ES2250095T3

ES2250095T3 - COMPOSITE FIBER MATERIAL WITH METALLIC MATRIX AND PROCEDURE FOR MANUFACTURING.

Info

Publication number: ES2250095T3
Application number: ES00890121T
Authority: ES
Inventors: Hans-Peter Prof. Dr. Degischer; Herbert Prof. Dr. Danninger; Brigitte Dr. Kriszt; Helmut Dipl. Ing. Ponemayr; Manfred Dipl. Ing. Daxelmller; Gottfried Dipl. Ing. Pockl; Knut Dr. Consemuller; Bruno Dr Hribernik; Frantisek Dr. Simancik; Karol Dr. Izdinsky
Original assignee: Voestalpine Edelstahl GmbH
Current assignee: Voestalpine Edelstahl GmbH
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2006-04-16
Anticipated expiration: 2020-04-18
Also published as: ATA69699A; EP1046724A3; DE50011313D1; EP1046724A2; AT408527B; EP1046724B1; DK1046724T3

Abstract

Material metalocerámico dotado de una matriz, que está formado por un metal pesado o una aleación similar, sobre todo formado por una aleación de hierro-níquel-molibdeno o basada en cobalto y, uniformemente distribuida en el mismo, una fase cerámica formada por fibras cortas, caracterizado porque las fibras cortas cerámicas tienen un diámetro de 0, 5 hasta 14, 5 pm y una longitud de, como mínimo, 5 veces su diámetro y, como máximo, 15 veces su diámetro.Metalloceramic material provided with a matrix, which is formed by a heavy metal or a similar alloy, especially formed by an alloy of iron-nickel-molybdenum or based on cobalt and, evenly distributed therein, a ceramic phase formed by short fibers , characterized in that the short ceramic fibers have a diameter of 0.5 to 14.5 pm and a length of at least 5 times their diameter and, at most, 15 times their diameter.

Description

Material compuesto de fibras con matriz metálica y procedimiento para su fabricación.Fiber matrix material with metal matrix and procedure for its manufacture.

La presente invención se refiere a un material metalocerámico dotado de una matriz formada por un metal pesado o una aleación similar, sobre todo formada por una aleación de hierro-níquel-molibdeno o basada en cobalto, y, uniformemente distribuida en la misma, una fase cerámica formada por fibras cortas y cuyas partículas están dotadas, en su caso, de una capa superficial.The present invention relates to a material metal ceramic equipped with a matrix formed by a heavy metal or a similar alloy, mostly formed by an alloy of iron-nickel-molybdenum or based on cobalt, and, evenly distributed therein, a phase ceramic formed by short fibers and whose particles are equipped, where appropriate, with a surface layer.

Además, la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un material del tipo antes mencionado.In addition, the present invention relates to a procedure for manufacturing a material of the type before mentioned.

La continua evolución en la construcción de máquinas y equipos así como, en especial, el deseo de contar con herramientas que tengan características de uso mejoradas para la conformación de materiales con o sin arranque de viruta, incluso con temperaturas elevadas, fundamentan la necesidad de materiales con propiedades substancialmente mejoradas a temperatura ambiente y a temperaturas de más de 500ºC, así como de gran isotropía.The continuous evolution in the construction of machines and equipment as well as, in particular, the desire to have tools that have improved usage characteristics for conformation of materials with or without chip removal, including at high temperatures, they support the need for materials with substantially improved properties at room temperature and at temperatures of more than 500 ° C, as well as high isotropy.

Los materiales esencialmente homogéneos se pueden adaptar a estas exigencias a través de su composición y tratamiento, en especial, a través del tratamiento térmico o termomecánico. Sin embargo, en los materiales que se utilizan habitualmente en la técnica actual no parece haber mucho margen para mejorar el nivel de características y semejante perfil a través de medidas de aleación y de transformación. Para tener en cuenta, a pesar de ello, los esfuerzos tan grandes a los que están sometidas algunas piezas, se propuso y se llevó a cabo la utilización de materiales heterogéneos o compuestos.Essentially homogeneous materials can be adapt to these requirements through its composition and treatment, especially through heat treatment or thermomechanical However, in the materials that are used usually in the current technique there does not seem to be much room to improve the level of features and such profile through of alloy and transformation measures. To take into account, to Despite this, the great efforts to which they are subjected some pieces, it was proposed and the use of heterogeneous or composite materials.

