ES2278693T3 - Procedimiento y aparato para la colada continua de una aleacion de aluminio para cojinetes. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de colada continua de una aleación de aluminio fundido para cojinetes, en el que está definido un espacio de colada (C) entre las partes paralelas sustancialmente opuestas de un par de cintas sin fin desplazables (8, 9), y la aleación de aluminio fundido para cojinetes es suministrada al espacio de colada (C) para ser colada de manera continua en forma de placa, caracterizado porque controla la velocidad de enfriamiento DeltaT durante la solidificación de la aleación de aluminio para cojinetes de tal modo que la velocidad de enfriamiento DeltaT está comprendida entre 3 y 6ºC/seg, cuando DeltaT = (T-500)/t, siendo T la temperatura a la que se inicia la colada de la aleación de aluminio para cojinetes, y t es el tiempo de enfriamiento en segundos entre el inicio de la colada y el momento en que la temperatura de la aleación de aluminio fundido ha disminuido a 500ºC.
Description
Procedimiento y aparato para la colada continua
de una aleación de aluminio para cojinetes.
La presente invención se refiere en general a un
procedimiento y a un aparato para la colada continua de aluminio
fundido en forma de placa, de una aleación para cojinetes, con
medios de colada en cinta, y más particularmente a un procedimiento
y aparato de colada de este tipo, en el que se impide el crecimiento
excesivo de los cristales.
Es conocida una máquina de colada en cinta como
un aparato para la colada continua de un metal que funde a una
temperatura relativamente baja, por ejemplo, aluminio, aleaciones de
aluminio, cinc, etc., en la que la colada se realiza entre un par
de cintas sin fin. En la máquina de colada con cinta conocida, cada
cinta pasa por encima o alrededor de una pluralidad de rodillos. Se
define un espacio de colada horizontal o ligeramente inclinado
entre partes sustancialmente horizontales de las cintas. Las cintas
están accionadas mediante rodillos de accionamiento, de tal modo
que se desplazan mientras son enfriadas mediante un sistema de
refrigeración. Se suministra un metal fundido al espacio de colada
que debe ser enfriado mediante las cintas, solidificándose de este
modo en forma de una placa. Los materiales en forma de placa son
extraídos de manera continua del espacio de colada. La máquina de
colada de cinta mencionada anteriormente, del tipo de moldes de
colada desplazables es excelente en cuanto a velocidad de colada, y
según lo anterior en productividad, con respecto a una máquina de
colada continua del tipo de moldes de colada fijos.
Los cojinetes recubiertos de una aleación de
aluminio para cojinetes, denominada "aleación de aluminio para
cojinetes", son utilizados generalmente en motores de automóviles
o en máquinas industriales. La aleación de aluminio para cojinetes
se realiza de manera secuencial siguiendo las etapas de colada,
laminación, revestimiento, tratamiento térmico y mecanizado. Más
específicamente, los metales fundidos son colados en forma de placa.
La placa colada es laminada en la etapa de laminación. Se reviste a
continuación una lámina de acero con la placa colada de tal modo
que se obtiene un bimetal. El bimetal es recocido de tal modo que se
mejora la resistencia de la unión entre la placa colada y la lámina
de acero. A continuación, se mecaniza el bimetal para adoptar la
forma final de un cojinete semicilíndrico o cilíndrico.
Los fabricantes de cojinetes para motores han
utilizado la máquina de colada en cinta mencionada anteriormente,
para colar de manera continua la aleación de aluminio en forma de la
placa colada para mejorar de este modo la productividad. Sin
embargo, en la máquina de colada en cinta, la velocidad de
enfriamiento de la placa colada es reducida dado que la velocidad
de colada es elevada. De este modo, la máquina de colada en cinta
supone que se obtiene un estado de enfriamiento lento. Como
resultado de ello, es fácil que se produzca un crecimiento y una
segregación de los cristales como los de Sn y Si, en la aleación de
aluminio que contiene Sn, Si, etc. Además, en una aleación de
aluminio que contiene diversos elementos para la mejora de las
características del cojinete, asimismo es fácil que los cristales
de compuestos intermetálicos crezcan excesivamente y se segreguen.
Cuando los cristales se segregan o crecen excesivamente se reduce la
plasticidad de la aleación en la aleación de aluminio. Como
resultado de ello, se producen grietas en la aleación en las etapas
posteriores de laminación y de revestimiento en las que se realiza
el procedimiento de deformación plástica. Además, disminuye la
resistencia a la fatiga y la resistencia al desgaste de la aleación,
dado que las características del cojinete reducen el efecto de la
adición de diversos elementos para la mejora de las características
del cojinete.
El documento
JP-A-58-179.546
proporciona un aparato de colada continua que comprende dos pares de
bobinas de desenrollado y enrollado y dos cintas de acero que se
extienden entre los pares de bobinas respectivos y están opuestas
entre sí. En el espacio entre las cintas de acero se suministra
acero fundido. El acero se desplaza mediante el enrollado de las
cintas de acero sobre el carrete de enrollado. Las cintas de acero
emparejadas son enfriadas mediante unos rodillos de enfriamiento y
unos refrigeradores, de tal modo que el acero fundido se enfría
hasta solidificarse.
Por consiguiente, un objetivo de la presente
invención es dar a conocer un procedimiento y un aparato para la
colada continua de una aleación de aluminio para cojinetes, en los
que se evita el crecimiento y la segregación de los cristales
cuando la aleación de aluminio para cojinetes es colada de manera
continua en forma de placa.
