MXPA06012407A - Composicion de polvo con base de hierro. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a una composicion de polvo con base de hierro que comprende, ademas del polvo con base de hierro, 0.02% y 1.0% en peso de un aditivo de mejora de la maquinabilidad, que comprende fluoruro de calcio y nitruro de boro hexagonal; la invencion se refiere al aditivo per se.

Description

convertido en uno de los principales problemas en la manufactura metalúrgica en polvo de los componentes. Con frecuencia es un factor limitante cuando se evalúa si la manufactura metalúrgica en polvo es el método de mayor costo-beneficio para manufacturar un componente. Por lo tanto, existe una gran necesidad de aditivos nuevos y más efectivos para mejorar la maquinabilidad de los aceros sintetizados. Entonces, es importante que este aditivo no afecte de manera apreciable las propiedades mecánicas del material sinterizado, tales como la resistencia a la tracción y al alargamiento. Hoy existen numerosas sustancias conocidas que se añaden a las mezclas en polvo con base de hierro para facilitar el maquinado de los componentes después de la sinterización. El aditivo de polvo más conocido es el MnS, que se menciona, p. ej., en la Patente EP 0 183 666, que describe cómo la maquinabilidad de un acero sinterizado es mejorada con la mezcla de ese polvo. Los materiales que son difíciles de maquinar, en este contexto, los materiales que tienen una dureza por arriba de 180 HV, no pueden sin embargo maquinarse correctamente con la adición de MnS. Además, dependiendo de la cantidad añadida y del material de base, las adiciones de MnS pueden reducir la resistencia mecánica del material después de la sinterización. La Patente WO 91/14526 describe cuán pequeñas cantidades de Te y/o de Se junto con el MnS son usadas para mejorar la maquinabilidad cerca de dos veces en los materiales metalúrgicos en polvo que son difíciles de maquinar. La adición de Te y/o Se ya está en conflicto con las consideraciones ambientales, en que los valores del límite de higiene para estos aditivos son muy bajos, y hay una tendencia hacia regulaciones ambientales todavía más estrictas. La Patente US No. 4 927 461 describe la adición de BN nitruro de boro) hexagonal a las mezclas en polvo con base de hierro, para mejorar la maquinabilidad de la parte de metal después de la sinterización. En la Patente se establece que, usando aglomerados de polvo muy fino de BN, es posible lograr una mejora de la maquinabilidad similar a la de la adición de MnS. Sin embargo, se afecta la resistencia sinterizada hasta un menor grado si se añade una cantidad correcta de BN, y luego se añade el MnS. También la Patente US No. 5 631 431 se refiere a un aditivo para mejorar la maquinabilidad. De acuerdo con esta Patente, el aditivo contiene partículas de fluoruro de calcio que están incluidas en una cantidad de 0.1-0.6% en peso en la composición de polvo. En la práctica, el fluoruro de calcio se ha convertido en un excelente agente de mejora de la maquinabilidad. Sin embargo, debido al desarrollo continuo de materiales PM, hay una necesidad de mejorar el desempeño también de los aditivos. Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es el proporcionar un nuevo aditivo para una composición de metal en polvo para una mayor mejora de la maquinabilidad. Otro objetivo de la invención es el proporcionar un nuevo aditivo que no influya, o que esencialmente no influya, en las propiedades mecánicas. Adicionalmente, el nuevo aditivo debería ser ambientalmente aceptable.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION De acuerdo con la presente invención, ahora se ha encontrado que combinando fluoruro de calcio y nitruro de boro hexagonal, se obtiene un aditivo que tiene un efecto inesperadamente alto de mejora en la maquinabilidad. La mejora de la maquinabilidad podría describirse mejor como un efecto sinérgico. Adicionalmente, este nuevo aditivo no tiene esencialmente efecto, o tiene un efecto menor, en las propiedades mecánicas de las partes sinterizadas. El nuevo aditivo también es ambientalmente aceptable. La invención también se refiere a una composición de polvo con base de hierro que incluye a este aditivo.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Para obtener el efecto de mejora en la maquinabilidad, el aditivo debería ser incluido en la composición con base de hierro en una cantidad de 0.02% y 1 .0%, preferiblemente entre 0.02% y 0.6% en peso. Además, ambos del tipo y de la cantidad de los componentes del nuevo aditivo son importantes. Así, la cantidad de nitruro de boro hexagonal debería estar en la proporción de 0.01 % a 0.5% en peso, preferiblemente de 0.01 -0.2% en peso de la composición de polvo con base de hierro. La cantidad de fluoruro de calcio debería estar en la proporción de 0.01 % a 0.5%, preferiblemente de 0.1 % a 0.4% en peso de la composición de polvo con base de hierro. Las cantidades menores a las arriba mencionadas tanto del nitruro de boro hexagonal como del fluoruro de calcio, respectivamente, juntas o separadas, no darán el efecto deseado en la maquinabilidad, y las cantidades mayores afectarán negativamente las propiedades mecánicas. Además, es preferible que la cantidad de fluoruro de calcio sea mayor que la cantidad de nitruro de boro. Con respecto al tamaño de partícula de los componentes incluidos en el nuevo aditivo, se ha encontrado que el tamaño promedio de partícula del nitruro de boro hexagonal de acuerdo con la invención, puede variar entre 1 y 50 pm, preferiblemente entre 1 a 30 pm. Preferiblemente, el nitruro de boro hexagonal es de partículas no aglomeradas en tipo de placa. El tamaño medio de partícula del fluoruro de calcio es menor a cerca de 100 pm, preferiblemente de entre 20 a 70 pm. Un tamaño medio de partícula por arriba de 100 pm afectará negativamente la maquinabilidad y las propiedades mecánicas, y por debajo de 20 pm el efecto de mejora de la maquinabilidad de vuelve menor.

