ES2601005T3

ES2601005T3 - Composiciones para un mejor control dimensional en aplicaciones de metalurgia de polvo ferroso

Info

Publication number: ES2601005T3
Application number: ES11721942.8T
Authority: ES
Inventors: Bruce Lindsley
Original assignee: Hoeganaes Corp
Current assignee: Hoeganaes Corp
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2017-02-13
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: EP2571649A1; WO2011146454A1; JP6141181B2; CA2798516C; JP2013531731A; CA2798516A1; CN102947028A; US20110283832A1; CN102947028B; US9297055B2; JP2016035106A; EP2571649B1; BR112012026851B1; BR112012026851A2

Abstract

Una composición metalúrgica en polvo que comprende: (i) al menos el 30 por ciento en peso, en base al peso total de la composición, de un polvo metalúrgico a base de hierro que es, al menos, el 80 por ciento en peso de hierro; (ii) una aleación previa de hierro y cobre, en la que la cantidad de cobre en la aleación previa de hierro y cobre se encuentra entre el 1 y el 10 por ciento en peso, en base al peso de la aleación previa de hierro y cobre; (iii) del 0,5 al 2 por ciento en peso de polvo de cobre elemental, en base al peso de la composición; y (iv) del 0,1 al 2 por ciento en peso de grafito.

Description

DESCRIPCION

Composiciones para un mejor control dimensional en aplicaciones de metalurgia de polvo ferroso 5 Campo tecnico

[0001] La presente invencion se refiere a composiciones de metalurgia de polvos ferrosos que comprenden cobre elemental y aleaciones previas de hierro y cobre, que permiten la sinterizacion con una mejor precision dimensional.

10

Antecedentes

[0002] En la metalurgia de polvos (MP) a menudo se anade polvo de cobre elemental a polvos de hierro, junto con polvo de grafito, para mejorar de forma rentable las propiedades mecanicas de los materiales compactos

15 de MP de acero sinterizado. Normalmente, se anade aproximadamente del 1,5 a aproximadamente el 2,5 % en peso de cobre a la mezcla para lograr estos beneficios mecanicos.

[0003] A pesar de las ventajas del cobre, tiende a causar un crecimiento tridimensional no deseable en el compactado sinterizado. La variacion de tamano entre piezas compactadas da lugar a residuos y el aumento de los

20 costes. El grado de esta distorsion depende de la cantidad de cobre elemental en la composicion y el nivel de segregacion de cobre en la mezcla de MP. Del mismo modo, la adicion de grafito, aunque anade resistencia a la pieza compactada, tambien suele tener un efecto significativo sobre las propiedades dimensionales de la pieza aglomerada sinterizada. Dada la variabilidad dimensional a la que son susceptibles las aleaciones de hierro y cobre- grafito, con el uso de una mezcla de ese tipo es diflcil producir piezas sinterizadas que tengan un alto grado de 25 precision dimensional.

[0004] La Figura 1 representa el cambio dimensional de las aleaciones a base de hierro que incluyen del 0 a aproximadamente el 2 % en peso de cobre, en base al peso de la aleacion, y del 0,6 a aproximadamente el 1 % en peso de grafito, en base al peso de la aleacion. Como se puede entender a partir de la FIG. 1, las aleaciones a base

30 de hierro que comprenden aproximadamente el 1 % en peso de cobre mantienen un buen control dimensional con respecto a variaciones en el contenido de grafito. Desafortunadamente, las aleaciones que comprenden el 1 % en peso de cobre no son suficientes para la mayorla de las aplicaciones con MP y no se utilizan de forma generalizada. Mas bien, en la industria de forma generalizada se utilizan aleaciones que incluyen de aproximadamente el 1,5 a aproximadamente el 2,5 % en peso, preferentemente el 2 % en peso de cobre. Desafortunadamente, como se 35 puede ver a partir de la FIG. 1, las aleaciones que comprenden aproximadamente del 1,5 a aproximadamente el 2 % en peso de cobre no tienen un buen control dimensional con respecto a variaciones en el contenido de grafito.

[0005] Como tales, son necesarios materiales de MP que incluyan cobre y grafito, mientras reducen al mlnimo los cambios dimensionales.

