ES2505740T3 - Colada en componentes de carburo cementado - Google Patents

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Abstract

Cuerpo compuesto que comprende carburo cementado y acero caracterizado porque el acero tiene un contenido de carbono correspondiente a un carbono equivalente Ceq >=% en peso de C + 0,3(% en peso de Si + % en peso de P), inferior a 0,9% en peso, pero superior a 0,1% en peso.

Description

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DESCRIPCION
Colada en componentes de carburo cementado
La presente invención se refiere a componentes de carburo cementado colados en acero bajo en carbono. Los componentes son especialmente adecuados para brocas con cono de rodillos, brazo/impulsores de trituradora de rocas de impacto, herramientas de ataque puntual, dientes de dragado y piezas deslizantes de desgaste.
El documento US 4.119.459 divulga un cuerpo compuesto con carburo cementado y una matriz de aleación en base a hierro colado grafítica con un contenido de carbono de 2,5-6 %. Los documentos US 4.584.020 y US 5.066.546 reivindican que la matriz de acero debe tener un contenido de carbono entre 1,5 y 2,5 %. El documento US 4.608.318 divulga un procedimiento metalúrgico en polvo para obtener cuerpos de material compuesto durante la sinterización en estado sólido y unión del metal compacto a dicho compacto. El documento US 6.171.713 describe un compuesto de aleaciones de hierro blanco y gránulos de carburo cementado. El punto de fusión es 1480-1525 oC. El documento WO 03/049889 describe materiales duros consolidados, procedimiento de fabricación y aplicaciones. La consolidación tiene lugar por debajo de la temperatura de liquidus del metal aglutinante que usa compactación omnidireccional rápida (ROC) o prensado isostático en caliente (HIP).
El hierro colado dúctil usado en la técnica anterior generalmente tiene una baja dureza de aproximadamente 38 HRC y una colada de acero de baja aleación tiene una dureza de entre 40 y 53 HRC. Por lo tanto, la matriz de un acero de baja aleación tendrá aproximadamente el doble de la resistencia de un producto de hierro colado comparable de acuerdo con la técnica anterior.
De la técnica anterior citada anteriormente, es evidente que el carburo cementado se cuela preferiblemente en una aleación de hierro con un contenido de carbono relativamente alto para formar un cuerpo cuyo cuerpo se cuela posteriormente en una aleación de hierro con menor contenido de carbono, por ejemplo los documentos US 4.584.020 y US 5.066.546.
Es un objeto de la presente invención proporcionar un cuerpo que consiste en un carburo cementado colado en un acero con propiedades de desgaste mejoradas.
Ahora se ha encontrado que se puede obtener un producto con rendimiento mejorado si el carburo cementado se cuela en un acero con bajo contenido de carbono colándolo con una temperatura muy bien controlada durante el procedimiento de colado y que usa un carburo cementado con un contenido de carbono cercano a la formación de grafito.
La Fig. 1 es una micrografía óptica de luz de la zona de transición del carburo cementado/acero después del grabado con Murakami y Nital.
La Fig. 2 es similar pero con mayor aumento.
La Fig.3 muestra la distribución de W, Co, Fe y Cr a lo largo de una línea perpendicular a la zona de transición.
En las figuras A - acero,
B - zona de fase eta,
C - zona de transición en el carburo cementado,
D: carburo cementado no afectado y E - zona enriquecida en carbono en el acero.
De acuerdo con la invención, ahora se proporciona un componente resistente al desgaste que consiste en un cuerpo de carburo cementado colado en acero de carbono de baja aleación con diversas configuraciones y formas.
El acero tiene una composición con un equivalente de carbono Ceq = % en peso de C + 0,3 (% en peso de Si + % en peso de P), de menos de 0,9 % en peso, preferiblemente de menos de 0,8 % en peso, pero, sin embargo, que excede de 0,1, preferiblemente que excede de 0,5 % en peso. Preferiblemente, el acero está compuesto de un material de acero de baja aleación de Cr, Ni, Mo con un punto de fusión de aproximadamente 1450 - 1550 °C. La dureza del acero está entre 45 y 55 HRC.
La invención es aplicable a carburos cementados en base a WC con una fase aglutinante de Co o Co+Ni preferiblemente con un contenido de carbono cercano a la formación de grafito libre que en el caso de un carburo cementado con fase aglutinante de cobalto indica que el contenido de cobalto magnético es 0,9 - 1,0 del contenido de cobalto nominal. La dureza del carburo cementado es 800-1750 HV3. Hasta 5 % en peso de carburos de los elementos Ti, Cr, Nb, Ta, V pueden estar presentes.
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En una primera realización destinada a herramientas de movimiento de tierra, por ejemplo cabezas de corte de dragado, el carburo cementado tiene un contenido de fase aglutinante de 10 a 25 % en peso de Co o Co+Ni con WC con un tamaño de grano entre 0,5 y 7 pm.
En una segunda realización dirigida especialmente para cortadores de broca para molienda de roca, por ejemplo brocas de cono de tres tipos de diente para perforación rotativa, el carburo cementado tiene un contenido de fase aglutinante de 9 a 15 % en peso de Co o Co+Ni en WC con un tamaño de grano entre 2 y 10 pm.
En una tercera realización dirigida especialmente para herramientas de molienda de roca, por ejemplo herramientas de ataque puntual, el carburo cementado tiene un contenido de fase aglutinante de 5 a 9 % en peso de Co o Co+Ni con WC con un tamaño de grano entre 2 y 15 pm.
