BR102015013352B1 - camisas, blocos de motores e compressores em ligas de alumínio a partir do desenvolvimento de camadas endurecidas intermetálicas por solidificação controlada e processo empregado - Google Patents
camisas, blocos de motores e compressores em ligas de alumínio a partir do desenvolvimento de camadas endurecidas intermetálicas por solidificação controlada e processo empregado Download PDFInfo
- Publication number
- BR102015013352B1 BR102015013352B1 BR102015013352-9A BR102015013352A BR102015013352B1 BR 102015013352 B1 BR102015013352 B1 BR 102015013352B1 BR 102015013352 A BR102015013352 A BR 102015013352A BR 102015013352 B1 BR102015013352 B1 BR 102015013352B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- aluminum
- intermetallic
- alx
- ysiz
- solidification
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 238000007711 solidification Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 230000008023 solidification Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 90
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 54
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 32
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 20
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 5
- 238000007792 addition Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000027697 autoimmune lymphoproliferative syndrome due to CTLA4 haploinsuffiency Diseases 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011963 cognitive enhancement therapy Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/08—Shaking, vibrating, or turning of moulds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
- B22D13/02—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of elongated solid or hollow bodies, e.g. pipes, in moulds rotating around their longitudinal axis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/004—Cylinder liners
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
camisas, blocos de motores e compressores em ligas de alumínio a partir do desenvolvimento de camadas endurecidas intermetálicas por solidificação controlada e processo empregado. trata-se de um processo inovador de fundição de alumínio para obtenção de blocos de motores e de compressores que integra a extração controlada e direcionada de calor e a imposição de ação mecânica rotacional durante a solidificação controlada de uma liga de alumínio. esta técnica permite a obtenção de peças metálicas com multicamadas em seu interior cada qual com propriedades físicas e mecânicas controláveis a partir da precipitação de fases cristalinas duras (intermetálicas) associadas às fases dúcteis de alumínio. as multicamadas geradas no interior dos produtos fundidos são produzidas a partir de uma única composição química projetada inicialmente ou com adições de elementos químicos ligantes posteriormente ao inicio da solidificação. para isto, controla-se a composição do banho da liga de alumínio que deve conter elementos de transição com concentrações, % em peso: 3,0% - 10% de silicio; 0,5% - 2,5% de ferro; 0,1% - 3,0% de manganês; 0,1% - 3,0% de cobre; 0,01% - 1,0% de cromo e o resto sendo alumínio mais quaisquer elementos remanescentes tais como níquel, magnésio e estrôncio. as camisas são obtidas pela deposição controlada de fases metálicas cristalinas de elevada dureza (acima de 1100 hv) intercaladas com fases dúcteis (macias), e em camadas predefinidas radialmente, formando uma estrutura tipo sanduíche
Description
[001] O presente pedido de privilégio de invenção refere-se a um processo inovador na fabricação de blocos de motores ou compressores de ar que incorpora uma camisa de alta resistência ao desgaste, ambos feitos em um único processo de solidificação controlada de uma liga de alumínio (bloco de motor de alumínio sem forro de ferro). Trata-se aqui de um processo de solidificação controlada que permite a obtenção simultânea da camisa com o restante do bloco metálico de alumínio.
[002] Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um processo alternativo para fabricação de blocos de motores e compressores que soluciona o problema do acoplamento de materiais metálicos com propriedades distintas no interior do bloco, em especial a camisa de alta resistência ao desgaste e o bloco com elevada capacidade de troca térmica.
[003] Cada vez mais as exigências do setor automotivo se tornam restritas no que se refere à confiabilidade, eficiência e redução do consumo de combustíveis dos automóveis.
[004] As ligas de alumínio apresentam baixo peso específico e alta condutividade térmica. Isto qualifica este material com características importantes para atender a demanda do mercado no que se refere à fabricação de blocos de motores. O que limita a aplicação do alumínio neste setor é a baixa resistência ao desgaste. Portanto, desde décadas atrás até os dias atuais, pesquisadores vêm se dedicando para superar esta limitação do alumínio e suas ligas.
[005] Tal solução encontrada por alguns fabricantes é a produção de blocos de motores confeccionados em alumínio com camisas de cilindros feitas de ferro fundido. Dois grandes grupos de processos de fabricação podem ser citados, tais como o grupo que realiza uma ligação mecânica entre a camisa de ferro fundido e o bloco de alumínio e o grupo que realizada uma ligação metalúrgica entre ambos. No entanto, quando se utiliza uma camisa de ferro fundido em um bloco de alumínio, deve-se levar em consideração os coeficientes de expansão térmica (CET) dos dois materiais. Durante o funcionamento do motor, uma vez que os CET são diferentes, tal fenômeno pode provocar a separação da superfície da camisa de ferro com o furo do bloco de alumínio, podendo levar a trincas e descolamentos.
[006] Para minimizar estes problemas, uma das soluções encontradas pelos fabricantes é a usinagem e/ou o jateamento das superfícies externas das camisas de ferro fundido para criar uma superfície externa rugosa, com ranhuras e/ou roscas para promover uma ligação mecânica com o bloco de alumínio.
[007] A respeito da ligação mecânica entre uma camisa de ferro fundido e um bloco de motor de alumínio, a patente americana US2007/0277771A1 descreve uma camisa de ferro fundido fabricada por centrifugação, onde a superfície externa é usinada para remover os defeitos inerentes do processo e depois jateada em ângulos específicos por granalhas para promover uma superfície rugosa e com fendas. Após estas etapas, a camisa é colocada em um molde e o alumínio é vertido envolto, promovendo a ligação mecânica entre bloco e a camisa.
