MX2011012320A - Acero sinterizado reducidamente aditivado de alta resistencia. - Google Patents

Abstract

Un polvo de acero a base de hierro y atomizado con agua que comprende en % en peso: 0.45-1.50 de Ni, 0.30-0.55 de Mo, menos de 0.3 de Mn, menos de 0.2 de Cu, menos de 0.1 de C, menos de 0.25 de O, menos de 0.5 de impurezas inevitables, y el resto siendo hierro, y en donde se han aleado Ni y Mo mediante un procedimiento de aleación por difusión.

Description

ACERO SINTERIZADO REDUCIDAMENTE ADITIVADO DE ALTA RESISTENCIA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un polvo reducidamente aditivado de hierro así como a una composición de polvo que contiene el polvo y los aditivos, el método de elaboración de componentes sinterizados a partir de la composición de polvo, y los componentes sinterizados elaborados a partir de la composición de polvo. El polvo y la composición de polvo están diseñados para una producción rentable de partes sinterizadas de polvo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En las industrias, el uso de productos metálicos que elaboran por compactación y que sinterizan las composiciones en polvo metálico se está generalizando cada vez más. Se producen diferentes productos de forma y espesor variados y los requerimientos de calidad se elevan continuamente al mismo tiempo que se desea reducir el costo. Ya que los componentes de forma neta, o componentes de forma casi neta que requieren un mínimo de maquinado para alcanzar la forma de acabado se obtienen al presionar y sinterizar las composiciones de polvo de hierro en combinación con un alto grado de uso de material, esta técnica tiene una gran ventaja sobre las técnicas convencionales para formar partes metálicas tales como moldeado o maquinado de material en barras o forjas.

Sin embargo, un problema relacionado con el método de presión y sinterizado es que el componente sinterizado contiene una cierta cantidad de poros, disminuyendo la resistencia del componente. Básicamente, hay dos maneras de superar el efecto negativo en las propiedades mecánicas causadas por la porosidad del componente. 1) La resistencia del componente sinterizado puede aumentarse al introducir elementos de aleación como carbono, cobre, níquel, molibdeno, etc. 2) La porosidad del componente sinterizado puede reducirse al aumentar la compresibilidad de la composición de polvo, y/o al aumentar la presión de compactación de una densidad del producto crudo mayor, o al aumentar el encogimiento del componente durante la sinterización. la práctica, se aplica una combinación de refuerzo del componente al agregar los elementos de aleación y disminución de la porosidad.

Hay tres maneras comunes de alear polvos de hierro: prealear, combinar y alear por difusión. Una ventaja de prealear es que se garantiza una buena distribución de los elementos de aleación en toda la aleación. Sin embargo, la desventaja es que la compresibilidad se reduce con el contenido del elemento de aleación en un material prealeado. Cuando se agregan los elementos de aleación al combinar, la compresibilidad no se ve afectada. No obstante, pueden suceder los problemas de distribución y segregación, ya que las partículas del elemento de aleación generalmente necesitan ser más pequeñas que las partículas del material base para promover la difusión durante la sinterización. El enlace por difusión es una técnica que ofrece la solución de trayectoria media. Los elementos de aleación se combinan con el material base, seguido de un tratamiento térmico en una atmósfera de reducción, con lo cual enlazan las partículas de los elementos de aleación más pequeñas mediante la difusión a las partículas más grandes, disminuyendo el riesgo de segregación mientras se mantiene una buena compresibilidad.

El cromo como un elemento de aleación sirve para reforzar la matriz mediante el endurecimiento de la solución sólida. También, el cromo aumenta la capacidad de endurecimiento, resistencia a la oxidación y resistencia a la abrasión de un cuerpo sinterizado. Las soluciones que existen ahora incluyen el cromo como un elemento de aleación. Sin embargo, estos productos requieren atmósferas muy bien controladas durante la sinterización para generar efectos positivos. La presente invención está dirigida a una aleación que excluye el cromo, dando como resultado requerimientos menores al sinterizar equipo y/o control de hornos.

Durante la sinterización, las partículas en polvo metálico del componente compactado o prensado, el componente del producto crudo, se difundirán juntos en estado sólido formando enlaces fuertes, llamados cuellos de sinterización. El resultado es una parte de forma neta relativamente muy densa, o parte de forma casi neta, adecuada para las aplicaciones de desempeño bajo o medio. Generalmente, los artículos sinterizados se elaboran a partir de polvo a base de hierro mezclado con cobre y grafito. Otros tipos de materiales sugeridos incluyen polvo a base de hierro prealeado con níquel y molibdeno y pequeñas cantidades de manganeso para mejorar la capacidad de endurecimiento del hierro sin desarrollar óxidos estables. Los agentes que mejoran la capacidad de maquinado como nS también se agregan comúnmente.

