MX2011006716A

MX2011006716A - Composicion que mejora la maquinabilidad.

Info

Publication number: MX2011006716A
Application number: MX2011006716A
Authority: MX
Inventors: Olof Andersson; Bo Hu
Original assignee: Hoeganaes Ab Publ
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-07-20
Also published as: WO2010074627A1; RU2529128C2; EP2384250B1; RU2011130568A; CA2748028C; ES2622168T3; CN102325614A; CN106735165A; KR20110099752A; PL2384250T3; US9393617B2; TWI464023B; EP2384250A4; BRPI0922422A2; US20110262294A1; US20140341771A1; JP5733861B2; CA2748028A1; EP2384250A1; KR101637546B1

Abstract

La presente invención se refiere a una composición en polvo a base de hierro que comprende, además de un polvo a base de hierro, una cantidad menor de un aditivo mejorador de la maquinabilidad, dicho aditivo comprende al menos un silicato del grupo de los filosilicatos; la invención se refiere además al uso del aditivo mejorador de la maquinabilidad y un método para producir una parte sinterizada a base de hierro que tiene una maquinabilidad mejorada.

Description

COMPOSICIÓN QUE MEJORA LA MAQUINABILIDAD CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a una composición de metal en polvo para producción de partes de metal en polvo, así como un método para producir partes de metal en polvo, que tienen una maquinabilidad mejorada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Una de las principales ventajas de la fabricación metalúrgica de polvos de componentes es que se vuelve posible, mediante compactación y sinterización, producir preformas de forma final o muy cercana a la final. Sin embargo, existen ciertos casos donde se requiere maquinado posterior. Por ejemplo, esto puede ser necesario debido a demandas de alta tolerancia o porque el componente final tiene una forma tal que no puede ser prensado directamente sino requiere maquinado después de sinterización. Más específicamente, geometrías tales como orificios transversales a la dirección de compactación, cortes sesgados y roscas, requieren maquinado posterior.

Al desarrollar continuamente nuevos aceros sinterizados de resistencia más alta y, por ende, también dureza más alta, el maquinado se ha convertido en uno de los principales problemas en la fabricación metalúrgica de polvos de componentes. Es con frecuencia un factor limitante al determinar si la fabricación metalúrgica de polvos es el método más económico para fabricar un componente.

Hoy en día, existen varias sustancias conocidas que son agregadas a mezclas de polvo a base de hierro para facilitar el maquinado de componentes después de la sinterización. El aditivo de polvo más común es MnS, que se menciona, por ejemplo, en EP 0 183 666, que describe cómo la maquinabilidad de un acero sinterizado es mejorada por la mezcla de dicho polvo.

La patente de US No. 4 927 461 describe la adición de 0.01 a 0.5% en peso de BN (nitruro de boro) hexagonal a mezclas de polvo a base de hierro para mejorar la maquinabilidad después de la sinterización.

La patente de US No. 5 631 431 se refiere a un aditivo para mejorar la maquinabilidad de composiciones en polvo a base de hierro. De acuerdo con esta patente el aditivo contiene partículas de fluoruro de calcio que están incluidas en una cantidad de 0.1-0.6% en peso de la composición en polvo.

La solicitud de patente japonesa 08-095649 describe un agente intensificador de la maquinabilidad. El agente comprende AI203-Si02-CaO y tiene una estructura cristalina anortita o gehlenita. La anortita es un tectosilicato, que pertenece al grupo feldespato, que tiene una dureza de Mohs de 6 a 6.5 y la gehlenita es un sorosílicato que tiene una dureza de Mohs de 5-6.

La patente de US 7 300 490 describe una mezcla de polvo para producir partes prensadas y sinterizadas que consiste de una combinación de polvo de sulfuro de manganeso (MnS) y polvo de fosfato de calcio o polvo de hidroxiapatita.

La publicación WO 2005/102567 describe una combinación de nitruro de boro hexagonal y polvos de fluoruro de calcio usados como un agente intensificador del maquinado.

Polvos que contienen boro tales como óxido de boro, ácido bórico o borato de amonio, en combinación con azufre se describen en US5938814.

Otras combinaciones de polvo para usar como aditivos de maquinado se describen en EP 1985393A1 , la combinación contiene al menos uno seleccionado de talco y esteatita y un ácido graso.

El talco como un agente intensificador del maquinado se menciona en JP1 -255604. El talco pertenece al grupo de los filosilicatos, consiste de capas tetraédricas de silicio, encierra una capa octaédrica de hidróxido de magnesio.

La solicitud EP 1002883 describe una mezcla de combinación de metal en polvo para hacer partes de metal, en especial insertos de asiento de válvula. Las combinaciones descritas contienen 0.5-5% de lubricantes sólidos a fin de proveer una fricción y desgaste por deslizamiento bajos así como mejora en la maquinabilidad. En una de las modalidades, se menciona mica como un lubricante sólido. Estos tipos de mezclas de polvo, usadas para producción de componentes resistentes al desgaste y estables a altas temperaturas, siempre contienen altas cantidades de elementos aleadores, típicamente superiores a 10% en peso y fases duras, típicamente carburos.

US 4,274,875 muestra un procedimiento para la producción de artículos, similar a lo que se describe en EP 1002883, mediante metalurgia de polvos que incluye el paso de agregar mica en polvo al polvo de metal antes de la compactación y sinterización en cantidades entre 0.5 y 2% en peso. Específicamente, se describe que cualquier tipo de mica se puede usar.

Además, la solicitud de patente japonesa JP 10317002, describe un polvo o un producto compacto sinterizado que tiene un coeficiente de fricción reducido. El polvo tiene una composición química de 1-10% en peso de azufre, 3-25% en peso de molibdeno y el resto hierro. Además un lubricante sólido y materiales de fase dura son agregados.

