ES2244838T3 - SINTERIZABLE DUST MIXTURE FOR THE PRODUCTION OF SINTERED COMPONENTS. - Google Patents
SINTERIZABLE DUST MIXTURE FOR THE PRODUCTION OF SINTERED COMPONENTS.Info
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Abstract
Description
Mezcla de polvos sinterizable para la producción de componentes sinterizados.Mixing sinter powder for production of sintered components.
La presente invención se refiere a una mezcla de polvos sinterizable para la producción de componentes sinterizados, particularmente para la construcción automovilística, sobre la base de un polvo de Al, así como a componentes sinterizados producidos a partir de dicha mezcla y a un procedimiento para producir componentes de este tipo.The present invention relates to a mixture of sinter powders for the production of sintered components, particularly for automobile construction, based of an Al powder, as well as sintered components produced at from said mixture and to a process to produce components of this type.
Por sus propiedades particulares, el aluminio constituye una materia prima preferida, particularmente en las industrias aerospacial y automovilística. Los componentes producidos a partir de aluminio o de materias primas que contienen aluminio son considerablemente más ligeros que los componentes habituales, por ejemplo producidos a partir de fundición de hierro. Gracias a la disminución del peso se alcanza, por ejemplo en los automóviles, un aumento del rendimiento, así como una reducción del consumo de combustible y una mejora de los valores de gases de escape.For its particular properties, aluminum it constitutes a preferred raw material, particularly in aerospace and automobile industries. The components produced from aluminum or raw materials containing aluminum are considerably lighter than the components usual, for example produced from cast iron. Thanks to the decrease in weight is achieved, for example in cars, an increase in performance, as well as a reduction in fuel consumption and an improvement in the gas values of escape.
Como consecuencia de la conveniencia de reducir el peso en los automóviles, en el sector de la automoción existe una necesidad creciente de aplicaciones para el aluminio. Por ejemplo, en la construcción de motores y transmisiones se reemplazan pieza por pieza las piezas de acero o de fundición empleadas hasta el momento por otras de aluminio o fabricadas con utilización de aluminio. Debido a que la combinación de piezas de acero o fundición con otras de aluminio produce problemas a causa del distinto comportamiento físico de los materiales, resulta conveniente remplazar el máximo número de componentes "clásicos" de acero o fundición por otros producidos con utilización de aluminio, ya que así se evitan los problemas debidos a las diferencias entre los materiales utilizados en lo que se refiere a sus coeficientes de dilatación térmica, su conductividad térmica, sus propiedades elásticas, etc. Además, mediante la utilización de componentes ajustados entre sí, los cuales se han fabricado utilizando aluminio, se alcanzan particularmente mayores rendimientos.As a consequence of the convenience of reducing the weight in cars, in the automotive sector there is a growing need for applications for aluminum. By For example, in the construction of engines and transmissions, replace piece by piece steel or cast iron parts used so far by other aluminum or manufactured with use of aluminum. Because the combination of pieces of steel or cast with other aluminum causes problems because of the different physical behavior of the materials, it results convenient to replace the maximum number of components "classics" of steel or cast iron by others produced with use of aluminum, as this avoids the problems due to the differences between the materials used in what refers to its thermal expansion coefficients, its conductivity thermal, its elastic properties, etc. In addition, through the use of components adjusted to each other, which have been made using aluminum, they are particularly higher yields
Como particularmente muchos componentes de motor, de embrague y de transmisión se producen por pulvimetalurgia, existe un gran interés en producir mezclas de polvos y proporcionar procedimientos mediante los cuales puedan fabricarse componentes de aluminio por pulvimetalurgia. En la producción pulvimetalúrgica de componentes con utilización de aluminio resulta particularmente desventajoso que el aluminio y sus aleaciones tienden a cubrirse, en contacto con el aire, de un óxido metálico extremadamente estable. Como consecuencia de ello, aumenta particularmente la superficie específica. Por culpa de las capas de óxido presentes sobre el material con contenido en aluminio utilizado, se dificulta la difusión, necesaria para la sinterización, de las partículas de material pulverulento utilizado. Además, los componentes producidos a partir de materias primas con contenido en aluminio presentan, en comparación con los producidos a partir de acero o fundición, unos valores menores de resistencia mecánica, y particularmente una dureza menor. Además, las capas de óxido presentes sobre la materia prima con contenido en aluminio dificultan el ensamblamiento en frío de las partículas entre sí durante el procedimiento habitual de compresión.As particularly many engine components, of clutch and transmission are produced by powder metallurgy, there is a great interest in producing powder mixtures and providing procedures by which components of aluminum by powder metallurgy. In powder metallurgical production of components with aluminum use is particularly disadvantageous that aluminum and its alloys tend to be covered, in contact with the air, of an extremely metallic oxide stable. As a result, the increase in specific surface Because of the oxide layers present on the material with aluminum content used, it is difficult the diffusion, necessary for sintering, of the particles of powdery material used. In addition, the components produced from raw materials with aluminum content present, in comparison with those produced from steel or cast iron, about lower values of mechanical strength, and particularly a less hardness In addition, the oxide layers present on the matter premium with aluminum content make cold assembly difficult of the particles with each other during the usual procedure of compression.
Por ello, existe una necesidad de mezclas de polvo sinterizables que puedan procesarse bien por pulvimetalurgia y a partir de las cuales puedan producirse componentes con buenos valores de resistencia mecánica y un dureza elevada. Además, existe una necesidad de procedimientos pulvimetalúrgicos para el procesamiento de este tipo de mezclas de polvo sinterizables con contenido en aluminio.Therefore, there is a need for mixtures of sintering powder that can be processed well by powder metallurgy and from which components can be produced with good values of mechanical resistance and high hardness. In addition, there is a need for powder metallurgical procedures for Processing of this type of sintered powder mixtures with aluminum content
Por ello, el objetivo de la presente invención consiste en proporcionar una mezcla de polvos y componentes producidos a partir de la misma, así como los procedimientos correspondientes, que no adolezcan de los inconvenientes anteriormente mencionados.Therefore, the objective of the present invention is to provide a mixture of powders and components produced from it, as well as the procedures corresponding, that do not suffer from the inconveniences previously mentioned.
