente de niobio, de acuerdo
con:
AN = 0,3 + 0,1 x % en peso V + %en peso Nb + %
1,12% en peso Ta y el factor F:
F = desde 0,7 hasta
1,3
indica el campo o zona de
acción.
Las ventajas del material según la invención
consisten esencialmente en que se mejoran esencialmente todas las
propiedades mecánicas y también la estabilidad o resistencia contra
el desgaste abrasivo del mismo. Para eso es ciertamente importante
un adecuado ajuste con mantenimiento del contenido de aluminio
porque de éste, en función del contenido de carbono y del
equivalente de niobio, dependen la configuración de la estructura de
fundición y la de la textura del material deformado. En el caso de
un deseado contenido de elementos del grupo 5 del sistema
periódico, los cuales forman o constituyen con otros componentes
las condiciones previas para un deseado perfil de las propiedades
del material, se determina, en función del contenido de carbono, el
del aluminio dentro de los límites comprendidos entre 0,3 y 2,6% en
peso.
Se logra una especial posición elevada de las
propiedades del material en su totalidad si el factor de la zona o
campo de acción F presenta un valor comprendido entre 0,9 y
1,2.
Herramientas cortantes con duración de corte
mejorada y similar seguridad contra la rotura se pueden fabricar
preferentemente si la base de la aleación está configurada como
acero rápido y está aleada con aluminio dentro de los ámbitos de la
invención.
Pueden estar especialmente pronunciadas las
ventajas en el caso de un acero resistente al frío aleado según la
invención. En especial la elevada resistencia al desgaste así como
la gran tenacidad y resistencia del material dan por resultado unas
propiedades de empleo sobresalientes de las herramientas
elaboradas a base del mismo.
Se pueden lograr una resistencia contra el
desgaste abrasivo según DIN 50320 mayor que 12 1/g en la prueba de
desgaste del papel de lija o esmeril SiC P 120 (diámetro del plato
abrasivo: 300 mm; número de revoluciones del plato abrasivo: 150
mn^{-1}; diámetro de la muestra: 8 mm; fuerza de apriete o
compresión: 13,33 N), una resistencia a la rotura por flexión de,
al menos, 4500 N/mm^{2} y un trabajo plástico de rotura por
flexión dentro del campo de 3000 Nmm con un 0,2% límite de
recalcado o aplastamiento de por encima de 2600 N/mm^{2} del
material térmicamente mejorado o bonificado si la aleación presenta
en % en peso:
desde
| 1,0 | hasta | 1,4% | carbono | |
| 0,6 | hasta | 1,1% | silicio | |
| 0,2 | hasta | 0,5% | manganeso | |
| 7,0 | hasta | 11,0% | cromo | |
| 2,0 | hasta | 3,2% | molibdeno | |
| hasta | 1,0% | wolframio | ||
| hasta | 0,8% | níquel | ||
| 1,0 | hasta | 1,5% | vanadio | |
| 0,4 | hasta | 0,65% | niobio |
\vskip1.000000\baselineskip
aluminio dentro de los límites dependientes según
la invención entre 0,64 y 2,0,
resto hierro e impurezas condicionadas, por la
fabricación.
\vskip1.000000\baselineskip
Se pueden, aumentar las propiedades mecánicas y
la resistencia contra un desgaste abrasivo si la aleación presenta
más del 0,5% en peso de niobio.
Es de especial importancia para una textura
morfológicamente favorable una baja concentración de la aleación en
elementos del grupo 4 del sistema periódico y eventualmente del
nitrógeno porque uniones de estos elementos pueden formar gérmenes
eficaces para una separación o precipitación primaria de carburos.
Así pues, resulta ventajoso si el contenido de elementos del grupo 4
del sistema periódico es inferior al 0,24% en peso, de preferencia
inferior al 0,1% en peso y es contenido de nitrógeno resulta menos
del 0,01% en peso.
A continuación explica más detalladamente la
invención con ayuda de tablas con la composición química y los
resultados de examen de los materiales de ensayo.
En la tabla 1 figura la composición química de la
aleación de ensayo constando el resto de hierro e impurezas
condicionadas por la fundición respectivamente.
De la tabla 2 se pueden deducir los respectivos
resultados de las pruebas y un número de evaluación o valoración
para el perfil de las propiedades de la aleación.
