ES2322700T3 - Procedimiento para fabricar una pieza de fundicion compuesta de metal ligero y pieza de fundicion compuesta de metal ligero. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para fabricar una pieza de fundición compuesta de metal ligero, en el que - una pieza de partida, que está formada por una primera aleación de metal ligero, es unida por fundición con una segunda aleación de metal ligero y - en la zona de contacto de las aleaciones se forma una capa de unión y - antes de la fundición la pieza de partida (102) es provista de un revestimiento (104), caracterizado porque - la primera aleación de metal ligero (102, 202) es la aleación de aluminio AlSi17Cu4Mg, la segunda aleación de metal ligero (206) es la aleación MgAl6Sr2 a base de magnesio y el revestimiento (104) es la aleación de aluminiosilicio AlSi12, y - el revestimiento (104) presenta al menos en su lado exterior una estructura porosa, de modo que - durante el proceso de fundición a alta temperatura y bajo alta presión la segunda aleación de metal ligero (206) penetra en el revestimiento inicialmente poroso (104) y - entre las aleaciones de metal ligero primera y segunda (202, 206) se forma en la pieza de fundición compuesta (200) una capa intermedia dúctil y plásticamente deformable (204) que está comprimida en comparación con el revestimiento originalmente poroso, estableciendo la aleación de magnesio (206) y la capa intermedia (204) una unión entre ellas mediada por material.
Description
Procedimiento para fabricar una pieza de
fundición compuesta de metal ligero y pieza de fundición compuesta
de metal ligero.
La invención concierne, según el preámbulo de la
reivindicación 1, a un procedimiento para fabricar una pieza de
fundición compuesta de metal ligero. Asimismo, la invención
concierne a una pieza de fundición compuesta de metal ligero según
el preámbulo de la reivindicación 6.
Se conocen en general procedimientos para
fabricar piezas de fundición compuesta. Por ejemplo, el documento
DE 101 03 596 A1 describe la fabricación de un cárter de cigüeñal de
un motor de combustión interna en el que las camisas de los
cilindros hechas de un material de fundición se recubren con un
material fundido de metal ligero. Se adjudica una importancia
especial a la capa de contacto entre los materiales compuestos, la
cual no sólo se caracteriza por una unión de complementariedad de
forma, sino también por una trabazón metálica de los
materiales.
Se conoce por el documento
DE-A-197 46 167 un componente de
metal ligero hecho de fundición a presión de magnesio, en el que en
una zona de montaje un manguito roscado de aluminio templado ha sido
rodeado parcialmente por el componente de metal ligero al fundir
este último. Se conoce por el documento
DE-A-197 46 167 el recurso de
revestir las piezas de inserción para provocar un aumento de la
adherencia entre la pieza de inserción y el material de
fundición.
Por consiguiente, en piezas de fundición
compuesta en las que una pieza de fundición de partida hecha de un
primer material de fundición se une en un proceso de fundición con
otro material de fundición, se produce una trabazón entre los
materiales, formándose una capa de unión en la zona de contacto.
En particular, en caso de que los materiales
sean aleaciones de metal ligero, por ejemplo a base de aluminio o
de magnesio, se produce durante el proceso de fundición, debido a la
temperatura, una reacción en la superficie de la pieza de partida;
se obtiene una capa de unión que consiste en una combinación de los
dos materiales.
Tales materiales a base de aluminio o de
magnesio forman una capa de unión que contiene una alta proporción
de fases quebradizas de magnesio, por ejemplo Al12Mg17; estas fases
dan lugar desventajosamente a una pequeña capacidad de carga
mecánica de la capa de unión.
Además, especialmente en caso de que uno de los
materiales de fundición sea una aleación de aluminio hipereutéctica,
tal como AlSi17Cu4Mg, se produce en piezas compuestas una tendencia
reforzada a la fisuración, de modo que, a consecuencia de esfuerzos
térmicos y/o mecánicos, se originan en la zona de transición o en la
capa de unión, partiendo de las partículas angulosas de Si allí
existentes, unas fisuras que destruyen la trabazón de los
materiales.
La invención se basa en el problema de
proporcionar un procedimiento para fabricar una pieza de fundición
compuesta de metal ligero citada al principio que haga posible de
manera ventajosa por fundición una unión de una pieza de partida,
que está formada sustancialmente por una primera aleación de metal
ligero, con una segunda aleación de metal ligero.
Entre las aleaciones de metal ligero deberá
formarse una capa intermedia aislante dúctil que, por un lado,
posea una resistencia suficiente y un límite de alargamiento
suficiente para compensar tensiones entre los dos materiales del
compuesto por medio de una deformación plástica, y, por otro lado,
impida una iniciación de fisuras, por ejemplo, en partículas de
silicio de aristas vivas de una aleación de aluminio y una
propagación de las fisuras a través de fases quebradizas de una
aleación de aluminio por medio de una separación entre las
partículas de Si y las fases de magnesio.