El maquinado de componentes prensados y sínterizados es muy complejo y es influenciado por parámetros tales como tipo de sistema aleador del componente, densidad sinterizada del componente y tamaño y forma del componente. Asimismo es obvio que el tipo de operación de maquinado y velocidad de maquinado son parámetros que tienen una gran importancia del resultado de la operación de maquinado. La diversidad de agentes intensificadores de maquinado propuestos a agregar a composiciones metalúrgicas de polvos refleja la naturaleza compleja de la tecnología de maquinado PM.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención describe un nuevo aditivo para mejorar la maquinabilidad de aceros sinterizados. En especial para aceros sinterizados débilmente aleados que tienen un contenido de elementos aleadores por debajo de 10% en peso y que están libres de materiales de fase dura. El nuevo aditivo está diseñado para mejorar la maquinabilidad de dichos aceros sinterizados sujetos a operaciones de remoción de virutas tales como perforación, torneado, fresado y roscado. Además el nuevo aditivo se puede usar en componentes que van a ser maquinados por diversos tipos de materiales de herramienta tales como acero de alta velocidad, carburos de tungsteno, cermets, cerámicas y nitruro de boro cúbico y la herramienta puede ser también revestida.

Un objeto de la presente invención es, por ende, proveer un nuevo aditivo para una composición de metal en polvo para mejora de la maquinabilidad.

Otro objeto de la presente invención es proveer dicho aditivo para ser usado en diversas operaciones de maquinado de diferentes tipos de aceros sinterizados.

Otro objeto de la presente invención es proveer una nueva sustancia intensificadora de la maquinabilidad que no tenga impacto o que tenga un impacto insignificante en las propiedades mecánicas del componente prensado y sinterizado.

Otro objeto de la invención es proveer una composición metalúrgica de polvos que contiene el nuevo aditivo intensificador de la maquinabilidad, así como un método de preparación de una parte compactada a partir de esta composición.

Ahora se ha encontrado que incluyendo un agente intensificador de la maquinabilidad que comprende un tipo especial definido de silicato en una composición en polvo, se obtiene una mejora sorprendente grande de la maquinabilidad de componentes sinterizados que tienen diversas microestructuras y densidades sinterizadas. Además, el efecto positivo en la maquinabilidad se obtiene aún a cantidades agregadas muy bajas, por ende, el impacto negativo en la compresibilidad al agregar sustancias adicionales será reducido el mínimo. Asimismo se ha demostrado que la influencia en las propiedades mecánicas a partir del silicato agregado es aceptable.

Por lo tanto, la invención provee una composición en polvo a base de hierro que comprende, además de un polvo a base de hierro, una cantidad menor de un aditivo mejorador de la maquinabilidad, dicho aditivo comprende al menos un silicato del grupo de los filosilicatos. La invención provee también el uso de un filosilicato como un agente mejorador de la maquinabilidad en una composición en polvo a base de hierro. La invención provee además un método para producir una parte sinterizada a base de hierro que tiene una maquinabilidad mejorada que comprende los pasos de: preparar una composición en polvo a base de hierro como se menciona anteriormente, compactar la composición en polvo a base de hierro a una presión de compactacion de 400-1200 MPa, sinterizar la parte compactada a una temperatura de 1000- 300°C y opcionalmente tratar con calor la parte sinterizada.

De acuerdo con la presente invención, al menos uno de los objetos anteriores, así como otros objetos evidentes a partir de la discusión más adelante, es obtenido por medio de los diferentes aspectos de la presente invención.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se provee una composición en polvo a base de hierro que comprende, además de un polvo a base de hierro, una cantidad menor de un aditivo mejorador de la maquinabilidad en forma de polvo, dicho aditivo comprende al menos un silicato del grupo que consiste de filosilicatos.

El filosilicato se puede elegir, por ejemplo, de entre minerales de arcilla, tales como bentonita, caolinita y esmectita, de entre cloritas, o de entre micas tales como flogopita, moscovita, biotita y margarita.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se provee un uso de un filosilicato comprendido en un aditivo mejorador de la maquinabilidad en una composición en polvo a base de hierro.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se provee un método de preparación de una composición en polvo a base de hierro, que comprende: proveer un polvo a base de hierro; y mezclar el polvo a base de hierro con un aditivo mejorador de la maquinabilidad en forma de polvo, el aditivo mejorador de la maquinabilidad comprende al menos un filosilicato.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se provee un método para producir una parte sinterizada a base de hierro que tiene una maquinabilidad mejorada, que comprende: preparar una composición en polvo a base de hierro de acuerdo con el aspecto anterior; compactar la composición en polvo a base de hierro a una presión de compactación de 400-1200 MPa; sinterizar la parte compactada a una temperatura de 1000-1300°C; y opcionalmente tratar con calor la parte sinterizada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 muestra un dibujo esquemático de cómo el desgaste del borde de corte del inserto es medido, es decir, la distancia entre las dos flechas en la figura, para el índice de maquinabilidad para los ejemplos 1 , 3, 4, 5, 7 y 8.

La figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra el efecto del tamaño de partícula promedio de los agentes mejoradores de la maquinabilidad moscovita y flogopita, respectivamente, en un índice mejorador de la maquinabilidad relativa.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El agente mejorador de la maquinabilidad comprende un silicato definido, clasificado como filosilicatos, que puede estar caracterizado por tener una dureza de Mohs por debajo de 5, de preferencia por debajo de 4. El filosilicato tiene una estructura cristalina de hojuela que contiene capas de tetraedros de silicio combinadas con capas de estructuras octaédricas de hidróxidos. De preferencia algunos de los átomos de silicio en los tetraedros pueden ser remplazados por otros átomos tales como átomos de aluminio, siendo así el silicato denotado aluminato-silicato. De manera alternativa, los átomos de aluminio están presentes en las estructuras octaédricas, o los átomos de aluminio estarán presentes en ambas estructuras.

