MX2015005436A

MX2015005436A - Valvula de motor.

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Publication number: MX2015005436A
Application number: MX2015005436A
Authority: MX
Inventors: Hisanaga Yokoyama; Masanami Iio
Original assignee: Nittan Valva
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2015-07-21
Also published as: CN104919150A; BR112015009775B8; IN2015CN02500A; JPWO2014068662A1; JPWO2014069397A1; EP2915965A4; JP5763847B2; MX338393B; PL2915965T3; EP2915965A1; WO2014068662A1; KR20150056869A; EP2915965B1; WO2014069397A1; US9334977B2; BR112015009775A2; US20150292640A1; KR101542447B1; BR112015009775B1

Abstract

Proporcionar una válvula de motor que satisfaga las características predeterminadas con respecto a resistencia al impacto, resistencia a la abrasión y resistencia a la corrosión a alta temperatura, las cuales cumplen o exceden niveles predeterminados requeridos para resistir ambientes de uso severo, mientras que también minimice las proporciones de contenido de metales raros predeterminados; una válvula de motor está configurada para incluir un cuerpo de base de válvula de motor que tiene una porción de tallo y una porción de cabeza proporcionada en una porción de extremo de la porción de tallo, dicha válvula de motor comprende: una porción de acumulación formada por soldadura de asiento para rodear la porción de cabeza; y un asiento obtenido formando una capa endurecida de superficie sobre la porción de acumulación, en donde la porción de acumulación está formada de un material de soldadura de asiento constituido por una aleación de Ni-Fe-Cr que contiene W de 8.0 a 40.0 % en masa, Mo en un total junto con W en un intervalo de 20.0 a 40.0 % en masa, Fe de 20.0 a 50.0 % en masa, Cr de 12.0 a 36.0 % en masa, B de 1.0 a 2.5 % en masa, y un balance de Ni e impurezas inevitables, y en donde la capa endurecida de superficie se forma efectuando tratamiento de nitruración sobre la válvula completa para formar una capa de nitruro sobre una superficie maquinada formada sobre el asiento, asegurando por tanto la característica predeterminada mientras se minimiza la proporción de contenido de metales raros.

Description

VALVULA DE MOTOR CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con una válvula de motor con un asiento formado de un metal de soldadura de asiento.

ANTECEDENTESDELAINVENCIÓN En un ambiente de combustión seca en donde combustiona un gas natural o similar, debido a que los residuos de combustión no se forman fácilmente sobre la superficie de una válvula de motor, el contacto directo metal-metal ocurre entre una superficie de asiento de válvula y un inserto de asiento de modo que el asiento de válvula sufre desgaste adhesivo severo. En esta conexión, Tribaloy T400 (Marca Registrada), una aleación de resistencia a la abrasión a base de cobalto, se ha usado en gas natural y otros tales ambientes en donde ocurre abrasión severa. Sin embargo, ya que el costo del material es alto y la viabilidad es pobre en el caso de usar la aleación de resistencia a la abrasión a base de cobalto, éste es un error fatal en la fabricación de una válvula.

Se han hecho varias propuestas para reducir el costo de las válvulas de motor que tienen alta durabilidad en un ambiente de combustión seca. En particular, la Publicación de Patente #1 indicada más adelante propone formar una capa endurecida de superficie efectuando un tratamiento de nitruración sobre un metal de soldadura de asiento de una aleación a base de hierro de una composición específica, incrementando así la durabilidad de una válvula de motor a un bajo costo.

Publicación de la téenica previa Publicación de patente Publicación de patente 1: Publicación de Patente Japonesa Abierta No. Hei 7-102916 BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Problemas a Resolverse por medio de la Invención Sin embargo, la preocupación creciente acerca del ambiente en años recientes ha conducido a la imposición de varias limitaciones sobre el uso ambiental de equipo industrial. Junto con esta tendencia, se ha llegado a sentir una necesidad de mejoramiento adicional de rendimiento de aleación de cara dura y el desarrollo de una aleación económica que permita la utilización efectiva de recursos minerales y uso reducido de metales raros. En particular, es necesario desarrollar una aleación de soldadura de asiento para usarse en una válvula de motor que tenga buena resistencia al impacto, buena resistencia a la abrasión y buena resistencia a la corrosión de alta temperatura, y que pueda utilizar una aleación económica usando abundantemente los recursos disponibles.