El número de valoración en la tabla 2, que
caracteriza las propiedades del material en la totalidad, se ha
formado de tal modo que los números característicos o índices para
el trabajo plástico de rotura por flexión, para la resistencia a la
rotura por flexión así como el 0,2% límite de recalcado o
aplastamiento se dividen entre 1000 respectivamente, los relativos
al desgaste abrasivo se dividen entre 10 y los valores de los
números característicos así formados se multiplican unos con
otros.
Las aleaciones 1,2 y 10 representan aleaciones
según la invención y presentan propiedades individuales
consideradas por completo. El trabajo plástico de rotura por
flexión de estos materiales se sitúa ventajosamente en unos valores
superiores a 2900 Nmm.
Lo mismo se aplica la resistencia a la rotura por
flexión con números característicos o índices de por encima 4500
N/mm^{2} y para el 0,2% límite de recalcado o aplastamiento con
valores superiores a 2600 N/mm^{2} respectivamente. Con miras al
empleo y al tiempo de duración del corte de una herramienta formada
a base de esta clase de aleaciones, la resistencia al desgaste es
muchas veces de especial importancia. Los materiales según la
invención tienen, como se deduce de la tabla, una resistencia al
desgaste muy alta.
Si bien los materiales, que presentan,
eventualmente similares concentraciones de elementos, destinados a
la comparación con las aleaciones compuestas según la invención
pueden presentar frecuentemente unas propiedades individuales
relevantes, su perfil de las propiedades no está suficientemente
muchas veces para esfuerzos en la moderna técnica de los
procedimientos. Al examinar comparativamente el índice de
valoración, que representa las propiedades del material en su
totalidad, se ilustran en especial las ventajas de las aleaciones
según la invención.
Claims (5)
1. Procedimiento para la regulación o control
técnico de aleaciones de la cinética de solidificación y de la
composición de la matriz de colas metálicas que forman carburos,
caracterizado, por el hecho de que metal líquido integrado
por los elementos, en % en peso:
eventualmente tántalo,
opcionalmente elementos del grupo 4 del sistema
periódico en la magnitud de por debajo del 0,24%,
resto hierro así como impurezas condicionadas por
la fabricación se fabrica y en función del contenido de carbono y
del contenido de elementos del grupo 5 del sistema periódico hasta
el 4,6% en peso se alea con aluminio en una concentración de 0,3 a
2,6% en peso Al con la reserva de que el contenido de aluminio
igual al contenido de carbono, multiplicado por el equivalente de
niobio AN, multiplicado por el factor de campo o zona de acción F,
da como resultado:
% en peso AL = % en peso C x AN x
F,
formándose el equivalente de niobio
de acuerdo con la
relación:
AN = 0,3 + 0,1% en peso V + % en peso Nb + 1,12%
en peso Ta y el factor de zona o campo de acción F:
F = de 0,7 a
1,3,
después de lo cual se deja
solidificar la
colada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el factor de zona o campo
de acción es:
F = de 0,9 a
1,2.
3. Material metálico, en especial fabricado según
el procedimiento de conformidad con las reivindicaciones
precedentes, con elevado temple o dureza, elevada resistencia y
elevada tenacidad, caracterizado por el hecho de que la
aleación está integrada por los elementos en % en peso:
desde
eventualmente otros elementos del grupo 5 del
sistema periódico en total 4,6% en peso,
opcionalmente elementos del grupo 4 del sistema
periódico en la magnitud o cuantía de por debajo del 0,24% en
peso,
resto hierro así como impurezas condicionadas por
la fabricación y el aluminio en función del contenido de carbono
así como de vanadio, niobio y tántalo presenta una concentración
según la fórmula:
% en peso Al = % en peso C x AN x
F,
formándose el valor AN o el
equivalente de niobio, de acuerdo
con:
AN = 0,3 + 0,1 x % en peso V + % en peso Nb + %
1,12% en peso Ta y el factor F:
F = de 0,7 a
1,3
indica el campo o zona de
acción.
4. Material según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el factor de zona o campo
de acción es:
F = de 0,9 a
1,2.
5. Material según, una de las reivindicaciones 3
o 4, caracterizado por el hecho de que el contenido de
elementos del grupo 4 del sistema periódicos inferior al 0,1% en
peso.
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