Varias partes automotrices se produjeron exitosamente mediante la técnica de prensado y sinterización. Se desea mejorar el desempeño de las partes sinterizadas para que más partes puedan reemplazarse mediante esta técnica rentable. Sin embargo, la fabricación de partes automotrices es una aplicación de alto volumen y precios competitivos con estrictos requerimientos de desempeño, diseño y durabilidad. Por lo tanto, los materiales rentables son altamente deseados.

US 3,901 ,661 , US 4,069,044, US 4,266,974, US 5,605,559, US 6,348,080 y WO 03/106079 describen los polvos que contienen molibdeno. Cuando el polvo prealeado con molibdeno se utiliza para producir partes prensadas y sinterizadas, se forma fácilmente bainita en la parte sinterizada. En particular, cuando se utilizan polvos con bajo contenido de molibdeno, la bainita formada está gruesa impidiendo la capacidad de maquinado, lo cual puede ser problemático en particular para los componentes donde la buena capacidad de maquinado se desea. Además, el molibdeno es costoso como elemento de aleación.

No obstante, en US 5,605,559 se obtuvo una microestructura de perlita con un polvo aleado con Mo al mantener el Mn muy bajo. Se menciona que el Mo mejora la resistencia del acero al endurecer la solución y precipitación de carburo de Mo, y similares. Sin embargo, cuando el contenido de Mo es menor a aproximadamente 0.1% en peso, su efecto es pequeño. El Mn mejora la resistencia de un material tratado con calor al mejorar su capacidad de endurecimiento. No obstante, cuando el contenido de Mn excede aproximadamente 0.08% en peso, se produce el óxido en la superficie de polvos de acero aleado de tal manera que se reduce la compresibilidad. Sin embargo, mantener bajo el contenido de Mn puede ser costoso, en particular cuando se utiliza chatarra de acero barata en la producción, ya que la chatarra de acero generalmente contiene Mn de 0.1% en peso y más. De este modo, un polvo producido en consecuencia será comparablemente costoso.

US 4 954 171 describe un polvo a utilizarse para la producción de partes sinterizadas mediante la metalurgia de polvo y una aleación de acero sinterizado de alta resistencia. Sin embargo, dicha aleación contiene altas cantidades de Mo, como se reclama 0.65-3.50% en peso. Los resultados presentados se obtuvieron al utilizar rutas de procesamiento costosas, como la compactación doble y sinterización a alta temperatura.

Objetivos de la invención Un objetivo de la invención es proporcionar un polvo aleado bajo de hierro adecuado para producir componentes sinterizados, como componentes automotrices.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una aleación de polvo enlazado por difusión con una relación alto desempeño/costo.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un componente sinterizado con alta resistencia lograda mediante una ruta de procesamiento rentable, preferiblemente una compactación seguida de la sinterización a temperaturas regulares seguidas por el tratamiento térmico. Los ejemplos de tales componentes son engranajes, ruedas catalina como eje de leva y ruedas catalina de cigüeñal, concentradores de sincronización, etc.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por lo menos uno de estos objetivos se logra por medio de: - Un polvo de acero aleado bajo atomizado con agua, que comprende en % en peso: 0.45-1.50 de Ni, 0.3-0.55 de Mo, 0.09-0.3 de Mn, menso de 0.2 de Cu, menos de 0.1 de C, menos de 0.25 de O, menos de 0.5 de impurezas inevitables, con el equilibrio siendo hierro. Donde Ni y Mo aleados por el método de aleación por difusión.

Una composición basada en el polvo de acero que tiene, % en peso de la composición: 0.35-1.0 de C en la forma de grafito, y opcionalmente 0.05-2.0 de lubricante y/o 0-3.0 de Cu en la forma de polvo de cobre y opcionalmente materiales de fase dura y agentes promotores de la capacidad de maquinado.

- Un método para producir sinterizados y componentes que comprenden los pasos de: a) preparar una composición en polvo de acero a base de hierro de arriba; b) someter la composición a la compactación entre 400 y 2000 MPa; c) sinterizar el componente verde obtenido en una atmósfera de reducción a temperaturas entre 1000-1400 °C; y d) someter el componente sinterizado obtenido a tratamiento térmico, tal como templado instantáneamente y revenido.

- Un componente hecho a partir de la composición.

