ES2231721T3

ES2231721T3 - Piezas de metal sinterizado con distribucion homogenea de componentes que no funden de manera homogenea, asi como procedimientos para su fabricacion.

Info

Publication number: ES2231721T3
Application number: ES02754408T
Authority: ES
Inventors: Manfred Arlt; Alfred Bolstler; Anton Eiberger; Manfred Heinritz; Rainhard Laag; Angelika Pohl; Jochen Schmid; Otto Stock; Gerhard Subek
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2005-05-16
Anticipated expiration: 2022-07-22
Also published as: JP2004536232A; WO2003011501A2; ES2227044T3; BR0211267A; WO2003011501A3; ATE280647T1; EP1412113A2; DE50201420D1; DE10293319D2; EP1281461B1; ATE275015T1; KR20040030054A; US20040208772A1; CA2438397A1; EP1281461A1; DE50103474D1; DE10135485A1; EP1412113B1; HUP0401206A2

Abstract

Pieza de metal sinterizado con distribución homogénea de componentes que no funden de manera homogénea, esencialmente a partir de mezclas de metales no ferrosos en polvo, que funden de manera no homogénea, que pueden fabricarse mediante: la fabricación de una pieza prensada a partir de polvo, no sinterizada, la sinterización continua isostática a presión, de la pieza prensada a partir de polvo, hasta densidades que esencialmente corresponden a la densidad de un cuerpo sólido prensado de forma isostática en caliente, de la misma composición, mediante una matriz abierta por dos lados, en condiciones que evitan la aparición de una fase líquida en el polvo, a temperaturas de hasta el 70% del punto de fusión del metal; preferentemente, de hasta el 60% de la temperatura de fusión del metal, formando un perfil sinterizado que esencialmente posee el contorno final.

Description

Piezas de metal sinterizado con distribución homogénea de componentes que no funden de manera homogénea, así como procedimientos para su fabricación.

La invención se refiere a piezas de metal sinterizado con distribución homogénea de componentes que no funden de manera homogénea, esencialmente, a partir de mezclas de metales no ferrosos que no funden de manera homogénea, así como a procedimientos para su fabricación.

Aquí, por la denominación de no ferroso también se entienden mezclas metálicas que presentan hierro en bajas cantidades, hasta aproximadamente 8% en peso; son posibles cantidades menores de hierro como áridos para aleaciones.

Se conoce la fabricación de piezas sinterizadas a partir de mezclas metálicas en polvo que no funden de manera homogénea. Para ello, usualmente sirve el prensado isostático en caliente (HIP = prensado isostático en caliente), el prensado isostático (CIP = prensado isostático en frío), así como la sinterización en caliente. Todos estos procedimientos evitan una fusión completa de la mezcla metálica en polvo, porque de lo contrario, se presentarían fenómenos de desmezclado. En los procedimientos de HIP y CIP las piezas deben sinterizarse de forma discontinua e individual en cámaras de presión, lo que para una producción en serie sería tolerable sólo en casos excepcionales.

La sinterización en caliente exenta de presión exige algo menos de costo. Aquí normalmente se prensa el polvo, el granulado, las limaduras o similares que se han de sinterizar, en conjunto con coadyuvantes de prensado normalmente de forma uniaxial, formando piezas de contornos aproximados a los definitivos y se sinteriza la pieza en verde así fabricada en una estufa de sinterización a temperaturas de 2/3 a 4/5 de la temperatura de fusión o de solidificación del polvo metálico, dado el caso, en atmósfera protectora.

Otra técnica conocida para densificar polvo metálico es la forjadura de polvo. También representa un procedimiento discontinuo en el que se producen piezas individuales en matrices.

El documento DD-23510A da a conocer un procedimiento para la fabricación de alambre, a partir de un material sinterizado de plata, en el que se sinteriza una mezcla en polvo y se moldea el producto sinterizado con la ayuda de nitruro de boro como lubricante, a una temperatura de entre 400 y 900ºC, en una extrusora hidrostática.

