ES2693509T3 - Aleación de hierro fundido, pieza y procedimiento de fabricación correspondientes - Google Patents

Aleación de hierro fundido, pieza y procedimiento de fabricación correspondientes Download PDF

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Abstract

Aleación de hierro fundido con grafito esferoidal o con grafito laminar que consta, en % de peso, de los elementos siguientes: - Carbono (C) entre el 1,2 % y el 3,5 %, - Silicio (Si) entre el 1,0 % y el 3 %, - Níquel (Ni) entre el 26 % y el 31 %, - Cobalto (Co) entre el 15 % y el 20 %, opcionalmente: - Magnesio (mg) entre el 0,02 % y el 0,10 %, - Manganeso (Mn) <= 1,5 %, - Cromo (Cr) <= 0,5 %, y/o - Fósforo (P) <= 0,12 o <= 0,04 %, y/o - Azufre (S) <= 0,11 o <= 0,03 %, y/o - Molibdeno (Mo) <= 0,5 %, y/o - Cobre (Cu) <= 0,5 %, siendo el resto hierro y unas impurezas inevitables.

Description

DESCRIPCION
Aleacion de hierro fundido, pieza y procedimiento de fabrication correspondientes 5 [0001] La presente invention se refiere a una aleacion de hierro fundido.
[0002] Se conoce en el estado de la tecnica unas herramientas realizadas en fundicion para fabricar unas piezas de materia compuesta de fibras de carbono y resina o de materia termoplastica. Estas piezas de material compuesto carbono/resina son moldeadas a una temperatura que va habitualmente hasta 250 °C.
10
[0003] Las herramientas deben tener un coeficiente reducido de dilatation termica o un coeficiente de dilatation termica proximo al del material o de la materia que se va a moldear en la gama de temperatura utilizada para la formacion.
15 [0004] Para las temperaturas de formation mas alla de 250 °C, existen unas herramientas fabricadas
unicamente en mecano-soldado.
[0005] Para las temperaturas de formacion que van hasta 250 °C con unas herramientas realizadas en fundicion, existe un cierto numero de aleaciones que tienen un coeficiente de dilatacion termica aceptable, lo que no
20 es el caso para las temperaturas mas elevadas.
[0006] Especialmente, ciertas materias termoplasticas (poliimidas por ejemplo) y compuestos que contienen estos mismos termoplasticos necesitan unas temperaturas mas elevadas. Aumentar la temperatura de formacion permite igualmente en ciertos casos disminuir la duration de un ciclo de production.
25
[0007] Actualmente, existen unas aleaciones realizadas en fundicion para las herramientas que permiten conservar un coeficiente de dilatacion estable hasta 250 °C. Existen igualmente unas chapas que permiten conservar un coeficiente de dilatacion estable hasta 400 °C. Se conoce una aleacion de hierro fundido Ceramvar con grafito esferoidal o con grafito laminar que comprende, en % de peso, los elementos siguientes: Carbono (C) entre
30 0,05 %, Silicio (Si) 0,30 %, Nlquel (Ni) entre 28,5 % y 29,5 %, Cobalto (Co) entre 19,5 % y 20,5 %, Manganeso (Mn) 0,50 % y/o Fosforo (P) 0,020 y/o Azufre (S) 0,020. Se conocen igualmente unas herramientas de acero utilizadas para fabricar unas piezas de material compuesto o de materia termoplastica. Estas herramientas tienen, sin embargo, un espesor de pared relativamente importante, dado que el acero es susceptible de contener unos defectos estructurales (rechupes) cuando las herramientas estan fabricadas con un espesor reducido.
35
[0008] La invencion tiene como objeto permitir la fabricacion por moldeado de una pieza de hierro fundido cuya dilatacion termica es reducida para unas temperaturas elevadas y especialmente que van hasta 400 °C y cuyo coeficiente de dilatacion permanece estable hasta estas temperaturas altas.