Este objetivo se alcanza, según la invención, mediante una mezcla de polvos sinterizable para la producción de componentes sinterizados, particularmente para la construcción automovilística, que comprende entre un 60 y un 98,5% en peso, referido a la cantidad total de mezcla de polvos, y preferentemente entre un 75 y un 92% en peso, de un polvo a base de Al constituido por metales y/o sus aleaciones, el cual comprende Al y, dado el caso, contenidos de, por lo menos, uno de los siguientes metales: 0,2 a 30% en peso de Mg, 0,2 a 40% en peso de Si, 0,2 a 15% en peso de Cu, 0,2 a 15% en peso de Zn, 0,2 a 15% en peso de Ti, 0,2 a 10% en peso de Sn, 0,2 a 5% en peso de Mn, 0,2 a 10% en peso de Ni y/o menos de un 1% en peso de As, Sb, Co, Be, Pb y/o B, refiriéndose los respectivos porcentajes en peso a la cantidad total de polvo a base de Al; y de 0,8 a 40% en peso, referido a la cantidad total de mezcla de polvos, y preferentemente de 8 a 15% en peso, de un polvo metálico seleccionado de entre un primer grupo de metales y/o sus aleaciones constituido por Mo y/o W, así como, dado el caso, de entre un segundo grupo de metales y/o sus aleaciones constituido por Cu, Sn, Zn, Li y/o Mg.This objective is achieved, according to the invention, by a mixture of sintered powders for the production of sintered components, particularly for construction automotive, which comprises between 60 and 98.5% by weight, referred to the total amount of powder mixture, and preferably between 75 and 92% by weight, of a powder based on Al constituted by metals and / or their alloys, which includes Al and, given the case, contents of at least one of the following metals: 0.2 to 30% by weight of Mg, 0.2 to 40% by weight of Si, 0.2 to 15% by weight of Cu, 0.2 to 15% by weight of Zn, 0.2 to 15% by weight of Ti, 0.2 to 10% by weight of Sn, 0.2 to 5% by weight of Mn, 0.2 to 10% by weight of Ni and / or less than 1% by weight of As, Sb, Co, Be, Pb and / or B, referring the respective percentages by weight to the total amount of powder a Al base; and from 0.8 to 40% by weight, based on the total amount of mixture of powders, and preferably 8 to 15% by weight, of a powder metallic selected from a first group of metals and / or their alloys consisting of Mo and / or W, as well as, where appropriate, of between a second group of metals and / or their alloys constituted by Cu, Sn, Zn, Li and / or Mg.
Mediante la adición del primer grupo de metales y/o sus aleaciones, constituido por Mo y/o W, con esta mezcla de polvos pueden producirse componentes pulvimetalúrgicos que presentan una dureza muy elevada. Los valores de dureza para componentes producidos con un polvo seleccionado de entre el primer grupo de metales y/o sus aleaciones aumentan, en comparación con los producidos sin la adición de este primer grupo de metales y/o sus aleaciones, entre un 5 y un 35%, preferentemente entre un 10 y un 25%. Gracias a la adición del primer grupo de metales y/o sus aleaciones a un polvo a base de Al, se mejora particularmente el ensamblamiento en frío de las partículas entre sí provocado por el procedimiento de compresión, y particularmente por el reprensado. Con ello, finalmente, se mejora también la difusión de las partículas individuales durante el procedimiento individual de sinterización, con lo que se obtienen componentes con valores de resistencia mecánica más elevados y una dureza mayor.By adding the first group of metals and / or its alloys, consisting of Mo and / or W, with this mixture of powders can be produced powder metallurgical components that They have a very high hardness. The hardness values for components produced with a powder selected from the first group of metals and / or their alloys increase, compared to those produced without the addition of this first group of metals and / or its alloys, between 5 and 35%, preferably between 10 and 25% Thanks to the addition of the first group of metals and / or their Alloys to a powder based on Al, the cold assembly of the particles to each other caused by the compression procedure, and particularly by pressing. With this, finally, the dissemination of the individual particles during the individual procedure of sintering, whereby components with values of Higher mechanical strength and greater hardness.
Ventajosamente, la mezcla de polvos sinterizable comprende además el anteriormente mencionado segundo grupo de metales y/o sus aleaciones constituido por Cu, Sn, Zn, Li y/o Mg. Se supone que la adición del segundo grupo anteriormente mencionado de metales y/o sus aleaciones provoca que, particularmente ya durante el procedimiento de compresión, y particularmente durante el reprensado, se constituya con el polvo a base de aluminio una aleación y/o una fase intermetálica. De este modo, se impide la formación de capas de óxido sobre la superficie del polvo a base de Al utilizado. Adicionalmente, durante el procedimiento propiamente de sinterización, el segundo grupo de metales y/o sus aleaciones pasa, como mínimo parcialmente, a un estado como mínimo parcialmente líquido a la temperatura de sinterización, con lo que se mejora la unión particularmente del primer grupo de metales y/o sus aleaciones al polvo a base de aluminio.Advantageously, the sintering powder mixture it also comprises the aforementioned second group of metals and / or their alloys consisting of Cu, Sn, Zn, Li and / or Mg. It is assumed that the addition of the second group mentioned above of metals and / or their alloys causes that, particularly already during the compression procedure, and particularly during the pressed one, is constituted with the aluminum-based powder a alloy and / or an intermetallic phase. In this way, the formation of oxide layers on the surface of the powder based on To used. Additionally, during the procedure itself of sintering, the second group of metals and / or their alloys passes, at least partially, to a state at least partially liquid at the sintering temperature, thereby the bonding of the first group of metals and / or is improved particularly its aluminum-based powder alloys.
