ITUD20120134A1

ITUD20120134A1 - Procedimento per la fabbricazione di getti in acciaio e getti in acciaio cosi' fabbricati

Info

Publication number: ITUD20120134A1
Application number: IT000134A
Authority: IT
Inventors: Alberto Andreussi; Primo Andreussi; Eddy Pontelli; Enrico Veneroso
Original assignee: F A R Fonderie Acciaierie Roiale S P A
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2014-01-26
Also published as: WO2014016665A3; EP2877305A2; HUE053481T2; PT2877305T; EP2877305B1; US20150290706A1; WO2014016665A2

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO PER LA FABBRICAZIONE DI GETTI IN ACCIAIO E GETTI IN ACCIAIO COSI' FABBRICATI"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un procedimento per la fabbricazione di getti in acciaio, vantaggiosamente ma non esclusivamente in acciaio al manganese, utilizzati per ottenere elementi d'usura ed ai getti cosÃ¬ fabbricati. Tali elementi d'usura sono utilizzabili in tutte le applicazioni in cui Ã ̈ richiesta un'elevata resistenza all'usura, anche sotto carichi impulsivi, come ad esempio frantoi, mulini, organi macinanti, componenti di turbomacchine o di macchine per movimento terra.

STATO DELLA TECNICA

Ãˆ noto fabbricare, mediante colata, getti in acciaio per la realizzazione di elementi d'usura, utilizzati in una pluralitÃ di applicazioni in cui Ã ̈ necessaria una elevata resistenza sia all'abrasione che agli urti. Ad esempio, con tali acciai vengono realizzati componenti di mulini o frantoi, oppure casseforti, componenti di escavatori o mezzi cingolati o turbomacchine, ecc...

In una formulazione preferenziale gli acciai di cui si discute contengono fino all'1,5% di carbonio e fino al 20% di manganese e hanno una struttura austenitica che consente di combinare un'elevata durezza con una notevole tenacitÃ . Questi acciai hanno anche una spiccata tendenza all'incrudimento e un'elevata duttilitÃ .

Ãˆ noto addizionare tali acciai con elementi formatori di carburi complessi, per formare leghe di acciaio al manganese maggiormente resistenti all'usura. Tra questi componenti il piÃ¹ usato Ã ̈ il cromo che, oltre ad elevare il carico di snervamento, induce la formazione di carburi di cromo nella matrice austenitica.

Tuttavia, i carburi di cromo hanno la tendenza a precipitare a bordo grano, infragilendo la struttura e riducendo la tenacitÃ dell'acciaio. Ãˆ pertanto necessario un trattamento termico, tipicamente una ricottura di solubilizzazione seguita da uno spegnimento in acqua, che viene effettuato dopo il completamento del raffreddamento dell'acciaio. La ricottura ed il successivo raffreddamento rapido consentono infatti di far migrare i carburi dal bordo grano alla matrice austenitica.

Per elevati tenori di cromo, la ricottura non consente di ottenere una completa solubilizzazione dei carburi, e pertanto Ã ̈ volta a modificare la forma di questi ultimi, per renderli globulari, quindi meno inclini alla formazione di cricche. Inoltre, un ulteriore funzione della ricottura e dello spegnimento Ã ̈ quello di distribuire uniformemente attorno al grano austenitico i carburi presenti a bordo grano.

Sebbene tali acciai noti siano risultati essere i migliori per resistenza all'usura nei confronti di materiali da macinare presentanti notevoli tenacitÃ ed abrasivitÃ , hanno l'inconveniente di avere una bassa conducibilitÃ termica. CiÃ² ne ha infatti limitato l'uso a spessori non superiori a circa 100 mm, in quanto il processo di spegnimento in acqua comporta, in prodotti di spessori superiori, la nascita di tensioni interne tali da far insorgere cricche. In questo modo, nel caso in cui detti spessori vengano ottenuti con acciai contenenti manganese compreso tra il 12% ed il 20%, decadono le proprietÃ di tenacitÃ tipiche di tali acciai.

Ãˆ altresÃ¬ noto che tale limitazione di spessori Ã ̈ stata superata introducendo elementi, come ad esempio il titanio, in grado di dare origine a composti duri giÃ nella fase liquida della lega. Tali composti duri raramente si collocano a bordo grano, ma rimangono uniformemente distribuiti nella matrice austenitica, anche dopo il trattamento di solubilizzazione. Le leghe di acciaio che si ottengono sono pertanto maggiormente resistenti all'abrasione e all'usura rispetto agli acciai contenenti cromo e privi di titanio, soprattutto nel caso di spessori notevoli e di condizioni di utilizzo particolarmente gravose.

