MXPA04005128A - Hierro de fundicion gris para cabezas de cilindro. - Google Patents
Hierro de fundicion gris para cabezas de cilindro.Info
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Abstract
Un metodo para moldear partes con hierro de fundicion gris incluye los pasos de proporcionar metal de hierro de fundicion gris fundido con contenido controlado de carbono, silicio, fosforo, azufre, manganeso y cromo; alear el metal de hierro de fundicion gris fundido, antes de colar, con estano hasta un contenido de estano total de alrededor de 0.55 a aproximadamente 0.10%; inocular el metal de hierro de fundicion gris aleado con estano fundido, antes de la colada, con un inoculante de hierro de fundicion gris a una adicion de silicio adicional de alrededor de 0.10% a aproximadamente 0.12%; y moldear la parte de hierro de fundicion gris de metal de hierro de fundicion gris inoculado aleado con estano, fundido, tan pronto como sea posible despues de la inoculacion.
Description
HIERRO DE FUNDICION GRIS PARA CABEZAS DE CILINDRO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con métodos de fundición que utilizan hierro de fundición gris, y más particularmente con métodos de fundición para la fabricación de cárteres y cabezas de cilindro con hierro de fundición gris . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El hierro de fundición gris es un material de fundición deseable debido a que su excelente capacidad de fundición y bajo costo lo hacen versátil para la fabricación de productos tales como cárteres y cabezas de cilindro. Estos componentes de fabricación requieren resistencia elevada, seguridad, buena capacidad de maquinado, estabilidad de dimensión y propiedades uniformes. Para obtener estas cualidades, es importante lograr una estructura metalúrgica uniforme a través de todas las secciones de la fundición y particularmente una estructura de perlita uniforme. Las aleaciones se añaden comúnmente a materiales de hierro de fundición gris en el proceso de fundición en un esfuerzo para lograr estas propiedades deseables, y el efecto de alear en hierro de fundición gris se ha estudiado extensamente, como se indica, por ejemplo, por "A Modern Approach to Alloying Gray Iron", Janowak & Gundlach, AFS Transactions, Vol . 90, 1982, y "Effect of Manganese and Sulfur on Mechanical Properties and Structure of Flake Graphite Cast Irons", Fuller, AFS Transactions, Vol. 94, 1986. A pesar de este trabajo anterior, a fin de llenar los requisitos de resistencia, las piezas moldeadas de hierro de fundición gris para cárteres y cabezas de cilindro se fabricaban aleando hierro de fundición gris fundido con cromo, pero esto ocasionaba manchas fuertes en la pieza moldeada debido al enfriamiento y formación de carburo de hierro, que resultaba en dificultades de maquinado, piezas moldeadas dañadas, y poca vida de herramienta cortante y funcionamiento. En un esfuerzo para reducir parcialmente la tendencia al enfriamiento, los niveles de silicio en la base de hierro de fundición gris y adiciones de un inoculante basado en silicio se aumentaron en el hierro de fundición gris fundido, lo que aumentó significativamente el costo de fabricación. Adicionalmente, el silicio adicional aumentó la necesidad de una aleación de refuerzo de cromo, lo que aumentó adicionalmente los costos y la tendencia a formar puntos duros de carburo de hierro y moldes de fundición. Además, como resultado de un nivel elevado de aleación, los esfuerzos de solidificación en los cárteres y cabezas de cilindro resultantes fueron elementos, requiriendo tratamiento térmico de liberación de esfuerzo para reducir al mínimo la distorsión y agrietamiento de las piezas moldeadas durante el procesamiento. Los esfuerzos de fundición se aumentaron adicionalmente mediante la necesidad de expulsión a temperatura relativamente baja, es decir extracción del molde, a temperaturas de 482-649°C (900°-1200°F) . De esta manera, permaneció la necesidad de un método económico para fabricar cárteres y cabezas de cilindro que utiliza hierro de fundición gris con una formación mínima de puntos duros de carburo de hierro y moldes de fundición durante