BRPI0709431A2 - processo para fabricar um artigo de material duplex em multicamada - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA FABRICAR UM ARTIGO DE MATERIAL DUPLEX EM MULTICAMADA. é divulgado um método para fabricar um artigo de material duplex em multicamada. O método compreende prover uma primeira camada a partir de um material nào fundido e uma segunda camada a partir de um material fundido sendo que a segunda camada é feita de um material com ponto de fusão mais baixo do que a primeira camada. Em uma configuração a primeira camada é uma liga forjada e a segunda camada é fundida sobre a primeira camada.

Description

"PROCESSO PARA FABRICAR UM ARTIGO DE MATERIAL DUPLEX EMMULTICAMADA".Campo da invenção
Esta invenção relaciona-se com um método para fabricar umartigo. Mais especificamente, a invenção relaciona-se comum método para fabricar um artigo de material duplex emmulticamada onde pelo menos uma camada é fundida.
Antecedentes da invenção
Componentes e/ou artigos produzidos a partir de metais,plásticos, cerâmicas, etc., podem ser fabricados usandouma variedade de processos industriais. Por exemplo,componentes produzidos a partir de ligas forjadas podemser fabricados ou produzidos usando laminação a quente,laminação a frio, estampagem, repuxamento, extração,mandrilação e similares. Em contraste, o despejamento demetal fundido dentro de uma cavidade pode produzir umartigo de material fundido. Tipicamente, artigos fundidostêm propriedades distintas de artigos fabricados a partirde materiais forjados e dependendo dos requisitosdesejados de design e/ou performance, um
engenheiro/projetista pode selecionar o material a partirdo qual artigo deve ser feito e qual processo usar paraproduzi-lo.
0 uso de mais que um material para fabricar um artigopode ser desejável se propriedades distintas, ou uma•combinação de propriedades, forem necessitadas e/ouseriam úteis dentro do artigo. Entretanto, a fabricaçãode um artigo produzido a partir de materiais dissimilarespode ser complicada e cara. Por exemplo, as diferentespropriedades de dois materiais, usados para produzir umúnico artigo podem levar a dificuldades de formação,soldagem e/ou usinagem. Como tal, existe uma necessidadede um método para produzir componentes de material duplexem multicamada.
Sumário da invenção
É divulgado um método para fabricar um artigo de materialduplex em multicamada. 0 método inclui prover umaprimeira camada a partir de um material não fundido e umasegunda camada de um material fundido sendo que a segundacamada inclui um material com um ponto de fusão maisbaixo do que a primeira camada. Em uma configuração, aprimeira camada é uma liga forjada e a segunda camada éfundida sobre a primeira camada. A primeira camada podeser formada por processos de formação de liga forjadatais como estampagem, extração, laminação, formação por repuxamento e similares.
Em uma outra configuração, a primeira camada é feita deaço e pode incluir aberturas nela as quais auxiliam naligação da segunda camada à primeira camada. A segundacamada tem pelo menos uma propriedade física, químicae/ou mecânica que é maior do que 2 0% diferente daprimeira camada. A segunda camada pode prover umespaçador, um soquete e/ou outro componente funcionalpara o artigo. Em adição, a segunda camada pode proveruma superfície com acabamento superficial melhoradocomparado com a primeira camada e/ou uma superfície queforneça uma ligação melhorada com uma terceira camada. Asegunda camada também pode prover um material compropriedades melhoradas de soldabilidade e/ouusinabilidade quando comparadas com a primeira camada.Descrição resumida dos desenhos
A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma primeiracamada de exemplo usada em uma configuração do método dapresente invenção;
A figura 2 é uma vista da seção transversal de um artigoproduzido usando uma configuração do método da presenteinvenção;
A figura 3 é uma vista em perspectiva de um artigoproduzido usando uma configuração do método da presenteinvenção;
A figura 4 é uma vista em perspectiva de um artigoproduzido usando uma configuração do método da presenteinvenção;
A figura 5 é uma vista em perspectiva de uma primeiracamada de exemplo usada em uma configuração do método dapresente invenção;
A figura 6 é uma vista da seção transversal de um artigoproduzido usando uma configuração do método da presenteinvenção;
A figura 7 é uma vista em perspectiva explodida de umaprimeira camada não montada de exemplo usada em umaconfiguração do método da presente invenção;
A figura 8 é uma vista em perspectiva de uma primeiracamada de exemplo usada em uma configuração do método dapresente invenção;
A figura 9 é uma vista da seção transversal de um artigoem um molde de fundição em matriz usando uma configuraçãodo método da presente invenção;
A figura 10 é uma vista em perspectiva de um artigoproduzido usando uma configuração do método da presenteinvenção;
A figura 11 é uma primeira camada de exemplo usada nométodo da presente invenção;
A figura 12 é uma vista da seção transversal de um artigoproduzido usando uma configuração do método da presenteinvenção;
A figura 13 é uma primeira camada de exemplo usada em umaconfiguração do método da presente invenção;
A figura 14 é uma vista em perspectiva de um artigoproduzido usando uma configuração do método da presenteinvenção; e
A figura 15 é uma vista da seção transversal de um artigoproduzido usando uma configuração do método da presenteinvenção.