[008] De acordo com a descrição acima, tal patente utiliza processos que envolvem muitas etapas, o que eleva o custo de produção. Outra questão importante a ser citada é o fato de a ligação mecânica não ser muito eficiente termicamente e pode provocar um aumento do consumo de óleo lubrificante devido à faixa elevada do CET do ferro fundido. É importante citar também que os blocos de motores de alumínio ligados mecanicamente com camisas de ferro fundido não são seguros, uma vez que há o risco de descolamento deste tipo de ligação, levando à falha do motor.
[009] Tentando solucionar estes problemas inerentes da ligação mecânica, alguns pesquisadores desenvolveram processos de fabricação de blocos de motores ligados de maneira metalúrgica à suas respectivas camisas de cilindro. A patente W02014/053033A2refere-se a uma camisa de ferro fundido revestida com um material compósito, aplicado por aspersão a frio (cold spray),de concentração de 30 a 90% de um componente condutor de cobre (Cu), ou suas ligas, e o restante com um componente adesivo de alumínio, e suas ligas, tal como uma liga alumínio-silício (Al/Si). Após esta etapa, a camisa revestida é colocada em um molde onde é vertido o alumínio, por exemplo, uma liga Al/Si para formar o bloco de motor. O documento descreve que, neste instante, o componente adesivo do revestimento da camisa adere ao alumínio vertido do bloco devido à paridade química, formando assim uma ligação metalúrgica entre a camisa de ferro fundido e o bloco de motor. Os autores ainda explicam que, o componente condutor de cobre do revestimento atua escoando o calor oriundo da combustão, ajudando na transferência de calor.
[010] No entanto, é plausível de se mencionar que a patente W02014/053033A2 não tem controle sobre o comportamento do revestimento compósito durante o contato com o alumínio líquido vertido. Uma vez que a liga de alumínio é vertida envolta na camisa, e sabendo que o cobre tem uma alta afinidade química com o alumínio, irá ocorrer instantaneamente a dissolução de cobre para a liga de alumínio do bloco, mesmo que seu ponto de fusão seja superior ao da liga. Portanto, a ideia proposta de potencializar a eficiência de troca térmica devido à utilização de um componente condutor de cobre no revestimento pode não ocorrer. Além disto, a liga de alumínio líquida envolta na camisa pode não interagir com o revestimento devido a uma camada de óxido natural que se forma sobre o alumínio que foi aspergido. Todos estes fatores contribuem para uma troca térmica ineficaz e, consequentemente, um aumento no consumo de óleo lubrificante, além da deficiência ocorrida na ligação metalúrgica, ocasionando o descolamento da camisa durante o funcionamento do bloco de motor.
[011] Conforme pode ser notado na patente W02014/053033A2, realizar uma ligação metalúrgica entre uma camisa de cilindro (ferro fundido) e um bloco de motor (liga de alumínio) é algo muito complexo. Nota-se que para conseguir uma ligação metalúrgica são necessárias várias etapas de processos para aplicação de um revestimento de interface entre a camisa de cilindro e o bloco de motor, além de tecnologias avançadas para aplicação e controle do revestimento.
[012] Com isto, tecnologias avançadas vêm sendo desenvolvidas para fabricar blocos de motores de alumínio sem a utilização de forro de ferro (camisa de cilindro de ferro). Isto permitiria inúmeras vantagens, não apenas por evitar o custo dos forros de ferro, mas também possibilitaria ajustes mais restritos, uma vez que os coeficientes de expansão térmica (CET) dos pistões e dos blocos de alumínio passariam a ser similares (ao contrário dos CET entre o pistão de alumínio e a camisa de ferro).
[013] Um exemplo destas tecnologias avançadas para fabricação de blocos de motores sem forros de ferro é o registro PI0714884-4, a qual consiste em uma liga Al-Si hipereutética de elevada resistência à abrasão que compreende a composição, em % em peso: 13% -14% de Si; 2,3% - 2,7% de Cu; 0,1% - 0,4% de Fe; 0,15% - 0,45% de Mn; 0,1% - 0,3% de Mg; 0,1% - 0,6% de Zn; 0,05% - 0,11% de Ti; 0,4% - 0,8% de Ni, 0,01% - 0,09% de Sr e o restante sendo alumínio somado a quaisquer elementos remanescentes. O registro consiste em um molde de areia de sílica que utiliza núcleos estáticos de areia de sílica ou uma massa metálica estática para fornecer uma direção correta do processo de solidificação bem como a taxa de solidificação necessária.
[014] Um diferencial importante do registro PI0714884-4 é a alta concentração de silício (13% -14% de Si) e os baixos teores dos elementos ferro e manganês, respectivamente de 0,1% - 0,4% de Fe e 0,15% - 0,45% de Mn.
[015] No presente privilégio de invenção a ser descrito, a faixa do elemento de transição de silício é baixa (liga hipoeutética) e de ferro, manganês e cromo são altos, respectivamente (% em peso): 3% -10% de Si; 0,5% - 2,5% de Fe; 0,1% - 3% de Mn; 0,01% - 1,0% de Cr. Ainda, neste privilégio de invenção a ser descrito o sistema de resfriamento é rotacional logo no início da solidificação visando melhor homogeneidade.
[016] Voltando novamente PI0714884-4, esta utiliza núcleos de resfriamento estáticos em areia de sílica ou uma massa metálica também estática para fornecer uma direção correta do processo de solidificação. Além disto, pode-se notar um elevado teor de silício (13% - 14% de Si) em todo o bloco, e não apenas em camadas de interesse para resistência ao desgaste. Assim sendo, é conhecido que altos teores de silício causam uma perda na condutividade térmica da liga de alumínio, além de diminuir a resistência mecânica e alongamento. Portanto, a eficiência de troca de calor do bloco de motor proposto pela patente PI 0714884-4 é limitada, podendo gerar temperaturas maiores no funcionamento do motor, provocar maiores tensões mecânicas no bloco, acarretando maior complexidade no sistema de arrefecimento e elevados custos produtivos.