Polvos y mezclas de polvos multifásicos generalmente se sinterizan a temperaturas próximas a la temperatura de fusión o de solidificación del componente que tiene el punto de fusión más bajo. En el caso de materiales que se oxidan fácilmente, por la velocidad de oxidación acelerada y el largo tiempo de permanencia a temperatura de sinterización, con frecuencia se lleva a cabo la sinterización en atmósfera de gas protector. A esta densificación propiamente dicha de la pieza en verde seguía un tratamiento térmico que mejora la trabazón así formada. A esto con frecuencia le sigue un tratamiento posterior o calibración, en el que las piezas sinterizadas reciben su forma definitiva. Estos pasos de trabajo adicionales, en el caso de piezas sinterizadas en caliente, que al enfriarse tienden a la deformación, son costosos y complicados para ser integrados en una línea de fabricación.

En general, las piezas sinterizadas a partir de mezclas metálicas que no funden de manera homogénea, fabricadas mediante los procedimientos conocidos, especialmente, cuando se sinterizaban mezclas en polvo que no fundían de manera homogénea, con frecuencia tenían zonas porosas o desmezcladas, condicionadas por la velocidad de difusión diferente de los elementos, en las que cristalizan de manera no homogénea fases individuales de los componentes no miscibles. Esto perturba de forma permanente la trabazón de la pieza sinterizada y sus propiedades mecánicas tecnológicas. Por lo tanto, estaban desmejoradas las propiedades de las piezas sinterizadas a partir de polvo, por estos ámbitos perturbantes, cuya aparición era impredecible, y se presentaban grandes diferencias en piezas sinterizadas individuales, lo que, por ejemplo, se manifestaba mediante una tendencia aumentada a roturas de material a lo largo de las zonas no homogéneas y una elasticidad reducida debido a esto. Esto particularmente es desventajoso cuando las piezas sinterizadas son usadas en el funcionamiento con cargas cambiantes, por ejemplo, ruedas dentadas, ruedas de bombas, etc., y los procedimientos tradicionales conducen a altos costos debido a la gran cuota de desechos. Finalmente, la sinterización tradicional en caliente también insume mucha energía, porque se producen altos costos de calefacción para los diferentes pasos de tratamiento en caliente y para la sinterización en sí.

Frente a esto, el objetivo de la presente invención es fabricar piezas sinterizadas que presenten una trabazón metálica más homogénea, más uniforme, y que puedan fabricarse de manera más económica.

Se alcanza el objetivo mediante una pieza de metal sinterizado conforme a la reivindicación 1.

Además, la invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una pieza de metal sinterizado de contorno cercano al definitivo, como está definido en la reivindicación 10. La sinterización continua isostática a presión se efectúa a una presión conforme a la fórmula

P_{min}=\frac{2\sigma_{y}(T)}{3}ln\left[\frac{1}{1-D}\right],

\newpage

en la que \sigma_{y}(T) representa la tensión de deformación permanente del material a la temperatura prevista para la sinterización a presión, y D indica la densidad relativa del producto de partida prensado previamente de forma isostática en frío. La densidad relativa es el cociente entre la densidad absoluta del producto de partida previamente prensado \rho_{0} y la densidad de la aleación maciza \rho_{B}.

El proceso de sinterización a presión se lleva a cabo mediante una matriz abierta por uno o dos lados para formar un perfil sinterizado; dado el caso, con división del perfil sinterizado en productos sinterizados, tratamiento en caliente de los productos sinterizados o del perfil sinterizado y, dado el caso, con un tratamiento posterior de los mismos.

De las reivindicaciones subordinadas se desprenden variantes ventajosas.

La típica sinterización continua isostática a presión, a temperaturas de hasta aproximadamente el 70% del punto de fusión del componente principal de la mezcla metálica en polvo de partida, preferentemente se efectúa en una extrusora hidráulica adaptada a los parámetros del procedimiento, mientras que la extrusión usual, que se realiza con materiales que funden de manera homogénea, a temperaturas cercanas al punto de fusión, debido al excesivo calentamiento del cordón extruido, conducen a cordones de producto demasiado fuera de medida, que luego deben seguir tratándose, por ejemplo, mediante prensado, forjado, etc. La sinterización continua isostática, a presiones muy altas, conforme a la fórmula anterior, que se efectúa aquí, adicionalmente permite seleccionar una temperatura que tenga en cuenta el calentamiento del cordón extruido por rozamiento. Se determina la verdadera temperatura de calentamiento previo T_{v} del material de partida tratado por prensado isostático en frío mediante la siguiente fórmula:

T_{y}=T-\frac{Q_{B}-Q_{\lambda}}{\frac{\pi}{4}\rho^{2}{}_{0}l\rho_{B}c_{B}}

Allí T significa la temperatura para el límite de estricción en caliente seleccionado para el material, Q_{B} significa la cantidad de calor suministrado al material de partida, Q_{\lambda} significa la cantidad de calor cedido a la superficie del molde, l significa la longitud activa del molde y C_{B} significa la velocidad de densificación.

