WO2000000656A1

WO2000000656A1 - Material compuesto de alta resistencia al desgaste y piezas obtenidas con el mismo

Info

Publication number: WO2000000656A1
Application number: PCT/ES1999/000199
Authority: WO
Inventors: Jesús PEÑAFIEL VERCHER; Juan Antonio Bas Carbonell; Cesar Molins Bartra
Original assignee: Aplicaciones De Metales Sinterizados, Sa
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2000-01-06

Abstract

Material compuesto de alta resistencia al desgaste y piezas obtenidas con el mismo, cuya matriz es una mezcla de polvos metálicos compactada entre 200 a 1000 MPa y sinterizada comprendiendo un polvo con base de hierro o acero, uno o varios polvos de componentes aleantes, un lubricante de prensado en un porcentaje global inferior al 10 % en peso y MnS como lubricante sólido, en una proporción de un 0,5 % a un 10 %, en peso, según las características mecánicas y tribológicas deseadas, siendo la resistencia a la tracción del material 6 veces inferior a la esperada sin dicho lubricante sólido, con un agente ligante de todos los componentes, incorporando la mezcla, además del C, un polvo de alta dureza y para realizar cojinetes autolubricantes la porosidad del material es de un 1 a un 25 % en volumen e impregnada con un lubricante mineral o sintético.

Description

Material compuesto de alta resistencia al desgaste y piezas obtenidas con el mismo

CAMPO DE LA INVENCIÓN. La presente invención concierne a un material compuesto de alta resistencia al desgaste, sinterizado, obtenido a partir de mezclas de polvos metálicos para pulvimetalurgia conteniendo un polvo base metálico (fundamentalmente hierro o acero), uno o varios polvos de componentes aleantes, un lubricante de prensado y un polvo que es un lubricante sólido que permanece en el material después del proceso pulvimetalúrgico, de tal manera que dicho material posee una alta resistencia al desgaste y un bajo coeficiente de fricción, así como una resistencia mecánica moderada-alta que le hace adecuado para piezas sometidas a rozamientos alternativos en cualquier parte de su cuerpo, tales como guías para vastagos y émbolos de un cilindro amortiguador, guías para vastago de válvulas y capuchas para vastago de válvulas entre otras.

Este material se presenta con dos variantes relativas a su porosidad: 1 ) Material de baja porosidad (del 1 al 10%) para trabajo en seco, y 2) Material de alta porosidad (del 10 al 25%) impregnado de aceite para trabajo como cojinete autolubricante de altas prestaciones.

El material según la invención está concebido de acuerdo con dicha primera variante para ser aplicado en piezas sometidas a fricción que estén instaladas en equipos que trabajen con escasa o ninguna lubricación y a tal efecto se describen y reivindican varias de dichas piezas. El material de esta invención conforme a la citada segunda variante está concebido para ser utilizado en la fabricación de cojinetes autolubricantes sometidos a altas presiones (P) y velocidades (V) y en consecuencia operando bajo unos altos valores de P-V. La invención también concierne a un cojinete obtenido a partir del citado material.

DESCRIPCIÓN DE CONOCIMIENTOS ANTERIORES.

La técnica de fabricación de piezas mediante pulvimetalurgia consiste básicamente en compactar una mezcla de polvos en una matriz que tiene la forma adecuada del negativo de la pieza a compactar y sinterizar el compactado en un horno a una temperatura variable y atmósfera adecuada y controlada, dependiendo del material. El resultado es una pieza estructural porosa con buenas características mecánicas y excelente precisión dimensional.

Es muy usual añadir al polvo base uno o más elementos de aleación para aumentar la resistencia de la pieza sinterizada o alguna otra propiedad de ésta, como por ejemplo la maquinabilidad, la dureza, el alargamiento o las propiedades físicas. Estos elementos de aleación suelen ser grafito, cobre, níquel y molibdeno, además de otros en menor proporción. También se añade un lubricante sólido en polvo para engrasar el polvo y permitir la compactación y ulterior extracción de la pieza compactada de la matriz , conocido como lubricante de prensado. Este producto puede ser estearato de Zn o cera de etilen bis-estearamida, entre otros.