[017] Outro documento que descreve uma liga de alumínio adequada para fundição e usinagem de blocos de cilindro para motores automotivos é a patente US6.921.512. Tal documento reivindica uma liga de alumínio para um bloco de motor fundido, onde a referida liga consiste essencialmente em, % em peso, 11,25% -11,75% de Si, de 0,35% a 0,65% de Fe, 1,75% - 2,75% de Cu, 0,4% a 1,2% de Mn, 0,15 a 0.3% de Mg, 0,5% máximo de Zn, um traço de Ni, 0,2% de Ti máximo, 0,01% a 0,03% de Sr e o restante de alumínio, onde a relação de peso de manganês para ferro é de, pelo menos, 1,2-1,75. Uma característica importante da patente US6.921.512 é a alta concentração de silício (11,25% - 11,75% de Si) e os baixos teores dos elementos ferro e manganês, respectivamente de 0,35% - 0,65% de ferro e 0,4% -1,2% de manganês.
[018] Na presente invenção, a faixa do elemento de transição silício é baixa e de ferro, manganês e cromo são altos, respectivamente (% em peso): 3% -10% de Si; 0,5% - 2,5% de Fe; 0,1% - 3% de Mn; 0,01% - 1,0% de Cr. Portanto, as composições reivindicadas nesta patente estão fora do campo de formação primária do intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz de morfologia poliedral, o qual será descrito na sequência do relatório. Vale ressaltar também que a patente US6.921.512 não cita nenhuma forma de controle de taxa de resfriamento e controle de solidificação sobre o bloco fundido, consequentemente não tendo um controle rígido sobre a microestrutura final do fundido.
[019] A utilização de um sistema de resfriamento rotacional no interior de um banho fundido já é conhecido, como por exemplo, em aplicações de purificação de ligas (US7811356, EP0459303A1), no entanto, não foi encontrada nenhuma tecnologia que utilize um sistema de resfriamento rotacional visando à obtenção de um bloco de motor ou compressor de ar, ambos feitos de alumínio.
[020] Na presente invenção, a composição química é ajustada para que ocorra a formação primária do intermetálico a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz de morfologia poliedral na superfície externa do sistema rotacional, objetivando a formação de uma camisa de alta resistência ao desgaste e um bloco de motor e/ou compressor de ar solidificados em uma única etapa de fabricação, sem descontinuidades, vazios ou materiais intermediários.
[021] Outra anterioridade de número US2004173337 trata de um método de produção de ligas metálicas livres de estruturas dendríticas usando um agitador de grafite inserido no centro do banho de metal líquido para quebrar e interromper o crescimento deste tipo de estrutura, sendo a função do tubo de grafite agitar a pasta semissólida em uma rotação relativamente alta e suficiente para quebrar as dendrítas. Já no presente invento, diferente da patente US2004173337, a principal função do sistema rotacional é apenas promover e garantir uma homogeneidade, química e térmica, à frente da solidificação, favorecendo a formação da fase primária o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz.
[022] O documento americano US5144998 da mesma forma trata de um processo de produção de uma pasta metálica semissólida usando um agitador no centro do metal líquido com a função de transformar (quebrar) os sólidos dendríticos primários em um formato esférico e, em seguida, distribuí-los no líquido remanescente. Ou seja, o agitador empregado na patente US5144998 não busca garantir uma homogeneidade, química e térmica, à frente da solidificação e a formação de uma camada rica em fases primárias intermetálicas.
[023] Referindo-se ao registro US4973363, este descreve uma liga de alumínio, tratável termicamente (endurecimento por precipitação), com boas propriedades mecânicas e trabalhabilidade associado a uma microestrutura formada por mais de 80% de grãos equiaxiais de alumínio e por partículas eutéticas de silício. Porém, a anterioridade mencionada não descreve um método capaz de promover multicamadas no interior do material, onde a camada interna (camisa de cilindro), apresenta uma microestrutura formada por mais de 50% da fase primária o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (endurecimento por dispersão) distribuída em uma matriz dúctil de alumínio.
[024] Já o documento de número US6267829 pleiteia uma liga de alumínio de modo que a fase primária é o intermetálico hexagonal AI8Fe2Si. No entanto, pode-se observar que não há a formação primária da fase intermetálica cúbica o- Alx(Fe, Mn,Cr,Cu)ySiz. Além disto, não há um método de solidificação capaz de obter uma camada (camisa de cilindro) contendo mais de 50% da fase intermetálica cúbica-o em uma matriz de alumínio.
[025] Por fim, o documento JPH01283336 descreve uma liga de alumínio com uma boa fluidez, devido ao alto teor de Si, processada pelo método de injeção sob pressão. O problema relacionado está nas concentrações dos elementos químicos Fe, Mn, Cr e Cu, os quais são inferiores. Por conta disto, a fase primária será o alumínio (estrutura cúbica de face centrada) e não o intermetálico o-Alx(Fe, Mn,Cr,Cu)ySiz. Além disto, o método de injeção sob pressão empregado na patente JPH01283336 se resume em um processo de solidificação rápida, completamente oposto ao processo de solidificação a ser detalhado a seguir no presente invento.
[026] Deste modo, é objetivo da presente invenção a obtenção de um bloco de motor ou compressor e uma camisa de cilindro, cada qual com propriedades físicas e mecânicas controláveis a partir da precipitação de fases cristalinas duras (intermetálicas), em especial o intermetálico a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz de morfologia poliedral, associadas a fases dúcteis de alumínio. As multicamadas geradas no interior dos produtos fundidos são produzidas a partir de uma única composição química projetada inicialmente ou com adições de elementos químicos ligantes ao longo da solidificação.