Un inconveniente degli acciai contenenti titanio Ã ̈ dovuto al fatto che essi conferiscono una resistenza all'usura maggiore a tutta la sezione di un manufatto, a fronte della necessitÃ di avere una particolare resistenza solo nelle parti maggiormente sollecitate. CiÃ² rende infatti il manufatto meno lavorabile e determina un consistente aumento dei costi della lavorazione per asportazione di truciolo.

Un ulteriore inconveniente legato all'adozione del titanio e all'ottenimento di un manufatto avente uniformemente ottime caratteristiche risiede nel costo del manufatto stesso, che risulta elevato.

Lo scopo del presente trovato Ã ̈ quindi quello di mettere a punto un procedimento che consenta di realizzare, mediante colata, getti di leghe di acciaio, vantaggiosamente ma non esclusivamente al manganese aventi caratteristiche eterogenee. In particolare, si vuole realizzare getti in acciaio per ottenere elementi d'usura aventi complessivamente la tenacitÃ dell'acciaio al manganese e, in zone localizzate, la durezza necessaria a resistere alle sollecitazioni d'usura e abrasione.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato Ã ̈ espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale.

In accordo con il suddetto scopo, un procedimento secondo il presente trovato Ã ̈ utilizzabile per la fabbricazione di getti in acciaio, vantaggiosamente ma non esclusivamente al manganese, dai quali ricavare elementi d'usura. Il procedimento comprende almeno una fase di preparazione di almeno un inserto di rinforzo, ed una fase di preparazione di uno stampo realizzato, ad esempio, con sabbia di olivina e additivi leganti. La fase di preparazione dello stampo prevede una sottofase di posizionamento del suddetto inserto di rinforzo all'interno dello stampo nelle zone corrispondenti alle zone del getto coincidenti con quelle che, in uso, saranno le zone dell'elemento d'usura maggiormente sottoposte ad usura. Successivamente alla fase di preparazione dello stampo, il procedimento di cui si discute comprende una fase di colata, durante la quale viene colato acciaio all'interno dello stampo.

Secondo un aspetto del presente trovato, la suddetta fase di preparazione di almeno un inserto di rinforzo prevede le operazioni di riempimento di un contenitore tubolare filiforme in acciaio con una miscela di materiali che fondendosi genera la voluta lega dura, detto materiale essendo vantaggiosamente in forma di polvere.

Secondo il trovato, la sezione del contenitore tubolare filiforme puÃ² essere tondo, quadrato rettangolare poligonale o altra che di volta in volta Ã ̈ piÃ¹ idonea allo scopo.

Secondo una variante la miscela Ã ̈ compattata all'interno del contenitore tubolare filiforme.

Secondo un ulteriore aspetto del trovato il contenitore tubolare filiforme Ã ̈ soggetto ad un'operazione di sagomatura per ottenere una forma spaziale che conduca alla voluta struttura di detto inserto di rinforzo.

Secondo una variante il contenitore tubolare filiforme in acciaio Ã ̈ a parete continua o, a fine lavorazione, risulta di fatto a parete continua.

Secondo una variante, la compattazione della miscela di polveri avviene mediante restrizione perimetrale del contenitore tubolare.

Il calore del metallo liquido colato nello stampo durante la fase di colata, determina almeno una parziale fusione del contenitore tubolare filiforme costituente l'inserto di rinforzo e di conseguenza un'intima saldatura tra l'inserto di rinforzo stesso e il materiale colato. Nel contempo, il calore del metallo fuso comporta la fusione della miscela presente all'interno del contenitore tubolare filiforme, fusione che concretizza un corpo duro a seconda delle esigenze.

Si ottiene conseguentemente una continuitÃ strutturale che garantisce un'ottima aderenza e stabilitÃ tra l'inserto di rinforzo e il materiale base del corpo di usura.

Inoltre, la polvere indurita, in relazione alla composizione della miscela contenuta nel contenitore tubolare filiforme, dÃ origine a carburi misti e complessi che conferiscono la voluta durezza e resistenza all'usura alla zona del getto ove gli inserti sono disposti.

Ãˆ pure un aspetto del trovato il prevedere che l'inserto di rinforzo comprenda mezzi di ancoraggio atti ad ancorare detto inserto di rinforzo ad almeno una parete perimetrale del suddetto stampo.

Secondo un ulteriore aspetto del trovato, durante la suddetta sottofase di posizionamento Ã ̈ prevista un'operazione di ancoraggio, durante la quale l'inserto di rinforzo viene ancorato ad almeno una parete perimetrale dello stampo.