El procedimiento se destaca porque por la posible reducción de la temperatura de calentamiento previo, el material en polvo sólo se calienta poco y durante corto tiempo, en contraste con la extrusión usual, en la que se desea un calentamiento constante y mayor del material prensado.

Debido a que conforme a la invención se prensa de forma relativamente fría y a presiones altas, evitándose en altísimo grado la fase líquida, sorprendentemente pudo sinterizarse un polvo metálico de forma continua y relativamente fría para obtener un perfil, habiéndose supuesto hasta ahora que esto era posible sólo en procedimientos que sinterizaban durante largo tiempo las piezas en verde a temperaturas de una magnitud del 80-90% del punto de fusión del componente principal. Era completamente inesperado que esta sinterización continua isostática a presión pudiera llevarse a cabo a estas temperaturas relativamente bajas, pudiéndose usar mecanismos de densificación adicionales, conocidos del prensado isostático en caliente como, por ejemplo, el encogimiento bajo carga de Nabarro-Henning, de disociaciones, usando polvos finos de partida con tamaños medios de partículas de 50 a 150 \mum.

Se demostró que este procedimiento proveía piezas sinterizadas de estructura de partículas superior, que se distinguían por una distribución sumamente homogénea de los componentes no miscibles y por ello, frente a las piezas sinterizadas mediante procedimientos tradicionales y también a las fabricadas por forjadura de polvo, presentan mejores propiedades elásticas y mejor ductilidad. Esto se logró porque casi se reprime por completo la difusión volumétrica dependiente en alto grado de la temperatura, que tiene por resultado un engrosamiento y un desmezclado de algunas fases.

Conforme a la invención, como material de partida para el prensado continuo isostático preferentemente se usa una pieza prensada a partir de polvo, mediante procedimientos conocidos para la densificación de polvo, sin agentes anti-fricción, lubricantes o coadyuvantes de sinterización. Esta pieza prensada a partir de polvo ya puede presentar una distribución no homogénea del material, en particular, si se deben obtener piezas sinterizadas no homogéneas, es decir, piezas de material compuesto.

Por ejemplo, es típica una capa de material externo de otro material químicamente o físicamente más resistente - si, por ejemplo, se exige un determinado comportamiento frente a la corrosión en una capa externa o interna, como en el caso de tubos o discos de metal a partir de polvo. Entonces, en una prensa con matriz se prensa/sinteriza la pieza prensada a partir de polvo de forma isostática relativamente fría y la pieza prensada entonces por las fuerzas de cizallamiento, durante el prensado experimenta una reacción de ligadura en los límites de partículas de los componentes, sin que se presente una fase líquida que podría originar un desmezclado. Así puede obtenerse un producto sinterizado homogéneo con propiedades superiores del material.

En otra variante de realización, puede enfriarse este producto sinterizado formado por la matriz, obtenido de forma continua, mediante un enfriamiento regulado, por ejemplo, por pulverización con agua, de tal manera que, por un lado, se produzca un estado finamente cristalino por enfriamiento, o que pueda efectuarse un tratamiento térmico definido, por ejemplo, en aleaciones de aluminio, un tratamiento térmico T4. El cordón enfriado puede tratarse posteriormente de forma mecánica. Así, por ejemplo, usualmente se divide el producto sinterizado de manera continua en forma de perfil, en piezas del tamaño del producto, mediante aserrado, corte por chorro de agua, corte por láser u otros procedimientos conocidos por el experto. Estos fragmentos de longitud definida del producto sinterizado fabricado de forma continua pueden usarse entonces como tales o después de un tratamiento posterior, como mejorado de superficie o calibración. La pieza sinterizada cortada en la longitud del producto, si es necesario, también puede someterse a un tratamiento térmico para modificar la trabazón del material o para mejorarla. Para ello, el tratamiento térmico debe ser proyectado de tal manera que no se formen fases líquidas.

