ES2310341T3 - Componente de motor y metodo para producirlo. - Google Patents
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Abstract
Un componente de motor compuesto de una aleación de aluminio conteniendo silicio, incluyendo una pluralidad de granos de silicio cristalino primario (1011) situados en una superficie de deslizamiento, teniendo la pluralidad de granos de silicio cristalino primario (1011) un tamaño de grano de cristal medio de no menos de aproximadamente 12 mum y no más de aproximadamente 50 mum, una pluralidad de granos de silicio eutéctico (1012) dispuestos entre la pluralidad de granos de silicio cristalino primario (1011), donde la pluralidad de granos de silicio eutéctico (1012) tiene un tamaño de grano de cristal medio de no más de aproximadamente 7,5 mum, y conteniendo la aleación de aluminio no menos de aproximadamente 50 ppm en peso y no más de aproximadamente 200 ppm en peso de fósforo y no más de aproximadamente 0,01% en peso de calcio.
Description
Componente de motor y método para
producirlo.
La presente invención se refiere a un componente
de motor, por ejemplo un bloque de cilindro o un pistón, y un
método para producir un componente de deslizamiento para un motor.
Más en concreto, la presente invención se refiere a un componente
de motor compuesto de una aleación de aluminio que incluye silicio,
y un método para producirlo. La presente invención también se
refiere a un motor y un vehículo automóvil que incorporan tal
componente de motor.
En los últimos años, en un intento de reducir el
peso de los motores, se ha tendido a usar una aleación de aluminio
para bloques de cilindro. Dado que un bloque de cilindro tiene que
tener una alta resistencia y alta resistencia a la abrasión, cabe
esperar que las aleaciones de aluminio que contienen una gran
cantidad de silicio sean aleaciones de aluminio prometedoras para
bloques de cilindro.
En general, una aleación de aluminio que
contiene gran cantidad de silicio es difícil de fundir, dificultando
así producción en serie basada en la fundición a presión.
Consiguientemente, los autores de la presente invención han
propuesto una técnica de fundición a alta presión que permite la
producción en serie de bloques de cilindro usando tales aleaciones
de aluminio (véase el folleto de WO 2004/002658). Esta técnica hace
posible producir en serie bloques de cilindro que tienen suficiente
resistencia a la abrasión y resistencia para uso práctico.
Sin embargo, dependiendo de las revoluciones
concebibles del motor y las condiciones concebibles bajo las que se
puede usar un motor, un bloque de cilindro puede cumplir incluso
requisitos de mayor resistencia a la abrasión y resistencia. Por
ejemplo, en el caso de una motocicleta, su motor opera a 7.000 rpm o
más, de modo que hay requisitos bastante altos de resistencia a la
abrasión y de resistencia del bloque de cilindro.
GB 2294471 A así como GB 2302695 A se refieren a
un revestimiento de cilindro y un método de producir tal
revestimiento de cilindro. Se describe formar granos diminutos de
silicio cristalino primario usando un método de pulverización con
una tasa de enfriamiento de 10^{5} K/s, respectivamente 10^{3}
K/s.
US 3333579 se refiere a aleaciones a base de
aluminio con alto contenido de silicio conteniendo hasta 20% en
peso de silicio. Mediante la adición de sodio y una mezcla de
fósforo en polvo en condición fundida, se crean tamaños de
partícula de silicio en la condición fundida de entre 10 y 40
\mum.
Un objetivo de la presente invención es
proporcionar un componente de motor con excelente resistencia a la
abrasión y resistencia, así como un método para producir un
componente de deslizamiento para un motor.
Según la presente invención, dicho objetivo se
logra con un componente de motor que tiene la combinación de
características de la reivindicación independiente 1.
En una realización preferida, el componente de
motor que tiene dicha estructura es un bloque de cilindro, donde la
pluralidad de granos de silicio cristalino primario están expuestos
en una superficie de un agujero de pared de cilindro.
Preferiblemente, la pluralidad de granos de
silicio cristalino tienen una distribución de tamaño de grano que
tiene al menos dos picos, incluyendo un primer pico existente en un
rango de tamaños de grano de cristal de no menos de aproximadamente
1 \mum y no más de aproximadamente 7,5 \mum y un segundo pico
existente en un rango de tamaños de grano de cristal de no menos de
aproximadamente 12 \mum y no más de aproximadamente 50 \mum.
Con esta estructura única, se logran las ventajas y soluciones antes
descritas.
En una realización preferida, en cualquier
región rectangular arbitraria de la superficie de deslizamiento que
tiene un tamaño aproximado de 800 \mum x 1000 \mum, el número de
regiones circulares que tienen un diámetro de aproximadamente 50
\mum y que no contienen granos de silicio cristalino de un tamaño
de grano de cristal de aproximadamente 0,1 \mum o más es igual o
menor que cinco.
En una realización preferida, la aleación de
aluminio contiene: no menos de aproximadamente 73,4% en peso y no
más de aproximadamente 79,6% en peso de aluminio; no menos de
aproximadamente 18% en peso y no más de aproximadamente 22% en peso
de silicio; y no menos de aproximadamente 2,0% en peso y no más de
aproximadamente 3,0% en peso de cobre.
En una realización preferida, la superficie de
deslizamiento tiene una dureza Rockwell (HRB) de no menos de
aproximadamente 60 y no más de aproximadamente 80.
Un motor según una realización preferida de la
presente invención incluye el componente de motor que tiene dicha
estructura. Con esta estructura única, se logran las ventajas y
soluciones descritas anteriormente.
Un bloque de cilindro según una realización
preferida de la presente invención es un bloque de cilindro
compuesto de una aleación de aluminio conteniendo: no menos de
aproximadamente 73,4% en peso y no más de aproximadamente 79,6% en
peso de aluminio; no menos de 18% en peso y no más de
aproximadamente 22% en peso de silicio; y no menos de
aproximadamente 2,0% en peso y no más de aproximadamente 3,0% en
peso de cobre, incluyendo el bloque de cilindro una pluralidad de
granos de silicio cristalino primario situados en una superficie de
deslizamiento dispuesta de manera que entre en contacto con un
pistón, y una pluralidad de granos de silicio eutéctico dispuestos
entre la pluralidad de granos de silicio cristalino primario, donde
la pluralidad de granos de silicio cristalino primario tienen un
tamaño de grano de cristal medio de no menos de aproximadamente 12
\mum y no más de aproximadamente 50 \mum, y la pluralidad de
granos de silicio eutéctico tienen un tamaño de grano de cristal
medio de no más de aproximadamente 7,5 \mum; la aleación de
aluminio contiene: no menos de aproximadamente 50 ppm en peso y no
más de aproximadamente 200 ppm en peso de fósforo; y no más de
aproximadamente 0,01% en peso de calcio; y la superficie de
deslizamiento tiene una dureza Rockwell (HRB) de no menos de
aproximadamente 60 y no más de aproximadamente 80. Con esta
estructura única, se logran las ventajas y soluciones descritas
anteriormente.
Alternativamente, el bloque de cilindro según
una realización preferida de la presente invención es un bloque de
cilindro compuesto de una aleación de aluminio conteniendo: no menos
de aproximadamente 73,4% en peso y no más de aproximadamente 79,6%
en peso de aluminio; no menos de aproximadamente 18% en peso y no
más de aproximadamente 22% en peso de silicio; y no menos de
aproximadamente 2,0% en peso y no más de aproximadamente 3,0% en
peso de cobre, incluyendo el bloque de cilindro una pluralidad de
granos de silicio cristalino formados en una superficie de
deslizamiento que entra en contacto con un pistón, donde la
pluralidad de granos de silicio cristalino tienen una distribución
de tamaño de grano que tiene al menos dos picos; los al menos dos
picos incluyen un primer pico existente en un rango de tamaños de
grano de cristal de no menos de aproximadamente 1 \mum y no más
de aproximadamente 7,5 \mum y un segundo pico existente en un
rango de tamaños de grano de cristal de no menos de aproximadamente
12 \mum y no más de aproximadamente 50 \mum; en cualquier región
rectangular arbitraria de la superficie de deslizamiento
dimensionada aproximadamente 800 \mum X 1000 \mum, el número
de regiones circulares que tienen un diámetro de aproximadamente 50
y no contienen granos de silicio cristalino de un tamaño de grano
de cristal de aproximadamente 0,1 o más es igual o menor que cinco;
la aleación de aluminio contiene: no menos de aproximadamente 50
ppm en peso y no más de aproximadamente 200 ppm en peso de fósforo;
y no más de aproximadamente 0,01% en peso de calcio; y la superficie
de deslizamiento tiene una dureza Rockwell (HRB) de no menos de
aproximadamente 60 y no más de aproximadamente 80. Con esta
estructura única, se logran las ventajas y soluciones descritas
anteriormente.
Alternativamente, el motor según una realización
preferida de la presente invención incluye el bloque de cilindro
que tiene dicha estructura; y un pistón que tiene una superficie de
deslizamiento cuya dureza superficial es más alta que la de la
superficie de deslizamiento del bloque de cilindro. Con esta
estructura única, se logran las ventajas y soluciones descritas
anteriormente.
Un vehículo automóvil según otra realización
preferida de la presente invención incluye el motor que tiene dicha
estructura. Con esta estructura única, se logran las ventajas y
soluciones descritas anteriormente.
Además, según la presente invención, dicho
objetivo se logra con un método para producir un componente de
deslizamiento para un motor incluyendo los pasos de la
reivindicación independiente 9. Realizaciones preferidas de la
presente invención se exponen en las reivindicaciones
secundarias.
En lo que sigue, la presente invención se
explica con más detalle por medio de sus realizaciones en unión con
los dibujos acompañantes, donde:
La figura 1 es una vista en perspectiva que
representa esquemáticamente un bloque de cilindro 100 según una
realización preferida.
