ES2318153T3 - Metodo para fabricacion una boquilla para valvula de combustible en un motor diesel, y boquilla. - Google Patents

Abstract

Método de fabricación de una boquilla para una válvula de combustible en un motor diésel, en particular un motor de cruceta de dos tiempos, estando un primer material de una primera aleación resistente a la corrosión dispuesto en un molde al menos en un área exterior que ha de constituir la superficie exterior de la boquilla alrededor de los orificios de la boquilla, caracterizado porque un segundo material de una segunda aleación también se coloca en el molde en un área interna, y porque los materiales así colocados son tratados mediante prensado isostático para formar un primordio en la boquilla consolidado sin microgrietas en el área del límite entre la primera aleación y la segunda aleación.

Description

Método para fabricar una boquilla para válvula de combustible en un motor diésel, y boquilla.

La presente invención hace referencia a un método para la fabricación de una boquilla para una válvula de combustible en un motor diésel, en particular un motor de cruceta de dos tiempos, estando un primer material de una primera aleación resistente a la corrosión dispuesto en un molde al menos en un área exterior que ha de constituir la superficie exterior de la boquilla alrededor de los orificios de la boquilla.

Un método como ése se conoce por WO 95/24286, que describe que después del llenado con el primer material, que constituye toda la boquilla, el molde es sometido a un tratamiento de prensado isostático en caliente (HIP, por sus siglas en inglés), lo cual resulta en una boquilla con propiedades extremadamente buenas en cuanto a solidez de la boquilla y resistencia a la corrosión. Además, se obtiene una geometría muy precisa alrededor de los orificios de la boquilla, lo cual produce una buena atomización del combustible. En este tratamiento HIP, se consolida un polvo de gránulos finos en todo el primordio (pieza inicial de material) de la boquilla a presión alta y alta temperatura, y el primordio de la boquilla producido retiene una estructura isotrópica, de aleación de gránulos extremadamente
finos.

La EP 0 982 493 describe una válvula de combustible con una boquilla que se extiende hasta dentro de la carcasa de la válvula pasando el principal asiento de la válvula y siguiendo hasta pasar la guía deslizante. Estas piezas de la válvula de combustible están hechas de acero para dar al asiento de la válvula, etc. la rigidez necesaria. La parte más baja de la boquilla tiene un revestimiento que la protege contra la corrosión a través de una soldadura láser, soldadura por plasma o pulverización térmica, por medio de la cual el material total o parcialmente fundido se une al acero. El material en el área de unión tiene propiedades que pueden hacer que la aleación resistente a la corrosión se descascare por endurecimiento o después de un determinado período en funcionamiento. En uso, la boquilla está expuesta a fuertes cargas cíclicas y térmicas lo que provoca un riesgo de degradación de la adhesión de la aleación resistente a la corrosión.

La presente invención tiene como objeto fabricar una boquilla con una vida útil prolongada.

En vista de ello, el primer método mencionado de fabricación de una boquilla conforme a la invención se caracteriza porque un segundo material de una segunda aleación también está dispuesto en el molde del interior, y porque los materiales así dispuestos son tratados con prensado isostático hasta formar un primordio de la boquilla consolidado (unificado) libre de microgrietas en los bordes entre la primera aleación y la segunda aleación.

A pesar de que el uso de una segunda aleación en la boquilla produce un cambio en la estructura de la boquilla y de que un cambio de material o estructura normalmente afecta la durabilidad en forma negativa, la durabilidad de la boquilla se ve mejorada. La durabilidad mejorada probablemente se obtiene gracias a que el área de unión entre las dos aleaciones está libre de microgrietas. La consolidación (unificación) de los diferentes materiales mediante el prensado isostático produce una consolidación condicionada a la difusión sin bordes apropiados del tipo conocido por la aplicación de un material fundido sobre un material sólido. Aunque una boquilla del tipo conocido por la EP 0 982 493 A1 es sometida a un tratamiento térmico para obtener una dureza más uniforme antes de su uso, las microgrietas se producen en un área de mezclado basada en fundición que es delgada y muy dura inmediatamente después de su aplicación y en la zona del acero afectada por el calor. La consolidación condicionada a la difusión conforme a la invención no forma ningún área de mezclado basada en fundición con la zona afectada por el calor correspondiente. Evitar microgrietas en la transición entre los dos materiales diferentes elimina una fuente sustancial de comienzos de rupturas por fatiga en la boquilla, lo cual produce una mejora considerable en la durabilidad de la boquilla. La consolidación condicionada a la difusión también produce un riesgo sumamente bajo de errores de unión entre los dos materiales.

Preferentemente, para obtener una mayor mejora en la durabilidad, el segundo material de la segunda aleación tiene una mayor resistencia a la fatiga que la primera aleación resistente a la corrosión en la boquilla terminada. La resistencia a la fatiga es importante para la durabilidad de la boquilla ya que, además de las cargas con base térmica convencionales en la boquilla, se espera que se produzca un aumento considerable en las cargas de fatiga como consecuencia del uso de las presiones de inyección más altas y las variaciones de presión más rápidas que las que se han aplicado hasta ahora para obtener un control más preciso de la inyección del combustible en el motor diésel y por ende una mejor combustión del combustible, y reducir la formación de compuestos contaminantes.