Como ejemplos de antecedentes del sector pueden citarse las patentes ES-A-8205367 (HOGANAS) y ES-A-8602213 (ALLIAGES FRITTES METAFRAN) .

Las piezas sinterizadas se emplean en multitud de aplicaciones, sobre todo como componentes mecánicos para diferentes industrias. Dentro de estos componentes, gran cantidad de ellos se encuentran sometidos a fricción durante su servicio, por lo que es imprescindible que el material posea una adecuada resistencia al desgaste.

Normalmente, existen dos maneras de mejorar la resistencia al desgaste: aumentando la dureza del material o aportando lubricación, o ambas. La primera manera se logra efectuando un tratamiento térmico superficial sobre el material, con lo cual se consigue aumentar considerablemente la dureza superficial de la pieza mediante una transformación de temple. La segunda manera es impregnando la porosidad de la pieza con un líquido lubricante, de tal manera que la superficie de fricción de una pieza posea un engrase permanente e intrínseco a la propia pieza, o bien aportando externamente un fluido lubricante.

Otra posible solución para mejorar la resistencia al desgaste es mezclar con el polvo base y los aditivos un polvo de un lubricante sólido, de tal manera que tras la sinterización este lubricante sólido se encuentra incorporado a la pieza.

Dentro de esta línea, en ocasiones se realizan adiciones de grafito en copos tanto en piezas de hierro como de bronce con el objetivo de aumentar la capacidad autolubricante del material. El problema es que se produce una considerable merma de las propiedades mecánicas, y además el grafito se combina en parte con el hierro base, pudiendo producir fragilidad. En el caso particular de cojinetes de bronce, en ocasiones se añade M0S2 para el mismo propósito. Este lubricante sólido no es adecuado para aceros, ya que descompone térmicamente a 850°C, temperatura inferior a la habitual de sinterización del hierro.

En cuanto a los cojinetes sinterizados, éstos son unas piezas con un diámetro interior cilindrico, fabricadas a baja densidad (15-30% de porosidad en volumen), en las cuales se realiza una operación de llenado de la porosidad con un lubricante líquido mediante técnicas de vacío, llamada impregnación. Cuando el cojinete es montado en una máquina, conteniendo un eje que gira, el cojinete es capaz de mantener un engrase autónomo del eje y, por tanto, evitar la utilización de sistemas de engrase complementarios, bien sea por el lubricante contenido en su porosidad que fluye externamente formando una cuña de aceite de engrase, bien por contener en su microestructura un lubricante sólido, o ambos a la vez. A este tipo de cojinetes se les denomina autolubricantes.

El rendimiento o eficacia de un cojinete autolubricante depende de varios factores. El primero es el material con que está fabricado el cojinete.

El segundo es el tipo de lubricante de impregnación. El tercero es el acabado superficial del diámetro interior del cojinete (rugosidad) y su precisión dimensional (conicidad, excentricidad). La prioridad de cada uno de estos parámetros depende de la aplicación. En general, cuando se desea diseñar un cojinete autolubricante sinterizado para una aplicación específica, se deben tener en cuenta todos los factores a la vez, dependiendo de las condiciones de trabajo del cojinete. Estas condiciones se suelen expresar mediante el factor P-V, que se define como el producto de la presión (fuerza sobre la superficie proyectada) y la velocidad lineal de trabajo. Cuanto más alto es el P-V, más solicitado trabaja el cojinete. El valor de P-V al que puede trabajar un cojinete depende básicamente del material del cojinete y de un apropiado tipo de aceite lubricante. Los valores de P-V están dados en el Sistema Internacional en

MPa-m/s. Los P-V de referencia de los cojinetes autolubricantes son de 1 ,834 Mpa-m/s a 1 m/s.

