ES2309935T3

ES2309935T3 - Acero pulvimetalurgico, de alta aleacion, resistente a la corrosion y al desgaste.

Info

Publication number: ES2309935T3
Application number: ES06405384T
Authority: ES
Inventors: Beat Hofer
Original assignee: KENNAMETAL HTM AG
Current assignee: KENNAMETAL HTM AG
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-12-16
Anticipated expiration: 2026-09-06
Also published as: EP1785500B1; EP1785500A1; PT1785500E; ATE398191T1; DE502006000902D1

Abstract

Acero pulvimetalúrgico, cuyo compuesto en porcentajes en peso es C 3,4-4,2%, Cr 20-30%, W 3-10%, Mo 0- 4%, Ni 0-6%, Si 0,6-1,0%, Mn 0,2-0,4%, V 4,75-5,25%, Nb 0,75-1,25% y el resto Fe e impurezas.

Description

Acero pulvimetalúrgico, de alta aleación, resistente a la corrosión y al desgaste.

El presente invento hace referencia a una aleación de acero conforme al concepto general de la reivindicación 1. El presente invento también hace referencia a un proceso para la fabricación del acero.

La pulvimetalurgia permite la composición de elementos de aleación sin desintegración. Mediante la aleación de cada uno de los elementos en la fusión y su posterior atomización con gas mediante nitrógeno, la proporción de aleación en la fusión no se modifica prácticamente como polvo atomizado.

Con el polvo obtenido de este modo se rellena luego una cápsula y se comprime isostáticamente a temperatura elevada. La temperatura HIP seleccionada se encuentra por debajo de la temperatura de fundición del polvo, de modo que se descarta una desintegración o una segregación durante el proceso de sinterización.

Durante la fabricación de plásticos resistentes a la temperatura y a la solidez, se aportan óxidos y sustancias minerales al material. Éstos pueden representar hasta un 95% del volumen. Durante el proceso de mezcla en la extrusionadora, la caja de tornillo sin fin y el tornillo sin fin deben cumplir unas elevadas exigencias en cuanto a corrosión y abrasión. Por este motivo se precisa el empleo de aceros especiales que cumplan con las exigencias en cuanto a desgaste, corrosión y solidez. Con el presente invento se presenta un acero pulvimetalúrgico que satisface de un modo excelente las exigencias en cuanto a desgaste y corrosión, incluso presentando una tenacidad reducida mediante la aplicación de la proporción de aleación elevada de los elementos C, Cr, V y W.

En la patente US-4.765.836 se describe una aleación con una agrupación similar a la aleación del presente invento, pero con un contenido en vanadio más alto y que no contiene volframio.

Las aleaciones empleadas en la patente US-4.765.836 presentan los siguientes porcentajes de los componentes principales respecto al hierro:

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Las aleaciones también pueden contener pequeñas proporciones de azufre, silicio y nitrógeno. El contenido en carbono se ajusta a V, Mo y Cr, para formar carburos y garantizar una estructura de martensita mediante un excedente de carbono.

Una vía similar es la propuesta en la patente EP-0.271.238-B1, pero en ella se indica un contenido en molibdeno del 2-10% y un contenido en vanadio del 6-11%. En ese caso, la elevada proporción de vanadio, al igual que el alto contenido en molibdeno, resultan determinantes para la resistencia al desgaste. El volframio y el niobio como ligantes de carburo se indican como un 0%.

Un objetivo del presente invento consiste en presentar una aleación que cumpla mejor con los requisitos para las piezas de extrusión.

Una aleación de este tipo se indica en la reivindicación 1, y el resto de reivindicaciones presentan formas de realización y procesos de fabricación preferentes.

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A menos que se especifique de otro modo, los porcentajes de la descripción y las reivindicaciones son porcentajes en peso. En general, con aleaciones compuestas del siguiente modo:

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se consiguen las características mejoradas necesarias. Concretamente, estas aleaciones presentan una dureza básica de por lo menos 50 HRC. La dureza básica es también la dureza tras la fabricación mediante prensado isostático a temperatura elevada (HIP) y recocido blando.

El presente invento se detalla a continuación mediante las formas de realización preferentes haciendo referencia a las figuras.

La figura 1 muestra un diagrama de revenido de una aleación conforme al invento;

La figura 2 muestra un diagrama de dureza y de resistencia a la presión de la aleación en comparación con otras aleaciones;

La figura 3 muestra un diagrama de comparación de resistencia a la flexión;

La figura 4 muestra un diagrama de comparación de resistencia al desgaste;

La figura 5 muestra un diagrama de comparación de resistencia a la corrosión.

Se fabrica una aleación con un análisis preferentemente de C = 3,75% / Si = 0,8% / Mn = 0,3% / Cr = 25% / Mo = 3% / V = 5% / W = 5% / Nb = 1% / Ni = 2% como sigue:

La aleación se funde y luego se atomiza con gas. A continuación, el polvo solidificado se introduce en una cápsula, a la cual se hace el vacío y se cierra con hermeticidad al gas.