Al menos cuando la aleación resistente a la corrosión contiene más de 0,6% de Al, preferentemente se usa una barrera de difusión con restricción de oxígeno entre el primer material y el segundo material antes del prensado isostático. La barrera de difusión con restricción de oxígeno contrarresta la difusión de oxígeno liberado por la segunda de las aleaciones a la primera de las aleaciones y la reacción con componentes de aleación o impurezas de Al no deseadas. El oxígeno puede, por ejemplo, existir en un estado disuelto en la segunda aleación o puede liberarse con disolución de óxidos en la segunda aleación mientras se calientan los materiales. Aún cantidades muy pequeñas de oxígeno de apenas unas pocas ppm pueden producir la precipitación de óxidos de aluminio y/o otras precipitaciones no deseadas en los bordes entre las dos aleaciones, con el consecuente deterioro de la resistencia general al desgaste de la boquilla.

La barrera de difusión restringe o evita la difusión dañina de oxígeno para que la boquilla mantenga una alta resistencia al desgaste. Obviamente, la barrera de difusión también puede usarse cuando la aleación contiene menos de, o exactamente, 0,6% de Al. Un efecto positivo de una barrera puede, por ejemplo, obtenerse de aleaciones de un contenido de Al en el intervalo de 0,1 a 0,5% de Al. La barrera también puede usarse si las aleaciones usadas conllevan un riesgo de procesos metalúrgicos que resulten en otras precipitaciones no deseadas, tales como precipitaciones de intermetales, carburos u óxidos que no sean óxidos de aluminio. La barrera de difusión tiene un efecto restrictivo en el transporte de componentes de aleación que no sean oxígeno de un material al otro. En particular los elementos pequeños como C y boro pueden difundirse desde una aleación con un alto contenido del elemento en su forma libre hacia la aleación con un bajo contenido del elemento. El uso de una barrera de difusión ofrece mayor libertad para elegir los componentes de una aleación independientemente de los componentes de la otra aleación. Limitar el contenido de carbono en la aleación del segundo material puede, por ejemplo, en relación con el endurecimiento de la boquilla para darle mayor solidez, ofrecer la ventaja de que el segundo material tiene una menor tendencia a formar grietas de endurecimiento en las áreas de la boquilla con una geometría compleja, tales como la áreas alrededor de los orificios de la boquilla.

Dicha barrera de difusión puede, por ejemplo, ser níquel, cobre o una aleación de níquel ya que tanto el níquel como el cobre son aptos para formar un revestimiento denso y estable en conexión con aleaciones resistentes a la corrosión aptas para usar como materiales de boquillas. Como alternativas se puede utilizar un revestimiento de cobalto, una aleación de cobalto o un revestimiento de cromo.

La fabricación de una boquilla puede simplificarse colocando la barrera de difusión sobre la superficie interior de un miembro prefabricado del primer material o sobre la superficie exterior de un miembro prefabricado del segundo material. El miembro prefabricado puede entonces actuar como transportador de la barrera de difusión hasta que todo el material se haya colocado en el molde y el prensado isostático se haya realizado y consolide los materiales. Al mismo tiempo, el uso de un miembro prefabricado permite que el molde se llene de manera rápida y fácil antes del prensado ya que el miembro está apilado con otro miembro prefabricado o usado como contenedor para un material particulado que se llena alrededor o dentro del miembro en el molde.

En este último caso, el miembro prefabricado está hecho preferentemente del primer material y está lleno de un material particulado de inicio de la segunda aleación. En términos de fabricación, esto ofrece una posibilidad ventajosa de llenado rápido del molde. Al mismo tiempo, el segundo material está fabricado de pulvimetalurgia, por lo cual obtiene la estructura isotrópica que resulta en propiedades de fatiga particularmente finas.

Cuando se usa un miembro prefabricado de la primera aleación, preferiblemente se funde o fabrica por pulvimetalurgia para formar una pared tubular o con forma de cuenco que forma parte de un molde usado en el prensado isostático. El uso de ese tipo de componente prefabricado como el molde simplifica o elimina la subsecuente eliminación del molde del primordio fabricado, ya que el componente prefabricado es parte del primordio terminado.

En otra realización del método conforme a la presente invención, un miembro central pre-formado del segundo material se coloca en un molde en el cual se dispone polvo de la primera aleación antes de realizar el prensado isostático. Debido a que al menos parte del segundo material es pre-formado, el miembro central puede usarse para controlar la colocación del polvo de la primera aleación. El polvo puede colocarse en forma directamente adyacente al miembro central sin ningún riesgo de mezclar los polvos de la primera y segunda aleaciones. El miembro central pre-formado también facilita la colocación del material particulado exactamente en los lugares deseados.