Secondo una variante, l'elemento di ancoraggio Ã ̈ strutturalmente parte dell'inserto di rinforzo.

In questo modo, anche durante la fase di colata, l'inserto di rinforzo rimane nella propria posizione, garantendo il suo posizionamento mirato nel getto.

E nello spirito del trovato il prevedere che successivamente ad una fase di attesa, durante la quale avviene la completa solidificazione del getto, venga eventualmente effettuata una fase di trattamento termico durante la quale il suddetto getto viene riscaldato e poi raffreddato in acqua per aumentare ulteriormente la durezza della zona interessata dall'inserto di rinforzo. Fa parte del presente trovato anche il getto, destinato alla realizzazione di un elemento d'usura, derivante dalla solidificazione di una colata di acciaio al manganese, o materiale confrontabile, all'interno di uno stampo e che si ottiene mediante il procedimento sopra descritto.

Tale getto presenta zone aventi una microstruttura e una durezza eterogenee, definite da almeno un inserto di rinforzo, posizionato nello stampo nelle zone coincidenti con quelle che, in uso, saranno le zone dell'elemento d'usura maggiormente sottoposte ad usura, E' parte del trovato l'elemento di usura risultante.

Secondo un aspetto del presente trovato, l'inserto di rinforzo comprende almeno un contenitore tubolare filiforme riempito con una polvere che con il calore di fusione si trasforma creando carburi misti e complessi. Tale polvere, ad esempio, Ã ̈ una polvere a base di ferro miscelato o combinato con composti contenenti almeno uno fra carbonio, cromo, titanio, eventualmente addizionati con componenti opzionali quali molibdeno, tungsteno, vanadio, boro.

Secondo un ulteriore aspetto del presente trovato, il contenitore tubolare filiforme nel caso di sezione torica presenta un diametro esterno equivalente compreso fra 1 mm e 8 mm, ed uno spessore del tubo compreso fra 0.1 mm e 1.5 mm. Nel caso di altre sezioni dette avranno di volta in volta un volume interno coerente con quanto indicato nel caso di sezione torica.

Secondo il trovato, il contenitore tubolare Ã ̈ lavorato in modo da definire la forma voluta che deve avere la struttura dell'inserto di rinforzo.

In un'altra variante, l'inserto di rinforzo presenta una struttura definita da una pluralitÃ di corpi sagomati associati tra loro a definire una rete a maglie, o una forma geometrica tubolare, spiraliforme, ovvero una serpentina, o altre forme di volta in volta idonee.

Le tipologie di inserto di rinforzo sopraccitate hanno il vantaggio di essere notevolmente versatili, in quanto possono essere realizzati in varie forme e vari gradi di compattezza, a seconda del grado di rinforzo che si vogliono conferire alle zone del getto.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 Ã ̈ una rappresentazione schematica di una forma di realizzazione di un metodo secondo il presente trovato; - la fig. 2 Ã ̈ un particolare ingrandito di fig. 1;

- la fig. 3 Ã ̈ una sezione secondo la linea III-III di fig.

2;

- la fig. 4 illustra schematicamente un getto secondo il presente trovato;

- la fig. 5 Ã ̈ una variante di un particolare di fig. 2; - la fig. 6 Ã ̈ una variante di fig. 5, a spirale piatta.

DESCRI Z IONE DI ALCUNE FORME DI REALIZ ZAZ IONE

Con riferimento alla fig. 1, un procedimento 10 per la fabbricazione di getti 110 in acciaio vantaggiosamente ma non esclusivamente al manganese secondo il presente trovato consente di ottenere getti 110 aventi microstruttura eterogenea.

II procedimento 10 prevede che in una fase di preparazione 11 venga realizzato uno stampo 111 per ogni getto 110, che in una successiva fase di colata 12 venga colato acciaio al manganese fuso all'interno dello stampo 111 e che in una fase di attesa 13 avvenga la solidificazione del getto 110.

Durante la fase di preparazione 11, viene realizzata, nella fattispecie, ad esempio con sabbia di olivina miscelata con additivi leganti, una pluralitÃ di pareti perimetrali 112 che delimitano una cavitÃ interna 113. Un'apertura superiore 114 mette in comunicazione la cavitÃ interna 113 con l'esterno dello stampo 111 e consente l'ingresso dell'acciaio fuso nella cavitÃ interna 113 stessa durante la fase di colata 12.

La fase di preparazione 11 comprende una sottofase di posizionamento 14 di almeno un inserto di rinforzo 115 all'interno della cavitÃ interna 113 dello stampo 111. L'inserto di rinforzo 115 viene preparato in una fase di preparazione precedente alla suddetta fase di preparazione 11 dello stampo 111.