Ejemplos de silicatos que pueden ser incluidos en el nuevo aditivo intensificador de la maquinabilidad son: micas tales como: flogopita KMg3(OH,F)2[AISÍ3O10], moscovita KAI2(OH)2[AIS¡30io], biotita KÍMg.Fe OHMAISiaO ], y margarita CaAl2(OH)2[AI2Si2Oio]; silicatos que pertenecen al grupo de las cloritas; minerales de arcilla tales como: caolinita AI2(OH)4[Si205]; minerales de arcilla que pertenecen al grupo de las esmectitas tales como: aliettita Cao.2Mg6(Si,AI)802o(OH)4*4H20, beidellita (N a,Cao.5)o.3Al2(SilAI)401o(OH)2*nH20 hectorita Nao.3(Mg,Li)3SÍ40io(OH,F)2, montmorillonita (Na,Ca)o.33(AI,Mg)2S¡40io(OH)2*nH20, nontronita Na0.3 e2(Si,AI)40io(OH)2*nH20> saponita Cao^Mg.FeMSi.AI^O^OH^nl-bO, estevensita (Ca,Na)xMg3Si4Oio(OH)2, volkonskoita Ca0.3(Cr,Mg,Fe)2(Si,AI)40io(OH)2*4H20, y yakhontovita (Ca,Na)0.5(Cu,Mg,Fe)2SÍ40io(OH)2*3H20. Normalmente, los minerales de silicatos se presentan en la naturaleza como una combinación de minerales definidos, comercialmente existen, por lo tanto, diferentes combinaciones de silicatos químicamente definidos o intermediarios de los mismos, tales como diversos tipos de bentonitas que contienen montmorillonita. La presente invención no está limitada a silicatos definidos por una sola estructura específica sino incluye también combinaciones e intermediarios de los silicatos antes descritos.

La razón de por qué los silicatos usados de acuerdo con la presente invención pueden tener una dureza por debajo de 5, de preferencia por debajo de 4, de acuerdo con la escala de Mohs, y pueden tener una estructura en capas, es que se ha encontrado ahora que dichos silicatos contribuirán a las propiedades de maquinado aún a temperaturas relativamente bajas durante el maquinado del cuerpo sinterizado, en comparación con silicatos más duros. El impacto negativo en la herramienta, causado por el calor desprendido durante el maquinado, se puede evitar así. Los silicatos que tienen una dureza más alta no pueden contribuir a la lubricación durante la compactación y expulsión del cuerpo compactado del dado. Una dureza baja en combinación con una estructura cristalina en capas de los silicatos agregados es entonces favorable y mejora las propiedades de lubricación, permitiendo así una cantidad agregada más baja de lubricantes convencionales, permitiendo alcanzar densidades de prensado más altas.

Además, sin limitarse a ninguna teoría específica se cree que la presencia de átomos de aluminio en el silicato puede tener un efecto positivo en las propiedades de maquinado y contribuye a las buenas propiedades de maquinabilidad sin importar las estructuras metalográficas de los componentes a maquinar.

El nuevo aditivo puede incluir o se puede mezclar con otros aditivos intensificadores del maquinado conocidos tales como sulfuro de manganeso, nitruro de boro hexagonal, otras sustancias que contienen boro y/o fluoruro de calcio.

La cantidad de aditivo en la composición en polvo a base de hierro puede ser entre 0.05% y 1.0 en peso, de preferencia entre 0.05% y 0.5%, de preferencia entre 0.05% y 0.4%, de preferencia entre 0.05% y 0.3% y con mayor preferencia entre 0.1 y 0.3% en peso. Cantidades más bajas pueden no dar el efecto buscado en la maquinabilidad y cantidades más altas pueden tener una influencia negativa en las propiedades mecánicas. Por lo tanto, la cantidad de agente mejorador de la maquinabilidad agregado a la composición en polvo a base de hierro puede ser menos de 0.5% en peso, de manera conveniente 0.49% en peso o menos, de preferencia 0.45% en peso o menos, con mayor preferencia 0.4% en peso o menos, tal como 0.3% en peso o menos, o 0.2% en peso o menos, o 0.15% en peso o menos.

El tamaño de partícula, X99, del nuevo aditivo de acuerdo con la invención puede ser por debajo de 50 µ?t?, de preferencia por debajo de 30 µ??, con mayor preferencia por debajo de 20 µ?t?, tal como 15 µ?? o menos. El tamaño de partícula promedio correspondiente, X50, puede ser por debajo de 20 µ??, de preferencia por debajo de 15 µ?t?, con mayor preferencia 10 µ?? o menos, tal como 5 µp? o menos. El tamaño de partícula, X99, puede ser esencialmente al menos 1 µ??. Si el tamaño de partícula es por debajo de 1 µ?t? puede ser difícil obtener una mezcla de polvo homogénea. Un tamaño de partícula por arriba de 50 µ?t? puede influir de manera negativa en la maquinabilidad y las propiedades mecánicas.

El efecto mejorador de la maquinabilidad del aditivo mejorador de la maquinabilidad de la presente invención puede ser especialmente pronunciado cuando el componente a maquinar tiene una estructura martensítica, o una estructura heterogénea que comprende una estructura martensítica.

Composición en polvo a base de hierro Tipos de polvo Este nuevo polvo de mejora de la maquinabilidad se puede usar en esencialmente cualesquier composiciones de polvo ferroso. Por ende, el polvo a base de hierro puede ser un polvo de hierro puro tal como polvo de hierro atomizado, polvo reducido, y similares. Asimismo polvos previamente aleados que incluyen elementos aleadores tales como Ni, Mo, Cr, V, Co, Mn, Cu, se pueden usar así como polvo de acero parcialmente aleado. Desde luego, estos polvos se pueden usar en una mezcla.

El aditivo mejorador de la maquinabilidad está presente en la composición en forma de polvo. Las partículas de polvo de aditivo pueden, por ejemplo, ser mezcladas con el polvo a base de hierro como partículas de polvo libres o ser unidas a las partículas de polvo a base de hierro, por ejemplo, por medio de un agente aglutinante.

Otros aditivos La composición en polvo de acuerdo con la invención puede incluir también otros aditivos tales como grafito, aglutinantes y lubricantes y otros agentes mejoradores de la maquinabilidad convencionales. Lubricante se puede agregar a 0.05-2% en peso, de preferencia 0.1-1% en peso. Grafito se puede agregar a 0.05-2% en peso, de preferencia 0.1-1 % en peso.

