ES2552554T3 - Procedimiento de producción de un componente de motor y componente de motor - Google Patents

Procedimiento de producción de un componente de motor y componente de motor Download PDF

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Abstract

Procedimiento de 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 en coquilla por gravedad, 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 0,1% en peso al 0,7% en peso, opcionalmente del 0,4% en peso al 0,6% en peso manganeso: del 0,1% en peso al 0,4% en peso, circonio: del 0,2% en peso al 0,4% 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 inevitables.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de produccion de un componente de motor y componente de motor CAMPO TECNICO
La presente invencion se refiere a un procedimiento de 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 en coquilla por gravedad, 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 semejante.
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 elevados requisitos de consumo y emision. Ademas, desde siempre existe la necesidad de disenar los motores con la mayor eficiencia y el menor consumo posibles. Un factor decisivo en el desarrollo de motores de combustion eficientes y de baja emision son los embolos, que pueden utilizarse a temperaturas de combustion y presiones de combustion cada vez mayores, lo que se hace posible esencialmente mediante materiales de embolo cada vez mas eficientes.
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 resistente posible. A este respecto, es de especial importancia como esten configuradas la distribucion microestructural, morfologfa, composicion y estabilidad termica de fases extremadamente resistentes 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 isotermica (HCF) como en cuanto a la resistencia a la fatiga termomecanica (TMF). Para disenar la TMF de la mejor manera posible, debe aspirarse siempre a una microestructura lo mas fina posible del material. Una microestructura fina reduce el peligro de que se generen microplasticidad o microgrietas en fases primarias relativamente grandes (en particular en deposiciones de silicio primario) y con ello tambien el peligro del inicio y la propagacion de grietas.
Bajo solicitacion por TMF, en fases primarias relativamente grandes, en particular en deposiciones 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 mantener las fases primarias lo mas pequenas posible.
Sin embargo, como en la colada a presion, en la colada en coquilla por gravedad tambien 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. Ademas, en el caso de 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 de 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 en coquilla por gravedad, de modo que pueda producirse un componente de motor extremadamente resistente al calor en el procedimiento de colada en coquilla por gravedad.
La solucion de este objetivo viene dada por el procedimiento segun la reivindicacion 1. Formas de realizacion preferidas adicionales de la invencion se obtienen de las reivindicaciones dependientes con respecto a esta.
Un objetivo adicional de la invencion consiste en proporcionar un componente de motor, en particular un embolo para un motor de combustion, que sea extremadamente resistente 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 4 y se obtienen formas de realizacion preferidas adicionales 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
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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 0,1% en peso al 0,7% en peso, manganeso: del 0,1% en peso al 0,4% en peso, circonio: del 0,2% en peso al 0,4% 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 inevitables.
Mediante la aleacion de aluminio seleccionada es posible producir en el procedimiento de colada en coquilla por gravedad un componente de motor, que contiene un alto porcentaje de fases termicamente estables, altamente resistentes al calor y finamente distribuidas. La susceptibilidad con respecto al inicio y la propagacion de grietas en poros, oxidos o fases primarias se reduce mediante la eleccion de la aleacion segun la invencion con respecto a los procedimientos de produccion conocidos hasta la fecha de embolos y componentes de motor similares. La aleacion segun la invencion conduce tambien a que no haya silicio primario al menos en un embolo producido segun la invencion en su zona de borde de cavidad con alta carga termica, de modo que la aleacion conduce a propiedades especialmente buenas de un embolo producido segun la invencion. Por consiguiente, puede producirse un componente de motor extremadamente resistente al calor en el procedimiento de colada en coquilla por gravedad. Los porcentajes segun la invencion de cobre, circonio, vanadio y titanio provocan un porcentaje ventajoso de deposiciones que aumentan la resistencia, pero sin formar a este respecto grandes fases intermetalicas en forma de placas.
La aleacion de aluminio presenta ventajosamente del 0,4% en peso al 0,6% en peso de hierro y alternativa o adicionalmente del 8,5% en peso al 10% en peso de silicio.
Ventajosamente, en la aleacion de aluminio la razon en peso de hierro con respecto a manganeso asciende 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 con respecto a una parte de manganeso. Con esta razon se consiguen propiedades de resistencia especialmente ventajosas del componente de motor.
Preferiblemente, la aleacion de aluminio presenta un contenido en fosforo de menos de 30 ppm. A este respecto, esto ayuda a evitar deposiciones 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 deposiciones de silicio primario. Por tanto, el contenido en fosforo maximo preferido conduce tambien a propiedades de TMF especialmente buenas del componente de motor.
Por lo demas, la aleacion de aluminio presenta aluminio e impurezas inevitables.
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 en coquilla por gravedad.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de 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 en coquilla por 5 gravedad,
    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 0,1% en peso al 0,7% en peso, opcionalmente del 0,4% en peso al 0,6% en peso manganeso: del 0,1% en peso al 0,4% en peso, circonio: del 0,2% en peso al 0,4% 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 inevitables.
    Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que en la aleacion de aluminio la razon en peso de hierro con respecto a manganeso asciende como maximo a 5:1, preferiblemente la razon en peso de hierro con respecto a manganeso asciende aproximadamente a 3:1.
    25 3. 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:
    30 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 0,1% en peso al 0,7% en peso, opcionalmente del 0,4% en peso al 0,6% en peso 35 manganeso: del 0,1% en peso al 0,4% en peso,
    circonio: del 0,2% en peso al 0,4% 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,
    40 resto: aluminio e impurezas inevitables.
  2. 4. Componente de motor segun la reivindicacion 3, en el que en la aleacion de aluminio la razon en peso de hierro con respecto a manganeso asciende como maximo a 5:1, preferiblemente la razon en peso de hierro con respecto a manganeso asciende aproximadamente a 3:1.
    45
  3. 5. 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:
    50
    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,
    55 hierro: del 0,1% en peso al 0,7% en peso, opcionalmente del 0,4% en peso al 0,6% en peso
    manganeso: del 0,1% en peso al 0,4% en peso, circonio: del 0,2% en peso al 0,4% en peso, vanadio: del 0,1% en peso al 0,3% en peso, titanio: del 0,1% en peso al 0,5% en peso,
    60 opcionalmente fosforo: menos de 30 ppm,
    resto: aluminio e impurezas inevitables.
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  4. 2.
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