El miembro pre-formado del primer material y/o el miembro pre-formado del segundo material pueden, por ejemplo, fabricarse a partir de un material particulado, como por ejemplo mediante un tratamiento CIP, un tratamiento HIP, posiblemente seguido de un trabajo o extrusión, o mediante sinterización con subsecuente prensado de modo tal que el miembro tiene la ventajosa estructura isotrópica. También es posible usar un miembro de material fundido o forjado, cuyas propiedades se mejoran mediante prensado isotrópico.

El prensado isotrópico es un tratamiento HIP adecuado, que produce la consolidación de los materiales mediante difusión sin ningún crecimiento granular real, lo cual posibilita mantener una estructura de gránulos finos ya que uno o más de los materiales es/son materiales particulados de inicio de gránulos finos consolidados en un material cohesivo sin fundición. El prensado isostático también puede ser un tratamiento CIP en el cual la presurización se produce a una temperatura considerablemente más baja que en el tratamiento HIP.

En otro aspecto, la presente invención también se relaciona con una boquilla para una válvula de combustible en un motor diésel, en particular un motor de cruceta de dos tiempos, con un canal longitudinal central que comunica con una serie de orificios de boquilla hacia la superficie exterior de la boquilla, la cual está hecha de una primera aleación resistente a la corrosión al menos en el área exterior alrededor de los orificios de la boquilla y de una segunda aleación en otra área.

Con vista a mejorar la durabilidad de la boquilla, como también se menciona en conexión con la descripción del método antes mencionado conforme al primer aspecto de la invención, la boquilla, que se puede obtener mediante el método mencionado, se caracteriza porque el material en el área de unión entre la primera aleación y la segunda aleación tiene una estructura libre de microgrietas.

En lo que se refiere a los efectos y ventajas obtenidos gracias a la boquilla conforme a la invención, por favor ver la descripción anterior en conexión con la descripción del método conforme al primer aspecto de la invención.

En una realización preferente, la segunda aleación tiene una mayor resistencia a la fatiga que la primera aleación resistente a la corrosión, lo cual contribuye más a alcanzar una mayor vida como se menciona anteriormente.

En una realización, la boquilla cuenta con una barrera de difusión con restricción de oxígeno entre la primera aleación y la segunda aleación. La barrera de difusión permite determinar el análisis de la primera aleación resistente a la corrosión sobre la base de las propiedades deseadas y condiciones de fabricación para esta aleación sin tener que tomar en cuenta si los componentes de esta aleación podrían interactuar en forma negativa con componentes de la segunda aleación. En forma similar, el análisis de la segunda aleación se puede determinar sin tener que tener en cuenta los componentes de la primera aleación.

La segunda aleación puede realizarse mediante pulvimetalurgia, lo cual produce propiedades mejoradas en comparación con un material fabricado solamente mediante fundición del miembro deseado.

En una realización preferente, la primera aleación es una aleación a base de níquel, y la segunda aleación es una aleación a base de hierro. La aleación a base de hierro usada en el interior de la boquilla ofrece mayor resistencia en el área de la boquilla que tiene una compleja geometría debido a que un número de orificios de boquilla se encuentran dentro de un área pequeña y están formados de forma tal que constituyen un canal longitudinal central en ángulos diferentes.

Las aleaciones a base de níquel son sensibles a la formación de carburo y por lo tanto sólo tienen un contenido limitado de C, por ejemplo hasta un 0,6% en peso. Las aleaciones convencionales a base de hierro con altas resistencias a la fatiga usualmente tienen altos contenidos de C de hasta un alto porcentaje en peso. De ser necesario, la aleación a base de hierro también puede seleccionarse de modo tal que tenga menos carbono libre a la temperatura de funcionamiento de la boquilla que la aleación a base de níquel. Los componentes de la aleación que forman carburo en la aleación a base de hierro pueden, por ejemplo, seleccionarse para que la temperatura de disolución de los carburos sea muy superior a la temperatura de funcionamiento de la boquilla y también superior a la temperatura HIP cuando la boquilla se fabrica usando un proceso HIP. De este modo, se evita esta liberación de carbono libre mediante disolución de carburos. Además, pueden seleccionarse fuertes formadores de carburo como componentes de aleación, lo cual ayuda a alcanzar y unir cualquier carbono libre.

La boquilla está adecuadamente diseñada como una unidad separada ubicada en la válvula de combustible a continuación de una guía de husillo que contiene el asiento de válvula principal de la válvula de combustible con este diseño, la boquilla no se ve influenciada o está muy poco influenciada por las presiones grandes que ocurren en el asiento de válvula principal. Al reemplazar la boquilla, el reemplazo también se limita a la parte más pequeña que consiste principalmente en la pieza de la válvula de combustible que se proyecta hacia el interior de la cámara de combustión.