40 [0009] En particular, la invencion tiene como objeto concebir una elation que permita la fabricacion de una
herramienta que tiene un coeficiente de dilatacion reducido y estable, incluido a unas temperaturas elevadas. Tambien, la invencion tiene como objeto concebir una aleacion que permita la fabricacion de tal herramienta que tiene un espesor de pared reducido a la vez que tiene sin duda pocos defectos estructurales.
45 [0010] A tal efecto, la invencion tiene como objeto una aleacion de hierro fundido con grafito esferoidal o con
grafito laminar que consisten en, en % de peso, los elementos siguientes: Carbono (C) entre 1,2 % y 3,5 %, Silicio
(Si) entre 1,0 % o 1,2 % y 3 %, Nlquel (Ni) entre 26 % y 31 %, Cobalto (Co) entre 15 % y 20 %. Opcionalmente, la
aleacion comprende: Magnesio (Mg) entre 0,02 % y 0,10 %, Manganeso (Mn) < 1,5 %, Cromo (Cr) < 0,5 % y/o
Fosforo (P) < 0,12 o < 0,04 % y/o Azufre (S) < 0,11 o < 0,03 %, y/o Molibdeno (Mo) < 0,5 %, y/o Cobre (Cu) < 0,5 %, 50 siendo el resto hierro y unas impurezas inevitables.
[0011] Segun unos modos particulares de realization, la aleacion puede constar de una o varias de las
caracterlsticas siguientes:
55 - el contenido de Nlquel (Ni) es al menos del 27 % o 28 % y/o como maximo del 30 %;
- el contenido de Cobalto (Co) es al menos del 16 % y/o como maximo del 18 % o 19 %;
- la aleacion comprende Carbono (C) al menos del 1,4 % o 1,5 % y como maximo del 3,1 % o el 3,3 % y/o Silicio (Si) al menos del 1,4 % o 1,5 % y como maximo del 2,6 % o 2,8 %;
- el contenido de Manganeso (Mn) es al menos del 0,01 % y/o como maximo del 1,0 %;
- el contenido de Cobre (Cu) es como maximo del 0,2 %, 0,3 % o 0,4 %;
- el contenido de Molibdeno (Mo) es como maximo del 0,2 %, 0,3 % o 0,4 %;
- el contenido de Cromo (Cr) es como maximo del 0,3 %, 0,4 % o 0,5 %.
5 [0012] La invencion tiene igualmente como objeto una pieza fabricada en una aleacion de hierro fundido, tal
como se ha definido mas arriba y, especialmente, siendo la pieza una herramienta.
[0013] La invencion se refiere igualmente a un procedimiento de fabricacion de una pieza tal como se ha
definido mas arriba, caracterizado porque consta de las etapas siguientes:
10
- Fundicion de la pieza en un molde,
- Una vez que la pieza se ha fundido en el molde, someter a la pieza a una refrigeracion en su molde, siendo esta refrigeracion especialmente inferior a 50 °C/h.
15 [0014] La invencion se comprendera mejor con la lectura de la descripcion que aparece a continuacion, dada
unicamente a tltulo de ejemplo y realizada en referencia a la figura unica en la que se representa el comportamiento de dilatacion termica de tres aleaciones, por medio de la evolucion de su coeficiente de dilatacion termica en funcion de la temperatura.
20 [0015] La invencion tiene como objeto una aleacion de hierro fundido. Permite obtener unas piezas cuyo
coeficiente de dilatacion termico es reducido y estable hasta una temperatura de 400 °C.
[0016] La pieza es, por ejemplo, una herramienta, en particular una herramienta para fabricar unas piezas de material compuesto o de materia termoplastica.
25
[0017] Todas las indicaciones de composition son dadas a continuacion en % en peso del peso total de aleacion.
[0018] Un primer aspecto de la invencion es la composicion qulmica de la aleacion.