Descrição detalhada das configurações preferidas
A presente invenção compreende um método para produzir umartigo de material duplex em multicamada. Como tal, apresente invenção tem utilidade como um método paraproduzir artigos os quais podem exibir propriedades ecaracterísticas, e/ou uma combinação de propriedades ecaracterísticas, de diferentes materiais. O método dapresente invenção é um processo de fabricação onde umaprimeira camada, também conhecida como uma camada deesqueleto, é feita de um material não fundido tal comouma liga forjada ou cerâmica sinterizada. Uma vez que aprimeira camada tenha sido formada em um formatodesejado, uma segunda camada é fundida sobre e/ou atravésda primeira camada. Desta maneira, um único artigo éprovido o qual tem propriedades derivadas da camada nãofundida e da segunda camada fundida.
Referindo-se agora à figura 1, lá é mostrado um exemplode uma primeira camada 100 usada no método da presenteinvenção. A primeira camada 100 tem uma primeirasuperfície 110 e uma segunda superfície 120.Opcionalmente, a primeira camada 100 pode ter pelo menosuma abertura 13 0 adjacente à primeira superfície 110 e àsegunda superfície 120. Em uma configuração, a primeiracamada 100 é feita de uma liga forjada tal como aço, açoinoxidável, ligas à base de níquel, ligas à base decobalto e/ou outros materiais metálicos. Para ospropósitos da presente invenção, uma liga forjada édefinida como uma liga que foi mecanicamente,termicamente e/ou termo-mecanicamente processada tal querecristalização do material ocorreu. Na alternativa, aprimeira camada 100 pode ser fabricada a partir de ummaterial cerâmico e/ou refratário.
Uma seção transversal de uma primeira configuração 10produzida usando o método da presente invenção estáilustrada na figura 2. Na primeira camada 100, e pelomenos parcialmente através das aberturas 13 0, uma segundacamada fundida 2 00 foi provida. 0 termo fundido, materialfundido, camada fundida e/ou fundição é definido como ummaterial, camada, artigo, etc. sólido que foi formado apartir da solidificação de um líquido e não processado detal modo que recristalização tenha ocorrido. A segundacamada 200 tem a região 210 a qual pelo menosparcialmente preenche as aberturas 13 0 da primeira camada100. Em adição, uma região 220 pode ser provida onde asegunda camada 2 00 se estende além da superfície externa120 da primeira camada 100. Uma vista em perspectiva daprimeira configuração 10 é mostrada na figura 3. Asegunda camada 2 00 é uma camada fundida e inclui ummaterial com um ponto de fusão que é mais baixo do que oponto de fusão da primeira camada 100. Para os propósitosda presente invenção, o ponto de fusão é definido comouma propriedade térmica e representa aquela temperaturana qual um material começa a transformação de um estadosólido para um estado líquido a partir de uma temperaturaabaixo do ponto de fusão do material.
Em adição a uma temperatura de fusão mais baixa do que aprimeira camada 100, em uma configuração, a segundacamada 2 00 tem pelo menos uma propriedade física, químicae/ou mecânica que é menor que ou maior que a mesmapropriedade da primeira camada em mais que 20%. Em umaconfiguração diferente, a segunda camada tem pelo menosuma propriedade física, química e/ou mecânica que é menorque ou maior que a mesma propriedade da primeira camadaem mais que 40%. E em uma configuração diferente, asegunda camada tem pelo menos uma propriedade física,química e/ou mecânica que é menor que ou maior que amesma propriedade da primeira camada em mais que 50%.