En otra realización, la segunda aleación constituye más del 70% de la masa agregada de la boquilla, lo cual también puede ser una ventaja desde el punto de vista económico, además de una ventaja para la resistencia, si la segunda aleación es menos costosa que la primera aleación.

A continuación se describirá la invención con más detalles con referencia a un dibujo muy esquemático, en el
cual

La figura 1 es una vista seccional longitudinal a través de una boquilla montada en el extremo inferior de una válvula de combustible, y

Las figuras 2 a 7 muestran secciones a través de varios moldes llenos de gránulos para usar en el tratamiento HIP de la boquilla.

La figura 1 muestra una boquilla, que se indica con el número 1, de una válvula de combustible en un motor de combustión interna, que puede ser un motor de cuatro tiempos, pero preferentemente es un motor de cruceta de dos tiempos con más de una válvula de combustible en cada cilindro. Este último motor generalmente tiene requisitos fuertes en cuanto a la durabilidad de la boquilla, entre otras razones ya que los motores a menudos funcionan con aceites combustibles densos, que pueden contener sulfuro.

La boquilla se proyecta hacia el exterior a través de un orificio central al extremo de una carcasa de una válvula 2, cuya superficie anular 3 puede prensarse contra una superficie de soporte correspondiente en un revestimiento cilíndrico o recubrimiento cilíndrico, que se indica por un relleno de lineas, para que la punta de la boquilla con orificios de boquilla 4 se proyecte hacia el interior de la cámara de combustión A y pueda inyectar combustible cuando se abre la válvula de combustible. La válvula de combustible tiene un control deslizante 5 de válvula con una válvula de aguja 6 y un asiento de válvula 7 ubicado, en el diseño de válvula que se muestra, en el extremo inferior de un husillo de guía 8. El husillo de guía está prensado hacia abajo contra una superficie orientada hacia arriba en la boquilla 1.

La boquilla tiene un canal longitudinal central 9, desde el cual los orificios 4 de la boquilla conducen a la superficie exterior de la boquilla. La boquilla está construida de un primer material de una primera aleación 10 resistente a la corrosión y de un segundo material de una segunda aleación 11. La primera aleación constituye al menos el área más exterior de la boquilla en el área alrededor de los orificios de la boquilla y puede extenderse hacia arriba y constituir la superficie exterior de la boquilla sobre la toda la parte de la boquilla que se proyecta desde la carcasa 2 de la válvula.

El primer material de la aleación resistente a la corrosión puede estar hecho de material particulado de inicio o puede estar hecho, por ejemplo, mediante fundición. Ejemplos de aleaciones aplicables para usar como primera aleación son las aleaciones a base de níquel que pueden, por ejemplo, en % de peso y sin contar las impurezas que generalmente se producen, contener entre un 15 y un 30% Cr, entre 0,02 y 0,55% C y opcionalmente uno o más de los siguientes componentes: entre 0 y 15% de W, entre 0 y 8% de A1, entre 0 y 5% de Ti, entre 0 y 20% de Co, entre 0 y 2% de Hf, entre 0 y 5% de Nb y/o Ta, entre 0 y 35% de Mo, entre 0 y 10% de Si, entre 0 y 1,5% de Y y entre 0 y 20% de Fe. La aleación puede contener impurezas inevitables, y el resto es níquel. Un ejemplo típico de dicha aleación tiene el siguiente análisis: 23% Cr, 7% W, 5,6% Al, 1% Si, 0,5% C y 0,4% Y. Esta aleación sometida a tratamiento HIP tiene una resistencia a la fatiga \sigmaA de aproximadamente \pm 450 MPa.

Las aleaciones a base de níquel también pueden ser del tipo que, en % de peso y sin contar las impurezas que generalmente se producen, contienen entre 35 y 60% de Cr, entre 0,02 y 0,55% de C y opcionalmente uno o más de los siguientes componentes: entre 0 y menos de 1,0% de Si, entre 0 y 5,0% de Mn, entre 0 y 5,0% de Mo y/o W, entre 0 y menos de 0,5% de B, entre 0 y 8,0% de Al, entre 0 y 1,5% de Ti, entre 0 y 0,2% de Zr, entre 0 y 3,0% de Nb, entre 0 y un máximo de 2% de Hf, entre 0 y 1% de N, entre 0 y un máximo de 1,5% de Y, y un contenido agregado de Co y Fe de un máximo de 5,0%. La aleación puede contener impurezas inevitables, y el resto es Ni. Este material tiene una alta resistencia a la fatiga y es extremadamente resistente tanto a la corrosión por calor como a las influencias de erosión del combustible.

Otros ejemplos de aleaciones para usar como material de la primera aleación resistente a la corrosión se indican en la Tabla 1.

1

El coeficiente de expansión térmica se indica arriba como coeficiente de expansión térmica lineal promedio para unas temperaturas de entre 20ºC y 500ºC, es decir, es relevante para 500ºC. Preferentemente, la primera aleación tiene mayormente el mismo coeficiente de expansión térmica que la segunda aleación. En forma alternativa, la primera aleación puede tener un mayor coeficiente de expansión térmica que la segunda aleación para que las tensiones de la compresión se produzcan en el área central de la boquilla en relación con el enfriamiento de la temperatura HIP a 20ºC.