Según una primera característica de la presente
invención, se proporciona un procedimiento para la colada continua
de una aleación de aluminio fundido para cojinetes, en el que se
define un espacio de colada entre unas partes opuestas
sustancialmente paralelas de un par de cintas sin fin desplazables,
y la aleación de aluminio fundido para cojinetes es suministrada al
espacio de colada para ser colada de manera continua en forma de
una placa, caracterizado por controlar la velocidad de enfriamiento
\DeltaT durante la solidificación de la aleación de aluminio para
cojinetes de tal modo que la velocidad de enfriamiento \DeltaT
oscila entre 3 y 6ºC/seg, en el que \DeltaT = (T - 500)/t, T es
la temperatura a la que se inicia la colada de la aleación de
aluminio para cojinetes, y t es el tiempo de enfriamiento en
segundos entre el inicio de la colada y el momento en el que la
temperatura de la aleación de aluminio para cojinetes ha disminuido
hasta 500ºC.
Según el procedimiento descrito anteriormente,
la velocidad de enfriamiento de 3 a 6ºC/seg, es superior a la de la
máquina de colada convencional, que es de 1 a 2ºC/seg. Cuando la
aleación de aluminio se solidifica a una velocidad de enfriamiento
tan elevada, los cristales no crecen ni se segregan. Además, puede
evitarse la aparición de grietas en la laminación o en el
revestimiento posteriores. Adicionalmente, puede impedirse que se
reduzcan las características de los cojinetes.
En una segunda característica, la aleación de
aluminio para cojinetes comprende, en masa, del 3 al 40% de Sn, del
0,5 al 7% de Si, del 0,05 al 2% de Fe, y el resto de Al y de
impurezas inevitables, y cristaliza un compuesto ternario
intermetálico de Al-Si-Fe. En una
tercera característica, la aleación de aluminio para cojinetes
comprende, en masa, del 3 al 40% de Sn, del 0,5 al 7% de Si y del
0,05 al 2% de Fe, y por lo menos de un 0,01 a un 3% de uno o varios
de los elementos Mn, V, Mo, Cr, Co, Ni y W y el resto de Al y de
impurezas inevitables, y cristaliza un compuesto multielemento
intermetálico de Al-Si-Fe que
contiene uno o varios de dichos elementos Mn, V, Mo, Cr, Co, Ni y
W.
En una cuarta característica, la aleación de
aluminio para cojinetes comprende por lo menos uno o varios
elementos comprendidos entre 0,01 y 2% de B, Ti y Zr. En una quinta
característica, la aleación de aluminio para cojinetes comprende por
lo menos uno o varios elementos comprendidos entre 0,1 al 5% de Cu,
Mg y Zn.
A continuación se describirán los antecedentes
técnicos del desarrollo de la nueva aleación de aluminio mencionada
anteriormente. Con el reciente desarrollo de los motores de alto
rendimiento, los cojinetes del motor necesitan una mejora adicional
en la resistencia a la fatiga y al desgaste. En lo que se refiere a
la resistencia a la fatiga, se han añadido a la aleación de
aluminio elementos como el Cu, Mn y V para incrementar esta última.
Con el fin de mejorar la resistencia al desgaste, el documento
JP-A-58-64.332,
proporciona que se añade Si a la aleación de aluminio y se controla
el tamaño y la distribución de las partículas de Si cristalizadas
en la aleación de aluminio. Además, el documento
JP-A-58-67.841
proporciona que se añaden Mn, Fe, Mo, Ni, etc. a la aleación de
aluminio de tal modo que se cristaliza un compuesto intermetálico
entre Mn, etc. y Al en la aleación de aluminio. Estos dos casos
proponen una mejora en la capacidad de conformación y en las
propiedades antiagarrotamiento de la aleación de aluminio, mejorando
de este modo la resistencia al desgaste.
Los documentos
JP-A-58-64.332 y
JP-A-58-67.841
mencionados anteriormente, dan a conocer que puede conseguirse el
efecto deseado cuando los tamaños de las partículas de Si y del
compuesto intermetálico oscilan entre 5 \mum y 40 \mum,
respectivamente. En general, las partículas duras contenidas en el
Al están distribuidas de manera uniforme para reforzar la aleación
de aluminio, y el efecto es mayor a medida que disminuye el tamaño
de las partículas. Sin embargo, en los dos casos mencionados
anteriormente, cuando se controla el tamaño del Si y del compuesto
intermetálico de tal modo que oscila entre 5 \mum y 40 \mum, la
resistencia de la matriz de Al y, según lo anterior, la resistencia
a la fatiga de la aleación de aluminio, quedan reducidas cuando el
tamaño del Si y del compuesto intermetálico son relativamente
grandes. De este modo, no pueden mejorarse las propiedades
antiagarrotamiento cuando las partículas cristalizadas se hacen
pequeñas para mejorar la resistencia a la fatiga. Por otra parte,
la resistencia a la fatiga no puede mejorarse cuando las partículas
cristalizadas se hacen grandes para una mejora de las propiedades
antiagarrotamiento y, según lo anterior, en la resistencia al
desgaste.
La invención desarrolla una aleación de Al
mediante la cristalización de un compuesto ternario intermetálico
de Al-Si-Fe o un compuesto
intermetálico multielemento que contiene
Al-Si-Fe como la base. La aleación
de Al puede mejorar las propiedades antiagarrotamiento y la
resistencia al desgaste sin reducir la resistencia a la fatiga. El
compuesto ternario intermetálico de
Al-Si-Fe y el compuesto
intermetálico multielemento que contiene
Al-Si-Fe como la base son
extraordinariamente estables, y su forma básica no cambia incluso
por el tratamiento térmico tras el revestimiento con un metal de
relleno. Más específicamente, el Si cristaliza como un eutéctico en
una forma como un coral interconectado tridimensionalmente. El Si
cristalizado es triturado en fragmentos mediante la laminación tras
la colada o durante la laminación en el revestimiento con el metal
de relleno. Además, el Si cambia asimismo su forma mediante un
tratamiento térmico posterior. Esta es una característica del Si y
particularmente en el tratamiento térmico, en el que la temperatura
supera los 300ºC, el Si cambia a una forma relativamente redondeada
de tal modo que la tensión superficial del mismo se reduce. Esta
tendencia se incrementa en un material que contenga una gran
cantidad de Sn, por ejemplo, una aleación para cojinetes de
Al-Sn.
