BR112016004076B1 - Cilindro compósito centrifugamente fundido e método para produção do mesmo - Google Patents

Cilindro compósito centrifugamente fundido e método para produção do mesmo Download PDF

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Takayuki Segwa
Yasunori NOZAKI
Toshiyuki Hattori
Kitsuma Takaishi
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Abstract

um rolo de compósito centrifugamente fundido obtido por soldagem integralmente de uma camada externa (1) formada por fusão por centrífuga e uma camada interna (2), compreendendo ferro de fusão dúctil. a camada externa compreende uma liga com base em fe contendo, por massa, 1,3 a 3,7 % de c, 0,3 a 3 % de si, 0,1 a 3 % de mn, 1 a 7 % de cr, 1 a 8 % de mo, pelo menos um de 2,5 a 7 % de v, 0,1 a 3 % de nb e 0,1 a 5 % de w (onde v é requerido), e 0,01 a 0,2 % de b e/ou 0,05 a 0,3 % de s, o equilíbrio sendo essencialmente fe e as impurezas inevitáveis. a estrutura da camada externa não contém gra-fite. a camada interna tem uma parte central do tronco (21) soldada à camada externa, e uma parte de eixo lateral do impulsor (22) e uma parte de eixo lateral do impulsor (23) integralmente estendendo-se ao exterior de ambas as extremidades da parte central do tronco. a quan-tidade total de cr, mo, v, nb, e w na parte final da parte de eixo lateral do impulsor é de 0,35 a 2 % em massa, a quantidade de cr, mo, v, nb, e w na parte final da parte de eixo lateral do impulsor é de 0,15 a 18 % em massa, e a primeira é maior do que a última em pelo menos 0,2 % em massa.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CILINDRO COMPÓSITO CENTRIFUGAMENTE FUNDIDO E MÉTODO PARA PRODUÇÃO DO MESMO.
CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção refere-se a um cilindro compósito centrifugamente fundido tendo uma estrutura de compósito compreendendo uma camada externa centrifugamente fundida tendo excelente resistência ao desgaste e resistência à falha, e uma camada interna dura integralmente fundida na camada externa, e seu método de produção.
ANTECEDENTE DA INVENÇÃO [0002] Como um rolo de trabalho para laminação a quente, um cilindro compósito centrifugamente fundido compreendendo uma camada externa fundida em centrífuga feita de uma liga à base de ferro resistente ao desgaste, e uma camada interna feita de ferro fundido dúctil resistente e integralmente fundida na camada externa é amplamente usado. Porque a camada externa do cilindro compósito centrifugamente fundido é submetida a uma carga térmica e mecânica por contato com uma tira a ser laminada, sua superíficie sofre danos tais como desgaste, rugosidade, etc., danificando a qualidade da superfície de uma tira laminada. Consequentemente, quando a camada externa sofre danos até certo ponto, o rolo é mudado. Após as porções danificadas serem removidas por usinagem a partir da camada externa de um rolo retirado de um laminador, o rolo é montado novamente no laminador. A remoção dos danos de uma camada externa de um rolo é chamada de corte de remoção de dano. O rolo de trabalho é descartado, após ele ser cortado para remover os danos do diâmetro iniciado até o diâmetro mínimo utilizável para a laminação (diâmetro descartado). Um diâmetro em uma faixa do diâmetro inicial até o diâmetro descartado é chamado de um diâmetro de laminação eficaz.
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Porque o frequente corte de remoção de dano diminui a produtividade pela interrupção da laminação, uma camada externa em um diâmetro de laminação eficaz desejavelmente tem resistência ao desgaste, resistência à falha e resistência à rugosidade da superfície excelentes para evitar grandes danos.
[0003] Como mostrado na Figura 1, um cilindro compósito 10 compreende uma camada externa 1 que entra em contato com uma tira a ser laminada, e uma camada interna 2 fundida em uma superfície interna da camada externa 1. A camada interna 2 é feita de um material diferente daquele da camada externa 1, e constituída por uma parte do núcleo 21 fundida na camada externa 1, e uma parte do eixo lateral do impulsor 22 e uma parte do eixo lateral livre 23 integralmente se estendendo a partir de ambos os lados da parte do núcleo 21. Uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22 é integralmente fornecida com uma parte da embreagem 24 para transmitir um torque de acionamento. Uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre 23 é integralmente fornecida com uma projeção 25 necessária para manipular o cilindro compósito 10. A parte da embreagem 24 tem uma superfície de extremidade 24a, e um par de superfícies de incisura planas 24b, 24b engrenável com um meio de acionamento (não mostrado). A projeção 25 tem uma superfície de extremidade 25a. A parte do eixo lateral do impulsor 22 e a parte do eixo lateral livre 23 devem ser usinadas para formar porções do mancal, porções da cabeça, etc.
[0004] Quando o cilindro compósito 10 é usado para laminação a quente, os danos tais como desgaste, empirramento, rugosidade de superfície, etc. devem ser suprimidos na camada externa 1, e o desgaste deve também ser suprimido na parte da embreagem 24 da parte do eixo lateral do impulsor 22 conectada a um meio de acoplamento para transmissão de torque, para expandir os intervalos
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3/31 de corte de remoção de dano tanto quanto possível. Para este fim, é importante que a camada externa 1 seja feita de uma liga baseada em ferro tendo resistência ao desgaste e resistência à falha excelentes, e que a camada interna 2 seja feita de ferro fundido dúctil tendo resistência ao desgaste melhorada.
[0005] Como um cilindro compósito de laminação a quente tendo uma parte da embreagem com resistência ao desgaste melhorada, JP
6-304612 A descreve um cilindro compósito de laminação a quente compreendendo uma camada externa feita de aço de ferramenta de alta velocidade, uma camada interna e porções de eixo ambas feitas de aço de carbono ou aço de baixa liga contendo 0,2 a 1,2 % por peso de C, e uma parte da embreagem conectada a uma extremidade de uma parte do eixo por fusão, a parte da embreagem sendo feita de ferro fundido de grafite esferoidal compreendendo por peso 2,5 a 3,5 % de C,
1,6-2,8% de Si, 0,3 a 0,6% de Mn, menos do que 0,05 % de P, menos do que 0,03 % de S, menos do que 0,5 % de Ni, menos do que 0,2 % de Cr, menos do que 0,5 % de Mo, e 0,02 a 0,05 % de Mg, o equilíbrio sendo Fe e outros componentes inevitáveis, em que uma relação de área de grafite é 5 a 15%. Entretanto, esta parte da embreagem tem resistência ao desgaste ainda insuficiente. Porque a parte da embreagem é conectada a uma extremidade da parte do eixo, sua interface de conexão provavelmente sofre defeitos de fusão tal como o material estranho contido, etc. Além disso, ela sofre um alto custo de produção, porque precisa usinar uma parte conecada por fusão de forma direta, usando um molde em torno de uma parte a ser conectada por fusão, e fundindo o ferro fundido de grafite esferoidal para a parte da embreagem diferente da camada interna.