La figura 2 es una vista esquemática ampliada de
una superficie de deslizamiento del bloque de cilindro 100.
Las figuras 3A, 3B, y 3C son diagramas para
explicar la relación entre un tamaño de grano de cristal medio de
granos de silicio cristalino primario y la resistencia a la abrasión
de un bloque de cilindro.
La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra
un método para producir el bloque de cilindro 100.
La figura 5 es un diagrama esquemático que
representa un aparato de fundición a alta presión usado para colada
del bloque de cilindro 100.
Las figuras 6A y 6B son fotografías de
microscopio metalúrgico de una superficie de deslizamiento de un
bloque de cilindro comparativo, que se fundió usando un molde de
arena.
Las figuras 7A y 7B son fotografías de
microscopio metalúrgico de una superficie de deslizamiento de un
bloque de cilindro prototipo, que se fundió mediante fundición a
alta presión.
La figura 8 es un gráfico que representa una
distribución de tamaño de grano de granos de silicio cristalino
formada en la superficie de deslizamiento del bloque de cilindro
comparativo.
La figura 9 es un gráfico que representa una
distribución de tamaño de grano de granos de silicio cristalino
formada en la superficie de deslizamiento del bloque de cilindro
prototipo.
La figura 10 es una fotografía ampliada de la
superficie de deslizamiento del bloque de cilindro comparativo
después de someterse a una prueba de abrasión.
La figura 11 es una fotografía ampliada de la
superficie de deslizamiento del bloque de cilindro prototipo
después de someterse a una prueba de abrasión.
La figura 12 es una fotografía que representa un
grano de silicio cristalino que resulta gigantesco debido a que el
efecto de micronización del fósforo es impedido por el calcio.
La figura 13 es una vista en sección transversal
que representa esquemáticamente un mecanismo de cómo se puede
retener lubricante en cavidades de aceite en la superficie de
deslizamiento.
Las figuras 14A a 14E son fotografías de
microscopio metalúrgico que representan una superficie de
deslizamiento de un bloque de cilindro, habiéndose fundido los
bloques de cilindro en condiciones de tasa de enfriamiento
respectivamente diferentes.
La figura 15 es un gráfico que representa una
relación entre temperatura y tiempo después de iniciarse un proceso
de colada.
La figura 16 es una vista en sección transversal
que representa esquemáticamente un motor 150 que tiene el bloque de
cilindro 100.
Y la figura 17 es una vista lateral que
representa esquemáticamente una motocicleta que tiene el motor 150
representado en la figura 16.
\vskip1.000000\baselineskip
Los inventores han realizado un estudio
detallado de la relación entre el modo o estilo de granos de silicio
cristalino en una superficie de deslizamiento (es decir, una
superficie que entra en contacto con un pistón) de un bloque de
cilindro y la resistencia a la abrasión y la resistencia del bloque
de cilindro. Como resultado, los inventores han descubierto que la
resistencia a la abrasión y la resistencia se pueden mejorar en gran
medida estableciendo el tamaño de grano de cristal medio de los
granos de silicio cristalino de manera que caiga dentro de un rango
específico, y/o asegurando que los granos de silicio cristalino
tengan una distribución específica de tamaño de grano. La presente
invención se ha desarrollado en base a la información de este
descubrimiento.
Además, los inventores también han investigado
las condiciones para producir bloques de cilindro, y así han
llegado a un método de producción preferible que permite formar
granos de silicio cristalino en la superficie de deslizamiento en
dicho modo o estilo preferible.
A continuación, se describirán realizaciones
preferidas de la presente invención con referencia a los dibujos.
Aunque la descripción siguiente se referirá principalmente a un
bloque de cilindro como un ejemplo, la presente invención no se
limita a ello. La presente invención se puede aplicar adecuadamente
a un componente de deslizamiento para un motor, siendo el
componente de deslizamiento un componente (por ejemplo, un bloque de
cilindro o un pistón) de una cámara de combustión de un motor de
combustión interna, y un método para producirlo.
La figura 1 representa un bloque de cilindro 100
según la presente realización preferida. El bloque de cilindro 100
se hace de una aleación de aluminio que contiene silicio.
Como se representa en la figura 1, el bloque de
cilindro 100 incluye preferiblemente una porción de pared
(denominada una "pared de agujero de cilindro") 103 que define
el agujero de cilindro 102, y una porción de pared (denominada una
"pared exterior de bloque de cilindro") 104 que rodea el
agujero de pared de cilindro 103 y define el contorno exterior del
bloque de cilindro 100. Entre el agujero de pared de cilindro 103 y
el bloque de pared de cilindro exterior 104 se ha dispuesto una
camisa de agua 105 para retener un refrigerante.
La superficie 101 del agujero de pared de
cilindro 103 que mira al agujero de cilindro 102 define una
superficie de deslizamiento que entra en contacto con un pistón. La
superficie de deslizamiento 101 se representa ampliada en la figura
2.
Como se representa en la figura 2, el bloque de
cilindro 100 incluye una pluralidad de granos de silicio cristalino
1011 y 1012, que se han formado y están situados en la superficie de
deslizamiento 101. Estos granos de silicio cristalino 1011 y 1012
están dispersados en una matriz 1013 de solución sólida que contiene
aluminio.
Los granos de silicio cristalino que son los
primeros en cristalizar con una masa fundida de una aleación de
aluminio que tiene una composición hipereutéctica conteniendo una
gran cantidad de silicio, se denominan "granos de silicio
cristalino primario". Los granos de silicio cristalino que
cristalizan entonces se denominan "granos de silicio
eutéctico". Entre los granos de silicio cristalino 1011 y 1012
representados en la figura 2, los granos de silicio cristalino
relativamente grandes 1011 son los granos de silicio cristalino
primario. Los granos de silicio cristalino relativamente pequeños
1012 formados entre los granos de silicio cristalino primario son
los granos de silicio eutéctico.
Los granos de silicio eutéctico 1012 son
típicamente cristales en forma de aguja como se representa en la
figura 2; sin embargo, no todo grano de silicio cristalino eutéctico
1012 es un cristal en forma de aguja. Realmente, es probable que
algunos granos de silicio eutéctico 1012 sean cristales granulares.
Los granos de silicio cristalino primario 1011 se componen
principalmente de cristales granulares, mientras que los granos de
silicio eutéctico 1012 se componen principalmente de cristales en
forma de aguja.
Los inventores han hallado experimentalmente que
la resistencia a la abrasión y la resistencia del bloque de
cilindro 100 se puede mejorar en gran medida estableciendo el tamaño
de grano de cristal medio de los granos de silicio cristalino
primario 1011 de manera que esté dentro de un rango de no menos de
aproximadamente 12 \mum y no más de aproximadamente 50 \mum.
Los resultados experimentales detallados se describirán más tarde.
Por ahora, la razón por la que se puede lograr una mejora
considerable de la resistencia a la abrasión y la resistencia
estableciendo dicho rango de tamaño de grano de cristal medio se
describirá con referencia a las figuras 3A a 3C.
Si el tamaño de grano de cristal medio de los
granos de silicio cristalino primario 1011 excede de aproximadamente
50 \mum, como se representa en el lado izquierdo de la figura 3A,
el número de granos de silicio cristalino primario 1011 por unidad
de área de la superficie de deslizamiento 101 es pequeño. Por lo
tanto, se impone una carga grande a cada grano de silicio
cristalino primario 1011 durante la operación del motor, de modo
que, como se representa en el lado derecho de la figura 3A, los
granos de silicio cristalino primario 1011 pueden ser destruidos
posiblemente. Si se destruyen los granos de silicio cristalino
primario 1011, se romperá una película de lubricante formada en la
superficie de deslizamiento 101, permitiendo así que un aro de
pistón o pistón entren en contacto directo con la matriz 1013 de la
superficie de deslizamiento 101, dando lugar a rayas. Además, los
residuos de los granos de silicio cristalino primario destruidos
1011 actuarán como granos abrasivos, produciendo así una abrasión
considerable de la superficie de deslizamiento 101.
Si el tamaño de grano de cristal medio de los
granos de silicio cristalino primario 1011 es menos de
aproximadamente 12 \mum, como se representa en el lado izquierdo
de la figura 3B, solamente una pequeña porción de cada grano de
silicio cristalino primario 1011 queda soterrada en la matriz 1013.
Por lo tanto, como se representa en el lado derecho de la figura
3B, los granos de silicio cristalino primario 1011 se pueden quitar
fácilmente durante la operación del motor. Tales granos de silicio
cristalino primario dispersados 1011 actuarán como granos abrasivos
debido a su alta dureza, produciendo así considerable abrasión de la
superficie de deslizamiento 101. Además, la porción de cada grano
de silicio cristalino primario 1011 que sube por encima de la matriz
1013 también es pequeña en este caso, de modo que se reducirá el
grosor de la película lubricante a retener en la superficie de
deslizamiento 101. Como resultado, la rotura de la película
lubricante se puede producir fácilmente, dando lugar así a
rayado.
Por otra parte, si el tamaño de grano de cristal
medio de los granos de silicio cristalino primario 1011 no es menos
de 12 \mum y no más de aproximadamente 50 \mum, como se
representa en el lado izquierdo de la figura 3C, hay un número
adecuado de granos de silicio cristalino primario 1011 por unidad de
área de la superficie de deslizamiento 101. Por lo tanto, la carga
en cada grano de silicio cristalino primario 1011 durante la
operación del motor es relativamente pequeña de modo que, como se
representa en el lado derecho de la figura 3C, se evite la
destrucción de los granos de silicio cristalino primario 1011.