Es un objetivo de la presente invención el de proporcionar una válvula de motor que logre resistencia al impacto, resistencia a la abrasión y resistencia a la corrosión a alta temperatura, los cuales cumplen o exceden niveles predeterminados requeridos para resistir ambientes severos, mientras que también minimice las proporciones de contenido de metales raros predeterminados.

Medios para resolver los problemas Una invención definida en la reivindicación 1 se caracteriza por una válvula de motor que incluye un cuerpo de base de válvula de motor que tiene una porción de tallo y una porción de cabeza proporcionada en una porción de extremo de la porción de tallo, dicha válvula de motor comprende: una porción de acumulación formada por soldadura de asiento para rodear la porción de cabeza; y un asiento obtenido formando una capa endurecida de superficie sobre la porción de acumulación, en donde la porción de acumulación está formada de un material de soldadura de asiento constituido por una aleación de Ni-Fe-Cr que contiene W de 8.0 a 40.0 % en masa, Mo en un total junto con W en un intervalo de 20.0 a 40.0 % en masa, Fe de 20.0 a 50.0 % en masa, Cr de 12.0 a 36.0 % en masa, B de 1.0 a 2.5 % en masa, y un balance de Ni e impurezas inevitables, y en donde la capa endurecida de superficie se forma efectuando tratamiento de nitruración sobre la válvula completa para formar una capa de nitruro sobre una superficie terminada a máquina formada sobre el asiento.

La invención definida en la reivindicación 2 está caracterizada en que en la configuración de la invención definida en la reivindicación 1, los elementos incorporados dentro de un intervalo de elementos restantes contenidos en el material de soldadura de asiento comprenden 15.0 % en masa o menos de elementos seleccionados entre Co, Mn, Cu y Si, 15.0 % en masa o menos de Co, 5.0 % en masa o menos de n, 5.0 % en masa o menos de Cu, 2.0 % en masa o menos de Si y 0.5 % en masa o menos de C.

Ventajas teenicas de la invención De conformidad con la invención definida en la reivindicación 1, debido a que la capa de nitruro formada como la capa endurecida de superficie sobre el asiento terminado a máquina del material de soldadura de asiento que satisface cuatro propiedades prescritas se forma efectuando el tratamiento de nitruración sobre la válvula completa, es posible fabricar una válvula de motor que tenga una durabilidad requerida sin particular incremento en los pasos de fabricación, mientras se minimiza el contenido de ciertos metales raros difíciles de obtener.

De conformidad con la invención definida en la reivindicación 2, además de la ventaja técnica de la invención definida en la reivindicación 1, el contenido de elementos adicionales que no tienen un impacto negativo sobre la propiedad física se suprime igual o de manera inferior al límite superior predeterminado, de modo que es posible prevenir la disminución en la resistencia al impacto y la resistencia a la abrasión de la aleación de conformidad con la presente invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS [Figuras 1A y IB] Las Figuras 1A y IB son vistas en sección transversal de una válvula de motor en la vecindad de un asiento.

[Figuras 2A y 2B] Las Figuras 2A y 2B son un conjunto de diagramas (Figura 2A) y (Figura 2B) para comparar un nuevo paso para la fabricación de una válvula de motor y un paso convencional para fabricar una válvula de motor.

[Figura 3] La Figura 3 es una gráfica para comparar cantidades de abrasión de un asiento entre el caso en donde estuvo presente una capa de nitruro de metal de soldadura de asiento a base de Fe y el caso en donde no estuvo presente una capa de nitruro de metal de soldadura de asiento a base de Fe.

[Figura 4] La Figura 4 es una gráfica para comparar cantidades de abrasión de un asiento entre el caso en donde estuvo presente una capa de nitruro de metal de soldadura de asiento a base de Co y el caso en donde no estuvo presente una capa de nitruro de metal de soldadura de asiento a base de Co.

[Figura 5] La Figura 5 es una gráfica para comparar la dureza a alta temperatura de metales de soldadura de asiento.

[Figura 6] La Figura 6 es un diagrama que muestra una válvula de motor.

[Figura 7] La Figura 7 es un diagrama que muestra un método de prueba de abrasión de válvula.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Una modalidad preferida de la presente invención concretamente configurada basándose en la idea téenica descrita anteriormente se describirá a continuación.