Procedimiento La fabricación metalúrgica de polvos de componentes de acuerdo con la invención se puede realizar en una manera convencional, es decir, mediante el siguiente procedimiento: polvo a base de hierro, por ejemplo, el polvo de hierro o acero, se puede mezclar con cualesquier elementos aleadores deseados, tales como níquel, cobre, molibdeno y opcionalmente carbono así como el aditivo mejorador de maquinabilidad de acuerdo con la invención en forma de polvo. Los elementos aleadores se pueden agregar también como previamente aleados o aleados por difusión al polvo a base de hierro o como una combinación entre elementos aleadores mezclados, polvo aleado por difusión o polvo previamente aleado. Esta mezcla de polvo se puede mezclar con un lubricante convencional, por ejemplo, estearato de zinc o cera de amida, antes de la compactación. Las partículas más finas en la mezcla se pueden unir al polvo a base de hierro por medio de una sustancia aglutinante. La mezcla de polvo puede ser después compactada en una herramienta de prensado produciendo lo que se conoce como un cuerpo verde de geometría cercana a la geometría final. La compactación generalmente tiene lugar a una presión de 400-1200 MPa. Después de la compactación, el producto compacto puede ser sinterizado a una temperatura de 1000-1300°C y se le da su resistencia, dureza, alargamiento, etc. finales. De manera opcional, la parte sinterizada puede ser además tratada con calor.

EJEMPLOS La presente invención se ilustrará en los siguientes ejemplos no limitantes.

Agentes intensificadores de la maquinabilidad Las siguientes sustancias se usaron como ejemplos de agentes intensificadores de la maquinabilidad de acuerdo con la invención.

Un polvo que contiene moscovita, que tiene un tamaño de partícula, X99, esencialmente por debajo de 20 µ?? y una composición química expresada como % en peso de óxidos de acuerdo con lo siguiente: S1O2 48.0 AI2O3 33.3 K20 10.1 FeO 2.8 MgO 0.3 Pérdida al fuego 5.5 Un polvo que contiene flogopita, que tiene un tamaño de partícula promedio, X50, aproximadamente 18 µG? y el tamaño de partícula, X99, esencialmente por debajo de 45 µ?? y una composición química expresada como % en peso de óxidos de acuerdo con lo siguiente: Si02 39.5 AI2O3 10.3 K20 12.8 FeO 10.3 MgO 22.7 CaO 0.5 Pérdida al fuego 3.0 Un polvo que contiene minerales que pertenecen al grupo de las esmectitas, que tiene un tamaño de partícula, X99, esencialmente por debajo de 20 µ?t? y una composición química expresada como % en peso de óxidos de acuerdo con lo siguiente: Si02 68.2 Al203 10.9 K20 0.3 FeO 1 .3 MgO 17.0 CaO 1 .1 Na20 1 .2 Pérdida al fuego (Pérdida al fuego no medida, análisis químico calculado cuando I. o i excluido Un polvo que contiene bentonita de calcio que tiene un tamaño de partícula, X99, esencialmente por debajo de 15 µ?? y una composición química expresada como % en peso de óxidos de acuerdo con lo siguiente: Si02 55.1 AI2O3 23.3 K20 2.9 FeO 1.6 MgO 2.9 CaO 4.7 Na20 1.9 Pérdida al fuego 9.5 EJEMPLO 1 Investigación de maquinabilidad, llevada a cabo con una operación de torneado, en material PM tal como está sinterizado El polvo de bentonita se mezcló con un polvo de metal, un polvo de hierro atomizado con agua AHC100.29 disponible de Hoganas AB, Suecia. El polvo de metal fue mezclado también con 2% en peso polvo de cobre, 0.8% de etilenbisestereamida como lubricante, y grafito, 0.8% en peso.

Las mezclas de polvo de metal de acuerdo con el cuadro 1 fueron compactadas a barras TRS estandarizadas de acuerdo con ISO 3325 y anillos con un diámetro externo de 55 mm, un diámetro interno de 35 mm y una altura de 20 mm, a una densidad de prensado de 6.9 g/cm3.

Las barras TRS y anillos fueron sinterizados en un horno de banda de malla de laboratorio a 1120°C durante 20 minutos en una mezcla de 10% hidrógeno y 90% nitrógeno. La microestructura obtenida de las muestras fue perlítica. Las barras TRS sinterizadas fueron usadas para determinar la resistencia a la ruptura transversal de acuerdo con ISO 3325 y los anillos sinterizados fueron usados en pruebas de torneado para determinar un índice de maquinabilidad como se puede ver en el cuadro 2.

El índice de maquinabilidad se define como el desgaste del costado en una herramienta de torneado, es decir, el material retirado de un borde de corte del inserto. La figura 1 expone cómo es medido este desgaste. El torneado se llevó a cabo en el diámetro externo de los anillos con un inserto de carburo de tungsteno, con velocidad del eje constante y alimentación constante sin enfriador.

El cuadro 1 muestra que las propiedades mecánicas de los anillos compactados casi no son afectadas por la bentonita agregada. No obstante, para los anillos con bentonita agregada una mejora notable en la maquinabilidad es un hecho, que se muestra en el cuadro 2. El índice de maquinabilidad para anillos que comprenden bentonita fue reducido en casi 50% (es decir, el desgaste del borde de corte del inserto fue reducido) en comparación con anillos sin este aditivo, para la misma distancia de corte.

CUADRO 1 DC es el cambio dimensional en longitud para la barra de resistencia a la ruptura transversal durante la sinterización.

HRB es la dureza B Rockwell para la barra de resistencia a la ruptura transversal.

TRS es la resistencia a la ruptura transversal para la barra de resistencia a la ruptura transversal.

CUADRO 2 La velocidad del eje es la rotación por minutos en el torno de tornear.

La distancia de corte es la longitud realizada por el inserto en acoplamiento en el anillo sinterizado. índice de M (índice de maquinabilidad) es el desgaste del costado en µ?? en el borde de corte del inserto después de la distancia de corte cubierta (ver figura 1 ).