Quando a primeira camada 100 é feita de um materialforjado, ela pode ser formada em um formato desejadousando qualquer processo conhecido por aquelesexperientes na técnica para formar ligas forjadasilustrativamente incluindo laminação a quente, laminaçãoa frio, estampagem, extração, formação por repuxamento,laminação de tubos sem costura, usinagem de forjamentorotativo, corte, extrusão e combinações dos mesmos.Embora a primeira camada 100 como ilustrada na figura 1esteja na forma de um tubo, esta não é requerida para ométodo da presente invenção ser operável. Por exemplo, aprimeira camada 100 pode ser na forma de uma placa,chapa, barra e/ou fio e qualquer componente produzido apartir dela.A primeira configuração 10 mostrada nas figuras 1-3permite um soquete de união esférica A ser encaixadoprensado dentro do componente como mostrado tracejado nafigura 2. A segunda camada 200 provê um material que podeatender uma propriedade física, química e/ou mecânica.Por exemplo, e de nenhum modo limitando o escopo dapresente invenção, a primeira camada 100 pode ser feitade uma liga de aço que forneça uma resistência desejávelmas é difícil para usinar quando comparada com uma ligade alumínio, magnésio e/ou zinco. Entretanto, uma liga dealumínio, magnésio ou zinco pode não ter a resistênciadesejada para o artigo funcionar como um soquete de uniãoesférica A. Portanto, provendo uma primeira camada 100feita de um aço e fundindo uma segunda camada 200 feitade uma liga de alumínio, magnésio e/ou zinco sobre ela,uma combinação de propriedades do aço e da liga dealumínio, magnésio e/ou zinco podem ser proporcionadas.Desta maneira, um artigo produzido a partir de ummaterial duplex em multicamada é provido com propriedadesmelhoradas. Tal artigo também pode reduzir o custo defabricação.
Um artigo 2 0 produzido a partir de uma configuraçãodiferente do método da presente invenção é mostrado nafigura 4. Nesta configuração uma segunda camada 200 éfundida sobre a primeira camada 100 mas a região 22 0 seestendendo além da superfície externa 12 0 é substituídapor uma região 222. A região 22 0 e/ou 222 pode prover afunção de um espaçador para o componente 10 e/ou 20. Emadição, embora a primeira configuração 10 e a segundaconfiguração 20 ilustrem a fundição da segunda camada 200sobre a superfície interna 110 da primeira camada 100, asegunda camada 2 00 pode ser fundida sobre a superfícieexterna 120, ou sobre a superfície interna 110 e asuperfície externa 120.
Voltando à figura 5, uma primeira camada 100 com umformato diferente está ilustrada. A primeira camada 100não tem aberturas 13 0 mas inclui regiões 14 0 que podemser formadas usando um ou mais dos processos de formaçãode liga forjada mencionados acima. Como com as aberturas130, as regiões 14 0 podem fornecer ligação melhoradaentre a primeira camada 100 e a segunda camada 200.
Voltando às figuras 7-10, um artigo 40 produzido usandouma configuração diferente do método da presente invençãoestá ilustrado. Na figura 7, uma vista explodida de umaprimeira camada desmontada 150 feita a partir doscomponentes 152, 154 e 156 é mostrada. Os componentespodem ser montados de qualquer maneira conhecida poraqueles experientes na técnica, ilustrativamenteincluindo soldagem como mostrada no local 153 na figura 8e/ou o uso de adesivos, fixadores e similares. 0componente 154 pode incluir aberturas 155, entretantoaberturas não são requeridas.
A figura 9 ilustra a primeira camada montada 150posicionada dentro de uma matriz de fundição por injeçãoA. Após a primeira camada 150 ser colocada dentro damatriz A, a segunda camada pode ser fundida por injeçãosobre e através de toda a primeira camada 150. Umasegunda camada 23 0 é mostrada a cobrir uma superfícieexterna do componente 156, e pelo menos parte de umasuperfície interna e a superfície externa do componente152. Uma vista em perspectiva do artigo 40 é mostrada nafigura 10. As aberturas 155 foram preenchidas e asuperfície externa da primeira camada 150 está cobertacom a segunda camada 230. Opcionalmente, os flanges 234 e23 6 podem ser formados como parte da segunda camada 23 0.O componente 152 com a segunda camada 23 0 podeilustrativamente ser usado como um soquete para uma uniãoesférica e os componentes 156 com a segunda camada 230podem ser usados para montar, por exemplo, um sistema desuspensão. Esta configuração ilustra a versatilidade dométodo da presente invenção para fabricar artigosconformados relativamente complexos.
