ES2691992T3 - Artículos de acero de pulvimetalurgia de maquinado libre y método de preparación de los mismos - Google Patents

Abstract

Un método de preparación de un artículo de acero estirado de diámetro pequeño que comprende las etapas de fundir una aleación de acero que tiene la siguiente composición en porcentaje en peso en un horno de fusión: C 0,88-1,00 Mn 0,20-0,80 Si 0,50 máx. P 0,050 máx. S 0,010-0,100 Cr 0,15-0,90 Ni 0,10-0,50 Mo 0,25 máx. Cu 0,08-0,23 V 0,025-0,15 N 0,060 máx. O 0,040 máx. siendo el resto hierro e impurezas comunes; atomizar la aleación de acero con un gas inerte para formar un polvo de acero pre-aleado; consolidar el polvo de acero hasta densidad sustancialmente completa para formar una estructura compacta de polvo; trabajar en caliente la estructura compacta de polvo para formar un artículo intermedio estirado; tratar térmicamente el artículo intermedio llevando a cabo las siguientes etapas: a) calentar el artículo intermedio a una primera temperatura dentro del intervalo de 40 ºC por debajo a 25 ºC por encima de la temperatura Acm de la aleación durante aproximadamente 45-90 minutos por cada 2,54 cm (pulgada) de espesor del artículo intermedio; b) enfriar el artículo intermedio desde la primera temperatura a una tasa suficiente para transformar la aleación en una microestructura de temperaturas más baja seleccionada entre martensita, bainita superior, bainita inferior y combinaciones de las mismas en dicho artículo intermedio; entonces c) calentar el artículo intermedio a una segunda temperatura dentro del intervalo de 150 ºC por debajo de la temperatura A1 de la aleación hasta la temperatura A1 durante un tiempo suficiente para precipitar una pluralidad de carburos finos en al material de matriz de la aleación; d) enfriar el artículo intermedio recalentado a partir de una segunda temperatura; e) calentar el artículo intermedio a una tercera temperatura de 10-50 ºC por encima de la temperatura A1 de aleación, durante 1,5-6 horas por cada 2,54 cm (pulgada) de espesor; f) enfriar el artículo intermedio desde la tercera temperatura a una tasa de 5-80 ºC/hora hasta una temperatura intermedia de 100-400 ºC por debajo de la temperatura A1; y posteriormente g) enfriar al aire el artículo intermedio desde la temperatura intermedia hasta temperatura ambiente.

Description

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DESCRIPCION

Articulos de acero de pulvimetalurgia de maquinado libre y metodo de preparacion de los mismos Antecedentes de la invencion campo de la invencion

La presente invencion se refiere generalmente a un articulo de acero de maquinado libre y un metodo para la preparacion del mismo. Mas particularmente, la invencion se refiere a formas de producto estirado tales como alambre, varilla, barra, banda y fleje formadas por un acero pulvimetalurgico, de maquinado libre, que no contiene plomo.

Descripcion de la tecnica anterior

Las piezas pequenas con maquinado de precision para relojes, automoviles y otras industrias estan formadas a partir de un alambre de acero que se ha trefilado en frio y posteriormente se ha reforzado. Se requiere buena maquinabilidad para la fabricacion de dichas piezas y normalmente se obtiene incluyendo en la estructura de acero uno o mas aditivos para mejorar la propiedad de maquinabilidad. Pb, S y Se se encuentran entre las adiciones mas comunes de acero para mejorar la maquinabilidad. Sin embargo, la adicion de Pb tiene ciertos problemas de seguridad. Por lo tanto, resulta deseable un acero maquinado que no contenga plomo con igual o mejor maquinabilidad que el acero con plomo.

Los documentos US 8.282.701 B2 y US 8.795.584 B2, describen un articulo de acero de maquinado libre, que no contiene plomo para su uso en la produccion de piezas de precision, de alta calidad y un proceso para la preparacion de dicho articulo. La microestructura del acero descrita en esas partes es de grano fino y tiene una distribucion fina e uniforme de sulfuros de manganeso (MnS). Como se describe en esas patentes, se obtiene la microestructura mediante el uso de una quimica de acero controlada, atomizacion de gas para producir un polvo de aleacion, seguido de consolidacion en caliente del polvo de aleacion para formar una estructura compacta de polvo. Se prepara un tocho a partir de la estructura compacta de polvo que posteriormente se trabaja en caliente y se termina en frio para preparar productos de barra y alambre para maquinado que de lugar a piezas de precision.