EJEMPLO 2 Investigación de maquinabilidad, llevada a cabo con operación de perforación, en material PM tal como está sinterizado El polvo de moscovita y el polvo de flogopita fueron mezclados con un polvo de metal Distaloy AE, disponible de Hóganás AB, Suecia, que es hierro puro aleado por difusión con 0.5% de Mo, 4% de Ni y 1.5% de Cu. El polvo de metal fue mezclado también con un lubricante, 0.8% en peso EBS (etilenbisestereamida) y 0.5% en peso de grafito.

Las mezclas de material en el cuadro 3 fueron compactadas a barras de prueba de tensión estandarizadas de acuerdo con ISO 2740 y a discos con un diámetro de 80 mm y una altura de 12 mm, a una densidad de prensado de 7.10 g/cm3. Las barras de tensión y discos fueron sinterizados en un horno de banda de malla de laboratorio a 1120°C durante 30 minutos en una mezcla de 10% hidrógeno y 90% nitrógeno. La microestructura obtenida de las muestras fue heterogénea, y contenía ferrita, austenita rica en níquel, perlita, bainita y martensita.

Los discos fueron usados en pruebas de perforación para determinar un índice de maquinabilidad como se puede ver en el cuadro 4. Este índice se define como el número de orificios por perforador que pueden ser maquinados antes de que el perforador se desgaste totalmente, es decir, una falla total del perforador. La perforación se realizó con perforador de aceros de alta velocidad, diámetro 03.5, con velocidad constante y alimentación constante sin ningún enfriador.

El cuadro 3 muestra que cuando los polvos de mica moscovita y flogopita son agregados solamente se encuentran desviaciones menores en las propiedades mecánicas. La maquinabilidad es notablemente mejorada con la flogopita y aún mejorada en forma más extraordinaria con moscovita (es decir, considerablemente más orificios pudieron ser perforados) como se muestra en el cuadro 4.

CUADRO 3 DC es el cambio dimensional en longitud para la barra de resistencia a la tensión durante la sinterización.

HV10 es la dureza de Vickers para la barra de resistencia a la tensión.

YS es la resistencia a la deformación para la barra de resistencia a la tensión.

TS es la resistencia a la tensión para la barra de resistencia a la tensión.

A es el alargamiento plástico durante la prueba de resistencia a la tensión.

CUADRO 4 La velocidad del eje es la rotación por minutos en la máquina perforadora. índice de M (índice de maquinabilidad) es el número promedio de orificios perforados antes de la falla total del perforador.

EJEMPLO 3 Investigación de maquinabilidad, llevada a cabo con una operación de torneado, en material PM sinterizado, extinguido y templado El polvo de bentonita se mezcló con un polvo de metal, un polvo de hierro atomizado con agua AHC100.29 disponible de Hóganas AB, Suecia. El polvo de metal fue mezclado también con 2% en peso polvo de cobre, 0.8% en peso EBS (etilenbisestereamida) y grafito, 0.8% en peso.

Las mezclas de material de acuerdo con el cuadro 5 fueron compactadas a anillos con un diámetro externo de 55 mm, un diámetro interno de 35 mm y una altura de 20 mm, a una densidad de prensado de 6.9 g/cm3. Los anillos fueron sinterizados en un horno de banda de malla de laboratorio a 1 120°C durante 20 minutos en una mezcla de 10% hidrógeno y 90% nitrógeno. Después de la sinterización los anillos fueron tratados con calor a 980°C durante 30 minutos y después extinguidos en aceite. Directamente después de la extinción en aceite los anillos fueron templados a 200°C una hora en aire. La microestructura obtenida fue completamente martensítica.

Los anillos fueron usados en pruebas de torneado para determinar un índice de maquinabilidad como se puede ver en el cuadro 6. El índice de maquinabilidad se define como el desgaste del costado en una herramienta de torneado, es decir, el material retirado de un borde de corte del inserto. La figura 1 expone cómo es medido este desgaste. El torneado se llevó a cabo en el diámetro externo del anillo con insertos de cerámica de nitruro de silicio, con velocidad del eje constante y alimentación constante sin enfriador.

El cuadro 5 muestra que la dureza de los anillos tratados con calor no es afectada por la bentonita agregada. No obstante, la maquinabilidad es notablemente mejorada cuando se usa bentonita como se muestra en el cuadro 6. El índice de maquinabilidad para anillos que comprenden bentonita fue reducido en más de 50% (es decir, el desgaste del borde de corte del inserto fue reducido) en comparación con anillos sin este aditivo, para la misma distancia de corte.

CUADRO 5 HRC es la dureza C de Rockwell para el anillo tratado con calor.

CUADRO 6 La velocidad del eje es la rotación por minutos en el torno de tornear.

La distancia de corte es la longitud realizada por el inserto en acoplamiento en el anillo sinterizado. índice de M (índice de maquinabilidad) es el desgaste del costado en el borde de corte del inserto después de la distancia de corte cubierta.

EJEMPLO 4 Investigación de maquinabilidad, llevada a cabo con una operación de torneado, en material PM endurecido por sinterización El polvo de bentonita se mezcló con un polvo de metal, un polvo de acero atomizado con agua Astaloy A, disponible de Hóganás AB, Suecia, el cual es previamente aleado con 1.9% Ni y 0.55% Mo. El polvo de metal fue mezclado también con 2% en peso polvo de cobre, 0.8% en peso EBS (etilenbisestereamida) y grafito, 0.8% en peso.

Las mezclas de material de acuerdo con el cuadro 7 fueron compactadas a anillos con un diámetro externo de 55 mm, un diámetro interno de 35 mm y una altura de 20 mm, a una densidad de prensado de 6.9 g/cm3. Los anillos fueron endurecidos por sinterización en un horno de producción a 1 120°C durante 20 minutos en una mezcla de 10% hidrógeno y 90% nitrógeno con un índice de enfriamiento de 2.2°C/s. Después del endurecimiento por sinterización los anillos fueron templados a 200°C durante 30 minutos en aire. La microestructura obtenida fue completamente martensítica.

