BR112014019637B1 - Material antifricção resistente ao calor de uma liga de ferro austenítica e elemento antifricção - Google Patents

Material antifricção resistente ao calor de uma liga de ferro austenítica e elemento antifricção Download PDF

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Abstract

resumo patente de invenção: "material antifricção resistente a calor de uma liga de matriz de ferro austenítica". a invenção refere-se a um material antifricção resistente a calor de uma liga de matriz de ferro austenítica com uma proporção de enxofre suficiente para obtenção de um efeito de lubrificação sólida em suas superfícies de mancal, uma proporção de carburetos suficiente para obtenção de uma redução de desgaste em suas superfícies de mancal e uma proporção de 1 a 6% em peso de um ou mais elementos de liga de cobalto (co), rênio (re), tântalo (ta), vanádio (v), háfnio (hf), ítrio (y), zircônio (zr), caracterizado pelos seguintes outros elementos de liga, em cada caso em % em peso: carbono (c) = 0,8 - 1,5; cromo (cr) = 20 - 32; manganês (mn) = 0 - 1,0; silício (si) = 1,5 - 3,5; níquel (ni) = 12 - 25; molibdênio (mo) = 0,5 - 5,5; nióbio (nb) = 0 - 3,5; tungstênio (w) = 1,0 - 6,5; enxofre (s)= 0,15 - 0,5; cobre (cu) = 0 - 3,5; nitrogênio (n) = 0 - 0,8; e ferro (fe) como resto, inclusive, impurezas inevitáveis.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MATERIAL ANTIFRICÇÃO RESISTENTE AO CALOR DE UMA LIGA DE FERRO AUSTENÍTICA E ELEMENTO ANTIFRICÇÃO.
[001] A invenção refere-se a um material antifricção resistente ao calor de uma liga de ferro austenítica, com uma proporção suficiente de enxofre para obtenção e um efeito de lubrificação sólida em suas superfícies de mancal, uma proporção suficiente de carbureto para obtenção de uma redução de desgaste em suas superfícies de mancal e uma proporção de 1 a 6% em peso de um ou mais dos elementos de liga cobalto (Co), nióbio (Nb), rênio (Re), tântalo (Ta), vanádio (V), tungstênio (W), háfnio (Hf), ítrio (Y), zircônio (Zr), de acordo com a invenção.
[002] Materiais eficientes, particularmente, materiais para elementos de mancal, tais como são usados em turbocompressores ou em sistemas de recondução de gás de escape para regulação da passagem em motores de combustão interna, são conhecidos no estado da técnica. Nesse caso, são usados diversos conceitos, nos quais por elementos de manobra pneumáticos ou elétricos situados externamente, sistemas de regulação correspondentes são ajustados mecanicamente por meio de cinemática de barras.
[003] A penetração para o interior do turbocompressor ou para o sistema de recondução de gás de escape é, em geral, ao mesmo tempo o apoio do ajuste. Os elementos de mancal estão em contato direto com o gás de escape, com o que são obtidas temperaturas de até 950°C nos elementos de mancal. Além da carga de temperatura, nos elementos de mancal também são de importância a tribologia e a corrosão como condições de contorno.
[004] Com referência ao comportamento de desgaste tribológico, é de importância, especialmente, a aptidão da combinação e materiais de sistema de regulação (eixo) e material antifricção. Assim, podem
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2/5 ocorrer diversos tipos de desgast4e, particularmente, desgaste adesivo ou abrasivo, a desgaste de reação triboquímica ou fadiga de material. Nesse caso, é notável que em algumas combinações de materiais o desgaste diminui com temperatura crescente. As camadas de óxido que se formam funcionam como camadas divisórias e impedem, assim, o contato metálico entre os componentes tribológicos, o que diminui, particularmente, o desgaste adesivo.
[005] Além disso, os elementos de mancal em turbocompressores e sistemas de recondução de gás de escape são expostos a influências ambientais de intensidade diferente, dependendo da montagem na câmara de motor. Nesses casos, fenômenos corrosivos têm um papel importante. Em particular, respingos de água provenientes da estrada, as quais no inverno frequentemente contêm resíduos de sal aspergido, podem levar a danificações das superfícies. Adicionalmente a essas corrosões devidas a ambiente e vizinhança, nos últimos tempos têm sido vistas de modo cada vez mais frequente corrosões por condensados de gás de escapamento. Particularmente o uso de reconduções de gás de escape leva ao fato de que crescentemente ocorrem corrosões por condensados de gás de escape. Depois da parada do motor, localmente ocorrem condensações e pelos óxidos de nitrogênio e enxofre e cloretos presentes na atmosfera, ocorre a formação de ácido nítrico, sulfúrico e clorídrico.
[006] Do documento WO 2007/147710 A1 é conhecido um material antifricção resistente ao calor, que está composto por uma liga de ferro austenítica, com uma proporção de enxofre suficiente para obtenção de um efeito de lubrificação sólida em suas superfícies de mancal e com uma proporção de 1 a 6% em peso de um ou mais dos elementos de liga tungstênio (W), cobalto (Co), nióbio (Nb), rênio (Re), molibdênio (Mo), tântalo (Ta), vanádio(V), háfnio (Hf), ítrio (Y), zircônio (Zr) e/ou elementos de liga comparavelmente de alta fusão.Pelo alto