40

[0006] El documento WO 2004/038054 desvela un metodo para controlar el cambio dimensional a un valor predeterminado incluyendo las etapas de proporcionar un primer polvo (A) que consiste en un polvo a base de hierro (1) y cobre en forma de cobre elemental (2), o cobre unido por difusion a dicho polvo a base de hierro (3); proporcionar un segundo polvo (B) que consiste en dicho polvo a base de hierro (1) y un polvo de hierro y cobre pre-

45 aleado (4); mezclar dichas primera y segunda mezclas de polvo (A) y (B) en proporciones que resultan en el cambio dimensional deseado anadiendo grafito y lubricante y opcionalmente materiales de fase dura y otros elementos de aleacion a la mezcla obtenida; compactar la mezcla obtenida; y sinterizar el cuerpo compactado.

Resumen

50

[0007] La presente invencion se refiere a composiciones metalurgicas en polvo que comprenden al menos el 30 por ciento en peso, en base al peso total de la composicion, de un polvo metalurgico a base de hierro que es, al menos, el 80 en peso de hierro; una aleacion previa de hierro y cobre, en la que la cantidad de cobre en la aleacion previa de hierro y cobre se encuentra entre el 1 y el 10 por ciento en peso, en base al peso de la aleacion previa de

55 hierro y cobre; del 0,5 al 2 por ciento en peso de polvo de cobre elemental en base al peso de la composicion; y del 0,1 al 2 por ciento en peso de grafito.

Breve descripcion de los dibujos

La FIG. 1 representa el efecto del contenido de cobre elemental y de grafito en los cambios dimensionales de aleaciones de Fe-Cu-C.

5 La FIG. 2 representa el cambio dimensional observado con un contenido variable de grafito para tres

mezclas diferentes de hierro y cobre (1,8 % en peso)-grafito.

La FIG. 3 representa el cambio dimensional observado con un contenido variable de grafito para tres mezclas diferentes de hierro y cobre (2 % en peso)-grafito.

La FIG. 4 representa la presion de compactacion frente a la densidad de sinterizacion de los polvos 7A, 8A 10 y 9A.

Descripcion detallada de las realizaciones ilustrativas

[0009] Hasta ahora se ha descubierto que las composiciones de MP que comprenden polvo de cobre, 15 preferentemente polvo de cobre elemental, y una aleacion previa de hierro y cobre como fuentes de cobre en la

composition MP, presentan un buen control dimensional. Por otra parte, se mantiene un buen control dimensional con un contenido variable de grafito en la composicion.

[0010] La presente invention se refiere a composiciones metalurgicas en polvo que comprenden al menos el 20 30 por ciento en peso, en base al peso total de la composicion, de un polvo metalurgico a base de hierro que es, al

menos, el 80 por ciento en peso de hierro; una aleacion previa de hierro y cobre, en la que la cantidad de cobre en la aleacion previa de hierro y cobre se encuentra entre el 1 y el 10 por ciento en peso (% en peso), en base al peso de la aleacion previa de hierro y cobre; del 0,5 al 2,0 por ciento en peso de polvo de cobre elemental en base al peso de la composicion; y del 0,1 al 2 por ciento en peso de grafito.

25

[0011] Tambien estan dentro del alcance de la invencion polvos de hierro que tienen al menos el 85 % en peso, el 90 % en peso, el 95 % en peso de hierro y el 99 % en peso de hierro, en peso del polvo metalurgico a base de hierro.

30 [0012] Polvos de hierro esencialmente puro que se pueden usar en la invencion son polvos de hierro que

contienen no mas de aproximadamente el 1,0 % en peso, preferentemente no mas de aproximadamente el 0,5 % en peso, de impurezas normales. Ejemplos de dichos polvos de hierro de calidad metalurgica altamente compresibles son la serie ANCORSTEEL 1000 de polvos de hierro puro, por ejemplo, 1000, 1000B y 1000C, disponibles en Hoeganaes Corporation, Riverton, Nueva Jersey. Por ejemplo, el polvo de hierro ANCORSTEEL 1000, tiene un perfil 35 de tamiz tlpico de aproximadamente el 22 % en peso de las partlculas por debajo de un tamiz del n.° 325 (series EE.UU.) y aproximadamente el 10 % en peso de partlculas mayores que un tamiz del n.° 100, con el resto entre estos dos tamanos (cantidades traza mayores que el tamiz del n.° 60). El polvo ANCORSTEEL 1000 tiene una densidad aparente de aproximadamente el 2,85 a 3,00 g/cm3, normalmente de 2,94 g/cm3. Otros polvos de hierro que se utilizan en la invencion son polvos de esponja de hierro tlpicos, tales como polvo ANCOR MH-100 y 40 ANCORSTEEL AMH de Hoeganaes, que es un polvo de hierro de baja densidad aparente atomizado. Se prefiere que los polvos de hierro para su uso en la invencion no incluyan nada de cobre; sin embargo, puede haber presente algo de cobre. Por ejemplo, los polvos de hierro usados en la invencion pueden incluir hasta aproximadamente el 0,25 por ciento en peso de cobre, en base al peso del polvo de hierro. Algunos polvos de hierro pueden incluir hasta el 0,1 por ciento en peso de cobre, en base al peso del polvo de hierro. La cantidad traza de cobre que puede estar 45 presente en el polvo a base de hierro no se considera, dentro del alcance de la invencion, que sea una fuente de "aleacion previa de hierro y cobre" o "polvo de cobre", tal como se utilizan estos terminos en el presente documento.