Tipos de polvo con base de hierro Este nuevo aditivo de polvo para mejora de la maquinabilidad puede ser usado esencialmente en cualquier composición de polvo ferroso. Así, el polvo con base de hierro puede ser un polvo de hierro puro tal como un polvo de hierro atomizado, un polvo reducido, y similares. Los polvos prealeados atomizados en agua que incluyen elementos de aleación son de interés mayor, pero también los polvos de acero parcialmente aleado. Por supuesto, estos polvos pueden ser usados en combinación.

Otros aditivos La composición de polvo de acuerdo con la invención también puede incluir aditivos tales como grafito, otros elementos de aleación tales como Ni, MO, Cr, V, Co, Mn o Cu, aglutinantes y lubricantes y otros agentes convencionales de mejora de la maquinabilidad, tales como el MnS.

Procedimiento La manufactura metalúrgica en polvo de los componentes que comprenden el aditivo de acuerdo con la invención se realiza de una manera convencional, i.e., con mayor frecuencia a través de los siguientes pasos de procedimiento: el polvo con base de hierro, i.e., el polvo de hierro o acero, se mezcla con grafito y con los elementos de aleación opcionales deseados, tales como níquel, cobre, molibdeno, así como con el aditivo de acuerdo con la invención en forma de polvo. Los elementos de aleación también pueden ser añadidos como polvos con base de hierro prealeados o aleados por difusión, o como una combinación entre elementos de aleación mezclados, polvo aleado por difusión o polvo prealeado. Esta mezcla de polvo se mezcla con un lubricante convencional, por ejemplo estearato de zinc o etilenobisestearamida, antes de la compactación. Las partículas más finas en la mezcla pueden ser aglutinadas con el polvo con base de hierro por medio de una sustancia aglutinante. La mezcla de polvo es después compactada en una herramienta de prensa, produciendo lo que se conoce como un cuerpo verde o cercano a la geometría final. La compactación generalmente tiene lugar a una presión de 400-1200 MPa. Después de la compactación, I compacto es sinterizado y se le dan su resistencia, dureza, alargamiento, etc., finales. El aditivo de mejora de la maquinabilidad de acuerdo con la invención consiste de fluoruro de calcio pulverulento y nitruro de boro hexagonal pulverulento. Se ha encontrado que se logra una mejora notable de la maquinabilidad al añadir el aditivo de mejora de la maquinabilidad en cantidades correspondientes a una relación entre la cantidad de nitruro de boro hexagonal y de fluoruro de calcio que sea menor a 1 :1 pero no menor a 1 :40, preferiblemente no menor a 1 :10. En otras palabras, la cantidad de nitruro de boro hexagonal debería ser menor que la cantidad de fluoruro de calcio, hasta un cierto punto. La presente invención se ilustrará en los siguientes ejemplos, no limitantes EJEMPLO 1 a) Investigación de las propiedades mecánicas Se investigaron diferentes clases de nitruro de boro hexagonal, de acuerdo con el Cuadro 1 . El nitruro de boro hexagonal tipo I es un polvo de partículas no aglomeradas, y el tipo II son aglomerados de partículas submicrónicas, i.e., las partículas del aglomerado tienen un tamaño de partícula por debajo de 1 pm.

