PT1925682E

PT1925682E - Processo para a produção de componentes de válvulas ocas para motores de combustão interna ou turbinas e respectivos componentes

Info

Publication number: PT1925682E
Application number: PT07118021T
Authority: PT
Inventors: Eckhard Aust; Wolfgang Limberg; Ralf Pieplow; Nils Mildner
Original assignee: Geesthacht Gkss Forschung
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2010-05-10
Also published as: ES2337302T3; EP1925682B1; DE102006049844A1; EP1925682A1; ATE457039T1; DE502007002782D1; CN101413410B; CN101413410A; US20080092383A1; JP2008180211A

Description

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DESCRIÇÃO

"PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE COMPONENTES DE VÁLVULAS OCAS PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA OU TURBINAS E RESPECTIVOS COMPONENTES" 0 presente invento diz respeito a um processo para a produção de componentes para motores de combustão interna ou turbinas, em particular para a produção de componentes de válvulas ocas.

Hoje em dia espera-se rendimentos elevados dos motores de combustão interna. As válvulas para a transferência de gases, tais como as utilizadas nos motores de combustão interna, têm de resistir a temperaturas de funcionamento e solicitações mecânicas muito elevadas. As válvulas de admissão que são envolvidas num fluxo de gases frios e arrefecidas em cada tempo de admissão, alcançam temperaturas superiores a 500°C na zona dos respectivos discos. As válvulas de exaustão alcançam temperaturas superiores a 800°C.

Uma vez que as válvulas constituem componentes móveis, a potência motora a aplicar aumenta exponencialmente em função do peso das massas oscilantes, ou seja, das válvulas. Em consequência, urge prosseguir com a optimiza-ção das válvulas no que toca aos respectivos pesos, sem que 2 PE1925682 tal suceda em detrimento das resistências mecânica e térmica das mesmas. Válvulas ocas compostas por um corpo, um cone e um disco, em que o cone e o disco da válvula definem em conjunto uma cavidade oca, foram dadas a conhecer em DE 198 04 053 AI. Presentemente, estas válvulas ocas ou estes componentes de válvulas ocas são produzidos quer mediante extrusão a quente quer mediante recalque e forjamento. Na produção de cones e discos de válvulas são maioritariamente utilizados aços resistentes ao calor tais como os materiais com os n°s (e as designações atribuídas pelo DIN, o Instituto Alemão de Normalização) 1.4882 (X 50 CrMnNiNbN 21 9), 1.4871 (X 53 CrMnNiN 21 9) ou 2.4955 (NiFe 25 Cr 20 NbTi) . Outros materiais, em particular materiais leves à base de titânio sob a forma pulverulenta, não se deixam processar por intermédio dos processos mencionados por forma a produzir componentes de válvulas ocas a partir deles, ou não se deixam assim processar de modo economicamente viável. Esta impossibilidade ou inviabilidade resulta da elevada reactividade do titânio perante o azoto e o carbono e da consequente aquisição de friabilidade por parte dos materiais que o contêm.

Consequentemente, subjazia ao invento a tarefa de disponibilizar um processo para a produção de componentes de válvulas ocas, tais como cones de válvulas ou discos de válvulas, que, de um modo economicamente viável, permitisse fazer uso de outros materiais. 3 ΡΕ1925682

Este objectivo foi alcançado por via de um processo para a produção de motores de combustão interna ou turbinas em que (a) pós metálicos e/ou pós de ligas metálicas são misturados numa misturadora com um ligante e, facultativamente, com um aditivo, (b) é dada forma à mistura resultante mediante moldação por injecção, (c) da massa a que foi dada forma é quimicamente extraído o ligante, (d) da massa a que foi quimicamente extraído o ligante é termicamente extraído o ligante a uma temperatura inferior a 450°C e (e) a massa a que foi química e termicamente extraído o ligante é sinterizada a uma temperatura inferior à temperatura de fusão do metal e/ou da liga metálica para efeito da produção do componente. 0 invento diz igualmente respeito aos componentes de válvulas ocas produzidos por este processo.