[0013] Un ejemplo adicional de polvos a base de hierro para su uso en la invencion son polvos a base de

hierro unido por difusion que son partlculas de hierro esencialmente puro que tienen una capa o revestimiento de 50 uno o mas de otros elementos o metales de aleacion, tales como elementos productores de acero, difundidos en sus superficies exteriores. Un proceso tlpico para la fabrication de dichos polvos es atomizar una masa fundida de hierro y luego combinar este polvo atomizado con los polvos de aleacion y recocer esta mezcla en polvo en un horno. Dichos polvos disponibles en el mercado incluyen el polvo unido por difusion DISTALOY 4600A de Hoeganaes Corporation, que contiene aproximadamente el 1,8 % de nlquel, aproximadamente el 0,55 % de molibdeno, y 55 aproximadamente el 1,6 % de cobre, y el polvo unido por difusion DISTALOY 4800A de Hoeganaes Corporation, que contiene aproximadamente el 4,05 % de nlquel, aproximadamente el 0,55 % de molibdeno, y aproximadamente el 1,6 % de cobre. En esas realizaciones que emplean un polvo a base de hierro unido por difusion que incluye cobre, dentro del alcance de la invencion esta que al menos una portion del cobre presente en el polvo de hierro unido por difusion se considere que es una fuente de "polvo de cobre", tal como se utiliza ese termino en el presente

documento.

[0014] Las partlcuias del polvo metalurgico a base de hierro pueden tener un diametro promedio de partlcuias de tan solo 5 pm o hasta aproximadamente 850 a 1000 pm, pero generaimente las partlcuias tendran un diametro

5 promedio en el intervalo de aproximadamente 10 a 500 pm o de aproximadamente 5 a aproximadamente 400 pm, o de aproximadamente 5 a aproximadamente 200 pm. La medicion del diametro promedio de partlcula se puede realizar utilizando tecnicas de difraccion laser conocidas en la materia.

[0015] En formas de realizacion preferidas de la invencion, la combinacion de aleacion previa de hierro y 10 cobre y polvo de cobre se traducira en una composicion metalurgica en polvo que incluye preferentemente del 1,5 al

2,5 % en peso de cobre, en base al peso de la composicion. En otras realizaciones, la combinacion de aleacion previa de hierro y cobre y polvo de cobre se traducira en una composicion metalurgica en polvo, que incluye del 1 al 2,0 % en peso de cobre, preferentemente el 1 % en peso de cobre, en base al peso de la composicion. En otras realizaciones mas, la combinacion de aleacion previa de hierro y cobre y polvo de cobre se traducira en una 15 composicion metalurgica en polvo que incluye del 1,5 al 2,0 % en peso de cobre, en base al peso de la composicion. Se prefiere que la combinacion de aleacion previa de hierro y cobre y polvo de cobre se traduzca en una composicion metalurgica en polvo, que incluye del 2 al 2,5 % en peso de cobre, en base al peso de la composicion.

[0016] Como se usa en este documento, una "aleacion previa de hierro y cobre" es una composicion 20 preparada mediante la aleacion de cobre con hierro en estado fundido, en la que la aleacion fundida se transforma

entonces en polvo, por ejemplo por atomizacion de agua y recocido para producir un polvo.

[0017] Las aleaciones previas de la invencion incluiran del 1 al 10 % en peso de cobre, en base al peso de la aleacion previa. En otras realizaciones mas, las aleaciones previas de la invencion incluiran del 1 al 8 % en peso de

25 cobre, en base al peso de la aleacion previa. En todavla otras realizaciones, las aleaciones previas de la invencion incluiran aproximadamente del 1 a aproximadamente el 5 % en peso de cobre, en base al peso de la aleacion previa.