Sin embargo, el compuesto ternario intermetálico
mencionado anteriormente o el compuesto intermetálico multielemento
no cambia su forma cristalizada (en la Figura 3 se muestra un
ejemplo) ni cambia su forma a la temperatura de un tratamiento
térmico corriente. Además, el compuesto ternario o el compuesto
intermetálico multielemento se tritura en la etapa de laminación
con deformación plástica, o en la etapa de revestimiento durante la
fabricación del cojinete. No obstante, como resultado de la
trituración, el compuesto intermetálico adopta una forma con un
borde agudo tal como una pieza rota de una herramienta con filo. La
Figura 4 ilustra un ejemplo de una forma de este tipo. Aunque las
partículas de Si son redondeadas y están partidas en fragmentos en
las etapas de laminación y de tratamiento térmico, el compuesto
ternario o el compuesto intermetálico multielemento mencionados
anteriormente, conservan una forma agresiva con un borde
afilado.
El compuesto ternario o el compuesto
intermetálico multielemento realizan un esmerilado sobre un eje,
incluso aunque su contenido sea pequeño. En particular, el
compuesto ternario o el compuesto intermetálico multielemento
estabilizan la relación entre un eje con un funcionamiento inicial
inestable y el cojinete. De este modo, el compuesto ternario o el
compuesto intermetálico multielemento son efectivos para mejorar la
capacidad de conformación. Más concretamente, el compuesto ternario
o el compuesto intermetálico multielemento rascan los resaltes de
la superficie del eje tales como las rebabas alrededor del grafito
nodular de la superficie del eje. El compuesto ternario o el
compuesto intermetálico multielemento impiden además el desgaste de
la aleación de Al debido a la adherencia al eje, lo que es un
inconveniente de la aleación de Al. Adicionalmente, el compuesto
ternario o el compuesto intermetálico multielemento rascan además
cualquier materia adherida para impedir así el agarrotamiento
debido a la materia adherida. Además, el compuesto ternario o el
compuesto intermetálico multielemento son relativamente grandes
incluso tras la etapa de laminación. Las partículas de Si
pulverizadas de forma muy pequeña están distribuidas en la matriz
de Al, mejorando así la resistencia de la matriz de Al. Por
consiguiente, puede conseguirse tanto una mejora en la resistencia
al desgaste y en las propiedades antiagarrotamiento como una mejora
en la resistencia a la fatiga.
La aleación de Al se solidifica con una
velocidad de enfriamiento comprendida entre 3 y 6ºC/seg, según el
procedimiento de colada de la presente invención cuando se cuela la
aleación de Al que cristaliza el compuesto ternario o el compuesto
intermetálico multielemento. Por consiguiente, el compuesto
intermetálico puede ser controlado de tal modo que el tamaño de los
cristales está comprendido entre 40 y 55 \mum sin un excesivo
crecimiento del compuesto intermetálico. Además, puede asimismo
controlarse el Si cristalizado de tal modo que se mantenga en unas
40 \mum o inferior a ellas. A continuación, cuando se lamina la
placa colada o cuando se reviste la placa colada con el metal de
relleno, el compuesto intermetálico queda pulverizado entre 1 y 20
\mum y el Si cristalizado es de 5 \mum o inferior.
A continuación se describirán los motivos de la
limitación de los valores de cada uno de los componentes mencionados
anteriormente.
El Sn mejora las propiedades superficiales tales
como las propiedades antiagarrotamiento, la capacidad de
conformación y la de incrustación como un cojinete. Cuando el
contenido de Sn es inferior al 3%, los efectos mencionados
anteriormente son pequeños. Cuando supera el 40%, las propiedades
mecánicas de la aleación para cojinetes empeoran y reducen el
rendimiento del cojinete. Un contenido preferible del Sn está
comprendido entre 6 y 20%.
El Si se disuelve en la matriz de aluminio y
cristaliza parcialmente como una sustancia única de partículas de
silicio para dispersarse finamente, de tal modo que incrementa la
resistencia a la fatiga del material y mejora las propiedades
antiagarrotamiento y de resistencia al desgaste. Por otra parte, el
Si es un elemento esencial para formar el compuesto intermetálico
Al-Si-Fe y mejora el esmerilado, las
propiedades antiagarrotamiento y la resistencia al desgaste. Cuando
el contenido de Si es inferior al 0,5%, el Si se disuelve en la
matriz de Al de tal modo que los efectos anteriores son pequeños.
Cuando sobrepasa el 7%, sus cristales crecen excesivamente, de tal
modo que reduce la resistencia a la fatiga de la aleación para
cojinetes. Preferentemente el contenido de Si oscila entre el 2 y el
6%.
El Fe cristaliza principalmente en el compuesto
intermetálico Al-Si-Fe, de tal modo
que produce los efectos descritos anteriormente. El compuesto
intermetálico que contiene Fe impide el agarrotamiento con un eje y
mejora la resistencia al desgaste. La característica es efectiva
cuando el contenido de Fe oscila entre el 0,05 y el 2%. Cuando el
contenido de Fe es inferior al 0,05%, los efectos mencionados
anteriormente son pequeños. Cuando el contenido de Fe supera el 2%,
crece excesivamente el tamaño del compuesto y la aleación para
cojinetes se vuelve frágil, provocando que la laminación cause
problemas. El contenido preferido de Fe está comprendido entre el
0,07 y el 1%.
Estos son elementos opcionales que constituyen
el compuesto intermetálico multielemento de la presente invención.
Más específicamente, cuando se añade un elemento seleccionado
\alpha al Al-Si-Fe, se produce un
compuesto intermetálico multielemento del tipo
Al-Si-Fe-\alpha.