El lubricante de impregnación es muy variado, y depende principalmente de la temperatura y del P-V. Cuando se aumenta el P-V, es necesario aumentar también la viscosidad del lubricante para que la película hidrodinámica que se crea no se rompa y, por tanto, el cojinete pueda resistir el desgaste. También intervienen de manera importante los aditivos que contiene el lubricante, que pueden ser aditivos de extrema presión para trabajos a alta carga, espesantes para trabajos a alta velocidad, antioxidantes, etc. Por último, la base del lubricante puede ser seleccionada en función de estos considerandos o incluso en función de la temperatura de trabajo del cojinete. Esta base puede ser un aceite mineral parafínico, aceites sintéticos tipo polialfaolefinas, siliconas, poliglicoles, diésteres o politetrafuoroetileno, o grasas. Aunque la elección del aceite es de suma importancia, la elección del material del cojinete es determinante. En general, se puede hablar de dos materiales claramente diferenciados: el bronce y el acero.

El bronce empleado para cojinetes autolubricantes tiene una composición química del 90%Cu y 10%Sn, con contenidos de Pb y Zn < 2%. El bronce es muy utilizado por su capacidad de disipación de calor durante el rozamiento, ya que tiene una conductividad térmica mayor que la del hierro, bajo coeficiente de fricción y buena resistencia a la corrosión. Para aumentar su resistencia al desgaste y disminuir el coeficiente de fricción de trabajo, se suele añadir grafito en polvo (5% máximo) y en ocasiones MoS₂ en polvo. Estos compuestos son adecuados porque el grafito no se combina con el bronce, y el MoS₂ es estable durante la sinterización del bronce, que se realiza a 820°C máximo. En general, si se emplea un lubricante de impregnación de viscosidad 68 cSt aditivado, el bronce es apto para trabajar entre P-V = 1 ,8 y 1 ,9 MPa-m/s como máximo s/norma MPIF standard 35.

El acero empleado para cojinetes autolubricantes suele ser aleaciones

Fe-C o Fe-Cu-C. La utilización de elementos aleantes está limitada porque el cojinete debe ser calibrado para conseguir alta precisión dimensional, o sea que el acero no debe ser muy duro. Sus ventajas respecto al bronce residen en que es más económico, presenta mayor resistencia al desgaste, y posee una resistencia mecánica mayor, pero tiene como inconvenientes que el coeficiente de fricción de trabajo es superior, y que su resistencia a la corrosión es más baja. Dadas sus características, el acero se emplea para P-V = 1 ,2 a 2,1 Mpa-m/s como máximo. El acero no admite adiciones de los aditivos sólidos mejoradores de la fricción que se usan para el bronce, como el grafito. El grafito se combina en parte con el hierro, pudiendo producir fragilidad y ruido, y el MoS₂ no es estable durante la sinterización del acero a > 1.050°C porque descompone a 850°C.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

La presente invención proporciona una composición de polvos secos y fluidos compactada y sinterizada que comprende (a) un polvo base hierro o acero, (b) una cierta cantidad de al menos un componente de aleación y (c) una cierta cantidad (limitada en función de las propiedades mecánicas y tribológicas de la pieza deseada) de un polvo de lubricante sólido. La adición del lubricante sólido permite fabricar un material mediante pulvimetalurgia que posee alta resistencia al desgaste y bajo coeficiente de fricción. En otras palabras, el material tiene poca tendencia a desgastarse a causa de una baja fricción de una pieza contra otra pieza, y además tiene poca tendencia a desgastar la contrapieza. El material final posee asimismo una resistencia mecánica moderada-alta y una excelente precisión dimensional.

El lubricante sólido empleado debe ser estable frente a la temperatura y la atmósfera de sinterización, es decir, no debe variar su composición química, y puede o no combinarse parcialmente con la matriz, es decir termodinámicamente estable. Se ha encontrado que el lubricante sólido que cumple estas características y que resiste las temperaturas de sinterización, conforme a los principios de esta invención es el MnS. La aleación base o matriz puede ser cualquiera de las habituales en pulvimetalurgia en función de la resistencia mecánica deseada y de posteriores tratamientos secundarios, Se pueden usar aceros al carbono o polvos de aceros aleados. Para aplicaciones de alta resistencia a la corrosión, la mezcla de polvos metálicos de base es inoxidable.

La proporción de lubricante sólido puede oscilar entre un 0,5 y un 15% en peso en función de las características mecánicas y tribológicas deseadas. Por encima de estos porcentajes, tal como se verá en la descripción que sigue, no es factible obtener piezas con una resistencia adecuada.