[0018] Es preferible que la aleacion previa de hierro y cobre tenga una distribucion de tamano de partlcula 30 similar al polvo de hierro. Por ejemplo, si las partlculas del polvo metalurgico a base de hierro tienen un diametro

promedio de partlcula de 5 a 200 pm, las partlculas de la aleacion previa de hierro y cobre tambien tendran un diametro promedio de partlcula de 5 a 200 pm. La medicion del diametro promedio de la partlcula se puede realizar utilizando tecnicas de difraccion laser conocidas en la materia.

35 [0019] Como se usa en este documento, "polvo de cobre" se refiere a polvo de cobre elemental que es

conocido en la materia y esta disponible de fuentes comerciales. El polvo de cobre de la invencion se mezcla en las composiciones metalurgicas en polvo de la invencion y no se pretende que abarque cualquier cobre que pueda estar presente inherentemente en los polvos a base de hierro usados en la invencion. Los polvos de cobre usados en la invencion son polvos de cobre esencialmente puros que comprenden al menos el 99 % de cobre, en peso de polvo 40 de cobre.

[0020] Las composiciones metalurgicas en polvo comprenden del 0,5 al 2,0 % en peso de polvo de cobre, en base al peso de la composicion. En otras realizaciones, las composiciones metalurgicas en polvo de la invencion comprenden del 0,5 al 1,5 % en peso de polvo de cobre, en base al peso de la composicion. En todavla otras formas

45 de realizacion, las composiciones metalurgicas en polvo de la invencion comprenden del 0,5 al 1 % en peso de polvo de cobre, en base al peso de la composicion. Particularmente, las realizaciones preferidas comprenderan aproximadamente el 1 % en peso de polvo de cobre, en base al peso de la composicion.

[0021] Los polvos de cobre preferidos de la invencion tendran un diametro promedio de partlcula de menos 50 de aproximadamente 200 pm. Tambien se prefieren polvos de cobre que tienen un diametro promedio de partlcula

de menos de aproximadamente 20 pm. Los mas preferidos son aquellos polvos de cobre que tienen un diametro promedio de partlcula de menos de aproximadamente 100 pm. La medicion del diametro promedio de partlcula se puede realizar utilizando tecnicas de difraccion laser conocidas en la materia.

55 [0022] Sera facilmente evidente para el experto en la materia que una vez que se determina que hay

presente una cantidad objetivo de cobre total en la composicion metalurgica en polvo, dentro del alcance de la invencion esta cualquier combinacion de polvo de cobre y aleacion previa de hierro y cobre que logre esa cantidad objetivo de cobre total.

[0023] Composiciones metalurgicas en polvo de la invencion tambien incluyen grafito (es decir, carbono), en una cantidad de hasta aproximadamente el 2 % en peso de grafito, en base al peso de la composicion metalurgica en polvo. Las composiciones preferidas incluyen grafito en una cantidad de hasta aproximadamente el 1,5 % en peso de grafito, en base al peso de la composicion metalurgica en polvo. Otras composiciones dentro del alcance de

5 la invencion incluiran grafito en una cantidad de hasta aproximadamente el 1 % en peso de grafito, en base al peso de la composicion metalurgica en polvo. Aun otras composiciones dentro del alcance de la invencion incluiran grafito en una cantidad de hasta aproximadamente el 0,5 % en peso de grafito, en base al peso de la composicion metalurgica en polvo. Las composiciones tlpicas dentro del alcance de la invencion comprenderan de aproximadamente el 0,1 % a aproximadamente el 1 % en peso de grafito, en base al peso de la composicion 10 metalurgica en polvo.

[0024] La lubricacion previa de la pared de la matriz y/o la mezcla de lubricantes en el polvo metalurgico facilita la expulsion de piezas compactadas de una matriz y tambien facilita el proceso de re-empaquetado al lubricar las partlculas del polvo. Los lubricantes preferidos adecuados para su uso en MP son bien conocidos por los

15 expertos en la materia e incluyen, por ejemplo, etilen-bis-estearamida (EBS) (por ejemplo, ACRAWAX C, Lonza, Chagrin Falls, Ohio), y estearato de zinc. Los ejemplos de lubricantes que se pueden utilizar en la invencion incluyen otros compuestos de estearato, tales como estearatos de litio, manganeso, y calcio, otras ceras tales como cera de polietileno, y poliolefinas, y mezclas de estos tipos de lubricantes. Otros lubricantes incluyen los que contienen un compuesto de polieter como se describe en la patente de Estados Unidos 5.498.276 de Luk, y los que son utiles a 20 temperaturas de compactacion mas altas descritas en la patente de Estados Unidos n.° 5.368.630 de Luk, ademas de los descritos en la patente de Estados Unidos n.° 5.330.792 de Johnson et al., cada una de las cuales se incorpora en su totalidad en este documento por referencia.