Las piezas compuestas están generalmente formadas por al menos dos partes, que poseen diferentes propiedades y que, de acuerdo con los requerimientos, están unidas entre sí, preferentemente, de forma inseparable. Cada una de las partes asume, en este caso, aquellos esfuerzos para los que está especialmente adaptada.Composite pieces are generally formed by at least two parts, which have different properties and that, according to the requirements, they are linked together, preferably, inseparably. Each of the parts assume, in this case, those efforts for which you are specially adapted

Los elementos de construcción o las herramientas soportan muchas veces, entre otros, un tipo de esfuerzo muy marcado, siendo los esfuerzos mecánicos, en la mayoría de los casos, dependientes de la orientación u orientados. Esto conlleva, casi siempre, que la realización de los materiales compuestos sea ventajosamente orientada.Building elements or tools they support many times, among others, a kind of effort marked, being the mechanical forces, in most of the cases, depending on the orientation or oriented. This entails, almost always, that the realization of composite materials is advantageously oriented.

El término "compuesto reforzado por fibras" es generalmente conocido en la técnica y designa un objeto compuesto de una matriz, casi siempre tenaz, en la que se encuentran, de forma indisoluble, fibras de alta resistencia. En consecuencia, este objeto posee, ventajosamente, una buena tenacidad al tiempo que presenta una gran rigidez y resistencia en la dirección de la fibra.The term "fiber reinforced compound" is generally known in the art and designates an object composed of a matrix, almost always tenacious, in which find, indissolubly, high strength fibers. In consequently, this object advantageously has a good tenacity while presenting great rigidity and resistance in The fiber direction.

Se conoce la incorporación de fibras cerámicas en los materiales metálicos para fabricar, de esta manera, materiales compuestos con un perfil característico. El material de fibra puede estar compuesto de óxidos, boruros, nitruros, carburos y mezclas de los mismos. Tal como se indicó anteriormente, las fibras cerámicas poseen, por regla general, una alta resistencia térmica, así como resistencia y rigidez, reforzando, de esta manera, una matriz de un metal menos fuerte pero tenaz. Lo que parece tener una vital importancia para que la incorporación de dichas fibras en la matriz sea eficaz y para que un segmento de propiedades características del material compuesto se desarrolle ventajosamente, es que la longitud y la cantidad de dichas fibras sean adecuadas.The incorporation of ceramic fibers in the metallic materials to manufacture, in this way, materials Compounds with a characteristic profile. Fiber material can be composed of oxides, borides, nitrides, carbides and mixtures of the same. As indicated above, ceramic fibers they have, as a rule, a high thermal resistance, as well as strength and rigidity, thus reinforcing a matrix of a less strong but stubborn metal. What seems to have a vital importance for the incorporation of these fibers in the matrix be effective and for a segment of characteristic properties of the composite material is developed advantageously, is that the length and quantity of said fibers are suitable.

Un refuerzo de este tipo del material metálico mediante fibras de alta resistencia, casi siempre se da de forma marcada solamente en una dirección, en concreto, en la dirección de la fibra, lo que limita, de forma desventajosa, sus posibilidades de utilización general. En la fabricación también pueden surgir problemas a la hora de incorporar fibras de longitud correspondiente.A reinforcement of this type of metallic material using high strength fibers, almost always marked only in one direction, specifically in the direction of fiber, which limits, disadvantageously, its possibilities of general use. In manufacturing they can also arise problems when incorporating length fibers correspondent.

Por el documento GB-A-1 521 599 se conoce un material compuesto de aluminio y fibras de alúmina. El diámetro medio de las fibras, según los ejemplos, es de 20 \mum.For the document GB-A-1 521 599 a material is known Composed of aluminum and alumina fibers. The average diameter of the fibers, according to the examples, is 20 µm.

Por el documento JP-A-03 188 244 se conoce un material que consta de una fase dura de TiN con fibras cortas, que poseen un diámetro de 0,01 hasta 0,1 \mum, y de una fase aglutinante de acero aleado.For the document JP-A-03 188 244 a known material consisting of a hard phase of TiN with short fibers, which they have a diameter of 0.01 to 0.1 µm, and one phase alloy steel binder.