Preferentemente, la relación entre la cantidad del primer grupo de metales y/o sus aleaciones y la cantidad del segundo grupo en la mezcla de polvos se encuentra en un intervalo comprendido entre 1:8 y 15:1 partes en peso. Preferentemente, esta relación se encuentra en un intervalo comprendido entre 2:1 y 6:1 partes en peso. Con estas relaciones de mezcla se consigue una unión máxima de los metales y/o sus aleaciones del primer grupo al polvo a base de Al. De este modo, con la mezcla de polvos pueden obtenerse componentes con una dureza elevada.Preferably, the ratio between the quantity of the first group of metals and / or their alloys and the amount of second group in the powder mixture is in a range between 1: 8 and 15: 1 parts by weight. Preferably, this ratio is in a range between 2: 1 and 6: 1 parts by weight. With these mixing relationships a union is achieved maximum of metals and / or their alloys of the first group to dust based on Al. Thus, with the powder mixture they can Obtain components with a high hardness.
En otra configuración ventajosa de la invención, el polvo a base de Al presenta, además de Al, de 0,2 a 15% en peso de Mg, de 0,2 a 16% en peso de Si, de 0,2 a 10% en peso de Cu y/o de 0,2 a 15% en peso de Zn, referidos respectivamente a la cantidad total de polvo a base de Al. Preferentemente, el segundo grupo de metales y/o sus aleaciones presenta además Cu, Zn y/o Sn.In another advantageous configuration of the invention, Al-based powder has, in addition to Al, 0.2 to 15% by weight Mg, 0.2 to 16% by weight Si, 0.2 to 10% by weight Cu and / or from 0.2 to 15% by weight of Zn, referred respectively to the amount total powder based on Al. Preferably, the second group of metals and / or their alloys also have Cu, Zn and / or Sn.
Preferentemente, la mezcla de polvos sinterizable comprende agente lubricante en una cantidad comprendida entre el 0,2 y el 5% en peso, referido a la cantidad total de la mezcla de polvo. Como agentes lubricantes pueden preverse, por un lado, unos agentes autolubricantes, como por ejemplo MoS_{2}, WS_{2}, BN, MnS así como grafito y/u otras modificaciones de hidrocarburos como coque, grafito polarizado o similares. Preferentemente, se añaden de 1 a 3% en peso de agente lubricante a la mezcla de polvos sinterizable. Gracias a la utilización de los agentes lubricantes mencionados pueden conferirse propiedades autolubricantes a los componentes producidos a partir de la mezcla de polvos sinterizable.Preferably, the sintering powder mixture comprises lubricating agent in an amount between the 0.2 and 5% by weight, based on the total amount of the mixture of powder. As lubricants can be provided, on the one hand, some self-lubricating agents, such as MoS_ {2}, WS_ {2}, BN, MnS as well as graphite and / or other hydrocarbon modifications such as coke, polarized graphite or the like. Preferably, they are added 1 to 3% by weight of lubricating agent to the powder mixture sintered Thanks to the use of lubricating agents mentioned, self-lubricating properties can be conferred on components produced from the powder mixture sintered
La mezcla de polvos sinterizable puede además comprender agentes aglutinantes y/o agentes de desmoldeo. Estos se seleccionan preferentemente de entre un grupo que comprende el acetato de polivinilo, ceras, particularmente ceras amídicas como la etilenbisestearoilamida, goma laca, polialquilenóxidos y/o poliglicoles. Los polialquilenóxidos y/o los poliglicoles se utilizan preferentemente como polímeros y/o copolímeros con pesos moleculares promedio dentro de un intervalo comprendido entre 100 y 500.000 g/mol, preferentemente entre 1.000 y 3.500 g/mol, más preferentemente entre 3.000 y 6.500 g/mol. Los agentes se introducen preferentemente en una cantidad dentro de un intervalo comprendido aproximadamente entre 0,01 y 12% en peso, preferentemente en un intervalo comprendido entre 0,5 y 5% en peso, y más preferentemente entre 0,6 y 1,8% en peso, referidos respectivamente a la cantidad total de mezcla de polvos. Los agentes aglutinantes y/o de desmoldeo facilitan también la extracción del componente producido a partir de la mezcla de polvos sinterizable de su molde de prensado.The sinter powder mixture can also comprise binding agents and / or release agents. These will preferably selected from a group comprising the polyvinyl acetate, waxes, particularly amide waxes such as ethylenebisestearoylamide, shellac, polyalkylene oxides and / or polyglycols The polyalkylene oxides and / or the polyglycols are preferably used as polymers and / or copolymers with weights molecular molecules within a range between 100 and 500,000 g / mol, preferably between 1,000 and 3,500 g / mol, more preferably between 3,000 and 6,500 g / mol. The agents are preferably introduced in an amount within a range between approximately 0.01 and 12% by weight, preferably in a range between 0.5 and 5% by weight, and more preferably between 0.6 and 1.8% by weight, referred respectively to the total amount of powder mixture. The binder and / or release agents also facilitate the extraction of the component produced from the powder mixture Sintering of its pressing mold.
La mezcla de polvos puede producirse mezclando los componentes individuales con los instrumentos habituales, como mezcladores de movimiento asimétrico, tanto a temperaturas elevadas (mezcla en caliente) como a temperatura ambiente (mezcla en frío), siendo preferente la mezcla en caliente.Powder mixing can be produced by mixing the individual components with the usual instruments, such as asymmetric motion mixers, both at elevated temperatures (hot mix) as at room temperature (cold mix), hot mixing being preferred.
Además, la presente invención se refiere a un componente sinterizado producido según el procedimiento según la invención. Este tipo de componentes sinterizados según la invención presentan valores de resistencia mecánica y durezas significativamente superiores a los producidos por procedimientos habituales. Preferentemente, los componentes sinterizados según la invención presentan una resistencia a la tracción de, como mínimo, 140 N/mm^{2}, medida según la norma DIN EN 10002-1. Más preferentemente, la resistencia a la tracción es mayor de 200 N/mm^{2}, y más preferentemente mayor de 300 N/mm^{2}. Ventajosamente, los componentes sinterizados según la invención presentan un módulo de elasticidad de, como mínimo, 70 kN/mm^{2}, medido según la norma DIN EN 10002-1, el cual es más preferentemente superior a 80 kN/mm^{2}.In addition, the present invention relates to a sintered component produced according to the procedure according to the invention. This type of sintered components according to the invention have mechanical strength and hardness values significantly higher than those produced by procedures usual. Preferably, the sintered components according to the invention have a tensile strength of at least 140 N / mm2, measured according to DIN EN 10002-1 More preferably, resistance to tensile is greater than 200 N / mm2, and more preferably greater than 300 N / mm2. Advantageously, the sintered components according to The invention has an elastic modulus of at least 70 kN / mm2, measured according to DIN EN 10002-1, which is more preferably greater than 80 kN / mm 2.