El polvo de acero tienen contenido bajo y definido de elementos de aleación y está esencialmente libre de cromo y vanadio y se ha demostrado que es capaz de proporcionar un componente que tiene una resistencia a la tracción de por lo menos 1000 MPa, preferiblemente arriba de 1020 MPa, y más preferiblemente arriba de 1040 MPa cuando se sinteriza a 1120 °C por 20 minutos y subsecuentemente templado instantáneamente en aceite y revenido.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS A continuación, se aclarará la invención al hacer referencia a las figuras anexas, en las que; La figura 1 muestra la imagen metalográfica tomada de una muestra de un primer material, Material A, que demuestra una estructura casi o completamente martensítica y muy pocas áreas irregulares de austenita rica en Ni (vistas como manchas brillantes en la imagen) de acuerdo con la invención, y, La figura 2 muestra la imagen metalográfica a partir de un material de la técnica antecedente, una muestra llamada ref 2, que muestra una estructura martensítica que tiene muchas áreas de austenita ricas en Ni (vistas como manchas brillantes en la imagen).

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Preparación del polvo de acero aleado a base de hierro Se produce polvo a base de hierro puro con la atomización de agua de una fusión de hierro. El polvo atomizado puede someterse adicionalmente a un procedimiento de recocido por reducción, antes aleado al utilizar un procedimiento de aleación por difusión. El tamaño de partícula de la aleación de polvo enlazada por difusión podría ser de cualquier tamaño mientras sea compatible con los procedimientos de prensado y sinterización o de forja. Los ejemplos de tamaño de partícula adecuados es el tamaño de partícula del polvo conocido ASC100.29 disponible en Hóganás AB, Suecia, con máximo 2.0 % en peso arriba de 180 µ?? y 15-30 % en peso debajo de 45 pm.

Contenido del polvo de acero El manganeso aumentará la resistencia, dureza y capacidad de endurecimiento del polvo de acero. También, si el contenido de manganeso es muy bajo, no es posible utilizar chatarra reciclada barata a menos de que se lleve a cabo un tratamiento específico para la reducción durante el curso de la fabricación de acero, la cual aumenta los costos. Un contenido de Mn arriba de 0.3% en peso aumentará la formación de inclusiones que contienen manganeso en el polvo de acero y también tendrán un efecto negativo en la compresibilidad debido al endurecimiento de la solución sólida y a la dureza aumentada de ferrita. Por lo tanto, el contenido de Mn no debe exceder el 0.3% en peso. De este modo, el contenido de manganeso preferiblemente debe estar arriba de 0.1% en peso pero más bajo que 0.3% en peso, más preferiblemente en la escala de 0.15-0.30% en peso.

El níquel aumenta la resistencia y dureza mientras se proporcionan buenas propiedades de ductibilidad. Sin embargo, menos de 0.45% en peso de Ni no producirá suficiente efecto de aleación para la capacidad de endurecimiento y podría poner en riesgo una distribución nivelada de Ni en el componente. Un contenido arriba de 1.50% en peso tenderá a formar austenita rica en Ni durante las condiciones de tratamiento térmico, que reducirán la resistencia del material. No obstante, el Ni es un elemento costoso y por lo tanto, es deseable mantenerlo lo más bajo posible. Además, hemos encontrado que un contenido de Ni debajo de 0.90% en peso e incluso abajo de 0.65% en peso, resulta en propiedades suficientes del producto final cuando el Ni se enlaza por difusión a la superficie del polvo a base de hierro. Por lo tanto, se prefiere que el contenido de Ni sea a lo mucho 0.90% en peso, más preferiblemente a lo mucho 0.65% en peso. Así, el contenido de Ni debería estar en la escala de 0.45 - 0.90% en peso y preferiblemente 0.45-0.65% en peso. En esta escala, el Ni enlazado completamente por difusión contribuye más para la resistencia de cuello a la sinterización comparada con el Ni prealeado. Preferiblemente, todo el contenido de Ni está presente como un Ni enlazado por difusión, es decir enlazado a la superficie del polvo a base de hierro. Sin embargo, pequeñas cantidades de Ni pueden ser aceptables como Ni prealeado, preferiblemente debajo de 0.05% en peso.

El oxígeno es a lo mucho 0.25% en peso. Un contenido muy alto de óxidos afecta la resistencia del componente sinterizado y opcionalmente forjado y afecta la compresibilidad del polvo. Por estas razones, el O preferiblemente es a lo mucho 0.18% en peso.

El cobre debería ser menor a 0.2% en peso, y el cromo menos de 0.1% en peso.