Configuración Como se muestra en las Figuras 1A y IB que son una vista en sección transversal de una válvula de motor, con respecto a una válvula de motor de conformidad con la presente invención, en un primer caso (Figura 1A) en donde se usa una aleación a base de hierro como un metal de soldadura de asiento 11, una aleación resistente a la abrasión a base de hierro que tiene una composición predeterminada especificada más adelante se usa como el metal de soldadura de asiento 11 y la válvula completa se somete a un tratamiento de nitruración después del procesamiento por máquina de la superficie de asiento F, formando por tanto una capa endurecida de superficie 12 que consiste en una capa de nitruro sobre el metal de soldadura de asiento 11 y formar una capa de nitruro 12a sobre el resto de la superficie de válvula. Además, en un segundo caso (Figura IB) en donde se usa una aleación a base de cobalto como un metal de soldadura de asiento 13, una aleación resistente a la abrasión a base de cobalto comúnmente usada se usa como el metal de soldadura de asiento 13 y la válvula completa se somete a un tratamiento de nitruración después del procesamiento por máquina de la superficie de asiento F, formando por tanto una capa endurecida de superficie 14 que consiste en una capa de óxido que contiene capas de nitruro esporádicas sobre el metal de soldadura de asiento 13 y formar una capa de nitruro 14a sobre el resto de la superficie de válvula.

En las válvulas de motor configuradas como se describió anteriormente, la capa endurecida de superficie 12 formada sobre el asiento F del metal de soldadura de asiento 11 por medio de tratamiento de nitruración junto con la capa de nitruro 12a en ei caso (Figura 1A) y la capa endurecida de superficie 14 formada sobre el asiento F del metal de soldadura de asiento 13 por medio del tratamiento de nitruración junto con la capa de nitruro 14a en el caso (Figura IB) puede prevenir la ocurrencia de contacto directo metal con metal entre la superficie de asiento de la válvula de motor y el asiento de válvula y puede asegurar resistencia a la abrasión del asiento en cooperación con una porción de tallo de la válvula.

Procedimiento de Fabricación Como se muestra en los diagramas de las Figuras 2A y 2B que comparan pasos nuevos y convencionales para la fabricación de una válvula de motor, cuando la válvula de motor ha de fabricarse, la válvula completa se somete a un tratamiento de nitruración después del procesamiento por máquina de la superficie del asiento (Figura 2A). Dos pasos en el procedimiento convencional (Figura 2B), es decir, el tratamiento de nitruración para prevenir la abrasión de la porción de tallo deslizante y el procesamiento por máquina del asiento, se transponen en el procedimiento (Figura 2A), de modo que la válvula de motor se puede fabricar de forma simple transponiendo estos pasos sin costo adicional.

El material de válvula puede ser un acero martensítico, acero resistente al calor austenítico o súper aleación a base de Ni. Un metal de soldadura de asiento a base de hierro o metal de soldadura de asiento a base de cobalto se suelda sobre la superficie de asiento de la válvula de escape formada por forjado y la superficie de asiento de válvula se somete a desbaste y pulido para finalizar la superficie de asiento de válvula.

Después, la válvula completa se somete a tratamiento de nitruración. Por ejemplo, la válvula completa se somete a nitruración suave de baño de sal, específicamente a nitruración en un baño de sal mezclado que contiene cianato de sodio o cianato de potasio, para formar una capa de nitruro de compuesto intermetálico sobre la superficie de un metal de soldadura de asiento de aleación a base de hierro o formar una capa de óxido que contiene capas de nitruro esporádicas sobre un metal de soldadura de asiento de aleación a base de cobalto. Alternativamente se pueden usar nitruración suave de gas, nitruración de plasma o similares.

Resistencia a la Abrasión En el caso de un metal de soldadura de asiento de aleación a base de hierro, las capas de nitruro se formaron por nitruración a temperaturas en el intervalo de 270 °C a 460 °C y se usó un banco de pruebas para comparar las cantidades de abrasión entre especímenes con y sin la capa nitrurada, con el resultado mostrado en la Figura 3. Se encontró que el asiento tenía resistencia a la abrasión. Por lo tanto, en cuanto al metal de soldadura de asiento a base de hierro, se puede asegurar alta viabilidad, el contenido de metales raros se puede minimizar y se puede evitar el incremento en el número de pasos, de modo que la alta resistencia a la abrasión se puede realizar usando una capa de nitruro sin algún incremento en el costo. Las condiciones de prueba del banco de pruebas fueron las siguientes, en donde [L] es una notación exponencial. (1) Velocidad de Rotación de la Cámara: 3000 rpm, (2) Velocidad de Rotación de la Válvula: 20 rpm, (3) Número de Contactos: 1.6 x 10L6, (4) Número de Especímenes: dos por temperatura.