[0006] JP 2012-213780 A descreve um cilindro compósito de laminação compreendendo uma camada externa, uma parte do núcleo formada no interior da camada externa, uma parte do eixo lateral do
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4/31 impulsor estendendo-se a partir de uma extremidade da parte do núcleo, e uma parte do eixo lateral livre estendendo-se a partir da outra extremidade da parte do núcleo, a parte do eixo lateral do impulsor tendo maior resistência à tração do que aquela da parte do eixo lateral livre por 50 MPa ou mais. Como um método para fornecer resistência à tensão diferente à parte do eixo lateral do impulsor e à parte do eixo lateral livre, JP 2012-213780 A descreve um método de fusão estacionário com uma parte do eixo lateral do impulsor sobre o lado inferior e uma parte do eixo lateral livre sobre o lado superior, usando uma matriz revestida com um material refratário para um molde inferior para a parte do eixo lateral do impulsor, e um molde de areia para um molde superior para a parte do eixo lateral livre, a temperatura de fusão sendo menor no molde inferior do que no molde superior por 20°C ou mais. Entretanto, apesar da diferença de temperatura de fusão poder tornar a parte do eixo lateral do impulsor mais forte do que a parte do eixo lateral livre, ela deixa de frnecer à parte do eixo lateral do impulsor maior resistência ao desgaste do que aquela da parte do eixo lateral livre.
[0007] Além disso, se a camada interna total 1 fosse feita mais dura para fornecer a parte do eixo lateral do impulsor 22 com resistência à perda por desgaste aumentada, a parte do eixo lateral livre 23 tornar-se-ia mais dura, resultando em capacidade de usinagem inferior. OBJETIVO DA INVENÇÃO [0008] Consequentemente, um objetivo da presente invenção é fornecer um cilindro compósito centrifugamente fundido tendo uma parte do eixo lateral do impulsor fornecida com resistência à perda por desgaste melhorada ao mesmo tempo em que mantendo a capacidade de usinagem de uma parte do eixo lateral livre, e seu método de produção.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
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5/31 [0009] Como resultado de pesquisa intensiva em vista do objetivo acima, os inventores descobriram que quando a velocidade de elevação de uma superfície de uma fusão da camada interna despejada em um molde de fundição estacionário é adequadamente controlada após uma camada externa ser formada por um método de fusão por centrófuga, (a) Cr, Mo, V, Nb e W em uma camada externa podem ser introduzidos mais em uma parte do eixo lateral do impulsor do que em uma parte do eixo lateral livre, desse modo tornando a parte do eixo lateral do impulsor mais dura do que a parte do eixo lateral livre, (b) desse modo fornecendo excelente resistência à perda por desgaste à parte do eixo lateral do impulsor de alta dureza, e boa capacidade de usinagem à parte do eixo lateral livre. A presente invenção foi contemplada com base em tal descoberta.
[0010] Desse modo, o cilindro compósito centrifugamente fundido da presente invenção compreende uma camada externa formada por um método de fusão por centrífuga, e uma camada interna feita de ferro fundido dúctil e integralmente fundida na camada externa;
a camada externa sendo feita de uma liga baseada em Fe compreendendo em massa 1,3 a 3,7 % de C, 0,3 a 3 % de Si, 0,1 a 3 % de Mn, 1 a 7 % de Cr, 1 a 8 % de Mo, pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em 2,5 a 7 % de V, 0,1 a 3 % de Nb e 0,1 a 5 % de W, V sendo indispensável, e 0,01 a 0,2 % de B e/ou 0,05 a 0,3 % de S, o equilíbrio sendo substancialmente Fe e as impurezas inevitáveis, a camada externa tendo uma estrutura não contendo nenhum grafite;
a camada interna compreendendo uma parte do núcleo fundida na camada externa, e uma parte do eixo lateral do impulsor e uma parte do eixo lateral livre integralmente estendendo-se a partir das extremidades da parte do núcleo; e a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da
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6/31 extremidade da parte do eixo lateral do impulsor sendo 0,35 a 2 % em massa, e a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre sendo 0,15 a 1,8% em massa, o primeiro sendo maior do que o útimo por 0,2 % ou mais em massa. [0011] A camada externa pode também compreender pelo menos aquela selecionada do grupo que consiste em 0,1 a 5 % de Ni, 0,1 a 10 % de Co, 0,01 a 0,5 % de Zr, 0,005 a 0,5 % de Ti, e 0,001 a 0,5 % de Al em massa.
[0012] O método da presente invenção para produzir um cilindro compósito centrifugamente fundido compreende as etapas de (1) centrifugamente fundindo a camada externa em um molde de fundição centrífugo de rotação cilíndrica;
(2) erigindo o molde de fundição cilíndrico tendo a camada externa, e dispondo um molde inferior para a parte do eixo lateral do impulsor e um molde superior para a parte do eixo lateral livre ambos se comunicando com a camada externa, nas extremidades superiores e inferiores do molde de fundição cilíndrico, para constituir um molde de fundição estacionário; e (3) despejando uma fusão para a camada interna em uma cavidade continuada pelo molde superior, a camada externa e o molde inferior;
A velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde superior sendo 100 mm/segundo ou menor, e menor do que a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde inferior e na camada externa.
[0013] A diferença de velocidade de elevação entre uma superfície de fusão no molde superior e uma superfície de fusão no molde inferior e na camada externa é preferivelmente 50 a 150 mm/segundo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0014] A figura 1 é uma visão de corte transversal esquemática que
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7/31 mostra um cilindro compósito.
[0015] A figura 2 é uma visão perspectiva mostrando parte do cilindro compósito da figura 1 na parte do lado da embreagem.
[0016] A figura 3(a) é uma visão de corte transversal explorada que mostra um exemplo de moldes de fundição usado para produzir o cilindro compósito centrifugamente fundido da presente invenção.
[0017] A figura 3(b) é uma visão de corte transversal que mostra um exemplo de moldes de fundição usado para produzir o cilindro compósito centrifugamente fundido da presente invenção.
[0018] A figura 4 é uma visão de corte transversal que mostra outro exemplo de moldes de fundição usado para produzir o cilindro compósito centrifugamente fundido da presente invenção.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES REFERIDAS [0019] As modalidades da presente invenção serão explicadas com detalhe abaixo sem intenção de restrição, e várias modalidades podem ser feitas dentro do escopo da presente invenção. A menos que de outro modo mencionado, o termo % simplesmente descrito significa % em massa.
[1] Cilindro compósito centrifugamente fundido (A) Camada externa [0020] A camada externa é feita de uma liga baseada em Fe compreendendo em massa 1,3 a 3,7 % de C, 0,3 a 3 % de Si, 0,1 a 3 % de Mn, 1 a 7 % de Cr, 1 a 8 % de Mo, pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em 2,5 a 7 % de V, 0,1 a 3 % de Nb e 0,1 a 5 % de W, V sendo indispensável, e 0,01 a 0,2 % de B e/ou 0,05 a 0,3 % de S, o equilíbrio sendo substancialmente Fe e as impurezas inevitáveis. A camada externa pode também conter pelo menos aquela selecionada do grupo que consiste em 0,1 a 5 % de Ni, 0,1 a 10 % de Co, 0,01 a 0,5 % de Zr, 0,005 a 0,5 % de Ti, e 0,001 a 0,5 % de Al.