Asimismo, se pretende proporcionar una pieza de
fundición compuesta de metal ligero que comprende una primera
aleación de metal ligero, especialmente una aleación de aluminio, y
una segunda aleación de metal ligero unida con ésta, especialmente
una aleación de magnesio, y que presenta una capa intermedia de esta
clase en la zona de unión entre las aleaciones de metal ligero.
La solución del problema se consigue respecto
del procedimiento con las características de la reivindicación 1,
en donde, según la idea que sirve de base, la pieza de partida es
provista, antes de la fundición, de un revestimiento que forma en
la pieza de fundición compuesta durante el proceso de fundición, a
alta temperatura y bajo alta presión, una capa intermedia dúctil
plásticamente deformable entre las aleaciones de metal ligero
primera y segunda.
En cuanto a la pieza de fundición compuesta de
metal ligero, el problema se resuelve según las características de
la reivindicación 6, en donde está formada una capa intermedia
dúctil plásticamente deformable entre las aleaciones de metal
ligero primera y segunda.
Otras ejecuciones y perfeccionamientos
ventajosos de la invención y de la pieza de fundición compuesta de
metal ligero están indicados en las reivindicaciones
subordinadas.
Según un perfeccionamiento especialmente
ventajoso del procedimiento, la primera aleación de metal ligero es
una aleación de aluminio, la segunda aleación de metal ligero es una
aleación de magnesio y el revestimiento es una aleación de
aluminio-silicio. En particular, la aleación de
aluminio consiste preferiblemente en la aleación AlSi17Cu4Mg con la
designación A390 y la aleación de magnesio consiste en la aleación
MgAl6Sr2 con la designación AJ62 o bien se trata en ambos casos de
aleaciones semejantes al menos en las propiedades relevantes.
Se prefiere especialmente que el revestimiento
se aplique por medio de un procedimiento de proyección a la llama,
especialmente por proyección a la llama con polvo o alambre,
proyección por arco voltaico con polvo o alambre o proyección de
plasma. Convenientemente, el revestimiento presenta un espesor de
aproximadamente 10 a 500 \mum y en particular de aproximadamente
100 a 140 \mum.
Se ha manifestado como muy favorable una
estructura porosa al menos en el lado exterior del revestimiento,
que se comprima durante el proceso de fundición y con la cual se una
la segunda aleación de metal ligero formando una capa intermedia
entre las aleaciones de metal ligero primera y segunda.
Según un perfeccionamiento especialmente
conveniente del procedimiento conforme a la invención, la segunda
aleación de metal ligero se une, en el proceso de fundición, con la
primera aleación de metal ligero a una temperatura de
aproximadamente 600 a 800ºC, particularmente a una temperatura de
alrededor de 680ºC a 720ºC y bajo una presión de aproximadamente
500 a 1.200 bares, particularmente alrededor de 850 a 900 bares.
En una ejecución especialmente preferible de la
pieza de fundición compuesta de metal ligero según la invención la
capa intermedia está formada por una aleación con los elementos
aluminio (Al), magnesio (Mg), silicio (Si), cobre (Cu) y estroncio
(Sr).
Ventajosamente, la capa intermedia de la pieza
de fundición compuesta de metal ligero presenta un espesor de
aproximadamente 5 a 350 \mum, en particular de aproximadamente 70
a 120 \mum, una dureza de a lo sumo 400 HV, en particular de
aproximadamente 250 a 350 HV, una ductilidad de al menos 0,05%,
especialmente de al menos 0,1%, una resistencia a la tracción
R_{m} de al menos 10 MPa, especialmente de al menos 20 MPa, y un
límite de dilatación R_{p0,2} de al menos 5 MPa, especialmente de
al menos 10 MPa.
A continuación, se explica con más detalle un
perfeccionamiento especialmente preferible del procedimiento según
la invención y una pieza de fundición compuesta de metal ligero,
mostrando para ello esquemáticamente y a título de ejemplo:
La figura 1, una micrografía de una pieza de
partida a base de una aleación de aluminio con un revestimiento
y
La figura 2, una micrografía de una pieza de
fundición compuesta de metal ligero a base de una aleación de
aluminio y una aleación de magnesio con una capa intermedia.
Según un perfeccionamiento especialmente
preferible del procedimiento conforme a la invención, se fabrica en
un primer paso mediante técnicas de fundición en coquilla una pieza
de partida a base de una aleación de aluminio, tal como AlSi17Cu4Mg
con la designación A390.
