ES2280837T3

ES2280837T3 - Mezcla para la fabricacion de piezas moldeadas sinterizadas.

Info

Publication number: ES2280837T3
Application number: ES03798147T
Authority: ES
Inventors: Rene Lindenau; Klaus Dollmeier; Volker Arnhold
Original assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Current assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2007-09-16
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: WO2004029157A2; BR0313606A; MXPA05002837A; JP4658602B2; AU2003258696A1; DE50306411D1; AU2003258696A8; US7524352B2; KR20050043903A; WO2004029157A3; JP2006500446A; US20050226760A1; ATE352584T1; EP1576057B1; EP1576057A2; EP1576057A3; DE10244486A1; KR100975532B1

Abstract

Mezcla para la fabricación de piezas moldeadas sinterizadas, que comprende un material metálico y/o plástico y unos medios auxiliares de compresión, comprendiendo los medios auxiliares de compresión entre un 25% y un 60% en peso referido a la cantidad total de medios auxiliares de compresión, de un poliglicol, y entre un 40% y un 75% en peso referido a la cantidad total de medios auxiliares de compresión, de una cera montana.

Description

Mezcla para la fabricación de piezas moldeadas sinterizadas.

La presente invención se refiere a una mezcla para la fabricación de piezas moldeadas sinterizadas, a un procedimiento para la fabricación de las mismas y a su utilización.

Las piezas moldeadas sinterizadas encuentran aplicación especialmente en la industria de fabricación de automóviles, particularmente como piezas moldeadas para el motor y la caja de cambios. Una de las dificultades de la fabricación de piezas moldeadas consiste en fabricarlas con la densidad más elevada posible. Una pieza moldeada de un polvo sinterizable prensada en una o dos etapas por un procedimiento de pulvimetalurgia corriente, en general denominada cuerpo en verde, se sinteriza, en una segunda etapa, en una atmósfera protegida, obteniéndose una pieza moldeada metálica sólida y también de forma perfecta.

La densidad de la pieza moldeada sinterizada obtenida de este modo depende esencialmente de la densidad del cuerpo en verde obtenido en la primera etapa de prensado, la denominada densidad de prensado (densidad después del prensado). Por lo tanto, resulta deseable fabricar, ya en la primera etapa del procedimiento, un cuerpo en verde que presente la mayor densidad posible. No obstante, las elevadas fuerzas de prensado aplicadas normalmente, en el estado de la técnica, para la fabricación de cuerpos en verde de alta densidad, tienen como consecuencia, por una parte, un fuerte desgaste de la propia herramienta de prensado y, por la otra, también conducen a un alto rozamiento de deslizamiento de expulsión del cuerpo en verde de la matriz de extrusión, generando la aplicación de fuerzas de expulsión más elevadas sobre la herramienta de prensado, con un desgaste correspondientemente incrementado. Además las fuerzas de expulsión altas conllevan el peligro de una redensificación local indeseable del cuerpo en verde y la formación de grietas. Por consiguiente, la presente invención se plantea el problema de disponer una mezcla mediante la cual puedan evitarse los inconvenientes citados.

Para solucionar este problema, se propone una mezcla para la fabricación de piezas moldeadas sinterizadas, que comprende un material metálico y/o plástico y unos medios auxiliares de compresión, comprendiendo los medios auxiliares de compresión entre un 25% y un 60% en peso, referido a la cantidad total de medios auxiliares de compresión, de un poliglicol y entre un 40% y un 75% en peso, referido a la cantidad total de medios auxiliares de compresión, de una cera montana.

Como piezas moldeadas sinterizables en el sentido de la presente invención se entienden piezas moldeadas fabricadas completamente de un material sinterizable, no obstante, bajo este concepto también se entienden piezas compuestas, pudiendo el cuerpo básico de una de tales piezas compuestas haber sido fabricado, por ejemplo, de una mezcla que contiene aluminio o hierro y el cuerpo unido al cuerpo básico haber sido fabricado de otro material, por ejemplo de acero fundido, sinterizado o compacto, o de fundición de aluminio compacta. Por el contrario, la pieza compuesta puede presentar también, por ejemplo, sólo sobre el lado frontal o su superficie una capa sinterizada de una mezcla que contenga por ejemplo aluminio o cerámica, mientras que el cuerpo básico es, por ejemplo, de acero o hierro fundido, sinterizado o compacto. Las piezas moldeadas sinterizadas pueden calibrarse y/o endurecerse térmicamente.