En una forma de realización más preferente de la invención, los componentes sinterizados según la invención presentan una dureza (HB 2,5/62,5 kg) de, por lo menos, 100, medida según la norma DIN EN 24498-1. Más preferentemente, la dureza es mayor de 110, y aún más preferentemente mayor de 125.In a more preferred embodiment of the invention, the sintered components according to the invention have a hardness (HB 2.5 / 62.5 kg) of at least 100, measured according to DIN EN 24498-1. More preferably, the hardness is greater than 110, and even more preferably greater than 125.
En otra configuración ventajosa, el componente sinterizado según la invención se conforma como una rueda dentada, una rueda de bomba, particularmente una rueda de bomba de aceite, y/o una biela y/o un juego de rotor.In another advantageous configuration, the component Sintered according to the invention is shaped like a cogwheel, a pump wheel, particularly an oil pump wheel, and / or a connecting rod and / or a rotor set.
Por componentes sinterizados en el sentido de la presente invención se entienden componentes producidos completamente a partir de un material sinterizable, aunque también se entienden componentes cuyo cuerpo de base, por ejemplo, puede producirse a partir de una mezcla de polvos que contiene aluminio, y el cuerpo que se une posteriormente a dicho cuerpo de base puede producirse a partir de otro material, por ejemplo hierro o acero al crisol, sinterizado o macizo, o a partir de fundición de aluminio maciza. Por otro lado, el componente puede presentar, por ejemplo, tan sólo en sus caras frontales o en su superficie, una capa sinterizada de una mezcla de polvos que contiene aluminio, siendo el cuerpo de base, por ejemplo, de acero o fundición de hierro, sinterizado o macizo. Los componentes sinterizados pueden ser calibrados y/o endurecidos en caliente.By sintered components in the sense of present invention are understood as fully produced components from a sinter material, although they are also understood components whose base body, for example, can be produced at from a mixture of powders containing aluminum, and the body which subsequently joins said base body can occur at from another material, for example iron or crucible steel, sintered or solid, or from solid cast aluminum. On the other hand, the component can present, for example, only on its front faces or on its surface, a sintered layer of a mixture of powders containing aluminum, being the body of base, for example, of steel or cast iron, sintered or solid. Sintered components can be calibrated and / or hot hardened.
Finalmente, la presente invención se refiere a un procedimiento para producir componentes sinterizados, también piezas compuestas, a partir de una mezcla de polvos según la invención, en el que:Finally, the present invention relates to a procedure to produce sintered components, also parts composed, from a mixture of powders according to the invention, in the one who:
- --
- en una primera etapa, se introduce la mezcla de polvos en un primer molde;in a first stage, the powder mixture is introduced in a first mold;
- --
- en una segunda etapa, la mezcla de polvos se comprime hasta obtener un compacto en verde;in a second stage, the powder mixture is compressed until a compact in green;
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- en una tercera etapa, el compacto en verde se reprensa, como mínimo parcialmente; yin a third stage, the green compact is reprinted at least partially; Y
- --
- en una cuarta etapa, el compacto en verde reprensado se sinteriza.in a fourth stage, the pressed green compact is sintered.
El procedimiento según la invención presenta la gran ventaja de que gracias a la elevada densidad, obtenida ya en la tercera etapa, antes de la etapa propiamente de sinterización pueden producirse unos componentes que presentan, por un lado, excelentes valores de resistencia mecánica y, por otro, densidades y durezas considerablemente elevadas. Particularmente, gracias al reprensado llevado a cabo según el procedimiento según la presente invención pueden acortarse considerablemente las etapas de procesamiento habituales posteriores a la etapa de sinterización, como el calibrado y/o el endurecimiento por templado en caliente, o dado el caso se eliminan por completo el procedimiento habitual de post-quemado o el procedimiento de calibrado. Gracias a este acortamiento del procedimiento completo se consigue un aumento de la productividad y, con ello, una ventaja desde el punto de vista económico.The method according to the invention presents the great advantage that thanks to the high density, already obtained in the third stage, before the actual sintering stage components can be produced that have, on the one hand, excellent mechanical strength values and, on the other, densities and considerably high hardnesses. Particularly, thanks to reprimed according to the procedure according to the present invention the steps of usual processing after the sintering stage, such as calibration and / or hot temper hardening, or if necessary, the usual procedure of Post-burned or calibration procedure. Thanks to this shortening of the complete procedure you get an increase in productivity and, with it, an advantage from the economic point of view
Gracias al reprensado de la tercera etapa del procedimiento según la invención, se consigue ventajosamente que las capas de óxido presentes en la superficie del material utilizado se rompan mecánicamente, con lo que se alcanza un mejor ensamblamiento en frío entre las partículas individuales de material en el procedimiento de prensado. Además, de este modo se mejora también la difusión entre las partículas individuales de material durante el procedimiento propiamente de sinterización. De esta forma pueden obtenerse componentes con valores de resistencia mecánica elevados y, particularmente, durezas más elevadas.Thanks to the reprinting of the third stage of process according to the invention, it is advantageously achieved that the oxide layers present on the surface of the material used are broken mechanically, which achieves a better cold assembly between individual material particles in the pressing procedure. In addition, this improves also diffusion between individual material particles during the actual sintering procedure. This form components with resistance values can be obtained high mechanics and, particularly, higher hardnesses.