El molibdeno estabiliza la ferrita después de la sinterización. Los componentes con menos de Mo al 0.3 % presente en el sistema Fe-N¡ muestran baja dureza. Con un alto contenido de Mo no se contribuirá lo suficiente para el desempeño. El contenido de Mo optimizado para este sistema es 0.3-0.55% en peso, preferiblemente 0.35-0.55% en peso, y más preferiblemente 0.40-0.55% en peso. En esta escala, el Mo enlazado por difusión tiene mejor desempeño que el Mo prealeado. La razón siendo que el contenido de Mo limitado localizado en las regiones de límite de partícula contribuye más a la capacidad de endurecimiento que aquélla en la matriz. Preferiblemente, todo el contendido de Mo está presente como un Mo enlazado por difusión, es decir enlazado a la superficie del polvo de hierro. Sin embargo, pequeñas cantidades de Mo pueden ser aceptables como Mo prealeado, preferiblemente debajo de 0.05% en peso.

El carbono en el polvo de acero debe ser a lo mucho 0.1 % en peso y el nitrógeno a lo mucho 0.1 % en peso. Los contenidos más altos reducirán de manera inaceptable la compresibilidad del polvo.

La cantidad total de las impurezas incidentales tales como silicio fosforoso, aluminio, cromo, vanadio y similares debe ser menos de 0.5 % en peso para no deteriorar la compresibilidad del polvo de acero o actuar como formadores de inclusiones perjudiciales, preferiblemente menos de 0.3% en peso.

Se ha encontrado de manera sorprendente que el efecto de el refuerzo de cuello de sinterización provisto por la composición de polvo tiene un impacto más alto sobre las propiedades después de la sinterización y el tratamiento térmico que lo que se creía anteriormente, resultando en componentes sinterizados con resistencia a la tracción de por lo menos 1000 MPa, preferiblemente arriba de 1020 MPa, y preferiblemente arriba de 1040 MPa en una densidad sinterizada de por lo menos 7.0 g/cm3, preferiblemente al menos 7.1 g/cm3. Este nivel de densidad sinterizada y la resistencia a la tracción, como un ejemplo puede alcanzarse mediante la compactacion a 600 MPa seguida de la sinterización a 1120 °C durante 20 minutos y subsecuentemente el templado instantáneamente en aceite y revenido.

Composición de polvo Antes de la compactacion, el polvo de acero a base de hierro se mezcla con grafito, y opcionalmente polvo de cobre y/o lubricantes, y opcionalmente materiales de fase dura y agentes promotores de la capacidad de maquinado.

Para mejorar la resistencia y dureza del componente sinterizado, el carbono se introduce en la matriz. El carbono, C, se agrega al grafito en una cantidad entre 0.35-1.0% en peso de la composición. Un cantidad menor a 0.35% en peso de C resultará en una resistencia muy baja y una cantidad arriba 1.0% en peso de C resultará en una formación excesiva de carburos que dan como rendimiento una dureza muy alta y afectan las propiedades de capacidad de maquinado. Si, después de la sinterización, el componente que se va a tratar con calor de acuerdo con un procedimiento de tratamiento térmico incluyendo cementación o carbonitruracion, las adiciones de grafito pueden excluirse o limitarse a menos de 0.35%.

Los lubricantes se agregan a la composición para facilitar la compactación y expulsión del componente compactado. La adición de lubricantes en una cantidad de menos de 0.05% en peso de la composición tendrá un efecto insignificante y la adición de arriba de 2% en peso de la composición resultará en una densidad muy bajo del cuerpo compactado. Los lubricantes pueden elegirse del grupo de estearatos metálicos, ceras, ácidos grasos y derivados de los mismos, oligómeros, polímeros y otras sustancias orgánicas que tienen efecto lubricante.

El cobre, Cu, es un elemento de aleación comúnmente utilizado en la técnica metalúrgica de polvo. El Cu mejorará la resistencia y dureza a través de el endurecimiento de la solución sólida. El Cu también facilita la formación de cuellos sinterizados durante la sinterización, como fusiones de cobre antes de que se alcance la temperatura de sinterización proporcionando la llamada sinterización de fase líquida. El polvo puede combinarse opcionalmente con Cu, preferiblemente en una cantidad de 0-3% en peso de Cu.

Se pueden agregar otras sustancias, tales como materiales de fase dura, y agentes promotores de la capacidad de maquinado, tales como MnS, MoS2, CaF2, y diferentes tipos de minerales etc.

