ES2263614T3 - Metodo para sinterizar una pieza de acero al carbono usando un aglutinante hidrocoloide como fuente de carbono. - Google Patents

Abstract

El uso de una prostaglandina de tipo A2 sustituida en la cadena omega del anillo o un derivado de la misma, estando la cadena omega definida por la fórmula siguiente: en la que C es un átomo de carbono (el número indicado entre paréntesis), B es un enlace simple, un doble enlace o un triple enlace, D es una cadena con 1 ¿ 10, preferentemente 2 ¿ 8, y especialmente 2 ¿ 5, y particularmente 3 átomos de carbono, opcionalmente interrumpida por preferentemente no más de dos heteroátomos (O, S o N), siendo el sustituyente sobre cada átomo de carbono H, grupos alquilo, preferentemente grupos alquilo inferior con 1 ¿ 5 átomos de carbono, un grupo carbonilo, o un grupo hidroxilo, siendo por lo cual el sustituyente sobre C15 un grupo carbonilo, o (R)-OH o (S)-OH; conteniendo cada cadena D preferentemente no más de tres grupos hidroxilo o no más de tres grupos carbonilo, R2 es una estructura anular tal como un grupo fenilo que está sin sustituir o que tiene por lo menos un sustituyente seleccionado degrupos alquilo C1-C5, grupos alcoxi C1-C4, grupos trifluorometilo, grupos acilamino alifáticos C1-C3, grupos nitro, átomos de halógeno, y grupo fenilo; o un grupo heterocíclico aromático que tiene 5-6 átomos en el anillo, como tiazol, imidazol, pirrolidina, tiofeno y oxazol; o un cicloalcano o un cicloalqueno con 3 ¿ 7 átomos de carbono en el anillo, opcionalmente sustituido con grupos alquilo inferior con 1 ¿ 5 átomos de carbono, para la fabricación de un medicamento tópico para el tratamiento de la psoriasis, conteniendo dicho medicamento dicha prostaglandina de tipo A2 sustituida en la cadena omega del anillo o derivado de la misma en una cantidad que corresponde a una dosis de 0, 01 a 100 µg por aplicación.

Description

Método para sinterizar una pieza de acero al carbono usando un aglutinante hidrocoloide como fuente de carbono.

Antecedentes de la invención

Los aceros al carbono y aceros para herramientas así como otros aceros y aleaciones con un alto contenido de carbono se caracterizan principalmente por propiedades de resistencia alta. El límite elástico, la resistencia a la tracción y la
dureza aparente aumentan con un aumento del contenido de carbono, y en la misma medida disminuye la elongación.

Es difícil producir una pieza estructural a partir de un polvo de acero al carbono que tenga un contenido de carbono de más de aproximadamente 0,1% por prensado y sinterización, ya que este polvo es muy duro y la densidad en verde resultante de la pasta en crudo obtenida por prensado será muy baja. Con el fin de obtener una buena compresibilidad se podría hacer el recocido blando del polvo, pero ésta es una operación muy costosa que debe realizarse en una atmósfera protectora. Por lo tanto, el carbono normalmente se añade en forma de un polvo de grafito antes del prensado. Para fabricar piezas de un acero con alto contenido de carbono a partir de un polvo metálico, dicho polvo se mezcla con hasta 1% en peso de carbono en forma de grafito de granos finos. El polvo de grafito que se usa para la adición de carbono a un acero o una aleación, se hace moliendo grafito natural o sintético. Durante mucho tiempo ha dominado el grafito natural debido a una mayor reactividad durante el procedimiento de sinterización, pero hoy en día también los hay sintéticos con dichas propiedades.