En el caso de un metal de soldadura de asiento de aleación a base de cobalto, las pruebas de tiempo fijo se llevaron a cabo usando un motor real para comparar cantidades de abrasión de asiento entre especímenes con y sin la capa de nitruro, con los resultados mostrados en la Figura 4. Como muestra la Figura 4, el contacto directo metal con metal se previno por medio de una capa de óxido que contiene capas de nitruro esporádicas y se encontró que la nitruración era preferible para suprimir la abrasión del asiento. Se confirmó a partir de análisis componencial de una sección transversal que las capas de nitruro esporádicas correspondían a la distribución de hierro sobre la superficie del asiento.

Dureza a Alta Temperatura Se examinó la influencia del tratamiento de nitruración del metal de soldadura de asiento sobre dureza de alta temperatura y los resultados se muestran en la Figura 5 en la forma de gráficas comparativas. Como se muestra en la Figura 5, en el caso en donde la temperatura del asiento durante la operación del motor fue una temperatura de difusión de capa de nitruro (aproximadamente 600 °C), el tratamiento de nitruración del metal de soldadura de asiento aseguró dureza considerable a alta temperatura del metal de soldadura de asiento a base de hierro 1A, IB (indicada con cuadros) y la aleación a base de cobalto (indicada con diamantes) en relación con el acero resistente al calor como SUH35 o similar (Indicado con círculos). Por lo tanto se puede esperar que la aleación resultante del tratamiento de nitruración del metal de soldadura de asiento tenga mejor resistencia a la abrasión que solamente por medio del tratamiento de nitruración sin que esté presente el metal de soldadura de asiento. Las fracciones del componente del metal de soldadura de asiento a base de hierro 1A, el metal de soldadura de asiento a base de hierro IB, la aleación a base de cobalto 3A, la aleación a base de cobalto 3B y el acero resistente al calor se muestran en el Cuadro 1.

CUADRO 1 Metal de soldadura de asiento a base de hierro El metal de soldadura de asiento a base de hierro aplicable a la válvula de motor de conformidad con la presente invención se describirá a detalle a continuación.

La siguiente aleación a base de hierro (en lo sucesivo también referida como una "aleación de la presente invención") se desarrolló como una aleación de Ni-Fe-Cr que puede realizar valores característicos necesarios para la durabilidad de un asiento basado en cuatro requerimientos indispensables para lograr una aleación de cara dura que exhiba resistencia al impacto, resistencia a la abrasión y resistencia a la corrosión a alta temperatura, y que también habilite la minimización de contenido raro.

Los valores objetivo establecidos como los requerimientos son los siguientes. En lo sucesivo, "centímetro cuadrado" se denota como "cm2".

Valor de impacto de Charpy: igual a o mayor que 4 J/cm2.

Dureza de Rockwell (escala C): igual a o mayor que 42 Pérdida de abrasión: igual a o menor que 150 mm Contenido de Fe: igual o a mayor que 20 % en masa Aquí, los metales raros están definidos como metales distintos de hierro, aluminio, cobre, zinc, estaño, oro, plata, mercurio, plomo, sílice, carbono y los elementos metálicos Ni, Cr, B, Mo, W, Mn y Co de la presente invención.

Una aleación de Ni-Fe-Cr de la presente invención está caracterizada por contener de 0 a 20 % en masa de Mo, y de 8.0 a 40.0 % en masa de W, y un total de Mo y W de 20.0 y 40.0 % en masa, 20.0 a 50.0 % en masa de Fe. 12.0 a 36.0 % en masa de Cr, 1.0 a 2.5 % en masa de B, y un balance de Ni e impurezas inevitables. Aquí, las impurezas inevitables son materia agregada no intencionalmente pero inevitablemente arrastrada en los pasos de fabricación de las materias primas respectivas y los ejemplos ilustrativos incluyen Mg, S, O, N, V, Zr, Sn y similares. El total de las impurezas inevitables es normalmente Igual a o menor que 0.3 % en masa, un nivel que no perjudique el efecto de la presente invención.