También es posible usar aleaciones a base de cobalto, tales como Celsit 50-P, pero en la condición con tratamiento HIP sólo pueden obtener resistencias de fatiga \sigmaA de alrededor de \pm 150 MPa, por lo cual no son materiales preferidos.

Como materiales de aleación para la segunda aleación, se prefieren aleaciones a base de hierro, tales como acero de herramienta AISI H13 con el análisis 0,4% C, 1,0% Si, 0,4% Mn, 5,2% Cr, 1% V, 1,3% Mo y el resto Fe, o acero de herramienta AISI H19 con el análisis 0,45% C, 0,4% Si, 0,4% Mn, 4,5% Co, 4,5% Cr, 0,5% Mo, 2% V, 4,5% W y el resto Fe, o los aceros de herramienta CPM1V y CPM3V de Crucible Research, U.S.A., CPM1V que contienen 0,5% de C, 4,5% de Cr, 1% de V, 2,75% de Mo, 2% de W, 0.4% de Si, 0.5% de Mn y el resto Fe, y CPM3V que contienen 0,8% de C, 7,5% de Cr, 2,5% de V, 1,3% de Mo, 0,9% de Si, 0,4% de Mn y el resto Fe.

Los aceros de herramientas pueden fabricarse de pulvimetalurgia como un polvo isotrópico de gránulos finos con una estructura extremadamente fina de modo tal que se evita la formación de redes de carburo a pesar de las altas proporciones de componentes de aleación agregados. Al atomizar a presión la aleación fundida en una atmósfera fría, los carburos se vuelven extremadamente pequeños y se dispersan de manera uniforme.

Otros ejemplos de materiales de aleación para la segunda aleación se indican en la Tabla 2, en la cual se indican los coeficientes de expansión térmica de la misma forma que en la Tabla 1.

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TABLA 2

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2

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Para un acero de herramienta determinado, la resistencia a la fatiga es ajustable por medios de tratamiento de calor que se realizan al primordio de la boquilla. Después del prensado isostático del primordio de la boquilla, la geometría externa e interna del primordio de la boquilla está terminada. Generalmente esto significa que el canal central longitudinal y los orificios de la boquilla están procesados mecánicamente en el primordio, y la superficie exterior del primordio también puede girarse o esmerilarse hasta su forma terminada.

Cuando el proceso mecánico geométrico está terminado, el primordio de la boquilla puede someterse a un tratamiento térmico en el cual la segunda aleación se ve reforzada hasta tener una dureza adecuada. El endurecimiento puede, por ejemplo, realizarse a una temperatura de entre 1000ºC y 1100ºC con un tiempo de impregnado de entre 10 y 40 minutos. Luego se realiza un tratamiento térmico final que puede ser uno o más tratamientos de templadura, y la templadura es importante para la resistencia a la fatiga que obtiene la boquilla terminada. La templadura puede realizarse, por ejemplo, con un tiempo de impregnado de dos horas a una temperatura de entre 450ºC y 600ºC. Preferentemente, se utiliza una doble o triple templadura con dos o tres períodos de dos horas. Los aceros de herramienta mencionados pueden tener resistencias de fatiga \sigmaA de alrededor de \pm 500-900 MPa en la boquilla terminada. Preferentemente, la resistencia de fatiga \sigmaA es de al menos \pm 750 MPa. Al mismo tiempo los aceros de herramienta ofrecen la ventaja de alta resistencia al desgaste y solidez.

Para la primera y segunda aleación, el polvo usado adecuadamente tiene un tamaño de entre 0 y 1000 \mum.

A continuación se ofrecerán ejemplos para mostrar cómo se puede tratar el priordio de la boquilla con prensado isostático.

La figura 2 muestra un miembro central pre-formado 12, el cual se inserta en un molde 13, fabricado a partir de un panel inferior 14, una pared lateral 15, un revestimiento 16 y una boquilla de llenado 17. El miembro central está hecho de la segunda aleación y fue hecho previamente a partir de polvo sinterizado y prensado en frío en un llamado "primordio no sinterizado". El miembro central también puede realizarse mediante prensado de polvo de alta velocidad o mediante un proceso CIP o HIP. El miembro central también puede realizarse mediante métodos convencionales para acero de herramienta o refundición ESR (refundición eléctrica de escoria). El miembro central tiene un cabezal 18 con un diámetro sustancialmente mayor que un cuerpo 19 que se proyecta hacia arriba hasta el interior del molde 13. El cuerpo se extiende sobre un área alrededor del canal central 9 en la boquilla terminada. El cuerpo puede terminar a una distancia de los orificios de la boquilla, o como se muestra en la figura 1 puede extenderse hasta dentro de la boquilla para que recubra todo el canal central. En este último caso, los orificios de la boquilla pasan a través de la segunda aleación hacia el área alrededor del canal central y a través de la primera aleación en el área más externa de la
boquilla.