Se han usado la aleacion y el metodo descritos en el documento US 8.282.701 B2 y el documento US 8.795.584 B2 para proporcionar una barra y un alambre de diametro pequeno con caracteristicas de maquinado aceptables para la preparacion de piezas pequenas, de precision. Sin embargo, se ha determinado en la practica que se requiere mejor maquinabilidad para el maquinado de piezas de precision muy pequenas. Por consiguiente, un objetivo de la presente invencion es proporcionar productos de barra y alambre de diametro pequeno que tengan una distribucion mas fina y homogenea de carburos para, de este modo, mejorar la maquinabilidad y la elaborabilidad del alambre y la barra, mas alla de lo que se ha conseguido previamente con el material formado de acuerdo con los documentos US 8.282.701 B2 y US 8.795.584 B2. Un objetivo adicional de la presente invencion es proporcionar un proceso para la preparacion de una barra y un alambre de diametro pequeno, incluyendo un tratamiento termico que, en combinacion con la quimica modificada, proporcionar facilmente la microestructura deseada con el fin de obtener la combinacion mejorada de propiedades descritas con anterioridad.

Breve sumario de la invencion

De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, se proporciona un producto estirado que tenga un area de corte transversal pequena tal como un alambre, varilla, barra y fleje. El articulo estirado esta formado a partir de un polvo metalico pre-aleado que tiene composicion en porcentaje en peso amplio y preferido.

Elemento

Amplitud Preferido

C

0,88-1,00 0,92-0,98

Mn

0,20-0,80 0,20-0,80

Si

0,50 max. 0,12-0,22

P

0,050 max. 0,030 max.

S

0,010-0,100 0,010-0,090

Cr

0,15-0,90 0,30-0,60

Ni

0,10-0,50 0,10-0,25

Mo

0,25 max. 0,25 max.

Cu

0,08-0,23 0,10-0,23

V

0,025-0,15 0,035-0,060

N

0,060 max. 0,060 max.

O

0,040 max. 0,040 max.

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El resto de la aleacion es hierro e impurezas comunes. El alambre y las barras de acuerdo con el presente aspecto de la invencion se caracterizan de forma adicional por una microestructura que incluye i) una matriz ferritica que tiene una tamano de grano fino, uniforme, preferentemente definido por un numero de tamano de grano ASTM E-112 de 8 o mayor, ii) una distribucion homogenea de sulfuros de manganeso que no son mayor de 2 pm en cuanto a dimension principal, distribuidos uniformemente en dicha matriz, y iii) una dispersion uniforme de carburos finos, esferoidales que no son mayores de 4 pm en cuanto a la dimension principal, distribuidos uniformemente en dicha matriz.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invencion, se proporciona un metodo de preparacion de un articulo estirado, de pequeno diametro, tal como un alambre, barra o fleje, que tiene una maquinabilidad que es superior a los materiales conocidos. En la primera etapa del metodo de la presente invencion, se funde una aleacion de acero que tiene la siguiente composicion en porcentaje en peso en un horno de fundicion:

C

0,88-1,00

Mn

0,20-0,80

Si

0,50 max.

P

0,050 max.

S

0,010-0,100

Cr

0,15-0,90

Ni

0,10-0,50

Mo

0,25 max.

Cu

0,08-0,23

V

0,025-0,15

N

0,060 max.

O

0,040 max.

Fe e impurezas

Resto

El metodo comprende las etapas adicionales de atomizacion de la aleacion de acero con un gas inerte para formar un polvo de acero pre-aleado y consolidacion del polvo de acero hasta sustancialmente densidad completa para formar una estructura compacta de polvo. La estructura compacta de polvo se trabaja en caliente para formar un articulo intermedio estirado. El metodo tambien incluye el tratamiento termico del articulo intermedio llevando a cabo las siguientes etapas: a) calentar el articulo intermedio a una primera temperatura 40 °C por debajo a 25 °C por encima de la temperatura Acm de la aleacion, durante aproximadamente 45-90 minutos por cada 2,54 cm (pulgada) de espesor del articulo intermedio; b) enfriar el articulo intermedio desde la primera temperatura a una tasa suficiente para transformar la aleacion en una microestructura de temperaturas mas baja seleccionada entre martensita, bainita superior, bainita inferior y combinaciones de las mismas en dicho articulo intermedio; c) calentar el articulo intermedio a una segunda temperatura de menos de 150 °C por debajo de la temperatura A1 de aleacion hasta la temperatura A1, durante un tiempo suficiente para precipitar una pluralidad de carburos finos en el material de la matriz de la aleacion; d) enfriar el articulo intermedio recalentado al aire a partir de la segunda temperatura hasta temperatura ambiente; e) calentar el articulo intermedio a una tercera temperatura de 10-50 °C por encima de la temperatura A1 de aleacion, durante 1,5-6 horas por cada 2,54 cm (pulgada) de espesor; f) enfriar el articulo intermedio desde la tercera temperatura a una tasa de 5-80 °C/hora hasta una temperatura intermedia de 100-400 °C por debajo de la temperatura A1; y a continuacion g) enfriar al aire el articulo intermedio desde la temperatura intermedia hasta temperatura ambiente. El articulo tratado de este modo se procesa posteriormente para reducir su area de corte transversal para proporcionar un articulo estirado que tiene un diametro o corte transversal pequeno tal como un alambre, varilla, fleje o barra para el maquinado de piezas de precision. El procesado posterior puede incluir el trefilado en frio y/o laminado en frio. Las etapas de trefilado en frio o laminado en frio se pueden lograr en una o mas etapas para alcanzar las dimensiones finales.