Además, la aleación de la presente invención puede ser una aleación de Ni-Fe-Cr caracterizada por contener 15.0 % en masa o menos de elementos seleccionados de un grupo que consiste en Co, Mn, Cu, Si y C, en un contenido de Co de 15.0 % en masa o menos, de Mn de 5.0 % en masa o menos, de Cu de 5.0 % en masa o menos, de Si de 2 % en masa o menos y de C de 0.5 % en masa o menos.

Especificación de Proporciones de Componentes Las proporciones de componentes anteriormente descritas se especificaron basándose en resultados experimentales de un ejemplo de trabajo de la siguiente manera.

W y Mo se disolvieron en Ni que sirve como sustrato (matriz) o en solución sólida de Fe, mejorando por tanto la resistencia a la abrasión y la resistencia al impacto de la aleación, y una parte del W y Mo formó compuestos intermetálicos junto con B para mejorar adicionalmente la resistencia a la abrasión. Sin embargo, en el caso en donde el contenido total de W y Mo fue menor del 20 % en masa, ningún compuesto intermetálico se cristalizó lo suficiente, mientras que en el caso en donde el contenido total de W y Mo fue de más del 40.0 % en masa, mucho compuesto intermetálico se cristalizó a tenacidad considerablemente inferior (resistencia al impacto). Por lo tanto, la cantidad total de W y Mo se especificó de 20.0 a 40.0 % en masa. Además, ya que ningún compuesto intermetálico se cristalizó lo suficiente en el caso en donde el contenido de W fue menor que 8.0 % en masa, el contenido de W preferiblemente es de 8.0 a 40 % en masa, y debido a que el límite de solubilidad en el sustrato de Mo es menor que el de W, el límite superior del contenido de Mo se especifica en 20.0 % en masa. Además, debido a que el Mo es un constituyente opcional, el contenido de Mo puede ser cero.

El Fe es un elemento abundante y económico que contribuye a la reducción del precio del producto. Por lo tanto, el contenido de Fe preferiblemente es tan grande como sea posible, y el límite inferior del contenido de Fe por lo tanto se especifica en 20.0 % en masa. Por otro lado, el Fe se disolvió en solución sólida de Ni pero la resistencia al impacto, dureza y resistencia a la corrosión a alta temperatura del producto disminuyeron cuando el contenido de Fe excedió 50.0 % en masa, de modo que el contenido de Fe por lo tanto se especifica de 20.0 a 50.0 % en masa.

El Cr se disuelve en solución sólida de Ni o solución sólida de Fe e imparte resistencia a la abrasión, resistencia al impacto, resistencia a la corrosión y resistencia a la oxidación al producto. Además, debido a que una parte del Cr formó un compuesto intermetálico junto con B y se difundió en la matriz, el Cr además mejoró la resistencia a la abrasión. Sin embargo, el Cr no mejoró lo suficiente la resistencia a ia abrasión, resistencia a la corrosión y resistencia a la oxidación del producto cuando el contenido de Cr fue menor que 12 % en masa, mientras que en el caso en donde el contenido de Cr excedió el 36.0 % en masa, la formación excesiva de compuesto intermetálico en la textura metálica, disminuyó la tenacidad del producto, de modo que el contenido de Cr se especifica de 12.0 a 36.0 % en masa.

B formó compuestos intermetálicos junto con W, Mo y Cr, contribuyendo así a la resistencia a la abrasión del producto. Además, B limpió el metal fundido y mejoró el flujo metálico durante la soldadura del asiento. Así, B mejoró la viabilidad de una acumulación de PTA (Arco Transferido de Plasma), una acumulación de ?? (Gas Inerte de Tungsteno), un rociado térmico o similares. Sin embargo, en el caso en donde el contenido de B fue menor que 1.0 % en masa, no se pudo formar una cantidad suficiente de compuestos intermetálicos, de modo que la resistencia a la abrasión disminuyó y el metal fundido no se pudo limpiar lo suficiente. Por otro lado, en el caso en donde el contenido de B excedió 2.5 % en masa, la formación excesiva de compuestos intermetálicos disminuyó considerablemente la tenacidad (resistencia al impacto). Así, el contenido de B se especifica en 1.0 a 2.5 % en masa.

La aleación de la presente invención puede contener 15.0 % en masa o menos de Co, 5 % en masa o menos de Mn, 5 % en masa o menos de Cu, 2.0 % en masa o menos de Si y 0.5 % en masa o menos de C como elementos aditivos que no afectan negativamente las propiedades físicas del producto, pero el límite superior de la cantidad total de Co, Mn, Cu, Si y C se específica por ser igual o menor que 15.0 % en masa, para no perjudicar la resistencia al impacto y la resistencia a la abrasión.