El procedimiento de prensado llevado a cabo en la segunda y la tercera etapas del procedimiento según la invención puede realizarse a temperaturas elevadas, particularmente adicionando los agentes mencionados anteriormente, particularmente polietilenglicoles (prensado en caliente), aunque también a temperatura ambiente (prensado en frío) y también por compactación por vibración. En este caso, por compactación por vibración se entiende un procedimiento en el que durante el procedimiento de prensado se superpone, como mínimo temporalmente, una vibración, pudiendo iniciarse dicha vibración, por ejemplo, a través de, como mínimo, un punzón de moldeo. También resulta posible una combinación de los procedimientos de prensado anteriormente mencionados. Las mezclas de polvos a base de Al sinterizables pueden contener además componentes de elevado punto de fusión, tales como por ejemplo platino o similares. El polvo utilizado y el tamaño de partículas dependen de cada aplicación. Además, el material sinterizable puede estar constituido parcial o totalmente por fibras cortas o fibras, preferentemente fibras con diámetros comprendidos entre aproximadamente 0,1 y 250 \mum y una longitud de entre unos pocos \mum y unos milímetros, hasta unos 50 mm, como por ejemplo la tela metálica de fibras.The pressing procedure carried out in the second and third stages of the process according to the invention can be performed at elevated temperatures, particularly adding the agents mentioned above, particularly polyethylene glycols (hot pressed), but also to ambient temperature (cold pressed) and also by compaction by vibration In this case, by vibration compaction understands a procedure in which during the procedure of pressing overlaps, at least temporarily, a vibration, said vibration can start, for example, through, as minimum, a molding punch. It is also possible a combination of the pressing procedures above mentioned. Blends of sintered Al-based powders may also contain high melting point components, such as for example platinum or the like. The powder used and the Particle size depends on each application. In addition, the sinter material may be partially or totally constituted by short fibers or fibers, preferably fibers with diameters between about 0.1 and 250 µm and a length between a few \ mum and a few millimeters, up to about 50 mm, such as fiber wire cloth.
En caso de que se deseen producir componentes que, por ejemplo, presenten en la cara frontal de un cuerpo constituido por acero o fundición de hierro una capa sinterizada del material sinterizable, en la primera etapa del procedimiento según la invención se dispone, por ejemplo, mediante los métodos habituales, el material sinterizable sobre el cuerpo de base, aunque puede también preverse, por ejemplo, pulverizar el material en forma de polvos (Wet Powder Spraying: WPS). Para ello resulta necesario preparar una suspensión del material sinterizable. La suspensión necesaria para ello comprende preferentemente disolventes, agentes aglutinantes, estabilizadores y/o agentes dispersantes. Los disolventes particularmente preferidos se seleccionan de entre el grupo constituido por agua, metanol, etanol, isopropanol, terpeno, alquenos C_{2}-C_{5}, toluol, tricloroetileno, dietiléter y/o aldehídos y/o cetonas C_{1}-C_{6}. Son preferentes los disolventes vaporizables a temperaturas inferiores a los 100ºC. La cantidad de disolvente utilizada se encuentra en un intervalo aproximadamente entre 40 y 70% en peso, referido a la mezcla de polvos sinterizable utilizada, y preferentemente en un intervalo aproximadamente entre 50 y 65% en peso.In case you want to produce components that, for example, present on the front face of a body constituted by steel or cast iron a sintered layer of the sinter material, in the first stage of the procedure according to the invention it is arranged, for example, by the methods usual, the sinter material on the base body, although it can also be provided, for example, to spray the material in powder form (Wet Powder Spraying: WPS). This results it is necessary to prepare a suspension of sinterizable material. The suspension necessary for this preferably comprises solvents, binding agents, stabilizers and / or agents dispersants Particularly preferred solvents are selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, isopropanol, terpene, alkenes C 2 -C 5, toluol, trichlorethylene, diethyl ether and / or C 1 {C} {6} aldehydes and / or ketones. They are preferred vaporizable solvents at lower temperatures at 100 ° C. The amount of solvent used is in a range approximately between 40 and 70% by weight, based on the mixture of sinter powders used, and preferably in a range between 50 and 65% by weight.
El reprensado llevado a cabo en la tercera etapa (que puede designarse también prensado intermedio) puede realizarse mediante los procedimientos conocidos y habituales para el prensado de un compacto en verde. Así, por ejemplo, el compacto en verde prensado en la segunda etapa puede introducirse de nuevo en un molde matriz habitual y dentro del mismo reprensarse, como mínimo parcialmente, con el correspondiente punzón de moldeo. Preferentemente, las herramientas de reprensado pueden configurarse completa o parcialmente cónicas, de modo que puedan alcanzarse prensados particularmente elevados en determinadas zonas del compacto en verde determinadas con antelación.Repressing carried out in the third stage (which can also be designated intermediate pressing) can be performed by known and usual procedures for pressing of a compact in green. So, for example, the green compact pressing in the second stage can be introduced again in a usual matrix mold and within it to be repressed, at least partially, with the corresponding molding punch. Preferably, the repress tools can be configured completely or partially conical, so that they can be achieved particularly high presses in certain areas of the Compact in green determined in advance.
En una forma de realización preferida del procedimiento según la invención, antes de la tercera etapa se elimina la cera del compacto en verde en una etapa adicional. La eliminación de la cera se lleva a cabo preferentemente bajo nitrógeno, hidrógeno, aire y/o mezclas de los gases mencionados, y particularmente también con una alimentación precisa de aire. Además, la eliminación de cera puede llevarse a cabo con un gas endotérmico y/o un gas exotérmico, aunque también bajo vacío. La eliminación de cera puede llevarse a cabo preferentemente por superposición de microondas y/o ultrasonidos, o únicamente mediante microondas para el control de la temperatura. Finalmente, la eliminación de cera puede también llevarse a cabo mediante disolventes como alcohol o similares, o mediante dióxido de carbono supercrítico con o sin aplicación de temperatura, microondas o ultrasonidos, o mediante una combinación de los procedimientos mencionados.In a preferred embodiment of the procedure according to the invention, before the third stage removes the wax from the compact in green at an additional stage. The Wax removal is preferably carried out under nitrogen, hydrogen, air and / or mixtures of the gases mentioned, and particularly also with a precise air supply. In addition, wax removal can be carried out with a gas endothermic and / or an exothermic gas, but also under vacuum. The Wax removal can preferably be carried out by microwave and / or ultrasound overlay, or only by microwave for temperature control. Finally the wax removal can also be carried out by solvents such as alcohol or the like, or by carbon dioxide supercritical with or without application of temperature, microwave or ultrasound, or by a combination of procedures mentioned.