la solidificación, y una necesidad mínima de tratamiento térmico de liberación de esfuerzo de la pieza moldeada terminada. BREVE DECLARACIÓN DE LA INVENCIÓN El método de la invención proporciona un método económico para fabricar cárteres y cabezas de cilindro de hierro de fundición gris, que tienen puntos duros de carburo de hierro y moldes de fundición mínimos durante la solidificación, y una necesidad mínima de tratamiento térmico de liberación de esfuerzo de la pieza moldeada terminada. El método de la invención no requiere de equipo de procesamiento adicional, y tiene la ventaja de un tiempo de enfriamiento corto, es decir, una temperatura caliente de extracción. Un método de la invención para la fabricación de cárteres y cabezas de cilindro de hierro de fundición gris incluye los pasos de proporcionar un metal de hierro de fundición gris fundido que tiene un equivalente de carbono de aproximadamente 4.05%, comprendida de alrededor de 3.4% a aproximadamente 3.45% de carbono, y alrededor de 1.80% a aproximadamente 1.90% de silicio con menos de aproximadamente 0.03% de fósforo, mientras que mantiene el azufre del metal de hierro de fundición gris fundido a alrededor de 0.05% a aproximadamente 0.07%, manganeso a alrededor de 1.7 veces el porcentaje del azufre más aproximadamente 0.30% a alrededor de 0.40%, y cromo de hierro de base de menos de aproximadamente 0.10%. El metal de base de hierro de fundición gris fundido se transfiere a un cucharón de colada, y en el cucharón de colada, el metal de hierro de fundición gris fundido se forma en aleación con estaño a un contenido de estaño de alrededor de 0.05% a aproximadamente 0.10%, para proporcionar un metal de hierro de fundición gris aleado con estaño fundido. El metal de hierro de fundición gris aleado con estaño fundido se inocula con el inoculado a base de silicio para proporcionar una adición de silicio adicional de alrededor de 0.10% a aproximadamente 0.12%, y el metal de hierro de fundición gris aleado con estaño fundido inoculado resultante se cuela del cucharón hacia los moldes de fundición tan pronto como sea posible, y de preferencia no después de 7-10 minutos después de su inoculación. En este método de fabricación, el metal de hierro de fundición gris fundido tiene, comparado con métodos de fabricación anteriores, niveles de carbono substancialmente aumentados, niveles inferiores de fósforo, niveles significativamente inferiores de cromo, niveles algo inferiores de azufre y, con el uso de aleación de estaño como un estabilizador de perlita, reduce substancialmente el potencial de puntos duros de carburo de hierro y moldes de fundición, y permite contenido de silicio significativamente reducido en el hierro de fundición gris y adiciones de inoculante mínimas. Además, las temperaturas de extracción elevadas para las piezas moldeadas resultantes también reduce al mínimo la necesidad de adición de aleación y proporciona piezas moldeadas con esfuerzos residuales inferiores. El método de fabricación de esta invención resulta en piezas moldeadas mucho más fuertes de lo que se esperaría por su composición química, con inoculación de material de carga y costos de aleación inferiores que la práctica convencional, mientras que se reduce al mínimo la necesidad de tratamiento térmico de liberación de esfuerzo de calor de las piezas moldeadas resultantes. BREVES DESCRIPCIONES DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de bloque para ilustrar los pasos de la invención en la fabricación de piezas moldeadas de hierro de fundición gris. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se ilustra en la Figura 1, el primer paso en el método de la invención está preparando un metal de base de hierro de fundición gris fundido que tiene un contenido controlado. El metal de hierro de fundición gris fundido se prepara en un horno eléctrico de chatarra de hierro, lingotes de hierro de fundición gris, y chatarra de hierro de fundición gris recuperada del proceso de fabricación. E contenido del metal de hierro de fundición gris fundido se controla haciendo análisis espectrográficos del acero de chatarra, lingotes de hierro de fundición gris, y chatarra de hierro de fundición gris recuperada, ajusfando las cantidades relativas de cada uno de estos tres ingredientes y, hasta el grado necesario, suplementando el hierro de fundición gris fundido mediante la adición de uno o más de silicio, fósforo, manganeso y cromo, como se necesite. Debido a los niveles bajos generales de fósforo, azufre y cromo que se deben mantener en el metal de hierro de fundición gris fundido, son necesarias cantidades reducidas de estos metales de aleación, si los hay. En el segundo paso, el metal de hierro de fundición gris fundido de contenido controlado se coloca en un cucharón de colada para procesamiento adicional. Y en el tercer paso, el metal de hierro de fundición gris fundido de contenido controlado se somete a aleación en el cucharón de colada con estaño, a un contenido de estaño total de alrededor de 0.05% a aproximadamente 0.10%, y más preferentemente 0.55% a alrededor de 0.95%, dependiendo de las secciones transversales de la parte que se está moldeando. El porcentaje de estaño que se va a añadir al metal de hierro de fundición gris de contenido controlado en un tercer paso depende de las secciones más importantes de la parte que se está moldeado. Las secciones importantes son aquellas secciones que deben tener la mayor resistencia y/o capacidad de maquinado. Una sección importante puede ser una sección más delgada o más gruesa de la pieza moldeada, dependiendo de la función de la sección. La cantidad de estaño aleado con el metal de hierro de fundición gris fundido estará en el extremo superior de alrededor de 0.05% a aproximadamente 0.10%, en donde la temperatura de la sección importante baja más lentamente (es decir, se enfria más lentamente) y en el extremo inferior de la escala en donde la sección importante se enfria más rápidamente. Aún una sección más delgada de una pieza moldeada puede requerir la adición de estaño de aleación en el extremo superior de la escala si la temperatura se enfria lentamente como resultado de secciones de moldeado pesadas adyacentes que actúan como fuentes de calor para la sección más delgada. En el cuarto peso del método, el metal de fundición gris fundido aleado con estaño se inocula con un inoculante a base de silicio, a una adición de silicio de entre alrededor de 0.10% a aproximadamente 0.12%. Los inoculantes a base de silicio con bario y/o calcio se prefieren en la práctica de esta invención. Las partes luego se moldean tan pronto como sea posible, y de preferencia menos de 7-10 minutos, después de la inoculación de metal de hierro de fundición gris fundido aleado con estaño colando los contenidos del cucharón hacia uno o más moldes para las partes moldeadas. Las partes moldeadas se separan del molde mientras que están a una temperatura de más de 760°C (1400°F), y de preferencia en la escala de aproximadamente 815°-871°C (1500°-1600°F) . La temperatura de extracción de 815°-871°C ( 1500°-1600°F) se prefiere, pero no es critica para la invención, y la temperatura de extracción se puede determinar mediante remoción de las partes moldeadas de los moldes después de un intervalo de tiempo de enfriamiento especificado, que se ha determinado empíricamente que resulta en temperaturas de parte fundida de más de 760°C (1400°F) y de preferencia en la escala de aproximadamente 815°-871°C ( 1500°-1600°F) . Debido a las temperaturas de extracción relativamente elevadas, se reducen los tiempos de procesamiento para las piezas moldeadas. El uso de la invención al moldear bloques de motor y cárteres reduce al mínimo los puntos duros en el producto moldeado que resultan de carburos de hierro y moldes de fundición, que interfieren con la capacidad de maquinado de la parte, y proporciona una estructura de perlita, más uniforme en la pieza moldeada, proporcionando resistencias incrementadas .
Aún cuando la invención se ha descrito como se usa en la fabricación de bloques de motor y cárteres, aquellos expertos en el ramo reconocerán que la invención puede incluir desviaciones de la modalidad preferida descrita, permitiendo su uso en el moldeo de otras partes, sin abandonar la invención reivindicada.