La pared lateral 15 se ajusta en forma descendiente alrededor del cabezal 18 y se vuelve más angosta hacia arriba hasta un diámetro más pequeño. Alrededor del cuerpo la pared lateral se encuentra a una distancia que mayormente corresponde al grosor deseado de la primera aleación resistente a la corrosión. El panel circular inferior 14 se suelda a lo largo de toda la circunferencia hasta el borde inferior de la pared lateral 15. En forma similar, el revestimiento 16 se suelda al borde superior de la pared lateral y la boquilla de llenado se suelda a la superficie superior del
revestimiento.

El polvo de gránulos finos de la primera aleación 10 se introduce a través de la boquilla de llenado 17 hacia el interior de la cavidad alrededor del miembro central 12, y el molde con polvo se hace vibrar, se lleva a cabo un rellenado posterior con más polvo, si fuera necesario, el molde se evacua y se cierra en forma resistente a la presión en la boquilla de llenado.

Después se coloca el molde en un horno, y la cámara del horno se bombea con un gas inactivo, como argón, hasta una presión de aproximadamente 200 bar, y se calienta a una temperatura de entre 1000 y 1300ºC, generalmente 1150ºC. Al mismo tiempo que el horno se calienta, aumenta la presión en la cámara del horno a hasta aproximadamente entre 900 y 1100 bar. La temperatura y la presión se mantienen por un período de 4 a 8 horas, y durante este período los materiales en el interior del molde se consolidan para formar un cuerpo denso sin poros.

Después de enfriarse, se retira el molde del primordio tratado con HIP. El molde usado puede estar hecho, por ejemplo, de acero o vidrio. En este último caso, las soldaduras antes mencionadas consisten en calentar el vidrio para su fundición.

Después, se procesa mecánicamente el primordio de la boquilla, que es recocido, hasta alcanzar su forma final, por ejemplo mediante giro y perforación, tras lo cual el primordio puede tener menos presión, estar endurecido y templado. Como consecuencia del tratamiento HIP a altas temperaturas, los tratamientos térmicos de la boquilla pueden realizarse sin un crecimiento importante de los gránulos del material, siempre y cuando los tratamientos térmicos se realicen a una temperatura más baja que la temperatura del tratamiento HIP. Esta es una ventaja, ya que los gránulos producen como resultado una menor tensión por fatiga.

La vida útil de la boquilla conforme a la invención es larga, entre otras razones porque no hay microgrietas en el área de transición entre los dos materiales. Una microgrieta es una grieta en un solo gránulo de cristal o una grieta que se extiende a través de varios gránulos de cristal. Las microgrietas generalmente pueden tener una extensión de entre 0,05 mm y 0,5 mm. Toda grieta que tenga un tamaño menor a 0,05 mm puede ignorarse. Cuando se producen microgrietas en una boquilla, habrá muchas grietas en la boquilla. Estas grietas se producen porque las áreas afectadas por el calor antes mencionadas o por errores en la unión afectan una gran área y no sólo algunos gránulos. La presencia de microgrietas puede establecerse mediante el examen de algunos bordes expuestos a presión entre las dos aleaciones en la boquilla. Si las áreas más expuestas no tienen microgrietas, toda la boquilla puede considerarse libre de microgrietas en los bordes.

Para mayor simplicidad, en la siguiente descripción de otros ejemplos se utilizan los mismos números de referencia que los utilizados arriba para los detalles que tienen la misma función.

La figura 3 muestra un diseño del molde 13 que es adecuado para fabricar varios primordios de boquilla en el mismo molde. La pared lateral 15 es circularmente cilíndrica con un diámetro interior que corresponde al diámetro exterior del cabezal 18. El grosor de la primera aleación se controla colocando un tubo de relleno 21 circularmente cilíndrico alrededor del cuerpo antes de rellenar el tubo con el polvo. Haciendo la pared lateral 15 mayor de lo que se muestra en la figura, puede colocarse un primer miembro central 12 y una barrera de difusión 24 asociada y un tubo de relleno 21 dentro de la pared lateral antes de colocar el revestimiento 16, después de lo cual el polvo se coloca en el tubo de relleno hasta el borde superior. Después se puede colocar el siguiente miembro central con el tubo 21, la barrera 24 y el polvo sobre el primer miembro, y así sucesivamente hasta que la pared lateral 15 está completa, y entonces todo el molde se cierra colocando el revestimiento 16. Luego se realiza el tratamiento HIP como se menciona anteriormente.