Los anillos fueron usados en pruebas de torneado para determinar un índice de maquinabilidad como se puede ver en el cuadro 8. El índice de maquinabilidad se define como el desgaste de la cara en una herramienta de torneado, es decir, el material retirado de un borde de corte del inserto. La figura 1 expone cómo es medido este desgaste. El torneado se llevó a cabo en el diámetro externo del anillo con insertos de cerámica de nítruro de silicio, con velocidad del eje constante y alimentación constante sin enfriador.

El cuadro 7 muestra que la dureza de los anillos tratados con calor es ligeramente mayor por la cantidad agregada de la bentonita. La maquinabilidad es notablemente mejorada cuando se usa bentonita como se muestra en el cuadro 8. El índice de maquinabilidad para anillos que comprenden bentonita fue reducido en aproximadamente 60% (es decir, el desgaste del borde de corte del inserto fue reducido) en comparación con anillos sin este aditivo, para la misma distancia de corte.

CUADRO 7 HRC es la dureza C de Rockwell para el anillo tratado con calor.

CUADRO 8 La velocidad del eje es la rotación por minutos en el torno de tornear.

EJEMPLO 5 Investigación de maquinabilidad, llevada a cabo con una operación de torneado, en material PM endurecido por sinterización El polvo de bentonita se mezcló con un polvo de metal, un polvo de acero atomizado con agua Astaloy CrL, disponible de Hóganás AB, Suecia, un polvo previamente aleado que tiene 1.5% Cr y 0.2% Mo. El polvo de metal fue mezclado también con 2% en peso polvo de cobre, un lubricante, 0.8% en peso EBS (etilenbisestereamida) y grafito, 0.75% en peso.

Las mezclas de acuerdo con el cuadro 9 fueron compactadas a anillos con un diámetro externo de 55 mm, un diámetro interno de 35 mm y una altura de 20 mm, a una densidad de prensado de 6.9 g/cm3. Los anillos fueron endurecidos por sinterización en un horno de producción a 1 120°C durante 20 minutos en una mezcla de 10% hidrógeno y 90% nitrógeno con un índice de enfriamiento de 2.2°C/s. Después del endurecimiento por sinterización los anillos fueron templados a 200°C durante 30 minutos en aire. La microestructura obtenida fue completamente martensítica.

Los anillos fueron usados en pruebas de torneado para determinar un índice de maquinabilidad como se puede ver en el cuadro 10. El índice de maquinabilidad se define como el desgaste de la cara en una herramienta de torneado, es decir, el material retirado de un borde de corte del inserto. La figura 1 expone cómo es medido este desgaste. El torneado se llevó a cabo en el diámetro externo de los anillos con insertos de cerámica de nitruro de silicio, con velocidad del eje constante y alimentación constante sin enfriador.

El cuadro 9 muestra que la dureza de los anillos tratados con calor es ligeramente mayor por la cantidad agregada de la bentonita. La maquinabilidad es notablemente mejorada cuando se usa bentonita como se muestra en el cuadro 10. El índice de maquinabilidad para anillos que comprenden bentonita fue reducido en aproximadamente 75% (es decir, el desgaste del borde de corte del inserto fue reducido) en comparación con anillos sin este aditivo, para la misma distancia de corte.

CUADRO 9 HRC es la dureza C de Rockwell para el anillo tratado con calor.

CUADRO 10 La velocidad del eje es la rotación por minutos en el torno de tornear.

EJEMPLO 6 Investigación de maquinabilidad, llevada a cabo con operación de perforación, en material PM endurecido por sinterización El polvo de moscovita, el polvo de flogopita y el polvo de esmectita fueron mezclados con un polvo de metal, un polvo de acero atomizado con agua Astaloy CrM, disponible de Hoganás AB, Suecia, que es hierro previamente aleado con 3% Cr y 0.5% Mo. El polvo de metal fue mezclado también con un lubricante, 0.8% en peso EBS (etilenbisestereamida) y 0.55% en peso grafito.

Las mezclas de material en el cuadro 1 1 fueron compactadas a barras de prueba de tensión estandarizadas de acuerdo con ISO 2740 y a discos con un diámetro de 80 mm y una altura de 12 mm, a una densidad de prensado de 7.10 g/cm3. Las barras de tensión y discos fueron endurecidos por sinterización en un horno de banda de malla de laboratorio a 1 120°C durante 30 minutos en una mezcla de 10% hidrógeno y 90% nitrógeno con un índice de enfriamiento de 2.2°C/s. Después del endurecimiento por sinterización las barras TS y discos fueron templados a 200°C durante 30 minutos en aire. La microestructura obtenida fue completamente martensítica.

Los discos fueron usados en pruebas de perforación para determinar un índice de maquinabilidad como se puede ver en el cuadro 12. Este índice se define como una velocidad de corte crítica. Si un perforador pudo producir la cantidad total de orificios (216) en un disco a una cierta velocidad de corte sin falla total del perforador, una nueva perforación junto con una velocidad de corte incrementada se debe llevar a cabo en la siguiente prueba. La perforación se realizó con perforador de carburo sólido, diámetro 03.5, con alimentación constante sin ningún enfriador.

El cuadro 1 1 muestra que cuando los polvos de moscovita, flogopíta o esmectita son agregados se encuentran algunas desviaciones menores en las propiedades mecánicas. La maquinabilidad es notablemente mejorada con la moscovita, la flogopita o la esmectita permitiendo una velocidad del eje incrementada sin falla del perforador como se muestra en el cuadro 12.

CUADRO 11 HV10 es la dureza de Vickers para la barra de resistencia a la tensión.

MHV0.05 es la dureza de martensita micro Vickers para la barra de resistencia a la tensión.

TS es la resistencia a la tensión para la barra de resistencia a la tensión.

CUADRO 12 La velocidad del eje es la rotación por minutos en la máquina perforadora.

Las pruebas fueron interrumpidas después de 216 orificios perforados, no se observó falla de los perforadores.

EJEMPLO 7 Investigación de maquinabilidad, llevada a cabo con operación de torneado, en material PM endurecido por sinterización El polvo de moscovita, el polvo de flogopita y el polvo de esmectita fueron mezclados con un polvo de metal, un polvo de acero atomizado con agua Astaloy CrM como en el ejemplo 6. El polvo de metal fue mezclado también con un lubricante, 0.8% en peso EBS (etilenbisestereamida) y 0.55% en peso grafito.