30
[0019] La aleacion es una aleacion de fuente. La aleacion puede ser una aleacion de fuente con grafito esferoidal o con grafito laminar.
[0020] Su componente de base es el Hierro (Fe). Consta tambien de unas impurezas inevitables que resultan 35 de la elaboracion.
[0021] La aleacion comprende, ademas del Fe, carbono (C) entre el 1,2 % y el 3,5 %, Silicio (Si) entre el 1 %
y el 3 %, Nlquel (Ni) entre el 26 % y el 31 % y Cobalto (Co) entre el 15 % y el 20 %.
40 [0022] Ademas, la aleacion puede comprender Magnesio (Mg) entre el 0,02 % y 0,10 %.
[0023] Ademas, la aleacion puede comprender manganeso (Mn) hasta el 1,5 % o hasta el 0,8 %.
[0024] Ademas, la aleacion puede comprender cromo (Cr), con un contenido comprendido entre unos restos
45 y el 0,5 %.
[0025] Ademas, la aleacion puede comprender fosforo (P), con un contenido comprendido entre unos restos y
el 0,04 % o entre unos restos y el 0,12 %.
50 [0026] Ademas, la aleacion puede comprender azufre (S), con un contenido comprendido entre unos restos y
el 0,03 % o entre unos restos y el 0,11 %.
[0027] Ademas, la aleacion puede comprender molibdeno (Mo), con un contenido comprendido entre unos restos y el 0,5 %.
55
[0028] Ademas, la aleacion puede comprender cobre (Cu), con un contenido comprendido entre unos restos y el 0,5 %.
[0029]
El contenido de Nlquel (Ni) de la aleacion puede estar comprendido de preferencia entre al menos el
27 % o el 28 % y, como maximo, el 30 %.
[0030] El contenido de Cobalto (Co) de la aleacion puede estar comprendido de preferencia entre al menos el 16 % y, como maximo, el 18 % o el 19 %.
5
[0031] El contenido de Carbono (C) de la aleacion puede estar comprendido de preferencia entre al menos el
1,4 % o el 1,5 % y, como maximo, el 3,1 % o el 3,3 %.
[0032] El contenido de Silicio (Si) de la aleacion puede estar comprendido de preferencia entre al menos el
10 1,4 % o el 1,5 % y, como maximo, el 2,6 % o el 2,8 %.
[0033] El contenido de Manganeso (Mn) de la aleacion puede estar comprendido de preferencia entre al menos el 0,01 % y/o, como maximo, el 1,0 %.
15 [0034] El contenido de Cobre (Cu) de la aleacion puede ser de preferencia inferior al 0,2 %, 0,3 % o 0,4 %.
[0035] El contenido de Molibdeno (Mo) de la aleacion puede ser de preferencia inferior al 0,2 %, 0,3 % o
0,4 %.
20 [0036] Se conoce una aleacion a base de hierro con coeficiente de dilatacion reducido que es el Fe-Ni36
(denominacion comercial INVAR ®). Es un acero desarrollado a finales del siglo XIX. Consta del 36 % de nlquel y de hierro. La curva que representa el coeficiente de dilatacion de las aleaciones hierro/nlquel presenta una anomalla en los alrededores del 36 % de nlquel: el coeficiente de dilatacion es entonces mas reducido que para las otras composiciones. Esto es valido para unas temperaturas reducidas, hasta 130 °C.
25
[0037] Diversas aleaciones se han desarrollado a continuacion a partir de esta base, especialmente con el cobalto como elemento de adicion. Por ejemplo, la aleacion hierro/nlquel/cobalto con el 32 % de nlquel y el 5,5 % de cobalto tiene un coeficiente de dilatacion mas bajo que el INVAR ® y, sobre todo, mantiene esta propiedad a unas temperaturas mas elevadas.