Son materiales metálicos y/o plásticos en el sentido de esta invención especialmente polvo o mezclas de componentes metálicos, cerámicos y/o plásticos, por ejemplo de aceros como el acero al cromo-níquel, bronces, aleaciones a base de níquel como Hastalloy. Inconel, óxidos metálicos, nitruros metálicos, siliciuros metálicos o similares además de polvo y mezclas con contenido de aluminio, pudiendo contener también las mezclas componentes de elevado punto de fusión, como por ejemplo platino o similares. El polvo utilizado y su tamaño de partícula dependen del fin de aplicación correspondiente. Entre las clases preferidas de polvo con contenido de hierro se encuentran las aleaciones 316L, 304L, Inconel 600, Inconel 625, Monel y Hastalloy B, X y C. Además, el material metálico y/o plástico puede ser total o parcialmente de fibras o fibras cortas, preferentemente fibras de un diámetro aproximado entre 0,1 y 2 \mum y una longitud de entre pocos \mum a 50 mm.

Son ceras montanas en el sentido de esta invención el alquitrán de lignito, generado a partir de resinas, ceras y grasas de plantas terciarias. Se trata de ésteres de los denominados ácidos montanos (ácidos grasos) con alcoholes céreos de cadena larga, especialmente éster de ácido graso C_{29}-C_{36}, preferentemente éster de ácido graso C_{24}-C_{34}. Junto a los componentes anteriormente citados, la cera montana puede comprender también otros ácidos grasos y alcoholes céreos libres, así como resinas montanas, cetona y materiales asfálticos. Las ceras montanas figuran en todas las mezclas estándar de diferentes ésteres de ácido graso. Se prefieren las ceras montanas con un índice de acidez [mg KOH/g] de entre 5 y 30, más preferentemente entre 10 y 25 y/o un índice de saponificación [mg KOH/s] de entre 100 y 200, más preferentemente entre 120 y 160. La viscosidad [mPas] a 100ºC se sitúa preferentemente en un intervalo entre 10 y 40, más preferentemente entre 15 y 35.

Sorprendentemente, se demostró que mediante la adición, en el procedimiento de prensado metalúrgico, de los medios auxiliares de compresión definido a un material sinterizable pueden formarse cuerpos en verde, los cuales, por una parte, presentan valores más altos de resistencia en verde y de densidad de prensado, especialmente a temperatura ambiente de la herramienta de prensado, pero también requieren una fuerza de expulsión menor al retirar el cuerpo en verde de la herramienta de prensado. De este modo, por una parte disminuye sensiblemente el desgaste de las herramientas de prensado utilizadas, y por la otra se reduce el peligro de formación de grietas o de redensificaciones locales del cuerpo en verde fabricado. Además, con la mezcla según la invención, especialmente con la herramienta a temperatura ambiente, las densidades de prensado alcanzables aumentan y se sitúan en niveles cercanos a los de la pieza moldeada sinterizada y acabada.

La mezcla según la invención puede contener también otros componentes, especialmente lubricantes, preferentemente en una cantidad comprendida entre un 0,2% y un 5% en peso referido a la cantidad total de mezcla. Como lubricante pueden utilizarse tanto autolubricantes como por ejemplo MoS_{2}, WS_{2}, BN, N, nS como grafito y/u otras modificaciones de hidrocarburos como coque, grafito polarizado u otros. Preferentemente se añade entre un 1% y un 3% en peso de lubricante a la mezcla sinterizable. Mediante la adición del lubricante anteriormente citado pueden proporcionarse propiedades autolubricantes a las piezas moldeadas fabricadas con la mezcla sinterizable.