CUADRO 1 *) Partícula aglomerada de partículas submicrónicas El nitruro de boro hexagonal y el fluoruro de calcio se mezclaron en cantidades diferentes, de acuerdo con el Cuadro 2, con un polvo de metal Distaloy® AE, disponible en Hoganás AB, que es difusión de hierro puro aleado con Mo, Ni y Cu. El polvo de metal también se mezcló con un lubricante, 0.8% de EBS (etilenobisestereamida) y 0.5% de grafito. Las mezclas de material en el Cuadro 2 se compactaron hasta un peso específico verde de 7.10 g/cm3 para las barras estandarizadas de prueba de tracción de acuerdo con la norma ISO 2740. Las barras de prueba fueron sinterizadas en un horno de laboratorio de banda de malla a 1 120°C durante 30 minutos en una mezcla de 10% de hidrógeno y 90% de nitrógeno. Las barras de prueba sinterizadas se usaron para determinar la resistencia a la tracción de acuerdo con la norma EN 10001-1 , la dureza de acuerdo con la norma ISO 4498/1 y el cambio dimensional de acuerdo con la norma ISO 4492.

CUADRO 2 DC es el cambio en la longitud para la barra de resistencia a la tracción durante la sinterización. SD es la densidad sinterizada para la barra de resistencia a la tracción. HV10 es la dureza de Vickers para la barra de resistencia a la tracción. TS es el alargamiento plástico durante la prueba de resistencia a la tracción.

Como se puede ver en el Cuadro 2, las cantidades añadidas de 0.2% y 0.4% de BN-h tipo II para el Distaloy AE tienen un impacto en las propiedades mecánicas del cuerpo sinterizado, mientras que las adiciones de 0.2% del BN-h tipo I sólo tienen un impacto menor en las propiedades mecánicas del cuerpo sinterizado. b) Investigación del índice de maquinabilidad Para determinar la maquinabilidad con diferentes composiciones de aditivo, como puede verse en el Cuadro 3, se compactaron discos con un diámetro de 80 mm y una altura de 12 mm, hasta un peso específico en verde de 7.10 g/cm3 Los discos fueron sinterizados en un horno de laboratorio de banda de malla a 1 120°C durante 30 minutos en una mezcla de 10% de hidrógeno y 90% de nitrógeno. Los discos se usaron en pruebas de barrena para determinar un índice de maquinabilidad. Este índice se define como el número promedio de perforaciones por barrena que pueden ser maquinados antes de que la barrena se desgaste. El barrenado se realizó con barrenas de acero de alta velocidad a velocidad constante y alimentación constante sin ningún enfriador. Como se puede ver en el Cuadro 3, el índice de maquinabilidad mejora usando ya sea el aditivo de BN-h o el aditivo de CaF2. Sin embargo, puede verse una mejora notable al usar BN-h (tipo I) y CaF2 en combinación.

CUADRO 3 índice de . es el número promedio de perforaciones posibles a barrenar en un disco del material con una barrena. Ganancia es la amplificación en la maquinabilidad, comparada con la mezcla 1 -4b.