En una cuarta realización dirigida especialmente para brazos trituradores o paletas en trituradoras, por ejemplo mineral y arena de petróleo, el carburo cementado tiene un contenido de fase aglutinante de 10 a 25 % en peso de Co o Co+Ni en WC con un tamaño de grano entre 2 y 10 pm.
La zona de transición entre el carburo cementado y el acero exhibe una buena unión esencialmente libre de huecos y grietas. Sin embargo, algunas grietas en la zona entre el acero y el carburo cementado no afectarán seriamente el rendimiento del producto.
En la zona de transición hay una zona fina de fase eta con un espesor entre 50 y 200 pm (B). En el carburo cementado adyacente a la zona de fase eta hay una zona de transición que contiene hierro con un ancho de 0,5 a 2 mm (C). En el acero adyacente a la zona de fase eta hay una zona con contenido de carbono enriquecido (E) con un ancho de entre 10 y 100 pm.
En un procedimiento de colado para fabricar el cuerpo compuesto, la pieza de carburo cementado se fija en un molde y el acero fundido se vierte en el molde. La temperatura de la masa fundida durante el vertido está entre 1550 y 1650°C. Preferiblemente, el cuerpo de carburo cementado se precalienta permitiendo que la masa fundida pase a través del molde alrededor del cuerpo de carburo cementado. El enfriamiento se realiza en aire libre. Después de la colada, se realizan tipos convencionales de tratamiento térmico con el fin endurecer y recocer el acero.
El acero de acuerdo con la invención exhibe una buena unión al carburo cementado. Esta buena unión se debe a la combinación del tipo de acero con bajo contenido de carbono que muestra una descarburación de la parte exterior del carburo cementado para formar la microestructura dentro del carburo cementado y el acero sin fases duras frágiles. La zona fina de fase eta no afecta la fragilidad del producto colado. Para exhibir esta estructura, la temperatura de fusión del acero durante la colada debería ser ligeramente mayor que el punto de fusión de la fase aglutinante del carburo cementado en la zona superficial del cuerpo de carburo cementado.
Ejemplo 1
Se prepararon varillas cilindricas de carburo cementado, con un diámetro de 22 mm y una longitud de 120 mm con una composición de 5 % en peso de Ni y 10 % en peso de Co y WC de resto con un tamaño de grano de 4 pm mediante técnica metalúrgica en polvo convencional. El contenido de carbono fue 5,2 % en peso y la dureza 1140 HV3.
Las varillas se fijaron en moldes para la fabricación de dientes de draga para adaptarse al sistema VOSTA T4 para su uso en cabezales de cortadores de dragado. Un acero del tipo CNM85 con una composición de 0,26 % de C, 1,5 % de Si, 1,2 % de Mn, 1,4 % de Cr, 0,5 % de Ni, 0,2 % de Mo, Ceq = 0,78, se fundió y la masa fundida se vertió en los moldes a una temperatura de 1570 °C. El cuerpo de carburo cementado se precalentó permitiendo que la masa fundida pasara a través del molde alrededor del cuerpo de carburo cementado. Después de enfriar en aire, los dientes se normalizaron a 950°C y se endurecieron a 920°C. El recocido a 250°C fue el paso final del tratamiento térmico antes de la molienda hasta la forma final.
Se eligió un diente para la investigación metalúrgica de la zona de transición de carburo cementado/acero del diente. Se preparó un corte transversal del diente mediante corte, molienda y pulido. La zona de transición de carburo cementado/acero se examinó en un microscopio óptico de luz, LOM. El estudio LOM se realizó tanto en superficie sin grabar como en Murakami y Nital grabada, véase la Fig 1 y la Fig 2. La unión entre el acero y el carburo cementado fue buena, esencialmente sin huecos ni grietas. Entre el carburo cementado y el acero había una zona de fase eta de 100 pm de espesor, B. En el carburo cementado había una zona de transición que contenía hierro, C, con un espesor de 1,5 mm en la parte superior del carburo cementado sin afectar, D. En el acero hay una zona enriquecida en carbono de 50 pm de espesor, E. La distribución de W, Co, Fe y Cr sobre la zona de transición también se examinó mediante análisis de microsonda. Se encontró que la zona de transición, C, consiste esencialmente en WC en una fase de aglutinante Fe, véase la Fig 3.
Ejemplo 2
El Ejemplo 1 se repitió con cuerpos de dos calidades de carburo cementado. Una calidad tenía una composición de 15 % en peso de Co, WC de resto con un tamaño de grano de 3 pm, un contenido de Co magnético de 14 % en
peso y una dureza de 1070 HV3. La otra calidad tenía una composición de 10 % en peso de Co, WC de resto con un tamaño de grano de 4 pm, un contenido de Co magnético de 9,6 % en peso y una dureza de 1175 HV3. Los cuerpos de carburo cementado eran, en este caso, botones con forma de cincel cilindrico con un diámetro exterior de 18 mm.
Antes de la colada, los botones se fijaron en un molde adecuado de tal manera que se obtuvo una cuchilla cónica. 5 Los botones con el contenido de Co inferior se fijaron en el radio exterior del cono y la posición superior interior tenía botones con el mayor contenido de Co. Después del tratamiento térmico y molienda, los conos fueron provistos con un orificio para el cojinete. Los cortadores terminados se examinaron de la misma manera que en el ejemplo 1 con esencialmente los mismos resultados.
Ejemplo 3
10 El Ejemplo 1 se repitió con una calidad con una composición de 20 % en peso de Co, WC de resto con un tamaño de grano de 2 pm. El contenido de Co magnético fue 18,4 % en peso y la dureza de 900 HV3.