La mezcla según la invención puede contener además otros agentes desmoldeadores o aerosoles. Puede fabricarse mezclando los componentes individuales con aparatos corrientes, como mezcladores de movimiento asimétrico, tanto en caliente (mezclado en caliente) como a temperatura ambiente (mezclado en frío), siendo preferible el mezclado en caliente.

Se prefieren las mezclas que comprenden entre un 30% y un 55% en peso de poliglicoles, más preferentemente entre un 32% y un 53% en peso, y entre un 45% y un 70% en peso de ceras montanas, referido el porcentaje en peso en cada caso a la cantidad total de medios auxiliares de compresión.

Convenientemente, los poliglicoles comprendidos en los medios auxiliares de compresión de la mezcla según la invención incluyen polietilenglicoles. En el sentido de la presente invención, los polietilenglicoles comprenden también mezclas de polietilenglicoles de diferente peso molecular. Resultan especialmente convenientes los polietilenglicoles con una masa molecular entre aproximadamente 100 y 20.000 g/mol, preferentemente entre 100 y 7.000 g/mol, más preferentemente entre 100 y 6.500 g/mol y aún más preferentemente entre 3.000 y 6.000 g/mol. La gran ventaja de los polietilenglicoles anteriormente citados radica en el hecho de que éstos presentan un punto de deformación relativamente bajo, normalmente en un intervalo comprendido entre 40 y 100ºC, siendo posible llenar los moldes de prensado utilizados en el procedimiento metalúrgico con material frío, con lo cual se evita, entre otras cosas, la formación de grumos. Calentando la herramienta en la operación de prensado, los polietilenglicoles seleccionados posibilitan la lubricación conjunta con las ceras montanas utilizadas, alcanzándose mayores densidades de prensado y resistencias en verde más altas del cuerpo en verde fabricado. Convenientemente, las ceras montanas incluidas en los medios auxiliares de compresión de la mezcla según la invención incluyen ésteres de ácido graso basados en ácidos grasos
C_{24}-C_{34}.

La presente invención se refiere también a un procedimiento para la fabricación de la mezcla según la invención, en el cual:

-: en una primera etapa, se funden conjuntamente los poliglicoles y las ceras montanas comprendidos en los medios auxiliares de compresión; y

-: en una segunda etapa, se añaden los medios auxiliares de compresión fabricados según la primera etapa al material metálico y/o plástico.

Además, preferentemente, después de la primera etapa del procedimiento según la invención, la masa fundida obtenida y enfriada se tritura o pulveriza. Sorprendentemente, se ha demostrado que, en el procedimiento según la invención, se obtienen resistencias del cuerpo en verde claramente superiores a las que pueden alcanzarse usualmente con los medios auxiliares de compresión conocidos según el estado de la técnica.

Alternativamente, se dispone un procedimiento, en el cual:

-: en una primera etapa, se mezclan entre sí los poliglicoles y las ceras montanas comprendidos en los medios auxiliares de compresión; y

También con este procedimiento alternativo según la invención, los cuerpos en verde obtenidos después de la operación metalúrgica de prensado presentan resistencias en verde superiores a las que pueden alcanzarse con los medios auxiliares de compresión usuales conocidos según el estado de la técnica. Además, la presente invención se refiere a la utilización de la mezcla según la invención para la fabricación de piezas moldeadas sinterizadas. Por otra parte, la presente invención se refiere a unos medios auxiliares de compresión según las reivindicaciones 1 a 4.

Finalmente, la presente invención se refiere a cuerpos en verde fabricados a partir de la mezcla según la invención, con una resistencia en verde según ISO 3995-1985 de la herramienta de prensado, utilizada a temperatura ambiente y una presión de 600 MPa, de más de 7,55 N/mm^{2}. Convenientemente, los cuerpos en verde según la invención presentan además una densidad de 7,14 N/mm^{2} después del prensado según ISO 3927 a 800 MPa y temperatura ambiente de la herramienta de prensado utilizada.

