IT8224079A1 - Procedimento per la produzione di materiali costituiti da componenti difficilmente miscelabili tra di loro, in particolare di materiali metallici - Google Patents

Description

"PROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE DI MATERIALI COSTITUITI DA COMPONENTI DIF-FICILMENTE MISCELABILI TRA DI LORO, IN PARTICOLARE DI MATERIALI METALLICI". VASIPARI KUTATO INTEZET, a Budapest (Ungheria).

Inventori Designati: Erik FUCHS, Gyorgy BOBOK, Gahor BUZA e Janos TAKACS. Depositata il < N0V. 1982 al No. 2 4 0 7 9 A/

RIASSUNTO

Nell?industria esiste la necessit? di materiali (fra l?altro per la produzione di cuscinetti di scivolamento)^ i cui componenti di solito non possono essere mescolati fra di loro oppure lo sono solo con difficolt?. In particolare^nel caso di componenti mescolabili fra di loro allo stato fuso soltanto limitatamente e che presentano grandi differenze per quanto riguarda la densit? ed il punto di fusione, con i metodi noti non pu? essere ottenuta la suddivisone fine necessaria e la composizione uniforme.

Secondo 1'invenzione^a partire dai componenti viene preparata una massa fusa almeno in parte omogenea, questa massa fusa viene raffreddata con una velocit? di raffreddamento che ? maggiore della velocit? di raffreddamento critica fino ad una temperatura al di sotto della temperatura di solidificazione, al materiale vengono aggiunte eventualmente materie ausiliare, quindi il materiale viene addensato mediante azione meccanica e/o termica, e le sue caratteristiche vengono ulteriormente modificate,nel caso che ci? sia desiderato - in particolare mediante deformazione plastica o trattamento a caldo ??

Il procedimento secondo l'invenzione permette di realizzare pr? dotti grezzi omogenei dal punto di vista microscopico a partire da materia? li che possono essere mescolati l*uno con l'altro tanto difficilmente che anche le loro fusioni tendono alla separazione della'fase

DESCRIZIONE

L'invenzione ha per oggetto un procedimento per la produzione di materiali costituiti da componenti mescolabili tra di loro difficilmen te, in particolare di materiali metallici, leghe.

I materiali metallici vengono prodotti in generale nello stato fluido per fusione. Dalla massa fusa vengono colati per lo pi? prodotti semifiniti, blocchi^che vengono successivamente lavorati mediante deformazione plastica. In questo modo viene prodotta la maggior parte degli acciai, delle leghe di alluminio e di rame. Pi? raramente il materiale fuso viene colato immediatamente in pezzi fusi. Tuttavia il prodotto riceve la sua forma finale per lo pi? mediante lavorazione successiva con asportazione dei trucioli

La difficolt? maggiore delle tecnologie di fusione usuali consiste nel fatto che nella cristallizzazione^in seguito alle -differenze di temperatura e di composizione che si verificano nella massa fusa, si ottengono differenze di densit? e di conseguenza, per effetto della forza di gravit?, correnti. Questo porta, nel materiale solidificato, a differenze indesiderate nella composizione e ad arricchimenti locali. Questi arricchimenti, in condizioni per il resto identiche, sono tanto pi? marcati^ quanto ? maggiore la differenza di densit? tra i singoli componenti, quanto maggiore ? la massa del materiale da solidificare e quanto pi? lento ? il raffreddamento.

La dimensione dei blocchi e pezzi fusi non pu? essere ridotta a piacere^e per motivi di termotecnica anche la temperatura di raffredda_ _ _

chi di acciaio Bolidi pesanti diverse tonnellate pu? durare ad esempio delle ore. Un ulteriore problema ? costituito dal fatto che il materiale che ei solidifica lentamente assume necessariamente una struttura pi? grossolana^ cosa che si traduce sfavorevolmente gi? di per s? per quanto riguarda le caratteristiche in generale.

Come esempio caratteristico si possono nominare i materiali per attrezzi a base di carburi o carburici. La loro resistenza all'usura, durezza e capacit? di truciolatura sono tanto migliori quanto pi? finemente ed uniformemente sono suddivisi i carburi metallici nel materiale. Gli acciai rapidi vengono fusi per questo motivo - una soluzione di compromesso - in blocchi i pi? piccoli possibili e questi vengono fucinati laminati e trattati a caldo allo soopo di ottenere una migliore suddivisione dei carburi. Tuttavia in questo modo non si pu? ottenere l'ottimo teorico.