Claims (7)

  1. 5
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    REIVINDICACIONES
    1. Cuerpo compuesto que comprende carburo cementado y acero caracterizado porque el acero tiene un contenido de carbono correspondiente a un equivalente de carbono Ceq = % en peso de C + 0,3 (% en peso de Si + % en peso de P), menor de 0,9 % en peso, pero más de 0,1 % en peso, el carburo cementado tiene una fase aglutinante de Co o Co+Ni, el carburo cementado tiene un contenido de cobalto magnético de 0,9-1,0 del contenido de cobalto nominal, y porque el cuerpo comprende una zona de transición de carburo cementado/acero con una zona fina de fase eta con un espesor entre 50 y 200 pm (B), en el carburo cementado adyacente a la zona de fase eta tiene una zona de transición que contiene hierro con un ancho de 0,5 a 2 mm (C) y en el acero adyacente a la zona de fase eta tiene una zona con contenido de carbono enriquecido (E) con un ancho de entre 10 y 100 pm.
  2. 2. Cuerpo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el equivalente de carbono Ceq es menor del 0,8 % en peso.
  3. 3. Cuerpo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el equivalente de carbono Ceq es mayor de 0,5 % en peso.
  4. 4. Cuerpo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el cuerpo está destinado a herramientas de movimiento de tierras, el carburo cementado tiene un contenido de fase aglutinante de 10 a 20 % en peso de Co o Co+Ni con WC con un tamaño de grano entre 0,5 y 7 pm.
  5. 5. Cuerpo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el cuerpo está destinado especialmente a cortadores de broca para molienda de rocas, el carburo cementado tiene un contenido de fase aglutinante de 9 a 15 % en peso de Co y/o Ni en WC con un tamaño de grano entre 2 y 10 pm.
  6. 6. Cuerpo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el cuerpo está destinado especialmente a herramientas de molienda de roca, el carburo cementado tiene un contenido de fase aglutinante de 5 a 9 % en peso de Co y/o Ni con WC con un tamaño de grano entre 2 y 15 pm.
  7. 7. Cuerpo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el cuerpo está destinado especialmente para brazos trituradores o paletas en trituradoras, el carburo cementado tiene un contenido de fase aglutinante de 10 a 25 % en peso de Co o Co + Ni en WC con un tamaño de grano entre 2 y 10 pm.
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