Un tratamiento posterior típico del producto sinterizado conforme a la invención lo representa la calibración en una prensa, para obtener la forma final de tolerancia muy restringida en las medidas. Un tratamiento posterior de limado o cepillado o de "maquinado" generalmente no es necesario.

Realmente, el producto sinterizado a temperaturas de hasta el 70% del punto de fusión del componente principal ya posee el contorno final definitivo, esto significa que los pasos de tratamiento posterior requieren sólo un bajo costo.

Debido a que el procedimiento está configurado de forma continua, la velocidad de fabricación de las piezas sinterizadas, que presentan propiedades superiores, es considerablemente mayor de lo que era posible hasta ahora en los procedimientos de prensado discontinuos uniaxiales o isostáticos para la fabricación de piezas sinterizadas. Debido a que ahora se sinteriza a presión de forma isostática y continua, pueden evitarse fenómenos de desmezclado que pueden presentarse a temperaturas mayores de sinterización, por difusión de los componentes del polvo en fases líquidas. Se obtiene una trabazón más fina y homogénea de las mezclas que no funden de forma homogénea, que en los procedimientos clásicos de prensado isostático en caliente, en los que además considerables procesos de difusión, en particular, de difusión de volumen en el estado final de la densificación, pueden conducir a un alto engrosamiento de las partículas y pueden producirse fenómenos de cristalización con desmezclado. Las piezas sinterizadas fabricadas conforme a la invención, a partir de mezclas metálicas que no funden de manera homogénea, presentan una mejor capacidad de ser procesadas y una mayor ductilidad y una mayor extensión que aquéllas que fueron fabricadas mediante procedimientos del estado de la técnica. Esto se manifiesta en el transcurso avanzado de la fabricación, mediante una mejor capacidad de ser tratado posteriormente. Para el uso de tales elementos de construcción, se influencian muy favorablemente los datos característicos mecánicos tecnológicos de las piezas sinterizadas, la elasticidad, la resistencia a la tracción, y la extensión. Así, por ejemplo, un elemento de construcción sinterizado sin presión, de una aleación de aluminio con 13% de silicio, tiene un alargamiento a la rotura de menos de 0,5%, mientras que un elemento de construcción de la misma aleación que fue fabricado mediante el procedimiento conforme a la invención, presenta valores típicos del alargamiento a la rotura de 7 a 12%. Esto se logra por la represión de la formación de una fase fundida, de manera que la trabazón no pueda cristalizar parcialmente de manera no homogénea.

En la técnica del procedimiento se demuestra que la dispersión de los datos característicos del material de piezas sinterizadas fabricadas conforme a la invención es mucho menor que la de los datos de piezas sinterizadas en caliente de la misma composición, es decir, presentan límites más estrechos de valores de material que después del prensado isostático en caliente o de la sinterización en caliente. Debido a que se evita la aparición de fases fundidas, pueden mezclarse homogéneamente en el procesamiento componentes no miscibles como fases duras, así como materiales que mediante los procedimientos clásicos de sinterización son accesibles sólo muy difícilmente o no son accesibles. Típicamente, el polvo de material usado es una mezcla en polvo de metales o sus aleaciones y otros materiales, como piezas duras, fibras o portadores de desgaste, como carburo de boro, BN.

Así pueden fabricarse materiales compuestos de metal-matriz, pudiendo ser fibroso el segundo componente o en forma de partículas.

Como fibras, pueden estar adicionadas fibras cortas o largas o partículas, en proporciones de entre 5 y 30% en volumen. Las fibras cortas o triquitas tienen una longitud que es considerablemente menor de 100 veces el diámetro de la fibra. Fibras largas, interminables o continuas son aquéllas cuya longitud es mayor de 100 veces su diámetro. Las fibras pueden servir para una resistencia mejorada de las piezas sinterizadas.

Los materiales reforzados por partículas también pueden fabricarse de esta manera. Es decir, tales con SiC, carburo de boro, etc.