[027] Outro objetivo da presente invenção é produzir um bloco de motor ou compressor totalmente feito de alumínio, onde não há a necessidade de utilização de um forro de ferro, ou seja, fornecer de maneira viável um bloco totalmente feito de alumínio com elevada resistência ao desgaste na região da camisa do cilindro e, logo ao lado, uma região de alta capacidade de troca térmica, ambos solidificados em uma única etapa.
[028] O presente pedido de invenção refere-se a um processo inovador de fundição para a fabricação de camisas para blocos de motores e cabeçotes de compressores em alumínio. Um forno é carregado com alumínio contendo elementos de transição com concentrações, % em peso: 3,0% -10% de Si; 0,5% - 2,5% de Fe; 0,1% - 3,0% de Mn; 1,0% - 3,0% de Cu; 0,01% - 1,0% de Cr e o restante de quaisquer elementos remanescentes, tais como Zn, Ni e Mg. Após todo o alumínio adquirir a forma líquida, insere-se um molde resfriador com movimento rotacional no interior do volume de metal líquido. A partir do controle da taxa de resfriamento, da potência do forno e da composição química da liga, inicia-se o processo de solidificação de dentro para fora do banho fundido. A composição da liga é regulada para provocar a formação de fases cristalinas duras primárias (intermetálicas) na parede do molde, em especial o intermetálico a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz de morfologia poliedral. Depois de ocorrido o processo de solidificação, tem-se um material provido de multicamadas, com composição química e propriedades físicas e mecânicas distintas. Este produto é caracterizado por uma camada (superfície) uniforme de intermetálicos duros na parede interna do cilindro de alumínio, oferecendo alta resistência ao desgaste, sendo aplicável em camisas de blocos de motores e compressores.
[029] A descrição que se segue busca destacar a proposta em nível de seu princípio, sem limitar-se aos esquemas ou desenhos apresentados, tendo como referência as seguintes figuras abaixo listadas:
[030] Figura 1, ilustração de um esquema simplificado do equipamento de solidificação controlada acoplado a um sistema rotacional;
[031] Figura 2, representação de uma camisa de cilindro de alta resistência ao desgaste oriunda do processo de solidificação controlada;
[032] Figura 3, representação de um material multicamada (em corte) produzido a partir da solidificação controlada de uma liga de alumínio demonstrando a região (15) de alta resistência ao desgaste ligada de maneira intrinsica a uma região (14) de alta capacidade de troca térmica;
[033] Figura 4, micrografia feita em microscópio eletrônico de varredura detalhando a interface entre as regiões (15) e (14) onde é possível observar, em especial, o intermetálico a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz, associadas às fases dúcteis de alumínio;
[034] Figura 5, esquema do equipamento de solidificação controlada acoplado ao sistema rotacional para fabricação simultânea de um bloco de motor (quatro cilindros) e suas respectivas camisas de cilindro.
[035] Conforme descrito, o campo da presente invenção refere-se a um processo inovador na fabricação de blocos de motores ou compressores que incorpora uma camisa (11) de alta resistência ao desgaste, ambos feitos em um único processo de solidificação controlada de uma liga de alumínio.
[036] A figura 1 demonstra um esquema do equipamento de solidificação controlada (1). Trata-se de um forno radial (4), com sistema de aquecimento (resistência elétrica, indução, queimadores a gás); preferencialmente resistência elétrica, revestido com uma espessa camada de material refratário (5).
[037] O equipamento (1) também possui um molde resfriador (8) o qual é inserido no interior do volume de metal líquido a partir de uma torre de elevação não representada no desenho. O molde resfriador (8), feito de aço carbono, pode ou não ter sua superfície externa protegida com materiais cerâmicos e está diretamente acoplado a um sistema rotacional (3). O referido sistema rotacional (3) consiste em um motorredutor (3.1), onde sua rotação é controlada a partir de um variador de frequência não mostrado no desenho. Este molde resfriador (8) é dotado internamente de um tubo poroso (9) (não rotacional) confeccionado preferencialmente em aço carbono e que apresenta uma entrada de fluídos refrigerante (2) (ar, água, gás) responsável por remover o calor gerado no referido molde resfriador (8).
[038] O controle da vazão do sistema refrigerante e, consequentemente, o controle da taxa de resfriamento é realizado a partir de um conjunto de válvulas (não mostradas no desenho), localizadas antes da entrada (2) pertencente ao tubo poroso (9). Vários termopares do tipo K (não representados no desenho) estão alojados em posições estratégicas no equipamento de solidificação controlada (1) e estão acoplados a um sistema de aquisição de dados, também não representado no desenho.
[039] Lingotes de alumínio, com composições químicas pré-definidas do sistema Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr, são fundidas em altas temperaturas (cerca de 800°C) em um cadinho ou molde aquecido (6) opcionalmente de aço-inoxidável com superfície interna revestida com materiais cerâmicos, visando evitar a contaminação da liga fundida.
[040] A composição química da liga de alumínio é ajustada para ocorrer a formação primária de fases cristalinas duras (intermetálicas), em especial o intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySizde morfologia poliedral. Portanto, elementos químicos de transição com concentrações, % em peso: 3,0% -10% de silício; 0,5% - 2,5% de ferro; 0,1% - 3,0% de manganês; 1,0% - 3,0% de cobre; 0,01% - 1,0% de cromo e o restante quaisquer de elementos remanescentes, tais como zinco, níquel e magnésio são adicionados e controlados.
[041] Depois de fixada a composição química da liga de alumínio, faz-se tratamentos típicos de fundição em banhos fundidos, tais como, desgaseificação e escorificação. Em uma próxima etapa, com a potência do forno ligada e a temperatura do banho fundido em torno de 800°C, é inserido o molde resfriador (8) no interior do volume de metal líquido. Após a inserção do molde resfriador (8) no interior do volume de metal líquido, com o sistema rotacional (3) ligado a uma velocidade periférica de 260-1000 mm/seg e com a temperatura de todo sistema em equilíbrio (temperatura preferencial de 800°C), liga-se o sistema refrigerante, dando início ao processo de solidificação controlada de dentro para fora do banho fundido.