Ésta y otras ventajas de la presente invención se describen mediante los ejemplos siguientes.

Se fabricaron mezclas del polvo metálico sinterizable Ancorsteel 85 HP de la firma Hoeganaes Corporation, USA, con un 0,65% en peso de carbono y un 0,6% en peso, referidos respectivamente a la cantidad total de mezcla, de los medios auxiliares de compresión siguientes:

a): Licowax C, firma Clariant GmbH, Frankfurt am Main, que es una bisestearoiloetilendiamina (ceramida);

b): Acrawax C, Lonza AG, Basilea, Suiza, que es una N,N''-etilenbisestearamida (ceramida);

c): Kenolube P11, Höganäs AB, Höganäs, Suecia, que es una mezcla de un 22,5% en peso de estearato de cinc y un 77,5% de una ceramida;

d): Polyglykol 6000 PF, Clariant GmbH, Frankfurt am Main, que es un polietilenglicol con una masa molar de aproximadamente 6.000 g/mol;

e): Licowax E, Clariant GmbH, Frankfurt am Main, que es una cera montana de ésteres de ácidos grasos C_{24}-C_{34} con un índice de acidez [mg KOH/g] en un intervalo comprendido entre 15 y 20 y un índice de saponificación en un intervalo comprendido entre 130 y 160;

f): una mezcla de un 67% en peso de Licowax E y un 33% en peso de poliglicol 6000 PF, refiriéndose a la cantidad total de medios auxiliares de compresión habiendo sido fabricada esta mezcla mediante la masa fundida conjunta de la cera montana y el polietilenglicol, agitada la masa fundida con eventual enfriamiento posterior (por ejemplo con nitrógeno líquido) y a continuación triturada hasta formar un polvo;

g): una mezcla de un 50% en peso de Licowax E y un 50% en peso de poliglicol 6000 PF, habiendo sido fabricada esta mezcla mediante la masa fundida conjunta de cera montana y polietilenglicol, agitar la masa fundida con un eventual enfriamiento posterior (por ejemplo con nitrógeno líquido) y a continuación triturada hasta formar polvo;

h): una mezcla de un 67% en peso de Licowax E y un 33% en peso de poliglicol 6000 PF, habiendo sido mezclada la mezcla sin fusión previa en un mezclador de movimiento asimétrico corriente;

i): una mezcla de un 50% en peso de Licowax E y un 50% en peso de poliglicol 6000 PF, referido en cada caso a la cantidad total de medios auxiliares de compresión, habiendo sido mezclada la mezcla sin fusión previa en un mezclador de movimiento asimétrico corriente. Alternativamente, para triturar las mezclas según f) y g) la masa fundida puede pulverizarse.

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La parte de medios auxiliares de compresión añadida puede oscilar en general entre un 0,1% y un 5% en peso, preferentemente entre un 0,3% y un 3% en peso, más preferentemente entre un 0,5% y un 1,5% en peso referido a la cantidad total de mezcla según la invención.

Las mezclas anteriormente citadas se introdujeron en una herramienta de prensado corriente y se prensaron con diferentes presiones (400, 600 y 800 MPa) formando cilindros de 14,3 mm de diámetro y 12 cm de longitud. La propiedades físicas de tales cuerpos en verde así obtenidos se indican en las tablas 1 y 2, refiriéndose los valores de la tabla 1 a una temperatura de la herramienta de 20ºC (temperatura ambiente) y los de la tabla 2 a una temperatura de la herramienta de 70ºC.

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TABLA 1

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TABLA 2

2

Los valores reproducidos en las tablas 1 y 2 son valores medios formados, en cada caso, con tres mediciones. Las propiedades físicas indicadas en las tablas 1 y 2 se determinaron según las normas ISO 3923-1979 en el caso de la Densidad de polvo apilado, ISO 4490-1978 en el caso del tiempo de flujo, ISO 3927-1985 en el caso de la compresibilidad e ISO 3995-1985 en el caso de la resistencia previa al sinterizado. Como puede apreciarse en las tablas 1 y 2, los cuerpos en verde fabricados con las mezclas f) a i) presentan valores elevados tanto para la resistencia en verde como la densidad de prensado. Estos valores superan claramente los de las mezclas con medios auxiliares de compresión conocidos por el estado de la técnica según la mezcla a), b) y c), pero también los de las mezclas que presentan como medios auxiliares de compresión únicamente un polietilenglicol (mezcla d)) o una cera montana (mezcla e)).

