ES2552553T3 - Procedimiento para la producción de un componente de motor y componente de motor - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la producción de un componente de motor, en particular, de un émbolo para un motor de combustión, en el que se cuela una aleación de aluminio en el procedimiento de colada a presión, en el que la aleación de aluminio está compuesta por los siguientes elementos de aleación: silicio: del 6 % en peso al 10 % en peso, opcionalmente del 8,5 % en peso al 10 % en peso, níquel: del 1,2 % en peso al 2 % en peso, cobre: del 8 % en peso al 10 % en peso, magnesio: del 0,5 % en peso al 1,5 % en peso, hierro: del 0,6 % en peso al 1,5 % en peso, opcionalmente del 0,9 % en peso al 1,1 % en peso, manganeso: del 0,2 % en peso al 0,4 % en peso, circonio: del 0,2 % en peso al 0,5 % en peso, vanadio: del 0,1 % en peso al 0,3 % en peso, titanio: del 0,1 % en peso al 0,5 % en peso, opcionalmente fósforo: menos de 30 ppm, resto: aluminio e impurezas no evitables.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento para la produccion de un componente de motor y componente de motor Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la produccion de un componente de motor, en particular, de un embolo para un motor de combustion, en el que se cuela una aleacion de aluminio en el procedimiento de colada a presion, a un componente de motor, que esta compuesto al menos parcialmente por una aleacion de aluminio, y al uso de una aleacion de aluminio para la produccion de un componente de motor de este tipo.
Estado de la tecnica
En los ultimos anos han adquirido cada vez mas importancia las demandas de medios de transporte especialmente economicos y, con ello, ecologicos, que deben satisfacer los requisitos de consumo y emision altos. Ademas, siempre ha existido la necesidad de disenar motores lo mas potentes y eficientes posibles. Un factor decisivo en el desarrollo de motores de combustion potentes y de baja emision son los embolos, que pueden utilizarse a temperaturas de combustion y presiones de combustion cada vez mas altas, lo que se hace posible esencialmente mediante materiales de embolo cada vez mas potentes.
Basicamente, un embolo para un motor de combustion debe presentar una alta resistencia al calor y a este respecto al mismo tiempo ser lo mas ligero y firme posible. A este respecto, es de especial importancia como esten configuradas la distribucion microestructural, morfologfa, composicion y estabilidad termica de fases de muy alta resistencia al calor. Una optimizacion a este respecto considera habitualmente un contenido mmimo de poros e inclusiones oxfdicas.
El material buscado debe optimizarse tanto en cuanto a la resistencia a la oscilacion (HCF) isotermica como tambien con respecto a la resistencia a la fatiga termomecanica (TMF). Para formar la TMF de la mejor manera posible, se debe pretender siempre una microestructura lo mas fina posible del material. Una microestructura fina reduce el riesgo de generacion de microplasticidad o de microgrietas en fases primarias relativamente grandes (en particular, en precipitados de silicio primario) y con ello tambien el peligro del inicio y la propagacion de grietas.
Basicamente se conoce que en el procedimiento de colada a presion puede ajustarse una microestructura mas fina mediante una velocidad de solidificacion mas alta. Una alta velocidad de solidificacion conduce ademas a que puedan introducirse elementos que aumentan la resistencia con una concentracion mas alta. De este modo es posible alcanzar un contenido mas alto de fases termicamente estables, de alta resistencia al calor, asf como un porcentaje mayor de elementos de aleacion disueltos para el endurecimiento en el cristal mixto de aluminio. Tanto la microestructura fina como la alta concentracion de elementos que aumentan la resistencia contribuyen a que se mejoren las propiedades a alta temperatura HCF y TMF de embolos para motores de combustion.
Bajo solicitacion por TMF, en fases primarias relativamente grandes, en particular, en precipitados de silicio primario, debido a los diferentes coeficientes de dilatacion de los componentes individuales de la aleacion, concretamente de la matriz y de las fases primarias, aparecen microplasticidades o microgrietas, que pueden reducir considerablemente la vida util del material de embolo. Para aumentar la vida util, se conoce que se han de mantener las fases primarias lo mas pequenas posible.
Sin embargo, en la colada a presion hay un lfmite superior de concentracion hasta el que deben incorporarse los elementos de aleacion y que en caso de superarlo se dificulta o se hace imposible la capacidad de colada de la aleacion y/o donde las piezas coladas al desmoldarlas se rompen por su fragilidad. Ademas, si se aproxima a concentraciones demasiado altas de elementos que aumentan la resistencia se produce la formacion de grandes fases intermetalicas en forma de placas, que reducen drasticamente la resistencia a la fatiga.