En la patente ES-A-549.415 (HOGANAS) se refiere un procedimiento para producir una mezcla de polvos de hierro que contiene sulfuro de manganeso para la producción de cuerpos sinterizados si bien su propósito es mejorar la capacidad de trabajo del acero sinterizado, es decir el trabajado a máquina o mecanizado sin que afecte el cambio dimensional durante la sinterización o deterioro de las fuerzas características de los cuerpos sinterizados terminados. La finalidad, productos de partida y proporciones ideales recomendadas del sulfuro de manganeso (0, 3- 0, 15%) difieren radicalmente del objeto de la presente invención. El proceso de fabricación corresponde al habitual de los materiales pulvimetalúrgicos, es decir, una mezcla de los polvos, una compactación y una sinterización. La mezcla de polvos debe contener un aditivo que evite segregación de los componentes y proporcione fluencia a dicha mezcla, tal como el descrito en la solicitud de patente ES-A-2093548 (AMES), del mismo solicitante. Son admisibles operaciones posteriores, como un calibrado, un tratamiento térmico de temple o diferentes mecanizaciones. La presión de compactación depende de la densidad que se desea alcanzar, y la temperatura de sinterización puede oscilar entre 1 .000 y 1 .300°C.

Para mejorar la resistencia al desgaste, es posible añadir también, a la mezcla de polvos a sinterizar, polvo de algún compuesto de alta dureza, como por ejemplo WC, NbC, TiC, TaC, TiN, TiCN, etc. La mezcla con el resto de polvos puede ser elemental o bien mediante aleado mecánico, prefiriéndose la primera por su mayor accesibilidad. En el caso de aplicación del material según la invención, en su variante de alta porosidad, para fabricar cojinetes autolubricantes, además de los componentes (a) a (c) se utiliza -un componente adicional, es decir (d), consistente en un lubricante fluido que impregna sus poros. La adición de los lubricantes sólidos y líquidos permite fabricar cojinetes autolubricantes mediante pulvimetalurgia los cuales poseen alta resistencia al desgaste y bajo coeficiente de fricción, es decir aptitud para trabajar a un alto P-V. En otras palabras, el cojinete tiene poca tendencia a desgastarse a causa de una baja fricción con el eje que contiene y además tiene poca tendencia a desgastar el eje. El material posee asimismo una resistencia mecánica moderada-alta y una excelente precisión dimensional.

El lubricante líquido empleado debe estar formado por un aceite base con aditivos de extrema presión, y con unos espesantes para fijar la movilidad del aceite. La proporción de lubricante líquido debe estar entre un 10 y un 25% en volumen del cojinete formado.

La proporción de lubricante sólido indicada anteriormente (entre un 0,5 y un 1 5% en peso) y la subsiguiente resistencia ha de ser compatible también con una porosidad del material que puede ser del orden de un 1 a un 25% en volumen. Para la producción de cojinetes se procede a un proceso de habitual para los cojinetes pulvimetalúrgicos, es decir, elaborar una mezcla de polvos que es compactada, sinterizada y calibrada. Además está prevista una impregnación de la porosidad con un lubricante líquido como operación final del proceso. La presión de compactación depende de la densidad que se desea alcanzar, normalmente oscila entre 200 y 1000 Mpa, y la temperatura de sinterización puede oscilar entre 1 .000 y 1 .300°C.

El P-V de los cojinetes autolubricantes fabricados con los materiales de esta invención, para trabajos en seco, se sitúa a 1 MPa-m/s y para trabajos con lubricación con aceite alcanza unos valores de 5 MPa-m/s.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

En los dibujos adjuntos se han representado, a título de ejemplo varias de las referidas piezas construidas con el material según la invención. o

En dichos dibujos:

La Fig. 1 muestra una sección longitudinal parcial de un cilindro de un amortiguador, incluyendo una guía del vastago y un émbolo construidos según técnica convencional, en base a la conjunción de por lo menos dos partes de materiales de características distintas y funcionalidad específica.

La Fig. 2 ilustra en alzado lateral y sección parcial una guía para el vastago de un amortiguador con la mitad de la izquierda seccionada, construida como cuerpo monopieza en base al material aquí preconizado.