La "densidad en verde", es decir la densidad de la pasta en crudo que se alcanza después de la operación de prensado, es una propiedad importante. Una densidad en verde alta dará mejores propiedades mecánicas, mayor densidad final y mejores tolerancias después de la sinterización. Con el fin de obtener una densidad en verde alta, la ductilidad del polvo debe ser alta, puesto que la presión que se puede aplicar durante el compactado, normalmente no debería ser mayor de 800 MPa debido a la duración de la herramienta. Sin embargo, debido al hecho de que se añade grafito, la densidad final después de la sinterización será baja. Esto se debe al hecho de que el grafito tiene una densidad baja y ocupa volumen durante el prensado. Cuando se difunde en la pieza como carbono, se restringe el aumento de densidad. También se sabe bien, que cuando se mezcla grafito y acero al carbono no aleado es difícil obtener una mezcla perfecta, lo cual conduce a heterogenicidades con zonas con mayor y menor contenido de carbono, lo cual da resultados irregulares y propiedades diferentes de los cuerpos sinterizados. Esto es especialmente cierto para los polvos irregulares como polvo atomizado con agua.

Por lo tanto, ahora cuando se requieren buenas propiedades mecánicas, las piezas estructurales de aceros al carbono y para herramientas se producen principalmente por forjado, moldeado o prensado isostático en caliente, seguido de maquinización.

Técnica anterior

El documento US 5.460.641 describe la producción de piezas a partir de polvos de partículas esféricas por compresión y sinterización. Las partículas esféricas del polvo se obtienen por pulverización de un metal o aleación líquidos usando un chorro gaseoso, tal como un chorro de un gas neutro, y se prefieren frente a las partículas angulares debido al contenido mucho menor de óxido. Sin embargo, la resistencia mecánica de una pieza en bruto obtenida después de compresión en frío de partículas esféricas, la resistencia en verde, no es adecuada para su manipulación, y en particular para expulsarla del molde y transferirla al horno de sinterización. Con el fin de mejorar la resistencia en verde, las partículas esféricas se mezclan con un hidrocoloide, tal como una solución de gelatina, y se aglomeran en gránulos, los cuales después se comprimen y sinterizan. Debido a la pureza del polvo los gránulos se sinterizan con una densidad muy alta. Normalmente, el hidrocoloide es expulsado antes de la sinterización final en aire, p. ej., a 450-500ºC, lo cual separa completamente el carbono del aglutinante sin dar muchos óxidos. Esto es importante para algunos productos tales como el acero inoxidable.

El documento 99/36214 describe un procedimiento para comprimir polvo metálico de partículas esféricas aglomerado con al menos 0,5% en peso de un hidrocoloide termorreversible como aglutinante con una pasta en crudo que tiene una alta densidad. Después dicha pasta en crudo se puede sinterizar a los productos con densidad completa o casi completa.

El documento US 4.797.251 describe un procedimiento para formar una capa metálica a partir de un polvo de hierro mezclado con un aglutinante orgánico sobre un material base de acero, sin que la capa se desprenda. Durante la sinterización posterior el aglutinante se descompone dando un contenido de carbono residual de al menos 0,5% en peso. La mayor fuerza adhesiva y de fijación no se podría obtener si el contenido de carbono residual fuera menos de aproximadamente 5%.

El documento US 3.989.518 describe el uso de partículas de aglutinante orgánico mezcladas con partículas metálicas con el fin de obtener una preforma sinterizada con suficiente resistencia a la unión para el procesado posterior. El aglutinante orgánico consiste en compuestos que cuando se calientan a la temperatura de sinterización se descomponen en estructuras policíclicas con suficiente resistencia a la unión. Preferiblemente el aglutinante está presente en una cantidad suficiente para reducir el contenido de oxígeno de las partículas metálicas compuestas de una aleación ferrosa.

Descripción de la invención

Sorprendentemente ahora se ha encontrado que usando la técnica de aglomeración, tal como se describe en el documento US 5.460.641 o en WO 99/36214, se podrá controlar el contenido de carbono de una pieza estructural después de la sinterización de una forma ordenada. Un hidrocoloide, que se ha añadido en una cantidad de 0,5-2%, preferiblemente aproximadamente 1,5% en peso del aglomerado, contiene aproximadamente 50% de carbono, además de oxígeno y nitrógeno, lo cual significa que se puede usar como una fuente de carbono para producir aceros y aleaciones que tienen que tener un alto contenido de carbono y que no se pueden producir a partir de un polvo de acero con alto contenido de carbono.