Per migliorare la qualit?, sono state trovate diverse soluzioni. Innanzitutto per eliminare il pi? possibile gli arricchimenti ? stato sviluppato il procedimento della colata continua dapprima per leghe di alluminio, e successivamente anche per metalli pesanti e leghe di ferro. Egualmente allo scopo di rendere la composizione e la struttura pi? omogenee, sono stati introdotti irprocedimenti a scorie elettronici a fascio elettronico e altri procedimenti di fusione. Inoltre sono molto diffusi metodi metallurgici delle polveri; secondo il metodo metallurgico delle polveri sono sta ti realizzati fra l'altro i materiali per attrezzi ad altissime prestazioni metalli duri. I materiali di base - in questo caso i carburi che esercitano l'azione vera e propria - vengono macinati fino ad ottenere una polvere di fi nezza adeguata . e quindi vengono mescolati con un le'gante^?j?9onibile ugualmente Botto foima di polvere fine, per lo pi? cobalto. Il miscuglio di polveri viene portato nella forma desiderata dell?attrezzo e calcinato per un tempo sufficiente perch? avvenga la formazione della lega desidera? ta mediante diffusione,. .

Un problema ancora non risolto ? tuttavia la produzione di leghe costituite da componenti che si mescolano fra di loro con difficolt? (in certe circostanze non si mescolano affatto) soprattutto se esistono differenze sostanziali tra le densit? e i punti di fusione dei componenti. Come esempio caratteristico in tal senso vengono nominate le leghe di rame e piombo. Un gruppo di queste leghe ? solitamente indicato con la denominazione di bronzo al piombo come materiale per cuscinetti di scivolamento. Rame e piombonon formano allo stato solido praticamente nessuna fase miscelata. -Nei bronzi al piombo contenenti il 15-35% di piombo la buona sollecitabili? t??e conducibilit? termica del rame ? unita alle buone caratteristiche di scivolamento, caratteristiche di scorrimento delle goccioline di piombo suddivise finemente nel rame? La realizzazione di bronzi al piombo viene resa difficile dal fatto che il rame ed il piombo si sciolgono l'uno nell?altro anche nello stato fuso soltanto limitatamente, cio? gi? nella colata la massa fusa presenta la tendenza a formare due fasi fluide di-densit? differente. Quando, durante il raffreddamento, il rame inizia a cristallizzarsi, il piombo presenta sempre pi? fortemente la tendenza a precipitare sul fondo dello etampoea formare l? uno strato di piombo. Di conseguenza i bronzi al piom bo devono essere agitati in modo meccanico intensivamente durante la fusione e la colata. Tuttavia la suddivisione fine ed unifonne del piombo desiderata per i metalli dei cuscinetti non viene praticamente raggiunta coro pletamentenemmeno in questo modo.

Ancora peggiore ? la situazione nelle leghe di alluminio e piombo indicate notoriamente come metallo per cuscinetti. L'alluminio ed ilpiombo non formano allo stato solido fasi mescolate e anche nello stato fuso possono essere mescolati tra di loro solo limitatamente. A causa della differenza di densit? straordinariamente grande?la produzione industriale di questi metalli non ? stata risolta finora nemmenomediante agitazione me? canica ed altri procedimenti, bench? la diffusione di queste l?ghe in pratica porterebbe a -risparmi di rame significativi e altri vantaggi tecnici od economici, in particolare ? da sottolineare il fatto che anche la miscelazione di polvere di alluminio e di piombo e la ricottura o calcinazione metallurgica delle polveri di questa miscela di polveri non porta; allo scopo} il piombo forma in ogni caso, nello stato fuso,una fase propria e si raduna rielle parti inferori del sistema. Non ? un caso che proprio i ? teriali costituiti da componenti di solito non miscelabili fra di loro sono uno dei campi di lavoro principali delle ricerche spaziali tecnologiche. Da prove eseguite nello spazio ? noto che anche senza gravit? e correli ti gravitazionali nascono dei problemi poich? la tensione superficiale agisce nel senso della separazione delle fasi, dell'irruvidimento.

L'invenzione ha per scopo di porre rimedio alle difficolt? descritte sopra. Secondo l'invenzione i componenti vengono dapprima fusi fino ad una massa fusa omogenea il pi? possibile. Questa massa fusa viene quindi raffreddata ad una temperatura al di sotto della temperatura di solidificazione in modo cos? veloce^che non pu? avvenire una separazione

\ V ) delle fasi macroscopica? Poich? la velocit? di raffreddamentoV>??4ic{?neces-?' saria per evitare la suddivisione in fasi pu? essere ottenuta solo per materiali con superficie specifica grande, per il raffreddamento il materiale ancora fluido viene portato in uno stato di superficie specifica grande. E* chiaro che il materiale anche come massa fusa solidificata mantiene la sua superficie specifica grande - ad esempio come polvere, bar ra, nastro .e cos? via Nella lavorazione la lega viene perci? resa contatta meccanicamente (per esempio mediante presse per formatura) ed eventualmen te mediante un trattamento termico contemporaneo o separato. Alcuni materiali possono essere ispessiti facilmente mediante trattamento a caldo.

Nel caso che le caratteristiche del materiale debbano essere modificate in un modo differente dall1ispessimento, allora possono essere considerati soprattutto la deformazione plastica ed il trattamento a caldo.

Occasionalmente- pu? essere ventaggioso aggiungere materiali ausiliari per aiutare 1*ispessimento o per migliorare le caratteristiche del materiale ispessito prima del procedimento di ispessimento.