De acuerdo con otra realizacion del proceso de acuerdo con la presente invencion, se puede trabajar en caliente la estructura compacta de polvo, tal como por medio de laminado en caliente, para proporcionar un articulo estriado tal como alambre, varilla o banda que tenga dimensiones finales o cercanas a las finales. El articulo laminado en caliente se trata termicamente a continuacion como se describe en las etapas a) a g) anteriores.

En este caso y a lo largo de la presente solicitud, los siguientes terminos se definen como se muestra a continuacion. El termino "porcentaje" y el simbolo "%" significan porcentaje en peso o porcentaje en masa a menos que se indique lo contrario. La bainita superior se define de acuerdo con su definicion conocida como un agregado de ferrita y cementita que contiene elementos de ferrita con forma de liston sustancialmente paralelos. La bainita inferior se define de acuerdo con su definicion conocida como un agregado de ferrita y cementita que tiene un aspecto circular. Ferrita y cementita son fases de acero conocidas. La temperatura Acm se define de acuerdo con su definicion conocida como la temperatura por debajo de la cual la cementita comienza a formarse en el acero durante el enfriamiento. La temperatura A1 se define de acuerdo con su definicion conocida como la temperatura a la cual la fase de austenita del acero se transforma en un eutectoide que comprende perlita. La expresion "diametro pequeno" hace referencia a una

forma de producto que tiene una seccion de corte transversal y se define como un diametro de no mas de aproximadamente 1,725 pulgadas (43,81 mm). El termino "fino" y la expresion "espesor pequeno" se definen como un espesor de no mas de aproximadamente 3 mm.

Breve descripcion de los dibujos

5 El siguiente sumario y la siguiente descripcion detallada se comprenderan mejor a la luz de los dibujos, en los que:

La Figura 1 es un diagrama de fase de aleacion de Metal Licuado 098 descrito en la seccion de Ejemplos de Trabajo de la presente solicitud;

La Figura 2 es una microfotografia de una muestra de alambre preparada a partir de Metal Licuado 098;

La Figura 3 es una microfotografia de una muestra de alambre preparada a partir de Metal Licuado 223 como se 10 describe en la seccion de Ejemplos de Trabajo de la presente memoria; y

La Figura 4 es una microfotografia de una muestra de alambre preparada a partir de Metal Licuado 560 como se describe en la seccion de Ejemplos de Trabajo de la presente memoria.

Descripcion detallada de la invencion

Para los fines de la presente solicitud los intervalos en porcentaje en peso elemental descritos anteriormente se 15 equilibran para proporcionar una microestructura que comprende una matriz ferritica que contiene carburos esferoidales, uniformemente distribuidos que proporcionan mejor maquinabilidad durante el corte a baja y alta velocidad del metal con respecto a otros materiales conocidos. Basandose en las propiedades deseadas se seleccionan los siguientes intervalos elementales para la composicion de aleacion de acuerdo con la presente invencion.

20 Carbono es un estabilizador de austenita y un elemento que forma carburos con otros elementos presentes en la aleacion de la presente invencion. Deberia estar presente un 0,88-1,00 % de carbono en la aleacion para el aspecto amplio de la presente invencion y preferentemente esta presente un 0,92-0,98 % de carbono.

Tambien manganeso es un estabilizador de austenita y puede provocar la modificacion de la temperatura A1 de la aleacion cuando se combina con otros elementos. El manganeso se combina con un azufre disponible para formar 25 sulfuros de manganeso que son beneficiosos para una maquinabilidad excelente proporcionada por la presente aleacion. Por estos motivos la aleacion contiene un 0,20-0,80 % de manganeso.

Silicio es un estabilizador de ferrita y tambien puede estar presente en la presente aleacion como residuo a partir de adiciones de desoxidante durante la fusion de la aleacion. La aleacion contiene hasta un 0,50 % y preferentemente contiene un 0,12-0,22 % de silicio.