Las mezclas en el cuadro 13 fueron compactadas a barras de prueba de tensión estandarizadas de acuerdo con ISO 2740 y a anillos con un diámetro externo de 64 mm, un diámetro interno de 35 mm y una altura de 25 mm, a una densidad de prensado de 7.10 g/cm3. Las barras de tensión y anillos fueron endurecidos por sinterización en un horno de banda de malla de laboratorio a 1 120°C durante 30 minutos en una mezcla de 10% hidrógeno y 90% nitrógeno con un índice de enfriamiento de 2.2°C/s. La microestructura obtenida fue completamente martensítica.

Después del endurecimiento por sinterización las barras TS y anillos fueron templados a 200°C durante 30 minutos en aire. Los anillos fueron usados en pruebas de torneado para determinar un índice de maquinabilidad como se puede ver en el cuadro 14. El índice de maquinabilidad se define como el desgaste del costado en una herramienta de torneado, es decir, el material retirado de un borde de corte del inserto. La figura 1 expone cómo es medido este desgaste. El torneado se llevó a cabo en la cara de extremo de los anillos con insertos de nitruro de boro cúbico, a velocidad de corte constante y alimentación constante sin enfriador.

El cuadro 13 muestra que cuando los polvos de moscovita, flogopita o esmectita son agregados se encuentran algunas desviaciones menores en las propiedades mecánicas.

La maquinabilidad es notablemente mejorada con la moscovita, la flogopita o la esmectita como se muestra en el cuadro 14. El índice de maquinabilidad para anillos que comprenden los diferentes aditivos fue reducido considerablemente (es decir, el desgaste del borde de corte del inserto fue reducido) en comparación con anillos sin estos aditivos, para la misma distancia de corte.

CUADRO 13 HV10 es la dureza de Vickers para la barra de resistencia a la tensión.

TS es la resistencia a la tensión para la barra de resistencia a la tensión.

CUADRO 14 La velocidad de corte es la velocidad del anillo del diámetro externo al diámetro interno del anillo expresada en metros por minutos en la máquina de torneado.

EJEMPLO 8 Investigación de maquinabilidad, llevada a cabo con una operación de torneado, en material PM endurecido por sinterización El polvo de bentoníta se mezcló con un polvo de metal, un polvo de acero atomizado con agua Astaloy CrM como en el ejmplo 6. El polvo de metal fue mezclado también con un lubricante, 0.8% en peso EBS (etilenbisestereamida) y grafito, 0.6% en peso.

Las mezclas de acuerdo con el cuadro 15 fueron compactadas a anillos con un diámetro externo de 55 mm, un diámetro interno de 35 mm y una altura de 20 mm, a una densidad de prensado de 6.9 g/cm3. Los anillos fueron endurecidos por sinterización en un horno de producción a 1 120°C durante 20 minutos en una mezcla de 10% hidrógeno y 90% nitrógeno con un índice de enfriamiento de 2.2°C/s. Después del endurecimiento por sinterización los anillos fueron templados a 200°C durante 30 minutos en aire. La microestructura obtenida fue completamente martensítica.

Los anillos fueron usados en pruebas de torneado para determinar un índice de maquinabilidad como se puede ver en el cuadro 16. El índice de maquinabilidad se define como el desgaste del costado en una herramienta de torneado, es decir, el material retirado de un borde de corte del inserto. La figura 1 expone cómo es medido este desgaste. El torneado se llevó a cabo en el diámetro externo del anillo con insertos de cerámica de nitruro de silicio, con velocidad del eje constante y alimentación constante sin enfriador.

El cuadro 15 muestra que la dureza de los anillos tratados con calor es ligeramente mayor por la cantidad agregada de la bentonita. La maquinabilidad es notablemente mejorada cuando se usa bentonita como se muestra en el cuadro 16. El índice de maquinabilidad para anillos que comprenden bentonita fue reducido en aproximadamente 70% (es decir, el desgaste del borde de corte del inserto fue reducido) en comparación con anillos sin este aditivo, para la misma distancia de corte.

CUADR0 15 HRC es la dureza C de Rockwell para el anillo tratado con calor.

CUADRO 16 La velocidad del eje es la rotación por minutos en el torno de tornear.

EJEMPLO 9 Investigación de maquinabilidad, llevada a cabo con operación de perforación, en material PM tal como está sinterizado Los polvos de moscovita y flogopita que tienen diferente distribución de tamaño de partícula, ver en el cuadro 17, fueron medidos con equipo de difracción láser (Sympatec GmbH) de acuerdo con el método Fraunhofer App. ISO13320- :1999.

CUADRO 17 El valor X50 es el tamaño de partícula [µ(?] donde 50% en peso de la población tiene un tamaño de partícula por debajo del valor.

El valor X99 es el tamaño de partícula [µ??] donde 99% en peso de la población tiene un tamaño de partícula por debajo del valor.

El polvo de moscovita y el polvo de flogopita fueron mezclados con un polvo de metal Distaloy AE, disponible de Hóganás AB, Suecia, que es hierro puro aleado por difusión con 0.5% de Mo, 4% de Ni y 1.5% de Cu. El polvo de metal fue mezclado también con un lubricante, 0.8% en peso EBS (etilenbisestereamida) y 0.5% en peso de grafito.

Las mezclas de material en el cuadro 18 (expresadas como porcentaje en peso) fueron compactadas a barras de prueba de tensión estandarizadas de acuerdo con ISO 2740 y a discos con un diámetro de 80 mm y una altura de 12 mm, a una densidad de prensado de 7.10 g/cm3. Las barras de tensión y discos fueron sinterizados en un horno de banda de malla de laboratorio a 1 120°C durante 30 minutos en una mezcla de 10% hidrógeno y 90% nitrógeno. La microestructura obtenida de las muestras fue heterogénea, y contenía ferrita, austenita rica en níquel, perlita, bainita y martensita.