Los documentos WO 00/71767 A1 y WO 00/71772 A1 dan a conocer en cada caso una aleacion con los siguientes componentes de aleacion (en porcentaje en peso): Si: 6,0-14,0; Ni: 0,05-1,2; Cu: 3,0-8,0; Mg: 0,5-1,5; Fe: 0,01-0,8; Mn: 0,01-1,0; Zr: 0,05-1,2; V: 0,05-1,2; Ti: 0,05-1,2; Sr: 0,001-0,10; resto: Al.
Exposicion de la invencion
Un objetivo de la presente invencion consiste en proporcionar un procedimiento para la produccion de un componente de motor, en particular, de un embolo para un motor de combustion, en el que se cuela una aleacion de aluminio en el procedimiento de colada a presion, de modo que pueda producirse un componente de motor de muy alta resistencia al calor en el procedimiento de colada a presion.
La solucion de este objetivo viene dada por el procedimiento segun la reivindicacion 1. Las formas de realizacion preferidas adicionales de la invencion se obtienen de las reivindicaciones dependientes con respecto a esta.
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Un objetivo adicional de la invencion consiste en proporcionar un componente de motor, en particular, un embolo para un motor de combustion, que sea de muy alta resistencia al calor y a este respecto este compuesto al menos parcialmente por una aleacion de aluminio.
Este objetivo se soluciona mediante el objeto de la reivindicacion 3 y se obtienen formas de realizacion preferidas adicionales a partir de las reivindicaciones dependientes con respecto a esta.
En un procedimiento segun la invencion, la aleacion de aluminio esta compuesta por los siguientes elementos de aleacion:
silicio: del 6 % en peso al 10 % en peso, rnquel: del 1,2 % en peso al 2 % en peso, cobre: del 8 % en peso al 10 % en peso, magnesio: del 0,5 % en peso al 1,5 % en peso, hierro: del 0,6 % en peso al 1,5 % en peso, manganeso: del 0,2 % en peso al 0,4 % en peso, circonio: del 0,2 % en peso al 0,5 % en peso, vanadio: del 0,1 % en peso al 0,3 % en peso, titanio: del 0,1 % en peso al 0,5 % en peso, opcionalmente fosforo: menos de 30 ppm, resto: aluminio e impurezas no evitables.
Mediante la aleacion de aluminio seleccionada es posible producir en el procedimiento de colada a presion un componente de motor, que contiene un alto porcentaje de fases termicamente estables, de alta resistencia al calor y finamente distribuidas. Por consiguiente, puede producirse un componente de motor de muy alta resistencia en el procedimiento de colada a presion. Mediante el procedimiento de colada a presion se hace posible que puedan colarse contornos especialmente proximos a la forma final, de modo que puedan reducirse enormemente los sobreespesores de mecanizado. Ademas se consigue una alta velocidad de solidificacion del componente de motor, lo que conduce a una microestructura especialmente fina, permite una alta concentracion de elementos de aleacion y por consiguiente hace posible su aprovechamiento. Los porcentajes segun la invencion de cobre, circonio, vanadio y titanio conducen a precipitados que aumentan la resistencia, pero sin formar grandes fases intermetalicas en forma de placas.
La aleacion de aluminio presenta ventajosamente del 0,9 % en peso al 1,1 % en peso de hierro y alternativa o adicionalmente del 8,5 % en peso al 10 % en peso de silicio.
Este contenido en hierro preferido repercute de forma especialmente ventajosa sobre la capacidad de colada de la aleacion en el procedimiento de colada a presion. El contenido en silicio preferido evita precipitados de silicio primario y conduce, en particular, a que el borde de cavidad del embolo especialmente altamente sometido a carga pueda mantenerse practicamente libre de precipitados de silicio primario. El contenido en silicio preferido conduce a propiedades de TMF especialmente buenas del componente de motor, en particular, del embolo.
Ventajosamente, en la aleacion de aluminio la relacion en peso de hierro con respecto a manganeso es de como maximo a 5:1, de manera preferible aproximadamente a 3:1. En esta forma de realizacion, la aleacion de aluminio contiene, por tanto, como maximo cinco partes de hierro con respecto a una parte de manganeso, de manera preferible aproximadamente tres partes de hierro frente a una parte de manganeso. Con esta relacion se consiguen propiedades de resistencia del componente de motor especialmente ventajosas.