[042] Durante a queda de temperatura ao redor do molde resfriador (8), e, devido à composição química da liga de alumínio ajustada, inicia-se a formação primária de fases cristalinas duras (intermetálicas) a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) com morfologia poliedral. Estes cristais são ricos em ferro, manganês e cromo e, durante sua formação, consomem estes elementos do banho fundido.
[043] Uma vez que a potência do forno está ligada, forma-se no interior do metal líquido um mecanismo de convecção forçada entre o molde resfriador (8) e a parede do cadinho ou molde aquecido (6) devido ao gradiente de temperatura. Com isto, a parede externa do molde resfriador (8) estará sempre rica de elementos químicos (Al, Fe, Mn, Cr, Si, Cu), favorecendo assim uma grande formação primária (em temperaturas elevadas em torno de 750°C) de cristais duros do intermetálicos o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) de morfologia poliedral.
[044] A partir da presente invenção, é possível formar camadas com concentrações de volume entre 50% e 60% de cristais primários o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) de morfologia poliedral associados a fases dúcteis de alumínio, e espessuras de 1 a 7 mm, formando assim uma camisa de cilindro (11) de alta resistência ao desgaste (figura 2). Uma vez que o sistema rotacional (3) está ligado a fim de permitir que o molde resfriador (8) gire durante o processo de solidificação, este faz com que os braços dendríticos do alumínio sejam quebrados, o que torna a microestrutura mais refinada, e, por conseguinte, com uma maior resistência mecânica.
[045] Além disto, permite que as fases cristalinas duras intermetálicas o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) de morfologia poliedral formadas no início do processo de solidificação não sejam dispersas ou arrastadas pelos braços dendríticos, permitindo concentrações de 50% a 60% em volume e espessuras de 1 a 7 mm; formando assim uma camisa de cilindro 11 de alta resistência ao desgaste (figura 2).
[046] Após a formação da camisa de cilindro (11) (camada rica em fases cristalinas duras intermetálicas a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) com morfologia poliedral associadas a fases dúcteis de alumínio), o metal líquido envolto da mesma está mais puro, ou seja, com menores teores de Fe, Mn e Cr. Neste momento, podem ou não serem feitas correções químicas na liga de alumínio líquida envolto na camada sólida (7) (camisa de cilindro) com intuito de determinar a composição química da próxima camada a solidificar (composição química do bloco), uma vez que a frente de solidificação está estática devido ao equilíbrio do sistema.
[047] Depois de ocorrer tais correções químicas, a partir da redução da potência do forno ou do aumento da vazão de fluído refrigerante no molde resfriador (8), a frente de solidificação deixa de ser estática e avança em direção à parede interna do cadinho ou molde aquecido (6), solidificando o restante do metal líquido.
[048] Assim sendo, é possível controlar a frente de solidificação de maneira radial, podendo ou não realizar mudanças na composição química a qualquer instante do processo, sendo possível obter materiais multicamadas, cada qual com propriedades físicas e mecânicas definidas em projeto. Permite ainda a obtenção de uma camisa de cilindro (11) de elevada resistência ao desgaste, intrinsecamente aderidas em um bloco de motor (de uma liga de alumínio determinada em projeto), solidificados em uma única etapa de fabricação, sem descontinuidades, vazios ou materiais intermediários.
[049] Além do processo esclarecido acima, existe a possibilidade de obter o artefato em duas etapas. Na primeira etapa, ocorre a formação da camisa de cilindro (11) (camada rica em fases cristalinas duras intermetálicas a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) de morfologia poliedral associadas a fases dúcteis de alumínio) no cadinho ou molde aquecido (6) específico. Na sequência, em uma segunda etapa, ocorre a transferência desta primeira camada sólida (7) juntamente com o molde resfriador (8) para um segundo molde contendo a liga de alumínio de composição química apropriada para a formação do bloco de motor ou compressor, onde o molde resfriador (8) juntamente com os sistemas de refrigeração (9) e rotação (3) ligados e com a camada sólida rica em fases cristalinas duras intermetálicas o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) são inseridos em um segundo banho fundido de alumínio. A partir do aumento da vazão de fluido refrigerante, a frente de solidificação irá caminhar da camada sólida (7) (camisa de cilindro) em direção à parede interna do molde, ligando de maneira intrínseca a camisa e o bloco de motor (ou compressor), sem descontinuidades, vazios ou materiais intermediários.
[050] A figura 3 mostra um material multicamada (12) em corte fabricado pelo processo descrito (solidificação controlada de dentro para fora do banho fundido). Pode-se observar na macroestrutura do material a presença de uma região mais escura (15) e de uma região mais clara (14). A região mais escura (15) é referente à camada rica em fases cristalinas duras intermetálicas o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) com morfologia poliedral (com concentração de 60% em volume) associadas a fases dúcteis de alumínio. Esta região (superfície) foi a primeira a solidificar no molde resfriador (8) e apresenta uma alta resistência ao desgaste (camisa de cilindro). A região (14) mais clara é referente a uma liga de alumínio mais pura, com alto coeficiente de troca térmica e com propriedades físicas e mecânicas distintas da região (15). A composição química das regiões (14), (17) e (18) são configuradas de acordo com as especificações do projeto (bloco de motor).
[051] Na figura 4 é mostrada uma micrografia (13) realizada em um microscópio eletrônico de varredura da interface entre as regiões (15) (camisa de cilindro) e (14) (bloco de motor). Nota-se na interface (13) que a região (15) (camisa de cilindro) é ligada de maneira intrínseca sem descontinuidades, vazios ou materiais intermediários à região (14) (bloco de motor ou compressor) pela matriz de alumínio (16). Observa-se também na micrografia (13) que a morfologia dos cristais de o-Alx(Fe, Mn,Cr,Cu)ySiz (7) é poliedral, ou seja, foi formado a partir de uma reação primária.