Il procedimento viene illustrato pi? in dettaglio sulla base di un esempio.

Esempio

Da una lega a base di alluminio contenente il ?Cffo di piombo deve essere realizzato un tubo di 40 mm di diametro e 3 mm di spessore della parete, in cui il piombo deve essere pre sente suddiviso uniformemente sotto foima di sferette con diametro medio di 0,5 mm.

A questo scopo lfalluminio ed il 10jS di piombo vengono posti in un crogiolo di forma adatta e scaldati induttivamente fino a 1200?C.

A questa temperatura il materiale forma una mas'B&jreSk omogenea, macroscopicernente;la cui omogeneit? viene favorita da correnti formantesiduran te ilriscaldamento induttivo.Quindi la massa fusa viene lasciata fluire attraverso un ugello con getto sottile su uno o pi? rulli ruotanti freddi;sui quali la massa fusa solidifica fino ad ottenere uno strato sottile senza separazione di fasi macroscopica. Il materiale solidificato viene riunito e bricchettato in un dispositivo adatto. I blocchi bricchettati, eventualmente preriscaldati, vengono stampati in un dispositivo di stampaggio dei tubi fino ad ottenere tubi della dimensione desiderata. Durante lo stampaggio il materiale bricchettato viene ancora ispessito, forma un materiale compatto senza che il piombo possa .arricchiarsi in qualche punto macroscopicamente. Il piombo pu? separarsi per lo pi? sotto forma di partice_l le microscopiche, a seconda della temperatura e della durata del trattameli to a caldo. Le goccioline di piombo di dimensioni maggiori desiderate allo inizio vengono ottenute mediante ulteriore trattamento a caldo del tubo, mediante ricottura con parametri di temperatura e tempo scelti adeguatamente, sostanzialmente mediante un procedimento di sferodizzazione.

Per illustrare la versatilit? del procedimento secondo l?invenzione si dir?, a titolo di esempio,che il materiale, quando esso non deve essere lavorato per ottenere un tubo,ma un nastro con spessore di un millimetro, pu? essere laminato anche immediatamente dopo il raffreddamento che avviene con una velocit? maggiore di quella critica. In condizioni scelte esattamente, anche qui ,l?ispessimento ed il compattamento avvengono senza variazioni indesiderate della suddivisione del piombo. Pu? essere anche vantaggioso realizzare un prodotto grezzo spesso ad esempio IS A l w ? min a partire dal materiale dapprima mediante estrusione e poi lavorar?^VA^^ ulteriormente questo prodotto grezzo mediante rulli per nastri? ?

Riassumendo si pu? stabilire che nell?industria esiste la necessit? di materiali (fra l'altro per la produzione di cuscinetti di scivola-, mento), ! cui componenti solitamente non sono miscelatili fra di loro oppure lo sono solo con difficolt?. In particolare^nel caso di componenti mescolabili fra di loro allo stato fuso solo limitatamente e presentanti gran di differenze per quanto riguarda la loro densit? e punto di fusione, con i metodi noti non si pu? ottenere la suddivisione fine necessaria e la composizione uniforme. La separazione delle fasi ? da ricondurre soprattutto all'effetto della forza di gravit?, in parte anche alla tensione superficiale. Il procedimento secondo l'invenzione consente, al contrario dei procedimenti noti, di realizzare prodotti grezzi omogenei macroscopicamente, che vengono portati nella forma desiderata. Un vantaggio particolare del procedimento secondo l'invenzione consiste nel fatto che esso pu? essere realizzato con misure di per s? note in dispositivi tecnologici gi? a disposizione. Di conseguenza il suo utilizzo non richiede in generale investimenti particolari .

R I V E N D I C A Z I O N I

1 . Procedimento per la produzione di materiali costituiti da componenti mescolabili tra di loro difficilmente, caratterizzato dal fatto di fondere i componenti fino ad ottenere una massa fusa almeno parzialmente omogenea, con una velocit? di raffreddamento che ? maggiore della velocit? di raffreddamento critica, raffreddare ad una temperatura al di sotto della temperatura di solidificazione, eventualmente aggiungere mate

Claims (4)

1. rie ausiliario, quindi ispessire il materiale mediante azione meccanica e/o termica modificare ulteriormente le caratteristiche del materiale qualora fosse necessario - vantaggiosamente mediante deformazione plastica o trattamento a caldo - .
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 f caratterizzato dal fatto di realizzare una massa fusa almeno parzialmente omogenea mediante riscaldamento induttivo.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di ' raffreddare la massa fusa almeno parzialmente omogenea con l 'aiuto di uno o pi? corpi cilindrici con una velocit? di raffreddamento che supe?

   ra la velocit? di raffreddamento critica.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di ispessire il materiale raffreddato mediante presse per estrudere (presse per tubi) e/o mediante rulli .

   Il Mandatario

   ?

   ? mg ? vr . INDIANO ?

   ?y ?-V Uffipf?t? R'

   '*r*. ??????