Además, en este caso, la porción de cada grano de silicio
cristalino primario 1011 que sube por encima de la matriz 1013 tiene
una altura suficiente, lo que hace posible la retención de una
cantidad suficiente de lubricante. Así, una película lubricante que
tiene un grosor suficiente se puede retener en la superficie de
deslizamiento 101, por lo que la rotura de la película lubricante,
y por lo tanto la generación de rayas, se puede evitar. Dado que la
porción de cada grano de silicio cristalino primario 1011 soterrada
en la matriz 1013 es suficientemente grande, se evita que salgan
los granos de silicio cristalino primario 1011. Por lo tanto, la
abrasión de la superficie de deslizamiento 101 debido a granos de
silicio cristalino primario dispersado se puede evitar.
Además, los inventores estudiaron cómo los
granos de silicio eutéctico 1012 refuerzan la matriz 1013
descubriendo que, micronizando los granos de silicio eutéctico
1012, es posible mejorar la resistencia a la abrasión y la
resistencia del bloque de cilindro 100. Específicamente, se puede
obtener una mejora de la resistencia a la abrasión y la resistencia
asegurando que los granos de silicio eutéctico 1012 tengan un tamaño
de grano de cristal medio de no más de aproximadamente 7,5
\mum.
Además, los inventores también han examinado la
distribución de tamaño de grano de la pluralidad de granos de
silicio cristalino formados en la superficie de deslizamiento 101,
descubriendo que se puede obtener una mejora considerable en la
resistencia a la abrasión y la resistencia del bloque de cilindro
100 asegurando que la pluralidad de granos de silicio cristalino
tienen una distribución de tamaño de grano de tal manera que existe
un pico en el rango de tamaños de grano de cristal de no menos de
aproximadamente 1 \mum y no más de aproximadamente 7,5 \mum y
existe otro pico en el rango de tamaños de grano de cristal de no
menos de aproximadamente 12 \mum y no más de aproximadamente 50
\mum.
Con el bloque de cilindro 100 de la presente
realización preferida, como se ha descrito anteriormente, los
granos de silicio cristalino formados en la superficie de
deslizamiento 101 logran una alta resistencia a la abrasión, en un
grado tal que es como si se formase una capa antiabrasión en la
superficie interior del agujero de pared de cilindro 103. Esta
"capa antiabrasión" también mejora la resistencia del agujero
de pared de cilindro 103.
Hay una técnica conocida para mejorar la
resistencia a la abrasión de un bloque de cilindro que implica
colocar un manguito cilíndrico dentro del agujero de cilindro. Sin
embargo, con tal técnica, es difícil asegurar un contacto completo
entre el manguito cilíndrico y el bloque de cilindro propiamente
dicho, dando lugar así a una conductividad térmica deteriorada.
Además, el grosor del manguito cilíndrico propiamente dicho aumenta
el grosor general del agujero de pared de cilindro, deteriorando así
la operación de enfriamiento.
Por otra parte, según el bloque de cilindro 100
de la presente realización preferida, se ha formado una capa
antiabrasión, que también sirve para proporcionar una mejor
resistencia, integralmente con el agujero de pared de cilindro 103.
Como resultado, se evita el deterioro de la conductividad térmica, y
se puede reducir el grosor del agujero de pared de cilindro 103
propiamente dicho, produciendo así una mejor operación de
enfriamiento. Además, la mejor operación de enfriamiento del bloque
de cilindro 100 permite un aumento de la cantidad de mezcla de gas
(que en el caso de inyección directa es aire) que se puede
introducir en el cilindro, por lo que se puede mejorar la potencia
de salida del motor.
A continuación se describirá un método de
producción que puede ser usado adecuadamente para la producción del
bloque de cilindro 100 con referencia a la figura 4. La figura 4 es
un diagrama de flujo que ilustra un método para producir el bloque
de cilindro de la presente realización preferida.
En primer lugar se prepara una aleación de
aluminio conteniendo silicio (paso S1). Para asegurar una suficiente
resistencia a la abrasión y resistencia del bloque de cilindro 100,
es preferible usar una aleación de aluminio que contiene: no menos
de aproximadamente 73,4% en peso y no más de aproximadamente 79,6%
en peso de aluminio; no menos de aproximadamente 18% en peso y no
más de aproximadamente 22% en peso de silicio; y no menos de
aproximadamente 2,0% en peso y no más de aproximadamente 3,0% en
peso de cobre. La aleación de aluminio puede ser producida a partir
de una masa virgen de aluminio, o de una masa recuperada de aleación
de aluminio.
A continuación, la aleación de aluminio
preparada se calienta y funde en un horno de fusión, por lo que se
forma una masa fundida (paso S2). Entonces, para evitar que quede
silicio sin fundir en la masa fundida, la masa fundida se calienta
a una temperatura predeterminada o más alta. Una vez que la aleación
de aluminio está completamente fundida, la masa fundida se mantiene
a una temperatura reducida con el fin de evitar la oxidación y
absorción de gas. Es preferible añadir fósforo al lingote o masa
fundida, a aproximadamente 100 ppm en peso, antes de la fusión. Si
la aleación de aluminio contiene no menos de aproximadamente 50 ppm
en peso y no más de aproximadamente 200 ppm en peso de fósforo, es
posible reducir la tendencia de los granos de silicio cristalino a
ser gigantescos, permitiendo así una dispersión uniforme de los
granos de silicio cristalino dentro de la aleación.
A continuación se lleva a cabo la colada usando
la aleación de aluminio fundido (paso S3). En otros términos, la
masa fundida se enfría dentro de un molde para formar una pieza
moldeada. Este paso de formación de la pieza moldeada se lleva a
cabo de tal manera que la zona de la superficie de deslizamiento se
enfríe a una tasa de enfriamiento de no menos de aproximadamente
4ºC/s y no más de aproximadamente 50ºC/s. La estructura específica
de un aparato de fusión a usar en este paso se describirá más
tarde.
A continuación, el bloque de cilindro 100 sacado
del molde se somete a uno de los tratamientos térmicos comúnmente
conocidos como "T5", "T6", y "T7" (paso S4). Un
tratamiento T5 es un tratamiento en el que la pieza moldeada se
enfría rápidamente (con agua o análogos) inmediatamente después de
salir del molde, y a continuación se somete a envejecimiento
artificial a una temperatura predeterminada durante un período de
tiempo predeterminado para obtener mejores propiedades mecánicas y
estabilidad dimensional, seguido de enfriamiento por aire. Un
tratamiento T6 es un tratamiento en el que la pieza moldeada se
somete a un tratamiento de solución a una temperatura
predeterminada durante un período predeterminado después de salir
del molde, posteriormente se enfría con agua, y a continuación se
somete a envejecimiento artificial a una temperatura predeterminada
durante un período de tiempo predeterminado, seguido de
enfriamiento por aire. Un tratamiento T7 es un tratamiento para
producir un grado de envejecimiento más fuerte que en el tratamiento
T6; aunque el tratamiento T7 puede asegurar mejor estabilidad
dimensional que el tratamiento T6, la dureza resultante será menor
que la obtenida del tratamiento T6.
A continuación, se realiza un maquinado
predeterminado del bloque de cilindro 100 (paso S5).
Específicamente, una superficie que contacta con una culata de
cilindro, una superficie que contacta con un cárter, y la superficie
interior del agujero de pared de cilindro 103 se pulen, giran,
etc.
A continuación, la superficie interior (es
decir, una superficie que define la superficie de deslizamiento
101) del agujero de pared de cilindro 103 se somete a un proceso de
esmerilado (paso S6), por el que se termina el bloque de cilindro
100. Un proceso de esmerilado puede ser realizado, por ejemplo, en
tres pasos de esmerilado basto, esmerilado medio, y esmerilado de
acabado.
Como se ha descrito anteriormente, según el
método de producción de la presente realización preferida, el paso
de formación de la pieza moldeada se realiza de tal manera que la
zona de la superficie de deslizamiento se enfríe a una tasa de
enfriamiento de no menos de aproximadamente 4ºC/s y no más de
aproximadamente 50ºC/s. Por lo tanto, como se puede ver en un
bloque de cilindro prototipo según una realización preferida que se
describe más adelante, el tamaño de grano de cristal medio de los
granos de silicio cristalino primario 1011 formados en la
superficie de deslizamiento 101 se puede confinar dentro del rango
de no menos de aproximadamente 12 \mum y no más de
aproximadamente 50 \mum. Además, como también se ve en el
prototipo descrito más adelante, se asegura que el tamaño de grano
de cristal medio de los granos de silicio eutéctico 1012 formados
entre los granos de silicio cristalino primario 1011 sea igual o
menor de aproximadamente 7,5 \mum. Así, según el método de
producción de la presente realización preferida, se puede producir
un bloque de cilindro 100 que tiene excelente resistencia a la
abrasión y resistencia.
Como el paso de tratamiento térmico, es
especialmente preferible realizar un tratamiento T6. Además, es
preferible que el paso de tratamiento térmico (paso de tratamiento
T6) incluya: un paso de someter la pieza moldeada a un tratamiento
térmico a una temperatura de no menos de aproximadamente 450ºC y no
más de aproximadamente 520ºC durante no menos de aproximadamente
tres horas y no más de aproximadamente cinco horas, y realizar
posteriormente un enfriamiento líquido (primer paso de tratamiento
térmico); y un paso posterior de someter la pieza moldeada a un
tratamiento térmico a una temperatura de no menos de aproximadamente
180ºC y no más de aproximadamente 220ºC durante no menos de
aproximadamente tres horas y no más de aproximadamente cinco horas
(segundo paso de tratamiento térmico).