El objetivo de la presente invención es eliminar el defecto que constituye el hecho de que las propiedades mecánicas de materiales armados de fibras cerámicas dependan de la orientación de las mismas, y conseguir un alto grado de isotropía de dichos materiales. Además, la presente invención se propone desarrollar un procedimiento para la fabricación de materiales metalocerámicos, mediante el cual se obtienen características de uso muy ventajosas para los moldes y las herramientas que están sometidas a un esfuerzo de desgaste.The objective of the present invention is to eliminate the defect that constitutes the fact that the mechanical properties of ceramic fiber reinforced materials depend on the orientation of the same, and achieve a high degree of isotropy of such materials. In addition, the present invention is proposed develop a procedure for manufacturing materials metalloceramics, through which characteristics of very advantageous use for molds and tools that are subjected to wear effort.

Este problema se resuelve, de acuerdo con la invención, en un objeto de este género porque las fibras cortas cerámicas poseen un diámetro de 0,5 hasta 14,5 \mum y una longitud de, como mínimo, 5 veces el diámetro de la fibra y, como máximo, 15 veces el diámetro de la fibra.This problem is resolved, according to the invention, in an object of this genre because short fibers ceramics have a diameter of 0.5 to 14.5 µm and a length of at least 5 times the diameter of the fiber and, as maximum, 15 times the diameter of the fiber.

Las ventajas que se consiguen con esta invención son, esencialmente, la isotropía del material, al tiempo que se mejoran considerablemente las propiedades mecánicas del mismo, tal como una alta resistencia y tenacidad, así como la resistencia a los choques térmicos. Lo que ha causado total sorpresa en el mundo técnico es que, incorporadas en una matriz de metal pesado, las fibras cortas pueden propiciar una mejora brusca y marcada de las propiedades mecánicas y que la misma se da en todas las direcciones. Si la longitud de la fibra se queda en menos de 5 veces su diámetro, no se podrá conseguir un endurecimiento substancial del material; el paso a un endurecimiento del material por dispersión que, aún presentando la misma concentración de partículas cerámicas, es claramente inferior, se producirá solamente cuando las partículas adquieran el tamaño de 1x10^{-1} \mum. Las longitudes superiores a 15 veces el diámetro de la fibra favorecen la anisotropía del material compuesto, rompiéndose las fibras en zonas adyacentes al realizarse una alta compactación.The advantages achieved with this invention they are, essentially, the isotropy of the material, while considerably improve the mechanical properties thereof, such as high strength and toughness, as well as resistance to thermal shocks What has caused total surprise in the world technical is that, incorporated in a heavy metal matrix, the Short fibers can lead to a sharp and marked improvement in mechanical properties and that it occurs in all addresses. If the fiber length stays less than 5 times its diameter, hardening cannot be achieved substantial material; the step to a hardening of the material by dispersion that, even presenting the same concentration of ceramic particles, is clearly inferior, will occur only when the particles acquire the size of 1x10 -1 \ mum. Lengths greater than 15 times the diameter of the fiber favor the anisotropy of the composite material, breaking the fibers in adjacent areas when high compaction

Con respecto a una isotropía prácticamente total, resulta muy ventajoso que la longitud de las fibras introducidas en el material de la matriz sea, como máximo, 12 veces el diámetro de la fibra. En opinión de los expertos, esto se fundamenta en que el proceso de mezclado se puede realizar fácilmente, incluso con altas porciones de los componentes, y en que las fibras se incorporan en la matriz sin orientarlas en una dirección.With respect to a practically total isotropy, it is very advantageous that the length of the fibers introduced in the matrix material is, at most, 12 times the diameter of the fiber. In the opinion of experts, this is based on the fact that the mixing process can be done easily, even with high portions of the components, and in which the fibers are incorporated into the matrix without orienting them in one direction.

Si, tal como se ha observado, las fibras tienen un diámetro de 0,5 hasta 14,5 \mum, su efecto de refuerzo será muy favorable y el material compuesto se podrá fabricar económicamente. Las fibras que presentan un diámetro inferior a 0,5 \mum pueden, ciertamente, ser muy eficaces en altas concentraciones, pero su incorporación homogénea en la matriz requiere un gasto considerable. Las fibras que presentan un grosor de más de 14,5 \mum, en cambio, tienen un mayor riesgo de rotura durante la fabricación del material. La máxima calidad del material se consigue con un diámetro de fibra comprendido entre 0,7 y 9,5 \mum.Yes, as noted, the fibers have a diameter of 0.5 to 14.5 µm, its reinforcing effect will be very favorable and the composite material can be manufactured economically. Fibers that have a diameter less than 0.5 They can certainly be very effective at high concentrations, but their homogeneous incorporation in the matrix It requires considerable expense. Fibers that are thick of more than 14.5 µm, on the other hand, they have a higher risk of breakage during the manufacture of the material. The highest material quality is achieved with a fiber diameter between 0.7 and 9.5 \ mum.