En la Fig. 3 se grafía en alzado lateral y sección parcial un émbolo para amortiguador construido en forma de cuerpo monopieza, empleando el material según la invención.

La Fig. 4 muestra una guía, y capucha de válvula fabricados con el material descrito en la invención.

La Fig. 5 es una gráfica que muestra la influencia de la proporción de lubricante sólido en la resistencia a la tracción.

La Fig. 6 es una primera fotografía que muestra una huella realizada sobre un material de Fe-1 ,5%Mo-0,6%C-1 %MnS.

La Fig. 7 es una segunda fotografía de una huella con aumento del porcentaje de MnS (10%) en el material. La Fig. 8 es una segunda gráfica que ilustra la resistencia al desgaste en función del porcentaje de MnS que integre el material.

DESCRIPCIÓN EN DETALLE DE UNOS EJEMPLOS DE REALIZACIÓN

Conforme a la Fig. 1 , en la misma se aprecia un cilindro 1 de amortiguador, que comprende un vastago 2 guiado por un extremo por una guía que comprende una pieza de soporte 3, y un casquillo 4 de elevada resistencia a la fricción tal como un cojinete DU comercializado bajo la marca GLACIER y que consiste en un material compuesto formado por un soporte metálico revestido de una capa de politetrafluoretileno y con carga (generalmente de Pb), concebido para funcionar sin lubricación. Independientemente del costo del citado casquillo, la fabricación de una tal guía exige unas operaciones de encaje del citado casquillo 4 en el interior del soporte 3 y una ulterior verificación. Asimismo en el caso del émbolo 5, el mismo comprende también una pared cilindrica 6, sobre la cual se aplica una capa 7 de material resistente a la fricción, por ejemplo por co-extrusión, con la consiguiente dificultad en la fabricación. Por el contrario, y tal como muestran las Figs. 2 y 3, dicha guía de vastago y émbolo pueden fabricarse en forma de cuerpo monopieza 8 y 9 todas ellas de un material como el descrito en esta invención, lo que facilita notablemente su obtención.

En base al material obtenido según el procedimiento descrito se han fabricado también piezas componentes del tren de válvulas de un motor

Diesel. El objetivo era, en este caso, eliminar o reducir la lubricación de los balancines para reducir la polución atmosférica debida a partículas de aceite, fenómeno conocido por la denominación inglesa "blow-by" .

En la figura 4 se han representado unas capuchas 10 y guías 1 1 de unos vastagos 1 2 de válvulas de un motor Diesel. Las piezas 10 y 1 1 se han fabricado íntegramente mediante pulvimetalurgia y se han ensayado en un motor de pruebas ubicado en IVECO-PEGASO en Barcelona.

Dada la condición autolubricante significativa en el material descrito, el ensayo de motor se realizó tapando el orificio que posee el balancín para lubricar el capuchón de la válvula, con lo cual no hubo aporte de lubricante directo.

La composición química del material empleado y su proceso de fabricación (granulación de la mezcla de los productos en polvo, compactación de dicha mezcla y sinterización de los compactos, y tratamiento térmico de endurecimiento superficial) se optimizaron a partir de los resultados de desgaste de un ensayo sobre motor. Este ensayo se realizó con un motor Diesel de camión modelo 8060.41 de IVECO. Se trata de un motor de 6000 cm³ de 6 cilindros en línea. Desarrolla 1 67 KW de potencia a 2.900 r.p.m, y el par es de 690 N.m a 1400 r.p.m. El motor funcionó accionado por un motor eléctrico adicional sin combustión de gasoil.

Con un material conteniendo los siguientes porcentajes de componentes: polvo atomizado de (Fe- 1 ,5%Mo), 0,5% C y 5% de SMn templado y revenido se efectuó un ensayo final con el mismo motor Diesel, pero accionado por combustión de gasoil. El ensayo duró 800 horas, y se realizó bajo un ciclo de funcionamiento consistente en diferentes fases de aceleración máxima y ralentí variando a la vez la carga del motor.