Esta pieza de partida, que puede estar
constituida perfectamente también por varias partes y que
eventualmente está provista, en su lado exterior, de un dibujo
estructural, por ejemplo a manera de barquillo, es tratada
superficialmente en una operación siguiente. Según el
perfeccionamiento del procedimiento que ahora se describe, se
realiza un tratamiento de chorreado mecánico con un medio de
chorreado tal como corindón. Sin embargo, como alternativa o
adicionalmente, pueden realizarse también otros tratamientos
superficiales diferentes o adicionales, por ejemplo también
químicos.
En una operación siguiente la pieza de partida
es provista nuevamente de un revestimiento, utilizándose en el
presente caso una aleación del tipo AlSi12 y aplicándose ésta por
medio de un procedimiento de proyección a la llama, especialmente
por proyección a la llama con polvo o alambre, proyección por arco
voltaico con polvo o alambre y proyección de plasma.
El revestimiento está unido primordialmente por
vía mecánica con la pieza de partida debido a uniones en el
microrrango y presenta al menos en su lado exterior una estructura
porosa; el revestimiento presenta un espesor de aproximadamente 10
a 500 \mum y en particular de aproximadamente 100 a 140
\mum.
La pieza de partida revestida es recalentada a
una temperatura de aproximadamente 400 a 500ºC, en particular a
aproximadamente 480ºC, para evitar fisuras y para garantizar una
mejor ligazón de la fundición de magnesio que se ha de aplicar
seguidamente.
La unión de la pieza de partida revestida se
efectúa en un útil de fundición en el que se coloca la pieza de
partida, formándose entre el útil y la pieza de partida uno o varios
recintos de moldeo en los que se introduce un material de fundición
líquido. La pieza de partida puede estar sujeta entonces por
aplicación esporádica a la pared del útil y/o por medio de
elementos de macho solubles.
En el presente caso, la pieza de partida
revestida se une con una aleación de magnesio fundida, tal como
MgAl6Sr2 con la designación AJ62, durante el proceso de fundición a
una temperatura de aproximadamente 600 a 800ºC, en particular a una
temperatura de aproximadamente 680º a 720ºC, y bajo una presión de
aproximadamente 500 a 1.200 bares, en particular de aproximadamente
850 a 900 bares, uniéndose la aleación de magnesio fundido de
manera muy ventajosa con el revestimiento poroso y comprimiéndose el
revestimiento al mismo tiempo bajo la alta presión hasta
aproximadamente 70 a 90% y especialmente hasta alrededor de 80% de
su espesor original. Debido a la temperatura y a la presión se
origina una unión mediada por material entre la aleación de magnesio
y la pieza de partida revestida.
En la figura 1 se representa una micrografía 100
de una pieza de partida fundida 102 hecha de la aleación de
aluminio AlSi17Cu4Mg con la designación A390, que está ya provista
de un revestimiento 104 de AlSi12 en preparación para una unión por
técnicas de fundición con una aleación de metal ligero. Se pueden
apreciar fácilmente fases 110 de Cu y cristales primarios 108 de Si
en la aleación de aluminio 102, mientras que el revestimiento 104
presenta una estructura porosa sensiblemente más fina.
La figura 2 muestra una micrografía de una pieza
200 de fundición compuesta de metal ligero hecha de la aleación
hipereutéctica de aluminio AlSi17Cu4Mg con la designación A390 y la
aleación de magnesio MgAl6Sr2 con la designación AJ62, con capa
intermedia. Se puede apreciar el modo en que la aleación de magnesio
fundida 206 ha penetrado (212) en el revestimiento poroso y cómo se
ha formado la capa intermedia 204 bajo presión. La capa intermedia
204 está comprimida en comparación con el revestimiento poroso
original, estableciendo la aleación de magnesio 206 y la capa
intermedia 204 una unión entre ellas mediada por material. La
transición de la capa intermedia 204 a la aleación de aluminio 202
de la pieza de partida es sensiblemente menos fluida, lo que muestra
el carácter más bien de complementariedad de forma de esta
unión.
Entre la aleación de aluminio 202 y la aleación
de magnesio 206 está formada una capa intermedia aislante dúctil
que, por un lado, posee una resistencia suficiente y un límite de
alargamiento suficiente para compensar tensiones entre los dos
materiales del compuesto por medio de una deformación plástica, y
que, por otro lado, impide una iniciación de fisuras, por ejemplo
en las partículas 208 de aristas vivas del silicio de la aleación
de aluminio 202 y una propagación de las fisuras a través de fases
quebradizas de la aleación de aluminio 206 por medio de una
separación entre las partículas 208 de Si y las fases de
magnesio.