El primer paso de tratamiento térmico permite
descomponer cualquier compuesto de aluminio y cobre que exista
dentro de la aleación, de modo el que los átomos de cobre se
dispersen dentro de la matriz 1013, y el segundo paso posterior de
tratamiento térmico permite que estos átomos de cobre se unan dentro
de la matriz 1013. Este estado de cohesión también se denomina un
estado de precipitación coherente. Efectuando dicha precipitación
coherente de átomos de cobre dentro de la matriz 1013, se mejora la
resistencia de la matriz 1013 que retiene los granos de silicio
cristalino 1011 y 1012. Dado que el primer paso de tratamiento
térmico permite dispersar los granos de silicio eutéctico en forma
de aguja 1012 dentro de la matriz 1013, se mejora la fuerza de
soporte (es decir, una fuerza que soporta los granos de silicio
cristalino) de la matriz 1013, por lo que también se puede lograr
un efecto de evitar la extracción de los granos de silicio
cristalino.
Ahora se describirá un aparato de fundición a
usar para el proceso de colada (paso S3 en la figura 4). La figura
5 representa un aparato de fundición a alta presión usado para el
proceso de colada. El aparato de fundición a alta presión
representado en la figura 5 incluye un troquel 1 y una cubierta 14
que cubre todo el troquel 1.
El troquel 1 se compone de un troquel
estacionario 2 que permanece fijo, y un troquel móvil 3 que tiene
porciones móviles. El troquel móvil 3 incluye un troquel base 4 y
un troquel deslizante 5. Estos troqueles se hacen de un material
que se selecciona con consideración a la eficiencia de enfriamiento;
por ejemplo, estos troqueles se pueden formar de una aleación de
hierro (por ejemplo, JIS-SKD61) a la que se añaden
silicio y vanadio aproximadamente a 1%.
En primer lugar, la estructura de troquel se
describe. El troquel deslizante 5 se divide en cuatro porciones a
90º, de tal manera que cada porción dividida tenga un cilindro 6
(solamente dos de tales cilindros 6 se representan en la figura 5).
Por la acción del cilindro 6, cada porción dividida del troquel
deslizante 5 desliza a lo largo de una dirección indicada por la
flecha A en la figura 5, sobre una superficie 30 del troquel base 4
que mira al troquel deslizante 5 (es decir, la superficie de apoyo
con el troquel deslizante 5), con el fin de formar una cavidad 7
correspondiente al bloque de cilindro en una porción central al
tiempo de colada.
En la porción central de la cavidad 7 se ha
previsto una porción de formación de agujero de cilindro 7a para
formar un agujero de cilindro. En el aparato de fundición a alta
presión ilustrado, la porción de formación de agujero de cilindro
7a se ha formado de manera que sea integral con el troquel base 4;
en la colada, su punta 7b contacta con una superficie del troquel
estacionario 2 que mira al troquel móvil 3, como se representa.
Dentro de la cavidad 7 se ha dispuesto un núcleo 7c para formar una
camisa de agua. El núcleo 7c se ha formado por separado del troquel
base 4, y así se puede extraer de él.
El troquel base 4 está provisto de un pasador de
extrusión 8. Por cada disparo se extrusiona una pieza moldeada por
el pasador de extrusión 8, abriéndose el troquel deslizante 5, por
lo que la pieza moldeada se cada del troquel 1.
A continuación, se describirá un sistema de
alimentación de masa fundida. El troquel estacionario 2 está
provisto de un manguito de inyección 9. Dentro del manguito de
inyección 9 alterna una punta de pistón 11 que está dispuesta en el
extremo de punta de una varilla 10. Se ha formado una entrada de
alimentación de masa fundida 12 en el manguito de inyección 9.
Mientras la punta de pistón 11 está en una posición original (es
decir, "detrás" o a la derecha (como se representa en la
figura 5) de la entrada de alimentación de masa fundida 12), se
inyecta un disparo de masa fundida a través de la entrada de
alimentación de masa fundida 12. Delante de la entrada de
alimentación de masa fundida 12 se ha dispuesto un sensor de punta
13. El sensor de punta 13 detecta el paso de la punta de pistón 11
por la entrada de alimentación de masa fundida 12. Cuando la punta
de pistón 11 extrusiona la masa fundida, la cavidad 7 se llena de la
masa fundida.
La cubierta 14 incluye un primer elemento de
cubierta 14a para acomodar el troquel estacionario 2 y un segundo
elemento de cubierta 14b para acomodar el troquel móvil 3. Con el
fin de mantener la estanqueidad dentro de la cubierta 14, un
elemento de sellado 15, tal como una junta tórica, está montado en
una superficie 32 del primer elemento de cubierta 14a que contacta
con el segundo elemento de cubierta 14b. También se monta un
elemento de sellado 15, tal como una junta tórica, en cualquier
intersticio entre la cubierta 14 y cada uno del cilindro 6, el
pasador de extrusión 8, y el manguito de inyección 9 que penetran a
través de la cubierta 14. Una válvula de escape 16 para exponer el
interior de la cubierta 14 a la atmósfera está dispuesta en el
segundo elemento de cubierta 14b. Alternativamente, la válvula de
escape 16 se puede disponer en el primer elemento de cubierta
14a.
\newpage
En el troquel estacionario 2 se ha formado un
paso de ventilación 17 que comunica con la cavidad 7. Dentro del
paso de ventilación 17 se ha dispuesto una válvula de
encendido/apagado 18, formándose un paso de derivación 17a con el
fin de evitar la porción donde se dispone la válvula de
encendido/apagado 18. El paso de derivación 17a se ha previsto con
el fin de permitir que el paso de ventilación 17 comunique con el
exterior del troquel 1 cuando se realiza aspiración de vacío en el
troquel 1 en la colada (es decir, en el estado representado en la
figura 5). El paso de derivación 17a y el paso de ventilación 17 se
cierran o abren cuando la válvula de encendido/apagado 18 se mueve
en la dirección superior o inferior en la figura 5. La válvula de
encendido/apagado 18 es energizado con un muelle de modo que el
paso permanezca normalmente abierto. Alternativamente, el paso de
ventilación 17 se puede formar en el troquel móvil 3.
La válvula de encendido/apagado 18 es una
válvula de tipo táctil de metal, por ejemplo. Una vez que la cavidad
7 se haya llenado con masa fundida, la masa fundida excedente
subirá por el paso de ventilación 17 hasta que la masa fundida
toque la válvula de encendido/apagado 18 con el fin de empujar hacia
arriba la válvula de encendido/apagado 18. Como resultado, el paso
de derivación 17a se cierra conjuntamente con el paso de ventilación
17, evitando así que la masa fundida salga del troquel 1.
En lugar de dicha válvula del tipo táctil de
metal, se puede usar alternativamente una válvula que detecta la
posición de la punta de pistón 11 y cierra el paso de ventilación
17, con un accionador, cuando se termina un disparo de masa
fundida.
Alternativamente, se puede usar una estructura
de salida de enfriamiento para evitar que la masa fundida salga. En
una estructura de salida de enfriamiento se forma un paso fino
alargado en forma de zigzag de manera que comunique con la cavidad
7. La masa fundida que rebose de la cavidad 7 se puede solidificar a
mitad de camino a través de este paso, por lo que se evita que la
masa fundida salga del troquel 1.
Con el fin de minimizar la cantidad de aire que
se dispersa a la pieza moldeada, hay que colocar el interior de la
cavidad 7 en un estado descomprimido antes de alimentar la masa
fundida. A la cubierta 14 (o más específicamente, el primer
elemento de cubierta 14a en este ejemplo) están conectados uno o más
(es decir, dos en este ejemplo) conductos de vacío 20 que comunican
con un depósito de vacío 19. El depósito de vacío 19 se mantiene a
una presión predeterminada de vacío por una bomba de vacío 21. Una
válvula de solenoide 20a instalada en cada conducto de vacío 20 es
controlada por un dispositivo de control 22 de manera que se abra o
cierre. Específicamente, el dispositivo de control 22 controla la
apertura/cierre según el tiempo de inicio/fin de la descompresión
de la cavidad 7, en base a una señal de detección de una posición de
carrera de la punta de pistón 11, una señal de temporizador con
relación al tiempo de carrera, o análogos.
Aunque la presente realización preferida ilustra
un ejemplo donde la cubierta 14 cubre todo el troquel 1, la
cubierta 14 puede cubrir alternativamente solamente una porción del
troquel 1. Por ejemplo, una periferia exterior del troquel 1 se
puede cubrir de forma anular, a lo largo de las periferias 30a y
31a, respectivamente, de la superficie de apoyo 30 del troquel base
4 con el troquel deslizante 5 y la superficie de apoyo 31 del
troquel deslizante 5 con el troquel estacionario 2. Se puede prever
alternativamente una cubierta conformada con el fin de cubrir el
cilindro 6 para mover el troquel deslizante 5.
Así, según el aparato de fundición a alta
presión de la presente realización preferida, la cubierta 14 se
dispone de manera que cubra el troquel 1, y el interior de la
cubierta 14 se rarifique. La colada se realiza descomprimiendo así
el interior de la cavidad 7. Por lo tanto, incluso en el caso donde
el troquel deslizante 5 está dividido en gran número de porciones,
todavía es posible realizar una aspiración de vacío para todo el
troquel 1, sin tener que realizar el sellado del troquel 1
propiamente dicho. Dado que una aspiración de vacío para la cavidad
7 también se lleva a cabo desde el interspacio entre las superficies
de apoyo 30 y 31, se puede lograr un alto grado de vacío,
permitiendo así una extracción de gas más fiable del interior del
troquel 1. Dado que el elemento de sellado 15 entre el primer
elemento de cubierta 14a y el segundo elemento de cubierta 14b está
montado en una posición distante del troquel 1, que en sí mismo se
limita a subir a una temperatura alta, la influencia térmica del
troquel 1 es pequeña. Así, se evita el deterioro del elemento de
sellado 15, y se mejora la durabilidad.
