ES2692824T3 - Aleaciones metálicas para aplicaciones de alto impacto - Google Patents
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Abstract
Una pieza moldeada de una aleación de hierro fundido blanco con una química a granel que comprende: cromo, carbono, manganeso y hierro, y que opcionalmente comprende otros elementos que incluyen silicio, niobio y titanio, e impurezas incidentales; la aleación de hierro fundido blanco que tiene una microestructura tratada en solución que comprende: (a) una matriz ferrosa que comprende austenita retenida, la matriz que tiene una composición de: manganeso: 8 a 20% en peso; carbono: 0.8 a 1.5% en peso; cromo: 5 a 15% en peso; y hierro: equilibrio (que incluye impurezas incidentales); y (b) carburos de cromo dispersos en la matriz, los carburos que comprenden 5 a 60% de la fracción volumétrica de la aleación.
Description
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DESCRIPCION
Aleaciones metalicas para aplicaciones de alto impacto Campo de la invencion.
Esta invencion se relaciona con aleaciones metalicas para aplicaciones de alto impacto y particularmente, aunque de ninguna manera exclusivamente, con aleaciones de hierro que tienen alta dureza, y fundiciones de estas aleaciones.
Antecedentes de la invencion.
El hierro fundido blanco de alto contenido de cromo, tal como se describe en la patente de Estados Unidos num. 1.245.552, se usa ampliamente en la industria minera y de procesamiento de minerales para la fabricacion de equipos que se someten a abrasion severa y desgaste por erosion, por ejemplo, bombas y tuberfas para lodo, revestimientos de molinos, trituradoras, tolvas de transferencia y herramientas de corte. El hierro fundido blanco con alto contenido de cromo descrito en la patente de Estados Unidos comprende 25-30% en peso de Cr, 1.5-3% en peso de C, hasta 3% en peso de Si, y equilibrio de Fe y trazas de Mn, S, P y Cu.
Las microestructuras de hierro fundido blanco con alto contenido de cromo contienen carburos de cromo extremadamente duros (alrededor de 1500 HV - de acuerdo con la Norma Australiana 1817, parte 1) (Fe,Cr)7C3 en una matriz ferrosa con una dureza de aproximadamente 700 HV. Estos carburos proporcionan una proteccion efectiva contra la accion abrasiva o erosiva de la arena de sflice (alrededor de 1150 HV), que es el medio mas abundante que se encuentra en los minerales suministrados a las plantas mineras y de procesamiento de minerales.
En terminos generales, el hierro fundido blanco con alto contenido de cromo ofrece una mayor resistencia al desgaste que los aceros que se han endurecido por metodos de temple y revenido, y ademas proporciona una resistencia moderada a la corrosion en comparacion con los aceros inoxidables. Sin embargo, el hierro fundido blanco tiene una baja tenacidad a la fractura (<30 MPa.Vm), lo que lo hace inadecuado para su uso en situaciones de alto impacto, como en maquinaria de trituracion.
La tenacidad a la fractura es una funcion de (a) el contenido de carburo y su tamano de partfcula, forma y distribucion en toda la matriz, y (b) la naturaleza de la matriz ferrosa, es decir, si comprende austenita, martensita, ferrita, perlita o una combinacion de dos o mas de estas fases.
Ademas, el hierro fundido blanco con alto contenido de cromo tiene una baja resistencia al choque termico y no puede enfrentar cambios muy bruscos de temperatura.
Los intentos anteriores del inventor de producir un hierro fundido blanco mas tenaz mediante adicion de cantidades de otros elementos, como manganeso, al hierro fundido blanco con alto contenido de cromo, no tuvieron exito. Especfficamente, los diversos elementos de aleacion del hierro fundido blanco, particularmente, cromo, carbono, manganeso, silicio, nfquel y hierro, pueden dividirse de forma diferente durante la solidificacion, lo que resulta en una amplia gama de posibles composiciones qufmicas en la matriz ferrosa. Por ejemplo, es posible obtener un hierro fundido blanco con una matriz ferrosa que contenga mas de 1.3% en peso de carbono, pero esto puede resultar en la presencia de carburos proeutectoides fragiles en la microestructura. Es posible, ademas, obtener un hierro fundido blanco con una matriz ferrosa que contenga menos de 0.8% en peso de carbono, pero esto puede resultar en una matriz ferrosa austenftica inestable con una baja capacidad de endurecimiento por trabajo. Ademas, es posible obtener un hierro fundido blanco con una matriz ferrosa con un bajo contenido de cromo, lo que puede resultar en una baja resistencia a la corrosion.