30 El azufre se combina con manganeso para formar sulfuros de manganeso que se requieren para una buena maquinabilidad. Se procesa la aleacion de un modo que tiene como resultado sulfuros finos y dispersados. Por estos motivos la aleacion contiene un 0,010-0,100 % y preferentemente un 0,010-0,090 % de azufre.

Cromo es un intenso formador de carburos y tambien confiere cierta resistencia a la corrosion a la aleacion. Se considera que cromo es necesario en la aleacion de la presente invencion para formar los carburos finos que 35 proporcionan sitios que funcionan como nucleos para la precipitacion y la proliferacion de carburos sustancialmente

esfericos en lugar de carburos con forma lamelar durante el proceso de formacion de esferoides. Sin embargo, demasiado cromo provoca el aumento de la temperatura Acm, lo cual conduce a la estabilizacion de los carburos principales grandes y bastos que resultan dificiles de disolver durante el tratamiento termico. Tambien, el cromo aumenta la aptitud de dureza del acero lo cual aumenta la probabilidad de fisuracion cuando la aleacion se trata 40 termicamente a continuacion como se describe a continuacion. A la vista de lo anterior, la aleacion contiene un 0,150,90 % de cromo y preferentemente la aleacion contiene un 0,30-0,60 % de cromo.

Niquel es un estabilizador de austenita y tambien beneficia la aptitud de dureza del acero sin elevar significativamente la temperatura Acm. Por estos motivos, la aleacion contiene un 0,10-0,50 % de niquel y preferentemente contiene un 0,10-0,25 % de niquel.

45 Una pequena cantidad de molibdeno puede estar presente en la presente aleacion como residuo a partir de los

materiales de carga usados durante la fusion. Molibdeno tambien esta presente como formador de carburos intenso y contribuye a la produccion de carburos finos primarios como sustituto para al menos parte del vanadio. Por consiguiente, puede estar presente hasta un 0,25 % de molibdeno en la presente aleacion por cualquiera de los

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motivos anteriores.

Tambien se usa cobre como estabilizador de austenita. El cobre se combina con azufre para formar sulfuros que son beneficiosos para la maquinabilidad proporcionada por la aleacion. El cobre tambien puede proporcionar cierta resistencia a la corrosion en la aleacion. Sin embargo, el uso de cobre se encuentra restringido a niveles que no tienen como resultado una fusion incipiente de la aleacion durante el procesado y el tratamiento termico. Por consiguiente, la aleacion contiene un 0,08-0,23 % y preferentemente un 0,10-0,23 % de cobre.

Una pequena cantidad de vanadio esta presente en la aleacion para contribuir en la produccion de carburos primarios, de tipo MC y estables que contribuyen a la ruptura de la lamina de carburo para formar carburos mas esfericos. Por estos motivos, la aleacion de la presente invencion contiene un 0,025-0,15 % de vanadio y preferentemente contiene un 0,035-0,060 % de vanadio.

El nitrogeno tambien puede estar presente en la aleacion principalmente como resultado de la adsorcion cuando se atomiza la aleacion con gas de nitrogeno. Preferentemente, el nitrogeno se encuentra restringido a un maximo de un 0,060 % (600 ppm) en el polvo de aleacion de acuerdo con la presente invencion.

El resto de la aleacion es hierro y las impurezas comunes encontradas en las aleaciones usadas con fines iguales o similares. En particular, se considera que fosforo es una impureza en la presente aleacion y deberia limitarse a no mas de un 0,050 % y preferentemente no mas de un 0,030 %. Tambien se considera que oxigeno es una impureza en el polvo de aleacion de la presente invencion y esta limitado preferentemente a no mas de un 0,040 %.

El metodo de preparacion del articulo de acero estirado de diametro pequeno con buena maquinabilidad y estabilidad incluye las siguientes etapas de proceso. La aleacion se funde en un horno de fusion preferentemente por medio de fusion a vacio. La aleacion fundida se atomiza con un gas inerte para formar un polvo pre-aleado que tiene una composicion en porcentaje en peso descrita con anterioridad. El gas inerte puede ser nitrogeno, argon o una combinacion de los mismos. Preferentemente, el polvo metalico se produce por medio de atomizacion con gas de nitrogeno en una fusion de induccion y una unidad de atomizacion de gas. El polvo atomizado se tamiza preferentemente hasta un tamano de malla metalica -100 y se puede mezclar con uno u otros metales licuados que tienen esencialmente la misma composicion de aleacion para producir un polvo metalico mezclado. El polvo de aleacion se rellena por vibracion en un frasco de acero de bajo contenido en carbono. El frasco de bajo contenido en carbono se desgasifica en caliente a vacio y se sella. La desgasificacion en caliente se describe, por ejemplo, en la patente de Estados Unidos 4.891.080. El frasco sellado se somete posteriormente a presion isostatica en caliente (HIP) preferentemente a aproximadamente 1121 C y 15 ksi durante un tiempo suficiente para densificar por completo el polvo metalico. Se prefiere argon como fluido de presurizacion. Tras HIP, el polvo metalico denso completo se lamina en caliente a partir de una temperatura de aproximadamente 1149 C para generar una forma intermedia estirada tal como un tocho que incluye el polvo metalico consolidado y un revestimiento que consiste en la aleacion de acero de bajo contenido en carbono del frasco.