L'inserto di rinforzo 115 riportato nelle figg. 1, 2 e 3, nel caso di specie Ã ̈ definito da un contenitore tubolare filiforme 116 a sezione sostanzialmente circolare, avvolto e ripiegato su sÃ© stesso a definire una pluralitÃ di spire 117. Le spire 117 sono fitte in ragione delle esigenze relative al prodotto finito.

Il contenitore tubolare 116 Ã ̈ riempito con una miscela di polvere indurente 118 (fig. 3), ad esempio a base di ferro e contenente anche composti contenenti cromo e/o titanio, che, fondendosi, realizzano leghe con carburi misti e complessi.

Una prima formulazione del presente trovato prevede che la polvere indurente 118 comprenda oltre a polvere a base di ferro i seguenti componenti:

- carbonio in una percentuale compresa fra 2.5% e 3.5%; - cromo in una percentuale compresa fra 20% e 30%;

a cui sono addizionabili, in ragione delle caratteristiche ulteriori che si vogliono ottenere, i seguenti componenti opzionali:

- molibdeno in una percentuale compresa fra 0.1% e 1%;

- tungsteno in una percentuale compresa fra 0.1% e 0.5%;

Una seconda formulazione del presente trovato prevede che la polvere indurente 118 comprenda oltre a polvere a base di ferro i seguenti componenti:

- carbonio in una percentuale compresa fra 0.5% e 1.0%; - cromo in una percentuale compresa fra 10% e 15%;

a cui sono addizionabili i seguenti componenti opzionali:

- molibdeno in una percentuale compresa fra 0.1% e 1%;

- vanadio in una percentuale compresa fra 0.2% e 1.5%; - boro in una percentuale compresa fra 0.001% e 0.015%; In accordo con una terza formulazione del presente trovato si prevede che la polvere indurente 118 comprenda, oltre a polvere a base di ferro, i seguenti componenti :

- carbonio in una percentuale compresa fra 0.3% e 0.5%; - cromo in una percentuale compresa fra 4% e 5%;

- molibdeno in una percentuale compresa fra 0.5% e 1.5%;

Altre formulazioni delle miscele sono ottenibili quali semplici applicazioni delle linee base sopra indicate. Sebbene nelle figure citate l'inserto di rinforzo 115 Ã ̈ formato da un unico contenitore tubolare 116, Ã ̈ previsto che esso possa essere formato da una pluralitÃ di contenitori tubolari 116 analoghi, o di diverse forme, uniti tra loro o affiancati, a definire una struttura modulare.

In una variante, riportata in fig. 4, l'inserto di rinforzo 115 Ã ̈ formato da una pluralitÃ di contenitori tubolari 116 uniti tra loro a formare una rete a maglie. Tale rete a maglie puÃ² definire sia un piano di rinforzo, sia, se avvolta o ripiegata, una forma di rinforzo tridimensionale.

Durante la sottofase di posizionamento 14 dell'inserto di rinforzo 115, viene effettuata anche un'operazione di ancoraggio, durante la quale esso viene ancorato almeno ad una delle pareti perimetrali 112 dello stampo 111. A tale scopo, l'inserto di rinforzo 115 comprende, alle proprie estremitÃ , due appendici 119, che fungono da mezzi di ancoraggio e che vengono inserite all'interno delle corrispondenti pareti perimetrali 112.

Tale accorgimento permette all'inserto di rinforzo 115 di rimanere nella propria corretta posizione anche durante la successiva fase di colata 12, durante la quale viene inglobato completamente nella matrice di acciaio al manganese che viene colata.

In fig. 5 Ã ̈ riportata una variante di appendice 119, la cui forma uncinata differisce da quella rettilinea delle appendici 119 riportate nelle figg. 1, 2 e 4. CiÃ² conferisce maggior stabilitÃ all'inserto di rinforzo 115, impedendone la rotazione attorno all'asse delle spire 117

In accordo con una variante di realizzazione dell'inserto di rinforzo 115 (fig. 6), esso Ã ̈ realizzato in modo da definire una pluralitÃ di spire 117 giacenti su un unico piano di giacitura comune. Anche in questo caso l'inserto di rinforzo 115 Ã ̈ provvisto di due appendici 119 che vengono ancorate nelle pareti perimetrali 112 durante la sottofase di posizionamento Una volta terminata la solidificazione del getto 110, successivi trattamenti termici consentono, ad esempio inducendo trasformazioni martensitiche all'interno del getto 110 stesso, di conferire ulteriore durezza alle zone che presentano gli inserti di rinforzo 115.

Ãˆ chiaro che al procedimento per la fabbricazione di getti in acciaio ed ai getti fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall'ambito del presente trovato.