En el documento GB 340 382 A de Edgar Allen & Company Ltd y otros, se describen aceros aleados adecuados para placas seguras y fines similares que contienen 1-4 por ciento de carbono, 15-25 por ciento de cromo y 11-20 por ciento de manganeso.
La patente australiana 458670 describe un hierro blanco resistente al desgaste con una estructura sustancialmente austenftica que contiene predominantemente carburo de cromo-manganeso trigonal y ortorrombico. El hierro blanco tiene una composicion que consiste en 7.0% a 15.0% de manganeso, 8.0% a 15.0% de cromo, en 4.0% de carbono total, 0% a 2.5% de silicio, y con un total de manganeso y cromo de al menos 15.0%, el equilibrio es el hierro aparte de las impurezas incidentales. La patente informa de que el manganeso y el cromo pueden usarse juntos en hierro fundido blanco de tal forma que tanto los carburos ortorrombicos como los trigonales pueden producirse simultaneamente con una matriz austenftica, lo que proporciona asf un hierro fundido de caracterfsticas inusuales de resistencia al desgaste.
Esta descripcion tiene que ver particularmente con la provision de un hierro fundido blanco con alto contenido de cromo que tiene una combinacion mejorada de tenacidad y dureza. Es deseable que el hierro fundido blanco con alto contenido de cromo sea adecuado para aplicaciones de desgaste abrasivo de alto impacto, como las que se usan en maquinaria de trituracion o bombas para lodo.
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Resumen de la descripcion
A traves del trabajo experimental llevado a cabo por el solicitante, se ha descubierto inesperadamente que existe una relacion inversa entre las concentraciones de cromo y carbono de la matriz ferrosa formada durante la solidificacion de una gama de hierros fundidos con alto contenido de cromo. La cuantificacion de esta relacion inversa entre el cromo y el carbono en la matriz ferrosa ha hecho posible que el solicitante proporcione composiciones qufmicas a granel de hierros fundidos de alto contenido de cromo seleccionados que contienen manganeso y que resultan en microestructuras que contienen fases con las caracterfsticas qufmicas requeridas para producir hierros fundidos blancos con tenacidad, capacidad de endurecimiento en caliente, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosion que son adecuadas para su uso en aplicaciones de desgaste abrasivo de alto impacto.
El trabajo experimental llevado a cabo por el solicitante revelo que el cromo tiene un impacto significativo en el contenido de carbono en la matriz ferrosa, donde anteriormente no habfa comprension de este efecto. Anteriormente se pensaba que el cromo formaba en gran medida carburos de la forma M7C3 (donde "M" comprende Cr, Fe y Mn), es decir, carburos con una elevada proporcion de cromo y carbono. El trabajo experimental, sin embargo, identifico que se retiene mucho cromo en solucion solida y que existe una relacion inversa entre el contenido de cromo en la matriz ferrosa y la cantidad de carbono que se retiene en la matriz ferrosa de los hierros fundidos blancos de alto contenido de cromo, de manera que a medida que aumenta la concentracion de cromo a granel de un hierro fundido blanco de alto contenido de cromo, aumenta el cromo en la matriz de la aleacion y disminuye el carbono en la matriz.
El trabajo experimental llevado a cabo por el solicitante ha demostrado que, durante la solidificacion de los hierros fundidos con alto contenido de cromo, el cromo y el carbono se dividen preferencialmente en los carburos primarios y eutecticos M7C3, lo que deja una cantidad residual de cromo y carbono en la matriz ferrosa. Ademas, el solicitante ha demostrado que cuando se adiciona un 12% en peso de manganeso al hierro fundido con alto contenido de cromo, el manganeso, en una primera aproximacion, se distribuye uniformemente entre los carburos M7C3 y la matriz ferrosa, es decir, tanto los carburos como la matriz ferrosa contienen un 12% en peso nominal de manganeso.