Ventajosamente, con el procedimiento según la invención, mediante el reprensado llevado a cabo en la tercera etapa se alcanza una densidad aproximadamente de un 2 a un 40%, preferentemente de un 5 a un 30%, y más preferentemente de un 15 a un 25%, superior a la densidad antes del reprensado.Advantageously, with the procedure according to the invention, by repressing carried out in the third stage a density of approximately 2 to 40% is reached, preferably from 5 to 30%, and more preferably from 15 to 25%, higher than the density before pressing.
Preferentemente, en la segunda etapa del procedimiento según la invención se comprimen compactos en verde hasta una densidad de salida dentro de un intervalo comprendido entre 2,1 y 2,5 g/cm^{3}, preferentemente entre 2,2 y 2,4 g/cm^{3}, más preferentemente entre 2,25 y 2,38 g/cm^{3}, medidas según la norma DIN ISO 2738.Preferably, in the second stage of the process according to the invention compact compresses in green up to an output density within a range between 2.1 and 2.5 g / cm3, preferably between 2.2 and 2.4 g / cm3, more preferably between 2.25 and 2.38 g / cm3, Measures according to DIN ISO 2738.
En otra forma de realización del procedimiento según la invención se pulveriza un molde con un agente de desmoldeo antes de introducir en él el compacto en verde, del que opcionalmente se ha eliminado la cera. También puede impregnarse el compacto en verde, del que se ha eliminado la cera, con agente de desmoldeo. Además, resulta particularmente ventajoso que el procedimiento de sinterización se lleve a cabo en la cuarta etapa bajo nitrógeno con un punto de rocío inferior a -40ºC, y preferentemente inferior a -50ºC. En este caso, la sinterización tiene lugar bajo nitrógeno puro. Además, la sinterización se lleva a cabo, para la correspondiente densidad y/o composición del compacto en verde, también bajo aire, hidrógeno, mezclas de nitrógeno e hidrógeno con o sin alimentación precisa de aire, un gas endotérmico, un gas exotérmico o bajo vacío, pudiéndose realizar la sinterización mediante superposición de microondas o mediante microondas para el control de la temperatura.In another embodiment of the procedure according to the invention a mold is sprayed with a mold release agent before introducing in it the compact in green, of which optionally the wax has been removed. You can also impregnate the compact in green, from which the wax has been removed, with agent demoulding In addition, it is particularly advantageous that the sintering procedure is carried out in the fourth stage low nitrogen with a dew point below -40 ° C, and preferably below -50 ° C. In this case, sintering It takes place under pure nitrogen. In addition, sintering leads to out, for the corresponding density and / or composition of the compact in green, also under air, hydrogen, nitrogen mixtures and hydrogen with or without precise air supply, a gas endothermic, an exothermic gas or under vacuum, being able to perform sintering by microwave overlay or by microwave for temperature control.
A la etapa de sinterización puede seguirle inmediatamente, de forma preferente, un tratamiento térmico necesario según el caso, particularmente un recocido de homogeneización. El tratamiento térmico puede llevarse a cabo en función de la composición química del componente obtenido. De forma alternativa o adicional al tratamiento térmico, el componente sinterizado puede enfriarse bruscamente tras alcanzar la temperatura de sinterización o de recocido de homogeneización preferentemente en agua o mediante un enfriamiento brusco con gas.The sintering stage can be followed immediately, preferably, a heat treatment as necessary, particularly an annealing of homogenization The heat treatment can be carried out in function of the chemical composition of the component obtained. So alternative or additional to heat treatment, the component sintered can cool sharply after reaching sintering temperature or homogenization annealing preferably in water or by abrupt cooling with gas.
Es posible llevar a cabo, antes o después de la sinterización, una compactación superficial adicional, o más generalmente: aplicar una tensión propia de compresión en zonas de la superficie, mediante chorros de arena o chorros de bolas de acero, rodillos o similares. También puede llevarse a cabo, antes o después del recocido de homogeneización, un calibrado. En este caso, el calibrado se realiza a temperatura ambiente o a temperatura elevada, hasta la temperatura de forja, incluso mediante la aplicación de hasta 900 N/mm^{2} de presión. Opcionalmente, el calibrado puede incluso llevarse a cabo por encima de la línea solidus, caso en el que el componente puede retirarse directamente del calor de sinterización.It is possible to carry out, before or after the sintering, additional surface compaction, or more generally: apply a compression tension in areas of the surface, by means of sand jets or ball jets of steel, rollers or the like. It can also be carried out before or after homogenization annealing, a calibration. In this case, Calibration is performed at room temperature or at temperature high, up to the forging temperature, even by means of application of up to 900 N / mm2 pressure. Optionally, the calibration can even be carried out above the line solidus, in which case the component can be removed directly of sintering heat.
Las herramientas de calibrado y/o forjado
utilizadas para el calibrado pueden configurarse completa o
parcialmente cónicas, de modo que puedan alcanzarse prensados
particularmente elevados en determinadas zonas del componente. La
temperatura de las herramientas de calibrado y/o forja puede diferir
en función del componente a tratar, y dado el caso puede mantenerse
en el intervalo isotérmico. Es posible llevar a cabo, antes o
después de un tratamiento térmico o del calibrado, una compactación
superficial, o una aplicación de una tensión propia de compresión
en la
superficie.The calibration and / or forging tools used for calibration can be configured completely or partially conical, so that particularly high presses can be achieved in certain areas of the component. The temperature of the calibration and / or forging tools may differ depending on the component to be treated, and if necessary it can be maintained in the isothermal range. It is possible to carry out, before or after a heat treatment or calibration, a surface compaction, or an application of a compression tension itself in the
surface.