EJEMPLO 2 Se mezclaron en diferentes cantidades nitruro de boro, tipo I, y CaF2, de acuerdo con el Cuadro 4, con un polvo de metal Distaloy® DH- de Hoganás AB, que es hierro prealeado con 1.5% de Mo y posteriormente aleado por difusión con 2% de Cu. El polvo de metal también se mezcló con un lubricante, 0.8% de EBS (etilenobisestereamida) y diferentes cantidades de grafito. Las mezclas de material en el Cuado 4 han sido compactadas a diferentes densidades para las barras estandarizadas de la prueba de tracción de acuerdo con la norma ISO 2740, y se prepararon discos con un diámetro de 80 mm y una altura de 12 mm para determinar la maquinabilidad. Las barras de prueba y los discos fueron sinterizados en un horno de laboratorio de banda de malla a 1120°C durante 30 minutos en una mezcla de 10% de hidrógeno y 90% de nitrógeno. Las barras de prueba sinterizadas se usaron para determinar la resistencia a la tracción de acuerdo con la norma EN 10001 -1 , la dureza de acuerdo con la norma ISO 4498/1 y el cambio dimensional de acuerdo con la norme ISO 4495. Los discos se usaron en pruebas de barrena para determinar el índice de maquinabilidad. Este índice se define como el número promedio de perforaciones por barrena que pueden maquinarse antes de que la barrena se desgaste. El barrenado se realizó con barrenas de acero de alta velocidad a velocidad constante y alimentación constante sin ningún enfriador. El Cuadro 4 muestra que cuando el BN-h tipo I es añadido al Distaloy DH-1 , el cuerpo sinterizado tendrá menores dureza y resistencia a la tracción. Como el BN-h puede disminuir la solubilidad del grafito en la matriz, se cree que la razón de las menores dureza y resistencia a la tracción es causada por una cantidad menor de grafito disuelto, se cree que algo del grafito está presente como grafito libre. Una menor dureza del cuerpo sinterizado puede ser favorable en términos de maquinabilidad. Sin embargo, cuando la cantidad de grafito añadido se aumenta para compensar la cantidad de grafito libre, todavía se logra un aumento notable del índice de maquinabilidad para las muestras que contienen una combinación de BN-h y CaF2. Esto puede verse cuando se comparan los resultados para las muestras 2-8, 2-10 y 2-1 1 .

CUADRO 4 GR es la cantidad añadida de grafito expresada en % en peso. GD es el peso especifico en verde compactado. DC es el cambio en longitud para la barra de resistencia a la tracción durante la sinterización. SD es el peso especifico sinterizado para la barra de resistencia a la tracción. HV10 es la dureza de Vickers para la barra de resistencia a la tracción. TS es la resistencia a la tracción para la barra de resistencia a la tracción. A es el alargamiento plástico durante la prueba de resistencia a la tracción. Índice M. es el número promedio de perforaciones posibles a barrenar en un disco del material con una barrena.

Claims (15)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1 .- Una composición de polvo con base de hierro que comprende, además de un polvo con base de hierro, 0.02% y 1 .0% en peso de un aditivo de mejora de la maquinabilidad, comprendiendo el aditivo fluoruro de calcio y nitruro de boro hexagonal y aditivos adicionales.

2. - La composición de polvo con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende entre 0.02% y 0.6% en peso de un aditivo de mejora de la maquinabilidad.

3. - La composición de polvo con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la cantidad de nitruro de boro está en la proporción de 0.01 % hasta 0.5% en peso.

4.- La composición de polvo con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la cantidad de nitruro de boro está en la proporción de 0.01 % hasta 0.2% en peso.

5. - La composición de polvo con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la cantidad de fluoruro de calcio está en la proporción de 0.01 % hasta 0.5% en peso.

6. - La composición de polvo con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la cantidad de fluoruro de calcio está en la proporción de 0.1 % hasta 0.4% en peso.

7. - La composición de polvo con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el tamaño promedio de partícula del nitruro de boro es de 1 a 50 pm.

8. - La composición de polvo con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el tamaño promedio de partícula del nitruro de boro es de 1 a 30 pm.

9. - La composición de polvo con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el tamaño promedio de partícula del fluoruro de calcio es de menos de 00 pm.

10.- La composición de polvo con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el tamaño promedio de partícula del fluoruro de calcio es de menos de 20 a 70 pm.

11. - La composición de polvo con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la composición también incluye al menos un aditivo seleccionado de entre el grupo consistente de grafito, aglutinante o lubricante.

12. - Aditivo de mejora de la maquinabilidad que consiste de fluoruro de calcio pulverulento y nitruro de boro hexagonal pulverulento, donde la relación de la cantidad entre el nitruro de boro hexagonal y el fluoruro de calcio es de entre 1 :1 y 1 :40.

13. - El aditivo de mejora de la maquinabilidad de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la relación de la cantidad entre el nitruro de boro hexagonal y el fluoruro de calcio es de entre 1 :1 y 1 : 10.

14. - El aditivo de mejora de la maquinabilidad de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el tamaño promedio de partícula es de menos de 100 pm.

15. Un producto sinte zado que tiene una maquinabilidad mejorada, que es preparado a partir de la composición con base de hierro de conformidad con la reivindicación 1.