[0025] En las composiciones de la invencion tambien se pueden incluir aglutinantes, incluyendo, por ejemplo, 25 oxido de polietileno (por ejemplo, ANCORBOND II, Hoeganaes Corp, Riverton, NJ) y polietilenglicol, por ejemplo,

polietilenglicol que tiene una masa molar media de aproximadamente 3000 a aproximadamente 35.000 g/mol. Otros aglutinantes adecuados para su uso en aplicaciones metalurgicas en polvo son conocidos en la materia.

[0026] Las piezas compactadas y sinterizadas se pueden preparar a partir de las composiciones descritas en 30 este documento utilizando tecnicas convencionales conocidas en la materia. Por ejemplo, las composiciones de la

invencion se pueden compactar en un molde. Las presiones de compactacion tlpicas son de al menos aproximadamente 25 tsi y pueden ser de hasta aproximadamente 200 tsi, siendo mas habitual utilizar aproximadamente 40-60 tsi. El compacto de prensado resultante se puede sinterizar a aproximadamente 2050 °F (1120 °C). En las tecnicas de compactacion de doble prensa, despues de una compactacion inicial, el compacto de 35 prensado resultante se recuece de aproximadamente 1355 °F (735 °C) a aproximadamente 1670 °F (910 °C), seguido de una segunda compactacion. Despues de la segunda compactacion, el compacto se sinteriza. El recocido y la sinterizacion se pueden llevar a cabo en atmosferas convencionales, por ejemplo, atmosferas de nitrogeno- hidrogeno.

40 [0027] La invencion se describe adicionalmente por referencia a los siguientes ejemplos. Estos ejemplos

pretenden ser ilustrativos, y no se pretende que sean limitantes de la invencion.

EJEMPLOS

45 Materiales

[0028] Se uso ANCORSTEEL 1000B, 1000BMn, y 1000C (Hoeganaes Corp, Riverton, NJ) en los Ejemplos 1, 2 y 3, respectivamente. Se adquirio polvo de cobre ACUPOWDER 8081 de Acupolvo Int'l, LLC, Union, Nueva Jersey. Se adquirio polvo de grafito de Asbury Carbons, Asbury, NJ.

50

Ejemplo 1 (comparacion)

[0029] En este ejemplo, se prepararon composiciones de polvo a base de hierro que comprenden de aproximadamente el 2 % en peso de cobre a aproximadamente el 0,7 % de grafito, en peso de la composicion de

55 polvo. El polvo 1 incorpora el cobre a traves de una aleacion por difusion de hierro y cobre. Como se usa en este documento, una "aleacion por difusion" de hierro y cobre es una aleacion fabricada uniendo metalurgicamente cobre en el exterior de las partlculas de hierro. Normalmente, dichas aleaciones por difusion incluiran aproximadamente del 10 % a aproximadamente el 20 % en peso de cobre, en base al peso de la aleacion. El polvo 2 incorpora el cobre a traves de una aleacion previa de hierro y cobre. Tambien se preparo como control un tercer polvo que comprende

hierro y grafito, sin cobre. Las tres mezclas de polvos se compactaron a una densidad de prensado de 6,9 g/cm3 y se sinterizaron a 1120 °C en atmosfera de hidrogeno al 90 %-nitrogeno al 10 %. Las propiedades de sinterizacion de estos tres polvos se exponen en la Tabla 1.

Polvo 1: pre-mezcla de hierro, 10 % de adicion de la aleacion por difusion de hierro y cobre (20 % en peso de cobre, 5 en base al peso de la aleacion por difusion), 0,7 % de grafito, 0,75 % de lubricante EBS. Composicion final: hierro, aproximadamente el 2 % de cobre, aproximadamente el 0,7 % de grafito.

Polvo 2: pre-mezcla de hierro, 10 % de adicion de aleacion previa de hierro y cobre (20 % en peso de cobre, en base al peso de la aleacion previa), 0,7 % de grafito, 0,75 % de lubricante EBS. Composicion final: hierro, aproximadamente el 2 % de cobre, aproximadamente el 0,7 % de grafito.