De acuerdo con la invención, es importante que el porcentaje de fibra de un material oscile entre el 5 y 69% en volumen. Con concentraciones inferiores al 5% en volumen no se puede conseguir una modificación clara y favorable de las propiedades del material. Por encima del 5% en volumen, el aumento del porcentaje de fibras cortas significa un incremento de la resistencia, sobre todo, de la resistencia al calor, y de la resistencia al desgaste del material compuesto. Reviste gran importancia el hecho de que se consigue, simultáneamente, una estabilidad térmica mejorada o mejor resistencia a la fluencia en condiciones calientes, así como una alta resistencia a la fatiga termomecánica del material. Un mayor porcentaje de fibras cortas se traduce, además, en un módulo de elasticidad creciente del material y en una reducción de la conductividad térmica, lo cual debe ser tenido en cuenta en el bonificado del metal de la matriz.According to the invention, it is important that the Fiber percentage of a material ranges from 5 to 69% in volume. With concentrations below 5% by volume it is not You can get a clear and favorable modification of the material properties Above 5% in volume, the increase of the percentage of short fibers means an increase in resistance, above all, of heat resistance, and of wear resistance of composite material. It is great importance the fact that one simultaneously achieves improved thermal stability or better creep resistance in hot conditions, as well as high fatigue resistance thermomechanics of the material. A higher percentage of short fibers is also translates into a modulus of increasing elasticity of the material and in a reduction of thermal conductivity, which should be taken into account in the metal matrix bonus.

Se ha demostrado en numerosos experimentos que las fibras cortas, que presentan un coeficiente de dilatación diferente en comparación con la matriz, provocan un pretensado de la estructura a todos los lados y poseen, sobre todo a temperaturas elevadas, un efecto de refuerzo, lo cual se traduce en valores de resistencia más elevados del material. Dado que las fibras, además, poseen una gran dureza, el creciente porcentaje de las mismas también hace que se eleven los valores de resistencia al desgaste.It has been shown in numerous experiments that short fibers, which have a coefficient of expansion different compared to the matrix, cause a prestressing of the structure on all sides and have, especially at temperatures high, a reinforcing effect, which translates into values of higher resistance of the material. Since the fibers, in addition, they have a great hardness, the increasing percentage of them also causes resistance values to rise wear.

Esta mejora de la resistencia al desgaste resulta ser muy marcada, evitando la formación de estrías en el material, según se ha encontrado, debido a la orientación de las fibras cortas hacia todos los lados dentro de la matriz y debido a la isotropía del material.This improvement in wear resistance results be very marked, avoiding the formation of stretch marks in the material, as found, due to fiber orientation you cut to all sides inside the matrix and due to the Isotropy of the material.

Dado que el material de fibra, por regla general, posee una alta temperatura de fusión o de reblandecimiento, así como módulos de elasticidad y valores de resistencia ampliamente independientes de la temperatura, elevadas concentraciones del mismo en la matriz suponen la mejora de las propiedades del material compuesto, sobre todo, en condiciones de alta temperatura.Since the fiber material, as a rule, It has a high melting or softening temperature, as well as modules of elasticity and resistance values widely independent of temperature, high concentrations of same in the matrix suppose the improvement of the properties of the composite material, especially in high conditions temperature.

Para cargas alternativas, por ejemplo, en moldes de compresión de larga duración, es importante que las fibras cortas, distribuidas homogéneamente en la matriz de aleación y orientadas hacia todos los lados, aumenten considerablemente la resistencia a la fatiga del material y reduzcan de forma determinante el inicio de grietas, así como su avance con respecto a roturas por fatiga.For alternative loads, for example, in molds Long-lasting compression, it is important that the fibers short, homogeneously distributed in the alloy matrix and oriented to all sides, considerably increase the Fatigue resistance of the material and reduce shape determinant the beginning of cracks, as well as its progress with respect to fatigue breaks.