La barrera de difusión 24 se encuentra en la superficie exterior del cuerpo 19 y en el lado del cabezal 18 orientado hacia arriba. La barrera puede ser un revestimiento, por ejemplo, aplicado al miembro central pre-formado mediante deposición electrolítica u otros métodos de aplicación en la superficie, como laminado. La barrera puede ser de, por ejemplo, níquel, cobre, cobalto o níquel fósforo. De forma alternativa, el revestimiento puede aplicarse mediante pulverización o colocando un lámina delgada del material deseado, generalmente un metal puro, como níquel, cobalto o cobre, alrededor del cuerpo 19. La barrera adecuadamente tiene un grosor de entre 5 y 400 \mum, preferentemente de entre 10 y 100 \mum.

La figura 4 muestra otro diseño en el cual la pared lateral 15 es circularmente cilíndrica y está soldada en su borde inferior al reborde del cabezal 18. Este diseño hace que el molde sea menos costoso. En relación con el proceso mecánico final de la boquilla tras el tratamiento HIP, la soldadura con el área asociada afectada por el calor se elimina girándola. El miembro principal pre-formado puede estar hecho, por ejemplo, de un tratamiento HIP anterior o un tratamiento CIP (Prensado isostático en frío), pero entonces no se pueden realizar soldaduras en el
material.

La figura 5 muestra un diseño en el cual una pared tubular 22 circularmente cilíndrica de la primera aleación se coloca alrededor del cuerpo 19. El diámetro interno del tubo es apenas más grande que el diámetro externo del cuerpo para evitar que la barrera de difusión 24 se dañe durante el ensamblado. La pared 22 puede fabricarse mediante pulvimetalurgia, pero también puede fabricarse como un tubo común, preferentemente un tubo de una sola pieza. Después de que el polvo de la primera aleación 10 se ha introducido dentro de la pared, se realiza el tratamiento HIP en la forma antes descrita salvo porque la pared 22 sigue estando en el miembro central y es parte del primordio de la boquilla.

La figura 6 muestra otro diseño en el cual la pared 22 de la primera aleación tiene forma de cuenco y cuenta con una barrera de difusión 24. Después del montaje del revestimiento 16, el molde se rellena con polvo de la segunda aleación y el tratamiento HIP se realiza de la forma anteriormente descrita salvo porque la pared 22 sigue siendo una parte interna fabricada con HIP del primordio de la boquilla.

También es posible que tanto la primera aleación resistente a la corrosión que constituye la pared 22 y la segunda aleación 11 y la barrera de difusión 24 se fabriquen como dos miembros prefabricados con la barrera ubicada en uno u otro miembro, y que los miembros se inserten el uno en el otro como se muestra en la figura 6, tras lo cual se monta el revestimiento 16, el molde se evacua y cierra, y luego se realiza el tratamiento HIP como se describe más arriba. En este caso, el tratamiento HIP no incluye la consolidación del material particulado ya que los miembros están prefabricados como se describe arriba, pero el tratamiento HIP hace que los miembros se consoliden y formen un primordio cohesivo por unión por difusión de las interfaces.

La figura 7 muestra otra realización en la cual el molde está dividido en su interior por una división del panel 23 que se extiende en la interfaz entre la primera y la segunda aleación. La división del panel 23 puede estar hecha de la primera aleación o de la segunda aleación. También es posible que la división del panel 23 sea la barrera de difusión con restricción de oxígeno hecha de un tercer material. Dado que la división del panel es relativamente gruesa, los componentes de la segunda aleación no pueden dispersarse/difundirse en la primera aleación.

El panel inferior también tiene una boquilla de llenado 17 para el polvo de llenado. Primero se introduce una primera cantidad de polvo por la boquilla de llenado asociada, tras lo cual se evacua el aire y se cierra la boquilla. Luego se da vuelta al molde y se coloca una segunda cantidad de polvo por la segunda boquilla, tras lo cual se evacua el aire de la segunda cámara. Después se realiza el tratamiento HIP como se describe más arriba.

La boquilla puede tener otros diseños como se muestra en la figura 1. Es posible dejar que el deslizador de válvula tenga un segundo miembro de cierre que cierre los orificios de la boquilla 4 en el canal de combustible 9. El miembro de cierre secundario ofrece la ventaja de que puede estar hecho de acero de herramienta, y deslizarse por la superficie interior del canal longitudinal, que también puede estar hecho de acero de herramienta. Ésta es una forma de aprovechar el hecho de que dos aceros de herramienta funcionan bien el uno con el otro. También es posible colocar el asiento de la válvula principal en la boquilla, lo que produce un volumen mínimo en el canal de combustible debajo del asiento de la válvula. Además, es posible que los orificios de la boquilla no sólo se dirijan a un solo lado de la boquilla, sino que, en lugar de eso, a los dos lados o que se dispersen por toda la circunferencia de la
boquilla.

El miembro central pre-formado de la segunda aleación y/o la pared con forma de cuenco o tubo de la primera aleación pueden fabricarse previamente a partir de material que no esté basado en un material particulado de inicio, como por ejemplo material de fundición o forjado.

Es posible controlar la temperatura durante el tratamiento HIP para que el segundo material se endurezca y/o temple o recocido durante el tratamiento HIP o en conexión directa con el mismo, lo que elimina un paso en un posterior tratamiento térmico.