10 Polvo 3: pre-mezcla de hierro y 0,7 % de grafito, 0,75 % de lubricante EBS.

Tabla 1. Propiedades de sinterizacion de compactos obtenidos de los polvos 1-3

: Propiedades de sinterizacion

6,9 g/cm3: Presion de compactacion Densidad de sinterizacion TRS CD Dureza

(TSI): (g/cm) (ksi) (%) (HRA)

Polvo # 1: 32,4 6,80 132 0,45 43

Polvo # 2: 32,4 6,85 112 0,23 42

Polvo # 3: 32,2 6,85 87 0,24 31

15 [0030] Como puede verse en la Tabla 1, el uso de la aleacion previa de hierro y cobre (polvo # 2) reduce en

gran medida el cambio dimensional (CD) de la composicion en comparacion con el polvo que incluye la aleacion por difusion de hierro y cobre (polvo # 1). El cambio dimensional presentado utilizando la aleacion previa de hierro y cobre se acerco al cambio dimensional observado con la composicion que no incluye cobre (polvo # 3). La densidad final utilizando la aleacion previa de hierro y cobre es mayor que la observada con la aleacion por difusion, con poco 20 efecto sobre la compresibilidad.

Ejemplo 2

[0031] Se prepararon grupos de composiciones de polvos a base de hierro que comprenden cada una 25 aproximadamente el 1,8 % en peso de cobre. Un grupo de composiciones en polvo (polvos # 4A, 4B, 4C) inclula

solo el cobre como polvo de cobre, por lo que son composiciones que quedan fuera del alcance de la invencion. Otro grupo de composiciones en polvo (polvos # 5A, 5B, 5C) inclula cobre como combinacion de polvo de cobre y aleacion previa de hierro y cobre. El grupo final de la composicion en polvo (polvos # 6A, 6B, 6C) inclula el cobre solo como aleacion previa de hierro y cobre, por lo que son composiciones que quedan fuera del alcance de la 30 invencion. El contenido de grafito se vario dentro de cada grupo de polvos. Todas las mezclas de MP contenlan aproximadamente el 0,7 % en peso de EBS como lubricante.

[0032] Barras de resistencia a la rotura transversal se comprimieron a una densidad de prensado de 6,9 g/cm3 y se sinterizaron a 1120 °C en un horno de cinta utilizando una atmosfera del 90 % de nitrogeno y el 10 % de

35 hidrogeno. El cambio dimensional se mide comparando la longitud sinterizada de la barra con la longitud de la matriz utilizada para compactar las barras. Los resultados de los ensayos se representan en la FIG. 2.

Grupo de polvos # 4 (comparacion)

40 [0033]

Polvo 4A: preparado mezclando hierro con cobre en polvo (1,8 %) + 0,8

Polvo 4B: preparado mezclando hierro con cobre en polvo (1,8 %) + 0,9

Polvo 4C: preparado mezclando hierro con cobre en polvo (1,8 %) + 0,7

45

Grupo de polvos #5

[0034]

50 Polvo 5A: preparado usando una combinacion de hierro mezclado con aleacion previa de hierro y cobre y polvo de cobre + 0,8 % de grafito y 0,7 % de lubricante EBS.

Polvo 5B: preparado usando una combinacion de hierro mezclado con aleacion previa de hierro y cobre y polvo de

% de grafito y 0,7 % de lubricante EBS. % de grafito y 0,7 % de lubricante EBS. % de grafito y 0,7 % de lubricante EBS.

cobre + 0,9 % de grafito y 0,7 % de lubricante EBS

Polvo 5C: preparado usando una combinacion de hierro mezclado con aleacion previa de hierro y cobre y polvo de cobre + 0,7 % de grafito y 0,7 % de lubricante EBS

5 Grupo de polvos # 6 (comparacion)

[0035]

Polvo 6A: hierro mezclado con polvo de aleacion previa de hierro y cobre (3 % en peso de Cu) + 0,8 % de grafito y 10 0,7 % de lubricante EBS.

Polvo 6B: hierro mezclado con polvo de aleacion previa de hierro y cobre (3 % en peso de Cu) + 0,9 % de grafito y 0,7 % de lubricante EBS.

Polvo 6C: hierro mezclado con polvo de aleacion previa de hierro y cobre (3 % en peso de Cu) + 0,7 % de grafito y 0,7 % de lubricante EBS.