La presente invención se refiere a un método para preparar una pieza estructural de acero sinterizada con un contenido de carbono de hasta 2% en peso, en el que un polvo aglomerado basado en hierro dulce de partículas esféricas que comprende al menos 0,5% en peso de una hidrocoloide termorreversible como aglutinante se presiona hasta una pasta en crudo de alta densidad, que se caracteriza porque la pasta en crudo se calienta a una temperatura de aproximadamente 450-650ºC en una atmósfera controlada, tal como inerte, para eliminar el contenido no carbonado del aglutinante, y después se sinteriza a una temperatura de aproximadamente 1100-1400ºC para permitir que el carbono restante se difunda de forma homogénea en el cuerpo sinterizado, dando piezas estructurales de alta densidad y que tienen propiedades de resistencia alta.

Las piezas estructurales de acero obtenidas de acuerdo con la invención pueden ser piezas de aceros al carbono y para herramientas, así como piezas de acero rápido, teniendo todos un contenido alto de carbono y propiedades de resistencia alta.

De acuerdo con un método preferido el hidrocoloide es gelatina.

Si se va a preparar una pieza estructural de un acero que tiene un contenido de carbono mayor que aproximadamente 0,5% en peso, el polvo aglomerado debe comprender además polvo de grafito de granos finos.

El calentamiento de la pasta en crudo a aproximadamente 450-650ºC debe tener lugar preferiblemente en una atmósfera protectora para evitar la oxidación. Como ejemplos de gases inertes se pueden mencionar argón o argón mezclado con una cantidad poco importante de hidrógeno, nitrógeno o amoniaco disociado, dando por ejemplo una mezcla de 25% de nitrógeno y 75% de hidrógeno. En este tipo de atmósfera la mayor parte del carbono del aglutinante es retenido en el polvo. Sería necesario disminuir el contenido de carbono, y no solo el contenido no carbonado, del aglutinante, y el calentamiento a 450-650ºC debería producirse en una atmósfera que permita eliminar parte del carbono, tal como una mezcla de una atmósfera protectora y aire u oxígeno.

Se pueden usar preferiblemente piezas estructurales preparadas por el método de la invención, para producir elementos pequeños en series grandes, tales como engranajes de dientes rectos y piezas de transmisión para vehículos. Las piezas se caracterizan por una homogeneidad casi perfecta de la distribución del carbono debido al esparcimiento uniforme del aglutinante en el polvo esférico durante el procedimiento de aglomeración, lo cual da propiedades muy uniformes en el producto acabado.

Ejemplos Ejemplo 1 Producción de una pieza de acero al carbono con 0,4% de C

Un polvo de partículas esféricas de acero al carbono no aleado que tenía un contenido de carbono de aproximadamente 0,05% en peso y un tamaño de granos de 150 \mum máximo, se mezcló con una solución acuosa de gelatina hasta una mezcla pastosa que después se granuló y secó dando un polvo aglomerado que contenía 1,5% en peso del aglutinante de gelatina. Después el polvo aglomerado se prensó de forma uniaxial en una prensa hidráulica convencional con una velocidad del pistón de 0,2-0,3 m/s y una presión de la herramienta de 800 N/mm^{2} hasta una pasta en crudo que tenía una densidad de 90-92% del valor teórico.

Después la pasta en crudo se puso en un horno y se calentó a una temperatura de 475ºC durante 2 horas en una atmósfera protectora de argón + H_{2} al 5%. Mediante este calentamiento, la gelatina se descompone y desaparece el contenido de oxígeno y nitrógeno, pero queda retenido la mayor parte del carbono. Después de sinterizar a 1350ºC durante 2 h a vacío, se obtiene una pieza de acero al carbono con un contenido de carbono de 0,42% cuando se analiza con un analizador Leco (Leco Incorporated, EE.UU.) y una densidad de 97,8% del valor teórico.