(1) Elementos indispensáveis
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8/31 (a) C: 1,3 a 3,7 % em massa [0021] C é combinado com V, Nb, Cr, Mo e W para formar carburetos duros, contribuindo para melhorar a resistência ao desgaste da camada externa. Quando C é menor do que 1,3 % em massa, a precipitação de carburetos duros é também pequena para dar resistência ao desgaste suficiente à camada externa. Por outro lado, quando C excede 3,7 % em massa, as quantidades excessivas de carburetos são precipitadas, fornecendo a camada externa com baixa tenacidade e, desse modo, resistência de baixo craqueamento. Como resultado, o rolo sofre craqueamentos profundos e grande perda por laminação. O limite inferior do teor de C é preferivelmente 1,5 % em massa. O limite superior do teor de C é preferivelmente 3,4 % em massa, mais preferivelmente 3 % em massa.
(b) Si: 0,3 a 3 % em massa [0022] Si oxida a fusão para reduzir os defeitos de óxido, é dissolvido na matriz para remover resistência à fricção, e melhora a fluidez da fusão para impedir defeitos de fundição. Menos do que 0,3 % em massa de Si tem um efeito insuficiente de desoxidação da fusão, e fornece a fusão com fluidez insuficiente, resultando em uma porcentagem maior de defeitos. Por outro lado, quando Si excede 3 % em massa, a matriz de liga torna-se frágil, fornecendo a camada externa com baixa tenacidade. O limite inferior do teor de Si é preferivelmente 0,4% em massa, mais preferivelmente 0,5 % em massa. O limite superior do teor de Si é preferivelmente 2,7 % em massa, mais preferivelmente 2,5 % em massa.
(c) Mn: 0,1 a 3 % em massa [0023] Mn tem a função de desoxidar a fusão, e fixa o S, uma impureza, como MnS. Porque o MnS tendo uma função lubrificante é eficaz para impedir a fricção de uma tira sendo laminada, é preferível conter uma quantidade desejada de MnS. Menos do que 0,1 % em
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9/31 massa de Mn não tem efeito suficiente. Por outro lado, apesar do Mn exceder 3 % em massa, outros efeitos não podem ser obtidos. O limite inferior do teor de Mn é preferivelmente 0,3 % em massa. O limite superior do teor de Mn é preferivelmente 2,4% em massa, mais preferivelmente 1,8% em massa.
(d) Cr: 1 a 7 % em massa [0024] Cr é um elemento eficaz para fornecer uma matriz de bainita ou martensita para ter alta dureza, desse modo mantendo a resistência ao desgaste. Quando o Cr é menor do que 1 % em massa, uma quantidade insuficiente de Cr é dissolvida na camada interna, fornecendo um efeito insuficiente de melhora da resistência à perda por desgaste da parte da embreagem. Por outro lado, mais do que 7 % em massa de Cr diminui a tenacidade da matriz. O limite inferior do teor de Cr é preferivelmente 1,5 % em massa, mais preferivelmente 2,5 % em massa. O limite superior do teor de Cr é preferivelmente 6,8% em massa.
(e) Mo: 1 a 8 % em massa [0025] Mo é combinado com C para formar carboneto duro (M6C,
M2C), aumentando a dureza da camada externa, e melhorando a capacidade de endurecimento da matriz. Mo também forma carboneto de MC resistente e duro juntamente com V e Nb, melhorando a resistência ao desgaste. Quando o Mo é menor do que 1 % em massa, uma quantidade insuficiente de Mo é dissolvida na camada interna, fornecendo um efeito insuficiente de melhora da resistência à perda por desgaste da parte da embreagem. Por outro lado, quando Mo é mais do que 8 % em massa, a camada externa tem baixa baixa tenacidade. O limite inferior do teor de Mo é preferivelmente 1,5 % em massa, mais preferivelmente 2,5 % em massa. O limite superior do teor de Mo é preferivelmente 7,8% em massa, mais preferivelmente 7,6% em massa.
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10/31 (f) Elementos de formação de carboneto [0026] A camada externa compreende como um elemento de formação de carboneto pelo menos aquele selecionado do grupo que consiste em 2,5 a 7 % em massa de V, 0,1 a 3 % em massa de Nb e 0,1 a 5 % em massa de W, V sendo um elemento indispensável.
(i) V: 2,5 a 7 % em massa [0027] V é um elemento combinado com C para formar carboneto de MC duro. Carboneto de MC tendo dureza Vickers Hv de 2500-3000 é mais difícil entre os carbonetos. Quando V é menor do que 2,5 % em massa, uma quantidade suficiente de carboneto de MC não é precipitada, e uma quantidade insuficiente de V é dissolvida na camada interna, resultando em um efeito insuficiente de melhorando a resistência à perda por desgaste da parte da embreagem. Por outro lado, quando V é mais do que 7 % em massa, carboneto de MC tendo uma baixa gravidade específica é concentrado na camada externa no lado da superfície interna por uma força centrífuga durante fundição centrífuga, provavelmente fornecendo uma grande segregação de carboneto de MC em uma direção radial, tornando o carboneto de MC maior para fornecer uma estrutura de liga mais áspera, e causando rugosidade de superfície durante a laminação. O limite inferior do teor de V é preferivelmente 2,7 % em massa, mais preferivelmente 2,9% em massa. O limite superior do teor de V é preferivelmente 6,9% em massa, mais preferivelmente 6,8% em massa.
(ii) Nb: 0,1 a 3 % em massa [0028] Tal como V, Nb é também combinado com C para formar carboneto de MC duro. Nb é dissolvido em carboneto de MC juntamente com V e Mo, para fortalecer o carboneto de MC, desse modo melhorando a resistência ao desgaste da camada externa. Porque a diferença de densidade é menor entre NbC (carboneto de MC) e a fusão do que entre VC (carboneto de MC) e a fusão, a
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11/31 segregação de carboneto de MC é reduzida. O limite inferior do teor de Nb é preferivelmente 0,2 % em massa. O limite superior do teor de Nb é preferivelmente 2,9% em massa, mais preferivelmente 2,8% em massa.
(iii) W: 0,1 a 5 % em massa [0029] W é combinado com C para formar carburetos duros tais como M6C, etc., contribuindo para melhoria na resistência ao desgaste da camada externa. É também dissolvido em carboneto de MC para aumentar sua gravidade específica, reduzindo a segregação. Entretanto, mais do que 5 % em massa de W aumenta o carboneto de M6C, tornando a estrutura não-uniforme, e, desse modo, causando rugosidade de superfície. Consequentemente, W é 5 % ou menos em massa, se adicionado. Por outro lado, quando W é menos do que 0,1 % em massa, os efeitos suficientes não são obtidos. O limite superior do teor de W é preferivelmente 4% em massa, mais preferivelmente 3 % em massa. (g) B e/ou S [0030] A camada externa também contém 0,01 a 0,2 % em massa de B e/ou 0,05 a 0,3 % em massa de S. Estes elementos melhoram a resistência à fricção da camada externa. Na laminação a quente, um problema de laminação chamado laminação sobreposta, em que as tiras de aço dobradas são laminadas em um estado sobreposto, é provável que ocorra, de modo que as tiras de aço de alta temperatura causem fricção e craqueamento térmico na superfície do rolo. B e S formam compostos tendo uma função lubrificante na camada externa, melhorando a resistência à fricção.