Por meio do processo de acordo com o invento também é possível processar de modo economicamente viável e de forma a obter componentes de válvulas ocas, além de aços martensítico-ferríticos e austeníticos ou ligas à base de níquel, materiais à base de titânio, o que permite que estes representem, em termos ponderais, uma economia ainda 4 ΡΕ1925682 maior que a representada pelas válvulas ocas conhecidas. De preferência utiliza-se ligas de titânio que contêm alumínio e/ou vanádio como componentes adicionais. Em qualquer um dos casos, estes componentes adicionais da liga encontram-se preferencialmente presentes em quantidades correspondentes a percentagens ponderais, baseadas no peso total da liga, compreendidas entre 2 e 10%. O ligante é preferencialmente seleccionado do grupo constituído por: poliamidas, polioximetileno, policarbonato, copolimerisado de estireno e acrilonitrilo, po-liimida, ceras e óleos naturais, duroplásticos, cianatos, polipropileno, poliacetato, polietileno, vinilacetato de etileno, álcool polivinílico, cloreto de polivinilo, poliestireno, polimetilmetacilato, anilinas, óleos minerais, água, agar, glicerina, polivinilbutirilo, polibutilmetacri-lato, celulose, ácido oleico, ftalatos, cera parafínica, cera de carnaúba, poliacrilato de amónio, estearato e olea-to de diglicerilo, monoestearato de glicerilo, titanato de isopropilo, estearato de lítio, monoglicerídeos, formaldeí-do, fosfato do ácido octílico, sulfonatos de olefina, ésteres de fosfato, ácido esteárico e misturas dos mesmos entre si. A fracção volumétrica do ligante é preferencialmente inferior a 60%, situando-se com maior preferência entre 20 e 50%. A misturação é realizada na misturadora, a uma temperatura compreendida entre 50 e 250°C, com particular preferência entre 90 e 150°C. 5 PE1925682 A moldação por injecção da mistura também é preferencialmente realizada a uma temperatura compreendida entre 90 e 150°C e de preferência sob uma pressão compreendida entre 400 e 800 bar. A extracção química do ligante é preferencialmente realizada num banho de parafina, com maior preferência num banho de haxano. A extracção química do ligante é realizada a uma temperatura preferencialmente compreendida entre 10 e 65°C, com maior preferência entre 30 e 50°C. A extracção térmica do ligante é realizada a uma temperatura inferior a 450°C, de preferência entre 200 e 350°C, e preferencialmente sob vácuo, sob uma pressão entre 2 e 2 0 mbar. A sinterização é preferencialmente realizada a uma temperatura compreendida entre 80 e 90% do ponto de fusão do metal ou da liga metálica e de preferência numa atmosfera constituída por um gás protector. O gás protector é de preferência árgon. Em alternativa, a sinterização também pode ser realizada sob vácuo. Neste caso, a pressão situa-se entre 10“3 e 10“5 mbar.

Os componentes de válvulas ocas produzidos deste modo deixam-se unir entre si mediante processos de união mecânica, por via de uma complementaridade formal ou por equilíbrio entre as forças envolvidas, bem como por pro- 6 PE1925682 cessos de união por fusão. Por exemplo, o disco e o cone de uma válvula podem ser unidos entre si mediante uma união por contracção. 0 cone e o tronco da válvula podem ser unidos entre si mediante um processo de união por fusão.

Forma preferida de execução:

Uma liga de titânio contendo 6% em peso de alumínio e 4% em peso de vanádio foi processada pelo processo anteriormente descrito de modo a que fossem produzidos um disco de válvula e um cone de válvula. 0 disco de válvula e o cone de válvula foram unidos entre si mediante uma união por contracção.

Na Figura 1 são mostradas uma vista superior e um corte segundo a linha A-A do disco e do cone de válvula ligados entre si.