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3/5 efeito de lubrificação dos sulfetos, em combinação com a matriz austenítica e a alta resistência à deformação, à corrosão e à oxidação, esse material é usado de maneira vantajosa como material antifricção em turbocompressores, em combinação com motores a gasolina. Desvantajoso nesse material antifricção é que ele está formado para um uso funcionamento seguro a temperaturas altas, de preferência, a temperaturas acima de 600°C. e de modo particularmente preferido, a temperaturas acima de 850°C. Isto é, nesse material estão em primeiro plano, particularmente, as propriedades no âmbito de temperatura elevada. Em um âmbito de temperatura abaixo de 400°C, esses materiais antifricção mostram, por outro lado, um desgaste aumentado.
[007] É tarefa da presente invenção pôr à disposição um material antifricção, particularmente para turbocompressores ou sistemas de recondução de gás de escape, que apresenta as propriedades exigidas, particularmente, contra um desgaste pequeno, no âmbito de temperatura elevada, isto é, até 950°C, mas também em um âmbito de temperatura abaixo de 400°C.
[008] A tarefa é solucionada por um material antifricção resistente ao calor de uma liga de ferro austenítica, com uma proporção suficiente de enxofre para obtenção d e um efeito de lubrificação sólida em suas superfícies de mancal, uma quantidade suficiente de carburetos para obtenção de uma redução de desgaste em suas superfícies de mancal e uma proporção de 1 a 6% em peso de um ou mais dos elementos de liga cobalto (Co), nióbio (Nb), rênio (Re), tântalo (Ta), vanádio (V), tungstênio (W), háfnio (Hf), ítrio (Y), zircônio (Zr), que está caracterizado pelos seguintes outros elementos de liga, em cada caso, em % em peso: carbono (C) = 0,8 - 1,5; cromo (Cr) = 20 - 32; manganês (Mn) = 0 - 1,0; silício (Si) = 1,5 - 3,5; níquel (Ni) = 12 - 25; molibdênio (Mo) = 0,5 - 5,5; nióbio (Nb) = 0 - 3,5; tungstênio (W) = 1,0 6,5; enxofre (S)= 0,15 - 0,5; cobre (Cu) = 0 - 3,5; nitrogênio (N) = 0 Petição 870190017941, de 21/02/2019, pág. 7/15
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0,8; e o restante sendo ferro (Fe), inclusive de impurezas inevitáveis. [009] De maneira surpreendente, o material antifricção de acordo com a invenção combinadas propriedades exigidas, a saber, que esse material só mostra um desgaste pequeno tanto no âmbito de temperatura elevada, a temperaturas acima de 850°C, como também no âmbito de temperatura inferior, isto é, a temperaturas inferiores a 400°C, em relação a diversos materiais de contrarrotor. Nos materiais antifricção usados até agora, particularmente o âmbito de temperatura elevada encontrava-se no foco do desenvolvimento, de modo que no âmbito de temperatura inferior pôde ocorrer um desgaste mais alto [0010] A invenção baseia-se na ideia geral de prever uma proporção de enxofre de um tamanho pelo qual os sulfetos necessários para um efeito de lubrificação podem formar-se dentro da liga e prever uma proporção de carbono em um tamanho pelo qual os carburetos necessários para uma redução de desgaste podem formar-se dentro da liga. Carbono como componente de liga precipita-se como partículas de carbono finas, sob aperfeiçoamento das propriedades de lubrificação sólida ou funciona como adjuvante para formação de carburetos ou composto intermetálico entre ferro e um elemento de liga, sob aperfeiçoamento da resistência a desgaste em uma matriz de ferro.
[0011] Pela combinação de acordo com a invenção de uma matriz austenítica com lubrificantes sólidos sulfídicos e uma fase resistente a desgaste, formada por carburetos, foi possível aperfeiçoar significativamente a resistência ao desgaste no âmbito de temperatura inferior, sem, perder, ao mesmo tempo, as boas propriedades de desgaste e deformação no segmento de temperatura superior.
[0012] A adição de carbono leva a uma formação de carburetos, que depois, como uma espécie de fase dura, reduzem o desgaste no âmbito de temperatura inferior, tal como é usual, por exemplo, em anéis de assento de válvula no âmbito de temperatura de até 450°
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C. Mas, em geral, uma adição de carbono desse tipo também leva a uma deterioração nítida das propriedades de temperatura alta, nhoque se refere à resistência e estabilidade à deformação. Assim, por exemplo, nos materiais agrupados no código de aço como aços resistentes a calor (12a), nenhum tem uma proporção de carbono que seja maior do que 0,2% em peso. Com isso, essa adição de carbono a ligas, que são usadas no âmbito de temperatura elevada, está voltada contra o conhecimento técnico geral e, portanto, um resultado surpreendente, não esperado por um técnico.
[0013] Em uma modalidade preferida, a proporção de enxofre perfaz pelo menos 0,2% em peso e a proporção de carbono, pelo menos 0,8% em peso e, no máximo, 2,0% em peso. Isto é, de modo vantajoso, a partir de uma proporção de carbono de 0,8% em peso, são formados os carburetos preferidos em uma matriz de ferro, com o que se aperfeiçoam as propriedades de lubrificação sólida, resistência a desgaste e resistência mecânica. Contrariamente a isso, quando o teor de carbono excede 2,0% em peso, ocorre um aumento da estrutura martensítica, a formação de uma quantidade excessiva de cementita (Fe3C) dura e quebradiça e uma formação excessiva da quantidade de carburetos, que são formados entre o carbono e um outro componente de liga, com o que a matriz de ferro fica quebradiça.