El elemento seleccionado se disuelve en la matriz de aluminio como
una sustancia individual para reforzar así la matriz. No pueden
esperarse efectos del compuesto intermetálico multielemento cuando
el contenido de cada elemento es inferior al 0,01%. Cuando el
contenido de cada elemento sobrepasa el 3%, el compuesto
intermetálico multielemento crece excesivamente, de modo que las
propiedades físicas de la aleación para cojinetes se degradan, y la
capacidad de deformación plástica de la aleación para cojinetes
para la laminación queda asimismo degradada. El contenido preferido
está comprendido entre el 0,2 y el 2%.
Estos elementos opcionales no contribuyen a la
formación del compuesto intermetálico
Al-Si-Fe, disolviéndose en la
matriz de aluminio de tal modo que mejoran la resistencia a la
fatiga de la aleación para cojinetes. El efecto mencionado
anteriormente es pequeño cuando el contenido es inferior al 0,01%.
Cuando el contenido sobrepasa el 2%, la aleación para cojinetes se
vuelve frágil. El contenido preferido está comprendido entre el 0,02
y el 0,5%.
Estos elementos opcionales son elementos
adicionales que mejoran la resistencia de la matriz de aluminio. Un
tratamiento de solubilidad obliga a estos elementos a disolverse en
la matriz de aluminio. Cuando estos elementos son enfriados y
envejecidos, pueden precipitarse compuestos finos. No pueden
esperarse estos efectos cuando la cantidad de la adición es
inferior al 0,1%. Cuando la adición sobrepasa el 5%, el compuesto
crece excesivamente. La cantidad preferida de aditivos está
comprendida entre el 0,5 y el 4%.
\newpage
En la sexta característica, la presente
invención proporciona un aparato para la colada continua de una
aleación fundida de aluminio para cojinetes en forma de placa,
caracterizado porque presenta unos medios de colada en cinta que
comprenden un par de cintas sin fin desplazables, y un espacio de
colada definido entre las partes opuestas sustancialmente paralelas
de un par de cintas sin fin desplazables, y que presentan dos
extremos; unos medios de suministro del metal fundido para
suministrar la aleación fundida de aluminio para cojinetes al
espacio de colada desde un lado del extremo del espacio de colada;
unos medios de enfriamiento, para el enfriamiento a través de un
medio de las cintas sin fin, siendo suministrada la aleación fundida
de aluminio para cojinetes en el espacio de colada; unos medios de
pulverización de agua para pulverizar agua sobre una placa colada
desde ambos lados de la misma para enfriar la misma, estando colada
la placa colada de forma continua en el espacio de colada y
extraída por el otro lado del espacio de colada mediante la
traslación de las cintas; y unos medios de pulverización de aire
que en la práctica forman una cortina de aire y que están
dispuestos más próximos al espacio de colada que los medios de
pulverización de agua, impidiendo así que cualquier cantidad de
agua pulverizada mediante los medios de pulverización de agua
salpique hacia cada lado de la cinta.
Según el aparato de colada continua mencionado
anteriormente, el agua es pulverizada sobre ambos lados de la placa
colada extraída del espacio de colada. La placa colada es enfriada
rápidamente para su solidificación. Por consiguiente, puede
impedirse que los cristales crezcan excesivamente.
En una séptima característica, los medios para
la pulverización de agua pulverizan agua sobre una parte de la
placa colada a continuación de que la parte ha sido extraída de
dicho otro extremo del espacio de colada.
En una octava característica, el aparato de
colada continua comprende además una pieza de protección contra
salpicaduras para impedir las salpicaduras del agua pulverizada por
los medios de pulverización de agua sobre la placa colada, estando
dispuesta la pieza de protección contra salpicaduras para recubrir
ambos lados de la placa colada extraída del espacio de colada. Las
cintas sin fin entran en contacto con el metal fundido de manera
tal que su temperatura aumenta. Según lo anterior, cuando el agua
pulverizada mediante los medios de pulverización salpica las cintas
sin fin, existe la posibilidad de que el agua de las salpicaduras
pueda vaporizarse de manera explosiva. En la construcción descrita
anteriormente, la pieza de protección contra salpicaduras impide
que el agua pulverizada por los medios de pulverización salpique las
cintas sin fin. Por consiguiente, puede impedirse que el agua se
vaporice de manera explosiva.
En una novena característica, la pieza de
protección contra salpicaduras presenta por lo menos un extremo en
el lado del espacio de colada, estando inclinado el extremo de tal
modo que se acerca gradualmente a la placa de colada hacia el lado
del espacio de colada. Cuando la pieza de protección contra
salpicaduras está inclinada de este modo, el agua salpicada choca
contra la pieza de protección contra salpicaduras para ser
rechazada en una dirección tal que abandona el espacio de colada.
Por consiguiente, puede impedirse de una forma más fiable que el
agua salpique las cintas sin fin.
La invención será descrita, únicamente a título
de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los
que:
la Figura 1 es una vista en sección del lado de
salida de una máquina de colada continua de cinta, de una forma de
realización según la presente invención;
la Figura 2 es una vista en sección de una
máquina de colada continua que comprende la máquina de colada de
cinta;
la Figura 3 es una microfotografía de un
material colado en forma de placa, cristalizado en un compuesto
ternario intermetálico Al-Si-Fe;
la Figura 4 es asimismo una microfotografía del
material laminado de la placa colada que contiene el compuesto
ternario intermetálico Al-Si-Fe;
la Figura 5 ilustra una composición de
aleaciones coladas en un ensayo, tipos de máquinas de colada
continua utilizadas en el ensayo y velocidades de enfriamiento;
y
la Figura 6, ilustra los resultados de la
inspección de la estructura y de la capacidad de deformación de la
placa colada con respecto a las aleaciones que aparecen en la Figura
5, y los resultados de los ensayos de resistencia a la fatiga,
resistencia al desgaste y propiedades antiagarrotamiento con
referencia a los cojinetes realizados en las aleaciones mencionadas
anteriormente.