El procedimiento de unión según la invención es
adecuado en medida especial para la fabricación de cárteres de
cigüeñal de motores de combustión interna, y, por consiguiente, la
pieza de fundición compuesta de metal ligero consiste en un cárter
de cigüeñal para un motor de combustión interna.
Claims (12)
1. Procedimiento para fabricar una pieza de
fundición compuesta de metal ligero, en el que
- una pieza de partida, que está formada por una
primera aleación de metal ligero, es unida por fundición con una
segunda aleación de metal ligero y
- en la zona de contacto de las aleaciones se
forma una capa de unión y
- antes de la fundición la pieza de partida
(102) es provista de un revestimiento (104),
caracterizado porque
- la primera aleación de metal ligero (102, 202)
es la aleación de aluminio AlSi17Cu4Mg, la segunda aleación de
metal ligero (206) es la aleación MgAl6Sr2 a base de magnesio y el
revestimiento (104) es la aleación de
aluminio-silicio AlSi12, y
- el revestimiento (104) presenta al menos en su
lado exterior una estructura porosa, de modo que
- durante el proceso de fundición a alta
temperatura y bajo alta presión la segunda aleación de metal ligero
(206) penetra en el revestimiento inicialmente poroso (104) y
- entre las aleaciones de metal ligero primera y
segunda (202, 206) se forma en la pieza de fundición compuesta
(200) una capa intermedia dúctil y plásticamente deformable (204)
que está comprimida en comparación con el revestimiento
originalmente poroso, estableciendo la aleación de magnesio (206) y
la capa intermedia (204) una unión entre ellas mediada por
material.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el revestimiento (104) se aplica por
medio de un procedimiento de proyección a la llama, especialmente
por proyección a la llama con polvo o alambre, proyección por arco
voltaico con polvo o alambre o proyección de plasma.
3. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
revestimiento (104) presenta un espesor de 10 a 500 \mum,
especialmente de 100 a 140 \mum.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda
aleación de metal ligero (206) se une durante el proceso de
fundición con la primera aleación de metal ligero (102, 202) a una
temperatura de 600 a 800ºC, especialmente de 680ºC a 720ºC, y bajo
una presión de 500 a 1.200 bares, especialmente de 850 a 900
bares.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante el
proceso de fundición se une la segunda aleación de metal ligero
(206) con el revestimiento poroso (104) formando al propio tiempo
una capa intermedia (204) entre las aleaciones de metal ligero
primera y segunda (202, 206), y se comprime el revestimiento
(104).
6. Pieza de fundición compuesta de metal ligero
que comprende una primera aleación de metal ligero (102, 202) y una
segunda aleación de metal ligero (206) unida con ésta,
caracterizada porque
- la primera aleación de metal ligero (102, 202)
es la aleación de aluminio AlSi17Cu4Mg y la segunda aleación de
metal ligero (206) es la aleación MgAl6Sr2 a base de magnesio,
- las aleaciones de metal ligero primera y
segunda están unidas por medio de una capa intermedia dúctil y
plásticamente deformable (204),
- habiéndose formado la capa intermedia (204)
por una penetración de la segunda aleación de metal ligero (206) en
el revestimiento inicialmente poroso (104) a base de la aleación de
aluminio-silicio AlSi12, estando comprimido el
revestimiento en comparación con el revestimiento originalmente, de
modo que la capa intermedia (204) y la segunda aleación de metal
ligero (206) se establecen entre ellas una unión mediada por
material.
7. Pieza de fundición compuesta de metal ligero
según la reivindicación 6, caracterizada porque la capa
intermedia (204) está formada por una aleación con los elementos
aluminio (Al), magnesio (Mg), silicio (Si), cobre (Cu) y estroncio
(Sr).
8. Pieza de fundición compuesta de metal ligero
según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizada
porque la capa intermedia (204) presenta un espesor de 5 a 350
\mum, especialmente de 70 a 120 \mum.
9. Pieza de fundición compuesta de metal ligero
según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada
porque la capa intermedia (204) presenta una dureza de a lo sumo
400 HV, especialmente de 250 a 350 HV.
10. Pieza de fundición compuesta de metal ligero
según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada
porque la capa intermedia (204) presenta una ductilidad de al menos
0,05%, especialmente de al menos 0,1%.
11. Pieza de fundición compuesta de metal ligero
según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10,
caracterizada porque la capa intermedia (204) presenta una
resistencia a la tracción R_{m} de al menos 10 MPa, especialmente
de al menos 20 MPa.
12. Pieza de fundición compuesta de metal ligero
según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11,
caracterizada porque la capa intermedia (204) presenta un
límite de dilatación R_{p0,2} de al menos 5 MPa, especialmente de
al menos 10 MPa.
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