La forma intermedia estirada se trata termicamente usando un proceso de tres etapas que incluye una o mas operaciones que comprenden condiciones de tiempo y temperatura seleccionadas para producir una microestructura general que contiene carburos finos, dispersados, y sometidos a formacion de esferoides y sulfuros finos en una matriz de ferrita. En otra realizacion del proceso de la presente invencion, el tocho u otra forma intermedia se trabaja en caliente, tal como por medio de laminado en caliente, para proporcionar una barra, alambre, varilla, fleje o banda que tiene dimensiones finales o casi finales y a continuacion se proporciona un tratamiento termico de tres etapas para proporcionar la microestructura deseada.

El tratamiento termico usado en el metodo de acuerdo con la presente invencion se describe de forma adicional como se muestra a continuacion. En la primera etapa de calentamiento, el articulo intermedio se calienta a una temperatura de aproximadamente 40 °C por debajo de la temperatura Acm de la aleacion hasta 25 °C por encima de la temperatura Acm. El limite de temperatura Acm para la presente aleacion se muestra por medio de la flecha superior de la Figura 1. Se calcula que la temperatura Acm para una composicion preferida de la aleacion usada en la presente invencion es de 860 C. Preferentemente, el articulo intermedio estirado se calienta a una temperatura de 20 °C por debajo de la temperatura Acm de aleacion hasta 5 °C por encima de Acm. Se lleva a cabo la primera etapa de calentamiento durante 45 a 90 minutos por pulgada (2,54 cm) de diametro o espesor. Los parametros de tiempo y temperatura de la primera etapa de calentamiento estan seleccionados para provocar la disolucion de carburos primarios y laminares que se forma durante el trabajado en caliente y el enfriamiento del articulo intermedio consolidado. La primera etapa de calentamiento desarrolla una microestructura que comprende preferentemente un 100 % de austenita y es estable a la temperatura Acm de la aleacion.

La primera etapa de calentamiento se lleva a cabo por medio de enfriamiento rapido en un medio apropiado tal como un gas inerte o un agente de inactivacion liquido (por ejemplo, inactivacion de aceite) para provocar la transformacion de la austenita estabilizada hasta una microestructura de bajo temperatura, tal como martensita, bainita inferior, bainita superior o una combinacion de las mismas. La tasa de enfriamiento esta seleccionada para que sea suficientemente

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elevada con el fin de evitar la formacion de perlita en la aleacion, pero suficientemente baja para evitar la fisuracion debido a que la aleacion contiene carbono relativamente elevado y un numero relativamente pequeno de elementos de aleacion que benefician a la aptitud de dureza de la aleacion. Por consiguiente, tras la primera etapa de calentamiento, el articulo intermedio se enfria a una tasa de aproximadamente 20-60 °C/s a partir de la temperatura Acm hasta temperatura ambiente.

Un metodo alternativo para transformar la austenita en martensita, bainita inferior y/o bainita superior como microestructura intermedia incluye la transformacion isotermica de austenita a temperaturas por encima de la temperatura de comienzo de la transformacion de martensita (Ms) hasta lograr el estado completo, seguido de enfriamiento en un medio liquido o gas. Se calculo que la temperatura Ms para la quimica preferida de la aleacion de acuerdo con la presente invencion era de 140 C ±15 °C.

Se continua el tratamiento termico con una segunda etapa de calentamiento en la cual se calienta el articulo estirado a una segunda temperatura de aproximadamente 150 °C por debajo de la temperatura A1 hasta la temperatura A1. Preferentemente, se calienta el articulo estirado a una temperatura que esta de aproximadamente 120 a 80 °C por debajo de la temperatura A1. La temperatura A1 calculada para una quimica preferida de la presente aleacion es de aproximadamente 720-730 C. El limite de temperatura A1 se define por medio de la flecha inferior mostrada en la Figura 1. Esta segunda etapa de calentamiento esta disenada para facilitar la precipitacion de carburos finos y bien dispersados a lo largo de los listones de martensita o bainita y tambien a lo largo de los limites de grano.

