ES2350478T3 - Aleación de fundición gris y componente de motor de combustión interna de fundición. - Google Patents
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Abstract
Aleación perlítica de fundición gris que comprende, en peso, entre un 3,2 y un 3,49 % de carbono entre un 1,8 y un 2,2 % de silicio < 0,15 % de azufre < 0,15 % de fósforo entre un 0,3 y un 0,8 % de manganeso entre un 0,2 y un 0,4 % de cromo entre un 0,1 y un 0,4 % de molibdeno entre un 0,03 y un 0,3 % de vanadio entre un 0,3 y un 1,0 % de cobre < 0,15 % de niobio entre un 0,007 y un 0,015 % de titanio entre un 0,005 y un 0,017 % de nitrógeno Al < 0,01 Ni < 0,1 Sn < 0,1 estando constituido el resto por hierro e impurezas.
Description
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una aleación de fundición gris. Más en particular, la presente invención se refiere a una fundición gris perlítica que comprende otros elementos de aleación para obtener una resistencia mejorada a la fatiga.
La invención se refiere además a un componente de un motor de combustión interna, obtenido por fundición a partir de una aleación de fundición gris según la invención.
La fundición gris es uno de los materiales más atractivos para, por ejemplo, bloques de motores de combustión interna para vehículos, debido a un coste relativamente bajo y, sin embargo, un rendimiento entre bueno y excelente. Se conoce previamente una gama bastante amplia de composiciones, constituyendo normalmente dichas composiciones un compromiso entre propiedades, tales como resistencia a la tracción, propiedades de desgaste, etc, del material tal como se utiliza, y propiedades de producción, tales como coste, maquinabilidad, etc.
Por lo tanto, para bloques de motores de combustión interna de fundición, un material 0120 de base tiene una composición según la Tabla 1 que se ofrece posteriormente, y una aleación convencional común tiene una composición también según la Tabla 1, proporcionando la aleación convencional de Scania una fundición gris con una estructura perlítica y un material sólido (exento de poros) debido a un contenido comparativamente elevado de carbono.
No obstante, aunque es totalmente aceptable actualmente, hoy en día es deseable una resistencia mejorada a la fatiga como complemento a las propiedades actuales y la misma ampliaría los usos posibles de dicha fundición gris de la técnica anterior.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar una fundición gris con una estructura comparativamente sólida y que ofrece buenas propiedades de maquinabilidad y que tiene, además, una resistencia a la fatiga sustancialmente mejorada en comparación con la de una aleación convencional.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un componente de un motor de combustión interna, tal como un bloque del motor, de fundición gris, que tenga una resistencia a la fatiga sustancialmente mejorada en comparación con la de una aleación convencional.
El objetivo de la presente invención se alcanza mediante una fundición gris según la reivindicación adjunta 1. En las reivindicaciones subordinadas se especifican formas de realización preferidas.
Además, el objetivo de la presente invención se alcanza mediante un componente de fundición gris de un motor de combustión interna, según la reivindicación adjunta 4. En la reivindicación subordinada, se especifican formas de realización preferidas.
La Fig. 1 muestra unas curvas de fatiga de Wöhler para una aleación de base, una aleación convencional y una aleación según la invención.
En la siguiente descripción, todos los porcentajes proporcionados para elementos en las aleaciones especificadas se proporcionan como porcentaje en peso.
La aleación según la presente invención es una fundición gris que tiene una estructura perlítica, estando comprendido el contenido de carbono entre 3,2 y 3,49 %. El contenido de carbono comparativamente alto fomenta una estructura sólida. Las adiciones de cromo de entre el 0,2 y el 0,4 %, que tiene propiedades estabilizadoras de la perlita/carburos, proporcionan una estructura perlítica fina.
Las adiciones comprendida entre el 0,1 y el 0,4 % de molibdeno, entre el 0,03 y el 0,3 % de vanadio, de entre el 0,007 y el 0,015 % de titanio y < 0,15 % de niobio actúan, además de sus propiedades formadoras de carburos, como núcleos que proporcionan una estructura de grafito laminar y perlítica fina como fundición (como carburos precipitados tanto primarios como secundarios). El molibdeno también estabiliza la perlita a temperaturas elevadas.
El silicio está presente en una cantidad comprendida entre el 1,8 y el 2,2 % fomentando la formación de fundición gris.
Está presente entre un 0,3 y un 0,8 % de manganeso como agente estabilizador de perlita.
El cobre, en este caso, en una cantidad comprendida entre el 0,3 y el 1,0 %, favorece la formación de perlita y estabiliza la misma y favorece también la formación de una estructura fina.
El contenido de azufre y fósforo se debería mantener por debajo del 0,15 %.
El nitrógeno, entre un 0,005 y un 0,017 %, compacta el grafito laminar y fomenta la formación de perlita. El aluminio, < 0,01 %, actúa como agente de formación de grafito.
La aleación de fundición gris comprende además hierro e impurezas normales para el equilibrio. Las cantidades de titanio, nitrógeno y aluminio están en el intervalo normal de impurezas aunque se puede realizar una selección de las mismas.
Ejemplos:
Se prepararon lotes de 1.500 kg, siendo fundido cada lote en cuatro bloques de motor de 300 kg, iniciándose la fundición a 1.420ºC y descendiendo la temperatura aproximadamente 10ºC durante el procedimiento de fundición.