Ãˆ anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrÃ senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti di procedimento e di getti, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la fabbricazione di getti (H O) in acciaio, in particolare ma non esclusivamente in acciaio al manganese, destinati all'ottenimento di un elemento d'usura, comprendente almeno una fase di preparazione di almeno un inserto di rinforzo (115), e di una fase di preparazione (11) di uno stampo (111) per il getto (110) da fabbricare, detta fase di preparazione (11) di detto stampo (111) prevedendo una sottofase di posizionamento (14) di detto almeno un inserto di rinforzo (115) all'interno di detto stampo (IH ) nelle zone corrispondenti alle zone di detto getto (110) coincidenti con quelle che, in uso, saranno le zone di detto elemento d'usura maggiormente sottoposte ad usura, ed una successiva fase di colata (12) di acciaio all'interno di detto stampo (111), caratterizzato dal fatto che detta fase di preparazione di almeno un inserto di rinforzo (115) prevede le operazioni di riempimento di un contenitore tubolare filiforme (116) con una miscela di polvere (118) e di sagomatura, anche spaziale, di detto contenitore tubolare filiforme (116) riempito per ottenere la struttura fisica di detto inserto di rinforzo (115).
2. Procedimento come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta sottofase di posizionamento (14) comprende un'operazione di ancoraggio, durante la quale detto almeno un inserto di rinforzo (115) viene ancorato ad almeno una parete perimetrale (112) di detto stampo (111).
3. Procedimento come nella rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto che durante detta fase di preparazione detta miscela di polveri (118) viene compattata all'interno di detto contenitore tubolare filiforme (116).
4. Procedimento come nella rivendicazione 1 e una o l'altra delle successive, caratterizzato dal fatto che durante l'operazione di sagomatura di detto contenitore tubolare (116) si ottiene almeno un'appendice (119) di ancoraggio di detto elemento di rinforzo (115) in detto stampo (111).
5. Procedimento come nella rivendicazione 1 o una o l'altra delle successive, caratterizzato dal fatto che prevede che durante detta fase di colata (12) avvenga almeno una fusione parziale di detto contenitore tubolare filiforme (116) di detto almeno un inserto di rinforzo (115), ed una fusione della miscela di polveri in esso presenti a creare un corpo duro resistente all'usura.
6. Procedimento come nella rivendicazione 1 o una o l'altra delle successive, caratterizzato dal fatto che detta miscela di polvere (118) Ã ̈ a base di ferro miscelato o addizionato almeno con uno dei componenti scelti fra carbonio, cromo e titanio.
7. Procedimento come nella rivendicazioni 1 e 6, caratterizzato dal fatto che detta miscela di polvere (118) contiene anche almeno uno dei componenti scelti fra molibdeno, tungsteno, vanadio, e boro.
8. Getto in acciaio, per l'ottenimento di un elemento d'usura, fabbricato con un procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, avente una microstruttura ed una durezza eterogenee puntualmente posizionate, detta microstruttura e detta durezza essendo definite da almeno un inserto di rinforzo (115) integrato in detto getto in acciaio durante la colata dell'acciaio in uno stampo (111), caratterizzato dal fatto che detto inserto di rinforzo (115) Ã ̈ ottenuto da un contenitore tubolare filiforme (116) riempito con una miscela di polvere (118) che, in sede di colata, genera carburi misti e complessi.
9. Getto come nella rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto almeno un inserto di rinforzo (115) comprende mezzi di ancoraggio (119) atti ad ancorare detto inserto di rinforzo (115) ad almeno una parete perimetrale (112) di detto stampo (111).
10. Getto come nella rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che detto contenitore tubolare filiforme (116) presenta in sezione un'area generata da un diametro esterno equivalente compreso tra 1 mm e 8 mm, essendo lo spessore compreso fra 0.1 min e 1.5 mm.
11. Getto come nella rivendicazione 8 o una o l'altra delle rivendicazioni successive, caratterizzato dal fatto che la miscela di polveri (118) presenti nel contenitore tubolare filiforme (116) comprende una base di polvere di ferro oltre a componenti scelti almeno in un gruppo fra carbonio, cromo, molibdeno, tungsteno, vanadio, boro.
12. Getto come nella rivendicazione 8 o una o l'altra delle rivendicazioni successive, caratterizzato dal fatto che detto contenitore tubolare filiforme (116) Ã ̈ sagomato, anche spazialmente, a definire la struttura di detto inserto di rinforzo (115) della voluta forma e compattezza.
13. Elemento di usura ottenuto secondo una o l'altra delle rivendicazioni precedenti.