Se obtuvo un desgaste muy bajo tanto de la guía de válvula como de las capuchas. El resultado con lubricación reducida fue similar a lo que se obtiene con capuchas de acero cementado y guías de válvula de fundición trabajando con aporte directo de lubricación. El desgaste de las capuchas del material preconizado fue de 30 μm máximo, mientras que el de las guías de válvula no superó las 10 μm. La aplicación del material propuesto a la construcción de capuchas y guías de válvula determina las siguientes ventajas:

- reducción del "blow-by" de un 40% mínimo al no aportar lubricación directa al capuchón;

- reducción del costo de fabricación de los balancines al ahorrar el taladrado del orificio de aporte de lubricante al capuchón;

- reducción del costo de fabricación del capuchón al evitar mecanizaciones.

El material propuesto es aplicable a la fabricación de diversos componentes que trabajan a fricción con reducción o eliminación de su lubricación, siendo de destacar la posibilidad que ofrece de variación de las características tribológicas del producto gracias a la versatilidad de composición química (porcentajes diversos de los componentes, y en particular del lubricante sólido MnS, empleado) que permite el proceso de fabricación mediante pulvimetalurgia. Además, la porosidad del material sinterizado ofrece la posibilidad de engrase autónomo del componente mediante impregnación con lubricante líquido.

DESCRIPCIÓN EXPERIMENTAL - EJEMPLOS Ejemplo 1 Se tomó como aleación base un polvo de composición Fe-1 ,5%Mo

(Astaloy Mo, Hóganás AB) . Se mezcló con él un 0,6% de grafito (Grade 1651 , South western Graphite Co) y diferentes porcentajes de MnS (Hóganás AB) de granulometría < 60 mieras, además de un 0,6% de cera de etilen bis- estearamida como lubricante de prensado (Wax C PM, Hoescht Ibérica S.A.). La mezcla resultante se prensó a 600 MPa de presión y se sinterizó a 1 .1 20°C durante 20' en una atmósfera de N y un 5% de H₂ seca o con un punto de rocío de -20 °C.

La gráfica de la Fig. 5 muestra la influencia de la proporción de lubricante sólido en la resistencia a la tracción. Cuanto más lubricante sólido, menor es la resistencia a la tracción, el límite elástico, el alargamiento y la tenacidad, lo que limita el porcentaje de lubricante sólido para una aplicación concreta de la pieza a obtener.

La resistencia al desgaste se puede evaluar comparativamente a partir de un ensayo mediante un cilindro y una anilla giratoria, tipo "cylinder-on- ring", en el que el cilindro es el material a evaluar y la anilla es de acero rápido normalizado de 62 HRC de dureza. El ensayo consiste en hacer girar la anilla, mientras que el cilindro se encuentra en reposo y está sometido a una presión hertziana. La fricción entre ambas piezas produce una huella en el material ensayado. Cuanto más grande es la huella, menor es la resistencia al desgaste. Por ejemplo, la fotografía de la Fig. 6 muestra la huella realizada sobre

2 el material Fe-1 ,5%Mo-0,6%C-1 %MnS. Su superficie es de 19,5 mm bajo una presión hertziana de 350 N/mm² y una velocidad del elemento móvil de

1 m/s. Si se aumenta el porcentaje de MnS hasta el 10% (fotografía de la

Fig. 7), bajo las mismas condiciones operativas, la superficie de la huella

2 disminuye a 3,4 mm , lo cual demuestra el efecto beneficioso de la adición de dicho producto como lubricante sólido.

En la gráfica de la fig. 8 se muestra la resistencia al desgaste en función del porcentaje de MnS que integre el material. En ordenadas se ha indicado la pérdida de peso en % mientras que en abeisas se indica el porcentaje de MnS del material. Las condiciones operativas son una presión hertziana de 350 N/mm² y una velocidad del elemento móvil de 1 m/s, al igual que en los ejemplos de las fotografías de las Figs. 6 y 7.