Una unidad de regulación de cantidad de flujo de
agua refrigerante 60 controla el enfriamiento del troquel 1 durante
el proceso de colada. El enfriamiento del troquel 1 se lleva a cabo
dejando que fluya agua refrigerante a través de un paso de agua
refrigerante 60a, que se forma en el troquel base 4.
Específicamente, con el tiempo de la inyección a alta velocidad por
la punta de pistón 11, se abre una válvula (no representada) para
dejar que fluya agua refrigerante durante un cierto período de
tiempo (por ejemplo, un período de tiempo hasta que el troquel se
abra y se saque la pieza moldeada).
La unidad de regulación de cantidad de flujo de
agua refrigerante 60 en la presente realización preferida también
es capaz de controlar la tasa de enfriamiento de la porción de
formación de agujero de cilindro 7a del troquel 1. En la presente
realización preferida, el paso de agua refrigerante 60a se extiende
al interior de la porción de formación de agujero de cilindro 7a,
haciendo así posible controlar la tasa de enfriamiento de la
porción de formación de agujero de cilindro 7a controlando la
cantidad de agua refrigerante. Por lo tanto, es posible enfriar la
zona de la superficie de deslizamiento de la pieza moldeada (es
decir, una porción de la masa fundida situada cerca de la
superficie de deslizamiento) a una tasa de enfriamiento deseada.
Como ya se ha descrito, enfriando la zona de la
superficie de deslizamiento a una tasa de enfriamiento de no menos
de aproximadamente 4ºC/s y no más de aproximadamente 50ºC/s, se
asegura que el tamaño de grano de cristal medio de los granos de
silicio cristalino primario 1011 caiga dentro del rango de no menos
de aproximadamente 12 \mum y no más de aproximadamente 50 \mum,
y que el tamaño de grano de cristal medio de los granos de silicio
eutéctico 1012 sea igual o menor que aproximadamente 7,5 \mum.
El control de la tasa de enfriamiento se puede
realizar, como se representa en la figura 5, por ejemplo, detectando
la temperatura de la proximidad de la superficie de deslizamiento
con un sensor de temperatura 61 que está colocado dentro de la
porción de formación de agujero de cilindro 7a del troquel base 4, y
ajustando la cantidad de flujo del agua refrigerante de manera que
sea igual a una tasa de enfriamiento deseada supervisando al mismo
tiempo la temperatura real mediante la gestión de temperatura con
una grabadora de datos 62. Si la tasa de enfriamiento es demasiado
rápida, los granos de silicio cristalino no crecerán a un tamaño de
grano que pueda dar suficiente resistencia a la abrasión. Por lo
tanto, el enfriamiento se lleva a cabo preferiblemente de tal
manera que inicialmente se utilice una tasa de enfriamiento
relativamente lenta, y se usa una tasa de enfriamiento más rápida
para detener el crecimiento inmediatamente antes de que los granos
de silicio cristalino sean gigantescos.
Antes de comenzar la colada, el troquel
deslizante 5 se coloca en una posición predeterminada, y a
continuación el troquel móvil 3 se apoya contra el troquel
estacionario 2 para cerrar el troquel, por lo que se forma la
cavidad 7. Entonces, el interior de la cubierta 14 se sella al
apoyar el primer elemento de cubierta 14a contra el segundo
elemento de cubierta 14b, con el elemento de sellado 15 interpuesto
entremedio. Realizando así el paso de cierre de troquel (de
contactar el troquel estacionario 2 y el troquel móvil 3 para formar
la cavidad 7) simultáneamente con el paso de sellado (cubrir el
troquel 1 con la cubierta 14 para efectuar el sellado), el tiempo
del ciclo de colada se puede reducir. Obsérvese, sin embargo, que
estos pasos no se tienen que realizar simultáneamente.
Alternativamente, el troquel estacionario 2 y el troquel móvil 3 se
pueden cerrar primero conjuntamente para formar la cavidad 7, y a
continuación el troquel 1 se puede cubrir con la cubierta 14 para
efectuar el sellado.
Ahora se describirá la operación del aparato de
fundición a alta presión representado en la figura 5 en orden
cronológico (del tiempo t0 al tiempo t6).
Tiempo t0: la punta de pistón 11 está en su
posición original ("detrás de" la entrada de alimentación de
masa fundida 12), y la entrada de alimentación de masa fundida 12
está abierta. El interior del troquel 1 se expone a la atmósfera
mediante la entrada de alimentación de masa fundida 12. En este
estado, se inyecta un disparo de aleación de aluminio fundido al
manguito de inyección 9 desde la entrada de alimentación de masa
fundida 12. Después de inyectar la masa fundida, la punta de pistón
11 se desplaza hacia adelante a velocidad lenta, empujando así
hacia adelante la masa fundida en el manguito de inyección 9.
Tiempo t1: el sensor de punta 13 detecta la
punta de pistón 11. Dado que la punta de pistón 11 está situada
delante de la entrada de alimentación de masa fundida 12 en este
estado, el interior de la cubierta 14 se sella de manera
completamente estanca al aire. En este punto, la válvula de
solenoide 20a se mueve para rarificar el interior de la cubierta
14.
Dicha evacuación se realiza de modo que la
evacuación de un espacio 33 entre el troquel 1 y la cubierta 14 y
la evacuación de la cavidad 7 tengan lugar simultáneamente. Por lo
tanto, se lleva a cabo un paso de descompresión eficiente, por lo
que el tiempo del ciclo de colada se reduce.
Obsérvese que un recorrido de evacuación de la
cavidad 7 puede ser distinto de un recorrido de evacuación del
espacio 33 entre el troquel 1 y la cubierta 14, de tal manera que
las dos evacuaciones se realizan en tiempos diferentes. Por
ejemplo, si el espacio 33 entre el troquel 1 y la cubierta 14 se
rarifica antes de la cavidad 7, el agente de liberación de líquido
que puede haber entrado y adherido a los interspacios tales como la
superficie de apoyo del troquel 1 y la superficie del troquel
deslizante 5 que mira a la superficie de deslizamiento, puede ser
aspirado directamente hacia el espacio 33, sin ser aspirado a la
cavidad 7. Por lo tanto, se evita que el agente de liberación
excedente fluya a la cavidad 7 y se mezcle con la masa fundida, por
lo que se pueden evitar defectos tales como pequeños agujeros.
Mediante la evacuación descrita anteriormente,
el interior de la cavidad 7 del troquel 1 se descomprime, por lo
que el grado de vacío se incrementa gradualmente. La punta de pistón
11 sigue desplazándose hacia adelante a velocidad lenta, empujando
la masa fundida hacia la cavidad 7. Si la evacuación se inicia
después de que la punta de pistón 11 ha pasado por la entrada de
alimentación de masa fundida 12, se evita que se aspire aire
atmosférico al troquel 1 mediante la entrada de alimentación de masa
fundida 12. Como resultado, la aparición de pequeños agujeros se
puede evitar con mayor certeza, y se evita que la superficie de la
masa fundida sea enfriada localmente por el aire atmosférico, de
modo que se pueda obtener un artículo fundido de calidad uniforme y
estable.
Tiempo t2: la velocidad de avance de la punta de
pistón 11 se conmuta de lenta a rápida cuando la masa fundida ha
alcanzado la entrada de la cavidad 7, después de lo que la masa
fundida es suministrada rápidamente a la cavidad 7.
Tiempo t3: la cavidad 7 se llena completamente
con la masa fundida, por lo que se termina la inyección. Dado que
entonces la masa fundida empuja hacia arriba la válvula de
encendido/apagado 18 del paso de ventilación 17, se evita que la
masa fundida salga del paso de ventilación 17. Al tiempo que se
realiza una inyección a alta velocidad con la punta de pistón 11,
puede fluir agua refrigerante a través del paso de agua refrigerante
60a que está dispuesto dentro de la porción de formación de agujero
de cilindro 7a, de modo que la zona de una porción de la masa
fundida que será la superficie de deslizamiento (es decir, la
superficie que mira al agujero de cilindro) se enfríe a una tasa de
enfriamiento de no menos de aproximadamente 4ºC/s y no más de
aproximadamente 50ºC/s.
Tiempo t4: la bomba de vacío 21 se para, y se
termina la descompresión mediante evacuación. En este punto, el
interior de la cubierta 14 todavía está en un estado
descomprimido.
Tiempo t5: la válvula de escape 16 se abre para
exponer el interior de la cubierta 14 a la atmósfera. Cuando fluye
aire atmosférico a través de la válvula de escape 16, la presión de
aire dentro de la cubierta 14 está más próxima a la presión
atmosférica con el transcurso del tiempo.
Tiempo t6: la presión de aire dentro de la
cubierta 14 vuelve completamente a la presión atmosférica. En este
punto, el troquel 1 se abre, y se saca la pieza moldeada (artículo
fundido).
Usando el método de producción antes descrito,
el bloque de cilindro 100 representado en la figura 2 era realmente
un prototipo, y se evaluó su resistencia a la abrasión y
resistencia. Porciones de los resultados se exponen a continuación.
Como la aleación de aluminio se utilizó una aleación de aluminio de
una composición expuesta en la tabla 1.
Como silicio, se utilizó silicio de alta pureza.
El contenido de calcio en la aleación de aluminio era igual o
inferior a aproximadamente 0,01% en peso. Como un método de
extracción de escoria al tiempo de la fusión, solamente se realizó
burbujeo de gas argón, y el contenido de sodio en la aleación de
aluminio era igual o inferior a aproximadamente 0,1% en peso.