Por la gran homogeneidad que brinda el procedimiento, también pueden procesarse otras aleaciones típicamente sinterizadas, como aleaciones de Ti, en particular, aleaciones Ti/Nb, TiAl y TiAl Nb, así como Co-Ti-B Mg + SiC, carburo de boro, Al_{2}O_{3} o aleaciones AlPb, con alta capacidad de acumulación de calor, que no pueden fabricarse de forma metalúrgica por fusión - es decir, fabricar de forma continua piezas sinterizadas de material compuesto, o de berilio, piezas de magnesio, etc. Por ejemplo, son composiciones típicas: aluminio con Si, Mg, Cu, Zn y, dado el caso, Fe, por ejemplo, con 10-40% de Si, Mg: 0-3%, Cu: 0-5%, Zn e Fe 0-7%, así como otras aleaciones de metales livianos, como aquéllas de magnesio, calcio, berilio, etc. En piezas sinterizadas de aluminio se ofrecen, entre otros: AlSi, AlSiCu, materiales sinterizados de aluminio: AlCuMg, con AlCu: 3,8-4,4, Mg: 0,5-1,0; AlMgSi con AlSi: 0,4-0,8, Mg: 0,5-1,0, AlZnMgCu: 0,05-0,6, Cu: 0,25-1,6, Mg: 0,1-1,5, Zn: 1,5-8,0, AlSi, con más de 7% de Si. En particular, la invención se refiere a piezas sinterizadas de metales livianos de aleaciones metálicas difícilmente desvirutables. También pueden fabricarse aleaciones hipereutécticas, haciéndose evidentes al experto otras ventajas debido a sus conocimientos de la materia.

Como ventajas de las piezas sinterizadas fabricadas conforme a la invención, entre otras, pueden nombrarse: tamaños de partículas finísimos y uniformes de portadores de desgaste, una distribución de los portadores de desgaste notablemente más fina, no hay licuaciones ni desmezclados, las trabazones son completamente homogéneas, así como la exactitud de medidas es sumamente alta, las deformaciones que ocurren en la sinterización en caliente, no se presentan en el procedimiento conforme a la invención y así se fabrican piezas con medida muy justa. Las partículas de polvo iniciales, después del procedimiento conforme a la invención ya no son reconocibles con el microscopio, mientras que la estructura muy fina de las partículas de la trabazón además presenta una deformación alargada, lo que también mejora de forma mecánica la resistencia del material compuesto sinterizado. Finalmente, las piezas sinterizadas conforme a la invención se destacan por una extensión al menos en un 150% mayor que la de las mismas composiciones de material, que están fabricadas mediante forjadura de polvo, sinterización o
vertido.

La adición de portadores de desgaste en el procesamiento es típica. Puede lograrse un tamaño finísimo y uniforme de las partículas de los portadores de desgaste y una distribución notablemente más fina de los mismos, en comparación con otros procedimientos. No se producen licuaciones ni desmezclados y se mantiene en forma de una trabazón homogénea. Se trata de un procedimiento sumamente sencillo para la fabricación de elementos de construcción de metal sinterizado altamente resistentes al desgaste, con una exactitud de medida sumamente alta. También pueden fabricarse aleaciones hipereutécticas.

Por la adición por sinterización de fibras como fibras de cerámica, fibras de carbono o fibras de sustancia endurecida se obtienen: mayores resistencias, aumento de la resistencia a la tracción, aumento del límite de estricción, aumento del módulo de elasticidad, mejor resistencia al calor y mejor resistencia a la fluencia, una reducción del coeficiente de dilatación térmica. Son típicos como portadores de desgaste o sustancias endurecidas: partículas de SiC, AlN, BN, TiB_{2}, carburo de boro, SiO_{2}, WC; fibras, como fibras de carbono, fibras metálicas, fibras de cerámica o de
vidrio.

Las fases metálicas apropiadas pueden estar seleccionadas entre aluminio, titanio, cobre, berilio, magnesio, calcio, níquel, litio, cromo, molibdeno, tungsteno, bronces, niobio, plomo, cinc y cobalto.