Además se determinó, para los cuerpos en verde obtenidos con las mezclas a) a i), la fuerza de expulsión de la herramienta de prensado. Los resultados se indican en las tablas 3 y 4. La tabla 3 muestra los valores determinados de la fuerza de expulsión con la herramienta de prensado a temperatura ambiente (20ºC), la tabla 4 con la herramienta de prensado a una temperatura de 70ºC.

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TABLA 3

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TABLA 4

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En las tablas 3 y 4 puede apreciarse claramente que las fuerzas de expulsión de los cuerpos en verde, fabricados con las mezclas f) a i) son claramente inferiores a las de los cuerpos en verde fabricados con las mezclas a) a e). En este caso las fuerzas de expulsión son aproximadamente un 25% inferiores, resultando una solicitación de las herramientas de prensado utilizadas sensiblemente inferior, de modo que el desgaste disminuye y aumenta la duración de vida de las mismas. Además, estas piezas no sinterizadas obtenidas de este modo no presentan redensificaciones locales ni grietas.

Mediante la presente invención, se dispone una mezcla que reduce dos inconvenientes ampliamente extendidos de las mezclas conocidas con una única mezcla. Por una parte, mediante la mezcla según la invención es posible alcanzar elevadas resistencias de los cuerpos en verde obtenidos a partir de la misma y también obtener densidades de prensado altas, y por la otra, pueden reducirse sensiblemente las fuerzas de expulsión de la herramienta de prensado, aumentando la duración de vida de esta última. Los cuerpos en verde fabricados con mezclas según la invención presentan una calidad excelente. La reducción de la formación de grietas y la disminución de los puntos de redensificación locales es una garantía de producción uniforme y de calidad de los mismos.

Claims

1. Mezcla para la fabricación de piezas moldeadas sinterizadas, que comprende un material metálico y/o plástico y unos medios auxiliares de compresión, comprendiendo los medios auxiliares de compresión entre un 25% y un 60% en peso referido a la cantidad total de medios auxiliares de compresión, de un poliglicol, y entre un 40% y un 75% en peso referido a la cantidad total de medios auxiliares de compresión, de una cera montana.

2. Mezcla según la reivindicación 1, caracterizada porque el poliglicol comprende polietilenglicoles.

3. Mezcla según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios auxiliares de compresión comprenden polietilenglicoles con una masa molar de entre 100 y 20.000 g/mol, preferentemente entre 100 y 7.000 g/mol.

4. Mezcla según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la cera de montana comprende ésteres de ácidos grasos C_{24}-C_{34}.

5. Procedimiento para la fabricación de una mezcla según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que:

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque, después de la primera etapa, la masa fundida de poliglicol y de cera montana obtenida y formada se tritura o pulveriza.

7. Procedimiento para la fabricación de una mezcla según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que:

8. Utilización de una mezcla según una de las reivindicaciones 1 a 4 para la fabricación de piezas moldeadas sinterizadas.

9. Medios auxiliares de compresión según una de las reivindicaciones 1 a 4.

10. Cuerpo en verde, fabricado a partir de una mezcla según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho cuerpo presenta una resistencia en verde según la norma ISO 3995-1985, a temperatura ambiente de la herramienta de prensado y a una presión de 600 MPa, de más de 7,55 N/mm_{2}.

11. Cuerpo en verde según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho cuerpo presenta una densidad de prensado según la norma ISO 3927-1985, a 800 MPa y a temperatura ambiente de la herramienta de prensado, de por lo menos 7,14 g/cm^{3}.