Un técnico en la materia sabe que las medidas para influir en las propiedades de los materiales no son ventajosas del mismo modo para todas las características, sino que en determinadas condiciones de esfuerzo el perfil de propiedades de la pieza o herramienta tiene importancia.A technician in the field knows that the measures to influence the properties of materials are not advantageous in the same way for all the features, but in certain stress conditions the property profile of the Piece or tool is important.

Si el material está destinado, según la invención, a ser utilizado en su estado no deformado y presenta un porcentaje de fibra superior al 20% en volumen, preferentemente superior al 30% en volumen, se podrán fabricar a partir del mismo, de forma ventajosa, piezas que soporten mayores esfuerzos abrasivos. En cambio, para componentes deformados o conformados, al menos parcialmente, sin arranque de viruta, se puede haber previsto conformación en caliente, en su caso, por forjado a presión, preferentemente, con una reducción del área de la sección transversal en, al menos, el 20%, presentando el material compuesto un porcentaje de fibra de máximo 30% en volumen, preferentemente de menos del 20% en volumen.If the material is intended, according to the invention, to be used in its undeformed state and presents a fiber percentage greater than 20% by volume, preferably greater than 30% by volume, they can be manufactured from it, advantageously, pieces that support greater efforts abrasive On the other hand, for deformed or shaped components, when less partially, without chip removal, there may be planned hot forming, where appropriate, forged to pressure, preferably, with a reduction of the section area transverse in at least 20%, presenting the composite material a percentage of fiber of maximum 30% by volume, preferably of less than 20% by volume.

Aunque a grados de deformación más elevados se observó la aparición de anisotropía, ha sido sorprendente, sin embargo, que la misma fuera comparativamente baja, probablemente debido a la reducida longitud de las fibras en el material. Porcentajes de fibra superiores al 20% en volumen provocan un empeoramiento de la conformabilidad en caliente del material.Although at higher degrees of deformation observed the appearance of anisotropy, it has been surprising, without However, it was comparatively low, probably due to the reduced length of the fibers in the material. Fiber percentages greater than 20% by volume cause a worsening of the hot formability of the material.

En el caso de altas temperaturas y/o cambios de temperatura repetidos junto a esfuerzos mecánicos importantes, a los que está sometida la pieza, será ventajoso que la matriz del material compuesto esté formada por una aleación de hierro-níquel-molibdeno o basada en cobalto que tiene una alta resistencia térmica, sobre todo, por una aleación que presenta una caída de resistencia a una temperatura de más de 600ºC, en especial, de más de 615ºC.In the case of high temperatures and / or changes of repeated temperature together with significant mechanical stresses, at those that the piece is submitted, it will be advantageous that the matrix of the composite material is formed by an alloy of iron-nickel-molybdenum or based on cobalt that has a high thermal resistance, especially for a alloy that exhibits a drop in resistance at a temperature of more than 600ºC, especially more than 615ºC.

Si, además, el material de la matriz está formado por cobre o una aleación de cobre, se pueden conseguir todavía propiedades de conductividad térmica y eléctrica considerables, a pesar de los altos porcentajes de fibra y coeficientes mecánicos similares.If, in addition, the matrix material is formed by copper or a copper alloy, you can still get considerable thermal and electrical conductivity properties, to despite high fiber percentages and mechanical coefficients Similar.

Especialmente con respecto a la isotropía es favorable que el material esté fabricado mediante la compresión isostática en caliente (procedimiento HIP) de una mezcla homogénea de fibras cerámicas y polvo metálico de matriz con un tamaño de partícula de 15 hasta 200 \mum, preferentemente de menos de 50 \mum y, en su caso, de carburos con un tamaño de partícula de menos de 25 \mum.Especially with respect to isotropy is favorable that the material is manufactured by compression hot isostatic (HIP procedure) of a homogeneous mixture of ceramic fibers and matrix metal powder with a size of 15 to 200 µm particle, preferably less than 50 um and, where appropriate, carbides with a particle size of less than 25 µm.