Asegurando que el calcio y contenido de sodio sean iguales o
inferiores a aproximadamente 0,01% en peso y aproximadamente 0,1%
en peso, respectivamente, el efecto de micronización de grano de
silicio cristalino del fósforo se puede conservar, y se puede
obtener una estructura metalográfica que tiene excelente resistencia
a la abrasión.
Usando la aleación de aluminio de dicha
composición, la colada se realizó con el aparato de fundición a alta
presión representado en la figura 5. El enfriamiento de la porción
de formación de agujero de cilindro 7a se realizó dejando fluir
agua refrigerante a través del paso de agua refrigerante 60a
detectando al mismo tiempo la temperatura con el sensor de
temperatura 61, de modo que la tasa de enfriamiento no era menos de
aproximadamente 25ºC/s y no más de aproximadamente 30ºC/s, hasta que
la temperatura llegó al rango de no menos de aproximadamente 400ºC
y no más de aproximadamente 500ºC. El bloque de cilindro que se sacó
del troquel 1 se sometió a un tratamiento térmico (tratamiento de
solución) a aproximadamente 490ºC durante aproximadamente 4 horas,
posteriormente se enfrió con agua, y además se sometió a un
tratamiento térmico (proceso de envejecimiento) a aproximadamente
200ºC durante aproximadamente 4 horas. A continuación, se realizó un
proceso de esmerilado para el bloque de cilindro.
Para comparación, también se realizó colada
usando una aleación de aluminio de la misma composición, por un
molde de arena y sin enfriar la porción de formación de agujero de
cilindro. Después de la colada en molde de arena, se llevó a cabo
un tratamiento de solución, un proceso de envejecimiento, y un
proceso de esmerilado similares a los realizados con el
prototipo.
Con respecto a los bloques de cilindro prototipo
y comparativo resultantes, se observaron sus superficies de
deslizamiento con un microscopio metalúrgico. Las figuras 6A y 6B y
las figuras 7A y 7B muestran fotografías de microscopio metalúrgico
de las respectivas superficies de deslizamiento. Las figuras 6A y 6B
muestran la superficie de deslizamiento 201 del ejemplo
comparativo, que se fundió con un molde de arena. Las figuras 7A y
7B muestran la superficie de deslizamiento 101 del prototipo, que se
fundió por fundición a alta presión. Obsérvese que se han añadido
números de referencia en la figura 6A y la figura 7A, y círculos con
un diámetro de aproximadamente 50 \mum se representan en la figura
6A.
Según se ve en las figuras 6A y 6B, en la
superficie de deslizamiento 201 del ejemplo comparativo hay gran
número de granos de silicio cristalino primario 2011 con tamaños de
grano de más de aproximadamente 50 \mum. Por otra parte, según se
ve en las figuras 7A y 7B, los granos de silicio cristalino primario
1011 en la superficie de deslizamiento 101 del prototipo tienen
tamaños de grano de aproximadamente 50 \mum o menos, indicando
así que, en comparación con el ejemplo comparativo, los granos
diminutos de silicio cristalino primario 1011 están distribuidos
uniformemente.
Además, se puede ver que los granos de silicio
eutéctico 1012 (que tienen principalmente forma de aguja, siendo
granulares solamente algunos) que se han formado en la superficie de
deslizamiento 101 del prototipo, son más finos que los granos de
silicio eutéctico 2012 (la mayoría de los cuales tienen forma de
aguja) que se han formado en la superficie de deslizamiento 201 del
ejemplo comparativo.
Con respecto al ejemplo comparativo y al
prototipo se calculó un tamaño de grano de cristal medio de los
granos de silicio cristalino. El "tamaño de grano" en el
sentido en que se usa aquí es el diámetro de un círculo
correspondiente. Los datos de superficie de una zona deseada se
introdujeron en un ordenador, y un tamaño de grano de cristal medio
se calculó usando software disponible comercialmente (win ROOF de
Mitani Corporation).
Los granos de silicio cristalino primario 2011
en la superficie de deslizamiento 201 del ejemplo comparativo
tenían un tamaño de grano de cristal medio de aproximadamente 60
\mum o más. Por otra parte, los granos de silicio cristalino
primario 1011 en la superficie de deslizamiento 101 del prototipo
tenían un tamaño de grano medio de aproximadamente 24 \mum.
Además, los granos de silicio eutéctico 1012 en la superficie de
deslizamiento 101 del prototipo tenían un tamaño de grano de cristal
medio de aproximadamente 6,4 \mum.
La superficie de deslizamiento 201 del ejemplo
comparativo tenían una relación de ausencia (definida como una
relación del área de una solución sólida de aluminio 2013
conteniendo cobre y análogos al área general de la superficie de
deslizamiento 201) de aproximadamente 15%. Por otra parte, la
superficie de deslizamiento 101 del prototipo tenía una relación de
ausencia (definida como una relación del área de una solución sólida
de aluminio 1013 conteniendo cobre y análogos al área general de la
superficie de deslizamiento 101) de aproximadamente 35%.
Con respecto al ejemplo comparativo y al
prototipo, en una región rectangular arbitraria de la superficie de
deslizamiento que tiene una zona de aproximadamente 800 \mum X
1000 \mum, el número de regiones circulares con un diámetro de
aproximadamente 50 \mum que no contenían granos de silicio
cristalino de un tamaño de grano de cristal de aproximadamente 0,1
\mum o más se contó por inspección visual. Se confirmó que este
número era cinco o menos para el prototipo. Por otra parte, hay
muchas de tales regiones circulares en el ejemplo comparativo, como
es claro por la figura 6A. Así, se puede ver que los granos de
silicio cristalino en la superficie de deslizamiento están
dispersados más uniformemente en el prototipo que en el ejemplo
comparativo.
Con respecto al ejemplo comparativo y al
prototipo, se examinó la distribución de tamaño de grano de los
granos de silicio cristalino en la superficie de deslizamiento. Los
resultados se representan en las figuras 8 y 9. La figura 8 es un
gráfico para el ejemplo comparativo, que se fundió con un molde de
arena. La figura 9 es un gráfico para el prototipo, que se fundió
por fundición a alta presión.
Como se puede ver por la figura 8, los granos de
silicio cristalino que se han formado en la superficie de
deslizamiento 201 del ejemplo comparativo tienen una distribución de
tamaño de grano tal que existe un pico en el rango de tamaños de
grano de cristal de no menos de aproximadamente 10 \mum y no más
de aproximadamente 15 \mum y existe otro pico en el rango de
tamaños de grano de cristal de no menos de aproximadamente 51
\mum y no más de aproximadamente 63 \mum. Los granos de silicio
cristalino cuyos tamaños de grano de cristal caen dentro del rango
de no menos de aproximadamente 10 \mum y no más de aproximadamente
15 \mum son granos de silicio eutéctico, mientras que los granos
de silicio cristalino cuyos tamaños de grano de cristal caen dentro
del rango de no menos de aproximadamente 51 \mum y no más de
aproximadamente 63 \mum son granos de silicio cristalino
primario.
Por otra parte, como se puede ver por la figura
9, los granos de silicio cristalino que se han formado en la
superficie de deslizamiento 101 del prototipo, tienen una
distribución de tamaño de grano tal que existe un pico en el rango
de tamaños de grano de cristal de no menos de aproximadamente 1
\mum y no más de aproximadamente 7,5 \mum y existe un pico en
el rango de tamaños de grano de cristal de no menos de
aproximadamente 12 \mum y no más de aproximadamente 50 \mum.
Los granos de silicio cristalino cuyos tamaños de grano de cristal
caen dentro del rango de no menos de aproximadamente 1 \mum y no
más de aproximadamente 7,5 \mum son granos de silicio eutéctico,
mientras que los granos de silicio cristalino cuyos tamaños de grano
de cristal caen dentro del rango de no menos de aproximadamente 12
\mum y no más de aproximadamente 50 \mum son granos de silicio
cristalino primario. A partir de estos resultados se puede ver
también que en el prototipo se forman granos de silicio cristalino
más pequeños que en el ejemplo comparativo. A propósito, la dureza
Rockwell (HRB) medida de la superficie de deslizamiento 101 del
prototipo era aproximadamente 70.
A continuación se montó un motor (o
específicamente, un motor de gasolina de 4 tiempos de tipo
refrigerado por agua) usando cada uno de los bloques de cilindro
prototipo y comparativo, y los motores se sometieron a una prueba
de abrasión. La superficie de deslizamiento de un pistón a
introducir en el agujero de cilindro estaba chapada en hierro a un
grosor de aproximadamente 15 \mum. El motor operó a
aproximadamente 9.000 rpm durante aproximadamente 10 horas.
La figura 10 representa una fotografía ampliada
de la superficie de deslizamiento 201 del bloque de cilindro
comparativo 200 después de someterse a una prueba de abrasión. Como
se representa en la figura 10, quedaron rayas prominentes 203 en la
superficie de deslizamiento 201, en toda la región debajo de un
punto muerto superior 206 del aro de pistón, indicativas de la
pobre durabilidad del bloque de cilindro comparativo 200.
\newpage
La figura 11 representa una fotografía ampliada
de la superficie de deslizamiento 101 del bloque de cilindro
prototipo 100 después de someterse a una prueba de abrasión. Como se
representa en la figura 11, no quedaron rayas en la superficie de
deslizamiento 101 en la región debajo de un punto muerto superior
106 del aro de pistón, lo que indica la excelente durabilidad del
bloque de cilindro prototipo 100.