(i) B: 0,01 a 0,2 % em massa [0031] B é dissolvido em carbonetos, e forma carboreto tendo uma função lubrificante, desse modo melhorando a resistência à fricção. Porque o carbureto notavelmente apresenta uma função lubrificante particularmente em altas temperaturas, é eficaz para prevenir fricção
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12/31 quando uma tira laminada a quente é dobrada e mordida pelo rolo. Quando B é menor do que 0,01 % em massa, uma função lubrificante suficiente não pode ser obtida. Por outro lado, quando B excede 0,2 % em massa, a camada externa torna-se frágil. O limite inferior do teor de B é preferivelmente 0,012 % em massa, mais preferivelmente 0,015 % em massa. O limite superior do teor de B é preferivelmente 0,15 % em massa, mais preferivelmente 0, 1 % em massa.
(ii) S: 0,05 a 0,3 % em massa [0032] Embora S seja geralmente tratada como um elemento prejudicial, ele é adicionado para utilizar a função lubrificante de MnS. Quando S é menor do que 0,05 % em massa, uma função lubrificante suficiente de MnS não pode ser obtida. Por outro lado, quando S excede 0,3 % em massa, a camada externa torna-se frágil. O limite superior do teor de S é preferivelmente 0,2 % em massa, mais preferivelmente 0,15 % em massa.
(2) Elementos opcionais [0033] A camada externa pode também conter pelo menos aquela selecionada do grupo que consiste em 0,1 a 5 % de Ni, 0,1 a 10 % de Co, 0,01 a 0,5 % de Zr, 0,005 a 0,5 % de Ti, e 0,001 a 0,5 % de Al em massa.
(a) Ni: 0,1 a 5 % em massa [0034] Ni tem a função de melhorar a capacidade de endurecimento da matriz. Consequentemente, o Ni adicionado a um cilindro compósito grande pode prevenir a geração de perlita durante o resfriamento, desse modo, melhorando a dureza da camada externa. Menos do que 0,1 % em massa de Ni não fornece substancialmente nenhum efeito, e mais do que 5 % em massa de Ni torna a austenita muito estável, tornando difícil a melhora da dureza. O limite superior do teor de Ni é preferivelmente 4% em massa, mais preferivelmente 3,5 % em massa.
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13/31 (b) Co: 0,1 a 10 % em massa [0035] Co é um elemento dissolvido na matriz para fortalecer a matriz em altas temperaturas, eficazmente melhorando a resistência ao desgaste e resistência à rugosidade da superfície. Menos do que 0,1 % em massa de Co não fornece substancialmente nenhum efeito, e mais do que 10 % em massa de Co não fornece também melhoria. O limite inferior do teor de Co é preferivelmente 1 % em massa. O limite superior do teor de Co é preferivelmente 7 % em massa.
(c) Zr: 0,01 a 0,5 % em massa [0036] Tal como V e Nb, Zr é combinado com C para formar
Carboneto de MC, melhorando a resistência ao desgaste. Zr também forma óxido na fusão, e este óxido funciona como núcleos de cristal para tornar a estrutura solidificada mais fina. Além disso, Zr aumenta a gravidade específica de Carboneto de MC, eficazmente impedindo a segregação. Entretanto, quando Zr excede 0,5 % em massa, as inclusões são indesejavelmente formadas. O limite superior do teor de Zr é mais preferivelmente 0,3 % em massa. Para obter efeitos suficientes, o limite inferior do teor de Zr é mais preferivelmente 0,02 % em massa.
(d) Ti: 0,005 a 0,5 % em massa [0037] Ti é combinado com C e N para formar compostos granulares duros tais como TiC, TiN e TiCN, que agem como núcleos para carboneto de MC, tornando o carboneto de MC mais fino e mais uniforme, contribuindo para melhoria em resistência ao desgaste e resistência à rugosidade de superfície. Entretanto, quando Ti excede 0,5 % em massa, a viscosidade da fusão aumenta, resultando em mais defeitos de fundição. O limite superior do teor de Ti é mais preferivelmente 0,3 % em massa, mais preferivelmente 0,2 % em massa. Para obter efeitos suficientes, o limite inferior do teor de Ti é mais preferivelmente 0,01 % em massa.
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14/31 (e) Al: 0,001 a 0,5 % em massa [0038] O Al, tendo alta afinidade com oxigênio, age como um agente de desintoxicação. Al é também combinado com N e O, elementos de prevenção de grafitização, para formar oxinitreto, que é disperso como núcleos na fusão, resultando na precipitação uniforme de carboneto de MC fino. Entretanto, quando o Al excede 0,5 % em massa, a camada externa torna-se frágil. Quando Al é menor do que 0,001 % em massa, os efeitos suficientes não podem ser obtidos. O limite superior do teor de Al é mais preferivelmente 0,3 % em massa, mais preferivelmente 0,2 % em massa. Para obter efeitos suficientes, o limite inferior do teor de Al é mais preferivelmente 0,01 % em massa.
(3) Impurezas inevitáveis [0039] O equilíbrio da composição da camada externa é substancialmente composta de Fe e as impurezas inevitáveis. Entre as impurezas inevitáveis, a quantidade de P é preferivelmente tão pequena quanto possível porque P deteriora as propriedades mecânicas. Especificamente, o teor de P é preferivelmente 0,1 % ou menos em massa. Como outras impurezas inevitáveis, a quantidade total de elementos tais como Cu, Sb, Te, Ce, etc. pode ser 0,7 % ou menos em massa.
(4) Estrutura [0040] A estrutura da camada externa compreende (a) Carboneto de MC, (b) carboneto principalmente compreendendo Mo (carboneto baseado em Mo) tais como M2C e M6C, ou carboneto principalmente compreendendo (carboneto baseado em Cr) tais como M7C3 e M23C6, (c) carboreto, e (d) uma matriz. O carboreto geralmente tem uma composição de M(C, B). O metal M é principalmente pelo menos um de Fe, Cr, Mo, V, Nb e W, e as porcentagens do metal M, C e B são variáveis dependendo da composição. A estrutura da camada externa da presente invenção não contém o grafite.
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15/31 (B) Camada interna (1) Elementos de formação de carboneto [0041] A camada interna 2 integralmente fundida na camada externa 1, que é feita de ferro fundido dúctil, compreende uma parte do núcleo 21 fundida na camada externa 1, e uma parte do eixo lateral do impulsor 22 e uma parte do eixo lateral livre 23 integralmente estendendo-se a partir das extremidades da parte do núcleo 21. A camada interna 2, é caracterizada pelo fato de que (a) a quantidade total de elementos de formação de carboneto (Cr, Mo, V, Nb e W) em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22 é 0,35 a 2 % em massa, que (b) a quantidade total de elementos de formação de carboneto (Cr, Mo, V, Nb e W) em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre 23 é 0,15 a 1,8% em massa, e que (c) a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W na parte do eixo lateral do impulsor 22 é mais do que a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W na parte do eixo lateral livre 23 por 0,2 % ou mais em massa.