También es posible llevar a cabo la sinterización continua isostática a presión a temperaturas de hasta aproximadamente el 70% del punto de fusión del componente principal de la mezcla inicial de polvo metálico, bajo un gas inerte como un gas noble, nitrógeno, dióxido de carbono, en el caso de que se sintericen materiales fácilmente oxidables como Mg, a temperaturas de hasta el 70% del punto de fusión del componente principal.

Mediante el procedimiento también puede sinterizarse un material compuesto (preferentemente piezas prensadas a partir de polvo) que contiene varias zonas de composición diferente, es decir, una pieza sinterizada con capas, anillos, franjas, etc. Esto puede ser interesante, por ejemplo, si como material externo se necesita una capa dura, por ejemplo, para discos separadores o similares, pero como material interno se desea un material más económico, más dúctil y más elástico. Hasta ahora, tales piezas se debían fabricar de forma separada y luego unirlas, el procedimiento conforme a la invención posibilita la fabricación en un paso, mediante el prensado continuo isostático en conjunto, por lo que entonces se unen varios materiales mediante sinterización. De la misma manera, pueden fabricarse piezas sinterizadas con un borde duro cortante a partir de otra composición de material que otras zonas.

Otros objetivos, características y ventajas resultan de la observación de la siguiente descripción y de las reivindicaciones, en conjunto con los dibujos adjuntos. Para una comprensión más completa de la naturaleza y de los objetivos de la invención, se hace referencia a las figuras de las que:

La figura 1 muestra una representación esquemática de los pasos de procedimiento en comparación con prensas tradicionales para polvos metálicos de aleación de aluminio-silicio;

La figura 2 muestra una toma de imagen microscópica de esmeriles de cuerpos sólidos de la aleación AlSi14%, fabricada mediante vertido metalúrgico por fusión, mediante el procedimiento conforme a la invención y mediante sinterización tradicional.

La figura 3 muestra un ensayo a presión en caliente de piezas conforme a la invención.

La figura 4 muestra curvas de coeficientes de fricción de AlSi14% frente a 100 Cr6, de piezas fabricadas mediante el procedimiento conforme a la invención y mediante sinterización.

La figura 5 muestra de forma esquemática productos sinterizados, con fracciones no homogéneas.

La figura 6 muestra un transcurso esquemático del procedimiento de la fabricación de productos sinterizados, con fracciones no homogéneas.

A continuación, se describe una realización preferida de la invención mediante la fabricación de piezas moldeadas de AlSi14%, que hasta ahora usualmente se sinterizan en caliente, pero que no limita en absoluto la invención a este uso - mediante este procedimiento también puede procesarse otro polvo metálico sinterizable como Ti, Ta, Mg, Be, Cs, Cu.

En la figura 1 está representado de forma esquemática el transcurso del procedimiento conforme a la enseñanza de la invención. Como se muestra, el procedimiento comprende la fabricación de una pieza sinterizada de forma continua que se forma mediante el prensado isostático continuo de una mezcla de material sinterizable sin agentes anti-fricción, en un molde de sinterización cerrado mediante una matriz.

Ejemplos de realización Ejemplo 1 Fabricación de discos sinterizados de AlSi14%

Se mezcla íntimamente el material de partida, que aquí es una mezcla de polvo de aluminio con 13% de polvo de silicio, que no funde de manera homogénea (AlSi sólo funde de manera homogénea en el intervalo de 5-7%) y luego se transfiere a una prensa de polvo para la fabricación de bulones a partir de polvo, de contorno no cercano al contorno final. Allí es prensado en frío a presión alta para formar una pieza en verde en forma de bulón. Se transfiere la pieza en verde en forma de bulón a una instalación de sinterización continua isostática que aquí es una extrusora y se prensa con sinterización mediante la matriz. La pieza sinterizada de AlSi14 sale de la matriz a temperaturas de hasta el 70% del punto de fusión del componente principal, como perfil continuo sinterizado, cuyo contorno externo se encuentra en una forma cercana a la forma final. Ahora se separa el perfil sinterizado de forma continua, quedando del tamaño correspondiente a la altura deseada del disco y durante 30 min se tratan en caliente los discos de material, a 250ºC. Entonces se calibran los discos sinterizados provenientes del tratamiento en caliente, en una prensa de calibración, con una fuerza de 150 KN, es decir, se logra la forma definitiva, de tolerancia muy restringida, en cuanto a la medida. Las piezas sinterizadas así fabricadas, en contraste con las piezas prensadas de forma isostática en caliente de manera tradicional, de la misma composición, ya no necesitan ser des-encapsuladas y presentan un comportamiento de flujo suficiente para la calibración. Pueden usarse entonces como piezas terminadas sin más tratamiento
posterior.