Sinterización La composición de polvo a base de hierro se transfiere a un molde y se somete a una presión de compactación de aproximadamente 400-2000 MPa a una densidad de producto crudo de arriba de aproximadamente 6.75 g/cm3. El componente crudo obtenido se somete además a sinterización en una atmósfera de reducción a una temperatura de aproximadamente 1000-1400 °C. Si se ha de sinterizar el componente a temperaturas regulares de sinterización, se realiza esto generalmente a 1000-1200°C, preferiblemente 1050-1180°C, muy preferiblemente 1080-1160°C. Si se ha de sinterizar el componente a alta temperatura, se realiza esto generalmente a 1200-1400°C, preferiblemente a 1200-1300°C, y muy preferiblemente a 1220-1280°C.

Tratamientos posteriores a la sinterización Para la obtención de una microestructura deseada, se puede someter el componente sinterizado a un procedimiento de tratamiento térmico que incluya una tasa controlada de enfriamiento. El procedimiento de endurecimiento puede incluir procedimientos conocidos como temple instantáneo y revenido, endurecimiento, nitruración, cementación, nitrocementación, carbonitruración, endurecimiento por inducción y similares. Alternativamente, se puede utilizar un procedimiento de endurecimiento por sinterización con alta tasa de enfriamiento. En caso de que el tratamiento térmico incluya cementación, la cantidad de grafito añadido pueden encontrarse en el intervalo de 0.15-0.35% en peso.

Se pueden utilizar otros tipos de tratamientos posteriores a la sinterización, tales como laminado de superficie o granallado, lo cual introduce tensiones residuales de compresión aumentando la vida de fatiga.

Propiedades del componente acabado La presente invención provee un nuevo material reducidamente aditivado que tiene alta resistencia a la tracción de por lo menos 1000 MPa, preferiblemente superior a 1020 MPa, y preferiblemente superior a 1040 MPa, a una densidad sinterizada de por lo menos 7.0 g/cm3, preferiblemente al menos 7.1 g/cm3. Se puede alcanzar este nivel de densidad del producto sinterizado y resistencia a la tracción como un ejemplo mediante la compactación a 600 MPa seguida de la sinterización a 1120°C durante 20 minutos y el temple instantáneo y el revenido subsiguientes en aceite.

Con el polvo reducidamente aditivado y atomizado agua de la presente invención, es posible producir componentes sinterizados que tengan una microestructura caracterizada por una cantidad limitada/baja de austenita moteada rica en Ni en una matriz que comprende martensita. La matriz puede comprender también martensita y bainita y/o perlita. La matriz se caracteriza también por tener Mo distribuido de manera no homogénea.

También es sorprendente que se haya comprobado que la capacidad de maquinado de los componentes de acuerdo con la invención, en su estado case sinterizado, es mucho mejor que la de los componentes casi sinterizados fabricados de materiales aleados superiores.

EJEMPLO 1 Se produjeron polvos de acero aleados a base de hierro mezclando elementos de aleación con polvo de hierro puro, y por tratamiento térmico de la mezcla de polvos en atmósfera de reducción, aglutinando las partículas más pequeñas de elemento de aleación por difusión a las partículas más grandes. El cuadro 1 muestra las composiciones químicas de los diferentes polvos. Los tamaños de partícula de todos los polvos (A, B, Ref 1-3) fueron inferiores a 150 pm. Polvo A, B eran por igual a base de polvo de hierro ASC100.29, obtenible de Hóganás AB y se aglutinaron por difusión con polvo con contenido de Ni (partículas finas de Ni esencialmente puras) y un polvo con contenido de Mo (partículas finas de óxidos de Mo). La Ref. 1 era a base de en polvo de hierro ASC100.29, obtenible de Hóganás AB, y se aglutinaron por difusión con polvo con contenido de Ni (partículas finas de Ni esencialmente puras) y un polvo con contenido de Mo (partículas finas de óxidos de Mo). La Ref. 2 era a base de en polvo de hierro ASC100.29, obtenible de Hóganás AB, y se aglutinaron por difusión con polvo con contenido de Ni (partículas finas de Ni esencialmente puras), un polvo con contenido de Mo (partículas finas de óxidos de Mo) y un polvo con contenido de Cu (partículas finas de óxidos de Cu). Se preparó la Ref. 3 como un polvo prealeado. Se muestran en el cuadro 1 los análisis químicos de los polvo aleados por difusión (A, B, Ref. 1y Ref. 2) y el polvo prealeado (Ref. 3).