Requerimentos (a) e (b) [0042] Quando a camada externa 1 contém 1 a 7 % de Cr, 1 a 8 % de Mo e 2,5 a 7 % de V, e opcionalmente 0,1 a 3 % de Nb e 0,1 a 5 % de W, parte de Cr, Mo, V, Nb e W se move da camada externa 1 para a camada interna 2 quando a camada interna 2 é formada, resultando em concentrações aumentadas de Cr, Mo, V, Nb e W na parte do eixo lateral do impulsor 22 e a parte do eixo lateral livre 23 da camada interna 2. No cilindro compósito centrifugamente fundido obtido pelo método da presente invenção, a quantidade total de elementos de formação de carboneto (Cr, Mo, V, Nb e W) é 0,35 a 2 % em massa em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22, e 0,15 a 1,8% em massa em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre 23 na camada interna 2. A força e a dureza são aumentadas em ambas as porções do eixo do rolo pelo fortalecimento da solução
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16/31 sólida da matriz e pela formação de carbonetos.
[0043] Quando a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22 é menor do que 0,35 % em massa, a parte do eixo lateral do impulsor 22 não é fornecida com resistência e dureza suficientemente alta, e, particularmente, a parte da embreagem 24 tem resistência à perda por desgaste insuficiente. Por outro lado, quando a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W excede 2 % em massa, os carbonetos são excessivamente formados, de modo que a parte do eixo lateral do impulsor 22 pode ser quebrada. A quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22 é preferivelmente 0,6 a 1,8% em massa.
[0044] Quando a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre 23 é menor do que 0,15 % em massa, a parte do eixo lateral livre 23 não é suficientemente fortalecida. Por outro lado, quando a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W excede 1,8% em massa, os carbonetos são excessivamente formados, resultando em capacidade de usinagem muito baixa. A quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre 23 é preferivelmente 0,2 a 1,5 % em massa.
[0045] A quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W é determinada quimicamente analisando-se as amostras tomadas a partir de uma faixa dentro de 100 mm de superficies de extremidade axial da parte do eixo lateral do impulsor 22 e a parte do eixo lateral livre 23. Quando a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W atende a condição acima em uma faixa dentro de 100 mm de uma superfície de extremidade axial da parte do eixo lateral do impulsor 22, a parte da embreagem 24 pode ser considerada como resistência à perda por desgaste necessária. Quando a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W atende a condição acima em uma faixa dentro de 100 mm de uma superfície de
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17/31 extremidade axial da parte do eixo lateral livre 23, a parte do eixo lateral livre total 23 pode ser considerada como tendo capacidade de usinagem suficiente.
Requerimento (c) [0046] A quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22 é maior do que a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre 23 por 0,2 % ou mais em massa. Isto também aumenta a resistência à perda por desgaste da parte da embreagem 24 da parte do eixo lateral do impulsor 22, e assegura a capacidade de usinagem da parte do eixo lateral livre 23. A diferença na quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W entre as partes da extremidade de ambas as porções do eixo 22, 23 é preferivelmente 0,25 % ou mais em massa, mais preferivelmente 0,3 % ou mais em massa.
(2) Composição de camada interna [0047] O ferro fundido dúctil usado para formar a camada interna 2 preferivelmente compreende em massa 2,3 a 3,6% de C, 1,5 a 3,5 % de Si, 0,2 a 2 % de Mn, 0,05 a 1 % de Cr, 0,05 a 1 % de Mo, 0,05 a 1 % de V, 0 a 0,7 % de Nb, 0 a 0,7 % de W, 0,3 a 2,5 % de Ni, e 0,01 a 0,08% de Mg, o equilíbrio sendo substancialmente Fe e as impurezas inevitáveis. Certamente, a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W deve atender aos requerimentos acima (a) e (b). A camada interna 2 pode também conter 0,1 % ou menos de Al e 0,1 a 1 % de Cu. A quantidade total de B, Ca, Na ou Zr migrada de um fluxo ou um material refratório é preferivelmente 0,2 % ou menos. Ela pode também conter cerca de 0,1 % ou menos no total de S, P, N e O como impurezas.
[2] Método de produção de cilindro compósito [0048] As figuras 3(a) e 3(b) mostram um exemplo de moldes estacionários de fundição usados para fundir uma camada interna 2 após uma camada externa 1 ser centrifugamente fundida em um molde
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18/31 de fundição centrífugo cilíndrico 30. Um molde de fundição estacionário 100 compreende o molde de fundição cilíndrico 30 tendo uma superfície interna na qual a camada externa 1 é formada, e um molde superior 40 e um molde inferior 50 ligado às extremidades superiores e inferiores do molde de fundição cilíndrico 30. Uma superfície interna da camada externa 1 no molde de fundição cilíndrico 30 constitui uma cavidade 60a para formar uma parte do núcleo 21 da camada interna 2, o molde superior 40 tem uma cavidade 60b para formar uma parte do eixo lateral livre 23 da camada interna 2, e o molde inferior 50 tem uma cavidade 60c para formar uma parte do eixo lateral do impulsor 22 da camada interna 2. Um método de fusão por centrífuga usando o molde de fundição cilíndrico 30 pode ser um tipo horizontal, inclinado ou vertical. [0049] Com o molde superior 40 e o molde inferior 50 montados em extremidades superiores e inferiores do molde de fundição cilíndrico 30, a cavidade 60a na camada externa 1 se comunica com a cavidade 60b do molde superior 40 e a cavidade 60c do molde inferior 50, desse modo formando uma cavidade 60 para integralmente formar a camada interna inteira 2. 32 e 33 no molde de fundição cilíndrico 30 representam moldes de areia. Além disso, 42 no molde superior 40 e 52 no molde inferior 50 representam moldes de areia. O molde inferior 50 é fornecido com uma placa de fundo 53 para assegurar a fusão na camada interna.
[0050] Como mostrado nas figuras 3(a) e 3(b), o molde cilíndrico 30 com a camada externa centrifugamente fundida 1 é verticalmente colocado no molde inferior 50 para formar a parte do eixo lateral do impulsor 22, e o molde superior 40 para formar a parte do eixo lateral livre 23 é colocado no molde cilíndrico 30, desse modo constituindo o molde de fundição estacionário 100 para formar a camada interna 2. [0051] No molde de fundição estacionário 100, como uma fusão de ferro fundido dúctil para a camada interna 2 é despejada na cavidade
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19/31 através de uma abertura superior 43 do molde superior 40 durante ou após a solidificação da camada externa formada por um método de fusão por centrífuga, uma superfície da fusão na cavidade 60 é gradualmente elevada do molde inferior 50 para o molde superior 40, integralmente formando a camada interna 2 constituída pela parte do eixo lateral do impulsor 22, a parte do núcleo 21 e a parte do eixo lateral livre 23. Neste processo, uma parte interna da camada externa 1 é fundida novamente pelo calor da fusão, de modo que Cr, Mo, V, Nb e W na camada externa 1 sejam misturados ou migrados na camada interna 2. [0052] No método da presente invenção, a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde superior 40 para formar a parte do eixo lateral livre 23 é 100 mm/segundo ou menos, que é menor do que a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde inferior 50 para formar a parte do eixo lateral do impulsor 22 e no molde de fundição cilíndrico 30 (camada externa 1) para formar a parte do núcleo 21. Com esta condição, Cr, Mo, V, Nb e W vindos da camada externa 1 novamente fundidos por despejo da fusão até a parte do núcleo 21 permanecem na parte do eixo lateral do impulsor 22 e na parte do núcleo 21 até certo ponto, de modo que eles sejam impedidos de serem misturados na parte do eixo lateral livre 23 formado no molde superior 40.