[052] Segundo a literatura, o intermetálico o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz mostra que variações na composição podem levar a morfologias completamente diferentes, dependendo das condições de arrefecimento, (BACKERUD, L; CHAI, G.; TAMMINEM, J. Solidification characteristics of aluminium alloys. Foundry Alloys, AFS/Skan Aluminium. Vol. 2, 1990.), ou seja, deve-se ter urn grande controle sobre os parâmetros de processo da presente invenção para que ocorra a formação primária do intermetálico a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) com morfologia poliedral e não a formação de morfologias prejudiciais às propriedades físicas e mecânicas.
[053] De acordo com a presente invenção, é possível obter tamanhos de cristais do intermetálico o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) entre 10pm a 200pm. Os cristais do intermetálico o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz podem apresentar uma micro dureza superior a 1100 HV (ensaio realizado em um microdurômetro).
[054] Conforme a literatura, o intermetálico o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz também apresenta um alto módulo de elasticidade, em torno de 175,3 GPa. (CHEN, C. L; RICHTER, A.; THOMSON, R.C. Mechanical Properties of Intermetallic Phases in Multi-Component Al-Si Alloys Using Nanoindentation. Intermetallics. Vol. 17, 2009. p.634-641). Além disto, este intermetálico reduz ligeiramente seu módulo de elasticidade (175,3) com o aumento da temperatura, tais como (146,0 GPa) em 200°C e (132,7 GPa) em 350°C. Outro fator positivo, é que o intermetálico o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) mantém sua dureza a temperaturas elevadas (350°C), o que corresponde a uma boa resistência à deformação. Portanto, o intermetálico o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) possui boas propriedades mecânicas em temperaturas elevadas. (CHEN, C. L; RICHTER, A.; THOMSON, R.C. Investigation of Mechanical Properties of Intermetallic Phases in Multi-Component Al-Si Alloys Using Hot-Stage Nanoindentation. Intermetallics. Vol. 18, 2010. p. 499-508).
[055] Em estudos recentes, foi verificado que o intermetálico o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) possui uma interface de ligação semi-coerente com a matriz dúctil de alumínio. Foi verificado que o plano [111] o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz é paralelo ao plano [110] o-AI com um desvio de cerca de seis graus ([111] o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz // [110] o-AI ~ 6 graus). Além disto, foi visto que em altas temperaturas este desvio diminui devido ao coeficiente de expansão térmica (CET) entre o intermetálico o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz e a matriz dúctil o-AI. (YANG, W.; JI, S.; ZHOU, X.; STONE, I.; SCAMANS, G.; THOMPSON, G. E.; FAN, Z. Heterogeneous Nucleation of α-AI Grain on Primary α-AIFeMnSi Intermetallic Investigated Using 3D SEM Ultramicrotomy and HRTEM. Metallurgical and Materials Transactions A. Vol. 45 A. N° 7., 2014. p. 3971 -3980).
[056] A partir deste estudo, pode-se verificar que o intermetálico o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) apresenta uma forte ligação de interface com a matriz dúctil de alumínio, evitando a possibilidade de possíveis descolamentos entre as partículas duras e a matriz dúctil. Com isso, a camisa de cilindro (11) obtida apresenta alta resistência ao desgaste, tanto em baixas quanto em altas temperaturas de trabalho. Outro fator importante relacionado é o fato de a camisa de cilindro (11) ter um aumento ainda maior na resistência à abrasão de sua superfície interna (15). Isso ocorre na superfície interna (15) porque esta região, rica em partículas intermetálicas o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7), permite a aplicação de revestimentos utilizando processos tais como nitretação ou aspersão a plasma, o que é difícil de ocorrer em ligas de alumínio tradicionais.
[057] A figura 5 demonstra um equipamento de solidificação controlada (10) que apresenta a mesma funcionalidade (procedimentos preferenciais) e características descritas anteriormente para o equipamento (1), diferenciando somente no número de moldes resfriadores (8) que, no caso do equipamento (10), possui quatro. Isto mostra que o número de camisas de cilindro (11) não é uma limitação para a presente invenção, a qual pode fabricar de maneira simultânea quantas camisas (11) forem necessárias e logo em seguida obter o bloco em um único processo de solidificação controlada, sem descontinuidades, vazios ou materiais intermediários.
[058] Consequentemente, o presente invento revoluciona a ligação metalúrgica entre um bloco de motor (ou compressor de ar) e uma camisa de alumínio (11) de alta resistência ao desgaste, solidificadas em uma única etapa de processo. A partir disto, tem-se uma excelente troca térmica, sem nenhuma interrupção e/ou barreira (proveniente de um material intermediário) resultando em um menor desgaste dos componentes do motor, em uma maior autonomia de combustível, óleo e, principalmente, na redução dos níveis de emissões. Outro benefício importante a partir da redução do peso do bloco e consequentemente do veículo é um menor desgaste de pastilhas de freio e disco de embreagem, componentes de consumo que geram grande quantidade de partículas nocivas ao meio ambiente. Além destas vantagens citadas, a camisa de cilindro (11) está intimamente ligada ao bloco de motor (ou compressor), eliminando qualquer tipo de quebra ou descolamento da interface (13) entre ambos.