CUADRO 1 Composición química de los polvos de acero A, B y las referencias Polvo Mo [%] Ni [%] Cu [%] Mn [%] C [%] O [%] A 0.50 0.50 - 0.17 0.002 0.08 B 0.51 0.87 - 0.12 0.002 0.08 Ref. 1 0.89 0.89 - <0.10 0.002 0.08 Ref. 2 0.50 4.0 1.5 <0.10 0.002 0.08 Ref. 3 0.60 0.45 0.3 0.004 0.13 (prealeado) Los polvos de acero obtenidos se mezclaron con 0.6 % en peso de la composición de grafito UF4, de Kropfmühl, y 0.8 % de Amide Wax PM, obtenible de Hóganás AB, Suecia.

Se transfirieron las composiciones de polvo obtenidas a un molde y se compactaron para formar los componentes crudos a una presión de compactación de 600 MPa. Se sinterizaron los componentes crudos compactados en un horno de laboratorio con banda transportadora a una temperatura de 1 120°C durante 20 minutos en una atmósfera de 90% de nitrógeno y 10% de hidrógeno.

Se calentaron los especímenes presinterizados en una atmósfera con un potencial de carbono de 0.6% a 840°C durante 20 minutos, seguido de temple instantáneo en aceite. Los especímenes se sometieron además a revenido en aire a 200 °C durante 60 minutos.

Se sometieron a prueba los especímenes sinterizados en cuanto a resistencia a la tracción y alargamiento de acuerdo con ASTME9-89C y dureza, HRC de acuerdo con SS-EN ISO 6508-1. Se sometió a prueba la energía de impacto de acuerdo con EN10045-1.

El cuadro 2 muestra cantidades añadidas de grafito a la composición antes de producir las muestras de prueba, y los resultados del análisis químico de los especímenes sinterizados a 1120 °C y tratados con calor. También muestra los resultados de pruebas de resistencia a la tracción, pruebas de energía de impacto y pruebas de dureza.

CUADRO 2 Cantidad de grafito añadido. C analizado, resultados de las pruebas de tensión, pruebas de energía de impacto y pruebas de dureza Polvo Grafito c 0 Densidad del Limite aparente Resistencia a Alargamiento Dureza Energía de Composición añadido aroducto de elasticidad a tracción impacto a base de [%] [%] [%] sinterizado [ Pa] [MPa] [%] :HRC] [J] polvo [g/cm3] A 0.6 0.56 0.06 7.10 1040 1042 0.20 34.0 9.3 B 0.6 0.55 0.06 7.11 1050 1093 0.27 35.9 11.0 Ref. 1 0.6 0.57 0.06 7.09 1044 1050 0.21 36.2 9.4 Ref. 2 0.6 0.51 0.04 7.08 837 1015 0.57 30.5 13.3 Ref. 3 0.6 0.59 0.08 6.99 - 873 0.12 33.4 5.8 Las muestras reducidamente aditivadas a base de polvo A y B muestran un límite aparente de elasticidad que es similar al límite de las muestras a base de la Ref. 1 después del tratamiento térmico. Éstas muestran un límite aparente de elasticidad que es superior al límite de las muestras a base de la Ref. 2 altamente aditivada, y muestran una resistencia a la tracción que es superior a la de las muestras a base de la Ref. 3 prealeada. El mayor contenido de Mo en la Ref. 1 no produce ningún efecto positivo.

Las muestras reducidamente aditivadas a base de polvo A y B muestran una resistencia a la tracción que es similar o superior a la resistencia de las muestras a base de la Ref. 1 después del tratamiento térmico. Éstas muestran una resistencia a la tracción que es superior al límite de las muestras a base de la Ref. 2 altamente aditivada, y muestran una resistencia a la tracción que es superior a la resistencia de las muestras a base de la Ref. 3 prealeada. Tampoco aquí el mayor contenido de Mo en la Ref. 1 produce algún efecto positivo.

El alargamiento de las muestras preparadas a partir de A y B es similar o mayor al alargamiento de las muestras preparadas a base de la Ref. 1. Es más alto que el alargamiento de los materiales prealeados, pero es más bajo que el alargamiento de las muestras a base de la Ref. 2 altamente aleada. En comparación con las muestras a base la Ref. 3 prealeada, el alargamiento es mejor.

La dureza de las muestras preparadas a partir de A y B es similar a la dureza de las muestras preparadas a partir de la Ref. 1. No se observó efecto positivo de alto contenido de Mo. La dureza es superior a la dureza de las muestras a base de la Ref. 2 altamente aleada gracias a la austenita menos rica en Ni en la microestructura predominantemente martensítica. La dureza es también superior a la de las muestras a base de la Ref. 3 de material prealeado.