[0053] Quando a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde superior 40 excede 100 mm/segundo, uma fusão no molde inferior 50 e no molde de fundição cilíndrico 30 é misturada com uma fusão no molde superior 40 por uma agitação causada por despejo, de modo que Cr, Mo, V, Nb e W na parte do eixo lateral do impulsor 22 e na parte do núcleo 21 sejam misturados na parte do eixo lateral livre 23. Como resultado, a parte do eixo lateral livre 23 tem uma quantidade total muito grande de Cr, Mo, V, Nb e W, de modo que ela se torne muito grande. A velocidade de elevação de uma superfície de fusão no
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20/31 molde superior 40 é preferivelmente de 10 a 100 mm/segundo, mais preferivelmente de 20 a 90 mm/segundo.
[0054] Com a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde superior 40 sendo de 100 mm/segundo ou menor, e menor do que a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde inferior 50 e a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde de fundição cilíndrico 30 (camada externa 1), Cr, Mo, V, Nb e W na camada externa 1 podem eficazmente ser misturados na parte do eixo lateral do impulsor 22 e na parte do núcleo 21, e Cr, Mo, V, Nb e W misturados na parte do eixo lateral do impulsor 22 e na parte do núcleo 21 são eficazmente impedidos de, excessivamente, reentrar na parte do eixo lateral livre 23 por agitação da fusão. A velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde superior 40 é preferivelmente menor do que a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde inferior 50 e a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde de fundição cilíndrico 30 (camada externa 1) por 50 a 150 mm/segundo. Embora não restritiva, contanto que o despejo não seja impedido, a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde inferior 50 e a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde de fundição cilíndrico 30 (camada externa 1) são preferivelmente 100 a 200 mm/segundo na prática. A velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde inferior 50 pode ser igual a ou menor do que aquela no molde de fundição cilíndrico 30 (camada externa 1). Incidentalmente, qualquer da velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde superior 40, da velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde inferior 50, e da velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde de fundição cilíndrico 30 (camada externa 1) é uma velocidade de elevação média.
[0055] Como descrito acima, não apenas ajustando-se as
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21/31 quantidades de Cr, Mo, V, Nb e W na camada externa 1, porém também ajustando-se a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde superior 40, a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde inferior 50, e a velocidade de elevação de uma superfície de fusão no molde de fundição cilíndrico 30 (camada externa 1), as quantidades de Cr, Mo, V, Nb e W misturadas na parte do eixo lateral do impulsor 22 e na parte do eixo lateral livre 23 podem ser controladas. Especificamente, a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22 formado no molde inferior 50 tendo uma velocidade de elevação grande de uma superfície de fusão é maior do que a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre 23 formada no molde superior 40 por 0,2 % ou mais em massa. Consequentemente, a parte da embreagem 24 em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22 pode ter alta resistência à perda por desgaste. Por outro lado, a parte do eixo lateral livre 23 tendo uma quantidade total pequena de Cr, Mo, V, Nb e W é mais facilmente usinada do que a parte do eixo lateral do impulsor 22. [0056] A figura 4 mostra outro exemplo de moldes de fundição usado no método da presente invenção. Este molde de fundição 110 integralmente tem uma parte 71 corresponde ao molde de fundição cilíndrico 30 para formar a camada externa 1 e a parte do núcleo 21, uma parte 72 corresponde ao molde superior 40 para formar a parte do eixo lateral livre 23, e uma parte 73 corresponde ao molde inferior 50 para formar a parte do eixo lateral do impulsor 22. Incidentalmente, 71a, 72a, 73a representam moldes de areia. Desse modo, o molde de fundição 110 funciona não apenas como um molde de fundição centrífugo, porém também como um molde de fundição estacionário. Após centrifugamente fundir a camada externa 1 pelo molde de fundição 110, o molde de fundição inteiro 110 tendo a camada externa
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22/31 na superfície interna é erigido, e uma fusão de ferro fundido dúctil para a camada interna 2 é despejada através de uma abertura superior 74.
[0057] Quando uma camada intermediária é formada para suprimir a mistura de componentes, para formar uma camada tampão, e assim por diante, a camada intermediária é formada em uma superfície interna da camada externa 1, e o molde de fundição cilíndrico 30 é em seguida erigido no caso do molde de fundição mostrado na figura 3, ou o molde de fundição 110 é erigido no caso do molde de fundição mostrado na figura 4, e finalmente uma fusão de ferro fundido dúctil para a camada interna 2 é despejada através da abertura superior. Quando uma fusão para a camada intermediária é despejada, uma superfície interna da camada externa 1 é fundida novamente, e Cr, Mo, V, Nb e W são misturados na camada intermediária. Porque uma superfície interna da camada intermediária é fundida novamente quando a camada interna 2 é fundida, Cr, Mo, V, Nb e W são também misturados na camada interna.
[0058] A presente invenção será explicada com maior detalhe pelos exemplos abaixo sem intenção de restrição do escopo desta invenção.
Exemplos 1 a 3, e Exemplos Comparativos 1 e 2 [0059] Com um molde de fundição cilíndrica 30 (diâmetro interno:
800 mm, e comprimento: 2500 mm) tendo a estrutura mostrada na figura 3(a) definida em uma máquina de fundição centrífuga horizontal, cada fusão tendo uma composição (equilíbrio: Fe e as impurezas inevitáveis) mostrada na Tabela 1 foi centrifugamente fundida para formar uma camada externa 1. Após a solidificação da camada externa 1, o molde de fundição cilíndrico 30 tendo a camada externa 1 (espessura: 90 mm) formada em sua estrutura interna foi erigido e colocado em um molde inferior vazio 50 (diâmetro interno: 600 mm, e
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23/31 comprimento: 1500 mm) para formar uma parte do eixo lateral do impulsor 22, e um molde superior vazio 40 (diâmetro interno: 600 mm, e comprimento: 2000 mm) para formar uma parte do eixo lateral livre 23 foi verticalmente colocado no molde de fundição cilíndrico 30, desse modo constituindo um molde de fundição estacionário 100 mostrado na figura 3(b).
[0060] Uma fusão de ferro fundido dúctil tendo uma composição química (equilíbrio: Fe e as impurezas inevitáveis) mostrada na Tabela 1 foi despejada em uma cavidade 60 do molde de fundição estacionário 100 através de sua abertura superior 43. Uma superfície da fusão de ferro fundida dúctil foi elevada do molde inferior 50 para formar a parte do eixo lateral do impulsor 22, ao molde de fundição cilíndrico 30 (camada externa 1) para formar a parte do núcleo 21, e ao molde superior 40 para formar a parte do eixo lateral livre 23 sucessivamente nesta ordem. Desse modo, uma camada interna integral 2 constituída pela parte do eixo lateral do impulsor 22, pela parte do núcleo 21 e pela parte do eixo lateral livre 23 foi formada na camada externa 1.