Como se puede ver incluso por los resultados
anteriores solamente, en el caso de colada en molde de arena, no se
lleva a cabo enfriamiento particular de la porción de formación de
agujero de cilindro, y no se controla la tasa de enfriamiento de la
zona de la superficie de deslizamiento, de modo que los granos de
silicio cristalino que se forman en la superficie de deslizamiento
son gigantescos, disminuyendo así la durabilidad del bloque de
cilindro. Esto también es verdadero con respecto a la colada a
presión convencional usando un troquel. En un paso de producción en
serie usando colada a presión, es probable que quede calor en la
porción de formación de agujero de cilindro del troquel,
permitiendo así que los granos de silicio cristalino sean
gigantescos. Por otra parte, en el método de producción de la
presente realización preferida, la tasa de enfriamiento de la zona
de la superficie de deslizamiento se controla de manera que esté
dentro de un rango predeterminado. Por lo tanto, se forman granos
de silicio cristalino de un tamaño de grano de cristal medio
preferible (o una distribución de tamaño de grano preferible) en la
superficie de deslizamiento, por lo que la resistencia a la
abrasión y la resistencia del bloque de cilindro se pueden mejorar
en gran medida.
Desde el punto de vista de evitar que los granos
de silicio cristalino sean gigantescos, como ya se ha descrito,
también es preferible prescribir que el contenido de calcio sea
igual o inferior a aproximadamente 0,01% en peso. El calcio en la
aleación de aluminio forma un compuesto con fósforo, que deberá
funcionar como un agente micronizante para los granos de silicio
cristalino, y así mina el efecto de micronización del fósforo. Por
lo tanto, como se representa en la figura 12, los granos de silicio
cristalino primario pueden ser gigantescos cuando la aleación de
aluminio contiene más de aproximadamente 0,01% en peso de calcio.
Por otra parte, si el contenido de calcio es igual o inferior a
aproximadamente 0,01% en peso, el efecto de micronización de grano
de silicio cristalino introducido por el fósforo se puede obtener
con mayor seguridad.
Además, si se dispersan granos diminutos de
silicio cristalino uniformemente en la superficie de deslizamiento,
las cavidades de aceite a formar entre los granos de silicio
cristalino también son pequeñas, permitiendo así asegurar la
retención de un lubricante en las cavidades de aceite, dando lugar a
mejor lubricidad y mejor resistencia a la abrasión. Como se muestra
esquemáticamente en la figura 13, en la superficie de deslizamiento
101, granos de silicio cristalino 1010 sobresalen de la solución
sólida de aluminio (matriz) 1013 conteniendo cobre y análogos,
permitiendo así que se retenga lubricante 1015 en las indentaciones
1014 entre los granos de silicio cristalino 1010. Dejando que
granos diminutos de silicio cristalino se dispersen uniformemente y
asegurando que el diámetro de las indentaciones 1014 sea del rango
de no menos de aproximadamente 1 \mum y no más de aproximadamente
7,5 \mum, se habilita una retención más segura de lubricante
debido a tensión superficial, produciendo así una mejor lubricidad
y resistencia a la abrasión.
A continuación, con el fin de conocer la
relación entre la tasa de enfriamiento de la zona de la superficie
de deslizamiento y el tamaño de grano de cristal medio y resistencia
a la abrasión de los granos de silicio cristalino, se produjeron
múltiples bloques de cilindro en las mismas condiciones que las de
prototipo antes descrito, variando al mismo tiempo la tasa de
enfriamiento de la zona de la superficie de deslizamiento.
Se montó un motor usando cada uno de la
pluralidad de bloques de cilindro así producidos, y se realizó una
prueba de abrasión. Como resultado, se confirmó que apenas se
producen rayas en los bloques de cilindro colados bajo la condición
de que la tasa de enfriamiento era no inferior a aproximadamente
4ºC/s y no superior a aproximadamente 50ºC/s, lo que indica así
buena resistencia a la abrasión.
Además, con respecto a los bloques de cilindro
colados en la condición de que la tasa de enfriamiento no era menos
de aproximadamente 4ºC/s y no más de aproximadamente 50ºC/s, la
superficie de deslizamiento se observó con un microscopio
metalúrgico. Como resultado, se confirmó que el tamaño de grano de
cristal medio del grano de silicio cristalino primario en la
superficie de deslizamiento no era menos de aproximadamente 12
\mum y no más de aproximadamente 50 \mum, y que los granos de
silicio eutéctico tenían un tamaño de grano de cristal medio de no
más de aproximadamente 7,5 \mum. La dureza Rockwell (HRB) de la
superficie de deslizamiento era del rango de no menos de
aproximadamente 60 y no más de aproximadamente 80.
Las figuras 14A a 14E muestran cambios en el
tamaño de grano de cristal medio de los granos de silicio cristalino
primario y la relación de ausencia cuando se varió la tasa de
enfriamiento. Como se representa en la figura 14A, cuando la tasa
de enfriamiento era igual o menor que aproximadamente 1ºC/s, el
tamaño de grano de cristal medio era de hasta aproximadamente 56,5
indicativo del tamaño girante de los granos de silicio cristalino
primario. Por otra parte, cuando la tasa de enfriamiento era no
menos de aproximadamente 4ºC/s y no más de aproximadamente 50ºC/s,
como se representa en las figuras 14B a 14E, los granos de silicio
cristalino primario tenían un tamaño de grano de cristal medio en
el rango de no menos de aproximadamente 12 \mum y no más de
aproximadamente 50 \mum.
Además, se montó un motor usando un bloque de
cilindro colado en la condición de que la tasa de enfriamiento de
la superficie de deslizamiento era más rápida de aproximadamente
50ºC/s, y se realizó una prueba de abrasión, que reveló rayas en
toda la superficie de deslizamiento. La superficie de deslizamiento
se observó con un microscopio metalúrgico, que reveló que los
granos de silicio cristalino primario tenían un tamaño de grano de
cristal medio de aproximadamente 10 \mum o menos. No se observaron
granos de silicio eutéctico.
Realmente, la tasa de enfriamiento no permanece
constante desde el inicio hasta el final del proceso de colada. La
figura 15 representa una relación entre temperatura y tiempo después
de comenzar un proceso de colada. En la presente memoria
descriptiva, la tasa de enfriamiento en el proceso de colada se
define como (T0-T3)/(t3-t0), en
base a una temperatura de alimentación de masa fundida T0, una
temperatura de extracción T3, un tiempo de inicio de colada t0, y
un tiempo de extracción t3. La tabla 2 siguiente presenta una
relación ejemplar entre la tasa de enfriamiento y la temperatura de
alimentación de masa fundida, la temperatura de salida, y el tiempo
de ciclo.
El tamaño de los granos de silicio cristalino
primario se determina como
(T1-T2)/(t2-t1), en base a una
temperatura de inicio de solidificación T1, una temperatura
eutéctica T2, un tiempo de inicio de solidificación t1, y un tiempo
t2 en el que se alcanza la temperatura eutéctica. Por otra parte, el
tamaño de los granos de silicio eutéctico se determina como
t2'-t2, en base a un tiempo t2' en el que termina la
cristalización de los granos de silicio eutéctico. En general,
cuando aumenta el tamaño de los granos de silicio cristalino
primario, el tamaño de los granos de silicio eutéctico también
aumenta; cuando el tamaño de los granos de silicio cristalino
primario disminuye, el tamaño de los granos de silicio eutéctico
también disminuye.
Como se ha descrito anteriormente, el bloque de
cilindro de varias realizaciones preferidas tiene excelente
resistencia a la abrasión y resistencia, y por lo tanto se usa
adecuadamente para varios motores incluyendo motores para vehículos
automóviles. En particular, el bloque de cilindro se usa
adecuadamente para un motor que opera a un alto número de
revoluciones, por ejemplo, un motor de una motocicleta, y puede
mejorar en gran medida la durabilidad del motor.
La figura 16 representa un motor ejemplar 150
que incorpora el bloque de cilindro 100 de una realización
preferida. El motor 150 incluye un cárter 110, el bloque de
cilindro 100, y una culata de cilindro 130.
En el cárter 110 se aloja un cigüeñal 111. El
cigüeñal 111 incluye una muñequilla 112 y un brazo de cigüeñal
113.
Encima del cárter 110 se ha dispuesto el bloque
de cilindro 100. Se ha introducido un pistón 122 en el agujero de
cilindro del bloque de cilindro 100. La superficie de deslizamiento
del pistón 122 está chapada en hierro, y tiene una dureza
superficial mayor que la de la superficie de deslizamiento 101 del
bloque de cilindro 100. Obsérvese que la superficie de
deslizamiento del pistón 122 puede estar recubierta con un
lubricante sólido. En este caso, la superficie de deslizamiento del
pistón 122 puede tener una dureza superficial inferior a la de la
superficie de deslizamiento del bloque de cilindro 100. La opción
sobre cuál de la superficie de deslizamiento del pistón 122 y la
superficie de deslizamiento 101 del bloque de cilindro 100 deberá
tener mayor dureza superficial (es decir, la que deba tener una
mayor resistencia a la abrasión) se hará en base a varias
condiciones (por ejemplo, modelo, destino, costo, y análogos).
No se coloca ningún manguito cilíndrico en el
agujero de cilindro, y la superficie interior del agujero de pared
de cilindro 103 del bloque de cilindro 100 no está chapada. En otros
términos, los granos de silicio cristalino primario 1011 están
expuestos en la superficie del agujero de pared de cilindro 103.
Obsérvese que un bloque de cilindro que tiene un agujero de pared
de cilindro chapada se podría usar en combinación con un pistón que
tiene una superficie de deslizamiento en la que se han formado
granos de silicio cristalino de dicha forma o estilo. Sin embargo,
la operación de enfriamiento será inferior en ese caso, mientras se
pueda garantizar la resistencia a la abrasión.