Se describirá una forma de realización de la
presente invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Una
máquina de colada continua que realiza la colada de una aleación de
aluminio en forma de placa, comprende principalmente una máquina de
colada de cinta, que sirve como medio de colada de la cinta.
Haciendo referencia a la Figura 2, en ella aparece la máquina de
colada de cinta 1 que comprende una base 2 sobre la que figura una
pluralidad de soportes 3. Un bastidor superior 4 de la máquina está
soportado sobre los soportes 3 de tal modo que puede desplazarse
hacia arriba y hacia abajo. Un bastidor inferior 5 de la máquina
está fijado asimismo a la base 2, de modo que está situado por
debajo del bastidor superior 4 de la máquina. Una pluralidad de
rodillos 6a a 6e y 7a a 7e, están previstos sobre ambos bastidores 4
y 5 de la máquina, respectivamente. Un par de cintas sin fin 8 y 9
pasan a través de los rodillos 6a a 6e y 7a a 7e, respectivamente.
Cada cinta sin fin está realizada en chapa de acero o en una fibra
resistente al calor.
El rodillo superior de la derecha 6e del
bastidor superior 4 de la máquina, está montado sobre un extremo
distal de un brazo 10 soportado de manera giratoria por el bastidor
superior 4 de la máquina, tal como se aprecia en la Figura 2. El
rodillo inferior de la derecha 7e del bastidor inferior 5 de la
máquina está montado sobre un extremo distal de un brazo 11
soportado de forma giratoria por el bastidor inferior 5 de la
máquina. Los brazos 10 y 11 están forzados por unos cilindros
hidráulicos 12 y 13 de tal modo que pueden girar en las direcciones
de las flechas A y B, aplicando de este modo tensión a las cintas
sin fin 8 y 9, respectivamente. Las cintas 8 y 9 están accionadas
de tal modo que se desplazan en las direcciones D y E
respectivamente.
Una parte de la cinta sin fin superior 8 entre
los rodillos 6a y 6b es sustancialmente paralela a una parte de la
cinta sin fin inferior 9 entre los rodillos 7a y 7b. El espacio en
el que las cintas 8 y 9 son paralelas entre sí sirve de espacio de
colada C. Los lados derecho e izquierdo del espacio de colada C
están cerrados respectivamente mediante unas piezas de sellado (no
ilustradas). Un depósito de material fundido 14 que sirve de medio
de suministro de metal fundido está dispuesto en el lado izquierdo
de la base 2, de tal modo que está situado en un lado extremo del
espacio de colada C. Se suministra metal fundido para una aleación
de aluminio desde un recipiente de metal fundido 15 al depósito de
metal fundido 14. El depósito de metal fundido 14 comprende una
tobera 16 a través de la cual el metal fundido es suministrado al
espacio de colada C.
La máquina de colada de cinta 1 comprende unas
camisas de refrigeración por agua 17 y 18 para enfriar las cintas
sin fin 8 y 9 respectivamente. Las camisas de refrigeración por agua
17 y 18 están montadas sobre los bastidores 4 y 5 de la máquina, de
tal modo que entran en contacto con las partes paralelas de las
cintas sin fin 8 y 9 en los extremos opuestos, respectivamente. Las
camisas de refrigeración por agua 17 y 18 enfrían, a través de las
cintas sin fin 8 y 9, el metal fundido de la aleación de aluminio
suministrada al espacio de colada C.
Dos transportadores de rodillos verticales
opuestos 19 y 20 están previstos sobre los bastidores superior e
inferior 4 y 5 de la máquina de tal modo que están previstos en el
lado del otro extremo del espacio de colada C. Una aleación de
aluminio colada en forma de chapa en el espacio de colada C, o la
placa colada 21, es extraída hasta una sección entre los
transportadores de rodillos 19 y 20. Dos tuberías de pulverización
de agua 22 y dos tuberías de pulverización de agua 23 están
previstas en partes de los transportadores de rodillos 19 y 20 en
el lado del espacio de colada C respectivamente, tal como se aprecia
en la Figura 1. Las tuberías de pulverización de agua 22 y 23
sirven como medios de pulverización de agua para pulverizar agua en
la placa colada 21 a ambos lados del material inmediatamente una vez
que la placa colada ha sido extraída del espacio de colada C. Las
tuberías 22 y 23 están previstas en la dirección de la flecha F, en
la que avanza la placa colada 21. Aunque en la forma de realización
el espesor de la placa colada 21 está fijado en 15 mm, el espesor
es variable mediante la regulación de la posición vertical del
bastidor superior 4 de la máquina de tal modo que la altura del
espacio de colada C puede ser regulada.
Las piezas de protección contra salpicaduras 24
y 25 están previstas en ambos bastidores 4 y 5 de la máquina para
impedir que el agua pulverizada mediante las tuberías de
pulverización de agua 22 y 23 salpique hacia afuera
respectivamente. Las piezas de protección contra salpicaduras 24 y
25 están conformadas en forma de un recipiente plano de poca altura
y están previstas para recubrir los transportadores de rodillos 19 y
20 que definen el paso para la placa colada 21. Las piezas de
protección contra salpicaduras 24 y 25 presentan los extremos
previstos en el lado del espacio de colada C e inclinados hacia el
interior y hacia arriba hacia el espacio de colada C, de tal modo
que la distancia entre los extremos se va reduciendo gradualmente a
medida que los extremos se aproximan al espacio de colada C.