Por lo tanto, el solicitante cree que es posible obtener una cantidad predeterminada de cromo y carbono en la matriz ferrosa de los hierros fundidos de alto contenido de cromo que contengan 8-20% en peso de manganeso, con la consideracion de los siguientes resultados del solicitante para la division del cromo y el carbono en estas aleaciones durante el proceso de solidificacion.
Resultado Num. 1 - Cuando se adiciona aproximadamente 12% en peso de manganeso a los hierros fundidos con alto contenido de cromo, el manganeso no se divide preferencialmente en ninguna fase particular y se distribuye aproximadamente de manera uniforme entre los carburos y la matriz ferrosa.
Resultado Num. 2 - El contenido residual de carbono de la matriz ferrosa es inversamente proporcional al contenido residual de cromo de la matriz ferrosa. Por ejemplo, el trabajo experimental llevado a cabo por el solicitante revelo que cuando un hierro fundido con alto contenido de cromo, con una composicion qufmica a granel de Fe-20Cr-3.0C se solidifica, la composicion qufmica residual de la matriz ferrosa es aproximadamente Fe-12Cr-1.1C, en comparacion con un ejemplo en el que, cuando una composicion qufmica a granel de Fe-10Cr-3.0C se solidifica, la composicion qufmica residual de la matriz ferrosa es aproximadamente Fe-6Cr-1.6C, y comparada con un ejemplo en el que, cuando una composicion qufmica a granel de Fe-30Cr-3.0C se solidifica, la composicion qufmica residual de la matriz ferrosa es aproximadamente Fe-18Cr-0.8C.
El solicitante ha encontrado ademas que la qufmica de la matriz ferrosa de una aleacion a granel de Fe-20Cr-12Mn- 3.0C es Fe-12Cr-12Mn-1.1C despues de la solidificacion (es decir, una matriz ferrosa de 12% en peso de Mn y 1.1% en peso de C que contiene 12% en peso de Cr en solucion solida).
En consecuencia, se proporciona una pieza moldeada de una aleacion de hierro fundido blanco que tiene la siguiente qufmica de matriz ferrosa en un estado tratado en solucion;
- manganeso:
- 8 a 20% en peso;
- carbono:
- 0.8 a 1.5% en peso;
- cromo:
- 5 a 15% en peso; y
- hierro:
- equilibrio (que incluye impurezas incidentales); y
con una microestructura que comprende:
(a) austenita retenida como matriz, y
(b) carburos dispersos en la matriz, los carburos que comprenden 5 a 60% de la fraccion volumetrica de la pieza moldeada.
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El termino "estado tratado en solucion" se entiende en la presente descripcion que significa calentar la aleacion a una temperature y mantener la aleacion a la temperatura durante un tiempo para disolver los carburos y enfriar rapidamente la aleacion a temperatura ambiente para retener la microestructura.
La concentracion de cromo y/o la concentracion de carbono en la qufmica a granel de la aleacion de hierro fundido blanco puede seleccionarse con la consideracion de una relacion inversa entre la concentracion de cromo y la concentracion de carbono en la matriz para controlar la concentracion de la matriz de uno o ambos del cromo y el carbono, para que este dentro de los intervalos antes descritos, de modo que la pieza moldeada tenga las propiedades requeridas, tales como la tenacidad y/o la dureza y/o la resistencia al desgaste y/o la capacidad de endurecimiento por trabajo y/o la resistencia a la corrosion.
Por ejemplo, la concentracion de cromo en la qufmica a granel de la aleacion de hierro fundido blanco puede seleccionarse teniendo en cuenta la consideracion de la relacion inversa entre la concentracion de cromo y la concentracion de carbono en la matriz para controlar que la concentracion de carbono de la matriz sea superior a 0.8% en peso y menor que 1.5% en peso, tfpicamente menor que 1.2% en peso, tfpicamente mayor que 1% en peso en el estado tratado en solucion. En este ejemplo, la concentracion de manganeso en la qufmica a granel puede ser de 1016, tfpicamente 10-14% de peso, y mas tfpicamente 12% de peso.