Claims (3)
1.78% veces el porcentaje de azufre más alrededor de 0.30% a aproximadamente 0.40%, y cromo de hierro de base de menos de alrededor de 0.10%, que se ha aleado, antes de fundir con estaño, hasta un contenido de estaño total de alrededor de 0.05% a aproximadamente 0.10%, e inoculado con un inoculante de hierro de fundición gris a una adición de silicio adicional de alrededor de 0.10% a aproximadamente 0.12%. 7. - La parte de motor de combustión interna de conformidad con la reivindicación 6, en donde la parte de motor de combustión interna incluye una sección importante que se enfria lentamente y el total de contenido de estaño del metal de cárter está en el extremo elevado de la escala de porcentaje de estaño. 8. - La parte de motor de combustión interna de conformidad con la reivindicación 6, en donde la parte de motor de combustión interna incluye una sección importante que se enfria rápidamente y el contenido de estaño total del metal de cárter está en el extremo bajo de la escala de porcentaje para estaño. 9.- Un método para moldear partes de motor de combustión interna con hierro de fundición gris, que comprende los pasos de: proporcionar un metal de hierro de fundición gris fundido que tiene un equivalente de carbono de aproximadamente 4.05%, comprendido de alrededor de 3.40% a aproximadamente 3.45% de carbono, alrededor de 1.80% a aproximadamente 1.90% de silicio con menos de alrededor de 0.03% de fósforo, azufre de hierro de base de aproximadamente 0.05% a alrededor de 0.07%, manganeso de aproximadamente 1.7 veces el porcentaje de azufre más alrededor de 0.309% a aproximadamente 0.40%, y cromo de hierro de base menos de aproximadamente 0.10%; alear el metal de hierro de fundición gris fundido antes de colar con estaño a un contenido de estaño total de alrededor de 0.05% a aproximadamente 0.101 para proporcionar un metal de hierro de fundición gris aleado con estaño fundido; inocular el metal de hierro de fundición gris aleado con estaño fundido antes de colar con un inoculante de hierro de fundición gris a una adición de silicio adicional de alrededor de 0.10% a aproximadamente 0.12%; y moldear una parte de motor de combustión interna tan pronto como sea posible después de la inoculación. 10.- El método de conformidad con la reivindicación 9, en donde el paso de proporcionar el metal de hierro de fundición gris fundido comprende determinar los contenidos de carbono, silicio, fósforo, azufre, manganeso y cromo de acero de chatarra, lingotes de hierro de fundición gris y material de chatarra de hierro de fundición gris recuperado, fundir el acero de chatarra, los lingotes de hierro de fundición gris y chatarra de hierro de fundición gris recuperado en proporciones relativas para aproximarse al metal de hierro de fundición gris de contenido controlado fundido; y Ajustar los contenidos de carbono, silicio, fósforo, azufre, manganeso y cromo del metal de hierro de fundición gris de contenido controlado fundido aproximado hasta el grado necesario para proporcionar el metal de hierro de fundición gris de contenido controlado fundido. 11. - El método de conformidad con la reivindicación 9, en donde el metal de hierro de fundición gris fundido se somete a aleación con estaño en un porcentaje dependiente de una sección importante de la parte de motor de combustión interna que se está moldeando. 1
2. - El método de conformidad con la reivindicación 11, en donde el metal de hierro de fundición gris fundido se somete a aleación con estaño en el extremo elevado de la escala de porcentaje para partes de motor de combustión interna con una sección importante que se enfria lentamente. 1
3. - El método de conformidad con la reivindicación 11, en donde el metal de hierro de fundición gris fundido se somete a aleación con estaño en el extremo bajo de la escala de porcentaje para partes de motor de combustión interna con una sección importante que se enfria rápidamente .
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