Na Figura 2 é mostrado, enquanto peça inteira (à direita) e em corte (à esquerda), um componente de uma válvula oca de acordo com a forma preferida de execução.

Lisboa, 3 de Maio de 2010

Claims

PE1925682 1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a produção de um componente de uma válvula oca para motores de combustão interna ou turbinas, em que: (a) pós metálicos e/ou pós de ligas metálicas são misturados numa misturadora com um ligante e, facultativamente, com um aditivo, (b) é dada forma à mistura resultante mediante moldação por injecção, (c) da massa a que foi dada forma é quimicamente extraído o ligante, (d) da massa a que foi quimicamente extraído o ligante é termicamente extraído o ligante a uma temperatura inferior a 450°C e (e) a massa a que foi química e termicamente extraído o ligante é sinterizada a uma temperatura inferior à temperatura de fusão do metal e/ou da liga metálica para efeito da produção do componente.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que o componente da válvula oca consiste num cone de válvula .
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que o componente da válvula oca consiste num disco de vál vula . 2 ΡΕ1925682
4. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por ser utilizado como pó de titânio como pó de liga metálica.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a liga de titânio conter alumínio e/ou vanádio como componentes adicionais.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a liga de titânio conter 2 a 10% em peso de alumínio e/ou 2 a 10% em peso de vanádio, sendo a percentagem ponderai referida ao peso total da liga.
7. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o ligante ser preferencialmente seleccionado do grupo constituído por: poliami-das, polioximetileno, policarbonato, copolimerisado de es-tireno e acrilonitrilo, poliimida, ceras e óleos naturais, duroplásticos, cianatos, polipropileno, poliacetato, poli-etileno, vinilacetato de etileno, álcool polivinílico, cloreto de polivinilo, poliestireno, polimetilmetacilato, anilinas, óleos minerais, água, agar, glicerina, polivinilbu-tirilo, polibutilmetacrilato, celulose, ácido oleico, fta-latos, cera parafínica, cera de carnaúba, poliacrilato de amónio, estearato e oleato de um diglicerilo, monoestearato de glicerilo, titanato de isopropilo, estearato de lítio, monoglicerídeos, formaldeído, fosfato do ácido octílico, sulfonatos de olefina, ésteres de fosfato, ácido esteárico e misturas dos mesmos entre si. A fracção volumétrica do 3 ΡΕ1925682 ligante é preferencialmente inferior a 60%, situando-se com maior preferência entre 20 e 50%.
8. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a fracção volumétrica de ligante na mistura ser inferior a 60%.
9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a fracção volumétrica de ligante na mistura estar compreendida entre 20 e 50%.
10. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a misturação ser realizada na misturadora a uma temperatura compreendida entre 50 e 2 5 0 0 C .
11. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a moldação por injecção da mistura ser realizada a uma temperatura compreendida entre 90 e 150°C.
12. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a moldação por injecção da mistura ser realizada sob uma pressão situada entre 400 e 800 mbar.
13. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a extracção química ser realizada num banho de hexano. 4 ΡΕ1925682
14. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a extracção química ser realizada a uma temperatura compreendida entre 10 e 65°C.
15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por a extracção química ser realizada a uma temperatura compreendida entre 30 e 50°C.
16. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por extracção térmica ser realizada sob uma pressão compreendida entre 2 e 20 mbar.
17. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a sinterização ser realizada a uma temperatura correspondente a 80 a 90% do ponto de fusão do metal ou da liga metálica.
18. Processo de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a sinterização ser realizada numa atmosfera constituída por um gás protector.
19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por o gás protector ser árgon.
20. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado por a sinterização ser realizada sob vácuo.
21. Componente de uma válvula oca produzido pelo 5 ΡΕ1925682 processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 20, ca-racterizado por ser constituído por uma liga à base de titânio.
22. Componente de uma válvula oca de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por a liga à base de ti-tânio incluir, além de titânio, 2 a 10% em peso de alumínio e/ou 2 a 10% em peso de vanádio. Lisboa, 3 de Maio de 2010