Ejemplo 2

(Ejemplo comparativo)

Como productos comparativos, se fabricaron piezas sinterizadas de AlSi14% de forma tradicional, mediante sinterización, prensando una pieza en verde de polvo de aluminio con 14% en peso de silicio Si, con coadyuvante de prensado Cera C de Hoechst, formando un disco, luego se trató este disco en un paso de tratamiento en caliente, durante 20 min, a 410ºC, luego en la estufa para sinterizar, se sinterizó durante 30 min, a 590ºC y a continuación, se trató nuevamente en caliente durante 240 min, a 400ºC.

En la figura 2 se muestra una comparación de las micro-estructuras de los discos de aluminio sinterizado de AlSi14, fabricados mediante sinterización en caliente tradicional, conforme al ensayo comparativo, y mediante el prensado isostático conforme a la invención. Se demuestra claramente que la pieza fabricada conforme a la invención presenta un tamaño de partículas menor y menos ámbitos desmezclados, es decir, la pieza sinterizada conforme a la invención es más homogénea en sus propiedades.

En la figura 3 se muestran curvas de coeficientes de fricción de cuerpos moldeados de AlSi14% prensados de forma isostática en caliente y de cuerpos moldeados de AlSi14% conforme a la invención, sinterizados de forma continua isostática a presión, frente a 100Cr6.

Se reconoce claramente que el material sinterizado de forma isostática a presión primero presenta una mayor aspereza de superficie, que, sin embargo, es alisada rápidamente, de manera que el coeficiente de fricción en el transcurso posterior del ensayo de fricción, en el caso del material sinterizado de forma isostática a presión es más bajo que en el caso del producto prensado de forma isostática en caliente. Esto demuestra una mayor ductilidad del material sinterizado de forma isostática a presión.

TABLA 1 Intervalos de datos característicos de material para AlSi14% (a temperatura ambiente, si no se indica de otra manera)

1

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En la tabla 1 se ve claramente que los cuerpos sinterizados fabricados mediante el procedimiento conforme a la invención presentan una dispersión menor, es decir, pueden ajustarse más exactamente y de esta manera también proveen menos piezas falladas. Las piezas sinterizadas son más homogéneas y también más extensibles, por lo que presentan un comportamiento elástico mejorado, como se exige en particular en el caso de piezas sometidas a esfuerzo mecánico, como ruedas de cadena contra cadenas de acero, rotor y estator en un sistema de ajuste de árboles de levas o piezas de bombas de aceite, piezas de cojinetes, ruedas de bombas, etc.

Finalmente, se realizó un ensayo a presión en caliente con la pieza sinterizada de forma isostática a presión. Se demostró que después de almacenar las muestras fabricadas a partir de AlSi14 durante 500 y 1000 h al aire a 150ºC, prácticamente no se produce ninguna alteración de la resistencia a la presión en caliente, de la extensión a presión o del límite de estricción a presión. (Tabla 1).

De la tabla 1 resulta que la resistencia de la pieza de AlSi14% conforme a la invención, sinterizada de forma continua isostática es notablemente mejor que la de la pieza prensada de forma isostática en caliente.

En la figura 5 se muestra el resultado de la fabricación de piezas sinterizadas conforme a la invención con diferentes zonas de material- aquí, en la figura 5a se muestra una pieza sinterizada redonda cortada, con una capa externa diferente, en la figura 5b se muestra una pieza sinterizada angulosa de dos capas; en la figura 5c se muestra una pieza sinterizada en forma de tubo con diferentes capas; en la figura 5d se muestra una distribución en forma de franjas en piezas sinterizadas. Por tanto, es posible una unión de diferentes materiales sinterizados de forma simultánea con la fabricación de la pieza sinterizada - por ejemplo, así puede evitarse un paso separado de procedimiento para la aplicación de una capa externa reforzada con sustancias endurecidas, mediante una sinterización en conjunto,
etc.