Las concentraciones de cromo, carbono y manganeso en la qufmica a granel de la aleacion de hierro fundido blanco pueden seleccionarse de modo que la pieza moldeada tenga las siguientes propiedades mecanicas en la forma tratada en solucion de la pieza moldeada:
• Resistencia a la traccion: al menos 650, tfpicamente al menos 750 MPa.
• Lfmite elastico: al menos 500, tfpicamente al menos 600 MPa.
• Tenacidad a la fractura: al menos 50, tfpicamente al menos 60 MPaVm.
• Alargamiento: al menos 1.2%
• Dureza: al menos 350, tfpicamente al menos 400 Brinell.
• Deformabilidad plastica bajo carga de compresion: al menos 10%
• Alta capacidad de endurecimiento por trabajo: hasta al menos 550 Brinell en servicio.
Los carburos pueden ser de 5 a 60% de la fraccion volumetrica de la pieza moldeada, tfpicamente de 10 a 40% de la fraccion volumetrica de la pieza moldeada, y mas tfpicamente de 15-30% de la fraccion volumetrica de la pieza moldeada. La microestructura puede comprender de 10 a 20% en volumen de carburos dispersos en la matriz de austenita retenida.
Los carburos pueden ser carburos de cromo-hierro-manganeso.
La fase de carburo de la pieza moldeada anterior despues del tratamiento en solucion puede ser de carburos de cromo-hierro-manganeso primarios y/o de carburos de cromo-hierro-manganeso eutecticos y la matriz de austenita retenida puede ser de dendritas de austenita primaria y/o austenita eutectica.
Los carburos ademas pueden ser carburo de niobio y/o una mezcla qufmica de carburo de niobio y carburo de titanio.
La especificacion de la patente mencionada en el parrafo anterior describe que los terminos "una mezcla qufmica de carburo de niobio y carburo de titanio" y "carburo de niobio/titanio" se entienden como sinonimos. Adicionalmente, la especificacion de la patente describe que el termino "mezcla qufmica" se entiende en este contexto que significa que los carburos de niobio y los carburos de titanio no estan presentes como partfculas separadas en la mezcla, sino que estan presentes como partfculas de carburos de niobio/titanio.
Para fracciones volumetricas de carburos inferiores a 5%, los carburos no contribuyen significativamente a la resistencia al desgaste de la aleacion. Sin embargo, para fracciones volumetricas de carburos superiores a 60%, no hay suficiente matriz ferrosa para mantener los carburos juntos. Como resultado, la tenacidad a la fractura de la aleacion puede no ser adecuada para la maquinaria de trituracion.
La matriz puede estar sustancialmente libre de ferrita.
El termino "sustancialmente libre de ferrita" indica que la intencion es proporcionar una matriz que incluya austenita retenida sin nada de ferrita, pero al mismo tiempo reconoce que en cualquier situacion dada en la practica puede haber una pequena cantidad de ferrita.
La aleacion de hierro fundido blanco de la pieza moldeada puede tener una composicion a granel que comprende:
- cromo:
- 10 a 40% en peso;
- carbono:
- 2 a 6% en peso;
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- manganeso:
- 8 a 20% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales.
La aleacion de hierro fundido blanco puede comprender de 0.5 a 1.0% en peso de silicio. La aleacion de hierro fundido blanco puede comprender de 2 a 4% en peso de carbono.
- La aleacion de hierro fundido blanco de la pieza moldeada puede tener una composicion a granel que comprende: cromo:
- 7 a 36% en peso;
- carbono:
- 3 a 8.5% en peso;
- manganeso:
- 5 a 18% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso;
- titanio:
- 2 a 13% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales.
La aleacion de hierro fundido blanco de la pieza moldeada puede tener una composicion a granel que comprende:
- cromo:
- 7 a 36% en peso;
- carbono:
- 3 a 8.5% en peso;
- manganeso:
- 5 a 18% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso;
- niobio:
- 8 a 33% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales.
La aleacion de hierro fundido blanco de la pieza moldeada puede tener una composicion a granel que comprende:
- cromo:
- 7 a 36% en peso;
- carbono:
- 3 a 8.5% en peso;
- manganeso:
- 5 a 18% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso;
- niobio y titanio:
- 5 a 25% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales.