Claims (4)

1/1 reivindicações
1. Material antifricção resistente ao calor de uma liga de ferro austenítica com uma proporção de 1 a 6% em peso de um ou mais elementos de liga de cobalto (Co), nióbio (Nb), rênio (Re), tântalo (Ta), vanádio (V), tungstênio (W), háfnio (Hf), ítrio (Y), zircônio (Zr), caracterizado pelos seguintes outros elementos de liga, em cada caso em % em peso: carbono (C) = 0,8 - 1,5; cromo (Cr) = 20 32; manganês (Mn) = 0 - 1,0; silício (Si) = 1,5 - 3,5; níquel (Ni) = 12 25; molibdênio (Mo) = 0,5 - 5,5; nióbio (Nb) = 0 - 3,5; tungstênio (W) = 1,0 - 6,5; enxofre (S)= 0,15 - 0,5; cobre (Cu) = 0 - 3,5; nitrogênio (N) = 0 - 0,8; e o restante sendo ferro (Fe), inclusive, impurezas inevitáveis.
2. Material antifricção de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por elementos de liga, em cada caso, em % em peso: carbono (C) = 0,9 - 1,4; cromo (Cr) = 21 - 28; manganês (Mn) = 0,1 - 1,0; silício (Si) = 2,0 - 3,5; níquel (Ni) = 14 - 23; molibdênio (Mo) = 1,5 3,5; nióbio (Nb) = 1,0 - 3,0; tungstênio (W) = 2,0 - 3,5; enxofre (S)= 0,15 - 0,5; cobre (Cu) = 1,0 - 3,5; nitrogênio (N) = 0,1 - 0,8; e o restante sendo ferro (Fe), inclusive de impurezas inevitáveis.
3. Material antifricção de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado para o uso em um turbocompressor ou em um sistema de recondução de gás de escape, para regulação da passagem em um motor de combustão interna.
4. Elemento antifricção para um turbocompressor ou um sistema de recondução de gás de escape para regulação da passagem em um motor de combustão interna de um material antifricção, caracterizado por ser como definido na reivindicação 1 ou 2.
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