Ejemplo 3 Fabricación de un disco de material sinterizado con material externo duro y material interno fácilmente procesable

Se mezclan íntimamente una mezcla en polvo de aleación en polvo de AlMg1 y 2% de polvo de silicio, para la mezcla del material interno y una mezcla en polvo de polvo de aluminio con 40% de SiC, para el material externo, y se prensa en un molde de prensado dividido que fabrica un bulón correspondiente a partir de polvo con AlSi como núcleo y AlSiC como cubierta. Se introduce este bulón a partir de polvo en una prensa continua isostática con una matriz redonda y se procesa a alta presión a temperaturas de hasta el 70% del punto de fusión del componente principal, para formar un perfil sinterizado continuo redondo. El perfil sinterizado así fabricado es cortado en discos de 15 mm de altura, mediante un chorro de agua. Estos discos son apropiados para ruedas de bombas para bombas de aceite y de agua, que presentan una zona interna fácilmente procesable para introducir perforaciones, mientras que el ámbito externo con la fase de pieza dura de SiC es resistente a la abrasión.

Claims

1. Pieza de metal sinterizado con distribución homogénea de componentes que no funden de manera homogénea, esencialmente a partir de mezclas de metales no ferrosos en polvo, que funden de manera no homogénea, que pueden fabricarse mediante:

la fabricación de una pieza prensada a partir de polvo, no sinterizada,

la sinterización continua isostática a presión, de la pieza prensada a partir de polvo, hasta densidades que esencialmente corresponden a la densidad de un cuerpo sólido prensado de forma isostática en caliente, de la misma composición, mediante una matriz abierta por dos lados, en condiciones que evitan la aparición de una fase líquida en el polvo, a temperaturas de hasta el 70% del punto de fusión del metal; preferentemente, de hasta el 60% de la temperatura de fusión del metal, formando un perfil sinterizado que esencialmente posee el contorno final.

2. Pieza de metal sinterizado según la reivindicación 1, caracterizada además por el tratamiento mecánico del perfil sinterizado, como la separación en piezas de la longitud o de la altura del producto, fabricando así productos sinterizados.

3. Pieza de metal sinterizado según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada por el tratamiento en caliente de los productos sinterizados brutos.

4. Pieza de metal sinterizado según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque presenta una extensión al menos en aproximadamente 150% mayor, preferentemente, en aproximadamente 120% mayor que piezas sinterizadas en caliente.

5. Piezas de metal sinterizado según la reivindicación 1, caracterizadas porque la mezcla de partida del polvo de material que se ha de sinterizar esencialmente presenta metales y aleaciones metálicas, así como cantidades menores de componentes de aleación, sustancias endurecidas, portadores de desgaste, fibras.

6. Piezas de metal sinterizado según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizadas porque al menos un metal está seleccionado entre Al, Ti, Cu, Mg, Be, Ni, Cr, Mo, W, bronces, Nb, Pb, Co, Zn.

7. Pieza de metal sinterizado según la reivindicación 6, caracterizada porque se lleva a cabo la sinterización continua a presión bajo un gas inerte como un gas noble, nitrógeno, dióxido de carbono.

8. Pieza de metal sinterizado según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la pieza prensada usada como material de partida del prensado continuo isostático en frío presenta zonas de diferente composición de material.

9. Pieza de metal sinterizado según la reivindicación 8, caracterizada porque presenta zonas definidas de composición diferente, como capas, franjas, formas cerradas redondas, polígonos.

10. Procedimiento para la fabricación de piezas de metal sinterizado con contorno cercano al contorno final, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por: la fabricación de una pieza prensada a partir de polvo, la sinterización isostática continua de la misma, mediante una matriz abierta por dos lados, para obtener un perfil sinterizado, hasta densidades que corresponden a la densidad del cuerpo sólido, en condiciones que evitan la aparición de una fase líquida, a temperaturas de hasta el 70% del punto de fusión del metal, dado el caso, la separación del perfil sinterizado en productos sinterizados, dado el caso, el tratamiento en caliente de los productos sinterizados o del perfil sinterizado y, dado el caso, el tratamiento posterior de los mismos.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque el tratamiento posterior presenta la calibración en una prensa de calibración.