30
[0038] En hierro fundido, existe la misma anomalla que en el acero, no obstante el coeficiente de dilatacion es un poco mas elevado. La Ni-Resist D5 (ASTM A439) al 35 % de nlquel (permanece hierro) tiene especialmente un coeficiente de dilatacion bajo: 5*10-6 K-1.
35 [0039] A continuacion, como de acero, se han desarrollado otras aleaciones, anadiendo unos elementos de
adiciones tales como el cobalto. Asl, el Ferrynox N33 ® (33 % de nlquel, 4 % de cobalto) permite obtener un coeficiente de dilatacion reducido y una estabilidad (4*10-6 K-1) hasta 180 °C. El Ferrynox N36 ® (36 % nlquel, 4 % cobalto) tiene un coeficiente de dilatacion mas elevado (4,5*10-6 K-1), pero que permanece estable hasta 250 °C. Las apariencias del coeficiente de dilatacion termica en funcion de la temperatura de las dos aleaciones FerrynoxN36 y 40 FerrynoxN33 se ilustran en la figura unica.
[0040] Segun unos ejemplos, la aleacion comprende ademas hierro (Fe) y las impurezas inevitables,
unicamente los elementos siguientes, en los llmites indicados:
C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Mg Co
Mini
1,2 1,2 restos restos restos restos 26 restos restos 0,02 15
Maxi
3,5 3 1,5 0,04 0,03 0,5 31 0,5 0,5 0,1 20
Ejemplo 1
1,9 1,64 0,12 0,014 restos 0,03 29,44 restos 0,017 0,06 16,96
Ejemplo 2
1,9 1,63 0,12 0,014 0,006 0,03 29,06 0,002 0,02 0,04 17,49
45
[0041] Esta aleacion es un hierro fundido con grafito esferoidal.
[0042] El coeficiente de dilatacion termica del Ejemplo 1, indicado con el nombre Ferrynox N29K en la figura,
comparado con unos coeficientes de dilatacion termica de las dos aleaciones del estado de la tecnica (Ferrynox N33
50 y Ferrynox N36) se indica en la figura unica.
[0043] El coeficiente de dilatacion termica del Ejemplo 1 es inferior a 6,4*10'6 K'1 para una temperatura
inferior a 400 °C. Igualmente, el coeficiente de dilatacion termica es relativamente estable en un gran intervalo de
temperaturas. Esta comprendido entre 6*10-6 K-1 y 7*10-6 K-1 en todo el intervalo que va de 150 °C a 400 °C. Las caracterlsticas mecanicas de la muestra son las siguientes:
Llmite elastico Re (MPa) Llmite de ruptura Rm (MPa) Alargamiento despues de ruptura A%
a 20 °C
298 483 28,4
a 200 °C
214 380 29,8
a 300 °C
146 350 30
a 400 °C
166 341 30,5
a 450 °C
156 336 30,9
5 [0044] Otro aspecto de la aleacion segun la invencion es que es soldable.
[0045] Segun otro modo de realizacion, la aleacion comprende, ademas de hierro (Fe) y las impurezas
inevitables unicamente los elementos siguientes en los llmites indicados:
C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Co
Mini
1,2 1 restos restos restos restos 26 restos restos 15
Maxi
3,5 3 1,5 0,12 0,11 0,5 31 0,5 0,5 20
Ejemplo
1,9 1,7 0,45 0,04 0,07 0,03 28,96 0,002 0,02 17,54
10
[0046] En este caso, la aleacion es un hierro fundido con grafito laminar.
[0047] Un segundo aspecto de la invencion es una pieza fabricada en una aleacion tal como se ha definido mas arriba. La pieza es especialmente una herramienta. La herramienta puede comprender solamente unas
15 porciones en la aleacion segun la invencion o estar constituida por completo de esta aleacion. Generalmente, al menos la superficie de forma de la herramienta esta constituida por la aleacion segun la invencion.
[0048] De preferencia, la herramienta tiene un espesor de pared mlnimo que es inferior a 50 mm.