Otro objetivo de la invención, que consiste en dar a conocer un procedimiento para la fabricación de materiales metalocerámicos, se consigue, de acuerdo con la invención, porque las fibras cortas cerámicas presentan un diámetro comprendido entre 0,5 y 14,5 \mum y una longitud de, como mínimo, 5 veces su diámetro y, como máximo, 15 veces su diámetro, y porque las mismas se mezclan homogéneamente con un polvo o polvos metálicos que forman finalmente la matriz y tienen un tamaño de partícula de 15 hasta 200 \mum y, en su caso, con un polvo de materia extra dura, estando dichas fibras orientadas hacia todos los lados, tras lo cual se procede a sinterizar la mezcla obtenida de esta manera.Another object of the invention, which consists of publicize a procedure for the manufacture of materials metalloceramics, is achieved, according to the invention, because The short ceramic fibers have a diameter between 0.5 and 14.5 µm and a length of at least 5 times its diameter and, at most, 15 times its diameter, and because they mix homogeneously with a metal powder or powder that they finally form the matrix and have a particle size of 15 up to 200 µm and, where appropriate, with a powder of extra hard matter, said fibers being oriented towards all sides, after which one proceeds to sinter the mixture obtained in this way.

Las ventajas del procedimiento, según la invención, se aprecian, sobre todo, en el hecho de que la miscibilidad de los componentes ha sido mejorada de tal manera que se puede conseguir una distribución homogénea de las fibras cortas en poco tiempo. Además, es posible la orientación hacia todos los lados de las fibras cortas y, por lo tanto, se establecen buenas condiciones para la fabricación, de forma sencilla, de un material isotrópico, pudiendo tener muchas ventajas tamaños reducidos de las partículas de polvo. En la cápsula, antes del sinterizado, también se puede conseguir, debido a la longitud reducida de la fibra, una densidad alta de la mezcla por efecto vibratorio, denominada alta "densidad por batido". Durante el sinterizado propiamente dicho, sin embargo, se han de aplicar tiempos de sinterizado ligeramente más largos porque el alto porcentaje de fibra disminuye la conductividad térmica de la mezcla.The advantages of the procedure, according to the invention, are appreciated, above all, in the fact that the Miscibility of the components has been improved in such a way that a homogeneous distribution of short fibers can be achieved soon. In addition, orientation towards all sides of the short fibers and, therefore, are established good conditions for the manufacture, in a simple way, of a material isotropic, being able to have many advantages reduced sizes of dust particles In the capsule, before sintering, also it is possible to achieve, due to the reduced length of the fiber, a high density of the mixture due to vibratory effect, called high "milkshake density". During sintering itself said, however, sintering times have to be applied slightly longer because the high percentage of fiber decreases The thermal conductivity of the mixture.

Se puede conseguir una muy alta calidad del material compuesto utilizando fibras cortas con un diámetro de 0,5 hasta 14,5 \mum, preferentemente de 0,7 hasta 9,5 \mum y una longitud de, preferentemente, como máximo 12 veces su diámetro, y mezclando y sinterizando las mismas con un polvo metálico que constituye finalmente la matriz y que tiene, preferentemente, un tamaño de partícula de menos de 50 \mum.You can get a very high quality of composite material using short fibers with a diameter of 0.5 up to 14.5 µm, preferably 0.7 to 9.5 µm and a length of, preferably, a maximum of 12 times its diameter, and mixing and sintering them with a metallic powder that finally constitutes the matrix and which preferably has a particle size of less than 50 µm.

Si en la fabricación de cuerpos metalocerámicos se utiliza como polvo metálico uno de acero para herramientas, preferentemente de acero rápido, se pueden fabricar a partir del mismo, herramientas de alta calidad que tendrán propiedades de corte y de resistencia al desgaste sobresaliente en comparación con los productos tradicionales. También en herramientas de conformación sin arranque de viruta se pueden conseguir mejoras de calidad de este tipo.If in the manufacture of metalloceramic bodies one of tool steel is used as metallic powder, preferably of fast steel, they can be manufactured from same, high quality tools that will have properties of Outstanding cut and wear resistance compared to Traditional products Also in tools shaping without chip startup improvements can be achieved Quality of this type.