Ventajas Teenicas En la aleación de la presente invención, la cantidad usada de metales raros se puede disminuir agregando 20 % en masa o más de Fe. La aleación de la presente invención tiene un valor de impacto de Charpy de 4 J/cm2 o más y una dureza (HRC) de 42 o más. Además, en un asiento de válvula y prueba de abrasión de inserto de asiento de válvula explicada más adelante, la aleación de la presente invención, incurrió una cantidad total de asiento de válvula de motor y pérdida de abrasión de inserto de asiento de válvula de menos de 150 pm. Por lo tanto, la aleación de la presente invención no sólo es aplicable a una válvula de motor sino también ampliamente aplicable en otros campos como aleación de cara dura que tiene alta resistencia al impacto y alta resistencia a la abrasión.

Como se describió anteriormente, debido a que la aleación de la presente invención tiene una alta resistencia al impacto y alta resistencia a la abrasión como una aleación de cara dura, puede potenciar la durabilidad de una soldadura de asiento de válvula de motor con la aleación. Además, debido a que la aleación de la presente invención contiene 20 % en masa o más de Fe, el cual es un elemento abundante y relativamente económico, es posible disminuir la cantidad usada de metales raros y fabricar una válvula de motor que utilice efectivamente recursos minerales y sea amigable con el ambiente.

Además, la aplicación de la aleación de la presente invención no está limitada a un metal de soldadura de asiento y es posible fabricar componentes mecánicos que tienen alta resistencia a la abrasión por medio de la adición combinada de los mismos a componentes sinterizados producidos por metalurgia de polvo, produciendo así partículas duras.

EJEMPLOS DE TRABAJO Modalidades La aleación de la presente invención se puede usar como un metal de soldadura de asiento calentando y fundiendo un metal base producido preparando y dispensando Ni como componente base, W, Mo, Fe, Cr y B como constituyentes adicionales, y Co, Mn, C y Si agregados como lo demande la ocasión de modo que el contenido de cada componente se vuelve un porcentaje en masa predeterminado en un crisol en un horno de fundición para producir una aleación en forma líquida a polvo usando el procedimiento de atomización o el procedimiento de fundición y aplastamiento, o, fundiendo la aleación en forma líquida en un molde predeterminado para obtener una aleación tipo varilla o tipo placa.

En particular, la aleación de la presente invención fabricada usando el procedimiento de atomización se puede optimizar para aplicaciones de modificación de superficie como acumulación PTA, rociado térmico o similar ajustando su tamaño de grano al adecuado para el uso pensado, y la varilla de soldadura de acumulación fabricada usando el procedimiento de fundición continua se puede aplicar para modificación de superficie como por acumulación o similares. La resistencia a la abrasión de la válvula de motor se puede mejorar aplicando un polvo ajustado en su tamaño de grano o el miembro de varilla a las superficies de asiento de las válvulas de motor hechas de varios materiales.

Las aleaciones de la presente invención, hechas a la medida y compuestas como se describió anteriormente y las aleaciones de ejemplo comparativo se formaron por fundición, y se sometieron a la prueba de impacto de Charpy, prueba de dureza de Rockwell y prueba de abrasión de acuerdo con los siguientes métodos.

(D Prueba de impacto de Charpy 100 g de especímenes metálicos de las composiciones expuestas más adelante se calentaron individualmente y se fundieron a aproximadamente 1600 °C bajo una corriente de argón en un horno eléctrico, se fundieron en un molde de armazón, y después se maquinaron para obtener piezas de prueba JIS Z2242:2005 (sin muesca). Las piezas de prueba después de eso se sometieron a una prueba de impacto en cumplimiento con JIS Z2242:2005 usando una máquina de prueba de impacto de Charpy para medir los valores de impacto. (2) Medición de Dureza Cada una de las piezas fundidas producidas por medio del método de (1) se maquinó en una pieza de 10 mm x 10 mm x 20 mm con superficies paralelas expuestas. Las partes superiores de las superficies paralelas se sometieron a pulido húmedo usando papel abrasivo resistente al agua No. 240 y después se sometieron a la prueba de dureza de Rockwell en cumplimiento con JIS Z2245:2005. Aquí, la dureza de las piezas de prueba se midió sobre la escala C.