En una etapa de calentamiento adicional, el articulo se calienta a una tercera temperatura que esta de 10 a 50 °C por encima de la temperatura A1, preferentemente a 15 a 35 °C por encima de A1 durante 90 a 360 minutos (1,5-6 h) por cada 2,54 cm (pulgada) de espesor y preferentemente durante 90 a 120 minutos (1,5-2 h) por cada 2,54 cm (pulgada) de espesor. Posteriormente, el articulo se enfria a una tasa de enfriamiento de 5 a 80 °C/h y preferentemente a una tasa de enfriamiento de 15 a 35 °C/h hasta una temperatura de 100 a 400 °C por debajo de la temperatura A1. Posteriormente, el articulo se enfria al aire hasta temperatura ambiente.

Tras el tratamiento termico, el articulo intermedio estirado puede experimentar uno o mas ciclos de trefilado en frio, estando seguida cada etapa de reduccion en frio por un atemperado con liberacion de tension, hasta obtener el diametro deseado. El material trefilado en frio tipicamente se proporciona como alambre con un diametro de aproximadamente 1,75 mm, 3 mm, 4,5 mm o 6,5 mm. Tambien se puede producir un alambre con diametro mas grande para proporcionar una barra terminada con diametro pequeno de hasta 15 mm de diametro. Como proceso alternativo, se puede laminar en frio el articulo intermedio estirado tras el tratamiento termico para proporcionar un fleje.

Ejemplos de trabajo

Con el fin de demostrar la microestructura mejorada proporcionada en el articulo y por medio del metodo de acuerdo con la presente invencion, se fundieron tres metales licuados experimentales y se atomizaron para producir polvo metalico prealeado. Las composiciones de porcentaje en peso de los metales licuados experimentales se muestran en la tabla siguiente.

Elemento

Metal Licuado 098 Metal Licuado 223 Metal Licuado 560

C

0,95 0,97 0,94

Mn

0,51 0,49 0,46

Si

0,18 0,2 0,18

S

0,06 0,06 0,053

Cr

0,51 0,43 <0,1

Ni

0,18 0,2 <0,1

Cu

0,22 0,21 <0,1

5

10

15

20

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50

V

0,058 0,058

N

0,004 0,005 <0,02

O

0,023 0,014

El resto de cada composicion fue hierro e impurezas comunes, incluyendo <0,030 % de P.

Los metales licuados 098 y 223 tienen las composiciones en porcentaje en peso que realizan la aleacion de acuerdo con la presente invencion. El Metal Licuado 560 realiza la aleacion descrita en el documento US 8.282.701 B2 y el documento US 8.795.584 B2. Se fundieron los metales licuados experimentales por medio de induccion de vacio y posteriormente se atomizaron con gas de nitrogeno para formar el polvo de metal pre-aleado. El polvo metalico procedente de cada metal licuado se tamizo hasta un tamano de malla metalica -100 y posteriormente se introdujo en un frasco de acero de bajo contenido en carbono. Los frascos rellenos de polvo se desgasificaron en caliente a vacio y posteriormente se sellaron.

Los frascos rellenos con polvo se sometieron a presion isostatica en caliente (HIP'd) a 1121 C a una presion de 15 ksi durante un tiempo suficiente para proporcionar estructuras compactas de polvo sustancial y completamente denso. Posteriormente, las estructuras compactas de polvo se laminaron en caliente para formar tochos que consisten en polvo metalico consolidado y un revestimiento formado a partir del frasco. Posteriormente, se laminaron en caliente los tochos hasta obtener una forma intermedia estirada y a continuacion se enfriaron al aire hasta temperatura ambiente.

Las formas estiradas intermedias de los Metales Licuados 098 y 223 se trataron termicamente como se muestra a continuacion. Se sometieron las formas estiradas a austenizacion por medio de calentamiento a 850 C durante una hora y posteriormente se inactivaron en aceite. Tras la inactivacion, Se atemperaron las formas intermedias estiradas por medio de calentamiento a 620 C durante 4 horas y posteriormente se enfriaron al aire. Se volvieron a someter las formas estiradas a austenizacion por medio de calentamiento a 750 °C durante 2 horas, se enfriaron en horno a 20 °C por hora hasta 580 C y a continuacion se enfriaron al aire hasta temperatura ambiente. Tras el tratamiento termico, se rasparon los Metales Licuados 098 y 223 para retirar el revestimiento de acero al carbono y posteriormente se trefilaron en frio hasta un diametro final de 0,3208 pulgadas (0,8148 cm).