20 [0049] Un tercer aspecto de la invencion es el procedimiento de fabrication de una pieza en una aleacion
segun la invencion.
[0050] En primer lugar, la pieza, por ejemplo una herramienta, se funde en un molde.
25 [0051] Una vez que la pieza se ha fundido en el molde, se somete a una refrigeration, especialmente lenta,
en su molde. El termino «lento» significa inferior a 50 °C/h, especialmente en toda la duration de refrigeracion entre la fundicion de la pieza y la solidification.
[0052] Tras la etapa de refrigeracion, la pieza puede ser tratada termicamente, por ejemplo por recocido.
30
[0053] La aleacion se utiliza especialmente para la fabricacion de herramientas utilizadas a continuation para
la fabricacion de piezas compuestas, por ejemplo de materia termoplastica y fibras de carbon. El campo tecnico
puede ser la aeronautica.
35 [0054] Segun otros aspectos de la invencion, la aleacion puede comprender uno o varios de los contenidos
siguientes:
- Silicio (Si) entre el 1,2 % y el 3 %, y/o
- Fosforo (P) < 0,04 %, y/o 40 - Azufre (S) < 0,03 %.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Aleacion de hierro fundido con grafito esferoidal o con grafito laminar que consta, en % de peso, de los elementos siguientes:
    5
    - Carbono (C) entre el 1,2 % y el 3,5 %,
    - Silicio (Si) entre el 1,0 % y el 3 %,
    - Nlquel (Ni) entre el 26 % y el 31 %,
    - Cobalto (Co) entre el 15 % y el 20 %,
    10
    opcionalmente:
    - Magnesio (mg) entre el 0,02 % y el 0,10 %,
    - Manganeso (Mn) < 1,5 %,
    15 - Cromo (Cr) < 0,5 %, y/o
    - Fosforo (p) < 0,12 o < 0,04 %, y/o
    - Azufre (S) < 0,11 o < 0,03 %, y/o
    - Molibdeno (Mo) < 0,5 %, y/o
    - Cobre (Cu) < 0,5 %,
    20
    siendo el resto hierro y unas impurezas inevitables.
  2. 2. Aleacion segun la reivindicacion 1, en la que el contenido de Nlquel (Ni) es al menos del 27 % o 28 % y, como maximo, del 30 %.
    25
  3. 3. Aleacion segun las reivindicaciones 1 o 2, en la que el contenido de Cobalto (Co) es al menos del 16 % y/o, como maximo, del 18 % o 19 %.
  4. 4. Aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende:
    30
    - Carbono (C) al menos 1,4 % o 1,5 % y, como maximo, 3,1 % o 3,3 %, y/o
    - Silicio (Si) al menos 1,4 % o 1,5 % y, como maximo, 2,6 % o 2,8 %.
  5. 5. Aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el contenido de: Manganeso 35 (Mn) es al menos del 0,01 % y/o, como maximo, del 1,0 %.
  6. 6. Aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el contenido de: Cobre (Cu) es, como maximo, del 0,2 %, 0,3 % o 0,4 %.
    40 7. Aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el contenido de: Molibdeno
    (Mo) es, como maximo, del 0,2 %, 0,3 % o 0,4 %.
  7. 8. Aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el contenido de: Cromo (Cr) es, como maximo, del 0,3 %, 0,4 % o 0,5 %.
    45
  8. 9. Pieza fabricada en una aleacion de hierro fundido, caracterizada porque la aleacion es una aleacion segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores y, especialmente, siendo la pieza una herramienta.
  9. 10. Procedimiento de fabricacion de una pieza segun la reivindicacion 9 caracterizado porque consta de 50 las etapas siguientes:
    - Fundicion de la pieza en un molde,
    - Una vez que se ha fundido la pieza en el molde, se somete a la pieza a una refrigeracion en su molde, siendo esta refrigeracion especialmente inferior a 50 °C/h.
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