G3? Prueba de Abrasión 100 kg de especímenes metálicos de las composiciones expuestas más adelante se calentaron individualmente y se fundieron a aproximadamente 1600 °C bajo una corriente de argón en un horno de fundición de alta frecuencia, se atomizaron por medio de un método de atomización de gas y se cribaron a una malla de 80 a 350 con un tamiz vibratorio. El polvo de aleación así obtenido se soldó en asiento PTA sobre la superficie de asiento de la válvula de motor 1 hecha de acero resistente al calor de Fe-Ni-Cr como se muestra en la Figura 6 y se maquinó a una forma predeterminada. Entonces se llevó a cabo una prueba de abrasión de inserto de asiento de válvula y de asiento de válvula por medio de un método de prueba mostrado en la Figura 7.

Las condiciones de prueba fueron las siguientes.

La válvula de motor en el ejemplo de prueba tenía una porción de cabeza de aproximadamente 32 mm de diámetro, un tallo de aproximadamente 6 mm de diámetro y una longitud total de aproximadamente 110 mm. Se usó un material sinterizado de Co-Mo-Cr como el inserto de asiento de válvula. La velocidad de rotación de una leva, la velocidad de rotación de la válvula y la temperatura del asiento de válvula se establecieron en 3000 rpm, 20 rpm y 250 a 400 °C, respectivamente. Bajo estas condiciones de prueba, se llevó a cabo una prueba por nueve horas y se midió la pérdida de abrasión total del asiento de válvula y del inserto de asiento de válvula. Aquí, el número de referencia 3 designa un quemador de calentamiento y los números de referencia 4, 5, 6, 7 y 8 designan una válvula, inserto de válvula, agua de enfriamiento, rotador y una varilla de empuje (que se mueve verticalmente), respectivamente.

Criterios de Evaluación O : Pérdida de Abrasión Total de Asiento de Válvula e Inserto de Asiento de Válvula menor que 100 mm D : Pérdida de Abrasión Total de Asiento de Válvula e Inserto de Asiento de Válvula igual a o mayor que 100 pm y menor que 150 pm x : Pérdida de Abrasión Total de Asiento de Válvula e Inserto de Asiento de Válvula igual a o mayor que 150 pm Los resultados de los ejemplos de trabajo se muestran en el Cuadro 2 y los resultados de los ejemplos comparativos se muestran en los Cuadros 3 y 4.

CUADRO 2 CUADRO 3 CUADRO 4 EJEMPLO COMPARATIVO 1 Las aleaciones (a) a (i) de los ejemplos comparativos mostrados en el Cuadro 3 no satisfacen los requerimientos de la composición definida por la presente invención. En la aleación (a), la cantidad total de Mo y W es menor que el límite inferior de la cantidad total de Mo y W definido en la presente invención y en la aleación (e), la cantidad total de Fe y Cr es menor que el límite inferior de la cantidad total de Fe y Cr definido en la presente invención. En la aleación (g), la cantidad de Cr es superior al límite superior de la cantidad de Cr definido en la presente invención y la cantidad de B es menor que el límite inferior de la cantidad de B definido en la presente invención y en la aleación (i), la cantidad total de Co y Mn es superior al límite superior de la cantidad total de Co y Mn definido en la presente invención. Estas aleaciones (a), (e), (g) e (I) no satisfacen los valores objetivo de dureza y pérdida de abrasión. En la aleación (b), la cantidad total de W y B es mayor que el límite superior de la cantidad total de W y B definido en la presente invención y en la aleación (c), la cantidad total de Mo y Si es mayor que el límite superior de la cantidad total de Mo y Si definido en la presente invención. En la aleación (d), la cantidad total de W y Mo es mayor que el límite superior de la cantidad total de W y Mo definido en la presente invención y en la aleación (h), la cantidad de C es mayor que el límite superior de la cantidad de C definido en la presente invención. Estas aleaciones (b), (c), (d) y (h) no satisfacen el valor objetivo de resistencia al impacto. En la aleación (f), la cantidad de Fe es mayor que el límite superior de la cantidad de Fe definido en la presente invención. La aleación (f) no satisface los valores objetivo de la resistencia al impacto y la dureza.