Finalmente, pueden aplicarse recubrimientos sobre el componente sinterizado, siendo preferidos los procedimientos con los que los componentes se someten a una anodización o una anodización dura, como por ejemplo procedimientos térmicos de pulverización como proyección de plasma o proyección a la llama, o procedimientos físicos y/o químicos como PVD, CVD o similares. Sin embargo, también pueden llevarse a cabo recubrimientos por vías completamente químicas, como por ejemplo mediante lacas lubricantes, que pueden contener teflón, o materiales nanocompuestos. Mediante el recubrimiento, la superficie de los componentes puede modificarse de forma precisa, según su aplicación, en su dureza, rugosidad y coeficiente de fricción.Finally, coatings can be applied on the sintered component, the procedures with those that the components undergo an anodization or a hard anodization, such as thermal processes of spray as plasma projection or flame projection, or physical and / or chemical procedures such as PVD, CVD or similar. Without However, coatings can also be carried out via completely chemical, such as lacquers lubricants, which may contain Teflon, or materials nanocomposites Through the coating, the surface of the components can be modified precisely, depending on your application, in its hardness, roughness and coefficient of friction.
Éstas y otras ventajas de la presente invención se dan a conocer a partir de los ejemplos siguientes.These and other advantages of the present invention they are disclosed from the following examples.
Un polvo a base de Al de composición Al4Cu1Mg0,5Si (correspondiente a la designación AC2014 de una aleación de aluminio convencional en la que el polvo base presenta un 4% en peso de Cu, un 1% en peso de Mg, un 0,5% en peso de Si y un 94,5% en peso de Al, referidos a la cantidad total de polvo) de la empresa ECKA Granulate GmbH & Co. KG, Velden, Alemania, con nombre comercial ECKA Alumix 123 (92,5% en peso de Al), con un 1,5% en peso de una cera amídica como agente aglutinante de la empresa Hoechst y nombre comercial Mikrowachs C, se mezcló con polvos de molibdeno o de wolframio según la tabla 1 siguiente. La mezcla se llevó a cabo en un mezclador de movimiento asimétrico, adicionando durante 5 min. y a temperatura ambiente el polvo de molibdeno o de wolframio al polvo a base de Al previamente introducido.An Al-based powder of composition Al4Cu1Mg0.5Si (corresponding to designation AC2014 of a conventional aluminum alloy in which the base powder presents 4% by weight of Cu, 1% by weight of Mg, 0.5% by weight of Si and 94.5% by weight of Al, based on the total amount of powder) of ECKA Granulate GmbH & Co. KG, Velden, Germany, with trade name ECKA Alumix 123 (92.5% by weight of Al), with 1.5% by weight of an amide wax as a binding agent of the company Hoechst and trade name Mikrowachs C, mixed with powders molybdenum or tungsten according to table 1 below. The mixture is carried out in an asymmetric motion mixer, adding for 5 min. and at room temperature molybdenum powder or Powder tungsten based on Al previously introduced.
El polvo a base de Al presentaba una distribución de tamaño de grano comprendido entre 45 y 200 \mum, siendo el diámetro promedio de partícula D_{50} entre 75 y 95\mum. El polvo de molibdeno o de wolframio adicionado fue producido por la empresa H.C. Starck GmbH & Co. KG, Goslar, Alemania, y presentaba un diámetro promedio de partícula D_{50} de 25\mum con una distribución de tamaño de partícula en un intervalo entre aproximadamente 5 y 50\mum.Al-based powder presented a distribution of grain size between 45 and 200 µm, the average particle diameter D 50 between 75 and 95 µm. He Molybdenum or tungsten powder added was produced by the company H.C. Starck GmbH & Co. KG, Goslar, Germany, and had an average particle diameter D 50 of 25 µm with a particle size distribution in a range between about 5 and 50 µm.
A continuación se introdujo la mezcla de polvos en un molde matriz y se comprimió a una presión de aproximadamente 175 N/mm^{2} (calculada para una superficie frontal de rueda de 20 cm^{2}) durante aproximadamente de 0,2 a 0,5 segundos a temperatura ambiente hasta obtener un compacto en verde en forma de rueda de bomba. La densidad del compacto en verde fue aproximadamente entre 2,35 y 2,38 g/cm^{3}. A continuación, se eliminó la cera del compacto en verde así producido durante aproximadamente 30 min. a aproximadamente 430ºC y se sinterizó a una temperatura de sinterización de 610ºC bajo atmósfera de nitrógeno puro con un punto de rocío de -50ºC en un horno de cinta ajustado a una velocidad de 3,4 m/h, durante 30 min. Para ello, los compactos en verde se depositaron sobre placas de Al_{2}O_{3}. A continuación se llevó a cabo un recocido de homogeneización durante 1,5 h a una temperatura de 515ºC. A continuación, la rueda de bomba sinterizada se templó por enfriamiento brusco en agua con una temperatura de aproximadamente 40ºC durante 10 segundos.Then the powder mixture was introduced in a matrix mold and compressed at a pressure of approximately 175 N / mm2 (calculated for a front wheel surface of 20 cm2) for approximately 0.2 to 0.5 seconds at room temperature until you get a compact in green in the form of pump wheel The density of the compact in green was approximately between 2.35 and 2.38 g / cm3. Then it removed the wax from the green compact thus produced during approximately 30 min. at about 430 ° C and sintered at a sintering temperature of 610 ° C under an atmosphere of pure nitrogen with a dew point of -50ºC in a ribbon oven set at a speed of 3.4 m / h, for 30 min. To do this, the compact in green were deposited on Al 2 O 3 plates. A homogenization annealing was then carried out. for 1.5 h at a temperature of 515 ° C. Then the wheel of sintered pump was tempered by abrupt cooling in water with a temperature of about 40 ° C for 10 seconds.
A continuación se llevó a cabo un calibrado hasta una densidad teórica entre 97 y 98% en peso utilizando una presión de aproximadamente 810 N/mm^{2} a 200ºC.Then a calibration was carried out until a theoretical density between 97 and 98% by weight using a pressure from about 810 N / mm2 at 200 ° C.
Tras el calibrado, se llevó a cabo un endurecimiento de las ruedas de bomba sinterizadas a alta temperatura, a 160ºC y durante 16 h. A continuación se determinaron la resistencia a la tracción R_{m}, el módulo de elasticidad y la deformación según la norma DIN EN 10002-1 en muestras estandarizadas. Además, se determinó la dureza según la norma DIN EN 24498-1 (dureza Brinell) con una bola de acero endurecida como cuerpo de penetración con un diámetro de 2,5 y una carga de 62,5 kg. Los valores obtenidos se reflejan en la tabla 1 siguiente.After calibration, a hardening of sintered pump wheels to high temperature, at 160 ° C and for 16 h. They were then determined the tensile strength R m, the modulus of elasticity and the deformation according to DIN EN 10002-1 in standardized samples. In addition, the hardness was determined according to the DIN EN 24498-1 (Brinell hardness) with a ball hardened steel as a penetration body with a diameter of 2.5 and a load of 62.5 kg. The values obtained are reflected in the table 1 below.