Para evitar en gran parte que las fibras influyan en la superficie y para conseguir una incorporación excelente de las fibras cortas, pero también para aumentar la resistencia de la matriz, puede resultar ventajoso que las partículas de polvo estén aleadas con nitrógeno o nitrogenados en la superficie antes o durante el sinterizado. Añadiendo a la mezcla titanio o un polvo metálico similar en cantidades pequeñas, se puede favorecer la incorporación de las fibras.To largely prevent fibers from influencing on the surface and to achieve an excellent incorporation of short fibers, but also to increase the resistance of the matrix, it may be advantageous if the dust particles are Alloyed with nitrogen or nitrogen on the surface before or during sintering. Adding titanium or powder to the mixture similar metallic in small quantities, the fiber incorporation

Si, además, se lleva a cabo de forma ventajosa la mezcla de las fibras cortas con el polvo o polvos metálicos y/o el llenado de un recipiente o encapsulado para su posterior sinterizado bajo atmósfera nitrogenada, se favorecerá un sinterizado prácticamente libre de poros. Tal como se encontró, el nitrógeno encerrado entre las fibras y las partículas del polvo metálico está en interacción con los elementos metálicos y no metálicos durante su calentamiento a temperatura de sinterizado y se disuelve, finalmente, en la matriz metálica, lo que favorece, por un lado, la densidad de sinterizado y, por otro lado, aporta ventajas para la incorporación de las fibras. Además, se podrá ahorrar más tiempo si el sinterizado de la mezcla se realiza bajo presión.If, in addition, it is advantageously carried out mixing the short fibers with the metal powder or powders and / or the filling a container or encapsulated for later sintered under a nitrogen atmosphere, a Sintered practically pore free. As it was found, the nitrogen enclosed between fibers and dust particles metallic is in interaction with the metallic elements and not metallic during heating at sintering temperature and it dissolves, finally, in the metal matrix, which favors, on the one hand, the sintered density and, on the other hand, it provides Advantages for fiber incorporation. In addition, you can save more time if sintering of the mixture is done under Pressure.

Desarrollando dicho procedimiento para la fabricación de cuerpos compuestos se ha encontrado que tanto la calidad del producto, como también la rentabilidad, mejorarán si el sinterizado de la mezcla se realiza aplicando presión de todos los lados o por compresión isostática en caliente.Developing said procedure for manufacture of composite bodies has been found that both the product quality, as well as profitability, will improve if the Sintering the mixture is done by applying pressure from all sides or hot isostatic compression.

Los materiales metalocerámicos de gran dureza y altamente resistentes que tienen una dureza, en especial, una dureza en caliente muy superior a la del acero rápido, pero una dureza inferior a la del metal duro y que, sin embargo, no pueden ser conformados en caliente, podrán ser utilizados de forma ventajosa y económica, por ejemplo, como piezas de herramientas resistentes al desgaste, si la pieza sinterizada ha sido fabricada con un porcentaje de fibras cortas superior al 20% en volumen, preferentemente superior al 30% en volumen, y si la misma ha sido acabada mediante mecanizado con arranque de viruta, por ejemplo mediante rectificado.The metalloceramic materials of great hardness and highly resistant that have a hardness, especially a hot hardness far superior to that of fast steel, but a hardness lower than that of hard metal and which, however, cannot be hot formed, they can be used advantageous and economical, for example, as tool parts wear resistant, if the sintered part has been manufactured with a percentage of short fibers greater than 20% by volume, preferably greater than 30% by volume, and if it has been finished by machining with chip removal, for example by grinding.

Pero si una herramienta o una pieza, por ejemplo, una pieza de desgaste se fabrica, al menos parcialmente, por moldeo plástico, parece ventajoso que la pieza sinterizada esté fabricada con un porcentaje de fibras cortas de como máximo 25% en volumen, preferentemente un máximo de 20% en volumen, y que sea sometida a conformación en caliente.But if a tool or a piece, for example, a wear part is manufactured, at least partially, by molding plastic, it seems advantageous that the sintered part is manufactured with a percentage of short fibers of at most 25% by volume, preferably a maximum of 20% by volume, and subject to hot shaping

En detallados estudios prácticos, realizados bajo las condiciones y los esfuerzos más duros, se ha encontrado que la utilización de un material metalocerámico aporta un destacado incremento del rendimiento junto con una alta rentabilidad en la fabricación de moldes de colada a presión, así como para moldes sintéticos de gran producción, herramientas de extrusión y similares, incluso a temperaturas extremadamente elevadas y también en herramientas para trabajar en frío, tal como matrices de estampar de tipo continuo, matrices y similares, que están sometidas a grandes esfuerzos de desgaste y presión, y para herramientas con arranque de viruta.In detailed practical studies, conducted under the toughest conditions and efforts, it has been found that the use of a metalloceramic material provides an outstanding performance increase along with high profitability in the manufacture of pressure casting molds, as well as molds High production synthetics, extrusion tools and similar, even at extremely high temperatures and also in cold work tools, such as matrices of stamping of continuous type, matrices and the like, which are subjected to great efforts of wear and pressure, and for tools with chip removal.