La aleacion de hierro fundido blanco de la pieza moldeada puede tener una composicion a granel que comprenda cromo, carbono, manganeso, silicio, uno o mas de los metales de transicion titanio, circonio, hafnio, vanadio, niobio, tantalo, cromo, molibdeno y tungsteno; y el balance de hierro e impurezas incidentales, con la cantidad de metal o metales de transicion seleccionados de modo que los carburos de estos metales en la pieza moldeada comprendan hasta 20% en volumen de la pieza moldeada.
La pieza moldeada puede ser equipamiento que se somete a abrasion severa y desgaste por erosion, tales como bombas y tuberfas para lodo, revestimientos de molinos, trituradoras, rampas de transferencia y herramientas de corte.
Ademas se proporciona el equipamiento que se somete a abrasion severa y desgaste por erosion, tales como bombas y tuberfas para lodo, revestimientos de molinos, trituradoras, rampas de transferencia y herramientas de corte que incluyen la pieza moldeada.
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El equipamiento puede ser maquinaria de trituracion o bombas para lodo.
Ademas se proporciona un metodo para producir una pieza moldeada de la aleacion de hierro fundido blanco descrita anteriormente. El metodo esta fuera del alcance de las reivindicaciones adjuntas. El metodo comprende las etapas de:
(a) formar una masa fundida de la aleacion de hierro fundido blanco antes descrita;
(b) verter la masa fundida en un molde para formar la pieza moldeada; y
(c) dejar que la pieza moldeada se enfrfe sustancialmente a temperatura ambiente.
La etapa (a) del metodo puede comprender adicionar a) niobio o b) niobio y titanio a la masa fundida en una forma que produzca partfculas de carburo de niobio y/o partfculas de una mezcla qufmica de carburo de niobio y carburo de titanio en una microestructura de la pieza moldeada. El metodo puede incluir etapas adicionales del metodo, tal como se describe en la especificacion antes mencionada titulada "Hard Metal Material" presentada el 1 de febrero de 2011 con la solicitud internacional antes mencionada en nombre del solicitante.
El metodo puede comprender ademas el tratamiento termico de la pieza moldeada despues de la etapa (c) mediante:
(d) calentamiento de la pieza moldeada a una temperatura de tratamiento en solucion; y
(e) templado de la pieza moldeada.
La etapa (e) puede comprender templar el molde en agua.
La etapa (e) puede comprender templar la pieza moldeada sustancialmente a temperatura ambiente.
La microestructura resultante puede ser una matriz de austenita retenida y carburos dispersos en la matriz, los carburos que comprenden 5 a 60% de la fraccion volumetrica de la pieza moldeada.
La matriz ferrosa resultante puede ser austenftica en la medida en que este sustancialmente libre de ferrita. La matriz ferrosa resultante puede ser totalmente austenftica debido al rapido proceso de enfriamiento.
La temperatura de tratamiento de la solucion puede estar en un intervalo de 900 °C a 1200 °C, tfpicamente de 1000 °C a 1200 °C.
La pieza moldeada puede mantenerse a la temperatura de tratamiento en solucion durante al menos una hora, pero puede mantenerse a dicha temperatura de tratamiento en solucion durante al menos dos horas, para asegurar la disolucion de todos los carburos secundarios y el logro de la homogeneizacion qufmica.
Breve descripcion de las figuras
La aleacion de hierro fundido blanco y la pieza moldeada se describiran ahora aun mas a manera de ejemplo solamente, y con referencia a los dibujos acompanantes, en los cuales:
La Figura 1 es una micrograffa de la microestructura de una aleacion de hierro en bruto de acuerdo con una modalidad de las invenciones.
La Figura 2 es una micrograffa de la microestructura de la aleacion de hierro en bruto en la Figura 1 despues del tratamiento termico.
Descripcion detallada
Aunque una gama de composiciones de aleaciones de hierro fundido blanco existen con el alcance de la presente invencion, la descripcion siguiente se dirige a una aleacion de hierro fundido en particular como un ejemplo.