Se repitieron los ensayos anteriores designados
con el número 1, añadiendo sin embargo un polvo de cobre
suministrado por la empresa Eckart Granules con la marca Ecka
Kupfer CH-S. La adición se llevó a cabo de tal modo
que, en primer lugar, se mezcló el polvo de molibdeno o de
wolframio con el polvo de cobre en un mezclador de movimiento
asimétrico a temperatura ambiente durante 5 min., mezclándose a
continuación esta mezcla con el polvo a base de Al durante 5 min.
en un mezclador de movimiento asimétrico. El polvo de cobre
presentaba un diámetro promedio de partícula D_{50} de 25\mum y
una distribución de tamaño de grano en un intervalo entre
aproximadamente 5 y 50\mum. El polvo de cobre se produjo por
electrólisis, las partículas individuales presentaban forma
dendrí-
tica.The previous tests designated number 1 were repeated, however, adding a copper powder supplied by the Eckart Granules company under the Ecka Kupfer CH-S brand. The addition was carried out in such a way that, in the first place, the molybdenum or tungsten powder was mixed with the copper powder in an asymmetric mixer at room temperature for 5 min., Then mixing this mixture with the Al-based powder for 5 min. in an asymmetric motion mixer. The copper powder had an average particle diameter D 50 of 25 µm and a grain size distribution in a range between about 5 and 50 µm. The copper dust was produced by electrolysis, the individual particles were dendri-shaped.
Ethics
Se prepararon diferentes mezclas, sinterizándose las mismas, como se ha descrito para el número 1, con y sin reprensado hasta obtener ruedas de bomba. Para el reprensado, tras el prensado se eliminó la cera del compacto en verde bajo una atmósfera de nitrógeno durante 30 min. a aproximadamente 430ºC y, a continuación, en un molde matriz idéntico al primer molde, que se pulverizó con el agente de desmoldeo GLEITMO 300 de Fuchs Lubritech GmbH, Weilerbach, Alemania, se reprensó a una presión de 760 N/mm^{2} durante aproximadamente de 0,2 a 0,5 segundos a temperatura ambiente hasta el punto que la densidad del compacto en verde reprensado estuvo aproximadamente entre 2,8 y 2,9 g/cm^{2} y, con ello, aproximadamente entre un 19 y un 23% superior a la del compacto en verde de rueda de bomba no reprensado y, con ello, alrededor de un 95% de la densidad teórica.Different mixtures were prepared, sintering the same, as described for number 1, with and without Repressed until pump wheels are obtained. For reprinting, after pressing the wax of the compact in green was removed under a nitrogen atmosphere for 30 min. at about 430 ° C and, at then in a matrix mold identical to the first mold, which sprayed with Fuchs Lubritech GLEITMO 300 release agent GmbH, Weilerbach, Germany, reprimanded at a pressure of 760 N / mm2 for approximately 0.2 to 0.5 seconds at ambient temperature to the point that the density of the compact in Repressed green was approximately 2.8 to 2.9 g / cm2 and, with it, approximately between 19 and 23% higher than the compact in green of unrepressed pump wheel and with it about 95% of theoretical density.
A continuación, los compactos en verde obtenidos se sinterizaron del modo descrito anteriormente, se calibraron hasta una densidad teórica de 97 a 98% a una presión de 810 N/mm^{2}, aunque a temperatura ambiente, y se endurecieron. La relación de mezcla entre el polvo de molibdeno o wolframio y el polvo de cobre fue de 5:1 partes en peso. En la tabla 2 pueden observarse las relaciones de mezcla así como los valores físicos obtenidos.Next, the green compact obtained were sintered in the manner described above, calibrated up to a theoretical density of 97 to 98% at a pressure of 810 N / mm2, although at room temperature, and hardened. The mixing ratio between molybdenum or tungsten powder and the Copper powder was 5: 1 parts by weight. In table 2 you can observe the mixing relationships as well as the physical values obtained.
Como se desprende de la tabla 2, las propiedades físicas se ven favorecidas por el reprensado. Particularmente, puede alcanzarse un aumento adicional de la dureza de las ruedas de bomba producidas.As shown in Table 2, the properties Physicists are favored by the repressed. Particularly, an additional increase in the hardness of the wheels of pump produced.
Con la presente invención resulta posible producir componentes sinterizados en base a un polvo de Al, que no sólo presenten excelentes valores de resistencia mecánica, sino particularmente una dureza elevada. Así, los componentes ventajosamente producidos de este modo pueden colocarse en puntos sometidos a un gran esfuerzo, particularmente en el motor o en transmisiones. Además, gracias a la posibilidad de eliminar el calibrado pueden producirse componentes sinterizados endurecidos en caliente de modo más económico y rápido.With the present invention it is possible produce sintered components based on an Al powder, which does not only have excellent mechanical resistance values, but particularly high hardness. So, the components advantageously produced in this way can be placed in points subjected to great effort, particularly in the engine or in transmissions In addition, thanks to the possibility of eliminating the calibrated hardened sintered components can be produced in Hot more economically and quickly.
Claims (14)
- --
- en una primera etapa, se introduce la mezcla de polvos en un primer molde;in a first stage, the powder mixture is introduced in a first mold;
- --
- en una segunda etapa, la mezcla de polvos se comprime hasta obtener un compacto en verde;in a second stage, the powder mixture is compressed until a compact in green;
- --
- en una tercera etapa, el compacto en verde se reprensa, por lo menos parcialmente; yin a third stage, the green compact is reprimanded, at least partially; Y
- --
- en una cuarta etapa, el compacto en verde reprensado se sinteriza.in a fourth stage, the pressed green compact is sintered.
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