Voltando à figura 11, uma primeira camada 160 incluindoum componente funcional tal como um suporte 162 émostrada. Uma configuração do método da presente invençãopode ser usada para prover uma segunda camada 24 0 sobre aprimeira camada como mostrado na figura 12. A segundacamada 24 0 é provida sobre pelo menos parte da superfícieinterna 164 e superfície externa 166 do componente 160 epelo menos parcialmente preenche as aberturas 168. 0preenchimento das aberturas 168 com a segunda camada 240pode proporcionar uma abertura 168 com material que tempropriedades diferentes do material compreendendo a primeira camada 100. Por exemplo, e somente parapropósitos ilustrativos, o material da segunda camada 240pode proporcionar auto rosqueamento com um parafusoroscado ou propriedades melhoradas de usinagem tal queroscas possam ser produzidas em menor custo. Um artigo de exemplo 60 produzido usando uma configuraçãodiferente da presente invenção está ilustrado nas figuras13-15. Nesta configuração, uma primeira camada 170 éusada para fundir uma segunda camada 2 50 e 2 52 sobre ela.Em contraste com o componente funcional tal como um suporte sendo formado a partir da primeira camada 170, osuporte 252 é formado usando a segunda camada 250.Como ilustrado nestas figuras e configurações, o presentemétodo pode ser usado para prover ou fabricar umavariedade de artigos de material duplex em multicamada. Éimportante notar que a segunda camada não tem que ser ummaterial metálico, por exemplo ela pode ser um materialplástico.
Os desenhos, discussão e descrição anteriores sãoilustrativos de configurações específicas da presenteinvenção, mas elas não são pretendidas a serem limitaçõessobre a prática da mesma. Numerosas modificações evariações do método serão prontamente aparentes àquelesde experiência na técnica em vista dos ensinamentosapresentados aqui. São as reivindicações seguintes,incluindo todas as equivalentes, que definem o escopo dainvenção.

Claims (19)

1. Processo para fabricar um artigo de material duplex emmulticamada, caracterizado pelo fato de compreender:- prover uma primeira camada a partir de um material nãofundido; e- fundir uma segunda camada sobre a primeira camada, asegunda camada compreendendo um material com umatemperatura de fusão mais baixa do que a primeira camada,com o propósito de fabricar um artigo duplex multicamada.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a primeira camada ser uma ligaforj ada.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de a primeira camada ser feita deaço.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a primeira camada teraberturas dentro, com o propósito de melhorar a ligaçãoentre a primeira camada e a segunda camada.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada ter pelomenos uma propriedade que é menor que ou maior que amesma propriedade da primeira camada em mais que 20%, apropriedade selecionada do grupo consistindo depropriedades físicas, propriedades químicas epropriedades mecânicas.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada ter pelomenos uma propriedade que é menor que ou maior que amesma propriedade da primeira camada em mais que 40%, apropriedade selecionada do grupo consistindo depropriedades físicas, propriedades químicas epropriedades mecânicas.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada ter pelomenos uma propriedade que é menor que ou maior que amesma propriedade da primeira camada em mais que 50%, apropriedade selecionada do grupo consistindo depropriedades físicas, propriedades químicas epropriedades mecânicas.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada prover umespaçador para o artigo.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada prover umsoquete para o artigo.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada prover umaaparência superficial diferente da primeira camada aoartigo.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada prover umasuperfície para o artigo para ligação com uma terceiracamada.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada prover ummaterial para soldagem.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada prover ummaterial para usinagem.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a segunda camada prover umsuporte se estendendo a partir da primeira camada.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada ser formadapor fundição em areia.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada ser formadapor fundição em matriz por injeção.
17. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada ser uma liga.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a segunda camada ser umplástico.
19. Processo para fabricar um artigo de material duplexem muiticamada, caracterizado pelo fato de compreender:- prover uma primeira camada a partir de uma liga de açoforjada; e- fundir em matriz por injeção uma segunda camada sobre aprimeira camada, a segunda camada produzida a partir deum material com uma temperatura de fusão mais baixa doque a primeira camada e tendo pelo menos uma propriedadeque é menor que ou maior que a mesma propriedade daprimeira camada em mais que 2 0%;o material da segunda camada selecionado do grupoconsistindo de ligas e plásticos, com o propósito defabricar um artigo duplex multicamada.
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