15

[0036] Los materiales en los que el cobre se incluye a traves de una combinacion de aleacion previa de hierro y cobre y polvo de cobre (Polvo # 5), produjeron una muy buena consistencia dimensional con respecto a variaciones en el contenido de grafito. El cambio dimensional es esencialmente constante a medida que el contenido de grafito cambia en el polvo # 5. Esto esta en contraste con los materiales en los que el cobre se incluye

20 unicamente como polvo de cobre (Polvo # 4) en los que se observaron variaciones dimensionales significativas con cantidades variables de contenido de grafito.

[0037] Las propiedades mecanicas para los polvos 4A, 5A, y 6A (todos que tienen aproximadamente el 0,8 % en peso de grafito) se representan en la Tabla 2. La dureza de cada uno de los compactos se mantiene con el uso

25 de la aleacion previa de hierro y cobre.

[0038] Tabla 2. Propiedades de sinterizacion de compactos obtenidos con los polvos 4-6.

: Propiedades de sinterizacion

6,9 g/cm3: Presion de compactacion Densidad de sinterizacion TRS CD Dureza

(TSI): (g/cm7) (ksi) (%) (HRA)

Polvo # 4: 32,4 6,80 135 0,37 47

Polvo # 5: 35,6 6:81 128 0,32 48

Polvo # 6: 38,6 6,83 117 0,24 47

30 Ejemplo 3

[0039] Se prepararon grupos de composiciones de polvos a base de hierro que comprenden cada uno aproximadamente el 2 % en peso de cobre. Un grupo de composiciones en polvo (polvos # 7A, 7B, 7C) inclula el cobre solo como polvo de cobre, con las composiciones que por tanto quedan fuera del alcance de la invencion. Otro

35 grupo de composiciones en polvo (polvos # 8A, 8B, 8C) inclula el cobre como una combinacion de polvo de cobre y aleacion previa de hierro y cobre. El grupo final de composicion en polvo (polvos # 9A, 9B, 9C) inclula el cobre solo como aleacion previa de hierro y cobre, con las composiciones que por tanto quedan fuera del alcance de la invencion. El contenido de grafito se vario dentro de cada grupo de polvos. Todas las mezclas de MP contenlan aproximadamente el 0,75 % en peso de EBS como lubricante.

40

[0040] Barras de resistencia a la rotura transversal se comprimieron a una densidad de prensado de 6,9 g/cm3 y se sinterizaron a 1120 °C en un horno de cinta utilizando una atmosfera del 90 % de nitrogeno y el 10 % de hidrogeno. El cambio dimensional se mide comparando la longitud sinterizada de la barra con la longitud de la matriz utilizada para compactar las barras. Los resultados de los ensayos se representan en la FIG. 3.

45

Grupo de polvos # 7 (comparacion)

[0041]

50 Polvo 7A: preparado mezclando hierro con cobre en polvo (2 %) + 0,6 % de grafito y 0,75 % de lubricante EBS.

Polvo 7B: preparado mezclando hierro con cobre en polvo (2 %) + 0,7 % de grafito y 0,75 % de lubricante EBS.

Polvo 7C: preparado mezclando hierro con cobre en polvo (2 %) + 0,5 % de grafito y 0,75 % de lubricante EBS.

Grupo de polvos #8

[0042]

5

Polvo 8A: preparado usando una combinacion de hierro mezclado con aleacion previa de hierro y cobre y polvo de cobre + 0,6 % de grafito y 0,75 % de lubricante EBS.

Polvo 8B: preparado usando una combinacion de hierro mezclado con aleacion previa de hierro y cobre y polvo de cobre + 0,7 % de grafito y 0,75 % de lubricante EBS

10 Polvo 8C: preparado usando una combinacion de hierro mezclado con aleacion previa de hierro y cobre y polvo de cobre + 0,5 % de grafito y 0,75 % de lubricante EBS

Grupo de polvos # 9 (comparacion)

15 [0043]

Polvo 9A: hierro mezclado con polvo de aleacion previa de hierro y cobre (3 %

0,75 % de lubricante EBS.

Polvo 9B: hierro mezclado con polvo de aleacion previa de hierro y cobre (3 %

20 0,75 % de lubricante EBS.

Polvo 9C: hierro mezclado con polvo de aleacion previa de hierro y cobre (3 %

0,75 % de lubricante EBS.