Dos tuberías de pulverización de aire 26 y 27
están previstas en las partes interiores de las piezas de protección
contra salpicaduras 24 y 25 de tal modo que están situadas más
cerca del espacio de colada C que las tuberías de pulverización de
agua 22 y 23, respectivamente. Las tuberías de pulverización de aire
26 y 27 sirven como medios de pulverización de aire. Las tuberías
de pulverización de aire 26 y 27 pulverizan aire hacia arriba y
hacia abajo para formar las respectivas cortinas de aire entre la
placa colada 21 y las piezas de protección contra salpicaduras 24 y
25 respectivas, impidiendo de este modo que el agua pulverizada por
las respectivas tuberías de pulverización de agua 22 y 23 avance
hacia el lado del espacio de colada C (en la dirección opuesta a la
flecha F) para adherirse a las cintas sin fin 8 y 9. La placa colada
21 es extraída mediante los transportadores de rodillos 19 y 20,
mantenida a continuación entre los rodillos de presión 28 y 29 para
finalmente ser enrollada en forma de bobina mediante una máquina de
enrollado (no representada).
A continuación se describirá el funcionamiento
del aparato de colada continua. Cuando se suministra metal fundido
para la aleación de aluminio desde el recipiente 15 de metal fundido
al depósito 14 de metal fundido, el metal fundido es alimentado
desde la tobera 16 del depósito 14 al espacio de colada C. El metal
fundido alimentado al espacio de colada C es enfriado mediante las
cintas sin fin 8 y 9 mediante las camisas de refrigeración por agua
17 y 18. El metal fundido se solidifica gradualmente como resultado
del enfriamiento y es alimentado en la dirección de la flecha F
mediante las cintas sin fin 8 y 9 que se trasladan en las
direcciones de las flechas D y E respectivamente, mientras se
conforma la forma de la placa. Las tuberías de pulverización de
agua 22 y 23 pulverizan agua sobre partes de ambos lados de la placa
colada 21, inmediatamente después que estas partes han sido
extraídas del espacio de colada C. La placa colada es enfriada a
continuación mediante el agua pulverizada inmediatamente cuando se
expulsa del espacio de colada C. La placa colada 21 es enfriada a
continuación mediante el agua pulverizada mediante las tuberías de
pulverización de agua 22 y 23 seguido del enfriamiento mediante las
camisas de refrigeración de agua 17 y 18. La placa colada 21 es
enfriada rápidamente mediante el agua pulverizada y de este modo se
completa la solidificación.
El metal fundido suministrado al espacio de
colada C está a unos 800ºC. Se considera que la solidificación se
ha completado cuando la placa colada 21 ha sido enfriada hasta que
una parte de la placa colada 21, excluyendo Sn, ha sido enfriada a
unos 500ºC. La cantidad de agua suministrada a cada camisa de
refrigeración de agua 17 ó 18 y la cantidad de agua pulverizada por
cada tubería de pulverización de agua 22 ó 23 están fijadas de tal
modo que la temperatura de la placa colada 21 se reduce desde 800ºC,
como temperatura inicial de colada, hasta 500ºC con una velocidad
de enfriamiento de 3 a 6ºC por segundo mediante las camisas de
refrigeración de agua 17 y 18 y las tuberías de pulverización de
agua 22 y 23 hasta que se ha completado la solidificación. Como
resultado del enfriamiento rápido mencionado anteriormente a dicha
velocidad de enfriamiento, se evita que el compuesto cristalizado
intermetálico en la placa 21 crezca excesivamente y se segregue.
Como es obvio por lo mencionado anteriormente,
la velocidad de enfriamiento está definida como la proporción de
enfriamiento \DeltaT = (temperatura inicial de colada
T-500)/(periodo de tiempo de enfriamiento
transcurrido desde el inicio de la colada hasta el momento en que
la temperatura de la placa colada disminuye a 500ºC). El agua
pulverizada desde las tuberías de pulverización de agua 22 y 23
salpica la placa de colada 21. El metal fundido cuya temperatura es
de unos 800ºC es suministrado al espacio de colada C. Según lo
anterior, en el caso en que las cintas sin fin 8 y 9 sobre las que
se adhiere el agua entren en contacto con el metal fundido, el agua
se volatiliza rápidamente, lo que es peligroso. Sin embargo, en la
forma de realización anterior, la pulverización de agua es
realizada entre las piezas apareadas 24 y 25 de protección contra
salpicaduras. Se impide que el agua pulverizada sobre la placa
colada 21 salpique hacia el exterior. Por consiguiente, el agua no
se adhiere a las cintas sin fin 8 y 9. La cara superior del extremo
de la pieza superior de protección contra salpicaduras 24 en el
lado del espacio de colada C está inclinada hacia abajo, en
dirección al espacio de colada C. La cara inferior del extremo de
la pieza inferior de protección contra salpicaduras 25 en el lado
del espacio de colada C está inclinada hacia arriba, en dirección al
espacio de colada C. El agua pulverizada hacia el espacio de colada
C choca contra las caras inclinadas 24a y 25a para ser pulverizada
nuevamente hacia el lado opuesto del espacio de colada C. Por
consiguiente, puede impedirse que el agua salpique hacia afuera a
través de los espacios definidos entre las piezas de protección
contra salpicaduras 24 y 25 y la placa de colada 21.
Además, las tuberías de pulverización de aire 26
y 27 están situadas más próximas al espacio de colada C que las
tuberías de pulverización de agua 22 y 23, respectivamente. Las
tuberías de pulverización de aire 26 y 27 forman las cortinas de
aire entre los elementos de protección contra salpicaduras 24 y 25 y
la placa colada 21. Por consiguiente, además, puede impedirse que
el agua pulverizada mediante las tuberías 22 y 23 avance hacia el
espacio de colada C y que se fugue por los espacios entre las piezas
de protección contra salpicaduras 24 y 25 y la placa colada 21 que
se adhieren a las cintas sin fin 8 y 9. El agua recibida por las
piezas de protección contra salpicaduras 24 y 25 es evacuada a
través de un paso de evacuación (no representado) dispuesto en la
pieza inferior 25 de protección contra salpicaduras.