Claims

1. Metalloceramic material provided with a matrix, which is formed by a heavy metal or similar alloy, especially formed by an alloy of iron-nickel-molybdenum or based on cobalt and, evenly distributed therein, a ceramic phase formed by short fibers, characterized in that the short ceramic fibers have a diameter of 0.5 to 14.5 µm and a length of at least 5 times their diameter and, at most, 15 times their diameter.

2. Material according to claim 1, characterized in that the length of the fiber is, at most, 10 times its diameter.

3. Material according to one of claims 1 or 2, characterized in that the diameter of the fiber is from 0.7 to 9.5 µm.

4. Material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the percentage of fiber is 5 to 69% by volume.

5. Material according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is intended to be used in its non-deformed state and that it has a percentage of fiber greater than 20% by volume, preferably greater than 30% by volume.

6. Material according to one of claims 1 to 5, characterized in that the short fibers are provided with a surface layer.

7. Material according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is hot formed, preferably having a cross-sectional area reduction of at least 20%, and because it has a fiber percentage of at most 30% in volume, preferably less than 20% by volume.

8. Material according to one of claims 1 to 7, characterized in that the matrix material is formed by an alloy of iron-nickel-molybdenum or based on cobalt with a high thermal resistance, above all, by an alloy having a drop in resistance to temperatures of more than 600ºC, especially of more than 615ºC.

9. Material according to one of claims 1 to 7, characterized in that the matrix material is formed of copper or a copper alloy.

10. Material according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is manufactured by hot isostatic compression (HIP process) from a homogeneous mixture of ceramic fibers and a metallic powder, which constitutes the matrix and has a size of particles of 15 to 200 µm, preferably less than 50 µm and, if appropriate, of carbides with a particle size of less than 25 µm.

11. Process for the manufacture of metalloceramic materials with a matrix, which is formed by a heavy metal or a similar alloy, especially formed by an alloy of iron-nickel-molybdenum or based on cobalt and, evenly distributed therein, a ceramic phase formed by short fibers, in particular, process for the manufacture of objects, according to the preceding claims, characterized in that the short ceramic fibers have a diameter of 0.5 to 14.5 µm and a length of at least 5 times its diameter, but, at most, 15 times its diameter, and because they are homogeneously mixed with a metal powder or powders, which finally form the matrix and have a particle size of 15 to 200 µm, and, in their In this case, with a powder of extra hard matter, said fibers being oriented towards all sides, after which the mixture obtained in this way is sintered.

12. Method according to claim 11, characterized in that the short fibers have a diameter of 0.7 to 9.5 µm and a length of, preferably, a maximum of 12 times their diameter, and that they are mixed with a powder metal that ultimately constitutes the matrix and preferably has a particle size of less than 50 µm.

13. Method according to claim 11 or 12, characterized in that as a metal powder one of tool steel is used, preferably of fast cutting steel.

14. Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the metal powder particles are alloyed with nitrogen or nitrogenous on the surface before or during sintering.

15. Method according to one of claims 11 to 14, characterized in that the mixing of the short fibers with the metal powder or powders and / or the filling of a container or encapsulation for sintering are carried out in a nitrogen environment.

16. Method according to one of claims 11 to 15, characterized in that sintering of the mixture is carried out under pressure.

17. Method according to one of claims 11 to 15, characterized in that sintering of the mixture is carried out by applying pressure from all sides or by isostatic compression.

18. Method according to one of claims 11 to 17, characterized in that the sintered part has been manufactured with a percentage of short fibers greater than 20% by volume, preferably greater than 30% by volume, and because it has been finished by machining with chip removal, for example, by grinding.

19. Method according to one of claims 11 to 17, characterized in that the sintered part has been manufactured with a percentage of short fibers of maximum 25% by volume, preferably maximum 20% by volume, and because it has been subjected to shaping. hot.

20. Method according to one of claims 11 to 19, characterized in that short fibers having a surface layer are used.

21. Use of a metalloceramic material, according to claims 1 to 10, manufactured according to a process, according to claims 11 to 20, to produce pressure casting molds, as well as large synthetic molds production, even at very high temperatures.