Se advierte que el solicitante ha llevado a cabo trabajo experimental extenso en relacion con la aleacion de hierro fundido blanco de la presente invencion que ha establecido los lfmites superior e inferior de los intervalos de los elementos y las fracciones de volumen de los carburos en la siguiente microestructura en bruto de la presente invencion que comprende:
(a) una matriz ferrosa que comprende austenita retenida, la matriz que tiene una composicion de:
- manganeso:
- 8 a 20% en peso;
- carbono:
- 0.8 a 1.5% en peso;
- cromo:
- 5 a 15% en peso; y
- hierro:
- equilibrio (que incluye impurezas incidentales); y
(b) carburos de cromo que comprenden una fraccion volumetrica de 5 a 60% de la fraccion volumetrica.
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El ejemplo de la aleacion de hierro fundido blanco tenia la siguiente composicion a granel:
- cromo:
- 20% en peso;
- carbono:
- 3% en peso;
- manganeso:
- 12% en peso;
- silicio:
- 0.5% en peso; y
un equilibrio de hierro e impurezas incidentales.
Se preparo un material fundido de esta aleacion de hierro fundido blanco y se fundio en muestras para la operacion de prueba metalurgica, lo que incluye pruebas de dureza, pruebas de tenacidad y metalografia.
La operacion de prueba se realizo en muestras en bruto que se dejaron enfriar en moldes a temperatura ambiente. Ademas se llevo a cabo operacion de prueba en las muestras en bruto, que despues se sometieron a un tratamiento termico en solucion que incluia el recalentamiento de las muestras en bruto a una temperatura de 1200 °C durante un periodo de 2 horas, seguido de un temple en agua.
En la Tabla 1 mas abajo se expone un resumen de los resultados de las pruebas de dureza y tenacidad.
Tabla 1 - Resumen de los resultados de las pruebas
- Forma de aleacion
- Dureza (HV50) Dureza (HB - convertida) Tenacidad a la fractura (MPaVm) Lectura del medidor de ferrita
- En bruto
- 413 393 49.85 0%
- Solucion tratada a 1200 grados Celsius
- 446 424 56.35 0%
La microestructura de la aleacion de hierro fundido blanco en forma en bruto (Figura 1) muestra grandes dendritas de austenita en una matriz de austenita eutectica. Por el contrario, la forma de la aleacion de hierro tratada termicamente en solucion (Figura 2) muestra dendritas de austenita generalmente bien dispersas en una matriz de austenita retenida. Las lecturas del medidor de ferrita para las muestras en bruto y las muestras tratadas termicamente en solucion (es decir, lecturas de magnetismo), muestran que las muestras no eran magneticas. Esto, por lo tanto, indica que las piezas moldeadas no incluian ferrita o martensita o perlita en la matriz ferrosa.
El analisis de la composicion de la matriz de austenita retenida revela un contenido de cromo en la solucion solida de la matriz de aproximadamente 12% en peso y un contenido de carbono en la matriz de aproximadamente 1.1% en peso. Por lo tanto, la matriz de austenita retenida puede considerarse como un acero al manganeso con un contenido relativamente alto de cromo en solucion solida para mejorar la dureza y mejorar la resistencia a la corrosion, que no son caracteristicas del acero al manganeso austenitico convencional.
Adicionalmente, el porcentaje de volumen de los carburos de cromo contribuyo a la dureza y a la resistencia general al desgaste. Aunque los resultados de dureza en la Tabla 1 estan por debajo de las mediciones de dureza tipicas de las aleaciones de hierro fundido resistentes al desgaste, se encontro que la dureza de la aleacion de hierro aumento despues de los tratamientos de endurecimiento por trabajo en un nivel que es comparable a la dureza de las aleaciones conocidas de hierro fundido resistentes al desgaste.
Otras muestras de la misma aleacion de hierro fundido blanco se fundieron y sometieron a un tratamiento termico a 1200 °C durante un periodo de 2 horas.
Las muestras tenfan una microestructura que comprendfa dendritas primarias de austenita mas carburos eutecticos y austenita eutectica.
El microanalisis de las muestras revelo lo siguiente:
• Tanto el elemento cromo como el carbono, se dividen fuertemente hasta la fase de carburo, la cual se identifico como (Fe, Cr, Mn)7C3 mediante Difraccion de electrones por retrodispersion.
• Para una primera aproximacion, el elemento manganeso se distribuye uniformemente entre las fases de carburos y austenita.