[0061] Após a camada interna 2 ser completamente solidificada, o modo de fundição estacionário 100 foi desmontado para retirar um cilindro compósito, que foi temperado a 500°C. A camada externa 1, parte do eixo lateral do impulsor 22 e a parte do eixo lateral livre 23 do cilindro compósito foram em seguida usinadas para formas predeterminadas, para formar uma parte da embreagem 24 e uma projeção 25. A inspeção ultrassônica confirmou que a camada externa 1 e a camada interna 2 foram bem fundidas uma na outra em cada cilindro compósito desse modo obtido.
Exemplo 4 [0062] Um cilindro compósito foi formado da mesma maneira como no Exemplo 1, exceto que o molde de fundição cilíndrico 30 foi erigido após uma camada intermediária (espessura: 20 mm) tendo uma
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24/31 composição (equilíbrio: Fe e as impurezas inevitáveis) mostrada na Tabela 1 ser formada em uma superfície interna da camada externa 1. Inspeção ultrassônica confirmou que a camada externa 1, a camada intermediária e a camada interna 2 foram bem fundidas uma na outra.
Tabela 1 a 1
N° Layer Composição Química (% em massa)(1)
C Si Mn Cr Ni Mo
Exemplo 1 Camada Externa 2,59 1,28 1,02 5,00 - 4,32
Camada Interna 3,30 2,60 0,43 0,11 1,10 0,12
Exemplo 2 Camada Externa 1,72 1,82 0,91 4,54 1,91 4,26
Camada Interna 3,31 2,44 0,50 0,15 1,41 0,12
Exemplo 3 Camada Externa 2,38 0,68 0,41 6,91 0,84 3,78
Camada Interna 3,27 2,75 0,48 0,16 1,32 0,11
Exemplo 4 Camada Externa 2,69 1,35 0,82 3,88 2,99 3,79
Intermediária(2) 2,70 1,34 0,67 0,35 2,11 1,52
Camada Interna 3,35 2,65 0,40 0,15 1,01 0,07
Exemplo Comparativo 1 Camada Externa 1,57 0,92 0,85 4,21 - 5,43
Camada Interna 3,38 2,64 0,59 0,15 1,29 0,07
Exemplo Comparativo Camada Externa 2,54 2,05 0,80 5,22 1,46 4,11
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N° Layer Composição Química (% em massa)(1)
C Si Mn Cr Ni Mo
2 Camada Interna 3,31 2,65 0,45 0,08 1,37 0,09
Tabela 1 e 2
N° Camada Composição Química (% em massa)(1)
V Nb W B S
Exemplo 1 Camada Externa 4,01 - - 0,059 -
Camada Interna 0,05 - - - -
Exemplo 2 Camada Externa 4,47 0,62 - 0,057 -
Camada Interna 0,08 - - - -
Exemplo 3 Camada Externa 3,78 0,11 1,31 0,099 0,1
Camada Interna 0,11 - - - -
Exemplo 4 Camada Externa 3,71 1,04 0,46 0,058 0,15
Intermediária(2) 0,20 - - - -
Camada Interna 0,06 - - - -
Exemplo Comparativo 1 Camada Externa 4,67 - - 0,007 -
Camada Interna 0,16 - - - -
Exemplo Comparativo Camada Externa 3,03 0,74 1,19 - 0,1
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2 Camada Interna 0,08 - - - -
Nota: (1) O equilíbrio é composto de Fe e as impurezas inevitáveis em cada composição química.
(2) Camada intermediária.
[0063] Nos exemplos 1 a 4, e Exemplos Comparativos 1 e 2, as temperaturas de despejo (vazamento) da camada externa, da camada interna e da camada intermediária, e uma velocidade de elevação média de uma superfície de uma fusão de camada interna no molde inferior 50 para formar a parte do eixo lateral do impulsor 22, no molde de fundição cilíndrico 30 para formar a parte do núcleo 21, e no molde superior 40 para formar a parte do eixo lateral livre 23 são mostradas na Tabela 2. A velocidade de elevação média de uma superfície de fusão para a camada interna foi calculada a partir da mudança de peso da fusão da camada interna e o tempo de fundição. As quantidades de Cr, Mo, V, Nb e W foram analisadas em cada amostra cortada de uma superfície de extremidade 24a da parte do eixo lateral do impulsor 22 e uma superfície de extremidade 25a da parte do eixo lateral livre 23. Os resultados são mostrados na Tabela 3. A observação da estrutura de metal confirmou que as camadas externas dos exemplos 1 a 4 não contêm grafite.
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Tabela 2
N° Camada Temperatura de Despejo (°C) Velocidade Elevação Média de Superfície (mm/segundo)
Molde Infeior Parte de Núcleo Molde Superior
Exemplo 1 Camada Externa 1349 - - -
Camada Interna 1430 200 195 40
Exemplo 2 Camada Externa 1404 - - -
Camada Interna 1415 180 175 50
Exemplo 3 Camada Externa 1385 - - -
Camada Interna 1447 180 175 50
Exemplo 4 Camada Externa 1338 - - -
Camada Intermediária 1411 - - -
Camada Interna 1425 180 175 50
Exemplo Comparativo 1 Camada Externa 1421 - - -
Camada Interna 1418 200 170 130
Exemplo Comparativo 2 Camada Externa 1343 - - -
Camada Interna 1432 190 190 150
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Tabela 3
N° Parte do Eixo Composição Química (% em massa)(1)
Cr Mo V Nb W Total(3)
Exemplo 1 Molde Superior 0,12 0,17 0,13 - 0,42
Molde Inferior 0,19 0,41 0,37 - 0,97
Diferença(2) 0,07 0,24 0,24 - 0,55
Exemplo 2 Molde Superior 0,20 0,17 0,14 0,02 0,53
Molde Inferior 0,39 0,34 0,37 0,08 1,18
Diferença 0,19 0,17 0,23 0,06 0,65
Exemplo 3 Molde Superior 0,37 0,32 0,44 0,03 0,04 1,20
Molde Inferior 0,45 0,42 0,59 0,04 0,06 1,56
Diferença 0,08 0,10 0,15 0,01 0,02 0,36
Exemplo 4 Molde Superior 0,15 0,13 0,10 0,01 0,39
Molde Inferior 0,19 0,35 0,28 0,02 0,84
Diferença 0,04 0,22 0,18 0,01 0,45
Exemplo Comparativo 1 Molde Superior 0,31 0,29 0,40 - 1,00
Molde Inferior 0,35 0,34 0,46 - 1,15
Diferença 0,04 0,05 0,06 - 0,15
Exemplo Comparativo 2 Molde Superior 0,32 0,45 0,53 0,11 0,02 1,43
Molde Inferior 0,36 0,50 0,59 0,12 0,02 1,59
Diferença 0,04 0,05 0,06 0,01 0,00 0,16
Nota: (1) O equilíbrio é composto de Fe e as impurezas inevitáveis em cada composição química.
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29/31 (2) Um valor obtido subtraindo o valor analisado da parte do eixo lateral livre no molde superior do valor analisado da parte do eixo lateral do impulsor no Molde Inferior.
(3) A quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W.