Los resultados de la prueba de energía de impacto de las muestras preparadas a partir de A y B son similares a los resultados de la prueba de energía de impacto de las muestras preparadas a partir de la Ref. 1. Es algo menor que los resultados de las pruebas de energía de impacto de las muestras preparadas a partir de la Ref. 2, y es más alto que los resultados de la energía de impacto de las muestras preparadas a partir de la Ref. 3.

EJEMPLO 2 Se produjeron las muestras y se sometieron a prueba de acuerdo con el ejemplo 1, con la excepción de la temperatura de sinterización, que fue de 1250°C. El cuadro 3 muestra cantidades añadidas de grafito a la composición antes de producir las muestras de prueba, y los resultados del análisis químico de los especímenes sinterizados a 1250°C y tratados con calor. También muestra los resultados de pruebas de resistencia a la tracción, pruebas de energía de impacto y pruebas de dureza.

CUADRO 3 Cantidad de grafito añadido, C analizado, resultados de las pruebas de tensión, pruebas de energía de impacto v pruebas de dureza Polvo Grafito C O Densidad del Limite aparente Resistencia Alargamiento Dureza Energía de Composición añadido producto de elasticidad a la tracción m pacto a base de [%] [%] [%] sinterizado [MPa] [MPa] :%] [HRC] polvo [g/cm3] A 0.6 0.59 0.03 7.16 1146 1220 0.32 38.2 15.2 B 0.6 0.62 0.02 7.18 1168 1275 0.38 38.9 18.0 Ref. 1 0.6 0.63 0.03 7.15 1171 1279 0.39 38.9 17.5 Ref. 2 0.6 0.49 0.03 7.17 997 1236 0.82 34.0 19.6 Ref. 3 0.6 0.60 0.05 7.06 - 1061 0.12 36.9 12.0 La muestras reducidamente aditivadas a base de polvo A y B muestran un límite aparente de elasticidad que es similar al límite aparente de elasticidad de las muestras a base de la Ref. 1 después del tratamiento térmico. Éstas muestran un límite aparente de elasticidad que es superior al límite aparente de elasticidad de las muestras a base de la Ref. 2 altamente aditivada, y muestran una resistencia a la tracción que es superior a la resistencia a la tracción de las muestras a base de la Ref. 3 prealeada. El mayor contenido de Mo en la Ref. 1 no produce ningún efecto positivo.

Las muestras reducidamente aditivadas a base de polvo A y B muestran una resistencia a la tracción que es similar a la resistencia a la tracción de las muestras a base de la Ref. 1 y la Ref. 2 después de tratamiento térmico, y muestran una resistencia a la tracción que es superior a la resistencia de las muestras a base de la prealeado Ref. 3. Tampoco aquí el mayor contenido de Mo en la Ref. 1 produce algún efecto positivo.

El alargamiento de las muestras preparadas a partir de A y B es similar al alargamiento de las muestras preparadas a base de la Ref. 1. Es mayor que el alargamiento de los materiales prealeados, pero es menor que el alargamiento de las muestras a base de la Ref. 2 altamente aleada. En comparación con las muestras a base la Ref. 3 prealeada, el alargamiento es mejor.

La dureza de las muestras preparadas a partir de A y B es similar a la dureza de las muestras preparadas a partir de la Ref. 1. No se observó efecto positivo de alto contenido de Mo. La dureza es superior a la dureza de la Ref. 2 altamente aleada gracias a la austenita retenida menos rica en Ni en la microestructura predominantemente martensítica. La dureza es también superior a la de las muestras a base de la Ref. 3 de polvo prealeado.

Los resultados de las pruebas de la energía de impacto de las muestras preparadas a partir de A y B son similares a los resultados de las pruebas de la energía de impacto de las muestras preparadas a partir de la Ref. 1 y la Ref. 2, y es mayor a los resultados de la energía de impacto de las muestras preparadas a partir de la Ref. 3.

Los resultados muestran que, para la alta resistencia y la alta dureza, la forma más favorable para agregar elementos de aleación en este sistema de aleación y para los procedimientos de tratamiento térmico similares a los que se describen en los ejemplos, es mediante aleación por difusión. Por otra parte, cuando lo que se procura alta resistencia y alta dureza, la adición de Ni debe ser moderada, ya que con un alto contenido la presencia de austenita retenida disminuye la dureza y la resistencia. Por otra parte, la adición de Mo superior al 0.55% no proporciona ninguna mejora en rendimiento mecánico.