• El 11.3% en volumen de la microestructura consistio en dendritas primarias de austenita.
• El 22.3% en volumen de la microestructura consistio en carburos eutecticos.
• El 66.4% en volumen de la microestructura consistio en austenita eutectica.
• El contenido de carbono de la fase austenftica fue de 0.98% en peso.
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• El contenido de manganeso de las fases de austenita fue de 11.8% en peso y 11.6% en peso.
• La matriz ferrosa de la aleacion consistfo en 11.3% en volumen de dendritas primarias de austenita y 66.4% en volumen de austenita eutectica.
• La qufmica de la matriz ferrosa fue Fe - 12Cr - 12Mn - 1.0C - 0.4Si, que es esencialmente un acero al manganeso basico que contiene 12% de cromo en solucion solida.
El ensayo de tenacidad a la fractura se llevo a cabo en dos muestras de acuerdo con el procedimiento descrito en "Double Torsion Technique as a Universal Fracture Toughness Method", Outwater, J.O. y otros, Fracture Toughness and Slow-Stable Cracking, ASTM STP 559, American Society for Testing and Materials, 1974, pp 127- 138.
El solicitante encontro que la presencia de manganeso en la aleacion permitfa que la matriz ferrosa fuera conveniente para el endurecimiento de la superficie por trabajo mediante la accion de la carga compresiva durante el servicio para proporcionar un material con una resistencia moderada al desgaste y una excelente tenacidad, atribuible a la presencia de una estructura austenftica metaestable formada por el temple en agua de la pieza moldeada a partir de una temperatura de aproximadamente 1200 °C hasta temperatura ambiente. La estructura totalmente austenftica podrfa retenerse durante el enfriamiento a temperatura ambiente debido a la presencia tanto de un alto contenido de manganeso como de un contenido especifico de carbono.
Debido a la combinacion sinergica de la presencia del manganeso, una pieza moldeada que se fabrico de una aleacion de hierro fundido blanco de la invencion ofrece significativamente una mejor tenacidad a la fractura en comparacion con el hierro fundido blanco con alto contenido de cromo, en combinacion con las ventajas del hierro fundido blanco de (a) alta resistencia a la abrasion y al desgaste por erosion, (b) lfmite elastico relativamente alto, y (c) moderada resistencia a la corrosion en ambientes acidos.
La aleacion de hierro fundido blanco del ejemplo mencionado anteriormente tuvo una tenacidad media en la fractura de 56.3 MPaVm. Este resultado se compara favorablemente con los valores de tenacidad de 25-30 MPa.Vm. para hierros fundidos blancos de alto contenido en cromo. Se anticipa que esta tenacidad a la fractura hace que las aleaciones sean adecuadas para su uso en aplicaciones de alto impacto, tales como bombas, lo que incluye bombas para arena gruesa y bombas para lodo. Las aleaciones ademas son adecuadas para maquinaria de trituracion de rocas, minerales o menas, tal como las trituradoras primarias.
Una ventaja de la aleacion de hierro fundido blanco de la presente invencion es que el trabajo en caliente de la aleacion recien formada rompe el carburo en carburos discretos, lo que mejora asf la ductilidad de la aleacion.
La referencia a cualquier tecnica anterior en la especificacion no es, y no debe ser tomada como un reconocimiento o cualquier forma de sugerencia de que esta tecnica anterior forma parte del conocimiento general comun en Australia o en cualquier otro pais.
Claims (15)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Una pieza moldeada de una aleacion de hierro fundido blanco con una qufmica a granel que comprende: cromo, carbono, manganeso y hierro, y que opcionalmente comprende otros elementos que incluyen silicio, niobio y titanio, e impurezas incidentales; la aleacion de hierro fundido blanco que tiene una microestructura tratada en solucion que comprende:(a) una matriz ferrosa que comprende austenita retenida, la matriz que tiene una composicion de:
- manganeso:
- 8 a 20% en peso;
- carbono:
- 0.8 a 1.5% en peso;
- cromo:
- 5 a 15% en peso; y
- hierro:
- equilibrio (que incluye impurezas incidentales); y
(b) carburos de cromo dispersos en la matriz, los carburos que comprenden 5 a 60% de la fraccion volumetrica de la aleacion. - 2. La pieza moldeada definida en la reivindicacion 1 en donde la concentracion de cromo y/o la concentracion de carbono en la qufmica a granel de la aleacion de hierro fundido blanco se selecciona con la consideracion de una relacion inversa entre la concentracion de cromo y la concentracion de carbono en la matriz para controlar la concentracion de la matriz de uno o ambos del cromo y el carbono, para que este dentro de los intervalos en la matriz definida en la reivindicacion 1, de modo que la pieza moldeada tenga las propiedades requeridas, tales como la tenacidad y/o la dureza y/o la resistencia al desgaste y/o la capacidad de endurecimiento por trabajo y/o la resistencia a la corrosion.