Ejemplo 2 Producción de una pieza del acero para herramientas AISI 420

El AISI 420 es una calidad de acero conocida del tipo acero inoxidable para herramientas. Es una calidad de acero martensítico endurecible y por lo tanto interesante en aplicaciones tales como herramientas para el moldeo por inyección de plásticos en el que hay un entorno corrosivo. La composición del acero es: Cr al 12%, C al 0,4% y el resto hierro.

Un polvo de partículas esféricas que tiene la composición de Cr al 12%, C al 0,05% y el resto hierro, y un tamaño de granos de 100 \mum máximo (de Anval Nyby AB, Torshälla, Suecia) se mezcló con una solución acuosa de gelatina con un contenido de aglutinante de 1,5% en peso, como se ha descrito en el Ejemplo 1. Después de prensar el polvo aglomerado hasta una pasta en crudo y calentar y sinterizar, principalmente como se ha descrito en el Ejemplo 1, se obtiene una pieza de acero que tiene un contenido de carbón de 0,45% cuando se analiza con un analizador Leco.

Ejemplo 3 Producción de una pieza de un acero rápido T15

El objetivo era una pieza estructural de un acero rápido T15, que tenía un análisis típico de C al 1,5%, Si al 0,25%, Mn al 0,25%, Cr al 4,2%, W al 12%, Mo al 0,5%, V al 4,7%, Co al 5,0% y el resto Fe. Debido al alto contenido de carbono y a las fuertes propiedades de formación de carburo del Cr, W y V, un polvo con dicha composición habría sido extremadamente duro después de la atomización debido al enfriamiento rápido. Hacer un recocido blando de dicho polvo en atmósfera protectora también habría sido muy difícil y caro, ya que habría sido necesaria una alta temperatura del recocido blando, lo cual a su vez provocaría una tendencia del polvo a sinterizar.

De acuerdo con la invención, se produce un polvo de acero que tiene la composición anterior aparte de un contenido de carbono menor de aproximadamente 0,05%. Este polvo es blando y se puede prensar. Se mezcla gelatina en una cantidad de hasta 1,5% en peso con agua, aproximadamente al 3,5%, a una temperatura constante de aproximadamente 55ºC durante 15 minutos. Después se añade 1% de grafito puro en forma de granos extremadamente finos (tamaño de partículas 0,1-1 \mum) a la solución con agitación a la misma temperatura constante. Después se produce el polvo aglomerado como se ha descrito en el Ejemplo 1. Mediante la mezcla del polvo y el hidrocoloide con el grafito de granos finos en una solución acuosa, se obtiene una distribución extremadamente uniforme del aglutinante y el grafito.

Después, el polvo aglomerado se podría prensar a una densidad de 83%. Después la pasta en crudo se desune en argón puro a una temperatura de 475ºC y después de esto se sinteriza en una mezcla de H_{2} al 10% y N_{2} al 90% a 1220ºC hasta una densidad completa. El contenido de carbono de la pieza estructural final era 1,45% y la distribución de carburo extremadamente uniforme.

Claims (5)

1. Un método para preparar una pieza estructural sinterizada con un contenido de carbono de hasta 2% en peso, en el que un polvo basado en hierro dulce de partículas esféricas que comprende al menos 0,5% en peso de un hidrocoloide termorreversible como aglutinante se prensa en una pasta en crudo de alta densidad y después se sinteriza, caracterizado porque la pasta en crudo antes de la sinterización se calienta a una temperatura de 450-650ºC en una atmósfera controlada, para eliminar el contenido no carbonado del aglutinante, reteniendo la mayor parte del carbono del aglutinante, y después se sinteriza a una temperatura de 1100-1400ºC para permitir que el resto del carbono del aglutinante se difunda de forma homogénea en el cuerpo sinterizado, dando piezas estructurales de alta densidad y que tienen propiedades de resistencia alta.

2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque el hidrocoloide es gelatina.

3. Un método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el polvo aglomerado comprende además polvo de grafito de granos finos.

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el calentamiento a 450-650ºC tiene lugar en una atmósfera protectora para evitar la oxidación.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el calentamiento a 450-650ºC tiene lugar en una atmósfera que permite eliminar parte del carbono.