El material al que concierne esta invención permite, tal como se ha indicado anteriormente, la fabricación de diversas pieza sometidas a fricción con escasa o ninguna lubricación aportada. La proporción de Mns y las características de tratamiento térmico finales serán particulares en función de la aplicación deseada. Así, con el material obtenido conforme al procedimiento descrito es posible realizar piezas tales como guías para amortiguadores y émbolos de dichos amortiguadores. También se han producido piezas componentes del tren de válvulas de motores Diesel para camiones, y en concreto guías de válvula, asientos y capuchas de válvula. Ejemplo 2

Se prensaron cojinetes cilindricos de 1 6 mm. 0_ext x 10 mm 0¡_nt x 1 6 mm altura de tres materiales:

Material 1 : Fe-1 ,5%Mo-5%MnS-0,7%C a densidad 6,6 g/cm³. Material 2: Fe-20%Cu-0,5%C a densidad 6,9 g/cm³. Material 3: Cu-10%Sn-4%C a densidad 6,8 g/cm³.

Los materiales 1 y 2 se sinterizaron a 1 .1 20° durante 20 minutos en una atmósfera endotérmica con un punto de rocío de + 5°C y un potencial de carbono de 0,8%. El material 3 se sinterizó a 800°C durante 20 minutos en una atmósfera endotérmica con un punto de rocío de + 5°C y un potencial de carbono de 0,2%.

Los cojinetes sinterizados se calibraron a una presión tal que la porosidad del cojinete resultante fue del 9% en volumen. Esto supone una densidad de 6,9 g/cm³ para los cojinetes del Material 1 , y 7,3 g/cm³ para los cojinetes de los Materiales 2 y 3. La rugosidad en el diámetro interior de los cojinetes fue de 1 ,5 Ra máximo.

Los cojinetes se ensamblaron en diversos ejes de rugosidad 0, 1 Ra y se probaron en una máquina tribológica en seco (cojinetes no impregnados) bajo dos presiones distintas (0,5 y 1 Mpa) y velocidad constante de 0,5 m/s durante 2 horas. Los P-V ensayados fueron de 0,25 y 0,5 Mpa-m/s. A presión de 0,5 Mpa, se observa que el acero Fe-20%Cu-0,5% C gripa con el eje tras 5 segundos de ensayo debido al alto coeficiente de fricción generado. El bronce con grafito se comporta bien, apreciando un desgaste del cojinete de 0,010 mm y un coeficiente de fricción en seco de 0,28. El acero Fe-1 ,5%Mo-5%MnS-0,7%C se desgasta 5 veces menos que el anterior, pero su coeficiente de fricción es más alto, 0, 58.

Al aumentar la presión a 1 Mpa, el cojinete de bronce con grafito sigue dando un coeficiente de fricción más bajo que el Fe-1 ,5%Mo-5%MnS- 0,7%C, pero, en cambio, el cojinete de bronce con grafito se desgasta 0,48 mm, mientras que el de acero Fe-1 ,5%Mo-5%MnS-0,7%C sólo se desgasta 0,002 mm. Ejemplo 3

Se tomó el mismo Material del ejemplo 2 y se fabricaron cojinetes de este material tal como se explica en dicho ejemplo, pero a una densidad final de 5,9 g/cm³ que corresponde a una porosidad del 20%.

Se tomó otro Material denominado 4, de bronce autolubricante de composición 90% de Cu y 10% de Sn de densidad 6,8 g/cm³ de porosidad. 20% correspondiente al tipo o código CT-1000-K26 de MPIF estándar 35. Los cojinetes se impregnaron con dos lubricantes distintos: uno, base mineral ISO VG 1 50 llamado lubricante A y otro, base sintética ISO VG 220, llamado lubricante B.

Los cojinetes impregnados se probaron en la misma máquina tribológica del ejemplo 2 a una presión de 0,5 MPa y velocidad de 10 m/s durante 2 horas.

El eje empleado fue de acero F-1 540 UNE o DIN 1 .5732, con dureza de 59 HRC y rugosidad 0, 1 Ra.

Los cojinetes del Material 4, tanto impregnados con lubricantes A o B, se gripan inmediatamente, mientras que los cojinetes del Material 1 , impregnados con el aceite A aguantan el ensayo 100 minutos y con el aceite

B resisten el ensayo de 2 horas.

Estos ensayos muestran que los nuevos materiales, desarrollados en esta patente con porosidad del 10 al 25% e impregnados con adecuados aceites de lubricación tienen un PV mayor en 2,5 veces más que los materiales de bronce autolubricantes convencionales.