[0064] Nos exemplos 1 a 4, a velocidade de elevação de uma superfície de uma fusão de ferro fundido dúctil para formar a parte do eixo lateral livre 23 no molde superior 40 foi 100 mm/segundo ou menos, menor do que a velocidade de elevação de uma superfície de uma fusão de ferro fundido dúctil para formar a parte do eixo lateral do impulsor 22 no molde inferior 50, e a velocidade de elevação de uma superfície de uma fusão de ferro fundido dúctil para formar a parte do núcleo 21 no molde de fundição cilíndrico 30 (camada externa 1). Consequentemente, a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22, e a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre 23 foram ambas em uma faixa de 0,15 a 2,0 % em massa, e a primeira foi maior do que a última por 0,2 % ou mais em massa.
[0065] Por outro lado, nos exemplos comparativos 1 e 2, a velocidade de elevação de uma superfície de uma fusão de ferro fundido dúctil no molde superior 40 foi maior do que 100 mm/segundo, embora fosse menor do que a velocidade de elevação de uma superfície de uma fusão de ferro fundido dúctil no molde inferior 50 e a velocidade de elevação de uma superfície de uma fusão de ferro fundido dúctil no molde de fundição cilíndrico 30 (camada externa 1). Consequentemente, embora a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22, e a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre 23 foram ambas em uma faixa de 0,15 a 2,0 % em massa, sua diferença foi menor do que 0,2 % em massa.
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30/31 [0066] A comparação de Exemplo 2 e Exemplo Comparativo 1, que foi próxima da quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22, indica que o Exemplo 2 foi maior do que Exemplo Comparativo 1 na diferença entre a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22 e a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral livre 23. Consequentemente, embora elas tivessem dureza suficiente na parte da embreagem 24 da parte do eixo lateral do impulsor 22, a parte do eixo lateral livre 23 de Exemplo 2 tinha boa capacidade de usinagem porque a mistura de Cr, Mo, V, Nb e W foi suprimida, ao mesmo tempo em que a parte do eixo lateral livre 23 do Exemplo Comparativo 1 sofreu um tempo de usinagem drasticamente longo porque as quantidades grandes de Cr, Mo, V, Nb e W foram misturadas dentro desta.
[0067] Além disso, a comparação de Exemplo 3 e Exemplo
Comparativo 2, que foi próxima da quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da parte do eixo lateral do impulsor 22, indica que embora ela tivese dureza suficiente na parte da embreagem 24 da parte do eixo lateral do impulsor 22, a parte do eixo lateral livre 23 de Exemplo 3 tinha capacidade de usinagem boa, ao mesmo tempo em que a parte do eixo lateral livre 23 de Exemplo Comparativo 2 foi dura, precisando de um tempo de usinagem drasticamente longo. EFEITO DA INVENÇÃO [0068] Porque Cr, Mo, V, Nb e W em uma camada externa são misturados mais em uma parte do eixo lateral do impulsor tendo uma parte da embreagem do que em uma parte do eixo lateral livre no cilindro compósito centrifugamente fundido da presente invenção, a parte do eixo lateral do impulsor é suficientemente dura, tendo resistência à perda por desgaste excelente, ao mesmo tempo em que a
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31/31 parte do eixo lateral livre não é muito dura, fácil de usinar. Consequentemente, o cilindro compósito centrifugamente fundido da presente invenção tem uma vida útil drasticamente alongada e boa capacidade de usinagem. Porque o cilindro compósito centrifugamente fundido da presente invenção tal característica pode ser obtido controlando-se a velocidade de elevação de uma superfície de uma fusão de camada interna despejada após a formação da camada externa, seu método de produção é eficaz, contribuindo para redução drástica do custo de produção do cilindro compósito centrifugamente fundido.
DESCRIÇÃO DE NUMERAIS DE REFERÊNCIA
10: Cilindro compósito centrifugamente fundido
1: Camada Externa
2: Camada Interna
21: Parte de núcleo
22: Parte do eixo lateral do impulsor
23: Parte do Eixo lateral livre
24: Parte da embreagem da parte do eixo lateral do impulsor
24a: Superfície de extremidade da parte da embreagem
24b: Superfície incisura da parte da embreagem
25: Projeção da Parte do Eixo lateral livre
25a: Superfície de extremidade de projeção
100: Molde de fundição estacionário
30: Molde de fundição centrífugo cilíndrico
32, 33, 42, 52: Molde de areia
40: Molde Superior para fundição estacionária
50: Molde Inferior para fundição estacionária
60, 60a, 60b, 60c: Cavidade
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Claims (3)

REIVINDICAÇÕES
1. Cilindro compósito centrifugamente fundido, caracterizado pelo fato de que compreende uma camada externa formada por um método de fusão por centrífuga, e uma camada interna feita de ferro fundido dúctil e integralmente fundida na referida camada externa;
a referida camada externa sendo feita de uma liga baseada em Fe que consiste em em massa 1,3 a 3,7 % de C, 0,3 a 3 % de Si, 0,1 a 3 % de Mn, 1 a 7 % de Cr, 1 a 8 % de Mo, pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em 2,5 a 7 % de V, 0,1 a 3 % de Nb e 0,1 a 5 % de W, V sendo indispensável, e 0,01 a 0,2 % de B e/ou 0,05 a 0,3 % de S, o equilíbrio sendo substancialmente Fe e as impurezas inevitáveis, opcionalmente que compreende pelo menos um selecionado do grupo que consiste em 0,1 a 10% de Co, 0,01 a 0,5% de Zr, 0,005 a 0,5% de Ti e 0,001 a 0,5% de Al em massa, a referida camada externa apresentando uma estrutura isenta de grafite;
a referida camada interna compreendendo uma parte do núcleo fundido na referida camada externa, e uma parte do eixo lateral do impulsor e uma parte do eixo lateral livre integralmente estendendo-se a partir das extremidades da referida parte do núcleo; e a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da referida parte do eixo lateral do impulsor sendo 0,35 a 2 % em massa, e a quantidade total de Cr, Mo, V, Nb e W em uma parte da extremidade da referida parte do eixo lateral livre sendo 0,15 a 1,8% em massa, a primeira sendo maior do que o última por 0,2 % ou mais em massa.
(2) erigir o referido molde de fundição cilíndrico tendo a referida camada externa, e dispor um molde inferior para a referida parte do eixo lateral do impulsor e um molde superior para a referida parte do eixo lateral livre ambas se comunicando com a referida camada externa, nas extremidades superiores e inferiores do referido molde de fundição cilíndrico, para constituir um molde de fundição estacionário; e (3) despejar uma fusão para a referida camada interna em uma cavidade constituída pelo referido molde superior, a referida camada externa e o referido molde inferior;
a velocidade média de elevação de uma superfície de fusão no referido molde superior sendo 10 a 100 mm/segundo, e menor do que a velocidade média de elevação de uma superfície de fusão no referido molde inferior e a referida camada externa.
2/2 (1) centrifugamente fundir a referida camada externa em um molde de fundição centrífugo de rotação cilíndrica;
2. Método para produzir um cilindro compósito centrifugamente fundido como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de
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3. Método para produzir um cilindro compósito centrifugamente fundido de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a diferença entre a velocidade média de elevação de uma superfície de fusão no referido molde superior e a velocidade média de elevação de uma superfície de fusão no referido molde inferior e a referida camada externa é de 50 a 150 mm/segundo.
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