Un posterior tratamiento HIP, preferentemente a 1.100ºC / 3 h / 1.100 bares, genera una textura fina, sin segregación. Los carburos están distribuidos uniformemente en la matriz básica. Según se desee, puede realizarse directamente el recocido blando del material en la instalación de HIP, o bien realizar el recocido blando mediante un tratamiento térmico posterior, manteniéndolo a 900-920ºC 2 h y con una refrigeración constante a 12ºC por hora hasta 600ºC.

La dureza de recocido blando (dureza básica) alcanzada es de aproximadamente 52 HRC. Posteriormente se realiza el tratamiento térmico y el recocido del material ("Veko 25CR"). Los valores de dureza alcanzados aparecen en el diagrama de revenido (figura 1) en relación con las diferentes temperaturas de dureza. Se comprobó la resistencia a la flexión y la resistencia a la presión de material de los niveles de tratamiento térmico más diversos. Como ejemplo para una temperatura de dureza de 1.140ºC y una temperatura de revenido de 450ºC, en la figura 2 se muestra la dureza y la resistencia a la presión y se comparan los resultados con otros materiales de PM. Estas aleaciones de comparación conocidas se especifican como sigue:

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\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
\cr
\cr}

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Con ello se demuestra que el nuevo material Veko 25Cr, a pesar de su elevada dureza, en comparación con otros materiales, posee una buena resistencia a la presión. El material X 245 posee la resistencia a la presión más elevada, pero también una dureza inferior a la de Veko 25Cr. La ductilidad de Veko 25Cr tampoco depende de la dureza.

Lo mismo se deduce de la resistencia a la flexión (figura 3). La resistencia a la flexión, que también constituye una medida para la fragilidad, es considerablemente superior a la de otros materiales duros con durezas inferiores. Únicamente el material X 245 posee una resistencia a la flexión superior, pero con una dureza inferior. Por último, se realizaron pruebas de desgaste y corrosión de estas muestras, y se compararon los resultados con otros materiales resistentes a la corrosión.

De ello se dedujo que el nuevo material pulvimetalúrgico Veko 25Cr, en comparación con otros materiales PM, presenta buenas características frente al desgaste (figura 4) y la corrosión (figura 5).

Estas características especiales se alcanzan por el hecho de que el contenido en vanadio se ha ajustado a la baja intencionadamente, para lo cual se ha efectuado un aporte de volframio, a fin de influir en la dureza del carburo. La aportación de níquel influye en el contenido de austenita, aumentando así la resistencia a la corrosión.

Gracias a la descripción anterior, un experto en la materia puede acceder a las modificaciones del presente invento sin por ello abandonar el área de protección definida por las reivindicaciones.

Concretamente, puede optarse por unos parámetros para el prensado isostático a temperatura elevada diferentes a los propuestos en el marco de los valores habituales.

Glosario

HIP: prensado isostático a temperatura elevada

HRC: grado de dureza Rockwell

Veko 25Cr: denominación de un material preferente conforme al invento.

Claims

1. Acero pulvimetalúrgico, cuyo compuesto en porcentajes en peso es C 3,4-4,2%, Cr 20-30%, W 3-10%, Mo 0-4%, Ni 0-6%, Si 0,6-1,0%, Mn 0,2-0,4%, V 4,75-5,25%, Nb 0,75-1,25% y el resto Fe e impurezas.

2. Acero conforme a la reivindicación 1, caracterizado por las siguientes cantidades de los componentes indicados en porcentajes en peso: C 3,65-3,85%, Cr 24,5-25,5%, W 4,5-5,5%, Mo 2,8-3,2% y Ni 0,4-2%.

3. Acero conforme a la reivindicación 2, caracterizado por una cantidad de níquel de un 2% en peso.

4. Acero conforme a las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por las siguientes cantidades de los componentes indicados en porcentajes en peso: Si 0,8%, Mn 0,3%, V 5% y Nb 1%.

5. Acero conforme a la reivindicación 4, caracterizado por las siguientes cantidades de los componentes indicados en porcentajes en peso: C 3,75%, Cr 25%, Mo 3%, W 5% y Ni 2%.

6. Acero conforme a una de las reivindicaciones 1 o 5, caracterizado por una dureza tras el recocido blando (dureza básica) de por lo menos 50 HRC (dureza Rockwell).

7. Acero conforme a una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por una dureza de por lo menos 67 HRC tras un tratamiento térmico.

8. Acero conforme a una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que puede fabricarse mediante prensado isostático a temperatura elevada.

9. Proceso para la fabricación de un cuerpo de un acero conforme a una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que se funde una mezcla de los componentes, dicha fundición se atomiza con gas y con el polvo obtenido se realiza un prensado isostático a temperatura elevada.

10. Proceso conforme a la reivindicación 9, que se caracteriza por el hecho de que el cuerpo del acero se somete a un tratamiento térmico para aumentar su dureza.

11. Empleo del acero conforme a una de las reivindicaciones 1 a 8 para la fabricación de elementos de extrusión, especialmente la caja de tornillo sin fin y el tornillo sin fin.

12. Extrusionadora con una caja de tornillo sin fin y/o un tornillo sin fin compuesta por lo menos en las superficies en contacto con la sustancia activa de un acero conforme a lo dispuesto en las reivindicaciones 1 a 8.