- 3. La pieza moldeada definida en la reivindicacion 1 o en la reivindicacion 2 en donde la concentracion de carbono en la matriz es superior a 0.8% en peso y menor que 1.5% en peso, preferentemente menor que 1.2% en peso, y preferentemente mayor que 1% en peso.
- 4. La pieza moldeada definida en cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde los carburos comprenden de 5 a 60% de la fraccion volumetrica de la pieza moldeada y preferentemente de 10 a 40% de la fraccion volumetrica de la pieza moldeada.
- 5. La pieza moldeada definida en cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la microestructura comprende de 15 a 30% en volumen de carburos dispersos en la matriz de austenita retenida.
- 6. La pieza moldeada definida en cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde los carburos comprenden ademas carburo de niobio y/o una mezcla qufmica de carburo de niobio y carburo de titanio.
- 7. La pieza moldeada definida en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende la siguiente composicion a granel:
- cromo:
- 10 a 40% en peso;
- carbono:
- 2 a 6% en peso;
- manganeso:
- 8 a 20% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales. - 8. La pieza moldeada definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que comprende la siguiente composicion a granel:
- cromo:
- 7 a 36% en peso;
- carbono:
- 3 a 8.5% en peso;
- manganeso:
- 5 a 18% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso;
- titanio:
- 2 a 13% en peso; y
51015202530equilibrio de hierro e impurezas incidentales. - 9. La pieza moldeada definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que comprende la siguiente composicion a granel:
- cromo:
- 7 a 36% en peso;
- carbono:
- 3 a 8.5% en peso;
- manganeso:
- 5 a 18% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso;
- niobio:
- 8 a 33% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales. - 10. La pieza moldeada definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que comprende la siguiente composicion a granel:
- cromo:
- 7 a 36% en peso;
- carbono:
- 3 a 8.5% en peso;
- manganeso:
- 5 a 18% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso;
- niobio y titanio:
- 5 a 25% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales. - 11. Equipamiento que se somete a abrasion severa y desgaste por erosion, tales como bombas y tuberfas para lodo, revestimientos de molinos, trituradoras, rampas de transferencia y herramientas de corte que incluyen la pieza moldeada definida en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
- 12. Una aleacion de hierro fundido blanco que comprende la siguiente qufmica a granel:
- cromo:
- 10 a 40% en peso;
- carbono:
- 2 a 6% en peso;
- manganeso:
- 8 a 20% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales. - 13. Una aleacion de hierro fundido blanco que comprende la siguiente qufmica a granel:
- cromo:
- 7 a 36% en peso;
- carbono:
- 3 a 8.5% en peso;
- manganeso:
- 5 a 18% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso;
- titanio:
- 2 a 13% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales. - 14. Una aleacion de hierro fundido blanco que comprende la siguiente qufmica a granel:
- cromo:
- 7 a 36% en peso;
- carbono:
- 3 a 8.5% en peso;
- manganeso:
- 5 a 18% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso;
- niobio:
- 8 a 33% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales. - 15. Una aleacion de hierro fundido blanco que comprende la siguiente qufmica a granel: 5
- cromo:
- 7 a 36% en peso;
- carbono:
- 3 a 8.5% en peso;
- manganeso:
- 5 a 18% en peso;
- silicio:
- 0 a 1.5% en peso;
- niobio y titanio:
- 5 a 25% en peso; y
equilibrio de hierro e impurezas incidentales.imagen1 Figura 1Figura 2
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