Además, las muestras con resistencia a la tracción a base de los polvos A y la Ref. 2 como en el cuadro 3 se evaluaron metalográficamente mediante el uso de técnicas estándar de LOM y ataque químico. En la figura 1 se toma la imagen metalográfica de una muestra elaborada de material A, que demuestra una estructura casi por completo martensítica y muy pocas áreas de austenita moteada rica en Ni (vistas como manchas brillantes en la imagen). En la figura 2 se toma la imagen metalográfica de una muestra elaborada de la Ref 2, que muestra una estructura martensítica que tiene muchas áreas de austenita rica en Ni (vistas como manchas brillantes en la imagen).

EJEMPLO 3 Se produjeron muestras a base de los polvo A y la Ref. 2 y se sometieron a prueba de acuerdo con el ejemplo 1 , con las excepciones de la temperatura de sinterización, que fue de 1250°C, y de que no se sometieron las muestras a un tratamiento térmico después de sinterizar, es decir las muestras estaban en estado casi sineterizado. El grafito y/o el MnS del agente promotor de la capacidad de maquinado se mezclaron con los polvos de acuerdo a las especificaciones del cuadro 4. Se realizaron pruebas de la capacidad de maquinado en las muestras, mediante la perforación y el recueto de la cantidad de agujeros realizados antes de la falla total de la perforación. Se muestra el resultado en el cuadro 4.

Geometría de prueba: 080 x 12 mm Tipo de perforación: Dormir 03.5, A002 Datos de corte: Velocidad de corte, Ve = 40 m/min Alimentación, f = 0.06 mm/rev Profundidad de corte, ap = 9.6 mm (ciego), seco CUADRO 4 Resultados de las pruebas de la capacidad de maquinado # Brocas Tiempo Polvo de base Grafito [%] MnS [%] agujeros/broca usadas [min] A 0.6 - 2400 1 79 A 0.6 0.5 »2400 1 >79 Ref2 0.6 0.5 20 4 1 Como se puede observar en el cuadro 4, la capacidad de maquinado de los componentes casi sinterizados a base de polvo es mucho mejor que la de las muestras a base de la Ref. 2. Incluso las muestras a base de polvo A sin la adición del MnS fueron mejores que las muestras a base de la Ref. 2 que tiene MnS como agente promotor de la capacidad de maquinado.

Claims (8)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un polvo de acero a base de hierro y atomizado con agua, que comprende en % en peso 0.45-0.90 de Ni, 0.30-0.55 de Mo, 0.1-0.3 de Mn, menos de 0.2 de Cu, menos de 0.1 de C, menos de 0.25 de O, menos de 0.5 de impurezas inevitables, y el resto siendo hierro, y en donde se han aleado Ni y Mo mediante un procedimiento de aleación por difusión.

2 - El polvo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el contenido de Ni está dentro de la escala de 0.45-0.65% en peso.

3. - El polvo de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque el contenido de Mo está dentro de la escala de 0.45-0.55% en peso.

4. - El polvo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado además porque el contenido de Mn es mayor a 0.15% en peso.

5. - Una composición en polvo a base de hierro, que comprende un polvo de acero como el que se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1-4 mezclado con 0.35-1.0% en peso de la composición del grafito, y opcionalmente 0.05-2.0 % en peso de la composición de lubricantes, y/o cobre en una cantidad de 0-3.0% en peso; y opcionalmente materiales de fase dura y agentes promotores de la capacidad de maquinado.

6. - Un método para producir un componente sinterizado, integrado por los pasos de: a) preparar una composición de polvo de acero a base de hierro de conformidad con la reivindicación 5; (b) someter la composición a compactación a una presión de entre 400 y 2000 MPa, preferiblemente 400-1000 MPa, y muy preferiblemente 500-800 MPa; c) sinterizar el componente crudo obtenido en una atmósfera de reducción a una temperatura entre 1000-1400°C, preferiblemente a una temperatura entre 1100-1300°C; y d) opcionalmente someter el componente sinterizado obtenido a un tratamiento térmico, tal como temple instantáneo y revenido.

7. - Un componente sinterizado producido a partir de una composición de la reivindicación 5.

8. - El componente de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque tiene una resistencia a la tracción de por lo menos 1000 MPa, preferiblemente de 1020 MPa, y muy preferiblemente superior a 1040 MPa, y una densidad del producto sinterizado de por menos 7.0 g/cm3, preferiblemente por lo menos 7.1 g/cm3 y que tiene preferiblemente una microestructura caracterizada por una baja cantidad de austenita moteada rica en Ni en una matriz que comprende martensita.