Claims

REIVINDICACIONES 1 .- Material compuesto de alta resistencia al desgaste, sinterizado, cuya matriz se ha obtenido a partir de una mezcla de polvos metálicos compactada y sinterizada que comprende un polvo con base de hierro o de acero con un tamaño máximo de partícula de 300 mieras, uno o varios polvos de componentes aleantes, con un tamaño máximo de partícula de 1 50 mieras y en un porcentaje global inferior al 10 % en peso, un lubricante de prensado y un lubricante sólido, caracterizado porque: dicho lubricante sólido es un sulfuro metálico, térmicamente estable a las temperaturas de sinterización comprendidas entre 1 1 10 a 1300

°C, cuyo lubricante sólido participa en dicha mezcla en una proporción de un 0,5% a un 1 5%, preferiblemente de 2,5 al 10% en peso, en función de las características mecánicas y tribológicas deseadas, con la limitación de que la resistencia a la tracción del material no alcance un valor 6 veces inferior al esperado sin la incorporación de dicho lubricante sólido al material sinterizado, operando bajo unas presiones de compactación de 200 a 1000 MPa; y se utiliza un agente ligante de todos los componentes que además facilita la fluencia de la mezcla. 2.- Material compuesto, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el sulfuro metálico incorporado es MnS.

3.- Material compuesto, según la reivindicación 1 , caracterizado porque a dicha mezcla se le añade además del C un polvo de un compuesto de alta dureza. 4.- Material compuesto, según la reivindicación 3, caracterizado porque el compuesto de alta dureza es WC, NBC, TiC, TaC, TiN o TiCN.

5.- Material compuesto, según la reivindicación 4, caracterizado porque el compuesto de alta dureza está mezclado con el resto de polvos de manera elemental o bien mediante aleado mecánico. 6.- Material compuesto, según la reivindicación 1 , y porque su matriz está constituida en su mayor parte por un polvo de acero atomizado, conteniendo según las aplicaciones aleados con el Fe metales como el Mo, Mn, Ni, Cr, a cuya matriz se le añaden los componentes de las reivindicaciones 3-5. '.- Material, según -una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el lubricante sólido participa en dicha mezcla en una proporción de un 0,5% a un 10%, preferiblemente de un 2,5 a un

5% en peso y porque se opera bajo unas presiones de compactación de 600 a 1000 MPa.

8.- Material, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la porosidad del material es de un 1 a un 25% en volumen y está impregnada con un lubricante mineral o sintético.

9.- Material, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la porosidad del material es de un 1 a un 25% en volumen y está impregnada con un lubricante mineral o sintético, que es un aceite especial con aditivos de extrema presión y espesantes. 10.- Material, según la reivindicación 1 , caracterizado porque para aplicaciones de alta resistencia a la corrosión, la mezcla de polvos metálicos de base es inoxidable.

1 1 .- Una guía para vastago de un cilindro amortiguador, caracterizada porque está constituida mediante un cuerpo monopieza de un material compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 7.

1 2.- Un émbolo para un cilindro amortiguador, caracterizado por estar constituido en forma de cuerpo monopieza de un material compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 7.

13.- Una guía para vastago de válvula, caracterizada porque está constituida mediante un cuerpo monopieza de un material compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 7.

14.- Una capucha para vastago de válvula, caracterizada por estar constituida por un cuerpo monopieza de un material compuesto según una de las reivindicaciones 1 a 7. 1 5.- Un cojinete autolubricante, caracterizado porque está constituido mediante un cuerpo monopieza de un material compuesto según una de las reivindicaciones 8 ó 9.

1 6.- Un cojinete autolubricante, según la reivindicación 1 5, caracterizado porque la proporción de lubricante de impregnación está comprendida entre un 10 y un 25% en volumen del cojinete formado.

17.- Un cojinete autolubricante según la reivindicación 16, caracterizado porque trabajando en seco alcanza un P-V de 1 MPa-m/s, máximo, e impregnado con aceites lubricantes, con una proporción de lubricante líquido comprendida entre un 10 y un 25% en volumen del cojinete formado, alcanza un P-V = 5 MPa -m/s, máximo.