Preferiblemente, la aleacion de aluminio presenta un contenido en fosforo de menos de 30 ppm. A este respecto, esto ayuda a evitar precipitados de silicio primario y sirve, al igual que un contenido en silicio preferido de la aleacion, para mantener, en particular, el borde de cavidad del embolo practicamente libre de precipitados de silicio primario. Por tanto, el contenido en fosforo maximo preferido conduce tambien a propiedades de TMF del componente de motor especialmente buenas.
Por lo demas, la aleacion de aluminio presenta aluminio e impurezas no evitables.
Un componente de motor segun la invencion esta compuesto al menos parcialmente por una de las aleaciones de aluminio mencionadas anteriormente. Otro aspecto independiente de la invencion consiste en el uso de la aleacion de aluminio expuesta anteriormente para la produccion de un componente de motor, en particular, de un embolo de un motor de combustion. En particular, la aleacion de aluminio encontrada se procesa a este respecto en el procedimiento de colada a presion.
Claims (4)
- 101520
- 2.25
- 3.30354045 4.
- 5.505560REIVINDICACIONESProcedimiento para la produccion de un componente de motor, en particular, de un embolo para un motor de combustion, en el que se cuela una aleacion de aluminio en el procedimiento de colada a presion,en el que la aleacion de aluminio esta compuesta por los siguientes elementos de aleacion:silicio: del 6 % en peso al 10 % en peso, opcionalmente del 8,5 % en peso al 10 % en peso, mquel: del 1,2 % en peso al 2 % en peso, cobre: del 8 % en peso al 10 % en peso, magnesio: del 0,5 % en peso al 1,5 % en peso, hierro: del 0,6 % en peso al 1,5 % en peso, opcionalmente del 0,9 % en peso al 1,1 % en peso, manganeso: del 0,2 % en peso al 0,4 % en peso, circonio: del 0,2 % en peso al 0,5 % en peso, vanadio: del 0,1 % en peso al 0,3 % en peso, titanio: del 0,1 % en peso al 0,5 % en peso, opcionalmente fosforo: menos de 30 ppm, resto: aluminio e impurezas no evitables.Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que en la aleacion de aluminio la relacion en peso de hierro con respecto a manganeso es de como maximo a 5:1, preferiblemente la relacion en peso de hierro con respecto a manganeso es de aproximadamente a 3:1.Componente de motor, en particular, embolo para un motor de combustion, que esta compuesto al menos parcialmente por una aleacion de aluminio,en el que la aleacion de aluminio esta compuesta por los siguientes elementos de aleacion:silicio: del 6 % en peso al 10 % en peso, opcionalmente del 8,5 % en peso al 10 % en peso, mquel: del 1,2 % en peso al 2 % en peso, cobre: del 8 % en peso al 10 % en peso, magnesio: del 0,5 % en peso al 1,5 % en peso, hierro: del 0,6 % en peso al 1,5 % en peso, opcionalmente del 0,9 % en peso al 1,1 % en peso, manganeso: del 0,2 % en peso al 0,4 % en peso, circonio: del 0,2 % en peso al 0,5 % en peso, vanadio: del 0,1 % en peso al 0,3 % en peso, titanio: del 0,1 % en peso al 0,5 % en peso, opcionalmente fosforo: menos de 30 ppm, resto: aluminio e impurezas no evitables.Componente de motor segun la reivindicacion 3, en el que en la aleacion de aluminio la relacion en peso de hierro con respecto a manganeso es de como maximo a 5:1, preferiblemente la relacion en peso de hierro con respecto a manganeso es de aproximadamente a 3:1.Uso de una aleacion de aluminio para la produccion de un componente de motor, en particular, de un embolo para un motor de combustion,en el que la aleacion de aluminio esta compuesta por los siguientes elementos de aleacion:silicio: del 6 % en peso al 10 % en peso, opcionalmente del 8,5 % en peso al 10 % en peso, mquel: del 1,2 % en peso al 2 % en peso, cobre: del 8 % en peso al 10 % en peso, magnesio: del 0,5 % en peso al 1,5 % en peso, hierro: del 0,6 % en peso al 1,5 % en peso, opcionalmente del 0,9 % en peso al 1,1 % en peso, manganeso: del 0,2 % en peso al 0,4 % en peso, circonio: del 0,2 % en peso al 0,5 % en peso, vanadio: del 0,1 % en peso al 0,3 % en peso, titanio: del 0,1 % en peso al 0,5 % en peso, opcionalmente fosforo: menos de 30 ppm, resto: aluminio e impurezas no evitables.
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