El compuesto ternario intermetálico de
Al-Si-Fe o el compuesto
intermetálico multielemento de
Al-Si-Fe-Mn, etc.
están cristalizados, y las partículas de Si están cristalizadas en
la placa 21 colada de forma continua, tal como aparece en la Figura
3. Además, la velocidad de enfriamiento de la placa colada 21 está
controlada de tal modo que oscila entre 3 y 6ºC/seg en la etapa de
colada, de modo que puede controlarse el tamaño del compuesto
intermetálico cristalizado de tal modo que oscile entre 30 y 70
\mum y el tamaño de la estructura del Si eutéctico puede ser
controlado de tal modo que sea igual o inferior a 40 \mum.
A continuación, la placa 21 colada de manera
continua es laminada en frío en continuo de tal modo que el espesor
de la misma se reduce de 15 mm a 6 mm. A continuación, la placa
colada 21 se reviste con una placa delgada de aluminio para formar
una capa de unión y posteriormente es revestida con una placa de
acero de relleno, de tal modo que se realiza un bimetal. A
continuación, el bimetal se recuece de modo que mejora la
resistencia de la unión entre la placa colada 21 y la placa de
acero de respaldo. Se realiza un tratamiento de solubilización para
reforzar la estructura de aluminio. El bimetal es mantenido a una
temperatura de 470ºC durante 20 minutos en el tratamiento de
solubilización. Tras el enfriamiento en agua (temple), se realiza un
tratamiento de envejecimiento en el que el bimetal se mantiene a
170ºC durante 15 horas.
El compuesto intermetálico queda triturado como
resultado de la realización de la laminación, el revestimiento,
etc. mencionado anteriormente de forma que su tamaño se reduce desde
el tamaño inicial que oscilaba entre 40 y 55 \mum hasta un
intervalo de 1 a 20 \mum. Como resultado, se forma el compuesto
intermetálico con una forma angulosa con unos bordes agudos tal
como aparece en la Figura 4. Además, en cada milímetro cuadrado
están distribuidas de 6 a 200 partículas duras compuestas por el
compuesto intermetálico. El tamaño y la distribución de las
partículas duras, permanece casi constante incluso tras el
tratamiento térmico posterior. Por otra parte, las partículas de Si
quedan asimismo trituradas por la laminación, el revestimiento, etc.
Tras el tratamiento de envejecimiento, las partículas de Si
presentan finalmente una forma redondeada siendo su diámetro máximo
inferior a 5 \mum. Por milímetro cuadrado están distribuidas 200 o
más partículas de Si. Posteriormente, el material es mecanizado en
forma de un cojinete semicilíndrico.
La Figura 5 ilustra la composición de la
aleación (% en masa) en la colada realizada de ensayo, el tipo de
máquina de colada continua utilizada en la colada y la velocidad de
enfriamiento. El símbolo "BC1" en la columna de la máquina de
colada se refiere a una máquina de colada continua con tuberías de
pulverización de agua según la presente invención. El símbolo
"BC2" se refiere a una máquina de colada continua convencional
sin tuberías de pulverización de agua.
La Figura 6 ilustra los resultados de la
inspección de la estructura y la capacidad de deformación en la
laminación de la placa colada referidos a las aleaciones 1 a 6
(productos de la presente invención) y a las aleaciones 11 a 16
(productos de la técnica anterior), y los resultados de los ensayos
de resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste y propiedades
antiagarrotamiento referidas a los cojinetes realizados en las
aleaciones mencionada anteriormente. Las Tablas 1 a 3 presentan las
condiciones bajo las cuales se llevaron a cabo los ensayos de
fatiga, de desgaste y de agarrotamiento, respectivamente.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
En primer lugar será analizada la inspección de
la estructura y los resultados del ensayo que aparecen en la Figura
6. La indicación "O" en la columna de la estructura indica que
no se ha producido segregación y además que el compuesto
intermetálico cristalizado oscila entre un tamaño comprendido entre
40 y 55 \mum y está distribuido uniformemente. La indicación
"X" indica que se ha producido segregación. En la Figura 6, la
segregación se refiere a un estado en que el grano cristalizado en
la estructura de la placa colada difiere entre sí, cuando la
distribución de Sn o de Si no es uniforme, o cuando aparece un
compuesto intermetálico de Al-Si-Fe
con un crecimiento excesivo. En lo que se refiere a la capacidad de
deformación durante la laminación, se realizó la evaluación según
la profundidad de la grieta en el sentido de la anchura en un
extremo de la placa colada cuando el espesor se había reducido en
un 50% en la etapa de laminación. La indicación "O" indica que
la profundidad de la grieta no es superior a 5 mm. La indicación
"X" indica que la profundidad de la grieta supera los 5 mm.
Como es obvio por la Figura 6, la estructura no
presenta segregación en ninguno de los productos de la invención,
que son enfriados rápidamente con una velocidad de enfriamiento
comprendida entre 3 y 6ºC/seg. Sin embargo, la estructura presenta
segregación en cada uno de los productos de la técnica anterior, que
son enfriados lentamente con una velocidad de enfriamiento de
3ºC/seg o inferior. Por consiguiente, todos los productos de la
invención presenta una ligera grieta durante la laminación y una
buena capacidad de deformación durante la laminación, y en cambio
los productos de la técnica anterior presentan una gran grieta y una
baja capacidad de deformación durante la laminación. Según lo
anterior, el valor de la reducción del espesor por pasada de
laminación es superior en los productos de la invención, con lo que
puede mejorarse la productividad. Además, puede comprenderse que
los productos de la invención son asimismo mejores que los productos
de la técnica anterior en resistencia a la fatiga, resistencia al
desgaste y propiedades antiagarrotamiento.