Se trato termicamente la forma intermedia estirada de Metal Licuado 560 como se muestra a continuacion. Se sometio la forma intermedia estirada a austenizacion por medio de calentamiento a 738 C durante 8 horas, se enfrio en horno a 10 °C/hora hasta 600 C, y posteriormente se enfrio al aire. Tras el enfriamiento, se raspo la forma estirada para retirar la capa de revestimiento de acero al carbono y a continuacion se trefilo en frio hasta un diametro final de 0,2055 pulgadas (0,5219 cm). Se volvio a someter el alambre a austenizacion por medio de calentamiento a 738 C durante 8 horas, se enfrio en horno desde la temperatura de austenizacion hasta 600 °C a 10 °C/hora, y se enfrio al aire hasta temperatura ambiente.

Se prepararon muestras de ensayo metalograficas longitudinales a partir del alambre producido para cada uno de los Metales Licuados 098, 223 y 560 y se micro-fotografiaron de acuerdo con ASTM A 892. Las Figuras 2, 3 y 4 muestran microfotografias representativas de los Metales Licuados 098, 223 y 560, respectivamente. Se evaluaron las microestructuras usando el procedimiento descrito en ASTM A 892. Basandose en las evaluaciones de las microestructuras de los Metales Licuados 098 y 223, se puntuaron como CS3, CN1 y LC1. La microestructura de Metal Licuado 560 se puntuo como CS5, CN2 y LC2. La puntuacion de tamano de carburo CS3 para los Metales Licuados 098 y 223 indica un tamano de carburo mas fino (mas pequeno) que la puntuacion CS5 para el Metal Licuado 560. La puntuacion de red de carburo CN2 indica que los Metales Licuados 098 y 223 estan sustancialmente libres de redes de carburo mientras que la puntuacion CN3 del Metal Licuado 560 indica la presencia de al menos ciertas redes de carburo. Ademas, la puntuacion de carburo laminar de LC1 indica que los Metales Licuados 098 y 223 estan sustancialmente libres de carburos laminares, mientras que la puntuacion de LC3 indica que el Metal Licuado 560 tiene significativamente mas carburos laminares que los Metales Licuados 098 y 223.

Los terminos y expresiones que se emplean en la presente memoria se usan como terminos de descripcion y no de limitacion. No existe intencion alguna en el uso de dichos terminos y expresiones de excluir ningun equivalente de las caracteristicas mostradas y descritas o de partes de las mismas. Se reconoce que son posibles diversas modificaciones dentro de la invencion descrita y reivindicada en la presente memoria. Ademas, se contempla que las etapas del proceso descrito en la presente memoria pueden llevarse a cabo por mas de una entidad. Por ejemplo, las etapas de fusion y atomizacion del polvo de aleacion pueden llevarse a cabo por una primer entidad, la etapa de consolidacion del polvo de aleacion puede llevarse a cabo por medio de una segunda entidad, y las etapas de trabajado en caliente, el tratamiento termico y trabajado en frio se pueden llevar a cabo por una o mas entidades.

Claims (12)

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   REIVINDICACIONES

   1. Un metodo de preparacion de un articulo de acero estirado de diametro pequeno que comprende las etapas de fundir una aleacion de acero que tiene la siguiente composicion en porcentaje en peso en un horno de fusion:

   C

   0,88-1,00

   Mn

   0,20-0,80

   Si

   0,50 max.

   P

   0,050 max.

   S

   0,010-0,100

   Cr

   0,15-0,90

   Ni

   0,10-0,50

   Mo

   0,25 max.

   Cu

   0,08-0,23

   V

   0,025-0,15

   N

   0,060 max.

   O

   0,040 max.

   siendo el resto hierro e impurezas comunes;

   atomizar la aleacion de acero con un gas inerte para formar un polvo de acero pre-aleado; consolidar el polvo de acero hasta densidad sustancialmente completa para formar una estructura compacta de polvo;

   trabajar en caliente la estructura compacta de polvo para formar un articulo intermedio estirado; tratar termicamente el articulo intermedio llevando a cabo las siguientes etapas:

   a) calentar el articulo intermedio a una primera temperatura dentro del intervalo de 40 °C por debajo a 25 °C por encima de la temperatura Acm de la aleacion durante aproximadamente 45-90 minutos por cada 2,54 cm (pulgada) de espesor del articulo intermedio;

   b) enfriar el articulo intermedio desde la primera temperatura a una tasa suficiente para transformar la aleacion en una microestructura de temperaturas mas baja seleccionada entre martensita, bainita superior, bainita inferior y combinaciones de las mismas en dicho articulo intermedio; entonces

   c) calentar el articulo intermedio a una segunda temperatura dentro del intervalo de 150 °C por debajo de la temperatura A1 de la aleacion hasta la temperatura A1 durante un tiempo suficiente para precipitar una pluralidad de carburos finos en al material de matriz de la aleacion;