[0044] Los materiales en los que el cobre se incluye a traves de una combinacion de aleacion previa de hierro 25 y cobre y polvo de cobre (Polvo # 8), produjeron una muy buena consistencia dimensional con respecto a

variaciones en el contenido de grafito. El cambio dimensional es esencialmente constante a medida que el contenido de grafito cambia en el polvo # 8. Esto esta en contraste con los materiales en los que el cobre se incluye unicamente como polvo de cobre (Polvo # 7) en los que se observaron variaciones dimensionales significativas con cantidades variables de contenido de grafito.

30

[0045] Las propiedades mecanicas para los polvos 7A, 8A, y 9A (todos que tienen aproximadamente el 0,6 % en peso de grafito) se representan en la Tabla 3. La dureza de cada uno de los compactos se mantiene con el uso de la aleacion previa de hierro y cobre.

35 Tabla 3. Propiedades de sinterizacion de compactos obtenidos de los polvos 7-9.

: Propiedades de sinterizacion

7,0 g/cm3: Presion de compactacion Densidad de sinterizacion TRS CD Dureza

(TSI): (g/cm3) (ksi) (%) (HRA)

Polvo # 7: 32,8 6,85 132 0,53 45

Polvo # 8: 38,4 6,91 122 0,38 46

Polvo # 9: 43,8 6,96 113 0,21 45

[0046] La presion de compactacion requerida para lograr una densidad de prensado de 7,0 g/cm3 aumenta

con la cantidad de aleacion previa de hierro y cobre, aunque la densidad de sinterizacion tambien aumenta a medida 40 que se produce un menor crecimiento durante la sinterizacion. La diferencia en la presion de compactacion requerida para conseguir una densidad de sinterizacion dada se representa en la FIG. 4. Como se muestra en la FIG. 4, el polvo 8A muestra significativamente menos perdida de densidad a una presion de compactacion dada, en comparacion con el polvo 9A. Sorprendentemente, la presion de compactacion requerida para lograr una densidad de sinterizacion de 7,1 g/cm3 es similar para los polvos 7A y 8A.

en peso de Cu) + 0,6 % de grafito y

en peso de Cu) + 0,7 % de grafito y

en peso de Cu) + 0,5 % de grafito y

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composicion metalurgica en polvo que comprende:

5 (i) al menos el 30 por ciento en peso, en base al peso total de la composicion, de un polvo metalurgico a base de hierro que es, al menos, el 80 por ciento en peso de hierro;

(ii) una aleacion previa de hierro y cobre, en la que la cantidad de cobre en la aleacion previa de hierro y cobre se encuentra entre el 1 y el 10 por ciento en peso, en base al peso de la aleacion previa de hierro y cobre;

(iii) del 0,5 al 2 por ciento en peso de polvo de cobre elemental, en base al peso de la composicion; y 10 (iv) del 0,1 al 2 por ciento en peso de grafito.
2. Una composicion metalurgica en polvo de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la composicion comprende al menos el 40 por ciento en peso del polvo metalurgico a base de hierro, en base al peso total de la composicion metalurgica en polvo.

15
3. Una composicion metalurgica en polvo de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende del 0,5 al

I, 5 por ciento en peso de polvo de cobre elemental, en base al peso de la composicion.
4. Una composicion metalurgica en polvo de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende del 0,5 al 1 20 por ciento en peso de polvo de cobre elemental, en base al peso de la composicion.
5. Una composicion metalurgica en polvo de acuerdo con la reivindicacion 4, que comprende aproximadamente el 1 por ciento en peso de polvo de cobre elemental, en base al peso de la composicion.

25 6. Una composicion metalurgica en polvo de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la aleacion previa

de hierro y cobre y el polvo de cobre elemental proporcionan del 1,5 al 2,5 por ciento en peso de cobre total de la composicion.
7. Una composicion metalurgica en polvo de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la aleacion previa 30 de hierro y cobre y el polvo de cobre elemental proporcionan el 2 por ciento en peso de cobre total de la

composicion.
8. Una composicion metalurgica en polvo de acuerdo con la reivindicacion 1, que ademas comprende un lubricante.

35
9. Una composicion metalurgica en polvo de acuerdo con la reivindicacion 8, en la que el lubricante es etilen-bis-estearato.
10. Una composicion metalurgica en polvo de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el diametro 40 promedio de las partlculas de la aleacion previa es el mismo que el diametro promedio de las partlculas del polvo de

hierro.

II. Una pieza metalurgica en polvo sinterizado preparada usando la composicion de la reivindicacion 1.