EJEMPLO COMPARATIVO 2 Las aleaciones (A) a (U) mostradas en el Cuadro 4 son la aleación convencional de Co-Cr-W-C (Stellite (Marca Registrada)), la aleación convencional de Cr-Mo-Si (Tribaloy (Marca Registrada)) o aleaciones divulgadas en otras publicaciones de patente pero no satisfacen la cantidad de Fe y al menos uno de resistencia a la abrasión, dureza y pérdida de abrasión especificados por medio de la presente invención.

Al contrario, como se muestra en el Cuadro 2, la aleación de la presente invención de conformidad con cada uno de los ejemplos de trabajo 1 a 12 satisface los valores objetivo de resistencia a la abrasión, dureza y pérdida de abrasión y tiene resistencia apropiada a la abrasión y tenacidad considerable. (41 Prueba de Acumulación PTA En la fase preparatoria de la prueba de abrasión (3), se midió el flujo de metal en una alberca fundida durante la soldadura de acumulación cuando la válvula de motor se estaba fabricando. Se encontró que el flujo de metal en cada uno de los ejemplos de trabajo fue excelente, y la viabilidad de la acumulación fue buena. (51 Prueba de Corrosión de Sulfuración de Alta Temperatura Las válvulas de motor se fabricaron usando las aleaciones de conformidad con los ejemplos de trabajo y las aleaciones (A) y (C) de conformidad con los ejemplos comparativos de la misma manera que en (3). Las válvulas de motor se sumergieron en sulfuro de sodio, se mantuvieron a 850 °C por dos horas, y se observaron las condiciones de superficie de la capa de soldadura de asiento. Se encontró que el sulfuro se produjo en la aleación (C) de conformidad con el ejemplo comparativo pero no se produjo sulfuro en las aleaciones de conformidad con los ejemplos de trabajo y la aleación (A) y cada una de ellas tuvo una excelente resistencia a la corrosión por sulfuración a alta temperatura.

Prueba de Choque Termico Las válvulas de motor se fabricaron usando las aleaciones de conformidad con los ejemplos de trabajo y las aleaciones (A) y (C) de conformidad con los ejemplos comparativos de la misma manera que en (3) y después se sometieron a tratamiento con calor en un horno eléctrico ajustado a 400 °C por una hora, se templaron en agua regulada a aproximadamente 20 °C. Después se sometieron a tratamiento con calor por una hora a una temperatura mayor que la temperatura en el tratamiento previo con calor por 50 °C, seguido por enfriamiento con agua. Estas operaciones se repitieron hasta una temperatura de tratamiento con calor de 650 °C, después de eso se enfriaron con agua y se observó buscando ocurrencia de agrietamiento y despegado de la capa de soldadura de asiento. Se encontró que las grietas estaban presentes en la aleación (C) del ejemplo comparativo. Al contrario, no se observaron grietas en las aleaciones de conformidad con los ejemplos de trabajo o la aleación (A) del ejemplo comparativo, y se encontró que estas aleaciones tenían excelentes resistencias al choque térmico.

Explicación de los Números de Referencia 11 soldadura de asiento 12 capa endurecida de superficie (capa de nitruro) 15 asiento

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una válvula de motor que incluye un cuerpo de base de válvula de motor que tiene una porción de tallo y una porción de cabeza proporcionada en una porción de extremo de la porción de tallo, dicha válvula de motor comprende: una porción de acumulación formada por soldadura de asiento para rodear la porción de cabeza; y un asiento obtenido formando una capa endurecida de superficie sobre la porción de acumulación, en donde la porción de acumulación se forma de un material de soldadura de asiento constituido por una aleación de Ni-Fe-Cr que contiene W de 8.0 a 40.0 % en masa, Mo en un total junto con W en un intervalo de 20.0 a 40.0 % en masa, Fe en 20.0 a 50.0 % en masa, Cr en 12.0 a 36.0 % en masa, B en 1.0 a 2.5 % en masa, y un balance de Ni e impurezas inevitables, y en donde la capa endurecida de superficie se forma efectuando tratamiento de nitruración sobre la válvula completa para formar una capa de nitruro sobre una superficie maquinada formada sobre el asiento.

2.- La válvula de motor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque los elementos incorporados dentro de un intervalo de elementos restantes contenidos en el material de acumulación comprenden 15.0 % en masa o menos de elementos seleccionados entre Co, Mn, Cu y Si, 15.0 % en masa o menos de Co, 5.0 % en masa o menos de Mn, 5.0 % en masa o menos de Cu, 2.0 % en masa o menos de Si y 0.5 % en masa o menos de C.