   d) enfriar el articulo intermedio recalentado a partir de una segunda temperatura;

   e) calentar el articulo intermedio a una tercera temperatura de 10-50 °C por encima de la temperatura A1 de aleacion, durante 1,5-6 horas por cada 2,54 cm (pulgada) de espesor;

   f) enfriar el articulo intermedio desde la tercera temperatura a una tasa de 5-80 °C/hora hasta una temperatura intermedia de 100-400 °C por debajo de la temperatura A1; y posteriormente

   g) enfriar al aire el articulo intermedio desde la temperatura intermedia hasta temperatura ambiente.
2. 2. El metodo de la reivindicacion 1 que comprende la etapa de trefilado en frio del articulo intermedio estirado tras dicha etapa de tratamiento termico para reducir el area de corte transversal de dicho articulo intermedio estirado para proporcionar un articulo estirado que tiene un corte transversal pequeno para el maquinado de piezas de precision.
3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la etapa de trabajado en caliente comprende el laminado en caliente del articulo intermedio para reducir el area de corte transversal del articulo intermedio antes de dicha etapa de tratamiento termico.
4. 4. El metodo de la reivindicacion 1, en el que en la etapa de atomizacion de la aleacion de acero, el gas inerte esta seleccionado entre gas de argon, gas de nitrogeno o una combinacion de los mismos.
5. 5. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la etapa de consolidacion del polvo de acero comprende el prensado isostatico en caliente del polvo de acero.
6. 6. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que en la etapa a) la primera temperatura esta de 20 °C por debajo a 5 °C por encima de la temperatura Acm de la aleacion.
7. 7. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que en la etapa c) la segunda temperatura esta 120-80 °C por debajo de la temperatura A1.
8. 8. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en el que en la etapa f) el articulo intermedio se enfria a

   una tasa de 15-35 2C/hora.
9. 9. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en el que la aleacion de acero tiene la siguiente composicion, en porcentaje en peso:

   C

   0,92-0,98

   Mn

   0,20-0,80

   Si

   0,12-0,22

   P

   0,030 max.

   S

   0,010-0,090

   Cr

   0,30-0,60

   Ni

   0,10-0,25

   Mo

   0,25 max.

   Cu

   0,10-0,23

   V

   0,035-0,060

   N

   0,060 max.

   O

   0,040 max.

   y el resto es hierro e impurezas comunes.

   5 10. Un articulo de acero estirado de diametro pequeno, que comprende un polvo de metal prealeado y completamente

   consolidado a partir de una aleacion de acero que tiene la siguiente composicion en porcentaje en peso:

   C

   0,88-1,00

   Mn

   0,20-0,80

   Si

   0,50 max.

   P

   0,050 max.

   S

   0,010-0,100

   Cr

   0,15-0,90

   Ni

   0,10-0,50

   Mo

   0,25 max.

   Cu

   0,08-0,23

   V

   0,025-0,15

   N

   0,060 max.

   O

   0,040 max.

   siendo el resto hierro e impurezas comunes;

   en el que el polvo de metal consolidado tiene una microestructura que comprende:

   a) una matriz ferritica que tiene una distribucion sustancialmente uniforme de granos finos caracterizada por un 10 numero de tamano de grano de al menos 8 como se determina de acuerdo con la Norma ASTM Especificacion E

   112;

   b) una pluralidad de carburos distribuidos uniformemente por toda la matriz ferritica, siendo dichos carburos sustancialmente esferoidales y no mayores de 4 pm de dimension principal; y

   c) una pluralidad de sulfuros distribuidos uniformemente por toda la matriz ferritica, presentando dichos sulfuros 15 una dimension principal no mayor de 2 pm.
10. 11. El articulo de acero de la reivindicacion 10, en el que el articulo comprende un alambre que tiene un diametro de hasta 15 mm.
11. 12. El articulo de acero de la reivindicacion 10 u 11, en el que el articulo comprende un alambre que tiene un diametro de hasta 6,5 mm.

    20 13. El articulo de acero de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que el articulo comprende un alambre

    que tiene un diametro de al menos 1,75 mm.
12. 14. El articulo de acero de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13 en el que la aleacion de acero tiene la siguiente composicion en porcentaje en peso:

    y el resto es hierro e impurezas comunes.

    C 0,92-0,98 Mn 0,20-0,80 Si 0,12-0,22 P 0,030 max.

    S 0,010-0,090 Cr 0,30-0,60 Ni 0,10-0,25 Mo 0,25 max.

    Cu 0,10-0,23 V 0,035-0,060

    N 0,060 max.

    O 0,040 max.