Los diferentes detalles de varias realizaciones pueden combinarse para formar nuevas realizaciones. También es posible mezclar el polvo de la primera aleación o la segunda aleación de polvo de varios tamaños, y pueden también usarse polvos de diferentes aleaciones metálicas, que pueden estar dentro de los tipos antes mencionados. Además, es posible mezclar polvo cerámico para obtener un efecto aislante. El polvo cerámico puede, por ejemplo, colocarse en una capa a poca distancia del extremo de la boquilla. Luego se cubre el polvo cerámico con polvo de la primera aleación resistente a la corrosión. También pueden utilizarse mezclas graduadas de varios polvos. Además, es posible, en conexión con el llenado del molde antes del tratamiento HIP, colocar una pantalla de material cerámico en el polvo de la primera aleación, por ejemplo en el polvo que se encuentra sobre el cuerpo 19 en la figura 2. El polvo de la primera aleación se coloca sobre la parte superior de la pantalla para que la parte más externa de la boquilla sea de un material resistente a la corrosión.

Claims (19)

1. Método de fabricación de una boquilla para una válvula de combustible en un motor diésel, en particular un motor de cruceta de dos tiempos, estando un primer material de una primera aleación resistente a la corrosión dispuesto en un molde al menos en un área exterior que ha de constituir la superficie exterior de la boquilla alrededor de los orificios de la boquilla, caracterizado porque un segundo material de una segunda aleación también se coloca en el molde en un área interna, y porque los materiales así colocados son tratados mediante prensado isostático para formar un primordio en la boquilla consolidado sin microgrietas en el área del límite entre la primera aleación y la segunda aleación.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo material de la segunda aleación tiene una resistencia a la fatiga mayor que la primera aleación resistente a la corrosión en la boquilla terminada.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque al menos cuando la aleación resistente a la corrosión contiene más de 0,6% A1, se usa una barrera de difusión con restricción de oxígeno entre el primer material y el segundo material antes del prensado isostático.

4. Método según la reivindicación 3, caracterizado porque la barrera de difusión es de níquel, cobre o aleación de níquel.

5. Método según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque la barrera de difusión se coloca sobre la superficie interior de un miembro prefabricado del primer material o sobre la superficie exterior de un miembro prefabricado del segundo material.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque un miembro prefabricado del primer material se llena con un material particulado de inicio de la segunda aleación, preferentemente mediante prensado de polvo de alta velocidad.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque el miembro prefabricado de la primera aleación se funde o fabrica mediante pulvimetalurgia para formar una pared tubular o con forma de cuenco que forma parte del molde usado en el prensado isostático.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque un miembro central pre-formado del segundo material se coloca en un molde en el cual se coloca material particulado de inicio de la primera aleación antes de realizar el prensado isostático.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el miembro pre-formado del primer material y/o el miembro pre-formado del segundo material se fabrica usando material particulado de inicio, por ejemplo, mediante prensado de polvo de alta velocidad, un tratamiento CIP, un tratamiento HIP, posiblemente seguido de trabajo o extrusión, o mediante sinterización con subsecuente prensado.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el prensado isostático es un tratamiento HIP.

11. Boquilla para una válvula de combustible en un motor diésel, en particular un motor de cruceta de dos tiempos, que tiene un canal central longitudinal que comunica con una serie de orificios de la boquilla hacia la superficie exterior de la boquilla, la cual está hecha de una primera aleación resistente a la corrosión al menos en el área exterior alrededor de los orificios de la boquilla y de una segunda aleación en un área que no sea dicha área exterior, pudiendo obtenerse dicha boquilla mediante el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el material de los bordes entre la primera aleación y la segunda aleación tiene una estructura sin microgrietas.

12. Boquilla según la reivindicación 11, caracterizada porque la segunda aleación tiene una mayor resistencia a la fatiga que la primera aleación resistente a la corrosión.

13. Boquilla según la reivindicación 11 ó 12, caracterizada por tener una barrera de difusión con restricción de oxígeno entre la primera aleación y la segunda aleación.

14. Boquilla según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizada porque la segunda aleación se realiza mediante pulvimetalurgia.

15. Boquilla según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizada porque la primera aleación es una aleación a base de níquel, y la segunda aleación es una aleación a base de hierro.

16. Boquilla según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizada porque la boquilla es una unidad separada que se ubica en la válvula de combustible a continuación de una guía de husillo que contiene el asiento de la válvula principal de la válvula de combustible.

17. Boquilla según la reivindicación 16, caracterizada porque la segunda aleación constituye más del 70% de la masa agregada de la boquilla.

18. Boquilla según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizada porque la resistencia a la fatiga \sigmaA de la segunda aleación es de al menos \pm 750 MPa.

19. Boquilla según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18, caracterizada porque se suministra en la boquilla un material cerámico aislante cubierto por la primera aleación.