Tal como se ha descrito anteriormente, la
aleación de aluminio fundida se enfría a una velocidad de
enfriamiento de 3 a 6ºC/seg, de tal modo que la placa colada 21
queda colada. El compuesto intermetálico y las partículas de Si
cristalizadas en la placa colada 21, están controlados de modo que
presenten unos tamaños respectivos adecuados para que no sufran un
crecimiento excesivo. Como resultado de ello, puede impedirse la
aparición de grietas en la placa colada 21 durante la laminación
posterior, y el compuesto intermetálico y el Si quedan triturados
debido a la laminación. Como resultado, el compuesto intermetálico
presenta un tamaño tal que las propiedades antiagarrotamiento y la
resistencia al desgaste pueden ser mejoradas mediante el efecto de
esmerilado mencionado anteriormente, etc. Además, las partículas de
Si están ampliamente distribuidas en la matriz de Al y presentan un
tamaño tal que puede mejorarse la resistencia a la fatiga.
La presente invención no debería estar limitada
a la aleación de aluminio para cojinetes en la que cristaliza el
compuesto intermetálico de Al-Si-Fe
o el compuesto intermetálico multielemento compuesto por Mn, etc.,
además del Al, Si y Fe. La presente invención puede ser aplicada a
un procedimiento de colada y a un aparato para aleaciones
convencionales de aluminio para cojinetes.
La descripción anterior y los dibujos tienen un
carácter meramente ilustrativo de los principios de la presente
invención y no deben ser interpretados en un sentido limitativo.
Diversos cambios y modificaciones resultarán evidentes para un
experto en la materia con una experiencia normal. Todos dichos
cambios y modificaciones no se apartan del alcance de la invención,
tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (9)
1. Procedimiento de colada continua de una
aleación de aluminio fundido para cojinetes, en el que está definido
un espacio de colada (C) entre las partes paralelas sustancialmente
opuestas de un par de cintas sin fin desplazables (8, 9), y la
aleación de aluminio fundido para cojinetes es suministrada al
espacio de colada (C) para ser colada de manera continua en forma de
placa, caracterizado porque controla la velocidad de
enfriamiento \DeltaT durante la solidificación de la aleación de
aluminio para cojinetes de tal modo que la velocidad de enfriamiento
\DeltaT está comprendida entre 3 y 6ºC/seg, cuando \DeltaT =
(T-500)/t, siendo T la temperatura a la que se
inicia la colada de la aleación de aluminio para cojinetes, y t es
el tiempo de enfriamiento en segundos entre el inicio de la colada y
el momento en que la temperatura de la aleación de aluminio fundido
ha disminuido a 500ºC.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la aleación de aluminio para cojinetes
comprende, en masa, del 3 al 40% de Sn, del 0,5 al 7% de Si, del
0,05 al 2% de Fe y el resto de Al y las impurezas inevitables, y
cristaliza un compuesto intermetálico ternario de
Al-Si-Fe.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la aleación de aluminio para cojinetes
comprende, en masa, del 3 al 40% de Sn, del 0,5 al 7% de Si, del
0,05 al 2% de Fe, por lo menos del 0,01 al 3% de uno o varios de los
siguientes elementos Mn, V, Mo, Cr, Co, Ni y W y el resto de Al y
las impurezas inevitables, y un compuesto intermetálico
multielemento de Al-Si-Fe que
contiene dicho por lo menos uno o varios de los elementos Mn, V, Mo,
Cr, Co, Ni y W y se cristaliza el resto de Al.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque la aleación de aluminio para cojinetes
comprende del 0,01 al 2% en masa, por lo menos de uno o varios de
los elementos B, Ti y Zr.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la aleación de
aluminio para cojinetes comprende del 0,1 al 5% en masa, por lo
menos de uno o varios de los elementos Cu, Mg y Zn.
6. Aparato para la colada continua de una
aleación de aluminio fundido para cojinetes en forma de placa que
comprende:
unos medios de colada de cinta que comprenden un
par de cintas sin fin desplazables (8, 9) y un espacio de colada (C)
definido entre unas partes sustancialmente paralelas opuestas de un
par de cintas sin fin desplazables (8, 9), y que presenta dos
extremos;
unos medios de suministro de metal fundido (14)
para suministrar la aleación de aluminio fundido para cojinetes en
el espacio de colada (C) desde un lado extremo del espacio de colada
(C);
unos medios de enfriamiento (17, 18) para
enfriar, a través del medio de las cintas sin fin (8, 9), la
aleación de aluminio fundido para cojinetes suministrada al espacio
de colada (C);
unos medios de pulverización de agua (22, 23)
para pulverizar agua sobre una placa colada desde ambos lados de la
misma para enfriarla, estando colada la placa colada de manera
continua en el espacio de colada (C) y extraída por el otro lado
extremo del espacio de colada (C) mediante el desplazamiento de las
cintas (8, 9); y
unos medios de pulverización de aire (26, 27)
que, en funcionamiento, forman una cortina de aire y están previstos
más próximos al lado del espacio de colada (C) que los medios de
pulverización de agua (22, 23), impidiendo de este modo que el agua
pulverizada por los medios de pulverización de agua (22, 23)
salpique hacia los lados de la cinta.
7. Aparato según la reivindicación 6,
caracterizado porque los medios de pulverización de agua (22,
23) están previstos para pulverizar agua sobre una parte de la placa
colada después de que la parte haya sido extraída de dicho otro
extremo del espacio de colada (C).
8. Aparato según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizado asimismo porque presenta un elemento de
protección contra salpicaduras (24, 25) previsto para impedir las
salpicaduras del agua pulverizada desde los medios de pulverización
de agua (22, 23) sobre la placa colada, estando previsto el elemento
de protección contra salpicaduras (24, 25) para recubrir ambos lados
de la placa colada extraída del espacio de colada (C).
9. Aparato según la reivindicación 8,
caracterizado porque el elemento de protección contra
salpicaduras (24, 25) presenta por lo menos un extremo en el lado
del espacio de colada (C), estando inclinado el extremo de tal modo
que gradualmente queda próximo a la placa colada hacia el lado del
espacio de colada (C).
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