CUADRO 18 M1 = polvo de moscovita con una distribución de tamaño de partícula X50 = 31.7 µ?? y X99 = 128.4 µ?t M2 = polvo de moscovita con una distribución de tamaño de partícula X50 = 8.4 µ?? y X99 = 39.7 µp? M3 = polvo de moscovita con una distribución de tamaño de partícula X50 = 3.4 µ?? y X99 = 12.3 µ??.

P1 = polvo de flogopita con una distribución de tamaño de partícula X50 = 7.4 µ?? y X99 = 34.6 µp?.

P2 = polvo de flogopita con una distribución de tamaño de partícula X50 = 4.6 µ?t? y X99 = 13.6 µ??.

Los discos fueron usados en pruebas de perforación para determinar un índice de maquinabilidad como se puede ver en el cuadro 19. Este índice se define como el número de orificios por perforador que pueden ser maquinados antes de que el perforador se desgaste totalmente, es decir, una falla total del perforador. La perforación se realizó con perforador de aceros de alta velocidad, diámetro 03.5, con velocidad constante y alimentación constante sin ningún enfriador.

La maquinabilidad es mejorada con la flogopita y es mejorada aún más con moscovita (es decir, considerablemente más orificios pudieron ser perforados) como se muestra en el cuadro 19, excepto por la moscovita más gruesa (M1 ).

CUADRO 19 La velocidad del eje es la rotación por minutos en la máquina perforadora.

El índice de maquinabilidad relativa es la relación del número promedio de orificios perforados antes de la falla total del perforador por cada mezcla 1-7 y el número promedio de orificios perforados para la mezcla 1 (es decir, la mezcla sin el aditivo mejorador de la maquinabilidad).

Al definir un índice de maquinabilidad relativa como la relación del número promedio de orificios perforados antes de la falla total del perforador y el número promedio de orificios perforados en el material sin aditivo antes de la falla total del perforador, una correlación entre la maquinabilidad y la distribución de tamaño de partícula (X50) de la moscovita se vuelve evidente, como se puede ver en la figura 2.

Con un tamaño de partícula decreciente (X50) la influencia en la maquinabilidad es significativa con la moscovita con un efecto de maquinabilidad creciente alto, mientras que con la flogopita se puede encontrar un efecto menos creciente.

Como es evidente a partir de la figura 2, el tamaño de partícula promedio X5o, es convenientemente 20 µ?? o menos, de preferencia 15 µ? o menos, con mayor preferencia 10 µ?t? o menos, en especial 5 µ?? ? menos.

La cantidad de agente de maquinabilidad agregado, como se muestra, por ejemplo, para moscovita, tiene una influencia en el cambio dimensional, propiedades mecánicas y dureza, como se puede ver en el cuadro 20.

CUADRO 20 DC es el cambio dimensional en longitud para la barra de resistencia a la tensión durante la sinterización.

HV10 es la dureza de Vickers para la barra de resistencia a la tensión.

TS es la resistencia a la tensión para la barra de resistencia a la tensión.

A es el alargamiento plástico durante la prueba de resistencia a la tensión.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una composición en polvo a base de hierro que comprende, además de un polvo a base de hierro, una cantidad menor de un aditivo mejorador de la maquinabilidad en forma de polvo, dicho aditivo comprende al menos un silicato del grupo que consiste de filosilicatos.

2. - La composición en polvo a base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el filosilicato se elige del grupo que consiste de minerales de arcilla.

3. - La composición en polvo a base de hierro de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada además porque los minerales de arcilla se eligen del grupo que consiste de caolinita, esmectitas y bentonitas.

4.- La composición en polvo a base de hierro de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque el filosilicato se elige del grupo que consiste de bentonitas.

5. - La composición en polvo a base de hierro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque el contenido del aditivo mejorador de la maquinabilidad es 0.05-1 %, convenientemente 0.05-0.5%, de preferencia 0.05-0.3%, con mayor preferencia 0.05-0.2% en peso de la composición en polvo a base de hierro.

6. - La composición en polvo a base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el filosilicato se elige del grupo que consiste de micas y en donde el contenido del aditivo mejorador de la maquinabilidad es menos de 0.5% en peso, de preferencia 0.4% en peso o menos, tal como 0.3% en peso o menos, o 0.2% en peso o menos.

7.- La composición en polvo a base de hierro de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque el filosilicato es moscovita.

8. - La composición en polvo a base de hierro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque el tamaño de partícula, X99, del aditivo mejorador de la maquinabilidad es por debajo de 50 µ??, de preferencia por debajo de 30 µ??? y con mayor preferencia por debajo de 20 µ??.

9. - La composición en polvo a base de hierro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque el tamaño de partícula promedio, X50, del aditivo mejorador de la maquinabilidad es por debajo de 20 µ??, de preferencia por debajo de 15 µ??, con mayor preferencia por debajo de 10 µ?? y con preferencia superlativa por debajo de 5 µ??.

10. - La composición en polvo a base de hierro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque el filosilicato tiene una dureza de Mohs por debajo de 5, de preferencia por debajo de 4.

11. - La composición en polvo a base de hierro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque el filosilicato contiene aluminio.

12. - La composición en polvo a base de hierro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque el polvo a base de hierro comprende menos de 10% en peso de elementos aleadores.

13. - El uso de un filosilicato, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, como un agente mejorador de la maquinabilidad en una composición en polvo a base de hierro.

14. - Un método de preparación de una composición en polvo a base de hierro, que comprende: proveer un polvo a base de hierro; y mezclar el polvo a base de hierro con un aditivo mejorador de la maquinabilidad en forma de polvo, el aditivo mejorador de la maquinabilidad comprende al menos un filosilicato.

15. - Un método para producir una parte sinterizada a base de hierro que tiene una maquinabilidad mejorada, que comprende: preparar una composición en polvo a base de hierro de cualquiera de las reivindicaciones 1-12; compactar la composición en polvo a base de hierro a una presión de compactacion de 400-1200 MPa; sinterizar la parte compactada a una temperatura de 1000-1300°C; y opcionalmente tratar con calor la parte sinterizada.