Se produjeron diez combinaciones, lotes, diferentes de molibdeno, vanadio, titanio y niobio, utilizando una aleación de base.
Además, el contenido de nitrógeno y aluminio fue variado en 16 lotes diferentes con agentes diferentes (inoculantes) de formación de núcleos.
Se tomaron muestras para ensayo de fatiga, de cada fundición, y se realizaron ensayos de fatiga.
Además, se produjeron lotes que combinaban la composición que presentaba los mejores resultados de los ensayos previos, y los mismos se sometieron a ensayo con respecto a la fatiga.
En la Fig. 1, se muestran los resultados, de manera que la curva 3 se corresponde
con las composiciones dentro de los intervalos de composición según la invención, siendo
mostrada también esta composición en la Tabla 1.
Las fundiciones grises según la invención presentan una resistencia a la fatiga
5 superior en aproximadamente un 40 % a la de una aleación de base de fundición gris y una resistencia a la fatiga superior en aproximadamente un 30 % a la de una fundición gris convencional de un bloque de motor, y se sigue ofreciendo una fundición gris que logra un rendimiento elevado con respecto a la maquinabilidad, solidez, etc.
Tal como se ha mencionado anteriormente, la aleación de fundición gris según la
10 invención resulta extremadamente útil para componentes de motores de fundición de combustión interna, tales como componentes de bloques de motores, de manera que la aleación combina maquinabilidad, solidez y una resistencia a la fatiga elevada. La aleación resulta también útil para otros componentes, tales como culatas de cilindros, etc.
Tabla 1. Composiciones de fundición gris, % en peso, según la técnica anterior y la
- invención
- Aleación
- Compuesto
- Base 0120 Aleación Invención en Forma de Aleación de
- convencional
- general realización ejemplo 3 de
- preferida
- la Fig. 1
- C
- 3,2 – 3,5 ~3,4 3,2 –3,49 3,3 – 3,4 3,37
- Si
- 1,8 – 2,3 ~2,0 1,8 – 2,2 1,8 – 2,2 1,8
- S
- 0,06 – 0,15 <0,14 <0,15 <0,1 0,1
- P
- < 0,20 <0,10 <0,15 <0,05 0,05
- Mn
- 0,6 – 0,8 0,6 – 0,8 0,3 – 0,8 0,4 – 0,6 0,68
- Cr
- 0,2 – 0,35 0,2 – 0,4 0,2 – 0,4 0,34
- Mo
- 0,1 – 0,4 0,2 – 0,3 0,26
- V
- 0,03 – 0,3 0,05 – 0,1 0,1
- Cu
- 0,4 – 0,8 0,3 – 1,0 0,5 – 1,0 0,6
- Ni
- <0,1 <0,1
- Ti
- 0,007-0,015 0,007-0,013 0,013
- Nb
- <0,15 <0,10 0,04
- N
- 0,005-0,017 0,005-0,015 0,010
- Sn
- <0,1 <0,1
- Al
- <0,01 <0,01
Claims (5)
- Reivindicaciones1. Aleación perlítica de fundición gris que comprende, en peso,entre un 3,2 y un 3,49 % de carbono entre un 1,8 y un 2,2 % de silicio < 0,15 % de azufre < 0,15 % de fósforo entre un 0,3 y un 0,8 % de manganeso entre un 0,2 y un 0,4 % de cromo entre un 0,1 y un 0,4 % de molibdeno entre un 0,03 y un 0,3 % de vanadio entre un 0,3 y un 1,0 % de cobre < 0,15 % de niobio entre un 0,007 y un 0,015 % de titanio entre un 0,005 y un 0,017 % de nitrógeno Al < 0,01 Ni < 0,1 Sn < 0,1 estando constituido el resto por hierro e impurezas.
- 2. Aleación según la reivindicación 1, que comprendeentre un 3,3 y un 3,4 % de carbono entre un 1,8 y un 2,2 % de silicio < 0,1 % de azufre < 0,05 % de fósforo entre un 0,4 y un 0,6 % de manganeso entre un 0,2 y un 0,4 % de cromo entre un 0,2 y un 0,3 % de molibdeno entre un 0,05 y un 0,1 % de vanadio.
-
- 3.
- Aleación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el vanadio está presente en una cantidad inferior al 0,1 %.
-
- 4.
- Componente de motor de fundición, de combustión interna, realizado con una aleación perlítica de fundición gris, comprendiendo dicha aleación
entre un 3,2 y un 3,49 % de carbono entre un 1,8 y un 2,2 % de silicio < 0,15 % de azufre < 0,15 % de fósforo entre un 0,3 y un 0,8 % de manganeso entre un 0,2 y un 0,4 % de cromo entre un 0,1 y un 0, 4 % de molibdeno entre un 0,03 y un 0,3 % de vanadio entre un 0,3 y un 1,0 % de cobre entre un 0,007 y un 0,013 % de titanio < 0,15 % de niobio entre un 0,005 y un 0,015 % de nitrógeno < 0,01 % de aluminio Ni < 0,1 Sn < 0,1 estando constituido el resto por hierro e impurezas. -
- 5.
- Componente según la reivindicación 4, caracterizado porque es un componente de un bloque de motor o un componente de una culata de cilindro.
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