Encima del bloque de cilindro 100 se ha
dispuesto la culata de cilindro 130. La culata de cilindro 130 forma
una cámara de combustión 131 conjuntamente con el pistón 122 del
bloque de cilindro 100. La culata de cilindro 130 incluye un
orificio de admisión 132 y un orificio de escape 133. En el orificio
de admisión 132 se ha dispuesto una válvula de admisión 134 para
suministrar una mezcla de gas a la cámara de combustión 131. En el
orificio de escape se ha dispuesto una válvula de escape 135 para
descargar aire de la cámara de combustión 131.
El pistón 122 y el cigüeñal 111 están conectados
mediante una biela 140. Específicamente, se ha introducido un
pasador de pistón 123 del pistón 122 en un agujero pasante en un
extremo pequeño 142 de la biela 140, y la muñequilla 112 del
cigüeñal 111 se ha introducido en un agujero pasante en un extremo
grande 144 de la biela 140, por lo que el pistón 122 y el cigüeñal
111 están conectados conjuntamente. Entre la superficie interior
del agujero pasante en el extremo grande 144 y la muñequilla 112 se
ha dispuesto un cojinete de rodillo 114.
Dado que el motor 150 representado en la figura
16 incorpora el bloque de cilindro 100 de una realización preferida
antes descrita, el motor 150 tiene excelente durabilidad. Dado que
el bloque de cilindro 100 de varias realizaciones preferidas se
caracteriza por una alta resistencia a la abrasión y resistencia de
la superficie de deslizamiento 101, no se necesita un manguito
cilíndrico. Por lo tanto, los pasos de producción del motor se
pueden simplificar, el peso del motor se puede reducir, y la
operación de enfriamiento se puede mejorar. Además, dado que no hay
que realizar recubrimiento de la superficie interior del agujero de
pared de cilindro 103, también es posible reducir el costo de
producción.
La figura 17 representa una motocicleta que
incorpora el motor 150 representado en la figura 16.
En la motocicleta representada en la figura 17,
un tubo delantero 302 está dispuesto en un extremo delantero de un
bastidor de carrocería principal 301. Al tubo delantero 302 está
unida una horquilla delantera 303 de manera que sea capaz de
bascular en direcciones derecha e izquierda de la motocicleta. En un
extremo inferior de la horquilla delantera 303 se soporta una rueda
delantera 304 de manera que pueda girar.
Un carril de asiento 306 está unido al bastidor
de carrocería principal 301 de manera que se extienda en la
dirección trasera desde su extremo superior trasero. Se ha dispuesto
un depósito de carburante 307 encima del bastidor de carrocería
principal 301, y un asiento principal 308a y una hoja en tándem 308b
están dispuestos en el carril de asiento 306.
En el extremo trasero del bastidor de carrocería
principal 301 se ha unido un brazo trasero 309 que se extiende en
la dirección trasera. En un extremo trasero del brazo trasero 309 se
soporta una rueda trasera 310 de manera que pueda girar.
En una porción central del bastidor de
carrocería principal 301 se encuentra el motor 150 como se
representa en la figura 16. El bloque de cilindro 100 de cualquiera
de las realizaciones preferidas se usa en el motor 150. Un radiador
311 está dispuesto en la parte delantera del motor 150. Un tubo de
escape 312 está conectado a un orificio de escape del motor 150, y
un silenciador 313 está unido a un extremo trasero del tubo de
escape 312.
Una transmisión 315 está acoplada al motor 150.
Un piñón de accionamiento 317 está unido a un eje de salida 316 de
la transmisión 315. El piñón de accionamiento 317 está acoplado a un
piñón de rueda trasera 319 de la rueda trasera 310, mediante una
cadena 318. La transmisión 315 y la cadena 318 funcionan como un
mecanismo de transmisión para transmitir a la rueda motriz la
potencia motriz generada por el motor 150.
La motocicleta representada en la figura 17
incorpora el motor 150 en el que se usa el bloque de cilindro 100
de cualquiera de las realizaciones preferidas, y por lo tanto tiene
prestaciones preferibles.
Según las varias realizaciones preferidas, se
facilita un componente de motor que tiene excelente resistencia a
la abrasión y resistencia, y un método para producirlo.
El componente de motor según realizaciones
preferidas se puede usar adecuadamente para varios motores
incluyendo motores de vehículos automóviles, y en particular se usa
adecuadamente para motores que operan a un alto número de
revoluciones.
Claims (9)
1. Un componente de motor compuesto de una
aleación de aluminio conteniendo silicio, incluyendo una pluralidad
de granos de silicio cristalino primario (1011) situados en una
superficie de deslizamiento, teniendo la pluralidad de granos de
silicio cristalino primario (1011) un tamaño de grano de cristal
medio de no menos de aproximadamente 12 \mum y no más de
aproximadamente 50 \mum,
una pluralidad de granos de silicio eutéctico
(1012) dispuestos entre la pluralidad de granos de silicio
cristalino primario (1011), donde la pluralidad de granos de
silicio eutéctico (1012) tiene un tamaño de grano de cristal medio
de no más de aproximadamente 7,5 \mum, y
conteniendo la aleación de aluminio no menos de
aproximadamente 50 ppm en peso y no más de aproximadamente 200 ppm
en peso de fósforo y no más de aproximadamente 0,01% en peso de
calcio.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El componente de motor según la
reivindicación 1, donde la pluralidad de granos de silicio
cristalino (1011, 1012) tiene una distribución de tamaño de grano
que tiene al menos dos picos, incluyendo un primer pico existente
en un rango de tamaños de grano de cristal de no menos de
aproximadamente 1 \mum y no más de aproximadamente 7,5 \mum y
un segundo pico existente en un rango de tamaños de grano de cristal
de no menos de aproximadamente 12 \mum y no más de aproximadamente
50 \mum.
3. Un componente de motor según la
reivindicación 1 o 2, donde, en cualquier región rectangular
arbitraria de la superficie de deslizamiento que tiene un área
aproximada de 800 \mum x 1000 \mum, un número de regiones
circulares que tienen un diámetro de aproximadamente 50 \mum y no
conteniendo granos de silicio cristalino de un tamaño de grano de
cristal de aproximadamente 0,1 \mum o más es igual o menor que
cinco.
4. Un componente de motor según una de las
reivindicaciones 1 a 3, donde la aleación de aluminio contiene: no
menos de aproximadamente 73,4% en peso y no más de aproximadamente
79,6% en peso de aluminio; no menos de aproximadamente 18% en peso
y no más de aproximadamente 22% en peso de silicio; y no menos de
aproximadamente 2,0% en peso y no más de aproximadamente 3,0% en
peso de cobre.
5. Un componente de motor según una de las
reivindicaciones 1 a 4, donde la superficie de deslizamiento tiene
una dureza Rockwell (HRB) de no menos de aproximadamente 60 y no más
de aproximadamente 80.
6. Un componente de motor según una de las
reivindicaciones 1 a 5, donde el componente de motor es un bloque
de cilindro (100), y la pluralidad de granos de silicio cristalino
primario (1011) están expuestos en una superficie de deslizamiento
(101) de un agujero de pared de cilindro (103) del bloque de
cilindro (100) de manera que entren en contacto con un pistón
(122).
7. Un motor incluyendo un componente de motor
según la reivindicación 6, donde el pistón (122) tiene una
superficie de deslizamiento cuya dureza superficial es más alta que
la de la superficie de deslizamiento (101) del bloque de cilindro
(100).
8. Un vehículo automóvil incluyendo un motor
según la reivindicación 7.
9. Un método para producir un componente de
deslizamiento para un motor, incluyendo:
un paso (a) de preparar una aleación de aluminio
conteniendo: no menos de aproximadamente 73,4% en peso y no más de
aproximadamente 79,6% en peso de aluminio, no menos de
aproximadamente 18% en peso y no más de aproximadamente 22% en peso
de silicio, no menos de aproximadamente 2,0% en peso y no más de
aproximadamente 3,0% en peso de cobre, no menos de aproximadamente
50 ppm en peso y no más de aproximadamente 200 ppm en peso de
fósforo y no más de aproximadamente 0,01% en peso de calcio;
un paso (b) de enfriar una masa fundida de la
aleación de aluminio en un molde para formar una pieza moldeada,
realizándose dicho paso (b) de manera que una zona de una superficie
de deslizamiento (101) se enfríe a una tasa de enfriamiento de no
menos de aproximadamente 4ºC/s y no más de aproximadamente 50ºC/s,
incluyendo dicho paso (b):
un paso (b-1) de permitir que se
forme una pluralidad de granos de silicio cristalino primario (1011)
en la zona de la superficie de deslizamiento (101) de manera que
tengan un tamaño de grano de cristal medio de no menos de
aproximadamente 12 \mum y no más de aproximadamente 50 \mum,
y
un paso (b-2) de permitir que se
forme una pluralidad de granos de silicio eutéctico (1012) entre la
pluralidad de granos de silicio cristalino primario (1011) de
manera que tenga un tamaño de grano de cristal medio de no más de
aproximadamente 7,5 \mum;
\newpage
un paso (c) de someter la pieza moldeada a un
tratamiento térmico a una temperatura de no menos de aproximadamente
450ºC y no más de aproximadamente 520ºC durante un período de no
menos de aproximadamente tres horas y no más de aproximadamente
cinco horas, y a continuación enfriar por líquido la pieza moldeada;
y
un paso (d), después del paso (c), de someter la
pieza moldeada a un tratamiento térmico a una temperatura de no
menos de aproximadamente 180ºC y no más de aproximadamente 220ºC
durante un período de no menos de aproximadamente tres horas y no
más de aproximadamente cinco horas.
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