[059] Outra contribuição técnica importante pautada à camisa de cilindro (11) e o bloco de motor é o fato de ambos serem totalmente em alumínio. Mesmo demonstrando composições químicas variáveis das ligas de alumínio existentes na camisa e no bloco, seus coeficientes de expansão térmica (CET) são muito próximos, evitando assim qualquer tipo de distorção térmica ou mecânica no funcionamento do motor. Além disto, o ciclo de vida deste produto é beneficiado, uma vez que o bloco de motor (e/ou compressor) proposto neste presente invento é 100% reciclável, eliminando assim etapas do processo de reciclagem que ocorrem em blocos convencionais, onde é necessária a separação do forro de ferro (camisa de cilindro de ferro) do bloco de alumínio.
[060] Obviamente, com base nos exemplos de procedimentos preferenciais de concretização, muitas modificações e variações da presente invenção são possíveis. O bloco de motor ou compressor, não descrito no escopo da presente invenção, contêm vários caminhos e saídas para fluído refrigerante. No entanto, pode ser compreendido por peritos da arte, que a presente invenção é aplicada a qualquer bloco de motor ou compressor detentor de, pelo menos, uma camisa de cilindro onde ocorra o trabalho axial de um pistão, seja este bloco refrigerado a água, arou qualquer fluído refrigerante.
[061] Embora a invenção seja aqui descrita como aplicada a fundição de um bloco de motor de cilindros feitos de uma liga de alumínio a partir de um processo de solidificação controlada, é compreendido que seus aspectos mais amplos podem também ser aplicáveis a outros tipos de produtos fundidos que requeiram propriedades similares e também outros processos de fundição (por exemplo, processos para produção em escala do fundido). Um exemplo de um processo em escala de blocos de motores e/ou compressores de ar seria a utilização da liga de alumínio citada na presente invenção em conjunto com o sistema de resfriamento (8) acoplado ao sistema rotacional (3) em um molde de areia de sílica, forçando a formação primária de fases cristalinas duras (intermetálicas), em especial o intermetálico a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz de morfologia poliedral, oferecendo elevada resistência ao desgaste à região da camisa de cilindro do bloco.
[062] Outros processos alternativos de deposição do intermetálico primário o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz de morfologia poliedral na superfície interna da camisa de cilindro também podem ocorrer a partir da utilização de sistemas complementares ao processo descrito no presente invento, por exemplo, um sistema magnético acoplado ao molde resfriador (8) rotacional. Obviamente que estes tipos de possíveis complementos ao processo descrito neste documento não modifica o fato de se obter uma superfície de elevada resistência ao desgaste, endurecida pela alta concentração do intermetálico primário o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) com morfologia poliedral.
[063] Em suma, a presente invenção foi descrita de maneira ilustrativa, ou seja, este invento não se limita aos procedimentos preferenciais revelados no escopo deste documento, e sim em todas as variações relativas ao espírito e a natureza das reivindicações anexas.
Claims (6)
1-“ CAMISAS, BLOCOS DE MOTORES E COMPRESSORES EM LIGAS DE ALUMÍNIO A PARTIR DO DESENVOLVIMENTO DE CAMADAS ENDURECIDAS INTERMETÁLICAS POR SOLIDIFICAÇÃO CONTROLADA”, CARACTERIZADO por uma superfície de elevada resistência ao desgaste, endurecida na concentração de 50 a 60% em volume do intermetálico primário o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) com morfologia poliedral e pela liga de alumínio conter elementos críticos para formação do intermetálico primário a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) com morfologia poliedral em concentrações, % em peso: 3,0% -10% de silício; 0,5% - 2,5% de ferro; 0,1% - 3,0% de manganês; 0,1% - 3,0% de cobre; 0,01% - 1,0% de cromo e o restante sendo alumínio mais quaisquer elementos remanescentes tais como níquel, magnésio e estrôncio;
2-“PROCESSO EMPREGADO”, CARACTERIZADO pelo processo compreender: a) Resfriamento no interior do volume de um metal líquido para ocasionar a formação de fases intermetálicas primárias, em especial, a fase intermetálica o- Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7); b) Rotação do molde resfriador (8) durante o processo de solidificação; c) Aquecimento das paredes externas do cadinho ou molde aquecido (6) simultaneamente com o processo de resfriamento (solidificação), podendo este aquecimento ser realizado por resistência elétrica, indução ou queimadores a gás;
3-“PROCESSO EMPREGADO”, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO por ocorrer a obtenção de camisas de cilindro (11) e de bloco de motor, intrinsecamente aderidos entre si, solidificados em uma única etapa de fabricação, sem descontinuidades, vazios ou materiais intermediários;
4-“PROCESSO EMPREGADO”, em conformidade com a reivindicação 2, CARACTERIZADO por serem empregadas ligas de alumínio contendo elementos críticos para formação do intermetálico primário o-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) com morfologia poliedral, tais como alumínio, ferro, manganês, cromo, silício e cobre;
5-“PR0CESS0 EMPREGADO”, conforme a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo resfriamento no interior do molde resfriador (8), inserido no volume de metal líquido, ser realizado por água, ar ou gás;
6-“PROCESSO EMPREGADO”, em concordância com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo processo gerar na camisa (11) uma superfície interna endurecida pela formação de fases primárias cristalinas (intermetálicas), em especial pela alta concentração do intermetálico primário a-Alx(Fe,Mn,Cr,Cu)ySiz (7) com morfologia poliedral com ou sem revestimento protetor.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102015013352-9A BR102015013352B1 (pt) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | camisas, blocos de motores e compressores em ligas de alumínio a partir do desenvolvimento de camadas endurecidas intermetálicas por solidificação controlada e processo empregado |
| PCT/BR2016/050123 WO2016197217A1 (pt) | 2015-06-09 | 2016-06-03 | Camisas, blocos de motores e compressores em ligas de alumínio a partir do desenvolvimento de camadas endurecidas intermetálicas por solidificação controlada e processo empregado |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102015013352-9A BR102015013352B1 (pt) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | camisas, blocos de motores e compressores em ligas de alumínio a partir do desenvolvimento de camadas endurecidas intermetálicas por solidificação controlada e processo empregado |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR102015013352A2 BR102015013352A2 (pt) | 2016-03-01 |
| BR102015013352B1 true BR102015013352B1 (pt) | 2020-11-03 |
Family
ID=55405539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BR102015013352-9A BR102015013352B1 (pt) | 2015-06-09 | 2015-06-09 | camisas, blocos de motores e compressores em ligas de alumínio a partir do desenvolvimento de camadas endurecidas intermetálicas por solidificação controlada e processo empregado |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| BR (1) | BR102015013352B1 (pt) |
| WO (1) | WO2016197217A1 (pt) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113426978A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-24 | 广东乳源益丰盛铸造有限公司 | 一种金属件的离心铸造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2506115B2 (ja) * | 1987-07-11 | 1996-06-12 | 株式会社豊田自動織機製作所 | シャ−切断性の良い高強度・耐摩耗性アルミニウム合金とその製造法 |
| JPH0791624B2 (ja) * | 1988-05-11 | 1995-10-04 | 本田技研工業株式会社 | アルミニウム合金鋳物品の製造方法 |
| US5144998A (en) * | 1990-09-11 | 1992-09-08 | Rheo-Technology Ltd. | Process for the production of semi-solidified metal composition |
| SE505823C2 (sv) * | 1995-10-10 | 1997-10-13 | Opticast Ab | Förfarande för framställning av järninnehållande aluminiumlegeringar fria från flakformad fas av Al5FeSi-typ |
| JPH1197814A (ja) * | 1997-09-18 | 1999-04-09 | Toshiba Corp | 回路モジュール及び回路モジュールを内蔵した電子機器 |
| US6918427B2 (en) * | 2003-03-04 | 2005-07-19 | Idraprince, Inc. | Process and apparatus for preparing a metal alloy |
-
2015
- 2015-06-09 BR BR102015013352-9A patent/BR102015013352B1/pt not_active IP Right Cessation
-
2016
- 2016-06-03 WO PCT/BR2016/050123 patent/WO2016197217A1/pt active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2016197217A1 (pt) | 2016-12-15 |
| WO2016197217A9 (pt) | 2017-02-02 |
| BR102015013352A2 (pt) | 2016-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Arsha et al. | Design and fabrication of functionally graded in-situ aluminium composites for automotive pistons | |
| Qin et al. | Strontium modification and formation of cubic primary Mg2Si crystals in Mg2Si/Al composite | |
| CN105861886B (zh) | 一种用于空调压缩机缸体的铝硅合金及其制备方法 | |
| Wang et al. | The bimodal effect of La on the microstructures and mechanical properties of in-situ A356–TiB2 composites | |
| CN103361524B (zh) | 用于过共晶铝硅合金的复合变质方法 | |
| US10799948B2 (en) | Method and apparatus for casting a material comprising of nano-micro duplex grain structure | |
| CN103305729A (zh) | 制备新型Al-Si-Mg-Cu-Sr合金的方法 | |
| CN106699211A (zh) | 一种提升汽车封盖件模具强度的热喷涂涂料 | |
| CN103817313B (zh) | 一种整体细晶向心叶轮铸件的制备方法 | |
| Wang et al. | Microstructure and mechanical properties of Al–12.6 Si eutectic alloy modified with Al–5Ti master alloy | |
| CN106191557A (zh) | 一种新型铝合金及制备方法 | |
| CN103643088B (zh) | 一种adc12铝合金的变质方法 | |
| Jin et al. | Grain refinement of superalloy IN100 under the action of rotary magnetic fields and inoculants | |
| Liu et al. | Enhanced comprehensive performance via alloying and rheo-diecasting in a semi-solid Al–Si–Fe–Mg–Cu–Sr alloy | |
| US11408056B2 (en) | Aluminum based alloy containing cerium and graphite | |
| BR102015013352B1 (pt) | camisas, blocos de motores e compressores em ligas de alumínio a partir do desenvolvimento de camadas endurecidas intermetálicas por solidificação controlada e processo empregado | |
| JP4390762B2 (ja) | デファレンシャルギアケース及びその製造方法 | |
| CN106191561A (zh) | 一种铝合金及其制备方法 | |
| JP4093221B2 (ja) | 鋳物用アルミニウム合金、アルミニウム合金鋳物およびその製造方法 | |
| Zhai et al. | Centrifugal forming mechanism of Al gradient composites reinforced with complementary primary Si and Mg2Si particles | |
| CN104911410A (zh) | 铝合金细化剂中间合金及其制备方法 | |
| CN106756293B (zh) | 一种铝硅铁铜镁合金的制备方法 | |
| Luo et al. | Microstructures and mechanical properties of A356-SiCp/A356 cladding composite materials prepared by vacuum Solid–Liquid casting | |
| CN103060629A (zh) | 一种高硅铝合金的变质处理方法 | |
| CN106167865A (zh) | 一种新型铝合金制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B27A | Filing of a green patent (patente verde) [chapter 27.1 patent gazette] | ||
| B03B | Publication of an application: publication anticipated [chapter 3.2 patent gazette] | ||
| B27C | Request for a green patent denied [chapter 27.3 patent gazette] |
Free format text: O PEDIDO NAO ESTA APTO A PARTICIPAR DO PROGRAMA DE PATENTES VERDES.DESTA DATA CORRE PRAZO DE 60(SESSENTA) DIA PARA EVENTUAL RECURSO DO INTERESSADO |
|
| B65X | Notification of requirement for priority examination of patent application | ||
| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B65Z | Priority examination of the patent application refused (request does not comply with dec. 132/06 of 20061117) | ||
| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B06A | Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 09/06/2015, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |
|
| B21F | Lapse acc. art. 78, item iv - on non-payment of the annual fees in time |
Free format text: REFERENTE A 9A ANUIDADE. |